曹 茜， 溫真桃， 徐 浩， 戚明輝， 王興志

(1. 西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610091； 2.頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)與開(kāi)采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610091； 3.四川省科源工程技術(shù)測(cè)試中心，成都 610091； 4.中國(guó)石化西南油氣分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610041； 5.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在泥頁(yè)巖孔隙的類型、大小、結(jié)構(gòu)特征參數(shù)方面開(kāi)展了大量的研究，并取得了一系列的進(jìn)展[1-2]；在研究Barnett、Woodford、Marcellus、五峰組-龍馬溪組等富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間發(fā)育特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)孔隙是頁(yè)巖中最重要的孔隙類型之一[3-6]。有機(jī)質(zhì)孔隙的形成與演化對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層中油氣的存儲(chǔ)及運(yùn)移起重要作用，在有機(jī)質(zhì)強(qiáng)吸附性的作用下，有機(jī)質(zhì)內(nèi)部及周緣發(fā)育的孔隙也在很大程度上增加了頁(yè)巖的比表面積和孔隙體積，是頁(yè)巖氣主要的儲(chǔ)集空間。

不同類型有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育程度、大小和體積等分布特征對(duì)頁(yè)巖油氣的吸附和儲(chǔ)集能力以及不同賦存狀態(tài)頁(yè)巖油氣含量分布特征均具有重要的影響[7-10]。目前，有機(jī)質(zhì)及有機(jī)質(zhì)孔隙的劃分方案較多，有機(jī)巖石學(xué)家根據(jù)頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)狀、分布位置、反射率、熒光及與自生礦物的關(guān)系等分布特征對(duì)巖石中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分類，其中H.Jacob[11]首次提出“運(yùn)移瀝青”的概念，他指出運(yùn)移瀝青(“固體石油瀝青”)常呈分散狀或塊狀產(chǎn)于巖石中，無(wú)定形分布，形態(tài)主要取決于其所占據(jù)的空腔形狀。在此基礎(chǔ)上， R. G.Loucks等[12]、趙建華等[9]根據(jù)泥頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的發(fā)育成因，提出區(qū)分海相泥頁(yè)巖中遷移固體有機(jī)質(zhì)(包括瀝青、石油等)和原始有機(jī)質(zhì)(包括干酪根、部分固體瀝青/焦瀝青等)的巖相學(xué)標(biāo)志，指出原始有機(jī)質(zhì)為原始的有機(jī)質(zhì)及其蝕變產(chǎn)物，這些有機(jī)質(zhì)未發(fā)生過(guò)遷移；遷移有機(jī)質(zhì)是指在烴源巖演化過(guò)程中，由外地運(yùn)移過(guò)來(lái)的瀝青或石油，當(dāng)烴源巖熱演化程度較高時(shí)，部分遷移有機(jī)質(zhì)可演變成固體瀝青或焦瀝青。張慧等[6]、劉振莊等[13]、白名崗等[14]提出依據(jù)有機(jī)質(zhì)形貌、賦存狀態(tài)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征對(duì)有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行劃分，觀察結(jié)果表明有機(jī)質(zhì)的分布形貌多呈條帶狀、填隙狀、薄膜狀或碎屑狀等，其中填隙狀有機(jī)質(zhì)多分布于自生硅質(zhì)中或與黏土礦物交互生長(zhǎng)，根據(jù)顯微組分進(jìn)一步對(duì)有機(jī)質(zhì)孔隙進(jìn)行劃分，包括生物孔、氣孔、瀝青球?？?、鑄?？?、氣泡狀有機(jī)孔和蜂窩狀有機(jī)孔等。Zhang W.T. 等[15]根據(jù)有機(jī)質(zhì)的形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分布，將有機(jī)質(zhì)類型劃分為瀝青、球形干酪根、藻類碎屑、細(xì)菌樣和石墨等。

