川南地區(qū)龍馬溪組頁巖有機質孔隙差異化發(fā)育特征及其對儲集空間的影響

高之業(yè) ，范毓鵬 ，胡欽紅，姜振學 ，黃志龍 ，王乾右 ，成雨

1 中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249 2 中國石油大學(北京)非常規(guī)油氣科學技術研究院，北京 102249 3 德克薩斯大學阿靈頓分校，美國阿靈頓 76019 4 中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249*通信作者, gaozhiye@163.com

0 引言

隨著勘探開發(fā)技術的不斷進步，特別是水平井和水力壓裂技術的突破，作為常規(guī)油氣藏的烴源巖或蓋層的頁巖中的豐富油氣資源受到了普遍關注，近年來頁巖油氣產(chǎn)量大幅增加，逐漸成為重要的接替能源。頁巖氣是指在富有機質黑色頁巖微納米級孔隙中，主要以吸附態(tài)和游離態(tài)同時以少量的溶解態(tài)賦存并大規(guī)模連續(xù)聚集的天然氣[1-2]。頁巖儲層中微納米級孔隙發(fā)育，并且孔隙結構控制了頁巖氣的賦存狀態(tài)、含氣量、滲流能力和微觀油氣運聚機理[3-4]。因此，開展頁巖微納米孔隙結構表征有助于進一步提高對頁巖儲層的認識。

頁巖儲層表征的實驗方法主要可以分為成像方法、流體侵入方法和非流體侵入方法。成像方法主要包括場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、聚焦離子束掃描電鏡(FIB-SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等，可以在不同尺度下觀察頁巖樣品中的孔隙大小、形態(tài)、分布等特征[5-7]。流體侵入方法主要包括氣體吸附法(CO2和N2)，高壓壓汞法(HPMIP)等[8-11]。非流體侵入方法主要包括核磁共振法(NMR)、微納米CT和小角散射法等[12-14]。高壓壓汞法與氣體吸附法可以有效地反映頁巖樣品的孔體積、比表面積和孔徑分布等信息，但其只能檢測到連通孔而無法表征閉孔，通過掃描電鏡、微納米CT和小角散射法可以表征閉孔孔隙結構[14]。目前常用的是國際純化學與應用化學聯(lián)合會(IUPAC)提出的頁巖儲層孔隙大小劃分方案，依據(jù)孔徑大小將孔隙分為微孔(孔徑＜2 nm)、中孔(2 nm＜孔徑＜50 nm)和宏孔(孔徑＞50 nm)[15]。

作為我國主要的頁巖氣產(chǎn)層，志留系龍馬溪組頁巖得到了較為廣泛的重視和研究。頁巖孔隙發(fā)育的主要控制因素有壓實作用、膠結作用、礦物組成、有機質含量和類型及熱演化程度等[6,9,16]。龍馬溪組頁巖自底部至頂部有機質和硅質礦物含量逐漸減少，黏土礦物含量逐漸增加，有機質孔大量發(fā)育于底部富氣頁巖層段，提供了主要的比表面積和孔體積，從而可以儲集大量的頁巖氣[5,16-18]。龍馬溪組頁巖成熟度較高(Req＞2%)，低熟—成熟階段干酪根生成的油充填至干酪根孔隙或周緣無機孔隙形成遷移有機質，之后二次裂解生烴形成一個連續(xù)的有機質孔隙網(wǎng)絡，但不同組分孔隙形狀、發(fā)育特征存在很大區(qū)別[8,19-22]。需要指出的是，目前針對龍馬溪組富有機質頁巖不同組分有機質孔隙差異化發(fā)育特征及其對頁巖儲集空間影響的研究較為薄弱，認識尚不完善，亟需開展相關研究。

本研究以四川盆地南部龍馬溪組頁巖為研究對象，通過場發(fā)射掃描電鏡和圖像處理軟件定量分析有機質孔隙結構特征從而對有機質進行分類，并探討不同類型有機質孔隙差異化發(fā)育的主控因素，結合N2吸附和高壓壓汞法對比分析長寧、渝西、瀘州區(qū)塊不同巖相頁巖的孔隙結構特征，分析有機質孔隙差異發(fā)育對頁巖儲集空間的影響，最終為實現(xiàn)研究區(qū)頁巖儲層優(yōu)選和頁巖氣勘探開發(fā)提供一定的指導。

