涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層特征及其發(fā)育主控因素

張士萬 孟志勇 郭戰(zhàn)峰 張夢吟 韓馳宇

中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院

四川盆地涪陵地區(qū)位于揚子板塊中南部、黔中隆起北緣的北部凹陷，橫跨川東高陡褶皺帶和川南低緩構(gòu)造帶。上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組沉積早期，受華南板塊擠壓，整個揚子板塊由先前的臺地相轉(zhuǎn)換為前陸盆地沉積環(huán)境，當(dāng)時包括涪陵地區(qū)在內(nèi)的中揚子中西部地區(qū)位于前陸盆地的隆后盆地，受周緣川中古隆起、黔中隆起的隔擋作用，整體處于相對安靜的陸棚沉積環(huán)境，發(fā)育了一套暗色富硅質(zhì)、富有機質(zhì)泥頁巖［1］。近年來勘探證實該套暗色富有機質(zhì)泥頁巖為一套優(yōu)質(zhì)含氣頁巖儲層，有機質(zhì)類型好（主要為腐泥型干酪根），有機質(zhì)豐度高（TOC為2.54%），熱演化程度適中（Ro為2.5%），儲集性能好（孔隙度為4.61%），含氣豐度高（含氣量介于5～6m3／t）。目前龍馬溪組含氣頁巖儲層已經(jīng)成為四川盆地頁巖氣勘探的熱點［2］。

該套頁巖儲層具備超微觀復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征，但是此前對于該套儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征及其發(fā)育主控因素缺乏深入系統(tǒng)的研究，阻礙了后續(xù)頁巖氣的賦存機理及滲流機理研究工作的開展。為此，筆者通過研究，初步明確了該套頁巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征及其發(fā)育主控因素，為其后續(xù)研究及開發(fā)工作提供了有力的技術(shù)支撐。

1 頁巖儲層的孔隙類型劃分體系

頁巖儲層具備超微觀復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)涪陵地區(qū)龍馬溪組巖心、掃描電鏡、氬離子拋光掃描電鏡等資料，按照不同地質(zhì)成因可將該區(qū)龍馬溪組頁巖儲層的孔隙類型劃分為孔隙、裂縫兩大類?？紫犊蛇M一步劃分出有機質(zhì)孔隙、無機孔隙，后者又可細分為黏土礦物晶間孔隙、粒間孔和粒內(nèi)孔；裂縫可進一步劃分為組構(gòu)選擇性裂縫和非組構(gòu)選擇性裂縫（表1）。

1.1 孔隙

從成因上分類，涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層孔隙可劃分為有機質(zhì)孔隙和無機孔隙兩大類（表1），氬離子拋光掃描電鏡觀察結(jié)果顯示：涪陵地區(qū)頁巖儲層中發(fā)育大量的有機質(zhì)孔隙，無機孔隙中主要以黏土礦物晶間孔為主，含少量的粒內(nèi)孔和粒間孔。

1.1.1 有機質(zhì)孔隙

有機質(zhì)孔隙系有機質(zhì)在熱演化過程中生成油氣時所殘留的孔隙，氬離子拋光掃描電鏡觀察結(jié)果顯示有機質(zhì)孔隙尺度跨度大，從納米級到微米級，按IUPAC分類，屬中孔—大孔范疇，有機質(zhì)面孔率介于10%～50%，平均為30%。納米CT掃描三維重構(gòu)圖像顯示有機質(zhì)孔隙平面上以圓形、橢圓形為主，空間上形成管柱狀、片狀、洞穴狀等復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，連通性較好。

表1 涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層孔隙類型劃分體系表

1.1.2 無機孔隙

無機孔隙包括黏土礦物晶間孔、碎屑顆粒間殘余的原生粒間孔及粒內(nèi)溶孔，并以黏土礦物晶間孔為主（表1），整體上粒間孔和粒內(nèi)溶孔相對不發(fā)育，面孔率低，一般小于5%。

1.2 裂縫

涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層發(fā)育大量的裂縫，從成因上可將其分為組構(gòu)選擇性裂縫（頁理縫）和非組構(gòu)選擇性裂縫（構(gòu)造縫）。

