龍鵬宇 ，張金川，姜文利，聶海寬，唐玄，韓雙彪，邢雅文

(1. 重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院 國土資源部頁巖氣資源與勘查技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400042；2. 重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院 重慶市頁巖氣資源與勘查工程技術(shù)研究中心，重慶，400042；3. 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶頁巖氣研究中心，重慶，400042；4. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京，100083；5. 國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京，100034；6. 中石化石油勘探開發(fā)研究院，北京，100083)

對美國東部主要頁巖氣產(chǎn)出盆地系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)氣頁巖一般質(zhì)較為致密，均屬于低孔超低滲儲(chǔ)層，頁巖氣產(chǎn)量高低某種程度上直接與頁巖內(nèi)部孔隙發(fā)育程度和特征有關(guān)[1?4]。因此，對頁巖孔隙成因類型、識(shí)別特征及其影響因素研究是頁巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)研究的重要內(nèi)容之一。目前，對頁巖孔隙發(fā)育特征的識(shí)別方法很多，本次主要依靠鉆井巖芯分析、熒光顯微鏡和掃描電鏡描述統(tǒng)計(jì)孔隙發(fā)育情況的方法。這種方法最為直接和有效，它既能在識(shí)別上便捷操作，又能與其他測井識(shí)別方法互相校正和補(bǔ)充，對有效目的層段予以確定，進(jìn)而在區(qū)域上對有利勘探方向予以參考和預(yù)測。具體以渝頁1井富有機(jī)質(zhì)頁巖為研究對象，在充分考慮其縱向上巖性變化規(guī)律和孔隙發(fā)育特征等因素，自下而上對全井巖芯進(jìn)行詳細(xì)描述統(tǒng)計(jì)，并垂向分層密集選取114件巖樣進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試分析，主要包括有機(jī)碳、成熟度、顯微組分、巖石熱解、X線衍射定量、偏光薄片、掃描電鏡和比表面等。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合最新調(diào)研成果對頁巖儲(chǔ)層孔隙發(fā)育特征及其影響因素進(jìn)行分析。目前我國對泥頁巖孔隙的研究主要集中在裂縫性常規(guī)油氣藏方面，而針對非常規(guī)頁巖氣儲(chǔ)層研究甚少，渝東南地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)工作正全面鋪開，下古生界龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖普遍含氣，頁巖儲(chǔ)層孔隙發(fā)育特征研究還是一個(gè)前緣課題。因此，此套地層儲(chǔ)層孔隙發(fā)育特征的研究對于認(rèn)清該區(qū)頁巖氣成藏規(guī)律和尋找新的天然氣勘探領(lǐng)域有著重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

渝頁1井位于重慶市彭水縣連湖鎮(zhèn)西北(圖1)，該區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁巖受控于海灣深水陸棚沉積相體系，主要是在全球性海平面下降和海域萎縮背景上，形成了臺(tái)內(nèi)坳陷滯留靜海環(huán)境(淺—深水陸棚相)[5?8]，發(fā)育了一套深灰—黑色富有機(jī)質(zhì)(碳質(zhì))頁巖。大地構(gòu)造位處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)上揚(yáng)子臺(tái)坳渝東南陷褶束七矅山凹褶束之東和黔江凹褶束以西的結(jié)合部。構(gòu)造上以高幅抬升強(qiáng)烈擠壓為特點(diǎn)，背斜與向斜相間平行排列，兩翼傾角基本對稱，軸向?yàn)楸睎| 30°～45°。背向斜形成中伴生軸向斷裂，傾向北西，傾角由緩變陡35°～75°，相互平行或局部呈“多”字形展布。施工孔位于鍋廠壩背斜軸部，軸線由北東端 N40°E轉(zhuǎn)為N20°E。鍋廠壩背斜局部發(fā)生揉皺，兩翼地層產(chǎn)狀為北西陡南東緩，北西翼 36°～58°，南東翼 22°～45°，為一不對稱線狀背斜。區(qū)內(nèi)背斜軸面近于直立且較窄(3～5 m)，但在背斜兩翼和核部均見復(fù)雜柔皺，其西邊緊鄰普子向斜，為一不對稱線狀向斜，其南東為馬槽壩向斜，也為一不對稱線狀向斜[9]。