頁(yè)巖中不同有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育機(jī)制和影響因素復(fù)雜，目前尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育受有機(jī)質(zhì)含量、類型、熱演化程度、賦存狀態(tài)、礦物組成、成巖過(guò)程中的不同成巖作用以及地層壓力系數(shù)等因素的影響[15-19]。M.E.Curtis等[2]、Cao Q等[20]、B.J.Cardott等[21]認(rèn)為富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中當(dāng)有機(jī)質(zhì)成熟度Ro≥0.9%時(shí)，有機(jī)質(zhì)孔隙開(kāi)始發(fā)育，其發(fā)育主要受有機(jī)質(zhì)成熟度的影響；但也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)較低成熟度(Ro=0.6%～0.9%)的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中也發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)孔隙[12]。川南龍馬溪組頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)分布形式多樣，有機(jī)質(zhì)本身可充填到不同碎屑顆粒間或黏土礦物層理間，成巖演化過(guò)程中黏土礦物轉(zhuǎn)換作用在一定程度上促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的演化，從而使得有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育情況不一致[1,13,18]。目前關(guān)于不同有機(jī)質(zhì)孔隙差異化發(fā)育特征定量表征還需進(jìn)一步研究。本文利用氬離子拋光和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，結(jié)合能譜分析以及ImageJ圖像分析軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)定量表征不同類型有機(jī)質(zhì)及對(duì)應(yīng)有機(jī)質(zhì)孔隙的分布特征，包括不同有機(jī)質(zhì)分布比例、有機(jī)質(zhì)孔隙直徑分布、形狀系數(shù)、分形維數(shù)等，進(jìn)而分析有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育的影響因素。

1 樣品與測(cè)試方法

1.1 樣品選取

D區(qū)地處重慶市綦江區(qū)、貴州省習(xí)水縣和桐梓縣，構(gòu)造上位于四川盆地東南部川東南拗褶區(qū)，南部跨越川南低緩褶皺帶及四川盆地南斜坡帶的結(jié)合部位，在平面上存在近東西向和北北東向及北東東向3組構(gòu)造走向[22-23]。本次研究選取D區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖作為研究對(duì)象。為了便于對(duì)比研究，本文按照統(tǒng)一的地層劃分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，共采集D區(qū)D1～D7井優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段7塊頁(yè)巖樣品，經(jīng)測(cè)試，樣品的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)為3.788%～4.733%，Ro值>2.0%，處于過(guò)成熟階段，有機(jī)質(zhì)孔隙均較發(fā)育。樣品的礦物含量、wTOC、Ro、孔隙度(q)以及被選的層段地層壓力等屬性信息如表1。

1.2 測(cè)試方法

利用氬離子拋光、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡和能譜分析技術(shù)觀測(cè)樣品中有機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育情況，所采用的儀器為ZEISS sigma300掃描電鏡、Bruker Quantax200能譜儀，二次電子模式下分辨率可達(dá)0.8 nm(15 keV)，透射電子檢測(cè)模式下分辨率為0.6 nm(15 keV)。采用ImageJ圖像分析軟件對(duì)圖片進(jìn)行處理時(shí)，首先將掃描電鏡圖片中的有機(jī)質(zhì)部分提取出來(lái)，確定孔隙閾值后完成不同孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的提取。頁(yè)巖孔隙形態(tài)復(fù)雜多樣，本文根據(jù)有機(jī)質(zhì)孔隙提取結(jié)果，選取孔隙直徑、形狀系數(shù)、分形維數(shù)等參數(shù)來(lái)進(jìn)行分析。

2 有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育特征

2.1 有機(jī)質(zhì)發(fā)育特征

掃描電鏡下觀察到的不同形態(tài)有機(jī)質(zhì)均為干酪根不同演化時(shí)期的產(chǎn)物，不同有機(jī)質(zhì)分布形態(tài)差異較大，對(duì)應(yīng)的孔隙發(fā)育特征差異也較大。經(jīng)系統(tǒng)觀察樣品中有機(jī)質(zhì)發(fā)育特征，本文基于不同有機(jī)質(zhì)巖石學(xué)特征、發(fā)育成因及形態(tài)分布特征將其分為孤立有機(jī)質(zhì)及共生有機(jī)質(zhì)2類。其中頁(yè)巖中孤立有機(jī)質(zhì)多呈團(tuán)塊狀、條帶狀等形態(tài)獨(dú)立散布于頁(yè)巖基質(zhì)中，部分呈平行層理方向的彎曲狀分布，多見(jiàn)明顯結(jié)構(gòu)性特征，可識(shí)別出明顯的藻類、疑源類以及植物碎片等生物組構(gòu)，多與礦物基質(zhì)緊密結(jié)合且邊界清晰，部分該類有機(jī)質(zhì)內(nèi)部見(jiàn)孔隙發(fā)育，孔隙多呈孤立狀隨機(jī)分布在有機(jī)質(zhì)中，見(jiàn)部分孔隙相連通(圖1)。共生有機(jī)質(zhì)的分布形態(tài)多不規(guī)則，與有機(jī)質(zhì)周邊的基質(zhì)礦物共生長(zhǎng)，充填在硅質(zhì)礦物、黏土礦物或黃鐵礦等無(wú)機(jī)礦物顆粒/晶體間，其邊界多與礦物顆粒/晶體之間的邊界相混合；由于有機(jī)質(zhì)塑性較強(qiáng)，在成巖過(guò)程中部分有機(jī)質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈壓實(shí)作用，其形態(tài)多由周邊共生礦物分布形態(tài)決定，多呈不規(guī)則狀分布；該類有機(jī)質(zhì)內(nèi)部及邊緣可見(jiàn)大量孔隙，其形態(tài)多樣，有圓形、橢圓形、扁平形、狹長(zhǎng)形及不規(guī)則形等，部分孔隙連通性較好，孔隙直徑分布范圍較大(圖2)。

