盧龍飛，劉偉新，魏志紅，潘安陽(yáng)，張慶珍，騰格爾

1.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫 214126

2.中石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫 214126

3.中石化勘探分公司，成都 610041

4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100083

0 引言

在傳統(tǒng)地質(zhì)認(rèn)識(shí)中，頁(yè)巖的物理化學(xué)性質(zhì)除了受控于原始礦物組成和沉積顆粒結(jié)構(gòu)外，沉積后的成巖作用，特別是機(jī)械壓實(shí)作用起著極為重要的控制作用，在有限的埋深范圍內(nèi)使頁(yè)巖孔隙度迅速降低至較低水平[1-5]，以至于無(wú)法作為油氣的有效儲(chǔ)集體。隨著頁(yè)巖中有機(jī)孔隙的發(fā)現(xiàn)，徹底改變了頁(yè)巖不具儲(chǔ)集性能的觀(guān)念[6-9]，使人們認(rèn)識(shí)到富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖作為非常規(guī)油氣儲(chǔ)層的巨大潛力[10-13]，有力推動(dòng)了油氣地質(zhì)理論的革新和發(fā)展。頁(yè)巖的成巖演化過(guò)程控制頁(yè)巖有機(jī)孔隙和總孔隙的發(fā)育與保存，然而除了黏土礦物沉積、成巖演化研究受到較廣泛關(guān)注外，對(duì)頁(yè)巖成巖作用的了解與認(rèn)識(shí)還有待不斷深入。頁(yè)巖屬細(xì)粒沉積物，指以粒級(jí)小于62.5 μm的顆粒為主要組成的沉積巖，主要由黏土礦物和黏土粒級(jí)的石英、長(zhǎng)石及碳酸鹽等碎屑礦物組成，礦物顆粒總體較小的特點(diǎn)給頁(yè)巖沉積、成巖作用研究帶來(lái)了諸多困難和挑戰(zhàn)。

我國(guó)南方中上揚(yáng)子地區(qū)普遍發(fā)育多套海相黑色頁(yè)巖層系，其中上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)五峰組—龍馬溪組（O3w-S1l）頁(yè)巖因頁(yè)巖氣勘探獲得突破和成功開(kāi)發(fā)而受到廣泛關(guān)注[14-17]。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖古沉積環(huán)境特殊，巖相多樣，有機(jī)質(zhì)豐度較高，熱演化程度也較高，且經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用和強(qiáng)烈的多期構(gòu)造改造，在沉積埋藏和漫長(zhǎng)的成巖演化和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有機(jī)孔隙能否大量發(fā)育以及有效保存對(duì)頁(yè)巖氣的生、儲(chǔ)和富集均極為重要。本文在巖心觀(guān)察、巖石薄片鑒定和X射線(xiàn)衍射前期分析基礎(chǔ)上，利用近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的氬離子拋光樣品預(yù)處理技術(shù)和環(huán)境掃描電鏡與高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡及能譜兩級(jí)電子顯微與微區(qū)成分分析技術(shù)，系統(tǒng)開(kāi)展四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖微觀(guān)結(jié)構(gòu)、成巖作用類(lèi)型及特征和納米尺度孔隙結(jié)構(gòu)特征研究，通過(guò)超顯微特征分析探討不同成巖作用對(duì)有機(jī)孔隙發(fā)育和保存的影響，進(jìn)而建立成巖作用約束下有機(jī)孔隙的形成與演化模式，為該套頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和頁(yè)巖氣甜點(diǎn)層段優(yōu)選提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 頁(yè)巖儲(chǔ)層成巖作用類(lèi)型與特征

碎屑儲(chǔ)集巖的成巖作用是碎屑沉積物在沉積后到變質(zhì)作用之間這一漫長(zhǎng)階段所發(fā)生的各種物理、化學(xué)及生物化學(xué)變化，這一系列變化對(duì)作為儲(chǔ)集巖的孔隙形成、保存和破壞起著極為重要的影響作用[18-20]。與常規(guī)儲(chǔ)集巖相比，頁(yè)巖儲(chǔ)層以有機(jī)孔隙大量發(fā)育為獨(dú)特特征，因此成巖作用研究不僅需要考慮無(wú)機(jī)孔隙變化，而且還需要考慮次生有機(jī)孔隙的形成與演化，尤其是需要關(guān)注后期演化階段復(fù)雜構(gòu)造活動(dòng)影響下有機(jī)孔隙的保存、改造和破壞過(guò)程。

1.1 機(jī)械壓實(shí)作用

機(jī)械壓實(shí)作用是指在上覆載荷作用下孔隙水排出和沉積物密度增大逐漸向巖石轉(zhuǎn)變的作用過(guò)程，主要發(fā)生在早期成巖作用階段，是導(dǎo)致頁(yè)巖孔隙損失的主要作用。泥頁(yè)巖富含黏土礦物且碎屑粒度較小，以基質(zhì)支撐為主，抗壓實(shí)能力較弱，沉積后在上覆荷載影響下，孔隙水排出，以絮凝體形式存在的黏土礦物“卡—房”結(jié)構(gòu)迅速垮塌變形[21]，黏土礦物重新排列，板片狀結(jié)構(gòu)趨于定向[22-23]，從而使沉積物固結(jié)程度增加，原始孔隙度減小，滲透率降低。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖普遍較為致密，電鏡觀(guān)察黏土礦物含量較高的泥質(zhì)頁(yè)巖，可見(jiàn)片狀的黏土礦物多呈近平行的定向排列，相互緊密堆積，部分剛性顆粒的長(zhǎng)軸亦平行于層理方面，粒間孔隙發(fā)育較差（圖1）。礦物顆粒以面接觸為主（圖1a，b），由于剛性碎屑顆粒抗壓實(shí)能力強(qiáng)于黏土質(zhì)，黏土顆粒遭受擠壓則發(fā)生彎曲變形，與剛性顆粒形成緊密的凹凸接觸關(guān)系，剛性顆粒則被黏土礦物包圍形成魚(yú)尾狀分叉結(jié)構(gòu)，（圖1a～c），粒間孔隙（后期被瀝青充填）偶有發(fā)育，表明泥頁(yè)巖原生粒間孔隙在壓實(shí)過(guò)程中大量消亡，所經(jīng)歷的機(jī)械壓實(shí)作用較為強(qiáng)烈。另外，也有少部分未明顯定向重排的黏土礦物片晶則在壓實(shí)作用下發(fā)生層間劈裂和斷折變形，構(gòu)成三角狀的穩(wěn)定支撐結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一定數(shù)量的次生孔隙，為烴類(lèi)充注提供了一定空間的同時(shí)還有利于后期液態(tài)烴裂解所形成有機(jī)孔隙的保存（圖1d～f），是泥質(zhì)頁(yè)巖中有機(jī)孔隙發(fā)育的主要空間。這種未明顯重排的結(jié)構(gòu)一般認(rèn)為是泥質(zhì)沉積時(shí)受到一定底流擾動(dòng)形成的[24]，經(jīng)壓實(shí)后形成此種次生孔隙。