2 孔隙主要特征

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，各類型孔隙在全井普遍發(fā)育，其中，中下部斷層附近、巖相過渡帶以及上部灰色含硅質(zhì)頁巖段天然裂縫密度最大。無論是巖芯上宏觀裂縫還是薄片及電鏡下微觀基質(zhì)孔隙，構(gòu)造縫占絕對優(yōu)勢，且在全井普遍發(fā)育，其次是基質(zhì)孔隙、層間頁理縫、成巖收縮縫和溶蝕縫，有機(jī)質(zhì)演化異常壓力縫和層面滑移縫一般只在特定的環(huán)境下發(fā)育。

2.1 裂縫成因類型及其分布規(guī)律

渝頁1井巖芯主要存在構(gòu)造縫(張性縫、剪性縫和擠壓性縫)、成巖縫(層間頁理縫、層面滑移縫、溶蝕縫和成巖收縮縫)和有機(jī)質(zhì)演化異常壓力縫 3種裂縫(圖2)，它們的成因類型、識(shí)別特征和分布規(guī)律都不盡相同(表 1)。

2.1.1 構(gòu)造縫

構(gòu)造縫是指由于局部構(gòu)造作用所形成或與局部構(gòu)造作用相伴而生的裂縫，主要是與斷層和褶曲有關(guān)的裂縫，其方向、分布和形成均與局部構(gòu)造的形成和發(fā)展有關(guān)[10?11]。構(gòu)造縫是渝頁1井最常見也是最主要的裂縫類型。根據(jù)力學(xué)性質(zhì)的差別，又可分為張性縫、剪性縫和擠壓性縫3種[10]。構(gòu)造裂縫主要發(fā)育在褶皺構(gòu)造轉(zhuǎn)折端和斷裂附近[10?11]。

圖1 渝東南及周圍地區(qū)構(gòu)造綱要和渝頁1井位置圖Fig.1 Structure framework in Southeastern Chongqing and its adjacent areas and location map of well Yuye-1

圖2 渝頁1井各種成因類型裂縫照片F(xiàn)ig.2 Pictures of various forming types of cracks in shale cores well Yuye-1

表1 渝頁1井頁巖孔隙成因分類及發(fā)育特征Table 1 Classification of pores’ forming types and development characteristics in shale cores well Yuye-1

(1) 張性縫。張性縫具有位移方向與破裂面垂直為特點(diǎn)，是在拉張應(yīng)力作用下形成的裂縫[10?11]。全井構(gòu)造縫類型中張性縫最為發(fā)育。張性縫一般縫面粗糙不平整，常有繞巖石或礦物顆粒而過，裂縫的傾角、寬度和長度變化較大，在橫切面上常顯鋸齒狀延伸，縫兩壁常張開且多數(shù)已被部分或完全部填(圖2(a))。薄片中裂縫與層面交角不等，最常見的為近垂直于層面的張裂縫，常切穿順層縫，起到連通順層裂縫的作用。

(2) 剪性縫。剪性縫在渝頁 1井中較為發(fā)育，它是由剪切應(yīng)力作用形成的裂縫[10?11]。剪性縫一般以組系發(fā)育，縫面平滑且常切過巖石顆粒，有時(shí)帶有擦痕，產(chǎn)狀較為穩(wěn)定，延伸較長，有近垂直層面的菱形共軛剪節(jié)理，也有高角度的剪切縫，較平直。裂縫一般閉合不開啟，有時(shí)被碳酸鹽巖充填但充填物一般較薄(圖2(b))。薄片中和掃描電鏡下的剪性縫很少見，多與層面低角度斜交，平直，一般不被充填。

