劉洪林，張介輝，計(jì)玉冰，李曉波

(1. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2. 中國(guó)石油非常規(guī)油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083;3. 國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，河北 廊坊 065007; 4. 中國(guó)石油浙江油田公司，杭州 211762)

0 引言

在北美頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)帶動(dòng)下，近幾年來(lái)我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工作取得了突破性進(jìn)展，在四川盆地建設(shè)了長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田、威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田和涪陵頁(yè)巖氣田，在云南昭通地區(qū)建成了昭通頁(yè)巖氣田，并建設(shè)成了國(guó)家級(jí)的頁(yè)巖氣示范區(qū)[1-3]。我國(guó)在海相頁(yè)巖氣取得的理論技術(shù)進(jìn)展也進(jìn)一步推動(dòng)了海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣的研究工作。與海相頁(yè)巖氣地質(zhì)條件相比，過(guò)渡相頁(yè)巖層一般與煤層、砂巖層互層，巖性在縱向和橫向上變化大，單層厚度相對(duì)較小等特點(diǎn)，往往形成頁(yè)巖氣、煤層氣和砂巖氣等多種類(lèi)型天然氣疊置氣藏，可壓裂性相對(duì)較差。陸相頁(yè)巖熱演化、成巖演化程度均較低，烴類(lèi)生成以液態(tài)為主，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)潛力有待探索。目前除在海相龍馬溪組頁(yè)巖獲得商業(yè)化開(kāi)發(fā)以外，陜西延長(zhǎng)油田、中國(guó)石油煤層氣公司等企業(yè)也在山西組煤系地層進(jìn)行了勘探開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)工作，在大寧—吉縣等地區(qū)獲得頁(yè)巖氣流[4-9]，取得了重要的理論技術(shù)進(jìn)展，但是還沒(méi)有取得規(guī)模性開(kāi)發(fā)和產(chǎn)量，在海陸過(guò)渡相頁(yè)巖儲(chǔ)層微觀孔隙特征、滲流規(guī)律、成藏機(jī)制等方面還沒(méi)有獲得實(shí)質(zhì)性的突破，需要進(jìn)一步開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)和理論研究。

頁(yè)巖孔隙分布特征是評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)之一，是頁(yè)巖氣的主要儲(chǔ)集空間，其孔隙大小、數(shù)量和形態(tài)決定了頁(yè)巖氣的富集程度?？紫堆芯考夹g(shù)手段包括CO2和N2等氣體吸附法、壓汞法、掃描電鏡等。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)納米孔形成及控制進(jìn)行了研究，從形態(tài)和成因等方面進(jìn)行了分類(lèi)[9-16]。國(guó)內(nèi)外也有借助分形理論描述固體表面的幾何性狀與結(jié)構(gòu)性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性進(jìn)行分級(jí)與評(píng)價(jià)，研究方法包括盒維數(shù)法、壓汞法以及Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型試驗(yàn)法[17-19]。該研究分析了前人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論，認(rèn)為前人對(duì)孔隙研究主要局限于孔隙描述和孔隙分類(lèi)等方面，部分研究了孔隙成因及發(fā)育規(guī)律，但是未能對(duì)不同干酪根類(lèi)型的頁(yè)巖孔隙演化差異性開(kāi)展對(duì)比性的研究。該文以四川盆地龍馬溪組、昭通地區(qū)牛蹄塘組、鄂爾多斯盆地山西組和延長(zhǎng)組頁(yè)巖為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)露頭和巖心采樣、地化參數(shù)和物性測(cè)試，以薄片、電鏡和X線衍射等手段，分析了海相、海陸過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖儲(chǔ)層物性、礦物組成、孔隙分布及成因等，并在此基礎(chǔ)上探討不同干酪根類(lèi)型頁(yè)巖的孔隙分布特征和賦存規(guī)律，深化了對(duì)不同類(lèi)型頁(yè)巖的成藏機(jī)理的認(rèn)識(shí)深度，為拓展頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)新層系和新領(lǐng)域提供了依據(jù)。

1 樣品基本地質(zhì)參數(shù)