機(jī)械壓實(shí)作用除早期對(duì)頁(yè)巖原生無(wú)機(jī)孔隙造成破壞外，在晚成巖階段對(duì)液態(tài)烴裂解形成的有機(jī)孔隙也具有擠壓破壞作用。電鏡下觀(guān)察到泥質(zhì)頁(yè)巖中較多平行于層理方向的條帶狀瀝青中發(fā)育的有機(jī)孔隙大多呈擠壓變形狀或多個(gè)孔隙擠壓合并后的線(xiàn)狀或串珠狀，其長(zhǎng)軸方向基本平行于瀝青條帶和層理面（圖1g～i），且孔隙發(fā)育程度明顯低于附近非條帶狀瀝青的發(fā)育度，表明有機(jī)孔隙形成后受到了一定程度壓實(shí)作用的改造和破壞。

圖1 機(jī)械壓實(shí)作用特征（電鏡圖像）（a）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，巖性致密，塑性黏土礦物呈定向排列，經(jīng)壓實(shí)彎曲變形；（b）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，塑性黏土礦物壓實(shí)后定向排列，緊密堆積，由于剛性顆粒存在多彎曲變形；（c）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)烈壓實(shí)作用下黏土礦物彎曲變形明顯，原生粒間孔隙大量損失，偶見(jiàn)殘余粒間孔隙；（d）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，壓實(shí)作用下黏土礦物片晶發(fā)生不同程度劈裂或扭曲，形成粒間孔隙，烴類(lèi)充注后裂解形成次生有機(jī)孔隙；（e）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，壓實(shí)作用下黏土礦物片晶發(fā)生不同程度劈裂，部分片晶斷折，形成粒間孔隙，烴類(lèi)充注后裂解形成次生有機(jī)孔隙；（f）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，黏土礦物在機(jī)械壓實(shí)作用下形成三角形穩(wěn)定支撐結(jié)構(gòu)，少量粒間孔隙殘余，充填瀝青；（g）瀝青中發(fā)育有機(jī)孔隙，晚期遭受壓實(shí)作用而發(fā)生微弱變形，呈橢球狀，長(zhǎng)軸方向近平行排布；（h）順層分布的條帶狀瀝青中發(fā)育有機(jī)孔隙，晚期遭受較強(qiáng)烈壓實(shí)作用而發(fā)生破壞，殘余孔隙有限，多呈線(xiàn)狀或串珠狀；（i）條帶狀瀝青中發(fā)育有機(jī)孔隙，晚期遭受較強(qiáng)烈壓實(shí)作用擠壓變形，呈壓扁狀，孔隙長(zhǎng)軸方向平行于順層瀝青條帶Fig.1 Scanning electron microscope (SEM) images illustrating the effects of mechanical compaction

1.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是成巖自生礦物對(duì)孔隙和吼道的充填和堵塞，從而造成孔隙的減少和滲透率的降低，使儲(chǔ)集性能變差。對(duì)于常規(guī)儲(chǔ)層，絕大多數(shù)膠結(jié)作用都屬于破壞性成巖作用，在其影響下孔—喉系統(tǒng)變小并趨于復(fù)雜化。然而頁(yè)巖儲(chǔ)層卻有所不同，膠結(jié)作用對(duì)其中原生無(wú)機(jī)孔隙和次生有機(jī)孔隙的影響較為復(fù)雜，有些膠結(jié)作用雖然由于填充效應(yīng)占據(jù)了一定數(shù)量的原生無(wú)機(jī)孔隙，但能夠?qū)笃谛纬傻拇紊袡C(jī)孔隙起到較好的保護(hù)作用，因此具有雙重效應(yīng)特征。

1.2.1 黃鐵礦膠結(jié)

黃鐵礦膠結(jié)作用在五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖優(yōu)質(zhì)段十分普遍，產(chǎn)出形式多樣，常以顆粒狀、草莓狀、不規(guī)則狀和微裂縫充填物等形式出現(xiàn)（圖2），前者為單顆粒態(tài)，其他均為集合體態(tài)。雖然黃鐵礦膠結(jié)會(huì)占據(jù)一小部分原生孔隙空間，但由于其顆粒具有剛性特征，膠結(jié)后可以有效抑制顆粒及毗鄰區(qū)域壓實(shí)作用的進(jìn)一步進(jìn)行。草莓狀黃鐵礦膠結(jié)物由于球粒較大，常能夠在其周?chē)T導(dǎo)微裂縫形成并保持適度開(kāi)啟（圖2a～c），這些微裂縫平均寬度在3～4 μm 左右，平均長(zhǎng)度在15 μm左右。而鞍狀和不規(guī)則狀顆粒態(tài)黃鐵礦等則更多膠結(jié)于黏土礦物片晶之間，從而起到“柱撐”作用，使晶間孔隙避免遭受完全壓實(shí)破壞，其中一部分孔隙得以保存下來(lái)（圖2d～f），為后期液態(tài)烴充注和滯留提供了所需的空間。黃鐵礦膠結(jié)作用還對(duì)后期液態(tài)烴裂解所形成的有機(jī)孔隙給予“柱撐”保護(hù)，使其避免遭受壓實(shí)破壞而有效保存（圖2d～f）。

圖2 黃鐵礦膠結(jié)作用特征（電鏡圖像）（a）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，早期草莓狀黃鐵礦和顆粒狀黃鐵礦膠結(jié)，密集分布，有效抑制壓實(shí)作用；（b）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，早期草莓狀黃鐵礦膠結(jié)充填，有效抑制壓實(shí)作用，并誘導(dǎo)微裂縫沿其邊緣形成，充填多孔瀝青；（c）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，早期草莓狀黃鐵礦膠結(jié)充填，并使微裂縫沿其邊緣形成，局部充填瀝青；（d）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，早期鞍狀黃鐵礦膠結(jié)，自形程度較高，在黏土礦物片晶間起“柱撐”作用，有效抑制壓實(shí)作用，為后期烴類(lèi)充注提供了空間，烴類(lèi)裂解形成瀝青并發(fā)育有機(jī)孔隙后依然受到“柱撐”保護(hù)；（e）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，早期鞍狀黃鐵礦膠結(jié)，自形程度較高，在黏土礦物片晶間起“柱撐”作用，有效抑制壓實(shí)，黏土組構(gòu)未大幅垮塌，原生無(wú)機(jī)孔隙呈近三角狀，內(nèi)充填多孔瀝青；（f）基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，早期鞍狀黃鐵礦大量膠結(jié)，壓實(shí)抑制明顯，原生無(wú)機(jī)孔隙內(nèi)充填多孔瀝青Fig.2 SEM images illustrating the effects of pyrite cementation