1 研究區(qū)概況

長寧、瀘州和渝西3個區(qū)塊，位于四川盆地南部，處于龍門山褶皺帶、峨眉山—涼山褶皺帶和湘黔鄂褶皺帶之間，逆斷層發(fā)育。在龍馬溪組沉積早期，研究區(qū)沉積環(huán)境主要為泥質半深水—深水陸棚和含鈣質半深水—深水陸棚相(圖1)，為強還原環(huán)境，從而有利于保存大量有機質(TOC＞2%)，有機質類型以腐泥混合型干酪根(I型和II型)為主，脆性礦物含量較高(＞40%)，巖相以富有機質硅質頁巖巖相和鈣質頁巖巖相為主，具有較高的生烴能力和熱演化程度(Req＞2%)。在龍馬溪組沉積晚期，隨著海平面下降和陸源碎屑供給增加，沉積環(huán)境變?yōu)闇\水—半深水陸棚，有機質豐度降低，黏土含量增加，巖相以黏土質頁巖巖相和鈣質頁巖巖相為主[18,23-24]。

2 樣品信息和實驗方法

本研究選取長寧、瀘州和渝西區(qū)塊9口井共計26塊下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁巖樣品，井位置如圖1所示，所用頁巖樣品大部分位于龍馬溪組底部和中下部。通過CS-230有機碳分析儀和X-射線衍射分析儀對巖樣進行TOC和礦物組成分析，結果如表1所示。頁巖樣品的TOC值為1.14%～3.89%，各區(qū)塊TOC平均值均大于2%，表明研究區(qū)有機質豐度較高。XRD全巖分析結果表明研究區(qū)頁巖樣品主要以石英、黏土礦物和碳酸鹽礦物為主，其中長寧區(qū)塊頁巖樣品石英含量為12%～45.7%，平均值為32.55%；碳酸鹽礦物含量為9.04%～63.40%，平均值為29.89%；黏土礦物含量為10.90%～43.10%，平均值為29.29%。瀘州區(qū)塊頁巖樣品石英含量為23.3%～70.5%，平均值為44.43%；碳酸鹽礦物含量為9.10%～24.80%，平均值為17.06%；黏土礦物含量為16.60%～45.30%，平均值為31.27%。渝西區(qū)塊頁巖樣品石英含量為23.20%～71.30%，平均值為34.21%；碳酸鹽礦物含量為7.60%～27.49%，平均值為15.22%；黏土礦物含量為16.10%～60.06%，平均值為42.23%。由于長寧區(qū)塊在龍馬溪組沉積早期主體位于含鈣質半深水—深水陸棚相沉積環(huán)境，因此鈣質含量高于其他兩個區(qū)塊；而渝西區(qū)塊在該沉積期為泥質半深水—深水陸棚相沉積環(huán)境，因此黏土礦物含量相對長寧和瀘州區(qū)塊較高[18,24]。

圖1 研究區(qū)位置圖及井位分布(根據(jù)文獻18，24修改)Fig. 1 The locations of study area and wells (Modified from references 18 and 24)

國內(nèi)外學者對頁巖巖相劃分沒有統(tǒng)一標準，本文采用Tang等[25](2016)提出的根據(jù)礦物組成和有機質含量劃分方案。根據(jù)TOC含量將頁巖分為3類：富有機質頁巖(TOC≥2%)、含有機質頁巖(1%≤TOC＜2%)和貧有機質頁巖(TOC＜1%)。根據(jù)石英、黏土礦物和碳酸鹽礦物含量，將頁巖分為4類：黏土質頁巖(I，黏土礦物≥40%)，鈣質頁巖(II，Ca/Si≥2)，混合質頁巖(III，黏土礦物＜40%，1/2≤Ca/Si＜2)和硅質頁巖(IV，黏土礦物＜40%，Ca/Si＜1/2)。綜合礦物組成和TOC含量，可將頁巖巖相劃分為12類：富有機質黏土質頁巖(ORAS)、富有機質硅質頁巖(ORSS)、富有機質混合質頁巖(ORMS)、富有機質鈣質頁巖(ORCS)、含有機質黏土質頁巖(OFAS)、含有機質硅質頁巖(OFSS)、含有機質混合質頁巖(OFMS)含有機質鈣質頁巖(OFCS)、貧有機質黏土質頁巖(OPAS)、貧有機質硅質頁巖(OPSS)、貧有機質混合質頁巖(OPMS)、貧有機質鈣質頁巖(OPCS)。如表1所示，研究區(qū)含有機質頁巖以黏土質和硅質頁巖巖相為主；富有機質頁巖樣品中渝西區(qū)塊以黏土質和硅質頁巖巖相為主，瀘州區(qū)塊以硅質頁巖巖相為主，長寧區(qū)塊以混合質頁巖巖相為主。巖相劃分結果與前人對四川盆地龍馬溪組頁巖巖相劃分結果相近，表明所選樣品具有代表性[26-28]。