我國(guó)陸上廣泛發(fā)育形成海相、海陸過(guò)渡相和陸相3類(lèi)頁(yè)巖，不同區(qū)域、不同時(shí)期頁(yè)巖氣形成、成藏地質(zhì)條件與富集主控因素差異大。我國(guó)實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)的海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要分布于南方地區(qū)古生界，以克拉通內(nèi)坳陷或邊緣坳陷半深水-深水陸棚相沉積為主，分布穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度大、有機(jī)碳含量高、含氣量高、有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育，石英等脆性礦物含量高[1-3]。四川盆地廣泛發(fā)育五峰—龍馬溪組、筇竹寺組黑色頁(yè)巖，在盆地周邊出露黑色頁(yè)巖露頭。海陸過(guò)渡相頁(yè)巖主要賦存在石炭紀(jì)—二疊紀(jì)含煤地層，鄂爾多斯盆地石炭—二疊系過(guò)渡相分布最為廣泛，盆地東緣出露好，與煤層、砂巖互層，巖性變化頻繁，縱向上連續(xù)厚度小，橫向不穩(wěn)定，但分布范圍大，目前僅有少數(shù)井獲得頁(yè)巖氣流，開(kāi)發(fā)前景仍然不確定[4-9]。陸相頁(yè)巖形成時(shí)間晚，巖性主要為黏土質(zhì)頁(yè)巖，熱演化及成巖演化均低。延長(zhǎng)組是一套厚度較為穩(wěn)定的陸相頁(yè)巖，延長(zhǎng)石油曾經(jīng)開(kāi)展過(guò)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，部分鉆井獲得了商業(yè)產(chǎn)量，準(zhǔn)噶爾盆地、四川盆地深部也可能有一定的陸相頁(yè)巖氣資源，開(kāi)發(fā)前景仍然不確定，需要對(duì)陸相頁(yè)巖氣富集規(guī)律進(jìn)一步深入研究。

為開(kāi)展海相、海陸過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖儲(chǔ)層特征及孔隙結(jié)構(gòu)分布特征研究，該研究采集了海相、海陸過(guò)渡相和陸相等不同類(lèi)型的代表性樣品。海陸過(guò)渡相沉積的頁(yè)巖在華北地區(qū)廣泛分布，鄂爾多斯盆地東緣二疊系數(shù)山西組山2段黑色頁(yè)巖十分發(fā)育，本次研究樣品采自于鄂爾多斯盆地東緣鄉(xiāng)寧縣臺(tái)頭鎮(zhèn)臺(tái)頭煤礦石炭—二疊系剖面(山西組山23段黑色頁(yè)巖)、神27井(深度2 059.55 m)、神49井(深度1 842.31 m)、米115井(深度2 280.24 m)和榆106井(深度2 053.10 m)；陸相頁(yè)巖采自鄂爾多斯盆地東南部張家灘長(zhǎng)7頁(yè)巖剖面(長(zhǎng)7段下部黑色頁(yè)巖)，如圖1所示。對(duì)比樣品為龍馬溪組和牛蹄塘組海相頁(yè)巖，分別采自四川省長(zhǎng)寧雙河龍馬溪組剖面和昭通地區(qū)探井Z101井(牛蹄塘組下部黑色頁(yè)巖，深度1 430.00 m)。

圖1 鄂爾多斯盆地頁(yè)巖樣品采集位置圖Fig.1 Location map of Ordos Basin shale samples collection

2 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和方法

為了獲得頁(yè)巖樣品的地球化學(xué)、巖石學(xué)等基本參數(shù)，保障實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和可對(duì)比性，本次實(shí)驗(yàn)均采用通用實(shí)驗(yàn)設(shè)備和現(xiàn)行國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心完成。實(shí)驗(yàn)總有機(jī)碳測(cè)量采用了LECO-CS230碳硫分析儀，測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 19145—2003。頁(yè)巖鏡質(zhì)體反射率、顯微組分使用Axio Scope A1型顯微光度計(jì)，測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 5124—2012和SY/T 5125—2014。頁(yè)巖全巖礦物組成和伊利石結(jié)晶度采用日Rigaku X射線粉末衍射儀，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 5163—2010。頁(yè)巖微觀孔隙表征使用氬離子拋光儀Gatan Model 697進(jìn)行拋光，然后放入FEI Heilos 650F聚焦離子束電鏡進(jìn)行拍照獲得。低溫N2和CO2吸附分別在Quantachrome Autosorb-1和Quantachrome Nova Station A完成，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為為GB/T 19587—2004。

2.2 樣品基本參數(shù)