(3) 擠壓性縫。擠壓性縫是在 3個(gè)主應(yīng)力都為擠壓狀態(tài)時(shí)作用形成的[11]，經(jīng)常與剪性縫共生。一般相互切割，面上顯雜亂分布，密度較大且以多組系出現(xiàn)，縫面上有時(shí)可見擦痕，產(chǎn)狀變化較大，多數(shù)已被部分或完全充填(圖2(c))。

2.1.2 成巖縫

成巖縫是指頁巖在壓實(shí)埋藏過程中受成巖作用影響發(fā)生破裂形成的裂縫[11]。成巖縫分布廣泛但規(guī)模一般較小，以近于水平的微裂縫(縫面張開度小于15 μm)為主。根據(jù)成因又可分為層間頁理縫、層面滑移縫、溶蝕縫和成巖收縮縫。

(1) 層間頁理縫。層間頁理縫為具剝離線理的平行層理紋層面間的孔縫，為沉積作用所形成。一般為強(qiáng)水動(dòng)力條件的產(chǎn)物，頁巖間頁理為力學(xué)性質(zhì)薄弱的界面，極易剝離，這種界面即為層間頁理縫，層間頁理縫是頁巖中最基本的裂縫類型[10,12]。頁巖的頁理面上多含砂質(zhì)和硅質(zhì)，在巖芯和薄片及掃描電鏡下均可見。張開度一般較小，多數(shù)被完全充填(圖 2(d))，一端與高度角張性縫連通。層間頁理縫在頁理發(fā)育的頁巖段極為常見。

(2) 層面滑移縫。層面滑移縫指平行于層面且具有明顯滑移痕跡的裂縫。頁巖層面發(fā)生這種相對滑動(dòng)主要與巖層在埋藏過程中平行于層面方向伸展率或收縮率的差異有關(guān)。層面結(jié)構(gòu)是頁巖最基本的巖石結(jié)構(gòu)，層面也是最薄弱的力學(xué)結(jié)構(gòu)面，無論在拉張盆地還是擠壓盆地中，層面滑移縫是頁巖中最基本的裂縫類型之一[13]。層面滑移縫一般存在大量平整、光滑或具有劃痕、階步的面，且在地下不易閉合(圖2(e))。

(3) 溶蝕縫。溶蝕縫是指頁巖不同紋層間礦物成分不同或礦物顆粒排列方向的差異，沿紋層面差異性溶蝕使原生縫擴(kuò)大或形成新的裂縫孔洞[11]。溶蝕縫在互層狀灰質(zhì)頁巖段廣泛發(fā)育，多平行于巖石層面出現(xiàn)(圖 2(f))。

(4) 成巖收縮縫。成巖收縮縫指成巖過程中由于巖石收縮體積減小而形成的與層面近于平行的裂縫(圖2(e))，形成這些裂縫的主要原因是干縮作用、脫水作用、礦物相變或熱力收縮作用，與構(gòu)造作用無關(guān)[10?11]。成巖收縮縫包括脫水收縮縫和礦物相變縫。掃描電鏡下，成巖收縮縫在頁巖層和水平層理泥灰?guī)r的泥質(zhì)夾層中常見，延伸長度不大但連通性較好，張開度變化較大，部分被充填(圖 2(g))。一般在沉積時(shí)硅質(zhì)含量較高的頁巖，在成巖過程中由于化學(xué)變化而發(fā)生收縮作用，從而形成廣泛分布的成巖收縮縫[14]。