眾多研究發(fā)現(xiàn)泥頁(yè)巖中的黃鐵礦膠結(jié)作用可發(fā)生于同生—準(zhǔn)同生期，因這一階段細(xì)菌硫酸鹽還原反應(yīng)能夠提供黃鐵礦形成所需的硫化氫[25-28]，另外也可發(fā)生于晚期的熱硫酸鹽還原作用[29-30]。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中普遍發(fā)育于黏土礦物片晶間的“柱撐”顆粒狀黃鐵礦與草莓狀黃鐵礦的產(chǎn)狀特點(diǎn)及壓實(shí)過(guò)程中邊緣誘導(dǎo)微裂縫的存在反映出它們形成于黏土礦物沉積時(shí)所具“卡—房”結(jié)構(gòu)未被完全壓實(shí)、尚有較多粒間孔隙存在的階段，說(shuō)明黃鐵礦膠結(jié)作用發(fā)生較早。早期黃鐵礦膠結(jié)作用發(fā)育程度越高，對(duì)機(jī)械壓實(shí)作用的抑制越強(qiáng)，就越有利于頁(yè)巖原生粒間孔隙的保持以及后期有機(jī)孔隙的形成和保存。龍一段中下部有機(jī)孔隙和總孔隙發(fā)育較好，與早期黃鐵礦膠結(jié)作用有非常密切的關(guān)系。

1.2.2 碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)物在五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中也較為普遍，含量在10%以下，主要以粒間膠結(jié)物和交代物形式出現(xiàn)，多以微晶狀和晶粒狀產(chǎn)出，自形程度中等至較高，礦物類(lèi)型主要包括方解石、白云石及少量鐵白云石，并且具有明顯的多期次性（圖3）。碳酸鹽膠結(jié)物在不同成巖階段均有產(chǎn)出，不同階段的碳酸鹽膠結(jié)物其晶體特征和礦物成分存在較大差異，主要受控于不同成巖階段溫壓條件、流體—巖石相互作用的效應(yīng)、成巖流體酸堿度等成巖環(huán)境參數(shù)。方解石膠結(jié)物形成于同生—早成巖期，堿性成巖流體環(huán)境是其形成的主控因素，由于形成期較早，多充填粒間孔隙，呈鑲嵌狀（圖3a～d），是頁(yè)巖中碳酸鹽膠結(jié)物的主要類(lèi)型。白云石和鐵白云石膠結(jié)物是另一主要類(lèi)型，多為半自形晶和自形晶，以分散狀產(chǎn)出（圖3e，f），主要通過(guò)交代早期的方解石膠結(jié)物和長(zhǎng)石及黏土礦物顆粒形成，形成期較晚，與孔隙流體晚期的堿性轉(zhuǎn)變有關(guān)。

在發(fā)生早期方解石膠結(jié)時(shí)，方解石顆粒充填后會(huì)占據(jù)所充填原生孔隙的較大空間，但同時(shí)也由于支撐作用使未充填的少量剩余孔隙得到保存（圖3a～c），并且跟黃鐵礦膠結(jié)作用類(lèi)似能夠誘導(dǎo)微裂縫形成并保持開(kāi)啟（圖3a，b），為有機(jī)孔隙形成保留了少量孔隙空間（圖3b，c），可見(jiàn)適度的早期方解石膠結(jié)有利于增強(qiáng)泥頁(yè)巖的抗壓實(shí)能力，有利于原生無(wú)機(jī)孔隙和次生有機(jī)孔隙的保存，只是該部分孔隙貢獻(xiàn)量較小。晚期白云石和鐵白云石膠結(jié)作用則充填在剩余粒間孔隙內(nèi)，充填后使剩余孔隙進(jìn)一步減少，屬于破壞性成巖作用。

圖3 碳酸鹽膠結(jié)特征（電鏡圖像）（a）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，晚期白云石交代早期方解石膠結(jié)物，半自形，核部為方解石石，邊部為白云石；（b）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，早期方解石膠結(jié)，自形程度較高，增強(qiáng)抗壓實(shí)能力，對(duì)剩余原生粒間孔隙有保護(hù)作用，并誘導(dǎo)產(chǎn)生微裂縫；（c）早期方解石膠結(jié)，自形程度較高，有效抑制壓實(shí)，填充后剩余孔隙得以保存；（d）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，晚期白云石和鐵白云石交代早期方解石膠結(jié)物，半自形；（e）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，晚期白云石交代方解石膠結(jié)，自形程度較高；（f）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，晚期白云石交代方解石膠結(jié)，自形程度高Fig.3 SEM images illustrating the effects of carbonate cementation

1.2.3 硅質(zhì)膠結(jié)

五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中最常見(jiàn)的硅質(zhì)膠結(jié)物以石英次生加大和自生石英膠結(jié)兩種形式存在，前者主要產(chǎn)出于碎屑石英顆粒表面，后者則主要充填于原生粒間孔隙內(nèi)（圖4）。次生加大石英主要在碎屑石英顆粒表面生長(zhǎng)，多由大小在2 μm以下的微晶石英組成，呈卵狀或橢球狀，自形程度較低（圖4a），部分碎屑石英顆粒呈明顯的多期次次生加大現(xiàn)象（圖4b），總體上石英次生加大膠結(jié)作用較弱。自生石英膠結(jié)作用相對(duì)較強(qiáng)，石英膠結(jié)物主要產(chǎn)出于原生粒間孔隙當(dāng)中（圖4c～e），也有少量膠結(jié)于粒間孔隙的孔壁上（圖4f），以微晶石英單顆?；蚣象w形式存在，有一定晶形，自形程度相對(duì)較高。硅質(zhì)膠結(jié)所需的Si4+主要來(lái)源于溫壓條件升高后生物蛋白石重結(jié)晶、石英顆粒間的壓溶和長(zhǎng)石蝕變及蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化過(guò)程中硅的釋放。硅質(zhì)膠結(jié)作用形成的微晶石英顆粒將占據(jù)相當(dāng)一部分的原生無(wú)機(jī)孔隙，使孔隙度降低，供液態(tài)烴生成后原位滯留的空間減少，是五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層主要的破壞性成巖作用之一。