從實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，牛蹄塘組頁(yè)巖成熟度最高，鏡質(zhì)體反射率Ro一般為4.16%～4.50%，龍馬溪組頁(yè)巖次之，Ro一般為2.95%～3.01%，山西組頁(yè)巖由于取樣范圍較大，Ro約為1.21%～2.45%；延長(zhǎng)組頁(yè)巖Ro最低。牛蹄塘組頁(yè)巖干酪根類(lèi)型主要為Ⅱ型，龍馬溪組頁(yè)巖主要為Ⅱ型，山西組頁(yè)巖主要為Ⅲ型，延長(zhǎng)組頁(yè)巖主要為Ⅰ型，不同層位頁(yè)巖樣品基本參數(shù)見(jiàn)表1。牛蹄塘組和龍馬溪組等海相頁(yè)巖相比過(guò)渡相和陸相，具有較大的視密度，各類(lèi)頁(yè)巖的孔隙度變化不大，滲透率普遍較低。

表1 不同層位頁(yè)巖樣品基本參數(shù)表

牛蹄塘組頁(yè)巖石英含量為51.52%～63.24%，平均值為58.14%；龍馬溪組頁(yè)巖的石英含量為42.25%～57.32%，平均值為52.06%；山西組頁(yè)巖石英含量為37.25%～45.54%，平均值為36.26%；延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖石英含量為21.57%～26.24%，平均值為23.78%。牛蹄塘組石英含量最高，其次為龍馬溪組、山西組，延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖石英含量最低，不同層位頁(yè)巖樣品礦物組成三角圖如圖2所示。龍馬溪組伊利石結(jié)晶度平均為0.63，牛蹄塘組平均為0.37，鄂爾多斯盆地山西組伊利石結(jié)晶度為0.78。

圖2 不同層位頁(yè)巖樣品礦物組成三角圖Fig.2 Triangle diagram of mineral composition from different geological horizons

2.3 孔隙度

一般情況下，CO2測(cè)定的孔隙為0.3～1.4 nm，N2測(cè)定的孔隙為 1.4～300.0 nm，He測(cè)定的孔隙度覆蓋N2和CO2檢測(cè)的所有開(kāi)孔(孔隙為0.3～300.0 nm)。為了解樣品孔隙度情況，結(jié)合頁(yè)巖的視密度，基于DFT模型對(duì)N2和CO2吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算頁(yè)巖孔隙體積[17-19]，獲得N2和CO2孔隙度。氣體吸附法獲得的孔隙度與氦氣比重法測(cè)定的孔隙度對(duì)比顯示，N2和CO2吸附獲得的孔隙度小于He孔隙度，說(shuō)明采用吸附法測(cè)定孔隙度存在誤差，部分直徑小于300 nm的孔隙未能被吸附法測(cè)到(如圖3a所示)。按孔徑劃分孔隙，目前普遍采用國(guó)際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的劃分規(guī)定：微孔 <2 nm，介孔為2～50 nm，大孔>50 nm[20]。不同干酪根類(lèi)型的樣品孔隙分布存在差異，Ⅲ型干酪根為主的海陸過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖微孔發(fā)育程度低于Ⅱ型海相頁(yè)巖，高成熟頁(yè)巖海相頁(yè)巖瀝青質(zhì)氣泡孔中的中、大孔發(fā)育，海陸過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖缺乏瀝青質(zhì)納米氣泡孔(如圖3b所示)。

圖3 不同層位頁(yè)巖的孔隙度分布圖Fig.3 Porosity illustration of samples from different geological horizons