表1 頁巖樣品有機碳含量和礦物組成(CN：長寧；YX：渝西；LZ：瀘州)Table 1 TOC content and mineralogical compositions of Longmaxi formation shale samples used in this study

利用FE-SEM結合氬離子拋光技術對所選樣品中10塊不同巖相頁巖樣品的孔隙結構進行直接成像觀察，并結合IPP(Image Pro Plus)軟件對獲得的圖像依據(jù)灰度法進行定量獲取孔隙結構參數(shù)，通過統(tǒng)計圖像內(nèi)不同孔徑有機質孔的數(shù)量、面積和有機質面積，可以計算出有機質面孔率及不同孔徑有機質孔的分布頻率。

N2吸附實驗采用Quantachrome Autosorb IQ儀器對粒徑為40～60目的頁巖顆粒樣品展開分析，在低溫(-196 ℃)條件下以高純度的氮氣為吸附質，當分子動力學直徑為0.364 nm的氮氣分子進入待測樣品孔隙中，其會被吸附在孔隙表面，并發(fā)生微孔填充和毛細管凝聚現(xiàn)象，最后獲得不同壓力下樣品對N2的吸附量，并通過BET和DFT(密度泛函理論)模型獲得頁巖樣品比表面積、孔徑分布和孔體積等信息。

高壓壓汞實驗采用美國麥克儀器公司生產(chǎn)的Micromeritics AutoPore IV 9500壓汞儀對1 cm3的立方體頁巖樣品展開分析并獲得3 nm(413.53 MPa)到36 μm(0.034 MPa)之間的孔喉結構特征。實驗中通過施加壓力使得非潤濕性汞注入樣品內(nèi)部裂縫和孔隙中，根據(jù)Washburn方程[29]計算與不同進汞壓力相對應的孔喉直徑，并根據(jù)不同壓力下進汞量計算得到頁巖樣品的孔喉分布、孔體積分布等參數(shù)。高壓壓汞法所獲得的的孔喉直徑范圍較廣，可用于估算樣品中多個連通孔隙體系的滲透率、孔道迂曲度和分形維數(shù)等[30-33]。需要注意的是退汞時會出現(xiàn)滯留現(xiàn)象，導致進汞與退汞曲線不重合，這可能與墨水瓶孔的廣泛存在以及進汞和退汞過程中汞的接觸角發(fā)生變化有關[34-35]。在N2吸附實驗和高壓壓汞實驗之前，所有頁巖樣品均在60℃下烘干至少48小時從而完全除去孔隙中的水分以減少實驗誤差。

N2吸附實驗的最佳孔徑表征范圍為2～50 nm的中孔，而高壓壓汞實驗的最佳孔徑表征范圍為大于50 nm的宏孔，結合兩者可以對頁巖樣品孔隙結構進行聯(lián)合表征[4,8]。因此，本研究將結合二者優(yōu)勢對頁巖樣品孔隙度進行高壓壓汞-N2吸附聯(lián)測，其計算方法如公式(1)所示。

其中，φ聯(lián)測孔隙度為通過N2吸附和高壓壓汞實驗聯(lián)測所計算的頁巖樣品孔隙度，%；V聯(lián)測孔體積為聯(lián)測實驗所得的頁巖樣品孔體積，cm3/g；φHPMIP為高壓壓汞實驗所測頁巖樣品孔隙度，%；VHPMIP為高壓壓汞實驗測得的頁巖樣品孔體積，cm3/g。

