渝東南地區(qū)海相頁巖有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育特征

王思遠(yuǎn)，李俊乾*，盧雙舫，張鵬飛，張 婕，李文鏢

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266580；2.深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067)

0 引 言

作為一種重要的非常規(guī)天然氣資源，中國頁巖氣勘探開發(fā)已取得突破性進(jìn)展[1-3]。由于對頁巖氣儲(chǔ)集、運(yùn)移具有重要影響，頁巖孔隙結(jié)構(gòu)受到廣泛關(guān)注。前人研究表明，有機(jī)質(zhì)是影響頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的主要因素之一[4]，在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部發(fā)育的孔隙極大地增加了頁巖的內(nèi)表面積和體積[5]，是頁巖氣主要的儲(chǔ)集空間[4]。通常，隨有機(jī)質(zhì)含量的增加，頁巖含氣量顯著增加[6-7]。研究頁巖氣儲(chǔ)層的有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育特征對頁巖含氣性評價(jià)具有重要意義。

目前，有機(jī)質(zhì)及其孔隙分類方案較多。在頁巖氣研究中，通常將頁巖中的有機(jī)質(zhì)分為干酪根和瀝青兩種基本類型。從地球化學(xué)角度來看，干酪根指沉積巖中不溶于堿、非氧化性酸和非極性有機(jī)溶劑的分散有機(jī)質(zhì)，而瀝青為可溶于有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)[8-9]。Curiale根據(jù)成因?qū)⒐腆w瀝青分為前油瀝青和后油瀝青[10]：前油瀝青是干酪根形成過程中或生油過程中的產(chǎn)物[11]；后油瀝青是干酪根形成的油氣經(jīng)各種地質(zhì)作用后形成的固體瀝青[12-13]。1993年，Jacob提出了“遷移固體瀝青”的概念[14]。而后，Loucks等將有機(jī)質(zhì)按成因分為沉積有機(jī)質(zhì)和遷移有機(jī)質(zhì)[12]：沉積有機(jī)質(zhì)為原始沉積的有機(jī)質(zhì)，未發(fā)生過遷移且與陸源礦物緊密結(jié)合；遷移有機(jī)質(zhì)為存在于礦物孔隙中由外地遷移過來的瀝青或石油，隨著熱成熟度的增加，可演變成固體瀝青或焦瀝青，其周緣通常可見自生礦物[15]。張慧等將有機(jī)質(zhì)按賦存狀態(tài)劃分為條帶狀有機(jī)質(zhì)、填隙狀有機(jī)質(zhì)、薄膜狀有機(jī)質(zhì)和碎屑狀有機(jī)質(zhì)，并根據(jù)顯微組分將有機(jī)質(zhì)孔隙分為生物孔、氣孔、瀝青球粒孔和鑄?？?個(gè)類型[16-17]。白名崗等根據(jù)賦存狀態(tài)的不同，將有機(jī)質(zhì)劃分為填隙于自生硅質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)和與黏土礦物交互生長的有機(jī)質(zhì)，分別對應(yīng)蜂窩狀孔隙結(jié)構(gòu)和氣泡狀空間結(jié)構(gòu)兩種孔隙類型[18]。閆建萍等將有機(jī)質(zhì)孔隙劃分為熱解瀝青質(zhì)內(nèi)部孔隙、順礦物邊界發(fā)育的線性有機(jī)質(zhì)孔隙以及干酪根殘余孔隙3種類型[19]。蔡瀟等根據(jù)孔隙載體的母質(zhì)類型、大小及連通性等3個(gè)方面，將有機(jī)質(zhì)孔隙劃分為瀝青質(zhì)單孔、無定形干酪根單孔、結(jié)構(gòu)型干酪根連孔和有機(jī)/礦物復(fù)合連孔4種類型[20]。昝博文等將有機(jī)質(zhì)孔隙劃分為連續(xù)分布的有機(jī)質(zhì)孔隙和不連續(xù)或可能與生物體腔及其分泌物有關(guān)的(糞球粒等)分散狀塊狀分布的有機(jī)質(zhì)孔隙[21]。