表1 樣品的有機(jī)碳含量、熱演化程度、孔隙度以及全巖礦物含量Table 1 Organic carbon content, thermal evolution degree, porosity and mineral content of rock samples

圖1 D區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖孤立有機(jī)質(zhì)及有機(jī)孔掃描電鏡照片F(xiàn)ig.1 SEM images of isolated organic matter and organic pores in Longmaxi Formation shale in D area (A)孤立有機(jī)質(zhì)呈近似橢圓形,有機(jī)質(zhì)孔隙,D1井,深度2 051 m; (B)孤立有機(jī)質(zhì)呈近似橢圓狀,發(fā)育少量孔隙，D2井,深度4 363.5 m; (C)有機(jī)質(zhì)呈近似橢圓形，發(fā)育少量孔隙，D3井,深度2 268 m; (D)有機(jī)質(zhì)呈塊狀不規(guī)則分布,孔隙相對(duì)較發(fā)育，呈圓形或近似橢圓形，D3井,深度2 268 m; (E)D3井,深度2 268 m; (F)孤立有機(jī)質(zhì)呈條帶狀，發(fā)育少量狹長(zhǎng)形孔隙，D4井,深度3 727.2 m; (G)孤立有機(jī)質(zhì)呈橢圓形，有機(jī)質(zhì)微孔發(fā)育，D5井,深度3 812.7 m; (H)有機(jī)質(zhì)充填無(wú)機(jī)礦物粒間，發(fā)育少量圓形、狹縫形孔隙，D6井, 深度3 447.17 m; (I)孤立有機(jī)質(zhì)呈月牙狀，內(nèi)部有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育，多呈圓形，D7井,深度4 223.3 m

2.2 各單井中有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育特征

基于上述分析可知，不同類型有機(jī)質(zhì)的孔隙發(fā)育特征有明顯的差別(圖 1、圖2)。為了更準(zhǔn)確地分析D區(qū)不同單井優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層中有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育的差異性，對(duì)大量掃描電鏡照片進(jìn)行圖像處理分析，采用不同類型有機(jī)質(zhì)分布比例、有機(jī)孔發(fā)育密度、中值孔隙直徑、形狀系數(shù)、分形維數(shù)等參數(shù)，定量地表征各單井中不同有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育的程度，其中有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育密度是指單位面積(μm2)有機(jī)質(zhì)上孔隙發(fā)育個(gè)數(shù)。掃描電鏡下有機(jī)孔形狀分布復(fù)雜，采用費(fèi)里特直徑來(lái)表征不同孔隙直徑分布特征。費(fèi)里特直徑也稱為定方向接線徑，是1種物體上2個(gè)平行切線間的距離(圖3)。

本次研究定義形狀系數(shù)(F)的計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。形狀系數(shù)通常用來(lái)描述物體的形態(tài)特征，數(shù)值分布范圍為0～1，數(shù)值越接近1，說(shuō)明物體形狀越接近圓形(圖4)。

F=4πS/C2

(1)

其中：S為孔隙橫截面的面積；C為孔隙橫截面的周長(zhǎng)。

前人研究表明，頁(yè)巖儲(chǔ)層作為一種多孔介質(zhì)，其孔隙分布非均質(zhì)性較強(qiáng)，可采用分形維數(shù)(Df)來(lái)表征孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性[24-25]。當(dāng)多孔介質(zhì)中孔隙直徑分布具有分形特征時(shí)，其不同大小的孔隙發(fā)育數(shù)量與對(duì)應(yīng)孔隙直徑(d)之間存在如下關(guān)系式