3 有機質孔隙差異化發(fā)育特征及影響因素

通過FE-SEM并結合氬離子拋光技術對頁巖樣品的孔隙結構進行成像觀察，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)頁巖樣品孔隙以微納米孔隙為主，所有頁巖樣品中都發(fā)育有機質孔，但它們的形狀、數(shù)量、大小存在很大差異。經(jīng)過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，根據(jù)有機質孔的發(fā)育特征可將研究區(qū)有機質劃分為5種類型：類型A(圖2a)，有機質包括原始藻類堆積或結構型干酪根，有機質孔包括原始堆積的無定型態(tài)孔隙(＞50 nm)和后期裂解生氣形成的小氣泡孔(5～10 nm)；類型B(圖2b)，通常以遷移有機質為主，發(fā)育大量圓形氣泡孔，面孔率和平均孔徑較大；類型C(圖2c)，有機質孔欠發(fā)育，以中孔為主，有機質面孔率通常小于20%；類型D(圖2d)，在類型B或C有機質基礎上，發(fā)育部分孔徑達幾百納米甚至微米級別的氣泡孔，面孔率通常大于20%，局部連通性較好；類型E(圖2e)，幾乎不發(fā)育有機質孔的有機質。

圖2 研究區(qū)頁巖樣品有機質分類和孔隙發(fā)育特征Fig. 2 The types and pore structure characteristics of shale organic matter

通過統(tǒng)計A、B、C三種類型有機質孔的孔徑和頻率分布(圖3)，發(fā)現(xiàn)B型有機質20～100 nm孔隙的頻率高于類型A和C有機質，因此該類型有機質面孔率較大，有機質孔連通性更好。類型D有機質由于大孔徑氣泡孔數(shù)量遠少于小孔徑的有機質孔，因此孔徑分布特征與類型B和C有機質相近，故未進行統(tǒng)計。長寧、瀘州、渝西區(qū)塊頁巖樣品有機質及其孔隙發(fā)育特征如圖4所示：長寧區(qū)塊頁巖樣品中有機質以類型B、D有機質為主，少見類型A、C和E有機質，該區(qū)塊有機質面孔率范圍為10.9%～38.8%，平均值為23.1%；瀘州區(qū)塊頁巖樣品類型A、B、D有機質同時發(fā)育，并存在較少的類型C有機質，偶見類型E有機質，該區(qū)塊有機質面孔率范圍為8.85%～35.5%，平均值為22.5%，略低于長寧區(qū)塊；渝西區(qū)塊頁巖樣品中有機質以類型B、C為主，部分樣品可見類型A和D以及少量類型E有機質，有機質面孔率范圍為12.8%～23.1%，平均值為18.0%。圖5對比了3個區(qū)塊頁巖樣品中不同孔徑的有機質孔百分比，可以看出有機質孔孔徑以中孔為主，其中渝西區(qū)塊頁巖樣品在5～7 nm范圍內(nèi)的有機質孔隙占比高于長寧和瀘州區(qū)塊，在50～100 nm之間的有機質孔數(shù)量較少。綜合而言，渝西區(qū)塊頁巖樣品有機質孔發(fā)育程度較差，長寧與瀘州區(qū)塊有機質孔發(fā)育程度相對較好，而瀘州區(qū)塊頁巖樣品中存在更多的A型結構型干酪根(圖4c)。