2.4 孔隙類(lèi)型

電鏡下頁(yè)巖樣品的孔隙類(lèi)型主要有礦物質(zhì)粒間孔、礦物質(zhì)粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)納米孔和無(wú)機(jī)質(zhì)納米孔等多種。無(wú)機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)納米孔是2種常見(jiàn)孔隙，有機(jī)質(zhì)納米孔多為干酪根裂解后的液態(tài)烴所生成，其形態(tài)呈橢圓形、圓形或串珠狀，孔隙邊緣較為圓滑；而無(wú)機(jī)質(zhì)納米孔多為溶蝕、交代等成因，形狀不規(guī)則，邊緣銳利。延長(zhǎng)組頁(yè)巖發(fā)育較多的礦物質(zhì)粒間孔(如圖4所示)，有機(jī)質(zhì)納米孔不發(fā)育，主要是由于演化程度較低所致(如圖5a和圖5b所示)。山西組發(fā)育較多的礦物質(zhì)粒間孔和少量有機(jī)質(zhì)納米孔(如圖4、圖5c和圖5d所示)，龍馬溪組發(fā)育較多的有機(jī)質(zhì)納米孔和少量礦物質(zhì)粒間孔(如圖4所示)，在有機(jī)質(zhì)中普遍發(fā)育孔徑小于100 nm的有機(jī)孔(如圖5e所示)。牛蹄塘組頁(yè)巖中發(fā)育各種類(lèi)型的納米級(jí)孔隙和礦物質(zhì)粒間孔(如圖4所示)，發(fā)育在黏土中的可見(jiàn)孔隙，呈現(xiàn)多種形狀(圓形、橢圓、不規(guī)則、凹坑狀和蜂窩狀) (如圖5f所示)。另外草莓狀黃鐵礦在延長(zhǎng)組頁(yè)巖中廣泛分布，草莓狀黃鐵礦通常與有機(jī)質(zhì)伴生(如圖5a所示)。礦物質(zhì)粒間孔孔徑通常大于100 nm，通常在剛性礦物之間，呈多邊形或長(zhǎng)條形，多屬于原生孔隙或次生孔隙，不均勻地分布在頁(yè)巖基質(zhì)中。牛蹄塘組頁(yè)巖中可見(jiàn)部分伊利石片在成巖作用下發(fā)生彎曲，形成粒間孔碳酸鹽礦物的溶蝕，孔徑通常大于100 nm(如圖5f所示)。在牛蹄塘組頁(yè)巖和山西組頁(yè)巖中微裂縫非常發(fā)育(如圖5d和圖5f所示)，微裂縫從納米級(jí)到微米級(jí)，呈一定程度的之字形或刀片形。微裂縫發(fā)育在一定程度上連通有機(jī)孔，為頁(yè)巖氣的運(yùn)移提供通道。

圖4 不同層位頁(yè)巖孔隙類(lèi)型分布直方圖Fig.4 Distribution histogram of shale pore types in different horizons

圖5 不同層位頁(yè)巖孔隙掃描電鏡圖Fig.5 SEM images of shale pores from different geological horizons

3 不同類(lèi)型的頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征探討

3.1 不同類(lèi)型頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜度特征

對(duì)20塊泥頁(yè)巖樣品進(jìn)行低溫氮?dú)馕?脫附實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用應(yīng)用最為廣泛的FHH孔隙分形模型計(jì)算分形維數(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為，巖石孔隙分形維數(shù)D一般為2～3，靠近下限2表示孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、孔隙內(nèi)表面規(guī)則、孔隙分布點(diǎn)均質(zhì)性強(qiáng)，靠近上限3則表示孔隙內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表面不規(guī)則較強(qiáng)，通過(guò)對(duì)孔隙分析維數(shù)分析可以對(duì)孔隙特征進(jìn)行定量表征[15-17]。該研究通過(guò)繪制每個(gè)樣品的ln(V/V0)與ln[ln(P0/Pn)]的關(guān)系圖，并進(jìn)行分析和擬合獲得分形維數(shù)。對(duì)頁(yè)巖孔隙數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，曲線一般分為低壓段和高壓段兩段，分別采用最小二乘法進(jìn)行分段擬合，低壓段擬合獲得分形維數(shù)D1，高壓段擬合獲得分形維數(shù)D2。牛蹄塘組頁(yè)巖D1和D2分別為2.91和2.66(如圖6a所示)，龍馬溪組頁(yè)巖孔隙分形維數(shù)D1為2.45，D2為2.64(如圖6b所示)，山西組頁(yè)巖孔隙分形維數(shù)D1為2.89，D2為2.70(如圖6c所示)，延長(zhǎng)組頁(yè)巖孔隙分形維數(shù)D1為2.83，D2為2.70(如圖6d所示)。分析結(jié)果表明，所有類(lèi)型的頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)均具有較高的復(fù)雜度，孔隙越小，復(fù)雜度越高，山西組和延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖的微孔復(fù)雜度高于龍馬溪組和筇竹寺組頁(yè)巖。

圖6 不同層位頁(yè)巖分形維數(shù)擬合圖Fig.6 Fractal dimension fitting diagram of shale in different geological horizons

