四川盆地上三疊統(tǒng)須五段頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)及其控制因素

彭建龍，張金川，尉鵬飛，隆　帥，黃　瀟，黃正林，馬玉龍，張明強(qiáng)

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京　100083；2. 中國地質(zhì)大學(xué) 頁巖氣勘查與評價國土資源部重點(diǎn)實驗室，北京　100083)

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四川盆地上三疊統(tǒng)須五段頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)及其控制因素

彭建龍1,2，張金川1,2，尉鵬飛1,2，隆帥1，2，黃瀟1，2，黃正林1，2，馬玉龍1，2，張明強(qiáng)1，2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京100083；2. 中國地質(zhì)大學(xué) 頁巖氣勘查與評價國土資源部重點(diǎn)實驗室，北京100083)

為了深入研究四川盆地上三疊統(tǒng)須五段陸相頁巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)，運(yùn)用氬離子拋光掃描電鏡(SEM)、低溫氮?dú)馕摳揭约跋嚓P(guān)地球化學(xué)分析實驗等技術(shù)對該地區(qū)頁巖儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并對控制其納米孔隙發(fā)育的主要因素進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：四川盆地須五段頁巖微觀孔隙可分為有機(jī)孔和無機(jī)孔(粒間孔、粒內(nèi)孔、晶間孔、溶蝕孔)，微裂縫可分為構(gòu)造微裂縫、有機(jī)質(zhì)生排烴縫和成巖收縮縫等；孔隙結(jié)構(gòu)類型以兩端連通的圓柱孔、平行平面間的縫狀孔和呈錐形的管孔為主；微觀孔隙孔徑分布區(qū)間大(1～80 nm)，峰值主要集中于2～8 nm之間；以中孔(2～50 nm)為主，所占比例為60.21%(或以黏土礦物孔為主，所占比例為44.62%)；頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度和黏土礦物含量是控制納米孔隙發(fā)育的主要因素。

四川盆地；上三疊統(tǒng)；須五段；頁巖氣；孔隙類型；孔隙結(jié)構(gòu)；控制因素

0　引　言

四川盆地發(fā)育海相、海陸過渡相和陸相多套頁巖層系，被一致認(rèn)為是我國最具有頁巖氣勘探與開發(fā)潛力的盆地[1]。近年來，不同學(xué)者從儲層類型[2]、礦物組成[3-4]、微觀孔隙[5-6]、吸附特征[7]、儲層特殊性[8]等方面對四川盆地及周緣下古生界兩套海相頁巖進(jìn)行了大量的研究，隨著認(rèn)識的不斷深入，四川盆地及周緣頁巖氣勘探也不斷地取得巨大突破或成功。須家河組陸相頁巖作為四川盆地的主要陸相烴源巖之一，因其具有分布廣，厚度大，有機(jī)碳含量高等特點(diǎn)而在近年來備受關(guān)注。但目前國內(nèi)對須家河組的研究以將其作為常規(guī)油氣烴源巖[9-10]和致密砂巖氣儲層[11]為主，而對其作為頁巖氣儲層，尤其是對其第五段頁巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)的研究還較少。

1　研究區(qū)概況與樣品采集測試

四川盆地在大地構(gòu)造上位于上揚(yáng)子板塊西部，由多期構(gòu)造運(yùn)動作用疊合而成，大體上呈菱形[12]。四川盆地在古生代—中三疊世為一個克拉通盆地，中三疊世末的印支運(yùn)動(印支Ⅰ)使盆地區(qū)域性隆升。進(jìn)入晚三疊世，盆地演化為前陸盆地[13]。晚三疊世末期沉積的須家河組即是以海陸過渡相—三角洲相—湖泊相為主，通常被分為6段，其中須二、四、六段以灰色細(xì)砂巖為主，夾薄層頁巖，而須一、三、五段以暗色頁巖為主，夾薄層粉砂巖或煤線。

須五段頁巖沉積時期，由于印支運(yùn)動(印支Ⅲ)的影響，盆地內(nèi)湖泊水位上漲至最大湖泛面[14]，沉積相以半深湖—淺湖相為主。須五段頁巖具有分布范圍廣、沉積厚度大(盆地內(nèi)厚度普遍大于30 m，沉積中心資陽—遂寧一帶厚度可達(dá)120～160 m[14])、有機(jī)質(zhì)豐度高(TOC值為0.39%～16.33%，平均為2.35%[15])等特點(diǎn)。此外，須五段有機(jī)質(zhì)類型以腐殖型(Ⅲ型)為主，有利于生氣。埋深在2 000～4 100 m之間，目前鉆至須家河組的井大多證實了須五段頁巖氣的存在，表明四川盆地須五段頁巖具有很好的頁巖氣勘探潛力。