有機(jī)質(zhì)孔隙的形成主要與有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)熱演化程度有關(guān)。Curtis等研究發(fā)現(xiàn)鏡質(zhì)體反射率(Ro)低于0.9%時(shí)，有機(jī)質(zhì)孔隙不發(fā)育，進(jìn)入生氣窗后液態(tài)烴發(fā)生裂解，有機(jī)質(zhì)孔隙開始發(fā)育[22]。Loucks等研究表明，當(dāng)Ro<0.6%時(shí)，有機(jī)質(zhì)孔隙不發(fā)育或非常少，當(dāng)Ro>0.6%時(shí)，有機(jī)質(zhì)孔隙開始出現(xiàn)[4]。Loucks等還認(rèn)為，生油窗內(nèi)干酪根熱解，在內(nèi)部形成有機(jī)質(zhì)孔隙，但由于內(nèi)部充滿熱解形成瀝青而難以被發(fā)現(xiàn)[13]。而在生氣窗內(nèi)，瀝青發(fā)生二次裂解[23-24]，轉(zhuǎn)化為富含孔隙的固體瀝青或焦瀝青。過高的熱演化程度并不利于頁巖有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育。Chalmers等認(rèn)為，當(dāng)成熟度超過3.2%，有機(jī)質(zhì)發(fā)生碳化，隨有機(jī)質(zhì)碳化程度的增加，有機(jī)質(zhì)孔隙逐漸減少[5,22,25]。在同等成熟度條件下，有機(jī)質(zhì)組分是制約有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育的重要因素[26-27]。Chalmers等認(rèn)為，Ⅰ型和Ⅱ型干酪根比Ⅲ型干酪根更容易發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔隙[28-29]。曹濤濤等認(rèn)為：鏡質(zhì)組并不發(fā)育孔隙，其內(nèi)部與邊緣多發(fā)育一些微裂隙；腐泥組孔隙發(fā)育受控于熱演化階段，在高過成熟階段具有非常發(fā)育的孔隙[27]。Nie等認(rèn)為相互連接的有機(jī)質(zhì)(主要是多細(xì)胞藻類)內(nèi)的有機(jī)質(zhì)孔隙可能比相互隔離的有機(jī)質(zhì)(主要是單細(xì)胞藻類和瀝青)內(nèi)的有機(jī)質(zhì)孔隙具有更好的連通性[30]。

由此可見，目前關(guān)于有機(jī)質(zhì)類型的分類方案還未統(tǒng)一，不同類型有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育特征尚不明確。本文基于渝東南地區(qū)高—過成熟海相頁巖的特征，采用高分辨率掃描電鏡和圖像處理軟件，提出了適用于海相頁巖有機(jī)質(zhì)的劃分方案，在此基礎(chǔ)上評價(jià)不同類型有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育特征(孔隙類型、大小及形態(tài)等)，以期為研究有機(jī)質(zhì)對頁巖氣富集成藏和運(yùn)移的控制機(jī)理提供參考。

1 樣品來源及分析方法

1.1 樣品來源

四川盆地位于揚(yáng)子地臺(tái)西部，是揚(yáng)子地臺(tái)較穩(wěn)定部分。四川盆地南部及其周邊上奧陶統(tǒng)五峰組(O3w)—下志留統(tǒng)龍馬溪組(S1l)是中國頁巖氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)帶[31]。四川盆地北部與秦嶺褶皺帶相鄰，東南部和西南部與滇黔川鄂臺(tái)褶皺帶相鄰，西部與松潘—甘孜褶皺帶相鄰[32]。盆地古生代—中三疊統(tǒng)為穩(wěn)定的克拉通階段，發(fā)育以碳酸鹽巖和頁巖為主的海相地層；上三疊統(tǒng)—新生代為陸相前陸盆地階段，發(fā)育陸相碎屑巖沉積，區(qū)域地層發(fā)育齊全[33]。其中,下志留統(tǒng)為深水陸棚沉積，主要發(fā)育黑色頁巖，晚期深水陸棚區(qū)減少，形成泥質(zhì)深水、淺水陸棚，泥砂質(zhì)、砂質(zhì)、灰質(zhì)淺水陸棚及臺(tái)地邊緣相共存的沉積格局[34]。渝東南地區(qū)廣泛分布五峰組—龍馬溪組頁巖，是該區(qū)最重要的頁巖氣儲(chǔ)層之一，總體上具有有機(jī)質(zhì)含量高、成熟度高的特點(diǎn)[35]。五峰組沉積早期，海底出現(xiàn)大面積缺氧環(huán)境，渝東南地區(qū)發(fā)育深水含鈣質(zhì)、硅質(zhì)頁巖，浮游生物(藻類、放射蟲、筆石等)產(chǎn)率高；五峰組沉積中晚期，海平面下降，筆石大量滅絕，深水水域縮小至川南—川東—川北區(qū)域，形成富含有機(jī)質(zhì)和生物硅的硅質(zhì)頁巖。龍馬溪組沉積早期為深水陸棚環(huán)境，藻類、放射蟲、筆石等浮游生物繁盛，以硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)頁巖為主；龍馬溪組沉積晚期，沉降沉積中心向川中和川北遷移，渝東南地區(qū)深水水域轉(zhuǎn)變?yōu)榉忾]的半深水陸棚，海水的封閉性進(jìn)一步增強(qiáng)，水體逐漸由缺氧還原環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原-氧化環(huán)境,巖性以黏土質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)黏土質(zhì)頁巖為主[3]。