2.1.3 有機(jī)質(zhì)演化異常壓力縫

有機(jī)質(zhì)演化異常壓力縫指有機(jī)質(zhì)演化過程中產(chǎn)生局部異常壓力使巖石破裂而形成的裂縫[10]，在富有機(jī)質(zhì)頁巖段普遍發(fā)育?？p面不規(guī)則，不成組系性，多充填有機(jī)質(zhì)(圖 2(h))，地下泥質(zhì)巖超壓微裂縫帶在垂向上一般集中分布在一定的深度區(qū)間，在橫向上呈區(qū)域性分布[10]。

2.2 基質(zhì)孔隙特征

利用油浸反射光500倍薄片和掃描電鏡相結(jié)合的方法對基質(zhì)孔隙特征進(jìn)行分析，認(rèn)為渝頁1井主要存在有機(jī)質(zhì)(瀝青)微孔隙、礦物質(zhì)孔(殘余粒間孔、粒間溶蝕孔)和有機(jī)質(zhì)(瀝青)和礦物間孔隙3種基質(zhì)孔隙類型(圖3)，這3種基質(zhì)孔隙的孔徑變化范圍較大，一般在納米到毫米級之間(表1)。

2.2.1 有機(jī)質(zhì)(瀝青)微孔隙

黑色碳質(zhì)頁巖段巖樣，鏡下發(fā)現(xiàn)大量無形態(tài)、亮白碎屑狀和白—灰白色脈狀有機(jī)質(zhì)(瀝青)顯散狀分布，這些有機(jī)質(zhì)普遍發(fā)育微孔隙和小孔洞，微孔隙和小孔洞無規(guī)律分布，孔徑一般只有幾微米(＞0.8 μm)，甚至納米級(圖3(a)和3(b))。有機(jī)質(zhì)(瀝青)微孔隙數(shù)量大、分布密集，可作為深層熱成因頁巖氣藏游離氣的另一個(gè)主要儲(chǔ)集空間。

2.2.2 礦物質(zhì)孔

礦物質(zhì)孔也是渝頁1井中發(fā)育最為普遍的孔隙類型之一，它是指晶粒之間的微孔隙，主要發(fā)育于晶型較好、晶體較大的礦物集合體中，如：伊利石、高嶺石、方解石、蒙脫石等，孔徑一般在幾微米到毫米級之間。礦物質(zhì)孔按原生孔隙和次生溶蝕孔隙又可分為殘余粒間孔和粒間溶蝕孔[10?11]。殘余粒間孔鏡下多顯近三角狀分布于粒間，有時(shí)也沿著礦物晶體顯長條狀分布(圖3(c))。粒間溶蝕孔主要為粒間溶蝕擴(kuò)大孔，其形態(tài)各異，孔隙多顯小蜂窩狀密集分布，孔徑大小具有極不均勻性(圖3(d))。

圖3 渝頁1井顯微鏡下微孔隙照片F(xiàn)ig.3 Pictures of various microscopical micro-pores in shale cores well Yuye-1

2.2.3 有機(jī)質(zhì)(瀝青)和礦物間孔隙

有機(jī)質(zhì)(瀝青)和礦物間孔隙是指有機(jī)質(zhì)與基質(zhì)礦物之間的各種孔隙，這種孔隙一般和有機(jī)質(zhì)(瀝青)微孔隙相伴生，孔徑也較小，在10～750 nm之間，一般大于100 nm。由于有機(jī)質(zhì)(瀝青)和礦物間孔隙大量發(fā)育，且有時(shí)會(huì)延伸至有機(jī)質(zhì)中，使得其與基質(zhì)礦物質(zhì)孔之間形成有效的連通(圖 3(b))，在某種程度上形成有效的滲流通道，因此這種孔隙類型對頁巖氣的聚集與產(chǎn)出至關(guān)重要。

2.3 組合特征

孔隙是頁巖氣重要的儲(chǔ)集空間，且頁巖氣的產(chǎn)出必須要有能夠使天然氣從巖石基質(zhì)輸送到井筒的滲透性裂縫網(wǎng)絡(luò)[15]，因此，只有頁巖中各類基質(zhì)孔隙和裂縫的有效組合形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，才能對后期人工儲(chǔ)層改造及頁巖氣采出有意義。因而裂縫組合形態(tài)以及充填情況等研究對頁巖氣藏預(yù)測和水力壓裂方案設(shè)計(jì)都是十分重要的。