野外地質(zhì)調(diào)查表明四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組須五段頁巖在全盆均有分布，在川中地區(qū)埋深較大，而在盆地周緣出露地表。為了深入研究四川盆地須五段頁巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，選取了盆地內(nèi)共22個典型野外露頭樣品作為研究對象(圖1)，完成的實驗包括有機(jī)質(zhì)豐度(TOC)測定、有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)測定、全巖礦物分析(XRD)、氬離子拋光、場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察(SEM)和液氮吸脫附等。

2　四川盆地須五段頁巖孔縫類型及特征

孔滲測試結(jié)果表明，四川盆地須五段頁巖孔隙度為1.1%～8.14%，平均孔隙度為5.37%，滲透率為0.0042×10-3～0.0342×10-3μm2，平均滲透率為0.016×10-3μm2，可以看出四川盆地須五段頁巖屬于低孔特低滲的致密儲層。但借助電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)其發(fā)育了大量的納米級孔縫。

頁巖的納米級孔縫既可以按有機(jī)質(zhì)、礦物的類型劃分為有機(jī)孔隙、脆性礦物微孔隙以及黏土礦物間孔隙[16]，也可以根據(jù)頁巖孔隙成因和形態(tài)等特征劃分為有機(jī)納米孔、粒間納米孔、粒內(nèi)納米孔、礦物晶間納米孔和溶蝕納米孔等[17]。借助場發(fā)射掃描電鏡技術(shù)對實驗樣品進(jìn)行研究，根據(jù)頁巖孔隙成因和分布特征可對四川盆地須五段納米級孔縫進(jìn)行分類(表1)。

2.1無機(jī)孔

2.1.1粒間孔

粒間孔發(fā)育于礦物顆粒之間，其成因是各礦物顆粒未被膠結(jié)物完全膠結(jié)或后期的成巖改造作用。研究區(qū)須五段粒間孔形態(tài)多樣，以近三角形和不規(guī)則多角形為主，孔徑多為數(shù)百納米甚至幾微米，在微觀尺度上屬于超大孔(圖2(a)、(b))。這些粒間孔多存在于黏土礦物與黏土礦物或黏土礦物與石英顆粒之間。

2.1.2粒內(nèi)孔

粒內(nèi)孔多發(fā)育于黏土礦物內(nèi)部，而其他礦物中發(fā)育較少。如蒙脫石這樣的不穩(wěn)定礦物在成巖過程中會不斷向伊利石轉(zhuǎn)化，而在此過程中就能形成大量的粒內(nèi)孔[18]。鏡下可觀察到粒內(nèi)孔孔徑多為幾十至數(shù)百納米，但很少達(dá)到微米級別(圖2(a)、(c))。粒內(nèi)孔同粒間孔一起，大大地增加了黏土礦物的比表面積，為頁巖氣的儲集和滲流提供了空間。

圖1　研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布Fig.1　Study area and samples distribution

孔隙類型孔徑大小/nm分布特征成因機(jī)制有機(jī)孔有機(jī)孔 20～600呈橢圓形或近圓形等分布在熱演化程度較高的有機(jī)質(zhì)中有機(jī)質(zhì)生烴演化作用無機(jī)孔粒間孔 20～2000以三角形和多角形狀分布于顆粒接觸處礦物顆粒間不完全膠結(jié)或后期成巖作用粒內(nèi)孔 10～800呈條狀分布于層狀黏土顆粒間礦物成巖轉(zhuǎn)化作用晶間孔 10～300常見于晶體顆粒接觸處晶體生長不緊密或晶格缺陷溶蝕孔 100～1000發(fā)育于方解石、長石等不穩(wěn)定礦物中溶蝕作用微裂縫構(gòu)造微裂縫 20～100可切割各種礦物,延伸廣局部構(gòu)造應(yīng)力作用有機(jī)質(zhì)生排烴縫10～20分布于熱演化程度較高有機(jī)質(zhì)中,呈樹杈狀局部高異常壓力成巖收縮縫 20～60分布在有機(jī)質(zhì)或黏土礦物邊緣脫水作用或熱收縮