1.2.1 組構(gòu)選擇性裂縫（頁理縫）

組構(gòu)選擇性裂縫系在地層抬升過程中，隨著上覆壓力變小，地層內(nèi)部壓力釋放，沿著巖石顆粒與晶體界面處所形成的微裂縫，具備組構(gòu)選擇性特征，一般沿水平頁理方向延伸，也稱為頁理縫（表1）。

該區(qū)組構(gòu)選擇性裂縫常見以下3種類型：①沿著片狀礦物（如云母）內(nèi)部解理面發(fā)育的解理縫；②在黏土礦物內(nèi)部發(fā)育的晶間縫；③沿碎屑顆粒、黏土礦物、有機質(zhì)界面處形成的貼?？p，該類裂縫的特點是具備組構(gòu)選擇性的特點，常常繞著碎屑顆粒發(fā)育，不會穿切碎屑顆粒。

氬離子拋光掃描電鏡觀察結(jié)果表明：組構(gòu)選擇性裂縫（頁理縫）與頁理的發(fā)育程度密切相關(guān)，頁理越發(fā)育，對頁理縫的發(fā)育越有利。涪陵地區(qū)五峰組—龍馬溪組沉積時期，研究區(qū)主體為深水陸棚沉積環(huán)境，沉積水體安靜，對頁理的發(fā)育十分有利。該區(qū)已鉆井龍馬溪組頁巖儲層段的電成像資料及巖心資料顯示龍馬溪組頁巖儲層段頁理極為發(fā)育，由此可以推測該地區(qū)頁巖儲層段的頁理縫發(fā)育程度也較高，對于頁巖儲層的水平滲流能力起到關(guān)鍵性的改善作用。

1.2.2 非組構(gòu)選擇性裂縫

非組構(gòu)選擇性裂縫系受構(gòu)造應(yīng)力作用而形成的裂縫，包括宏觀的裂縫和微裂縫（表1），一般縫壁較為平直，裂縫常常穿切剛性礦物顆?；驇r層，不具備組構(gòu)選擇性特征，產(chǎn)狀為低角度—高角度，縫長一般為微米—厘米級，縫寬為納米—毫米級。此類裂縫在巖心上也可觀察到較為宏觀的裂縫，縫寬介于0.1～1mm，縫長在10cm左右。該類裂縫主要受構(gòu)造作用控制，構(gòu)造變形強則裂縫發(fā)育，構(gòu)造變形弱則欠發(fā)育。根據(jù)目前該區(qū)龍馬溪組頁巖儲層段的氬離子拋光掃描電鏡及巖心觀察結(jié)果來看，宏觀尺度及微觀尺度的非組構(gòu)選擇性裂縫整體欠發(fā)育。

2 龍馬溪組頁巖儲層物性特征

2.1 孔隙度

頁巖儲層物性分析統(tǒng)計結(jié)果表明：該區(qū)頁巖儲層孔隙度主要介于3%～6%，最小值為1.17%，最大值為7.98%，平均值為4.61%；縱向上來看，氮氣法實測孔隙度在縱向上具備明顯的三分性特征，縱向上可劃分為3個段，即上下龍一、龍三段孔隙度高，中間龍二段孔隙度相對偏低（圖1）。

2.2 滲透率

2.2.1 水平滲透率

目前涪陵地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖儲層段開展過兩類滲透率測定工作——穩(wěn)態(tài)法水平滲透率測定、全直徑垂直滲透率測定。

從穩(wěn)態(tài)法水平滲透率測定統(tǒng)計結(jié)果來看，全段水平滲透率主要介于0.001～355mD，最小值為0.001 5mD，最大值為355.2mD，平均值為21.939mD（圖1）。

2.2.2 垂直滲透率

從焦頁X井7塊全直徑分析垂直滲透率數(shù)據(jù)來看，垂直滲透率遠遠低于水平滲透，垂直滲透率普遍低于0.001mD，平均值為0.003 2mD，而對應(yīng)相同深度的水平滲透率則普遍高于0.01mD，平均值為1.33 mD，二者相差超過3個數(shù)量級（圖1、表2）。前已述及，龍馬溪組頁巖儲層段的水平頁理縫極為發(fā)育，而非組構(gòu)選擇性裂縫相對欠發(fā)育，分析認為正是由于水平頁理縫的發(fā)育大大改善了頁巖儲層的水平滲流能力，而對垂直滲流能力貢獻作用較大的高角度的非組構(gòu)選擇性裂縫欠發(fā)育，從而造成頁巖儲層的水平滲透率遠遠高于其垂直滲透率。