圖2 D區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖共生有機(jī)質(zhì)及有機(jī)孔掃描電鏡照片F(xiàn)ig.2 SEM images of symbiotic organic matter and organic pores in the Longmaxi shale in D area (A)D6井,深度3 447.17 m; (B)有機(jī)質(zhì)呈填隙狀分布在硅質(zhì)礦物顆粒間,D5井,深度3 812.7 m; (C)有機(jī)質(zhì)充填在無(wú)機(jī)礦物顆粒間,孔隙發(fā)育,部分孔隙連通,D5井,深度3 812.7 m; (D)有機(jī)質(zhì)充填在黃鐵礦晶體間,D5井，深度3 812.7 m; (E)D5井,深度3 812.7 m; (F)D6井,深度3 447.17 m; (G)有機(jī)質(zhì)充填在硅質(zhì)及黏土礦物等無(wú)機(jī)礦物顆粒間,D6井,深度3 447.17 m; (H)有機(jī)質(zhì)分布在黏土礦物層間,其內(nèi)部發(fā)育海綿狀有機(jī)質(zhì)孔隙,D6井，深度3 447.17 m; (I)有機(jī)質(zhì)復(fù)合硅質(zhì)等無(wú)機(jī)礦物分布,發(fā)育近似橢圓形及狹長(zhǎng)形孔隙,D2井，深度4 363.5 m

圖3 孔隙大小分布與費(fèi)里特直徑Fig.3 Pore size distribution and Ferret diameter

圖4 孔隙形狀與形狀系數(shù)間的關(guān)系Fig.4 The relationship between pore shape and shape coefficient

(2)

當(dāng)d=dmin時(shí)，可得巖石中孔隙總數(shù)為

Nt=(dmax/dmin)Df

(3)

孔隙直徑≥d的孔隙數(shù)量N(≥d)與d之間的關(guān)系為

(4)

(5)

取對(duì)數(shù)得

lnN(d)=C-Dflnd

(6)

式中：N為多孔介質(zhì)孔隙直徑≥d的累計(jì)孔隙數(shù)量；di為孔隙直徑；Df為孔隙分形維數(shù)；dmax、dmin分別為孔隙直徑最大值、最小值；f(d)為孔隙直徑分布概率密度函數(shù);a為常數(shù)。

本次統(tǒng)計(jì)是基于ImageJ圖像處理結(jié)果，即將三維空間上孔隙分布投影到二維平面上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)統(tǒng)計(jì)樣品中孔隙發(fā)育數(shù)量及對(duì)應(yīng)的孔隙直徑，采用多孔介質(zhì)分形分析方法計(jì)算不同樣品的孔隙分布分形維數(shù)。Df值分布在1～2之間，Df越接近1，說(shuō)明多孔介質(zhì)中的孔隙結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單，表面粗糙度低；Df值越接近2，說(shuō)明孔隙非均質(zhì)性越強(qiáng)，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(表2、圖5)，不同單井中有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育差異較大，孤立有機(jī)質(zhì)和共生有機(jī)質(zhì)分布比例也有差異。不同單井優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育密度不一致，D1、D3井有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育密度相對(duì)較小，平均值分別為0.01 μm-2、0.003 μm-2；D2、D4、D5、D6、D7井有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育密度平均值分別為0.037 μm-2、0.015 μm-2、0.036 μm-2、0.020 μm-2、0.036 μm-2。D1井中有機(jī)質(zhì)孔隙以微孔和小孔為主，孔隙直徑主要在4～10 nm，占總數(shù)的74.738%；中值孔隙直徑為6.9 nm；半徑>100 nm的孔隙很少，占總數(shù)的2.909%；形狀系數(shù)平均為0.674，孔隙以不規(guī)則狀為主，部分為狹縫型。D3井中有機(jī)質(zhì)孔隙以小孔和介孔為主，孔隙直徑主要在5～40 nm，占總數(shù)的73.359%；中值孔隙直徑為9.9 nm；直徑>100 nm的孔隙很少，占總數(shù)的3.147%；形狀系數(shù)平均為0.754，孔隙以不規(guī)則狀為主。D2井中有機(jī)質(zhì)孔隙以介孔為主，孔隙直徑主要在8～80 nm，占總數(shù)的72.570%；中值孔隙直徑為33.0 nm；直徑>100 nm的孔隙很少，占總數(shù)的7.311%;形狀系數(shù)平均為0.801，孔隙以近似圓形和橢圓形為主。D4井中有機(jī)質(zhì)孔隙直徑分布范圍較大，主要在5～400 nm，占總數(shù)的95.766%；計(jì)算測(cè)試樣品孔隙分布的分形維數(shù)，首先計(jì)算直徑≥d的孔隙數(shù)量N，利用lnN(d)-lnd之間的關(guān)系式擬合直線的斜率計(jì)算Df，結(jié)果見(jiàn)圖6。從分形維數(shù)的分布特征可知，測(cè)試樣品分形維數(shù)主要在1.1～1.7。從樣品分形維數(shù)與共生有機(jī)質(zhì)分布比例之間的關(guān)系(圖7)可以看出，共生有機(jī)質(zhì)分布比例越高，有機(jī)質(zhì)孔隙越發(fā)育，孔隙形態(tài)越復(fù)雜，對(duì)應(yīng)的分形維數(shù)越大。