2.1.3晶間孔

晶間孔指的是由于結(jié)晶礦物的晶簇在生長過程中不緊密堆積或晶格缺陷而形成的孔隙[18]。四川盆地須五段頁巖中發(fā)育大量缺氧環(huán)境下形成的莓狀黃鐵礦，而這些黃鐵礦晶體多發(fā)育晶間孔，孔徑多為幾十至數(shù)百納米(圖2(d))。此外，晶間孔也常見于石英和長石晶體間。

2.1.4溶蝕孔

石英、長石和碳酸鹽巖等不穩(wěn)定礦物在成巖作用的過程中可能在地層水或在有機(jī)質(zhì)生烴過程形成的有機(jī)酸的作用下發(fā)生溶蝕，從而形成對頁巖孔滲性都有建設(shè)性作用的溶蝕孔。由于本次實驗樣品均為采集的野外露頭樣品，其在空氣和雨水的作用下可能已經(jīng)發(fā)生了大規(guī)模的溶蝕，因此在鏡下可觀察到大量的溶蝕孔，其孔徑介于100～1 000 nm(圖2(e))。

2.2有機(jī)孔

位于有機(jī)質(zhì)內(nèi)部且在有機(jī)質(zhì)生烴過程中形成的孔隙被統(tǒng)一稱為有機(jī)孔。有機(jī)孔廣泛發(fā)育在高熱演化有機(jī)質(zhì)中，是一種非常重要的頁巖儲集空間[19]。相關(guān)研究表明，當(dāng)Ro達(dá)到0.6%時，有機(jī)質(zhì)內(nèi)部開始逐漸形成微孔隙[20]，而形成有機(jī)孔的高峰期對應(yīng)的Ro為1.2%～1.5%[21]。四川盆地須家河組須五段22個頁巖樣品的Ro為0.68%～1.2%，平均為0.93%，可見須五段有機(jī)質(zhì)成熟度整體偏低，不應(yīng)該大量發(fā)育有機(jī)孔。在電鏡下進(jìn)行實際觀察也證實了以上的結(jié)論，須五段頁巖發(fā)育少量有機(jī)孔，多呈橢圓形或近圓形，以nm級孔隙為主，孔徑多在20～600 nm之間(圖2(f))。

圖2　四川盆地須五段頁巖微觀孔隙賦存狀態(tài)與特征Fig.2　Occurrence status and characteristics of micro-pores of the 5th shale member of the Xujiahe Formation in Sichuan Basin(a)廣元市金子鄉(xiāng)清劍路；(b)、(e)彭州市通濟(jì)鎮(zhèn)；(c)都江堰市紫坪鋪；(d)內(nèi)江市威遠(yuǎn)縣新場鎮(zhèn)；(f)樂山市石麟鎮(zhèn)

2.3裂縫

須五段頁巖發(fā)育大量微裂縫，鏡下觀察到的微裂縫可以根據(jù)其成因而分為構(gòu)造微裂縫、有機(jī)質(zhì)生排烴縫和成巖收縮縫三大類。這些微裂縫可以連通頁巖內(nèi)部的微孔隙，從而改善頁巖的滲流能力。

2.3.1構(gòu)造微裂縫

即在局部應(yīng)力的作用下形成的微裂縫。其特點(diǎn)是一般為開放型，延伸較廣(通常延伸為微米級)，縫面平直光滑(圖3(b)、(c))，偶見被填充或膠結(jié)，可見剪裂縫直接切割各種礦物顆粒。

2.3.2有機(jī)質(zhì)生排烴縫

圖3　四川盆地須五段頁巖微裂縫賦存形態(tài)與特征Fig.3　Occurrence status and characteristics of micro-cracks of the 5th shale member of the Xujiahe Formation in Sichuan Basin(a)、(e)彭州市通濟(jì)鎮(zhèn)；(b)內(nèi)江市威遠(yuǎn)縣新場鎮(zhèn)；(c)崇州市文井江鎮(zhèn)；(d)重慶市墊江縣五洞鎮(zhèn)；(f)有機(jī)質(zhì)集合體的能譜分析圖譜(分析位置為圖(e)中的小方框)

此類微裂縫是由于有機(jī)質(zhì)在大量生烴時內(nèi)部形成的高異常壓力使有機(jī)質(zhì)破裂而形成的。其縫面常為不規(guī)則線型，多條微裂縫在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部呈樹杈狀分布(圖3(d))。由于有機(jī)質(zhì)分布有限，因此這類微裂縫延伸不會太廣(最長延伸至有機(jī)質(zhì)邊緣)。