圖4 硅質(zhì)膠結(jié)特征（電鏡圖像）（a）碎屑石英顆粒表面次生加大，由許多自形程度較低的微晶石英組成，石英局部發(fā)育輕微溶蝕，呈港灣狀；（b）碎屑石英顆粒發(fā)育多期次生加大，加大邊呈環(huán)帶狀；（c）碎屑石英顆粒發(fā)育多期次生加大，加大邊呈環(huán)帶狀；（d）粒間孔隙內(nèi)微晶石英膠結(jié)，自形程度較好，剩余孔隙充填瀝青，內(nèi)發(fā)育有機(jī)孔隙；（e）粒間孔隙內(nèi)微晶石英膠結(jié)，自形程度較好，與黏土礦物膠結(jié)共生，剩余孔隙充填瀝青，內(nèi)發(fā)育有機(jī)孔隙；（f）粒間孔隙內(nèi)微晶石英膠結(jié)，微晶石英在碎屑石英孔隙一側(cè)表面次生加大Fig.4 SEM images illustrating the effects of silica cementation

1.2.4 黏土礦物膠結(jié)

泥頁(yè)巖中除了原始沉積的黏土礦物外，還含有一定數(shù)量的黏土礦物膠結(jié)物，它們均為自生成因。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖以伊利石膠結(jié)物最為普遍，偶見(jiàn)高嶺石膠結(jié)物，主要以填隙物形式出現(xiàn)，多呈絲狀、纖維狀和鱗片狀充填于原生無(wú)機(jī)孔隙內(nèi)及吼道中（圖5）。前者主要形成于弱酸性的孔隙水環(huán)境，后者則主要形成于弱堿性的孔隙水體中。在有機(jī)質(zhì)開(kāi)始生烴階段，有機(jī)酸大量生成，成巖流體由弱堿性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿跛嵝?，鋁硅酸鹽礦物如長(zhǎng)石等發(fā)生溶蝕，溶蝕過(guò)程釋放出的Si、Al 等元素在原地或附近孔隙中形成黏土礦物膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物，這也是黏土礦物膠結(jié)物多與硅質(zhì)膠結(jié)物共生的原因。

圖5 黏土礦物膠結(jié)特征（電鏡圖像）（a）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，自生伊利石膠結(jié)，呈鱗片狀，充填于大量原生粒間孔隙及喉道；（b）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，自生伊利石膠結(jié)，成放射狀；（c）自生伊利石膠結(jié)，呈絲狀，與硅質(zhì)膠結(jié)共生，充填了大部分孔隙，剩余孔隙充填瀝青，內(nèi)發(fā)育少量有機(jī)孔隙；（d）自生伊利石膠結(jié)，呈纖維狀，與硅質(zhì)膠結(jié)共生，剩余孔隙充填瀝青，發(fā)育有機(jī)孔隙；（e）自生伊利石膠結(jié)，呈彎曲片狀，伴有大量硅質(zhì)膠結(jié)；（f）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，少量自生伊利石膠結(jié)，有機(jī)孔隙發(fā)育較好Fig.5 SEM images illustrating the effects of clay mineral cementation

1.2.5 其他自生礦物膠結(jié)作用

在五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖成巖過(guò)程中，還有一些其他自生礦物形成，如磷灰石、銳鈦礦和重晶石等（圖6）。鞍狀磷灰石可直接通過(guò)富磷流體的析出形成，而銳鈦礦可能來(lái)自于富含有機(jī)物質(zhì)的鹵水沉淀。根據(jù)它們多呈分散狀分布于瀝青之中的特征，推斷它們的形成與烴類(lèi)的侵位密切相關(guān)，烴類(lèi)流體的侵入使孔隙內(nèi)流體性質(zhì)發(fā)生較大變化，從而引發(fā)不同金屬離子的飽和沉淀。由于這些自生礦物的含量極低，雖然也起到一定膠結(jié)占位和支撐保護(hù)作用，但總體對(duì)頁(yè)巖孔隙的影響不大，甚至可以忽略不計(jì)。

圖6 其他自生礦物膠結(jié)特征（電鏡圖像）（a）自生磷灰石膠結(jié)，呈分散狀充填于原生粒間孔隙中；（b）自生磷灰石膠結(jié)，呈不連續(xù)狀充填于微裂縫中；（c）自生磷灰石呈不連續(xù)狀充填于微裂縫中；（d）自生銳鈦礦膠結(jié)，呈分散狀充填于孔隙中；（e）自生重晶石膠結(jié)，呈分散狀，剩余孔隙充填瀝青，發(fā)育有機(jī)孔隙；（f）微裂縫中不連續(xù)充填脈狀重晶石Fig.6 SEM images illustrating the effects of other authigenic mineral cementation

1.3 重結(jié)晶作用

重結(jié)晶作用是使沉積礦物由非晶質(zhì)向隱晶質(zhì)、晶質(zhì)體變化的過(guò)程，是化學(xué)巖或生物化學(xué)巖成巖的主要作用方式。五峰組—龍馬溪組下部富有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育有豐富的硅質(zhì)生物—放射蟲(chóng)和海綿骨針?biāo)樾己蜌報(bào)w，屬典型的生物成因[31-32]。放射蟲(chóng)和海綿骨針等硅質(zhì)生物碎屑以非晶質(zhì)的硅質(zhì)礦物蛋白石-A形式存在，隨著埋深和溫度的增加，蛋白石-A經(jīng)脫水和重結(jié)晶作用從含水的無(wú)周期性非晶體結(jié)構(gòu)逐步向不含水具周期性結(jié)構(gòu)的結(jié)晶體轉(zhuǎn)化，經(jīng)歷蛋白石-A、蛋白石-CT 和石英三大相態(tài)及中間過(guò)渡階段最終轉(zhuǎn)變?yōu)榫w石英[33]。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖X 射線(xiàn)衍射譜線(xiàn)上既無(wú)蛋白石A 衍射峰，又無(wú)鱗石英和方石英（蛋白石-CT）衍射峰，而石英衍射峰則強(qiáng)度高，銳度和對(duì)稱(chēng)性好[34]，表明生物成因硅質(zhì)經(jīng)成巖演化已完全轉(zhuǎn)化為晶體石英。在重結(jié)晶作用下生物硅質(zhì)多呈蛋白石-CT 硅球形態(tài)，以微晶石英集合體形式產(chǎn)出，微晶石英顆粒呈粒徑較接近的卵狀、橢球狀或不規(guī)則狀，為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，互有接觸（圖7）。