表2 不同樣品有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育密度及形狀系數(shù)Table 2 The distributions of organic pore development density and shape coefficient of different test samples

中值孔隙直徑為28.0 nm，形狀系數(shù)平均為0.829，孔隙以近似圓形和橢圓形為主。D5井中有機(jī)質(zhì)孔隙直徑分布范圍大，在2～1 000 nm，中值孔隙直徑為35.7 nm；形狀系數(shù)平均為0.884，孔隙以近似圓形和橢圓形為主，部分為不規(guī)則狀和狹縫型。D6井中有機(jī)質(zhì)孔隙分布范圍較大，以介孔和大孔為主，孔隙直徑在10～400 nm的占總數(shù)的83.07%；中值孔隙直徑為45.5 nm，形狀系數(shù)平均為0.786，孔隙形狀多數(shù)不規(guī)則,部分近似橢圓形。D7井中有機(jī)質(zhì)孔隙以介孔為主，孔隙直徑主要在20～70 nm，占總數(shù)的74.811%；中值孔隙直徑為26.7 nm；直徑>100 nm的孔隙很少，占總數(shù)的3.620%；形狀系數(shù)平均為0.922，孔隙以橢圓形和近似圓形為主。

圖5 各單井優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段有機(jī)質(zhì)孔隙直徑分布圖Fig.5 Pore diameter distribution of organic matter in each high quality shale section

圖6 樣品lnN(d)-lnd圖Fig.6 The lnN(d)-lnd figure for different samples

圖7 樣品分形維數(shù)與共生有機(jī)質(zhì)分布比例之間的關(guān)系Fig.7 Relationship between the fractal dimension and the distribution ratio of symbiotic organic matter

3 孔隙發(fā)育的影響因素

頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育受有機(jī)質(zhì)顯微組分、賦存位置、埋藏深度、熱成熟度、礦物組分類型及含量等多因素綜合控制。本文前面的研究表明，測(cè)試樣品中不同類型有機(jī)質(zhì)中發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔隙形態(tài)、直徑等孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)具有一定的差異性，不同類型有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育的影響因素也不一致。

3.1 上覆巖層壓力

D區(qū)鉆井測(cè)試揭示，不同單井優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層地層壓力不一致，冉琦等[26]利用模擬聲波地震反演，結(jié)合Fillippone 公式對(duì)研究區(qū)龍馬溪組地層進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)，結(jié)果為優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段壓力系數(shù)在平面上呈現(xiàn)自東南向西北逐漸增大的趨勢(shì)。