2.3.1 裂縫的平面組合構(gòu)型

裂縫的平面組合構(gòu)型是裂縫在巖芯橫切面上的形態(tài)呈現(xiàn)，歸類后主要有以下 2種表現(xiàn)：(1) 在橫切面上同一組裂縫疏密相間顯鋸齒狀延伸，縫面粗糙不平整，寬度和長度變化大，多數(shù)已被部分或完全充填(圖4(a))，主體為一組脆性擴(kuò)張破裂。(2) 同一組平行裂縫被第二組裂縫高角度或垂直切割，縫面平整，縫兩壁通常張開且多數(shù)已被完全充填(圖 4(b))，可能代表著巖石至少受兩期構(gòu)造破壞，同一組裂縫代表一個(gè)構(gòu)造幕。

2.3.2 裂縫的剖面組合構(gòu)型

(1) 疊瓦狀或雁列式平行排列。由同一組產(chǎn)狀近一致的裂縫成等間距密集排列而成，縫面平整，張開度一般較小，無、部分或完全充填均有發(fā)現(xiàn)(圖4(c)和4(d))，主體是由剪切應(yīng)力作用形成。

(2) 龜裂紋狀交錯(cuò)裂縫組合。主要由張性縫組成，張開度較小，無或部分充填(圖2(a))，反映主要受近水平或垂直的應(yīng)力作用，對于頁巖氣勘探這是一種較理想的裂縫組合構(gòu)型。

圖4 渝頁1井平面、剖面裂縫組合構(gòu)型照片F(xiàn)ig.4 Pictures of crack’s combined configuration in plane and profile of shale cores well Yuye-1

(3) “蛇”形裂縫組合。多條較陡的裂縫曲折成“蛇”形，縫面粗糙不平整，常有繞巖石或礦物顆粒而過，縫兩壁常張開且多數(shù)已被部分或完全充填(圖4(e))，為一組張性追蹤縫，受上下地層應(yīng)力擠壓形成，主體為脆性擴(kuò)張破裂。

(4) 斜“豐”字形裂縫組合。由陡立切層構(gòu)造縫連通一組順層縫構(gòu)成，縫面不平整，在層間頁理縫發(fā)育的頁巖中較為常見，一般被部分或完全充填(圖4(f))。這些陡立縫將成巖縫連通形成有效的裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而極大改善了頁巖的滲流能力，某種程度上提高了水力壓裂效應(yīng)有效性。

(5) 近平行垂線對稱的共軛裂縫組合。受水平方向應(yīng)力作用形成近直立的多組裂縫，共軛兩組裂縫具有相同的充填特征，縫兩壁常張開且多數(shù)已被完全充填(圖4(g))，一般為同一期構(gòu)造活動(dòng)形成。

(6) 高角度切割裂縫組合。為兩期或兩期以上構(gòu)造活動(dòng)作用形成，傾角普遍較大，裂縫通常被切割錯(cuò)開，且具有一定斷距，每組裂縫強(qiáng)度不同其張開度也不盡相同，縫面平整，多數(shù)被部分或完全充填(圖2(b)和圖4(h))。