圖1 焦頁X井五峰組—龍馬溪組物性綜合柱狀圖

表2 涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層段水平滲透率與垂直滲透率對比統(tǒng)計數(shù)據(jù)表

3 龍馬溪組頁巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征

頁巖儲層與常規(guī)儲層的最大區(qū)別在于其超微觀復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征［3］，儲集層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)是影響氣藏儲集能力和頁巖氣開采的主要因素［4－5］，對不同尺度的微觀、超微觀孔隙和裂隙結(jié)構(gòu)特征及內(nèi)因研究，有助于頁巖氣資源和儲層開發(fā)評價。常規(guī)的壓汞分析手段已無法滿足頁巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)表征的需求。為此，借助于壓汞、高壓壓汞—液氮吸附聯(lián)合測定、納米CT掃描等多種方法全方位對頁巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征進行了綜合表征。

3.1 高壓壓汞

從涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層段的高壓壓汞資料來看，主要具備2種孔隙結(jié)構(gòu)特征：裂縫孔隙型和孔隙型，其中裂縫孔隙型表現(xiàn)為低孔隙度、較高滲透率，進汞壓力多小于1MPa，大量進汞壓力普遍在60MPa，基質(zhì)孔喉半徑主要集中分布于4～16nm?？紫缎蛢用毠軌毫η€表現(xiàn)為低孔隙度、低滲透率，進汞壓力大（大于20MPa），大量進汞的壓力普遍在60MPa，孔喉半徑主要集中分布于4～16nm。

前人研究成果表明：高壓壓汞探測孔隙半徑下限為7.5nm，而對于孔隙半徑小于7.5nm的孔隙無法反映。從該區(qū)頁巖樣品高壓壓汞資料統(tǒng)計的孔喉半徑數(shù)據(jù)來看，孔喉半徑主要集中分布于4～16nm，占80%左右（圖2），按照IUPAC分類標(biāo)準(zhǔn)（孔隙度大于50nm為大孔，孔隙度介于2～50nm為中孔，孔隙度小于2nm為微孔）屬于中孔級別。

圖2 涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層段孔喉分布頻率圖

由Young－Duper方程可知，由于外加壓力使得汞進入孔隙所做的功與浸沒粉末表面所需的功相等，進而求得比表面積，由孔容與比表面積可估算出平均孔半徑。壓汞儀探測的最小孔徑下限取決于最大工作壓力，但頁巖儲層多具備低滲透率特征，壓力過高容易壓裂頁巖樣品使得分析數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。因此單一使用高壓壓汞資料無法全面反映頁巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征［6－7］。

3.2 液氮吸附—脫附試驗

液氮中進行等溫物理吸附—脫附測定，孔徑測量范圍為0.35～500nm，涉及部分微孔、中孔和部分大孔的范圍，液氮等溫物理吸附—脫附試驗曲線可以在一定程度上反映出頁巖儲層中存在的孔隙形態(tài)，從而對頁巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征進行表征。由于范德華物理吸附作用，隨著壓力的逐漸增加，液氮在吸附介質(zhì)的表面可以發(fā)生單分子到多分子層的吸附。按照BET分類，液氮吸附屬于Ⅱ類吸附曲線，孔隙大小與氮氣的吸附機理具有對應(yīng)性，氮氣在微孔材料上的吸附機理主要為單分子層吸附和微孔填充，中孔材料在低壓區(qū)的吸附機理為單分子層吸附，中等壓力處為多分子層吸附，較高壓力時發(fā)生毛細孔凝聚現(xiàn)象。大孔材料在低壓區(qū)的吸附機理與中孔相同，但在相對壓力較高時不發(fā)生毛細孔凝聚現(xiàn)象。