本次實(shí)驗(yàn)選取了渝東南地區(qū)五峰組頂部及龍馬溪組底部31個(gè)頁巖樣品(圖1)[36]。該區(qū)頁巖組成復(fù)雜，總體上以黏土礦物和石英為主，兩者總和為57.5%～99.1%，平均為86.8%。

1.2 分析方法

氬離子拋光場發(fā)射掃描電鏡實(shí)驗(yàn)在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所微納結(jié)構(gòu)成像實(shí)驗(yàn)室完成。使用場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)對樣品進(jìn)行觀測。二次電子模式分辨率為0.8 nm。本次實(shí)驗(yàn)主要采用該儀器電子束的二維成像功能，交替使用背散射(BSE)和二次電子成像(SE)兩種模式。樣品制備流程包括取樣、研磨、氬離子拋光以及噴鍍(碳)導(dǎo)電膜。首先對取得的樣品進(jìn)行研磨，之后用氬離子拋光系統(tǒng)對頁巖表面進(jìn)行拋光，以保留樣品的真實(shí)孔隙形態(tài)；之后進(jìn)行電鏡觀察(背散射和二次電子成像模式)，選擇合適區(qū)域及放大倍數(shù)(6 000～15 000倍)可以直觀觀察納米級孔隙的大小、形態(tài)、分布特征等。

在圖像分析時(shí)，采用ImageJ軟件處理掃描電鏡圖片。如圖2所示，首先將掃描電鏡圖片中的有機(jī)質(zhì)部分提取出來，應(yīng)用多閾值最大間類方差算法(OTSU、大津法)確定孔隙灰度閾值，將圖像分為背景和目標(biāo)兩部分，背景和目標(biāo)之間的間類方差越大，說明兩部分差別越大，錯(cuò)分概率越小；之后進(jìn)行孔隙閾值分割，完成孔隙提取。根據(jù)有機(jī)質(zhì)孔隙提取結(jié)果，統(tǒng)計(jì)分析孔隙的面孔率、孔徑、圓度、凸性、伸長率和分形維數(shù)等參數(shù)，揭示有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育特征。其中，面孔率為孔隙與有機(jī)質(zhì)的面積比[圖3(a)]；圓度為孔隙最大內(nèi)切圓直徑與最小外切圓直徑的比值；伸長率為孔隙長軸與短軸的比值[圖3(b)]；凸性為孔隙面積與孔隙多邊形面積之比，反映孔隙粗糙程度[圖3(c)]。頁巖孔隙形態(tài)復(fù)雜多樣，對其形態(tài)定量表征較為困難，本文采用分形理論進(jìn)行有機(jī)質(zhì)孔隙形態(tài)特征研究[37]。分形維數(shù)公式為

式中：P為掃描電鏡提取孔隙周長；A為孔隙面積；D為孔隙形態(tài)分形維數(shù)；C為常數(shù)。

圖件引自文獻(xiàn)[33]

圖2 掃描電鏡圖片處理流程

圖3 孔隙形態(tài)參數(shù)示意圖

分形維數(shù)越小，表明孔隙形態(tài)越簡單，孔隙大小越均一；分形維數(shù)越大，表明孔隙形態(tài)越復(fù)雜，孔隙大小越不均一，微孔和小孔的比例越高[7]。