3.2 不同類(lèi)型頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)演化特征

海相頁(yè)巖形成于陸棚環(huán)境，沉積了大量富含Ⅱ型干酪根的有機(jī)質(zhì)，經(jīng)過(guò)熱成熟后生成了大量的液態(tài)烴，液態(tài)烴經(jīng)過(guò)裂解產(chǎn)生天然氣，生氣后殘余瀝青經(jīng)過(guò)熱演化后產(chǎn)生大量芳香結(jié)構(gòu)片層，并隨著成熟度增加，結(jié)構(gòu)片層化加劇，芳香片層間距逐漸縮小到甲烷分子直徑大小時(shí)生氣中止，同時(shí)由于片層間距小于甲烷分子直徑，片層孔不能吸附甲烷，吸附量降低，這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)約為Ro=2.0%，在Ro>3.5%以后吸附能力降低更為明顯。牛蹄塘組頁(yè)巖處于高成熟演化階段，芳香片層提供的孔隙空間十分有限，孔隙空間主要依賴(lài)于早期形成的瀝青質(zhì)納米孔以及一些礦物質(zhì)孔隙，這些孔隙的多少是其含氣量高低的決定性因素。由于受到后期成巖作用強(qiáng)烈壓實(shí)和改造作用，氣孔被壓縮，牛蹄塘組頁(yè)巖含氣量比較低，這已經(jīng)為鉆井所證實(shí)，如昭通地區(qū)Z101井牛蹄塘組頁(yè)巖含氣量平均小于0.5 m3/t。

吸附能力與干酪根類(lèi)型有關(guān)，同時(shí)也與成熟度等因素有關(guān)。對(duì)于Ⅲ型干酪根，芳香化結(jié)構(gòu)比較發(fā)育，隨著成熟度增加，片層間距逐漸縮小直至難以容納甲烷分子，吸附量主要來(lái)自于干酪根內(nèi)部的結(jié)構(gòu)缺陷孔隙。Ⅲ型干酪根芳香化過(guò)程與Ⅱ型干酪根稍有差別，Ⅲ型干酪根隨著成熟度升高，芳香片層間距也在縮小，但是減小速度低于Ⅱ型干酪根，沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，如圖7所示[21-22]。從Ro在最后一次甲烷生成高峰即Ro=6%時(shí)，由于芳香片層間距過(guò)小，生成的甲烷被圈閉在芳香片層中，表現(xiàn)為較高的吸附氣量。因此，在中高成熟階段，Ⅲ型干酪根的微孔吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Ⅱ型干酪根。由此看來(lái)，具有豐富Ⅱ型干酪根的海相頁(yè)巖與具有豐富Ⅲ型干酪根的過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖存在重要演化路徑差別，隨著成熟度升高，Ⅱ型干酪根內(nèi)部的孔隙降低速度大于Ⅲ型干酪根，導(dǎo)致海相頁(yè)巖與過(guò)渡相、陸相頁(yè)巖發(fā)生重要的儲(chǔ)集機(jī)理差異出現(xiàn)，即演化到中高成熟階段后(Ro>2.5%)，海相頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間貢獻(xiàn)主體并不來(lái)自干酪根結(jié)構(gòu)孔隙。

圖7 干酪根芳香片層間距與成熟度關(guān)系圖Fig.7 Relationship between aromatic lamellar spacing and maturity of kerogen

3.3 不同類(lèi)型頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)分布規(guī)律

海相頁(yè)巖與過(guò)渡相、陸相頁(yè)巖干酪根的不同的演化路徑導(dǎo)致過(guò)高成熟、高成熟海相頁(yè)巖和過(guò)渡相頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)分布具有明顯的規(guī)律性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表明海相、過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖孔隙分布和體積占比特征都呈現(xiàn)帕累托分布特征，即在孔隙尺度較小的微孔段，體積占比都較高，在孔隙直徑與分布頻率關(guān)系圖上呈現(xiàn)陡峭的曲線段，在中孔-大孔段占比較低，呈現(xiàn)平緩的曲線段。過(guò)渡相、陸相頁(yè)巖與海相頁(yè)巖相比，微孔段更加陡峭，中孔-大孔段更加低平(如圖8所示)，也就是說(shuō)過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖在微觀段具有優(yōu)勢(shì)分布特征，而海相頁(yè)巖，尤其是高成熟海相頁(yè)巖在大孔段具有優(yōu)勢(shì)分布特征。這種分布規(guī)律的出現(xiàn)，主要是由海相頁(yè)巖與過(guò)渡相頁(yè)巖、陸相頁(yè)巖在生烴過(guò)程中發(fā)生的變化差異所導(dǎo)致。海相干酪根首先生成大量液態(tài)烴，殘留在頁(yè)巖中的液態(tài)烴再進(jìn)一步裂解生成天然氣，生成的天然氣起初以氣泡的形式存在于液態(tài)烴中，并且這些氣泡通過(guò)聚集、合并形成更大的氣泡，這些氣泡最終隨著液態(tài)烴固化為固體瀝青而同步固化為孔，也就是海相頁(yè)巖氣經(jīng)歷了氣泡變孔隙的地質(zhì)過(guò)程。而Ⅲ型干酪根豐富的過(guò)渡相頁(yè)巖以生氣為主，難以演化出類(lèi)似海相頁(yè)巖的氣泡變孔的地質(zhì)過(guò)程，因此Ⅲ型干酪根豐富的過(guò)渡相頁(yè)巖難以形成更大的瀝青質(zhì)孔隙，所以表現(xiàn)在孔隙結(jié)構(gòu)上，大孔占比較少，大孔中可以賦存更多的游離態(tài)天然氣，因而通過(guò)壓裂可以獲得更高的初期產(chǎn)量。