吸附回線的形狀反映了一定的孔形結(jié)構(gòu)的情況［8－9］，Kelvin方程計算結(jié)果表明，開放性孔（包括兩端開口的圓筒孔及四邊開放的平行板孔）都能產(chǎn)生吸附回線；而封閉性孔（包括一端封閉的圓筒形孔，一端封閉的平行板孔，一端封閉的圓錐形孔）不能產(chǎn)生吸附回線；然而作為特例的墨水瓶孔，它雖是一端封閉的，卻能產(chǎn)生吸附回線。De Bore將液氮等溫吸附回線劃分為5類，分別代表了不同的微孔結(jié)構(gòu)特征［10－11］，國際純化學(xué)與應(yīng)用聯(lián)合學(xué)會（IUPAC）在De Bore分類的基礎(chǔ)上推薦四類劃分方法，分別代表了開放的圓柱狀或平板形孔隙形態(tài)、一端封閉的圓柱狀或平板形孔隙形態(tài)以及墨水瓶形縮頸孔隙形態(tài)，頁巖儲層中實際孔隙形態(tài)遠比上述孔隙形態(tài)復(fù)雜得多［10－11］。

涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層段的液氮吸附—脫附曲線存在明顯的吸附回線，與De Bore分類體系中的E類脫附回線類似，兼有IUPAC分類體系中H2型和H3型吸附回線類型的特征，孔隙以四周開放的平行板孔等開放性孔隙及細頸廣口的墨水瓶形孔隙為主。

在相對壓力小于0.11的區(qū)域，吸附量隨相對壓力的增高有較為明顯的增加，吸附曲線呈現(xiàn)上凸特征，表明該階段儲層內(nèi)部主要發(fā)生單分子吸附；在相對壓力大于0.11的區(qū)域，吸附曲線相對平坦，在該階段發(fā)生多分子層吸附；在相對壓力接近1.0時液氮吸附量急劇增加，發(fā)生毛細凝聚現(xiàn)象。吸附曲線證實頁巖儲層中微孔、中孔和大孔同時存在。

脫附曲線形態(tài)表明，在相對壓力的下降初期，吸附量起初有一個明顯的下降，毛細凝聚部分的液氮率先脫離出來；在相對壓力介于0.5～0.9區(qū)間范圍內(nèi)脫附曲線較為平緩，在該壓力區(qū)間范圍內(nèi)，較小孔隙內(nèi)的液氮開始脫附，相對壓力在0.4～0.5區(qū)間脫附曲線較陡，存在一個明顯的拐點，表明較小的孔隙內(nèi)液氮解吸完畢，較大的孔隙內(nèi)部的液氮開始大量脫附；在相對壓力降到0.4以下，脫附曲線和吸附曲線基本重合，表明微孔部分孔隙基本屬于一端封閉的孔隙。脫附曲線上拐點位置對應(yīng)于相對壓力（p／p0）在0.5的位置，根據(jù)Kelvin方程計算解吸時，X＝0.5所對應(yīng)的孔半徑rk＝－2×10－3×34.65×10－4×1／8.35×77.3×ln0.5＝1.38nm，表明墨水瓶頸處孔隙的直徑在3nm左右。同時在相對壓力降到0.4以后，脫附曲線與吸附曲線基本重合，根據(jù)Kelvin公式計算解吸時相對壓力0.4所對應(yīng)的孔隙直徑為2.08nm，表明此直徑小于2.08nm的孔隙主要以一端封閉的孔隙形態(tài)為主。

3.3 壓汞—液氮吸附聯(lián)合測定

根據(jù)IUPAC分類結(jié)果將頁巖儲層中的孔隙分為微孔、中孔和大孔3種類型，不同測試方法對頁巖中3種孔隙的測定效果不同。借助于壓汞法—液氮吸附聯(lián)合測定可以較好地反映出頁巖儲層的孔隙大小分布，有效反映頁巖樣品的非均質(zhì)性。液氮吸附法探測范圍為0.35～500nm，壓汞法探測下限在7.5nm，探測上限為1mm。前者可以有效反映頁巖中納米孔隙的分布，后者可以反映頁巖宏孔和微裂縫的信息。筆者分別選取壓汞和液氮吸附最佳結(jié)果孔段進行分析，頁巖儲層中微孔和中孔部分（孔隙直徑小于50nm部分）借助于液氮吸附測試結(jié)果，大孔部分（孔隙直徑大于50nm部分）借用高壓汞分析測試資料，將測試結(jié)果中不同分析化驗手段重疊部分的數(shù)據(jù)進行處理，從而得到頁巖儲層中不同孔徑的孔隙分布特征。

涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層壓汞—液氮吸附聯(lián)合測定分析結(jié)果顯示以中孔為主，大孔相對不發(fā)育，孔徑多集中在24nm以下（圖3）。

圖3 涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層孔徑分布特征圖

3.4納米CT及FIB—SEM

3.4.1 納米CT

主要借助于中國石油大學(xué)（北京）引進的美國Xradia公司生產(chǎn)的Ultraxrm－L200納米CT儀器，對涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層的8塊樣品進行了納米CT分析，三維數(shù)據(jù)體由901張掃描圖像重構(gòu)獲得，本次試驗采取HRES模式，像素分辨率為65nm，分析時間大于15h，從三維數(shù)據(jù)體中可以提取不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

從目前完成的樣品試驗結(jié)果來看，焦頁1井龍一段主力頁巖氣層段與上部龍二段、龍三段頁巖儲層段超微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征存在一定差異：前者見微米級結(jié)構(gòu)組分，以有機質(zhì)內(nèi)的圓管狀的納米級孔為主，孔隙形態(tài)為席狀、片狀、管狀，連通性中等，估算的孔隙度為5.06%，喉道形態(tài)為針管狀，局部為片狀、斑塊狀，以30 nm的中型納米孔為主（圖4）；后者見微米級孔隙和納米級孔隙，孔隙形態(tài)為席狀、片狀，連通性差，估算的孔隙度為2.44%，實測孔隙度為3.62%；喉道形態(tài)為針管狀，局部為球狀，以50nm的大型納米孔為主（圖5）。

圖4 焦頁X井龍一段納米CT掃描圖

甲烷分子的直徑為0.38nm，考慮到甲烷的單層吸附作用，那么理論上當(dāng)孔隙直徑大于3倍甲烷分子直徑時就可以有游離態(tài)甲烷分子賦存于其中，成為甲烷氣體的賦存空間。因此，對于納米級孔隙的研究是頁巖氣研究和評價中的重點，常規(guī)的微孔結(jié)構(gòu)圖像表征技術(shù)很難實現(xiàn)對納米孔隙的表征，納米CT的分辨率只能識別大孔（直徑大于50nm）范圍內(nèi)的孔隙，無法滿足精細表征頁巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)的要求。

總體上來看龍一段有機質(zhì)納米孔發(fā)育，以中型孔為主，連通性中等；龍一段以上地層有機質(zhì)納米孔欠發(fā)育，但以大型孔為主，原生孔發(fā)育，連通性變差。

3.4.2 FIB－SEM

本次試驗主要依托中國石油大學(xué)（北京）所引進的Hellios 650型聚焦離子束掃描電鏡，其主要性能指標(biāo)包括：電子束分辨率在最佳工作距離下為0.8nm（15 kV下），離子束分辨率在最佳工作距離下為4.5nm（30kV下）。設(shè)備同時配備了最新的Aztec X－Max50型能譜儀和EBSD（能量背散射電子探測儀），能夠更好地獲得樣品的元素組成和晶格信息。場發(fā)射掃描電鏡的分辨率可達10nm，雖然該方法無法識別泥巖中小于10nm的微孔隙，但在現(xiàn)有技術(shù)條件下，仍然是微孔隙結(jié)構(gòu)最有效的分析和表征技術(shù)，該方法一次能夠分析的區(qū)域范圍有限，一般在20μm范圍內(nèi)。

通過3DFIB測試，從三維成像重建圖上看到，涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層以有機質(zhì)納米孔為主，無機孔少量；出現(xiàn)“2多”：有機質(zhì)內(nèi)納米孔多、超微裂縫多，納米孔大小屬中孔（2～50nm）（圖6）；并且發(fā)育納米級與微米級裂縫、少量黏土晶間孔、少量黃鐵礦晶間孔、少量黏土絮凝粒與粒內(nèi)孔、大量有機質(zhì)孔。