(7) 雜亂裂縫組合。在一條主干壓扭性裂縫兩側(cè)由于兩盤相對位移，產(chǎn)生大量次級派生張性縫，這些縫受多期次構(gòu)造活動(dòng)破壞形成，相互切割斷開顯雜亂分布，其充填具有差異性，早期形成的縫一般為完全充填，而后期新形成的縫無或部分充填(圖4(i))。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：裂縫的剖面組合構(gòu)型在全井均有發(fā)育，其中，高角度切割裂縫組合最為常見，且在全井普遍發(fā)育，其次是雜亂裂縫組合、“蛇”形裂縫組合、疊瓦狀或雁列式平行排列和斜“豐”字形裂縫組合，近平行垂線對稱的共軛裂縫組合和龜裂紋狀交錯(cuò)裂縫組合相對發(fā)育。這7種裂縫的剖面組合構(gòu)型一般寬度較窄，縫壁閉合，且被部分或完全充填，可通過后期人工水力壓裂處理措施來恢復(fù)其裂縫網(wǎng)絡(luò)活力，進(jìn)而提高產(chǎn)能。

3 孔隙發(fā)育影響因素

從地質(zhì)角度來看，孔隙形成主要受內(nèi)因和外因 2大因素控制。其中，外因主要包括區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、構(gòu)造部位、沉積成巖作用和生烴過程產(chǎn)生的高異常地層壓力；內(nèi)因主要包括巖石巖相、巖性和礦物組成等，這些控制因素是相互作用和影響的。因此，孔隙發(fā)育影響因素具有多樣性和復(fù)雜性。

3.1 構(gòu)造作用

在區(qū)域構(gòu)造上該區(qū)主要以高幅抬升強(qiáng)烈擠壓為特點(diǎn)，導(dǎo)致地層變形嚴(yán)重，破壞強(qiáng)烈，現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)主要表現(xiàn)為高陡狀褶皺帶[8](圖1)。渝頁1井位于背斜軸部，背斜核部和兩翼均見復(fù)雜柔皺，且通過巖芯觀察描述可識(shí)別出 4個(gè)斷點(diǎn)(分別位于 148，170，281和306 m處)，其中在280.7～281.5 m間陸續(xù)發(fā)現(xiàn)斷層泥，認(rèn)為沉積早期靠近陸坡的外陸棚區(qū)構(gòu)造活動(dòng)較頻繁，至少曾遭受4次斷層活動(dòng)破壞。從統(tǒng)計(jì)情況看(圖5)，構(gòu)造縫在全井段普遍發(fā)育，且主要表現(xiàn)為張剪性縫，層間頁理縫和層面滑移縫相對發(fā)育，這3種裂縫分別在各斷點(diǎn)附近最為發(fā)育。此外，在中下部黑色頁巖段斷點(diǎn)附近天然裂縫密度較大，一般大于20條/10 cm×9 cm。因此，認(rèn)為區(qū)域和局部構(gòu)造作用是構(gòu)造縫形成的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是影響層間頁理縫和層面滑移縫發(fā)育的重要因素。構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)的區(qū)域，如背斜軸部、向斜軸部和地層傾沒端等構(gòu)造撓曲部位，地層應(yīng)力強(qiáng)且集中，裂縫相對較為發(fā)育。

3.2 沉積成巖作用

渝頁1井在上部0～60 m濱淺海相沉積的灰色含硅質(zhì)頁巖段天然裂縫發(fā)育密度較大，其中層間頁理縫和成巖收縮縫最為發(fā)育。中下部126 m以下頁巖段發(fā)育大量順層的同生黃鐵礦條帶和黃鐵礦結(jié)核，此外還有保存有較為完整的直筆石化石，反映了在浪基面以下較強(qiáng)的深水還原環(huán)境。特別是在180～324 m半深海陸棚相沉積的深灰色含灰質(zhì)頁巖和黑色碳質(zhì)頁巖段裂縫密度也很大，主要為構(gòu)造縫和層間頁理縫(圖5)，碳質(zhì)頁巖段受多期斷層活動(dòng)影響，由于有機(jī)質(zhì)含量較高固結(jié)程度相對較差，有利于發(fā)育大量的構(gòu)造縫，同時(shí)伴生發(fā)育大量的基質(zhì)孔隙。因此，認(rèn)為沉積環(huán)境和成巖作用對非構(gòu)造縫形成起控制作用。巖層在固結(jié)時(shí)由于失水而引起收縮，可能是大多數(shù)裂縫形成的初始原因。頁巖中層間頁理縫非常發(fā)育，這主要是由于沉積過程中水動(dòng)力條件發(fā)生變化，加上沉積后因固結(jié)時(shí)失水收縮而形成。隨地層埋深加大壓實(shí)作用增加，導(dǎo)致顆粒壓裂形成的破裂縫和壓溶作用形成的縫合線以及沿微裂縫兩側(cè)的粒間鈣泥基質(zhì)填隙物發(fā)生溶蝕所形成的溶蝕縫，在很大程度上也都是受沉積成巖作用影響[16]。