研究區(qū)頁巖樣品熱成熟度相近(Req均在2.5%左右)，因此熱演化程度對研究區(qū)頁巖有機質孔隙差異化發(fā)育影響較小。龍馬溪組頁巖有機質孔隙差異化發(fā)育的影響因素，主要分為內(nèi)部因素和外部因素兩部分。內(nèi)因主要是有機質顯微組分不同導致在有機質生烴過程中有機質孔隙差異化發(fā)育，其中類型A有機質以腐泥組為主，部分為原始藻類堆積并具有生物原始形貌特征，內(nèi)部孔隙連通性較好；類型B、C、D以遷移有機質為主，即早期生成的油經(jīng)過二次生烴裂解而形成；類型E以原始生物碎屑和固體瀝青為主，其碳化程度高，生烴潛力較小，幾乎不發(fā)育有機質孔。有機質孔隙差異化發(fā)育外部因素主要是頁巖的礦物組成和異常壓力的不同，一方面是因為石英、黃鐵礦、碳酸鹽礦物組成的剛性骨架抗壓實能力強，可以保留更多的有機質孔隙；另一方面是伊利石等黏土礦物催化生烴作用有利于促進有機質孔隙的發(fā)育[36-37]。異常壓力的存在使有機質內(nèi)部達到破裂極限從而促進有機質內(nèi)部孔隙的形成，同時減少上覆地層的壓實過程對孔隙的破壞作用[19]。長寧區(qū)塊與瀘州區(qū)塊地層壓力系數(shù)平均在2.0，渝西區(qū)塊地層壓力系數(shù)由南向北逐漸降低，平均值在1.7左右[38-41]，因此超壓條件加上石英等剛性礦物對孔隙的保護作用，使得長寧與瀘州區(qū)塊頁巖有機質孔發(fā)育程度優(yōu)于渝西區(qū)塊。

4 有機質孔隙差異化發(fā)育對龍馬溪組頁巖儲集空間的影響

4.1 基于N2吸附實驗的孔隙結構特征

圖3 不同類型有機質的孔徑分布Fig. 3 Pore size distribution of different types of organic matter

在N2吸附實驗中，與毛細管凝聚現(xiàn)象相關的滯后現(xiàn)象導致頁巖樣品在實驗中吸附曲線與解吸曲線不重合，從而形成滯后回環(huán)。IUPAC(1985)建議根據(jù)De Boer的分類將N2吸附滯后回環(huán)劃分為4種類型(H1，H2，H3，H4)，不同類型滯后回環(huán)代表不同的孔隙形狀[42]。圖6展示了不同巖相龍馬溪組頁巖樣品N2吸附—脫附曲線，可以看出自下而上從含有機質頁巖(虛線)到富有機質頁巖(實線)隨著TOC的增加，脫附回線在中等相對壓力段(0.5～0.6)變得更加陡峭，滯后回環(huán)的類型逐漸由H4型向H2型轉換，表明墨水瓶孔隙更為發(fā)育，這可能與有機質孔大量發(fā)育密切相關。研究區(qū)頁巖樣品BET比表面積范圍為12.1～28.8 m2/g，BET比表面積與TOC具有正相關關系(圖7)，表明頁巖中有機質孔隙提供了主要的比表面積，但并不是唯一的控制因素(R2=0.65)，一方面是黏土礦物層狀結構發(fā)育，且晶體內(nèi)部存在較小的納米孔隙，可以提供一定的比表面積和孔體積[43]，另一方面則是不同頁巖有機質的類型不同，從而有機質孔發(fā)育程度存在差異。

圖4 不同區(qū)塊頁巖樣品有機質孔隙發(fā)育特征Fig. 4 Organic matter pore structure characterization of shale samples in different blocks

圖5 不同區(qū)塊頁巖樣品有機質孔徑分布Fig. 5 Organic matter pore size distribution of shale samples in different blocks

圖6 龍馬溪組頁巖樣品氮氣吸附—脫附曲線Fig. 6 Types of hysteresis loops of N2 adsorption/desorption isotherms for the Longmaxi shale samples

圖7 BET比表面積與TOC之間的關系Fig. 7 The relationship between BET pore surface area and TOC for Longmaxi shale samples

4.2 基于高壓壓汞實驗的孔隙結構特征

圖8展示了長寧、瀘州和渝西三個區(qū)塊頁巖樣品汞飽和度隨壓力的變化曲線，其主要特征是先緩慢增加，后持續(xù)快速增長，在較大的壓力下(24 MPa，對應孔徑為50 nm)更多的汞才能進入樣品中，表明頁巖樣品中存在較多的中孔。其中富有機質頁巖進汞飽和度曲線(實線)在中孔部分相對含有機質頁巖(虛線)有向下偏移的趨勢，反映了中孔孔體積隨著有機質含量的增加而不斷增加，表明有機質孔對頁巖中孔體積貢獻較大。對比三個區(qū)塊頁巖樣品壓汞曲線特征，可以看出長寧和瀘州區(qū)塊頁巖樣品進汞—退汞飽和度曲線形態(tài)相似，而渝西區(qū)塊在大于1 μm部分樣品進汞量明顯高于其他區(qū)塊，表明大孔或微裂隙比較發(fā)育。