圖6 焦頁1井JSB－18樣品（黑色硅質(zhì)、碳質(zhì)頁巖）的3DFIB微觀孔隙結(jié)構(gòu)圖

4 頁巖儲層發(fā)育主控因素分析

綜上分析，涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層具備超微觀復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征，孔隙類型包括無機孔、有機質(zhì)孔隙、組構(gòu)選擇性裂縫（頁理縫）以及非組構(gòu)選擇性裂縫（構(gòu)造縫），有機質(zhì)熱演化過程中形成的有機孔隙對于頁巖儲層的發(fā)育起到了至關(guān)重要的作用，同時黏土礦物伊利石化形成的微裂（孔）隙和不穩(wěn)定礦物（如長石、方解石）溶蝕形成的溶蝕孔可構(gòu)成部分頁巖儲層的儲滲空間［3］。

4.1 沉積相

涪陵地區(qū)五峰組—龍馬溪組沉積時期主體為深水陸棚沉積環(huán)境，受周緣黔中、川中等古隆起的隔擋，水體相對安靜，且呈現(xiàn)較強的還原性，對于有機質(zhì)及頁理的發(fā)育十分有利，而有機質(zhì)在后期的熱演化過程中易于形成有機質(zhì)孔隙，在后期的地層抬升過程中隨著地層內(nèi)部超壓的釋放，沿著頁理方向易于形成組構(gòu)選擇性裂縫（頁理縫），有機質(zhì)孔隙與頁理縫對于儲層的發(fā)育起到了突出的貢獻作用，可以說有利的沉積相為后期頁巖儲層的發(fā)育奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.2 有機質(zhì)孔隙

通過氬離子拋光掃描電鏡、納米CT及FIB－SEM觀察結(jié)果證實龍馬溪組頁巖儲層中發(fā)育大量的有機質(zhì)孔隙，有機質(zhì)孔隙對頁巖儲層的發(fā)育起到了至關(guān)重要的作用，從焦頁XX井的TOC與孔隙度的擬合關(guān)系來看，二者之間也具備一定的正相關(guān)關(guān)系（圖7），但是相關(guān)性并不顯著，在掃描電鏡及FIB－SEM下觀察到了大量的無機孔隙，說明無機孔隙對頁巖儲層物性同樣起到了一定的貢獻作用。

圖7 涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層TOC—孔隙度相關(guān)性分析圖

4.3 無機礦物

通過各類無機礦物與實測孔隙度的關(guān)系擬合證實，孔隙度與各類無機礦物之間均不具備相關(guān)性，由此可分析出該區(qū)龍馬溪組頁巖儲層孔隙度主要由有機質(zhì)提供。但有機質(zhì)與孔隙度的擬合關(guān)系表明二者的相關(guān)性一般，也可以說無機礦物同樣提供了一定數(shù)量的孔隙，為明確無機礦物中究竟哪一類礦物為無機孔隙的主要來源，首先排除掉有機質(zhì)對總孔隙的影響，用實測孔隙度除以實測TOC值，而后再與各類無機礦物含量進行相關(guān)性研究。

擬合結(jié)果表明：在排除掉有機質(zhì)對總孔隙的影響之后，孔隙度與黏土礦物之間顯示了良好的相關(guān)性，而與硅質(zhì)含量、長石含量、碳酸鹽礦物含量之間不具備相關(guān)性（圖8），這與氬離子拋光掃描電鏡觀察結(jié)果也是一致的。

圖8 涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層無機礦物與孔隙度／TOC擬合關(guān)系圖

擬合結(jié)果表明，在排除TOC對孔隙度的影響后，孔隙度與黏土礦物含量呈現(xiàn)較好的正相關(guān)關(guān)系。進一步與不同黏土礦物類型含量進行擬合，結(jié)果表明，孔隙度與伊利石含量具備較好的正相關(guān)關(guān)系，與伊利石＋伊蒙混層含量正相關(guān)關(guān)系得到進一步增強，而孔隙度與伊蒙混層含量相關(guān)性較弱，孔隙度與綠泥石含量之間呈負相關(guān)關(guān)系。分析認為，在成巖過程中由于蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化，晶體體積變小使得晶體間形成了一定數(shù)量的晶間孔縫，從而對頁巖儲層的儲集性能起到了一定的改善作用。

4.4 地層超壓

涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層具備形成流體封存箱的良好條件，其上覆為致密砂泥巖地層，下伏為上奧陶統(tǒng)澗草溝組致密石灰?guī)r，在后期的埋藏生烴過程中，由于上、下封隔層的阻擋作用無法形成有效排烴，從而在儲層內(nèi)部形成超壓。該區(qū)龍馬溪組已鉆頁巖氣井資料表明，頁巖氣藏壓力系數(shù)高達1.58，屬于超壓氣藏。