3.3 變質(zhì)程度

雖然不同地區(qū)不同層位鏡質(zhì)體反射率(Ro)和熱解峰溫(tmax)存在一定差異性，但tmax一般隨著源巖埋藏深度的增大和地層時(shí)代的變老而顯增高趨勢，因此可作為有機(jī)質(zhì)成熟度的重要參考指標(biāo)值[17]。由于下古生界缺乏來源于高等植物的標(biāo)準(zhǔn)鏡質(zhì)組，因此本次分析主要應(yīng)用tmax和Ro互補(bǔ)來共同討論巖層熱演化問題。從全井巖芯樣品實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)看(圖5)，自上而下tmax在147，152.8和310 m處共出現(xiàn)3個(gè)明顯峰值，對應(yīng)的Ro分別為 2.03%，2.07%和2.26%，基本與測試結(jié)果吻合，說明整套地層沉積過程中經(jīng)歷了3次明顯的熱演化高峰期，且在這3個(gè)峰期對應(yīng)的BET比表面值相對較高，具有很好的正相關(guān)性(圖 6)，當(dāng)Ro＞1.0時(shí)，頁巖成烴演化由低—中成熟階段，向高成熟階段過渡，在較高溫度作用下液態(tài)烴急劇減少，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)逐漸減少乃至消失，充填作用減弱，同時(shí)芳環(huán)縮合過程中新產(chǎn)生的微孔造成了孔體積和比表面積小幅回升[18?19]，且頁巖總孔隙體積與BET比表面值有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系(圖7)，因此可認(rèn)為隨變質(zhì)程度增高表現(xiàn)了與 BET比表面積和總孔隙體積具有相同的變化特征。同時(shí)，富有機(jī)質(zhì)(碳質(zhì))頁巖在高演化階段由于埋深增加，溫度增高有機(jī)物質(zhì)發(fā)生熱解作用，局部形成異常高壓膨脹，當(dāng)壓力達(dá)到巖石臨界值時(shí)將發(fā)生破裂形成有機(jī)質(zhì)演化異常壓力縫。

圖5 渝頁1井裂縫發(fā)育特征及其影響因素綜合分析圖Fig.5 Comprehensive analysis map of crack development characteristics and its affecting factors in shale cores well Yuye-1

圖6 Ro與BET比表面之間關(guān)系Fig.6 Relationship between Ro and BET specific surface

圖7 BET比表面與總孔體積之間關(guān)系Fig.7 Relationship between BET specific surface and total hole volume