D2、D4、D5、D6、D7井平均孔隙度相對(duì)較高，約為5.49%；而靠近東南翼、西南翼斷裂區(qū)保存條件變差。D1、D3井的頁(yè)巖儲(chǔ)層流體壓力降低，孔隙度出現(xiàn)明顯降低。其中D1井的實(shí)測(cè)孔隙度為4.02%，D3井的實(shí)測(cè)孔隙度為4.13%，明顯低于地層壓力系數(shù)高的地區(qū)(表1，圖8-A)。利用氬離子拋光、掃描電鏡觀測(cè)技術(shù)對(duì)D區(qū)不同單井頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間發(fā)育特征進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)：儲(chǔ)集空間均以有機(jī)質(zhì)孔為主，隨著上覆地層壓力的增加，作用在頁(yè)巖儲(chǔ)層上的有效應(yīng)力增強(qiáng)，部分有機(jī)質(zhì)孔隙明顯被破壞。以D1、D3井為例，顯示其有機(jī)質(zhì)孔隙雖然數(shù)量較多，但孔隙直徑相對(duì)較小，多呈狹長(zhǎng)形或扁平形，部分有機(jī)質(zhì)孔逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄏ蚍植嫉谋馄綘钪锌?圖9-A～C) 。分析認(rèn)為，隨著成巖演化作用的進(jìn)行，有機(jī)質(zhì)孔隙在發(fā)育過(guò)程中遭受了強(qiáng)烈的壓實(shí)作用，孔隙直徑變小甚至可能消失。當(dāng)?shù)貙由细藏?fù)荷增加速率大于儲(chǔ)層孔隙流體排出速率時(shí)，部分上覆負(fù)荷由流體承擔(dān)，孔隙流體壓力增大，超壓的形成阻礙了正常壓實(shí)作用的進(jìn)行，保存了部分孔隙[27]。以D2、D4、D5、D6、D7井為例，有機(jī)質(zhì)孔隙多呈近似圓形或橢圓形，部分為不規(guī)則狀及狹縫狀(圖9-D～I(xiàn))。而當(dāng)?shù)貙訅毫μ幱诔瑝籂顟B(tài)時(shí)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明地層壓力系數(shù)與有機(jī)質(zhì)孔隙平均形狀系數(shù)呈正相關(guān)性(圖8-B)。分析認(rèn)為，超壓地層是一個(gè)由無(wú)機(jī)礦物+有機(jī)礦物+地層流體共同構(gòu)成的多過(guò)程相互伴生、相互影響的物理-化學(xué)系統(tǒng)[28]，孔隙壓力不同，部分有機(jī)質(zhì)分布于礦物顆粒/晶體格架中，超壓作用下，受到有機(jī)質(zhì)邊緣礦物顆粒的支撐及屏蔽作用，填隙狀的有機(jī)質(zhì)受到的壓實(shí)作用減小，有機(jī)質(zhì)孔隙形態(tài)相對(duì)較圓，孔隙直徑較大，直徑一般在20～60 nm，說(shuō)明超壓對(duì)于頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙保存起重要保護(hù)作用。

圖8 地層壓力與孔隙度、孔隙平均形狀系數(shù)的關(guān)系圖Fig.8 The relationship between formation pressure and porosity and pore average shape coefficient

圖9 D區(qū)單井優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段不同地層壓力條件下有機(jī)質(zhì)孔特征Fig.9 Comparison of organic pore development of quality shale section of single well in D area under different formation pressure conditions(A)壓力系數(shù)為1.01, 有機(jī)質(zhì)孔隙扁平，D1; (B)和(C)壓力系數(shù)為1.15，部分有機(jī)質(zhì)孔隙被壓實(shí)，D3; (D)和(E)壓力系數(shù)為1.5，有機(jī)質(zhì)孔隙呈橢圓形或近似圓形，D4; (F)壓力系數(shù)為1.55，有機(jī)質(zhì)孔隙呈橢圓形或近似圓形,D5; (G)和(H)壓力系數(shù)為1.35，有機(jī)質(zhì)孔隙呈橢圓形或近似圓形， D6; (I)壓力系數(shù)為1.58， 有機(jī)質(zhì)孔隙呈橢圓形或近似圓形， D7