龍馬溪組頁巖儲層在后期的地質(zhì)歷史時期先后經(jīng)歷了深埋藏—抬升2個階段，涪陵地區(qū)焦頁X井埋藏史模擬結(jié)果表明涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層于早二疊世晚期進入生油高峰期，早侏羅世早期進入生氣高峰期，于早侏羅世晚期進入熱演化高階段。早白堊世早期（距今140Ma）達最大埋深6 300m，此后受構(gòu)造運動影響，進入持續(xù)抬升階段（圖9）。

圖9 涪陵地區(qū)焦頁X井龍馬溪組沉積埋藏史圖

在抬升階段隨著上覆地層的剝蝕，龍馬溪組頁巖儲層所承受的上覆壓力不斷減小，頁巖儲層內(nèi)部由于生烴所形成的超壓逐步得到釋放，在超壓釋放過程中頁巖儲層內(nèi)部沿著頁理面形成大量的頁理縫，尤其是碎屑顆粒與黏土礦物以及有機質(zhì)的接觸界面。頁理縫的形成一方面改善了儲層的儲集能力，另一方面大大改善了頁巖儲層的水平滲流能力。氬離子拋光掃描電鏡、納米CT、FIB－SEM試驗結(jié)果均證實頁巖儲層中發(fā)育大量的頁理縫（組構(gòu)選擇性裂縫）。

綜合以上分析可以看出，特殊的沉積環(huán)境為頁巖儲層的形成奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，后期熱演化過程中有機質(zhì)所形成的大量有機質(zhì)孔隙是頁巖儲層發(fā)育的關(guān)鍵性控制因素，無機礦物中黏土礦物所形成的黏土礦物晶間縫對頁巖儲層起到了一定的改善作用，頁巖儲層在后期抬升階段形成的大量頁理縫對頁巖儲層的滲流能力起到了關(guān)鍵性貢獻作用。

5 結(jié)論

1）頁巖儲層發(fā)育多種孔隙類型，主要包括孔隙和裂縫，孔隙進一步可劃分為有機質(zhì)孔隙和無機質(zhì)孔隙，有機質(zhì)孔隙主要為有機質(zhì)熱演化過程中所形成的孔隙，無機質(zhì)孔隙包括黏土礦物晶間孔、粒間孔和粒內(nèi)孔，主要以黏土礦物晶間孔為主，裂縫進一步可劃分為組構(gòu)選擇性裂縫（頁理縫）和非組構(gòu)選擇性裂縫，主要以組構(gòu)選擇性裂縫（頁理縫）為主。

2）孔隙度主要介于3%～6%，最小值為1.17%，最大值為7.98%，平均值為4.61%。氮氣法實測孔隙度在縱向上具備明顯的三分性特征，縱向上可劃分為3段，即上下1、3段孔隙度高，中間2段孔隙度相對偏低；水平滲透率主要介于0.001～355mD，最小值為0.001 5mD，最大值為355.2mD，平均值為21.939mD。垂直滲透率遠遠低于水平滲透率，垂直滲透率普遍低于0.001mD，平均值為0.003 2mD，對應(yīng)相同深度的水平滲透率普遍高于0.01mD，平均值為1.33mD，二者相差超過3個數(shù)量級，頁理縫的發(fā)育是造成水平滲透率遠遠高于垂直滲透率的關(guān)鍵性因素。

3）龍馬溪組頁巖儲層主要包括孔隙型及裂縫—孔隙型2種孔隙結(jié)構(gòu)特征，孔隙類型多樣，孔隙直徑主要分布在24nm以下，以中孔為主，孔隙組合形態(tài)表現(xiàn)為四周開放的平行板狀孔隙及細頸廣口的墨水瓶孔隙。

4）良好的沉積背景利于有機質(zhì)與頁理的發(fā)育，也為該區(qū)頁巖儲層的形成奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，而有機質(zhì)是頁巖儲層形成的主要控制因素，無機礦物中黏土礦物類型的轉(zhuǎn)換形成了一定數(shù)量的無機孔隙，對頁巖儲層的儲集性能起到了一定的改善作用，頁巖儲層在后期埋藏—抬升過程中由于超壓釋放沿著碎屑顆粒與有機質(zhì)及黏土礦物接觸界面處形成了大量的組構(gòu)選擇性裂縫（頁理縫），一方面改善了頁巖儲層的儲集能力，另一方面控制著頁巖儲層的水平滲流能力。