2 頁巖組成特征

X射線衍射(XRD)分析全巖礦物組分結(jié)果表明，樣品無機(jī)礦物組成以石英(含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為26.1%～78.0%，平均為48.8%)和黏土礦物(含量為19.4%～51.5%，平均為38.4%)為主，還有長石(含量為0.9%～21.4%，平均為7.3%)、鈣質(zhì)礦物(方解石+白云石含量為0%～21.3%，平均為4.7%)以及少量黃鐵礦、赤鐵礦等(表1)。頁巖樣品總有機(jī)碳(TOC)較高，為0.75%～3.72%，平均為2.54%，主要分布于3%～4%(圖4)。馮建輝等研究表明，有機(jī)質(zhì)主要發(fā)育Ⅰ型干酪根，頁巖中生物化石十分發(fā)育，可見筆石、放射蟲、海綿骨針等，筆石發(fā)育且種類豐富[38]。

3 有機(jī)質(zhì)類型

本次實(shí)驗(yàn)根據(jù)掃描電鏡鏡下結(jié)果，將有機(jī)質(zhì)主要?jiǎng)澐譃楦衫腋蜑r青兩種基本類型。

根據(jù)掃描電鏡下干酪根是否發(fā)育結(jié)構(gòu)特征將干酪根劃分為結(jié)構(gòu)型干酪根和無結(jié)構(gòu)型干酪根兩種類型。結(jié)構(gòu)型干酪根通常位于粒間孔隙中，并且由于其獨(dú)特的內(nèi)部織物和鋒利的邊緣易于被識別；結(jié)構(gòu)型干酪根有機(jī)質(zhì)內(nèi)發(fā)育有大量納米級孔隙及纖維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)[圖5(a)、(b)]，孔隙形狀為圓形、橢圓形或不規(guī)則狀，具有一定的連通性，呈現(xiàn)多孔海綿狀結(jié)構(gòu)。無結(jié)構(gòu)型干酪根有機(jī)質(zhì)均質(zhì)性好，表面無明顯結(jié)構(gòu)特征，主要以塊狀[圖5(c)、(d)]、條帶狀賦存[圖5(e)]；有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙不發(fā)育，呈離散孤立孔隙，有機(jī)質(zhì)邊緣孔隙較為發(fā)育[圖5(f)]。

瀝青又稱為“焦瀝青”、“死油”或“運(yùn)移固體有機(jī)質(zhì)”，主要以填隙狀賦存于顆粒間，是熱演化過程中沉積有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生的次生有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育，常發(fā)育密集海綿狀有機(jī)質(zhì)孔隙或不規(guī)則分布的氣泡狀有機(jī)質(zhì)孔隙，且發(fā)育一些相對較大的孔隙。其中，較小的孔隙傾向于發(fā)育為圓形、橢圓形；較大的孔隙發(fā)育為不規(guī)則狀，部分可見伸長現(xiàn)象(主要發(fā)育于氣泡狀孔隙中)[圖6(a)～(d)]。瀝青中孤立孔隙發(fā)育較為均一。有機(jī)質(zhì)孔隙形態(tài)復(fù)雜多樣，內(nèi)部發(fā)育因脫揮發(fā)分作用形成的干裂縫。瀝青常見與無機(jī)礦物形成復(fù)合有機(jī)質(zhì)，按無機(jī)礦物類型又可進(jìn)一步劃分為黃鐵礦復(fù)合有機(jī)質(zhì)[圖6(h)、(i)]、石英復(fù)合有機(jī)質(zhì)、黏土礦物復(fù)合有機(jī)質(zhì)等[圖6(g)]。