2.3.3成巖收縮縫

指頁巖在成巖過程中由于礦物相變、脫水或熱力收縮等作用而形成的微裂縫，與構(gòu)造作用無關(guān)[16]。鏡下發(fā)現(xiàn)其在有機(jī)質(zhì)和黏土礦物邊緣最常見(圖3(a)、(e))，為有機(jī)質(zhì)的脫水和黏土礦物的成巖轉(zhuǎn)化等作用形成的。此類裂縫通常寬10～500 nm，縫長最大60 μm。

3　氮?dú)馕摳綄嶒瀸搸r孔隙形態(tài)表征

四川盆地上三疊統(tǒng)須五段頁巖微觀孔隙類型和孔隙結(jié)構(gòu)都異常復(fù)雜。考慮到場發(fā)射掃描電鏡雖然直觀，但其觀察范圍太小且停留在二維層面上導(dǎo)致結(jié)果存在一定的局限性，而氮?dú)馕摳綄嶒災(zāi)芎芎玫貙搸r中2～100 nm的微觀孔隙進(jìn)行定量表征[5]，故筆者對實驗樣品實施低溫氮?dú)馕摳綄嶒?，并使用相關(guān)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析。

3.1孔隙形態(tài)

為了更好地表征頁巖孔隙形態(tài)，對四川盆地上三疊統(tǒng)須五段12塊野外露頭頁巖樣品進(jìn)行了氮?dú)馕摳綄嶒灐Ｄ壳岸噙\(yùn)用BRUNAUER提出的5種方案對吸脫附曲線進(jìn)行劃分從而對頁巖孔隙形態(tài)進(jìn)行分類，5種曲線類型可分別反映出一種獨(dú)特大小和形態(tài)的孔隙結(jié)構(gòu)，但由于實際頁巖樣品的黏土礦物和有機(jī)質(zhì)中發(fā)育有多種大小形態(tài)的孔隙，因此相應(yīng)的吸脫附曲線由多種曲線疊加形成而呈現(xiàn)出復(fù)雜的形態(tài)[22-23]。圖4為其中9塊樣品的氮?dú)馕?脫附曲線，進(jìn)一步分析不同曲線在形態(tài)上的區(qū)別，可將曲線形態(tài)分為以下兩類。

第一類(樣品WFF-1，WFF-9，WFF-14，WFF-15等)：當(dāng)相對壓力小于0.4時，脫附量很小，甚至等于吸附量，而當(dāng)相對壓力提升至0.4～0.6時脫附曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，脫附量陡然增加。此種類型的曲線反映頁巖樣品中的孔隙主要為兩端連通的圓柱孔和平行平面間的縫狀孔。

第二類(樣品YJD-4，YJD-7，WFF-2，WFF-4，WFF-6等)：當(dāng)相對壓力小于0.4時，脫附量也明顯大于吸附量，且當(dāng)相對壓力上升至0.4～0.6時脫附曲線并未出現(xiàn)拐點(diǎn)，而是隨著相對壓力的變大而逐步穩(wěn)定變大，當(dāng)相對壓力提升至0.8～1.0時，吸附量和脫附量都陡然增加。此種類型的曲線反映頁巖樣品中的孔隙主要為平行平面間的縫狀孔和呈錐形的管孔。

圖4　四川盆地須五段頁巖低溫氮?dú)馕摳綄嶒炃€Fig.4　Low temperature nitrogen adsorption-desorption isotherms of the 5th shale member of the Xujiahe Formation in Sichuan Basin

由于封閉的孔隙不能產(chǎn)生吸脫附曲線分離，因此還可據(jù)此認(rèn)為四川盆地須五段頁巖中的納米級孔縫以開放連通型為主，并且主要為兩端連通的管孔、平行平面間的縫狀孔和呈錐形或雙錐形的管孔。這些納米級的孔隙能夠為吸附態(tài)和游離態(tài)的頁巖氣提供儲集空間，也能在后期開采過程中為頁巖氣提供滲流的通道以便其向井筒中流動。

3.2孔隙比表面積、孔容和孔徑分布

選取12塊頁巖樣品進(jìn)行測試，利用BET吸附模型求取比表面積，得出四川盆地須五段頁巖比表面積為0.621～14.705 m2/g，平均為7.756 m2/g。根據(jù)BJH模型對孔容和孔徑分布進(jìn)行計算，得出實驗樣品的孔容為0.002 16～0.029 7 cm3/g，平均0.014 8 cm3/g，樣品孔徑范圍為4.491～13.930 nm，平均孔徑為6.937 nm(表2)。