由于蛋白石-A和蛋白石-CT的穩(wěn)定性都不高，成巖轉(zhuǎn)化的溫度和壓力條件均相對(duì)較低，在持續(xù)埋藏過(guò)程中重結(jié)晶作用發(fā)生較早且完成較迅速[35]，近乎與機(jī)械壓實(shí)作用同步進(jìn)行。在該過(guò)程中由于不斷形成硬度較高的石英而使頁(yè)巖整體硬度不斷增大，能夠有效抑制機(jī)械壓實(shí)作用的破壞，使相當(dāng)數(shù)量的孔隙有效保存下來(lái)。由于石英硅質(zhì)支撐格架的抗應(yīng)力改造能力大大增強(qiáng)，重結(jié)晶作用結(jié)束后就完成了硅質(zhì)頁(yè)巖的成巖定型，機(jī)械壓實(shí)和后續(xù)發(fā)生的其他成巖作用對(duì)硅質(zhì)頁(yè)巖原生孔隙的破壞就變得相當(dāng)有限[35]，因此至生油高峰期仍然保持有較多孔隙，尤其是微晶石英顆粒間存在的大量納米級(jí)孔隙（圖7d～i），為液態(tài)烴充注提供了有效空間，并在演化后期對(duì)有機(jī)孔隙的規(guī)模發(fā)育和保存持續(xù)起到保護(hù)作用。生物成因蛋白石重結(jié)晶作用及其抗壓實(shí)機(jī)制是龍一段一亞段中下部硅質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育高孔隙而成為頁(yè)巖氣產(chǎn)層的重要原因。

圖7 生物成因硅質(zhì)重結(jié)晶特征（電鏡圖像）（a）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)致密，由大量保留有蛋白石-CT硅球形貌的卵狀微晶石英構(gòu)成；（b）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，由微晶石英集合體構(gòu)成，多為隱晶質(zhì)，表明光滑細(xì)膩；（c）顆粒支撐結(jié)構(gòu)，微晶石英粒間孔隙間發(fā)育多孔絮狀有機(jī)質(zhì)；（d）放射蟲(chóng)腔體及周?chē)栀|(zhì)特征，結(jié)構(gòu)致密；（e）放射蟲(chóng)腔體內(nèi)局部放大；（f）放射蟲(chóng)腔體內(nèi)局部放大，由大量微晶石英組成，自形程度較低，粒間孔隙充填瀝青，發(fā)育較多孔隙；（g）放射蟲(chóng)腔體及周?chē)栀|(zhì)特征，結(jié)構(gòu)致密；（h）放射蟲(chóng)腔體內(nèi)局部放大；（i）放射蟲(chóng)腔體內(nèi)局部放大，由大量微晶石英組成，自形程度較低，粒間孔隙充填瀝青，發(fā)育較多孔隙Fig.7 SEM images illustrating the effects of biogenic silica recrystallization

1.4 鉀長(zhǎng)石溶蝕與伊利石化作用

頁(yè)巖在有機(jī)質(zhì)未成熟至開(kāi)始成熟階段，生成大量的有機(jī)酸，孔隙流體轉(zhuǎn)化為弱酸性環(huán)境，從而造成鉀長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物的溶蝕。在較封閉的頁(yè)巖系統(tǒng)中，隨著孔隙流體性質(zhì)的變化，鉀長(zhǎng)石沿著解理縫發(fā)生緩慢溶蝕，由于孔隙流體基本停滯，逐漸析出K+等堿性離子難以向外部遷移，而與溶蝕的中間產(chǎn)物硅鋁凝膠再次發(fā)生反應(yīng)，生成伊利石。由于溶蝕作用首先沿著解理縫發(fā)生，從而使鉀長(zhǎng)石呈現(xiàn)出較明顯的原位蝕變特征，由原始?jí)K狀向條狀甚至絲狀轉(zhuǎn)變（圖8a～c），而港灣狀等溶蝕特征并不明顯。

蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化是最主要的化學(xué)壓實(shí)作用，并通過(guò)所引起的壓實(shí)和膠結(jié)作用使泥頁(yè)巖結(jié)構(gòu)和物性發(fā)生較大變化。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖的X射線(xiàn)衍射分析結(jié)果顯示黏土礦物以伊利石為主，并含有少量有序伊/蒙混層礦物，且隨著埋深的增加伊/蒙混層礦物逐漸減少而伊利石含量不斷增加，表明伊利石主要為蒙脫石的伊利石化作用轉(zhuǎn)變而成。電鏡下黏土礦物主要以片狀形式產(chǎn)出，水平定向性較強(qiáng)，多平行層理面排列，片晶間近乎平行，具有明顯的定向排列特征（圖8）。這是由于伊利石化過(guò)程中新形成的伊利石趨向于沿垂直于最大主應(yīng)力方向發(fā)生定向排列[36-37]，從而在機(jī)械壓實(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化了黏土礦物片晶的定向排列程度[20]，使頁(yè)巖各向異性增強(qiáng)。蒙脫石伊利石化作用在泥質(zhì)頁(yè)巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用之后繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行化學(xué)壓實(shí)改造，使泥質(zhì)頁(yè)巖除黃鐵礦膠結(jié)較發(fā)育層段外原生粒間孔隙幾乎喪失殆盡，孔隙度進(jìn)一步降低，頁(yè)巖結(jié)構(gòu)變得更加致密。

圖8 蒙脫石伊利石化與硅質(zhì)膠結(jié)特征（電鏡圖像）（a）長(zhǎng)石由完整顆粒向伊利石蝕變；（b）長(zhǎng)石顆粒沿解理縫發(fā)生溶蝕，向伊利石蝕變；（c）長(zhǎng)石顆粒沿解理縫蝕變，局部已完全轉(zhuǎn)化為伊利石，解理縫內(nèi)充填瀝青；（d）伊利石片晶間發(fā)育自生微晶石英；伊利石片晶間發(fā)育自生微晶石英，石英呈孤立狀；（e）伊利石片晶間發(fā)育自生微晶石英，石英呈孤立狀；伊利石片晶間發(fā)育自生微晶石英，石英呈孤立狀；（f）伊利石片晶間發(fā)育自生微晶石英，，石英呈孤立狀；（g）伊利石片晶間發(fā)育自生微晶石英，石英呈不規(guī)則狀非連續(xù)分布；（h）伊利石片晶間發(fā)育自生微晶石英，石英呈不規(guī)則狀非連續(xù)分布；（i）伊利石片晶間發(fā)育自生微晶石英，石英呈不規(guī)則狀非連續(xù)分布Fig.8 SEM images illustrating the effects of Illitization and cementation of microcrystalline quartz

蒙脫石伊利石化是硅氧四面體層間加鉀、脫水和四面體內(nèi)加鋁脫鈣鎂鐵硅的過(guò)程，鉀長(zhǎng)石溶蝕釋放出的鉀是該反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力之一，同時(shí)在該轉(zhuǎn)化過(guò)程中又會(huì)產(chǎn)生剩余的Si4+，Ca2-，Mg2+和Fe3+。其中Si4+以SiO2形式進(jìn)入孔隙水中，進(jìn)而經(jīng)沉淀以單礦物顆粒形式嵌生于黏土礦物片晶內(nèi)或粒間孔隙內(nèi)，形成微晶石英膠結(jié)物（圖8），而Ca2-和Mg2+則形成同期次的碳酸鹽膠結(jié)物。在硅、鈣質(zhì)膠結(jié)和蒙脫石層間水脫出的共同作用下，不僅頁(yè)巖結(jié)構(gòu)更加致密，黏土礦物片晶排列更加有序，而且孔隙度進(jìn)一步大幅降低，殘余原生孔隙較少，致使近乎同期生成的液態(tài)烴大量排出，原位滯留于頁(yè)巖中的量非常有限。