4.3 N2吸附—高壓壓汞實驗聯(lián)合表征的孔隙結構特征

圖9展示了長寧、瀘州和渝西3個區(qū)塊不同巖相頁巖樣品的全孔徑分布曲線及累計孔體積曲線。頁巖的孔徑分布曲線表明3個區(qū)塊頁巖樣品孔隙從中孔到宏孔均有分布，在小于50 nm孔徑范圍內(nèi)分布多個峰值，且宏孔部分明顯低于中孔，說明宏孔發(fā)育數(shù)量較少。累計孔體積曲線顯示頁巖孔體積主要由中孔提供，研究區(qū)頁巖樣品的中孔孔體積占總體積的平均值為83.2%，其中瀘州區(qū)塊樣品高達89.4%。對于小于50 nm的中孔部分，峰值主要分布在2～10 nm，大于10 nm以后曲線緩慢下降，與FE-SEM統(tǒng)計的有機質孔的孔徑分布頻率相符(圖3和5)，間接表明頁巖中孔以有機質孔為主。

長寧區(qū)塊富有機質黏土質頁巖具有最大的孔體積(圖9a)，富有機質混合質頁巖次之，含有機質黏土質頁巖最低。但富有機質混合質頁巖在20～50 nm孔徑范圍內(nèi)發(fā)育更多的孔隙，并且混合質巖相中具有較多的鈣質和硅質礦物，具有良好的可壓裂性，易形成天然裂縫從而成為良好的滲流通道，是該區(qū)塊較為有利的頁巖巖相。

瀘州區(qū)塊不同巖相孔徑分布曲線形態(tài)相似(圖9b)，孔隙主要分布在4 nm、5 nm、7 nm 3個峰值，且孔體積隨著TOC增加呈增大趨勢，表明有機質孔是該區(qū)塊頁巖樣品中重要的孔隙類型。該區(qū)塊含有機質頁巖相比富有機質頁巖具有更多的宏孔，由于該區(qū)塊同時發(fā)育A、B、D類型有機質，因此含有機質頁巖即使有機質數(shù)量較少但有機質孔隙同樣發(fā)育。

渝西區(qū)塊富有機質黏土質頁巖孔隙最為發(fā)育(圖9c)，富有機質硅質頁巖和富有機質混合質頁巖孔體積較低，但硅質和黏土質頁巖樣品孔徑分布存在一定差異，硅質頁巖樣品孔徑分布峰值相比其他巖相向較大孔徑范圍移動，與長寧區(qū)塊混合質頁巖孔徑分布類似，表明硅質礦物對孔隙存在一定的保護作用；該區(qū)塊黏土質頁巖樣品大于1 μm的孔體積明顯高于其他區(qū)塊，可能與其高黏土礦物含量產(chǎn)生的層理縫有關。

圖9 不同區(qū)塊龍馬溪組頁巖樣品孔徑分布Fig. 9 Pore size distribution of Longmaxi shale samples in different blocks

通過對3個區(qū)塊頁巖樣品進行全孔徑表征，發(fā)現(xiàn)不同巖相頁巖樣品孔隙發(fā)育特征存在一定差別，而不同區(qū)塊相同巖相頁巖樣品中的孔隙發(fā)育特征也有一定差別。長寧、瀘州和渝西區(qū)塊頁巖以黏土質和硅質頁巖樣品居多，因此主要對比了不同區(qū)塊硅質和黏土質頁巖樣品的孔隙結構特征(圖10)。

圖10a對比了不同區(qū)塊硅質巖相頁巖孔體積全孔徑分布，渝西區(qū)塊樣品在小于1000 nm的孔徑范圍內(nèi)的孔體積均低于瀘州和長寧區(qū)塊，瀘州區(qū)塊在大于1000 nm孔徑范圍內(nèi)的孔體積最小。對于富有機質黏土質頁巖，長寧區(qū)塊頁巖樣品孔體積在小于5 nm孔徑范圍內(nèi)低于渝西區(qū)塊(圖10b)，在5～20 nm孔徑之間高于渝西區(qū)塊。但不同區(qū)塊的含有機質黏土質頁巖樣品孔體積存在明顯差異，其中渝西區(qū)塊頁巖樣品孔隙發(fā)育最差，而瀘州區(qū)塊頁巖樣品雖然有較低的TOC值，但在中孔部分孔體積明顯高于渝西區(qū)塊。