結(jié)合氮?dú)釨JH吸附數(shù)據(jù)，可利用DFT法計算得到須五段頁巖的孔徑分布圖(圖5)，從圖中可知，四川盆地須五段頁巖的孔徑分布區(qū)間很大(1～80 nm)，但6個不同樣品的孔徑分布規(guī)律較為相似，2～8 nm之間的孔隙貢獻(xiàn)最大且最可幾孔徑也都位于這一區(qū)間內(nèi)。

表2四川盆地須五段頁巖樣品孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

Table 2The micro-pore structure data of the 5thshale member of the Xujiahe Formation in Sichuan Basin

樣品編號采樣地點(diǎn)BET比表面積/(m2/g)BJH總孔容/(cm3/g)平均孔徑/nmWFF-1彭州市磁峰鎮(zhèn)9.855540.019647.97027WFF-2彭州市通濟(jì)鎮(zhèn)7.800330.010825.55058WFF-4什邡市鎣華鎮(zhèn)8.558460.009614.49138WFF-6都江堰市紫坪鋪6.731820.008675.15164WFF-9樂山市石麟鎮(zhèn)8.841320.016517.81633WFF-14內(nèi)江市威遠(yuǎn)縣觀音灘10.16940.021537.73522WFF-15廣安市鄰水縣梁板鄉(xiāng)4.778230.026445.53236WFF-18重慶市墊江縣五洞鎮(zhèn)14.70490.029726.84198YJD-1都江堰市紫坪鋪6.36840.012147.62247YJD-2都江堰市紫坪鋪0.621490.0021613.92997YJD-4崇州市懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)6.399430.008165.09951YJD-7廣元市金子鄉(xiāng)8.24730.011345.50065

圖5　四川盆地須五段頁巖孔徑分布Fig.5　Pore diameter distribution of the 5th shale member of the Xujiahe Formation in Sichuan Basin dV/dlgD為總孔容對孔徑對數(shù)的微分

3.3孔隙分布特征

參照IUPAC(國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會)的分類標(biāo)準(zhǔn)，可將四川盆地須五段頁巖孔隙分為微孔(小于2 nm)、中孔(2～50 nm)和大孔(大于50 nm)3類[25]。須五段頁巖孔隙結(jié)構(gòu)微孔體積為0.001 73～0.006 5 cm3/g，平均0.003 81 cm3/g，對總孔容的貢獻(xiàn)率平均26.643%；中孔體積為0.006 02～0.012 9 cm3/g，平均0.004 01 cm3/g，對總孔容的貢獻(xiàn)率平均60.21%；大孔體積0.000 7～0.005 63 cm3/g，平均0.002 07 cm3/g，對總孔容的貢獻(xiàn)率平均13.15%。須五段頁巖孔隙結(jié)構(gòu)以2～50 nm的中孔為主。

PASSEY等在2010年對美國部分頁巖樣品研究后認(rèn)為有機(jī)孔一般占頁巖總孔隙體積的50%以上[24]。若將須五段頁巖微觀孔隙也按載體類型(包括有機(jī)質(zhì)和其他不同類型的礦物)進(jìn)行分類，則可借鑒王道富等提出的巖石物理和基質(zhì)孔隙度數(shù)學(xué)模型[26]。該模型的計算公式如下：

φ=ρABriVBri+ρAClayVClay+ρATocVToc

(1)

式中：φ為頁巖孔隙度；ρ為頁巖巖石密度，單位為t/m3；ABri、AClay、AToc分別為脆性礦物、黏土礦物和有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；VBri、VClay、VToc分別代表脆性礦物、黏土礦物和有機(jī)質(zhì)內(nèi)的總孔容，單位為m3/t。

將每3個樣品的實驗數(shù)據(jù)分為一組帶入以上模型進(jìn)行計算，結(jié)果為須五段頁巖脆性礦物、黏土和有機(jī)質(zhì)內(nèi)的孔容分別平均為0.012 8 m3/t、0.031 1 m3/t、0.025 8 m3/t。于是可以粗略地認(rèn)為四川盆地須五段頁巖微孔隙以黏土礦物孔為主，有機(jī)孔次之，其中黏土礦物孔、有機(jī)孔和脆性礦物孔占總孔隙體積的比例分別為44.62%、37.02%、18.36%。