圖4 頁巖物質(zhì)組成特征

表1 頁巖樣品特征

Tab.1 Characteristics of Shale Samples

樣品編號層位TOC值/%Tmax/℃不同礦物含量/%黏土礦物石英鉀長石斜長石方解石白云石A1O3w1.2851351.529.60.43.80.910.3A2S1l0.995233.1044.531.82.211.64.1A3S1l0.7553550.826.13.58.85.14.4A4S1l3.0554546.348.31.73.7A5S1l0.8554536.032.32.411.18.97.8A6O3w1.3554538.433.53.89.15.96.9A7O3w2.8254542.052.81.92.5A8O3w3.1348944.953.80.80.5A9O3w3.0247444.953.21.30.6A10O3w3.1854535.357.11.75.9A11O3w3.3954544.052.90.52.6A12O3w3.4454542.552.50.74.3B1O3w0.8954524.533.05.114.94.716.6B2O3w2.5547946.447.01.34.60.7B3S1l2.6354540.654.30.64.5B4O3w1.4554537.129.33.96.63.717.6B5O3w1.6454536.034.94.417.02.73.5B6S1l3.0454550.045.51.43.1B7O3w3.1549439.949.83.17.2B8O3w3.0254541.852.52.53.2B9O3w2.9949134.564.60.50.4B10O3w3.4954536.458.31.53.8B11O3w3.7254543.651.50.84.1B12O3w3.2054539.751.41.44.62.9C1S1l2.7254536.746.61.14.41.37.0C2O3w2.9954523.961.01.23.01.56.5C3S1l3.4854530.162.70.93.6C4O3w3.1649733.161.01.84.1C5O3w2.8854527.269.21.22.41#O3w2.8749719.478.01.41.22#O3w1.6454527.837.37.06.49.210.0

注：Tmax為熱解峰值溫度；樣品1#、2#為本次實(shí)驗(yàn)樣品，其他樣品引自文獻(xiàn)[33]。

圖5 干酪根有機(jī)質(zhì)特征

圖7 有機(jī)質(zhì)孔隙特征

圖8 孔隙形態(tài)參數(shù)與總有機(jī)碳的關(guān)系

圖例為樣品編號

圖10 不同類型有機(jī)質(zhì)孔隙形態(tài)參數(shù)特征

4 有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育特征

4.1 孔隙類型

4.1.1 干酪根內(nèi)孔隙

干酪根內(nèi)孔隙主要為發(fā)育在無結(jié)構(gòu)型干酪根中的離散孤立孔隙，發(fā)育較少，呈圓形或橢圓形，發(fā)育不均一[圖7(a)]。

4.1.2 海綿狀孔隙

海綿狀孔隙又稱為蜂窩狀孔隙，隨熱演化程度增加，有機(jī)質(zhì)孔隙數(shù)目不斷增加，體積不斷增大；有機(jī)質(zhì)孔隙彼此之間接觸連通，形成復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)孔隙網(wǎng)絡(luò)。海綿狀孔隙結(jié)構(gòu)具有最好的穩(wěn)定性，因而得以大量保存。瀝青中發(fā)育大量海綿狀孔隙，孔隙形態(tài)呈圓形、橢圓形或多邊形，部分孔隙相互連接形成復(fù)雜形狀的大孔[圖7(b)、(c)]。

4.1.3 氣泡狀孔隙

氣泡狀孔隙發(fā)育于較大的瀝青中，為瀝青二次開裂后在準(zhǔn)固體瀝青內(nèi)形成的?？紫缎螒B(tài)呈圓形或橢圓形，其中孔徑較小的孔隙更傾向于圓形，而孔徑較大的孔隙多為不規(guī)則狀或伸長狀。孔隙分布不均勻，一些尺寸相對較大的孔隙零星隨機(jī)分布，部分樣品較大孔隙可見長軸定向分布[圖7(d)～(f)]。

4.2 孔隙發(fā)育程度

通過ImageJ軟件提取31個(gè)樣品有機(jī)質(zhì)(共71個(gè))的面孔率，分析不同類型有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育程度。其中，無結(jié)構(gòu)型干酪根樣品為11個(gè)，孔隙數(shù)量為3 122個(gè)；結(jié)構(gòu)型干酪根樣品為5個(gè)，孔隙數(shù)量為13 108個(gè)；復(fù)合有機(jī)質(zhì)樣品為5個(gè)，孔隙數(shù)量為14 474個(gè)；固體瀝青樣品為50個(gè)，孔隙數(shù)量為169 528個(gè)?？傮w上看，有機(jī)質(zhì)面孔率隨總有機(jī)碳的增加而增加[圖8(a)]。有機(jī)質(zhì)孔隙主要發(fā)育在瀝青和結(jié)構(gòu)型干酪根中。無結(jié)構(gòu)型干酪根有機(jī)質(zhì)孔隙相對不發(fā)育，其有機(jī)質(zhì)面孔率為0.22%～6.69%，平均為3.11%；結(jié)構(gòu)型干酪根有機(jī)質(zhì)孔隙相對比較發(fā)育，面孔率為4.27%～12.72%，平均為6.87%。瀝青中發(fā)育有大量有機(jī)質(zhì)孔隙，面孔率為6.44%～23.02%，平均為12.35%。