圖8 不同類(lèi)型頁(yè)巖孔徑分布模式圖Fig.8 Pore size distribution patterns of shales from different types

不同類(lèi)型的頁(yè)巖在成熟過(guò)程中孔隙演化存在較大差異，不同成熟階段頁(yè)巖孔隙組成不同。陸相和過(guò)渡相頁(yè)巖相對(duì)于海相頁(yè)巖，頁(yè)巖孔隙經(jīng)歷的不同的演化路徑如圖9所示。海相、過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖在中低成熟階段組成孔隙類(lèi)型主要為礦物質(zhì)孔，對(duì)于演化程度過(guò)高的海相頁(yè)巖(牛蹄塘組)，頁(yè)巖芳香片層間距不超過(guò)0.38 nm，微孔吸附能力基本消失，同時(shí)埋深增加導(dǎo)致中孔、大孔發(fā)生擠壓變形導(dǎo)致儲(chǔ)集空間大幅度降低，海相頁(yè)巖在中高成熟階段，瀝青質(zhì)孔占比較高。極高演化程度的海相頁(yè)巖(牛蹄塘組)吸附和儲(chǔ)氣能力整體也呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。熱演化程度加深，芳香片層間距緩慢減小，儲(chǔ)氣能力呈現(xiàn)相對(duì)緩慢下降趨勢(shì)，高成熟階段微孔體積占比都較高，具有豐富的1 nm以下的孔隙[2-5]，可以吸附大量的天然氣，吸附氣占比較高，計(jì)算鄂爾多斯盆地東南緣山西組吸附氣比例為80%～90%。但是山西組頁(yè)巖缺乏液體烴類(lèi)成因的氣泡變孔的孔隙，因此高成熟過(guò)渡相頁(yè)巖中孔-大孔占比要小于同等演化程度的海相頁(yè)巖，導(dǎo)致吸附氣占比較高[5]，如四川盆地龍馬溪組海相頁(yè)巖中孔-大孔總體積占比遠(yuǎn)大于同等演化程度的山西組過(guò)渡相頁(yè)巖，微孔總體積小于過(guò)渡相頁(yè)巖。

圖9 不同類(lèi)型頁(yè)巖的孔隙演化模式圖Fig.9 Pore evolution model of different types of shales

4 結(jié)論

1)不同類(lèi)型的頁(yè)巖孔隙類(lèi)型和結(jié)構(gòu)組成特征不同，主要受控于頁(yè)巖干酪根類(lèi)型和演化過(guò)程。山西組過(guò)渡相頁(yè)巖以Ⅲ型干酪根為主，小尺度微孔發(fā)育程度優(yōu)于以Ⅱ型干酪根為主的海相頁(yè)巖。成熟頁(yè)巖海相頁(yè)巖中、大孔發(fā)育，發(fā)育瀝青質(zhì)氣孔，海陸過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖缺乏瀝青質(zhì)氣孔。

2)不同類(lèi)型頁(yè)巖孔隙均具有較高的復(fù)雜度，微孔隙越發(fā)育復(fù)雜度越高。過(guò)渡相山西組和陸相延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖的微孔復(fù)雜度高于海相的龍馬溪組和筇竹寺組頁(yè)巖。

3)不同類(lèi)型頁(yè)巖孔隙演化路徑存在較大差異。隨著演化程度升高，頁(yè)巖干酪根芳香片層間距減小，孔隙度降低，Ⅱ型干酪根芳香片層間距下降斜率快于Ⅲ型干酪根。海相頁(yè)巖與過(guò)渡相、陸相頁(yè)巖孔隙差異演化導(dǎo)致不同成熟階段孔隙組成成分不同，中高成熟度海相頁(yè)巖儲(chǔ)集能力主要來(lái)自有通過(guò)氣泡變孔形成的瀝青質(zhì)氣孔。