3.2 礦物組成

觀察發(fā)現(xiàn)部分有機(jī)質(zhì)呈填隙狀充填在硅質(zhì)礦物、黃鐵礦、伊利石等無(wú)機(jī)礦物顆粒間。在泥頁(yè)巖成巖演化過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)與無(wú)機(jī)礦物同時(shí)沉積、相互作用，對(duì)應(yīng)的不同類型孔隙演化規(guī)律不一致。黏土礦物作為泥頁(yè)巖主要的礦物成分，粒度相對(duì)小、晶形較差，與黏土礦物共生的有機(jī)質(zhì)多呈填隙狀定向分布，部分有機(jī)質(zhì)隨黏土礦物發(fā)生彎曲變形。樣品中黏土礦物含量與孔隙發(fā)育密度之間呈一定的正相關(guān)性(圖10-A)，黏土礦物轉(zhuǎn)化作用對(duì)鄰近的有機(jī)質(zhì)有明顯催化作用[29]，伊利石等黏土礦物的增加有利于有機(jī)質(zhì)賦存空間的增加，對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)孔隙相對(duì)也較發(fā)育。黏土礦物格架中的有機(jī)質(zhì)孔隙直徑較大，部分相互連接形成串珠狀，以近似橢圓形、不規(guī)則形和葫蘆形為主(圖11)。

張景廉等[30]、胡華[31]通過(guò)研究黃鐵礦對(duì)有機(jī)質(zhì)生烴等成巖作用的影響，指出有機(jī)質(zhì)干酪根組分類型、演化程度高低與黃鐵礦的含量及形態(tài)特征有關(guān)，黃鐵礦及周圍礦物中硫的含量直接影響到干酪根的活化能、反應(yīng)速率，黃鐵礦的形成過(guò)程中對(duì)有機(jī)質(zhì)聚集和轉(zhuǎn)化生孔有促進(jìn)作用。在顯微鏡下觀察，測(cè)試樣品中黃鐵礦的主要產(chǎn)狀類型有條帶狀、草莓狀以及立方體等。其中草莓狀黃鐵礦晶體間或邊緣位置有機(jī)質(zhì)較為發(fā)育，黃鐵礦含量與有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育密度呈正相關(guān)關(guān)系(圖10-B，圖11)，說(shuō)明黃鐵礦集合體對(duì)有機(jī)質(zhì)孔隙系統(tǒng)具有貢獻(xiàn)，對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)孔隙直徑為20～70 nm，多呈近似橢圓形和不規(guī)則形狀，部分相互連通。

圖10 黏土礦物含量、黃鐵礦含量與孔隙發(fā)育密度之間的關(guān)系Fig.10 The relationship between clay mineral & pyrite content and pore development density

圖11 黏土礦物間、黃鐵礦晶間有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育特征Fig.11 Development characteristics of intercrystalline organic pores in clay minerals and pyrite

4 結(jié) 論

a.基于不同有機(jī)質(zhì)巖石學(xué)特征、發(fā)育成因及形態(tài)分布特征，將研究區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)劃分為孤立有機(jī)質(zhì)及共生有機(jī)質(zhì)。其中共生有機(jī)質(zhì)包括硅質(zhì)礦物粒間孔中充填的固體瀝青、黏土礦物粒間孔充填的有機(jī)質(zhì)以及黃鐵礦顆粒間充填的有機(jī)質(zhì)等。

b. 研究區(qū)不同單井中有機(jī)質(zhì)孔隙直徑、形狀系數(shù)及分形維數(shù)具有一定的差異性。其中孤立有機(jī)質(zhì)中有機(jī)質(zhì)孔隙以微孔和小孔為主，發(fā)育少量中孔，孔隙多呈孤立狀分布，受有機(jī)質(zhì)塑性影響，部分孔隙形態(tài)復(fù)雜，整體呈定向排列；共生有機(jī)質(zhì)中有機(jī)質(zhì)孔隙直徑相對(duì)較大，偶見(jiàn)少量微孔，孔隙圓度相對(duì)較高。

c. 有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育主要受地層壓力及黏土礦物、黃鐵礦等無(wú)機(jī)礦物分布的影響。其中超壓對(duì)于頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙保存起重要作用，超壓的存在使得有機(jī)質(zhì)受到的壓實(shí)作用滯后或減??；此外，黏土礦物轉(zhuǎn)化作用以及黃鐵礦的形成也會(huì)對(duì)相鄰的有機(jī)質(zhì)聚集和轉(zhuǎn)化生孔起明顯催化作用，對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)孔隙形態(tài)多呈橢圓形或近似圓形，孔隙直徑相對(duì)較大，部分相互連通。

在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要重點(diǎn)關(guān)注有機(jī)質(zhì)本身屬性及有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育特征對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能、氣/水分布特征以及脆性礦物分布特征的影響，有機(jī)質(zhì)孔隙演化與無(wú)機(jī)礦物演化之間的研究也可為綜合評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)“甜點(diǎn)”段奠定基礎(chǔ)。