1.5 有機(jī)質(zhì)熱成熟作用

海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖孔隙以有機(jī)質(zhì)孔隙為主，干酪根生烴和滯留烴裂解生氣的生烴演化作用是有機(jī)孔隙形成的基本機(jī)制[10,38-39]，因此有機(jī)質(zhì)熱成熟作用是有機(jī)孔隙形成的主要?jiǎng)恿?，?duì)有機(jī)孔隙的發(fā)育起決定性影響。當(dāng)有機(jī)質(zhì)成熟后，液態(tài)烴大量生成，原位滯留于早期成巖作用改造后的殘余孔隙中。當(dāng)剩余孔隙較多時(shí)，滯留的液態(tài)烴量就較多，反之則較少，進(jìn)而決定了后期形成有機(jī)孔隙的熱解瀝青的量。同時(shí)烴類(lèi)的生、排過(guò)程，將原有的水—巖兩相系統(tǒng)改變?yōu)樗汀獛r三相系統(tǒng)，改變了巖石的地球化學(xué)環(huán)境及濕潤(rùn)性，有效阻止了水—巖相互作用的持續(xù)進(jìn)行，使膠結(jié)作用趨于緩慢甚至停滯狀態(tài)。隨著熱演化程度的不斷增高，滯留于孔隙中的液態(tài)烴開(kāi)始裂解生氣并轉(zhuǎn)化為熱解瀝青，氣體在瀝青內(nèi)膨脹占位而形成孔隙[40-42]，因此熱演化程度直接控制著有機(jī)孔隙的發(fā)育及程度。四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖的熱演化程度普遍較高，在構(gòu)造保存良好的地區(qū)有機(jī)孔隙的發(fā)育程度總體較好（圖9），當(dāng)Ro值在2.0%～3.0%之間時(shí)有機(jī)孔隙發(fā)育最好，但Ro值＞3.0%以后孔隙發(fā)育程度開(kāi)始出現(xiàn)明顯降低趨勢(shì)，孔徑變小，在3.5%以后有機(jī)孔隙發(fā)育程度變差[43]，總孔隙度明顯偏低，可能與基本接近“有機(jī)孔隙生成窗”的Ro上限值有關(guān)。

圖9 五峰組—龍馬溪組不同熱成熟度頁(yè)巖有機(jī)孔隙發(fā)育特征對(duì)比（a）Ro=2.2%；（b）Ro=2.5%；（c）Ro=2.8%；（d）Ro=3.1%；（e）Ro=3.6%Fig.9 Organic pore development characteristics across the thermal maturity of the Wufeng Formation-Longmachi Formation

2 關(guān)鍵成巖作用對(duì)頁(yè)巖孔隙發(fā)育與保存的控制

雖然機(jī)械壓實(shí)作用在早成巖期對(duì)頁(yè)巖原生孔隙破壞程度較高，但五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中生物硅質(zhì)重結(jié)晶、黃鐵礦與碳酸鹽膠結(jié)等作用發(fā)生相對(duì)較早，能夠使頁(yè)巖硬度增高或局部抗壓實(shí)能力增強(qiáng)，有效抑制機(jī)械壓實(shí)作用對(duì)孔隙的進(jìn)一步破壞，因此原生孔隙在遭受到一定程度的破壞后仍有相當(dāng)一部分保存下來(lái)。五峰組—龍馬溪組底部生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖在早期成巖階段雖然會(huì)損失掉約60%的原生無(wú)機(jī)孔隙，但由于生物蛋白石重結(jié)晶轉(zhuǎn)化較早，與壓實(shí)作用近乎同步，轉(zhuǎn)化形成的大量石英顆粒在壓實(shí)和自身膠結(jié)作用下相互接觸構(gòu)成整體剛性的格架，從而形成了一個(gè)有效應(yīng)力支撐系統(tǒng)，硅質(zhì)頁(yè)巖的抗壓實(shí)能力大大增強(qiáng)，能夠有效抵御壓實(shí)作用的繼續(xù)破壞，為后期液態(tài)烴類(lèi)的原位充注提供了充足的儲(chǔ)集空間（圖7）。而五峰組—龍馬溪組富含黏土礦物的泥質(zhì)頁(yè)巖，由于石英含量較少且多被黏土礦物包裹，遭受壓實(shí)后變形強(qiáng)烈，原生孔隙大量喪失，隨后發(fā)生的蒙脫石伊利石化作用（化學(xué)壓實(shí)）及所引起的硅、鈣質(zhì)膠結(jié)致使頁(yè)巖更加致密，導(dǎo)致可供液態(tài)烴滯留的原生孔隙持續(xù)減少，因此電鏡下所能觀(guān)察到的瀝青僅充填于黃鐵礦和碳酸鹽膠結(jié)后柱撐黏土片晶保存下來(lái)的極少量殘余孔隙之中（圖1～3，8）。當(dāng)黃鐵礦和碳酸鹽膠結(jié)不發(fā)育時(shí)幾乎無(wú)熱解瀝青存在，表明泥質(zhì)頁(yè)巖在機(jī)械壓實(shí)和化學(xué)壓實(shí)相繼作用下原生殘余孔隙極少而導(dǎo)致液態(tài)烴原位滯留空間嚴(yán)重不足。因此，當(dāng)有機(jī)質(zhì)達(dá)到熱成熟階段時(shí)頁(yè)巖中是否仍具有較多原生無(wú)機(jī)孔隙非常關(guān)鍵，將直接決定液態(tài)烴原位滯留量的多少，這是后期有機(jī)孔隙能否大量發(fā)育的重要前提。同時(shí)熱成熟階段頁(yè)巖系統(tǒng)的封閉性也非常重要，在無(wú)機(jī)孔隙仍較發(fā)育的前提下將保證更多的液態(tài)烴滯留于頁(yè)巖系統(tǒng)內(nèi)部而不被排出。