［1］肖開華，李雙建，汪新偉，等.中、上揚子區(qū)志留系油氣成藏特點與勘探前景［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2008，29（5）：589－596.XIAO Kaihua，LI Shuangjian，WANG Xinwei，et al.Hydrocarbon accumulation features and exploration direction in the Silurian of the Middle－Upper Yangtze Platform［J］.Oil ＆ Gas Geology，2008，29（5）：589－596.

［2］張金川，聶海寬，徐波，等.四川盆地頁巖氣成藏地質(zhì)條件［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（2）：151－156.ZHANG Jinchuan，NIE Haikuan，XU Bo，et al.Geological condition of shale gas accumulation in Sichuan Basin［J］.Natural Gas Industry，2008，28（2）：151－156.

［3］蔣裕強，董大忠，漆麟，等.頁巖氣儲層基本特征及其評價［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（10）：7－12.JIANG Yuqiang，DONG Dazhong，QI Lin，et al.Basic features and evaluation of shale gas reservoirs［J］.Natural Gas Industry，2010，30（10）：7－12.

［4］AMBROSE R J，HARTMAN R C，DIAZCAMPOS M，et al.New pore－scale considerations for shale gas in place calculations［C］∥paper MS－131772presented at the Unconventional Gas Conference，23－25February 2010，Pittsburgh，Pennsylvania，USA.New York：SPE，2010.

［5］嚴(yán)偉，王建波，劉帥，等.四川盆地焦石壩地區(qū)龍馬溪組泥頁巖儲層測井識別［J］.天然氣工業(yè)，2014，34（6）：30－36.YAN Wei，WANG Jianbo，LIU Shuai，et al.Logging identification for the Longmaxi mud shale reservoir in the Jiaoshiba area，Sichuan Basin［J］.Natural Gas Industry，2014，34（6）：30－36.

［6］謝曉永，唐洪明，王春華，等.氮氣吸附法和壓汞法在測試泥頁巖孔徑分布中的對比［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（12）：100－102.XIE Xiaoyong，TANG Hongming，WANG Chunhua，et al.Contrast of nitrogen adsorption method and mercury porosimetry method in analysis of shale＇s pore size distribution［J］.Natural Gas Industry，2006，26（12）：100－102.

［7］郭旭升，李宇平，劉若冰，等.四川盆地焦石壩地區(qū)龍馬溪組頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其控制因素［J］.天然氣工業(yè)，2014，34（6）：9－16.GUO Xusheng，LI Yuping，LIU Ruobing，et al.Characteristics and controlling factors of micro－pore structures of Longmaxi Shale Play in the Jiaoshiba area，Sichuan Basin［J］.Natural Gas Industry，2014，34（6）：9－16.

［8］趙志根，唐修義.低溫氮吸附法測試煤中微孔隙及其意義［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2001，29（5）：28－30.ZHAO Zhigen，TANG Xiuyi.Study of micropore in coal by low temperature nitrogen adsorption method and its significance［J］.Coal Geology ＆ Exploration，2001，29（5）：28－30.

［9］嚴(yán)繼民，張啟元.吸附與凝聚［M］.北京：科學(xué)出版社，1979.YAN Jimin，ZHANG Qiyuan.Adsorption and condensation［M］.Beijing：Science Press，1979.

［10］DE BORE J H.The shape of capillaries［M］∥EVERETT D H，STONE F S.The structure and properties of porous materials.London：Butterworth，1958.

［11］陳尚斌，朱炎銘，王紅巖，等.川南龍馬溪組頁巖氣儲層納米孔隙結(jié)構(gòu)特征及其成藏意義［J］.煤炭學(xué)報，2012，37（3）：438－444.CHEN Shangbin，ZHU Yanming，WANG Hongyan，et al.Structure characteristics and accumulation significance of nanopores in Longmaxi shale gas reservoir in the southern Sichuan Basin［J］.Journal of China Coal Society，2012，37（3）：438－444.