3.4 礦物組成

礦物組成(巖性、巖相和物性等)是控制裂縫發(fā)育的基礎(chǔ)。一般碳酸鹽礦物和硅質(zhì)含量高的頁巖因其脆性強(qiáng)易產(chǎn)生破裂，而黏土含量高則塑性表現(xiàn)明顯，裂縫發(fā)育程度相對較低[8,20]。全井礦物組成統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(圖5)，石英含量普遍較高，在26.3%～54.7%之間，平均36.2%，其中上部73 m以上和中下部171 m以下巖段石英含量較高，一般大于40%；碳酸鹽巖含量全井變化較大，在0～17.9%之間，平均6.2%，主要集中在下部頁巖段；黏土礦物含量自上而下逐漸變小，特別在186 m以下頁巖段黏土礦物含量相對較低，平均37.7%。裂縫統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在上部 10～73 m、中下部171～230 m和下部246～320 m 3個(gè)頁巖段，石英和碳酸鹽礦物含量較高，黏土礦物含量相對較低，裂縫密度最大，裂縫最為發(fā)育，且基本包含了頁巖的所有孔隙類型。說明碳酸鹽礦物和硅質(zhì)含量是頁巖裂縫發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，在相同的應(yīng)力條件下碳酸鹽礦物和硅質(zhì)含量高的頁巖因其脆性強(qiáng)易產(chǎn)生破裂形成裂縫。此外，在209 m和292 m附近頁巖段，由于相帶間礦物組成的差異造成差異壓實(shí)，并且在這些過渡帶又是地表應(yīng)力較集中區(qū)，所以易于產(chǎn)生裂縫。

3.5 顯微組分

全井巖樣顯微組分定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(圖5)，渝頁1井主要以鏡質(zhì)組(瀝青)為主，同時(shí)含有少量的礦物瀝青基質(zhì)(腐泥組)，惰質(zhì)組和殼質(zhì)組基本缺失。鏡質(zhì)組(瀝青)縱向上顯現(xiàn)3個(gè)峰值，且?guī)缀跖cBET比表面峰值相對應(yīng)，因此認(rèn)為隨鏡質(zhì)組(瀝青)增多頁巖總孔隙體積變大。究其原因，鏡質(zhì)組(瀝青)具有很強(qiáng)的生烴能力，且物理化學(xué)變化較大[21]，在演化過程中易產(chǎn)生局部異常壓力發(fā)生破裂，使得鏡質(zhì)組(瀝青)內(nèi)部及其與礦物間普遍發(fā)育大量微孔隙和小孔洞，增加了頁巖的有機(jī)質(zhì)(瀝青)微孔隙和有機(jī)質(zhì)(瀝青)和礦物間孔隙。

4 結(jié)論

(1) 渝頁 1井頁巖儲(chǔ)層主要存在裂縫和基質(zhì)孔隙2種孔隙類型，其中裂縫包括構(gòu)造縫(張性縫、剪性縫和擠壓性縫)、成巖縫(層間頁理縫、層面滑移縫、溶蝕縫和成巖收縮縫)和有機(jī)質(zhì)演化異常壓力縫。基質(zhì)孔隙包括有機(jī)質(zhì)微孔隙、礦物質(zhì)孔(殘余粒間孔和粒間溶蝕孔)、有機(jī)質(zhì)和礦物間孔隙。

(2) 頁巖中各類型孔隙間相互組合基巖才能形成有效的裂縫網(wǎng)絡(luò)。渝頁1井在平面上存在2種裂縫組合構(gòu)型，剖面上存在7種裂縫組合構(gòu)型，不同類型的裂縫組合構(gòu)型其發(fā)育特征、儲(chǔ)集性能和滲透性某種程度上都具有一定差異性。

(3) 各類型孔隙在全井普遍發(fā)育，其中構(gòu)造縫全井普遍發(fā)育，占絕對優(yōu)勢，其次是基質(zhì)孔隙、層間頁理縫、成巖收縮縫和溶蝕縫，有機(jī)質(zhì)演化異常壓力縫和層面滑移縫一般只在特定的環(huán)境下發(fā)育。

(4) 控制孔隙形成地質(zhì)因素復(fù)雜，主要有區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、構(gòu)造部位、沉積成巖作用、變質(zhì)程度、礦物組成(巖性、巖相和物性等)、地層壓力及顯微組分等，其中礦物組成和顯微組分是控制孔隙發(fā)育的基礎(chǔ)，構(gòu)造作用是孔隙形成的關(guān)鍵因素，沉積成巖作用對非構(gòu)造縫形成起控制作用。

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