圖10 不同區(qū)塊硅質頁巖和黏土質頁巖孔體積分布Fig. 10 Pore volume distribution of siliceous and argillaceous shale samples in different blocks

液體飽和法通過對頁巖巖心進行乙醇飽和從而計算得到孔隙度，根據(jù)式(1)計算出頁巖樣品的聯(lián)測孔隙度與液體飽和法測得孔隙度具有很好的相關性(圖11)，從而可以對比三個區(qū)塊不同巖相聯(lián)測孔隙度特征(圖12)。根據(jù)計算結果，長寧區(qū)塊頁巖樣品聯(lián)測孔隙度范圍為3.24%～5.78%，平均值為4.69%；渝西區(qū)塊頁巖樣品聯(lián)測孔隙度范圍為2.53%～6.65%，平均值為3.97%，瀘州區(qū)塊頁巖樣品聯(lián)測孔隙度范圍為3.61%～4.81%，平均值為4.40%，長寧區(qū)塊頁巖樣品整體孔隙度最高，瀘州區(qū)塊次之，渝西區(qū)塊最差。渝西區(qū)塊和長寧區(qū)塊富有機質黏土質頁巖孔體積最大，因此具有最大的孔隙度。長寧區(qū)塊頁巖有機質以類型B和D為主，瀘州區(qū)塊頁巖類型A、B、D有機質同時發(fā)育，渝西區(qū)塊頁巖則以類型B和類型C有機質為主，因此瀘州區(qū)塊富有機質硅質頁巖和長寧區(qū)塊富有機質混合質頁巖孔隙度分別高于渝西區(qū)塊富有機質硅質頁巖和富有機質混合質頁巖。渝西區(qū)塊頁巖樣品有機質孔不發(fā)育，是導致其總孔體積相對較低的重要原因。這些差異表明頁巖有機質孔隙結構發(fā)育程度不僅受控于頁巖樣品有機質含量，同時還與有機質的發(fā)育類型有關。

圖11 頁巖樣品聯(lián)測孔隙度與液體飽和法孔隙度對比Fig. 11 The correlation between the porosity of shale samples measured by liquid saturation porosity and calculated by N2 adsorption and HPMIP experiments

圖12 不同區(qū)塊不同巖相頁巖樣品聯(lián)測孔隙度對比Fig. 12 The porosity of different lithofacies shale samples in different blocks was calculated by N2 adsorption and HPMIP experiments

5 結論

研究區(qū)不同區(qū)塊龍馬溪組頁巖的有機質孔隙存在差異化發(fā)育的特征。根據(jù)有機質孔的發(fā)育特征可將有機質分為5種類型，其中類型B和類型D有機質的孔隙最為發(fā)育，局部連通性最好，類型A有機質次之，類型C和類型E有機質孔隙發(fā)育最差。

有機質顯微組分的不同是有機質孔隙差異化發(fā)育的內(nèi)部主控因素，異常壓力和礦物組成差異是影響有機質孔隙差異化發(fā)育的外部因素。需要指出的是，不同組分有機質孔隙形成及演化機理比較復雜，并不僅限于以上因素，因此需要開展大量的相關研究予以進一步闡釋。

研究區(qū)龍馬溪組頁巖孔體積主要由中孔提供，且有機質孔發(fā)育程度與頁巖儲集空間密切相關。根據(jù)孔體積、孔徑分布、孔隙度等孔隙結構參數(shù)判斷不同區(qū)塊頁巖總體孔隙的發(fā)育程度：以類型B和類型D有機質為主的長寧區(qū)塊頁巖樣品的儲集空間最優(yōu)，類型A、B、D有機質同時發(fā)育的瀘州區(qū)塊頁巖樣品的儲集空間次之，以類型B和類型C有機質為主的渝西區(qū)塊頁巖樣品的儲集空間最差。