4.3 孔隙大小及分布

從總體上看，隨總有機(jī)碳的增加，平均孔徑呈現(xiàn)先減小、后增大的趨勢[圖8(b)]。本文采用盧雙舫等提出的分類方法[39]，將頁巖孔喉系統(tǒng)按孔徑大小劃分為微孔(孔徑小于25 nm)、小孔(孔徑為25～100 nm)、中孔(孔徑為100～1 000 nm)和大孔(孔徑大于1 000 nm)等4類。

對于不同類型有機(jī)質(zhì)，無結(jié)構(gòu)型干酪根有機(jī)質(zhì)孔隙孔徑為14～158 nm，部分孔徑可達(dá)200 nm，平均孔徑為22.098 nm，以微孔和小孔為主，發(fā)育少量中孔。結(jié)構(gòu)型干酪根有機(jī)質(zhì)孔隙孔徑為16～136 nm，主要集中于16～50 nm，平均孔徑較小(17.29 nm)，以微孔為主，小孔其次，中孔發(fā)育較少。瀝青有機(jī)質(zhì)孔隙孔徑為14～1 100 nm，以小孔為主，發(fā)育部分中孔、大孔和微孔，孔徑主要集中于14～200 nm，平均孔徑為23.352 nm(圖9)。

4.4 有機(jī)質(zhì)孔隙形態(tài)

有機(jī)質(zhì)孔隙形態(tài)參數(shù)分析結(jié)果表明：當(dāng)總有機(jī)碳低于2%時(shí)，隨著總有機(jī)碳的增加，有機(jī)質(zhì)孔隙的圓度和凸性總體上呈現(xiàn)降低趨勢，當(dāng)總有機(jī)碳高于2%時(shí)，隨著總有機(jī)碳的增加，圓度和凸性變化趨于穩(wěn)定[圖8(d)、(e)]；伸長率變化范圍逐漸變大，表明總有機(jī)碳越高，孔隙的伸長現(xiàn)象越明顯[圖8(f)]；分形維數(shù)反映了孔隙形態(tài)的復(fù)雜性，當(dāng)總有機(jī)碳低于2%時(shí)，分形維數(shù)逐漸變小，當(dāng)總有機(jī)碳高于2%時(shí)，分形維數(shù)顯著增大[圖8(c)]。因此，當(dāng)總有機(jī)碳低于2%時(shí)，盡管圓度和凸性呈減小趨勢，由于平均孔徑減小且逐漸集中，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育較為均一，分形維數(shù)呈現(xiàn)減小的趨勢，總體上有機(jī)質(zhì)孔隙呈現(xiàn)較為簡單均一的特征；當(dāng)總有機(jī)碳高于2%時(shí)，平均孔徑增加，孔徑范圍變化較大，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育不均一，圓度和凸性減小，伸長率增加且變化范圍增大，部分孔隙伸長效果顯著，分形維數(shù)增加，有機(jī)質(zhì)孔隙變得更為復(fù)雜。

不同類型有機(jī)質(zhì)孔隙數(shù)據(jù)表明：結(jié)構(gòu)型干酪根有機(jī)質(zhì)孔隙的圓度和凸性整體較高，伸長率分布范圍較大(1.000～8.072，平均為1.952)；無結(jié)構(gòu)型干酪根有機(jī)質(zhì)孔隙的圓度和凸性比結(jié)構(gòu)型干酪根略低，但伸長率變化范圍十分集中(1.00～2.79，平均為2.07)。結(jié)構(gòu)型干酪根有機(jī)質(zhì)孔隙的分形維數(shù)(1.283)比無結(jié)構(gòu)型干酪根的分形維數(shù)(1.250)高，表明結(jié)構(gòu)型干酪根中的有機(jī)質(zhì)孔隙更為復(fù)雜，小孔含量高且發(fā)育更不均一。