有機(jī)質(zhì)熱成熟作用不僅控制著頁(yè)巖有機(jī)孔隙的形成與發(fā)育，而且也影響著有機(jī)孔隙自身的演化與保持。大量研究表明有機(jī)孔隙在熱成熟度達(dá)到一定程度時(shí)開(kāi)始形成，然后隨著熱成熟度的升高，有機(jī)孔隙數(shù)量增多，但并非一直隨著成熟度的不斷增高而增加。當(dāng)成熟度達(dá)到上限范圍后，有機(jī)孔隙非但不會(huì)繼續(xù)發(fā)育，反而由于成熟度過(guò)高導(dǎo)致生烴衰竭，有機(jī)質(zhì)發(fā)生炭化，熱解瀝青逐漸向石墨化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變使有機(jī)孔隙破壞而逐漸消亡，孔隙體積大幅度減小[43]。四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)孔隙形成的Ro值有利區(qū)間為2.0%～3.0%范圍內(nèi)，Ro值＞3.0%以后孔隙發(fā)育程度開(kāi)始出現(xiàn)降低趨勢(shì)，一旦Ro超過(guò)3.5%后有機(jī)孔隙發(fā)育程度變差[43-45]。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖最大古埋深達(dá)到7 km 以上，古地溫最高達(dá)到170 ℃～260 ℃[46-47]，大部分地區(qū)Ro值在2.0%～3.0%范圍內(nèi)[48-50]，熱演化程度主體與“有機(jī)孔隙生成窗”吻合，主要得益于有限的最大古埋藏深度和盆地較低的大地?zé)崃髦?，?duì)該套古老頁(yè)巖地層有機(jī)孔隙的大量形成和有效保持非常有利。

在后期演化的構(gòu)造抬升過(guò)程中，深埋藏作用和構(gòu)造壓實(shí)作用對(duì)頁(yè)巖有機(jī)孔隙的保存同樣影響極大。深埋藏階段強(qiáng)烈的壓實(shí)作用和后期構(gòu)造抬升過(guò)程中強(qiáng)烈的構(gòu)造側(cè)向擠壓作用等會(huì)對(duì)礦物顆粒和塑性的有機(jī)質(zhì)（瀝青）進(jìn)行擠壓，對(duì)已生成的有機(jī)孔隙產(chǎn)生不同程度的改造和破壞[51-52]。當(dāng)氣體散失較多有機(jī)孔隙內(nèi)的流體壓力不足以抵抗該埋深條件下上覆地層壓力或構(gòu)造應(yīng)力時(shí)就會(huì)發(fā)生一定形變，當(dāng)達(dá)到新的壓力平衡后孔隙保持穩(wěn)定狀態(tài)，孔隙形態(tài)則呈壓扁狀甚至垮塌狀。然后可能繼續(xù)散失并不斷進(jìn)行平衡調(diào)整。若氣體散失極少始終保持流體超壓狀態(tài)，孔隙則仍能夠抵抗來(lái)自上覆地層和側(cè)向應(yīng)力的擠壓，保存程度較好，總孔隙度相對(duì)保持穩(wěn)定。現(xiàn)今處于中淺層埋深（埋深＜3 500 m）壓力系數(shù)為1.55 的鉆井頁(yè)巖中充填于石英粒間孔隙間的瀝青發(fā)育大量孔隙，形態(tài)多樣，大小不一，孔徑較大（圖10a），后期的改造和破壞較弱，而同處于中淺層埋深壓力系數(shù)為1.08且靠近逆掩斷層和埋藏較深（埋深＞4 000 m）壓力系數(shù)為0.98 遠(yuǎn)離斷層的頁(yè)巖有機(jī)孔隙發(fā)育度明顯偏低，數(shù)量較少，孔徑變小（圖10b，c），顯示遭受過(guò)一定的擠壓改造和破壞，表明深埋藏壓實(shí)作用和晚期強(qiáng)烈的構(gòu)造壓實(shí)作用對(duì)有機(jī)孔隙有明顯的破壞作用，而流體超壓條件則對(duì)有機(jī)孔隙起著非常重要的保護(hù)作用。

圖10 五峰組—龍馬溪組不同壓力系數(shù)鉆井巖心有機(jī)孔隙發(fā)育特征（硅質(zhì)頁(yè)巖）（a）壓力系數(shù)1.45，Ro=2.5%；（b）壓力系數(shù)1.55，Ro=2.8%；（c）壓力系數(shù)1.08，Ro=2.5%；（d）壓力系數(shù)0.98，Ro=3.6%Fig.10 Organic pore development characteristics across the pressure coefficient of the Wufeng Formation-Longmachi Formation (siliceous shale)

3 成巖約束下頁(yè)巖孔隙演化

五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖自沉積伊始就開(kāi)始接受成巖作用改造，從有機(jī)孔隙形成演化角度看，干酪根熱生烴、液態(tài)烴裂解生氣和構(gòu)造抬升是三個(gè)控制有機(jī)孔隙發(fā)育與保存的關(guān)鍵成巖期。以關(guān)鍵成巖期為大致節(jié)點(diǎn)，頁(yè)巖經(jīng)歷了早成巖期無(wú)機(jī)孔隙較多損失、中成巖期液態(tài)烴大量生成滯留于無(wú)機(jī)孔隙內(nèi)、晚成巖期液態(tài)烴裂解生氣生成有機(jī)孔隙和構(gòu)造抬升期有機(jī)孔隙改造甚至破壞的多階段演化過(guò)程，孔隙類(lèi)型從早中期原生無(wú)機(jī)孔隙單一型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐酝砥诖紊袡C(jī)孔隙為主的二元混合型。

在早成巖期，以機(jī)械壓實(shí)作用為主，頁(yè)巖孔隙變化主要受壓實(shí)作用引起的有效應(yīng)力控制。壓實(shí)初期，沉積物顆粒壓實(shí)迅速,孔隙水大量排出，粒間孔隙損失較快。壓實(shí)中后期，顆粒壓實(shí)減緩，在生物蛋白石重結(jié)晶和黃鐵礦膠結(jié)等作用影響下粒間孔隙損失率降低。泥質(zhì)頁(yè)巖在壓實(shí)作用下孔隙損失量較多，利用高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡大面積圖像拼接技術(shù)（MAPS）分析五峰組—龍馬溪組泥質(zhì)頁(yè)巖膠結(jié)物和瀝青面積占比可得到早期成巖作用改造后殘余無(wú)機(jī)孔隙的近似下限值，換算得到壓實(shí)后的殘余孔隙度大致為8%～13%，表明約80%以上的原生孔隙在這一過(guò)程損失殆盡。而硅質(zhì)頁(yè)巖由于同期蛋白石重結(jié)晶作用對(duì)機(jī)械壓實(shí)的有效抑制，只有約60%的原生孔隙在這一過(guò)程中消亡，孔隙度由原始的80%左右降至25%左右，仍有較多原生孔隙殘余[35]。這一階段無(wú)論泥質(zhì)頁(yè)巖還是硅質(zhì)頁(yè)巖，作為孔隙主體的大孔和介孔均損失十分明顯，但微孔卻呈略為增加趨勢(shì)，主要來(lái)自于大孔和介孔的轉(zhuǎn)化（圖11）。

圖11 成巖作用約束下五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖孔隙演化剖面Fig.11 Pore evolution profile with the diagenesis constraint of the Wufeng Formation-Longmachi Formation

中成巖期，泥質(zhì)頁(yè)巖孔隙變化主要受蒙脫石伊利石化和干酪根生烴作用的控制，硅質(zhì)頁(yè)巖則主要受干酪根生烴作用影響。蒙脫石伊利石化及所引起的硅、鈣質(zhì)膠結(jié)作用使泥質(zhì)頁(yè)巖無(wú)機(jī)孔隙度進(jìn)一步降低，之后干酪根成熟所生成的液態(tài)烴開(kāi)始滯留于這些殘余孔隙中。當(dāng)進(jìn)入干酪根生烴高峰期，大量液態(tài)烴原位滯留，頁(yè)巖含油飽和度高。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖像拼接（MAPS）技術(shù)統(tǒng)計(jì)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖大面積高分辨率電鏡圖像中無(wú)機(jī)孔隙和熱解瀝青面積所占比例，可近似得到液態(tài)烴生成前原生殘余孔隙的下限值。泥質(zhì)頁(yè)巖殘余無(wú)機(jī)孔隙下限值為8%～10%右，此時(shí)干酪根形成的有機(jī)孔隙度約為1%，總孔隙度約為9%～11%，其中滯留烴占據(jù)的孔隙度值約為5%～8%的孔隙空間；硅質(zhì)頁(yè)巖殘余無(wú)機(jī)孔隙下限值為13%～18%，此時(shí)干酪根形成的有機(jī)孔隙約為2%，總孔隙度約為15%～20%，其中滯留烴占據(jù)的孔隙度值約為10%～15%。

晚成巖期，頁(yè)巖孔隙變化主要受液態(tài)烴熱裂解作用控制。該階段滯留烴持續(xù)受熱發(fā)生裂解，生成氣態(tài)烴的同時(shí)自身縮聚形成熱解瀝青并伴隨有機(jī)孔隙的形成。液態(tài)烴裂解初期因所形成熱解固體瀝青的充填作用較強(qiáng)，而此時(shí)所生成的有機(jī)孔隙數(shù)量還相對(duì)較少，與干酪根自身裂解形成的有機(jī)孔隙的總和仍尚不足以補(bǔ)償熱解瀝青的填充量，從而導(dǎo)致總孔隙度逐漸降低。隨著液態(tài)烴裂解作用的持續(xù)增強(qiáng)，有機(jī)孔隙大量生成，從而實(shí)現(xiàn)了熱解瀝青占據(jù)孔隙的內(nèi)部規(guī)模性擴(kuò)容，使總孔隙度又有所增加。當(dāng)Ro值為2.0%～3.0%區(qū)間時(shí)有機(jī)孔隙發(fā)育程度最高，頁(yè)巖孔隙類(lèi)型從原生無(wú)機(jī)孔隙單一型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐源紊袡C(jī)孔隙為主體的二元混合型，然后隨著熱演化的繼續(xù)進(jìn)行，總孔隙又趨于緩慢降低，孔隙以微孔和介孔為主，大孔趨于減少。

構(gòu)造抬升期，以泄壓調(diào)整過(guò)程中深埋藏壓實(shí)作用和構(gòu)造側(cè)向應(yīng)力擠壓作用為主，孔隙保存主要受上覆載荷壓力和構(gòu)造應(yīng)力引起的有效應(yīng)力的影響。在抬升過(guò)程中地層發(fā)生剝蝕，頁(yè)巖溫度和上覆靜巖壓力降低，巖石體積回彈，氣體發(fā)生不同程度逸散，孔隙流體壓力發(fā)生變化調(diào)整。當(dāng)氣體散失較多有機(jī)孔隙內(nèi)流體壓力小于上覆地層壓力或構(gòu)造應(yīng)力時(shí)，塑性的有機(jī)質(zhì)（瀝青）受到擠壓，孔隙發(fā)生形變，被壓扁甚至垮塌，數(shù)量減少，孔隙度降低[51-54]。若氣體散失極少而始終保持流體超壓狀態(tài)，孔隙則仍能夠抵抗來(lái)自上覆地層和構(gòu)造應(yīng)力的擠壓，保存程度較好，孔隙度相對(duì)保持穩(wěn)定[55-56]。

4 結(jié)論

（1）四川盆地五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成巖過(guò)程復(fù)雜，發(fā)育多種成巖作用，相互疊加接替，其中蛋白石重結(jié)晶、黃鐵礦膠結(jié)、液態(tài)烴生成與熱裂解等為有利于有機(jī)孔隙形成和保存的建設(shè)性成巖作用，而機(jī)械壓實(shí)作用、伊利石化、多種膠結(jié)作用和構(gòu)造壓實(shí)作用等則屬于破壞性成巖作用。龍一段二、三亞段泥質(zhì)頁(yè)巖主要遭受到強(qiáng)烈機(jī)械壓實(shí)、中等黃鐵礦及碳酸鹽膠結(jié)和較強(qiáng)蒙脫石伊利石化作用影響；而龍一段一亞段硅質(zhì)頁(yè)巖主要受中等機(jī)械壓實(shí)和強(qiáng)烈生物蛋白石重結(jié)晶作用影響。早期成巖作用對(duì)該套頁(yè)巖原生無(wú)機(jī)孔隙形成、演化影響較大，進(jìn)而影響后期液態(tài)烴的原位滯留量和有機(jī)孔隙的發(fā)育數(shù)量。

（2）五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖原生無(wú)機(jī)孔隙主要受機(jī)械壓實(shí)作用和發(fā)生較早的生物蛋白石重結(jié)晶作用和黃鐵礦與碳酸鹽膠結(jié)等作用控制，有機(jī)孔隙主要受有機(jī)質(zhì)熱成熟生烴、裂解生氣和后期壓實(shí)等作用的控制，成巖自生脆性礦物形成后的支撐和抬升過(guò)程流體超壓條件的保持則對(duì)有機(jī)孔隙起著非常重要的保護(hù)作用。熱演化程度適中（2.0%

（3）在成巖演化過(guò)程中，五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖經(jīng)歷了早—中成巖期原生無(wú)機(jī)孔隙損失、中成巖期液態(tài)烴生成滯留、晚成巖期液態(tài)烴裂解與有機(jī)孔隙生成和構(gòu)造抬升期有機(jī)孔隙改造保存四大孔隙演化階段，孔隙類(lèi)型從原生無(wú)機(jī)孔隙單一型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐源紊袡C(jī)孔隙為主的有機(jī)無(wú)機(jī)二元復(fù)合型。后期構(gòu)造抬升期流體超壓保持較好條件下孔隙結(jié)構(gòu)有所變化但總孔隙較為穩(wěn)定。