瀝青有機(jī)質(zhì)孔隙圓度和凸性較干酪根偏低，伸長率變化范圍較大(1～31)，平均為2.025，表明部分孔隙存在伸長的現(xiàn)象；孤立的有機(jī)質(zhì)孔隙在有機(jī)質(zhì)中大致相等且均勻分布，因此，瀝青孔隙的分形維數(shù)與干酪根有機(jī)質(zhì)相比偏低。其中，復(fù)合有機(jī)質(zhì)由于體積較小，伸長率變化范圍相對較小(1.000～7.686)，平均為1.723，圓度和凸性與固體瀝青相比較高，微孔占比高，分形維數(shù)相對較高(圖10)。

前人研究表明，頁巖孔隙形態(tài)參數(shù)(面孔率、孔徑、圓度、凸性和伸長率等)影響儲(chǔ)集流體的富集和運(yùn)移。①對氣體富集的影響：孔隙形態(tài)和孔徑共同影響吸附油氣與游離油氣比例及其分布特征?？紫对节呌诖蟪叨攘严?，吸附油氣占比越??；越趨于小尺度球形孔隙，吸附油氣占比越大[40]。游離油氣的含量和孔隙度密切相關(guān)，即頁巖面孔率越大，指示頁巖的孔隙度越大，頁巖孔隙中游離油氣含量越高。孔隙壁面粗糙度(可通過凸性表示)影響氣體吸附層，孔隙壁面越粗糙，越易形成多層吸附，反之越易形成單層吸附[41]。②對氣體運(yùn)移的影響：孔隙半徑、孔隙度、孔隙形態(tài)對氣體傳輸能力具有顯著影響。隨孔隙半徑、孔隙度增加，氣體傳輸能力增加[42]；在同等截面面積條件下，圓形截面氣體傳輸能力大于矩形截面[43]。綜上所述，頁巖的孔隙形態(tài)對于評價(jià)頁巖含氣量及其運(yùn)移具有重要意義。

5 結(jié) 語

(1)渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組海相頁巖中有機(jī)質(zhì)主要有兩種基本類型，即干酪根和瀝青。根據(jù)干酪根內(nèi)部是否發(fā)育結(jié)構(gòu)特征，可將其劃分為結(jié)構(gòu)型干酪根和無結(jié)構(gòu)型干酪根兩種類型。瀝青可劃分為固體瀝青和復(fù)合有機(jī)質(zhì)，其中復(fù)合有機(jī)質(zhì)按與其復(fù)合的無機(jī)礦物類型可進(jìn)一步劃分為石英復(fù)合有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦復(fù)合有機(jī)質(zhì)和黏土礦物復(fù)合有機(jī)質(zhì)。根據(jù)有機(jī)質(zhì)孔隙的分布和形態(tài)發(fā)育特征，其可進(jìn)一步劃分為干酪根內(nèi)孔隙、海綿狀孔隙和氣泡狀孔隙。

(2)無結(jié)構(gòu)型干酪根主要發(fā)育孤立孔隙，結(jié)構(gòu)型干酪根孔隙主要呈海綿狀，面孔率相對較高。結(jié)構(gòu)型干酪根中有機(jī)質(zhì)孔隙圓度和凸性相對較高，但伸長率變化范圍較大、微孔含量高，分形維數(shù)與無結(jié)構(gòu)型干酪根相比較高，孔隙形態(tài)更為復(fù)雜。干酪根有機(jī)質(zhì)孔隙的圓度和凸性與瀝青相比較高，伸長率較低，但由于干酪根平均孔徑較小，微孔含量高，分形維數(shù)相較于瀝青偏高。

(3)瀝青中主要發(fā)育大量海綿狀孔隙和氣泡狀孔隙，其中較小的孔隙傾向于發(fā)育為圓形，而較大的孔隙發(fā)育具伸長現(xiàn)象，伸長率變化范圍大，有機(jī)質(zhì)孔隙以小孔為主，其中孤立孔隙的發(fā)育大致相等且均勻分布，中孔和大孔含量與干酪根相比較高，分形維數(shù)相對較低。

(4)總體上看，當(dāng)總有機(jī)碳低于2%時(shí)，隨總有機(jī)碳的增加，分形維數(shù)緩慢降低，有機(jī)質(zhì)孔隙趨于簡單均一；當(dāng)總有機(jī)碳高于2%時(shí)，隨總有機(jī)碳的增加，分形維數(shù)逐漸增大，有機(jī)質(zhì)孔隙趨于復(fù)雜多樣。