4　納米孔隙發(fā)育控制因素

圖6　四川盆地須五段頁巖納米孔隙與TOC、黏土礦物含量和Ro相關(guān)關(guān)系Fig.6　The relationship between TOC, clay mineral, Ro and the nano-pores of the 5th shale member of the Xujiahe Formation in Sichuan Basin

控制頁巖納米孔隙發(fā)育的因素有很多，包括有機(jī)碳含量、熱成熟度、有機(jī)質(zhì)類型、礦物組分及濕度等。大量研究表明，控制我國南方下寒武統(tǒng)和下志留統(tǒng)兩套海相黑色頁巖納米孔隙發(fā)育的因素主要為有機(jī)碳含量、黏土礦物含量和有機(jī)質(zhì)熱成熟度[2-8]，借鑒此研究成果，筆者對四川盆地須五段頁巖孔隙體積、比表面積與TOC、黏土礦物含量和Ro之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：TOC與頁巖比表面積、納米孔隙體積之間具有較好的正相關(guān)關(guān)系(圖6(a)、(d))，相關(guān)系數(shù)分別為0.594和0.68；黏土礦物含量與頁巖比表面積、納米孔隙體積之間有較好的正相關(guān)關(guān)系(圖6(b)、(e))，相關(guān)系數(shù)分別為0.658和0.674；與我國南方下古生界兩套海相頁巖相比，四川盆地須五段頁巖有機(jī)質(zhì)熱成熟度整體偏低(均位于0.6%～1.2%區(qū)間)且與比表面積、納米孔隙體積呈微弱正相關(guān)關(guān)系，但由于相關(guān)系數(shù)很低，可認(rèn)為有機(jī)質(zhì)熱成熟度不是控制四川盆地須五段頁巖納米孔隙發(fā)育的主要因素(圖6(c)、(f))。綜上所述，控制四川盆地上三疊統(tǒng)須五段頁巖納米孔隙發(fā)育的主要因素為有機(jī)碳含量和黏土礦物含量。

5　結(jié)　論

(1)四川盆地上三疊統(tǒng)須五段頁巖微觀孔隙可分為有機(jī)孔和無機(jī)孔，而無機(jī)孔又可分為粒間孔、粒內(nèi)孔、晶間孔和溶蝕孔等；微裂縫可分為構(gòu)造微裂縫、有機(jī)質(zhì)生排烴縫和成巖收縮縫等。與四川盆地及周緣下古生界兩套海相頁巖相比，須五段頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度整體偏低，有機(jī)孔欠發(fā)育。

(2)四川盆地上三疊統(tǒng)須五段頁巖孔隙形態(tài)可分為三種，即以兩端連通的圓柱孔、平行平面間的縫狀孔和呈錐形的管孔為主；微觀孔隙孔徑分布區(qū)間較大(1～80 nm)，峰值主要集中于2～8 nm；須五段頁巖比表面積為0.621～14.705 m2/g，平均為7.756 m2/g；孔容為0.002～0.029 7 cm3/g，平均0.014 8 cm3/g；孔徑范圍為4.491～13.930 nm，平均孔徑為6.937 nm。

(3)四川盆地上三疊統(tǒng)須五段頁巖孔隙體積以中孔(2～50 nm)為主，所占比例為60.21%，貢獻(xiàn)最大，微孔和大孔所占比例均較小，其中微孔所占比例為26.643%，大孔所占比例為13.15%。換種分類方案，須五段頁巖微孔隙以黏土礦物孔為主，有機(jī)孔次之，其中黏土礦物孔、有機(jī)孔和脆性礦物孔的比例分別為44.62%、37.02%、18.36%。

(4)有機(jī)質(zhì)豐度和黏土礦物含量是控制四川盆地上三疊統(tǒng)須五段頁巖納米孔隙發(fā)育的主要因素，而有機(jī)質(zhì)熱成熟度與孔隙比表面積、總孔容相關(guān)性低，不是控制須五段頁巖納米孔隙發(fā)育的主要因素。

[1]張金川，汪宗余，聶海寬，等.頁巖氣及其勘探研究意義[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2008， 22(4):640-645.

[2]聶海寬，張金川.頁巖氣儲層類型和特征研究：以四川盆地及周緣下古生界為例[J].石油實驗地質(zhì)，2011，33(3)：219-225:232.

[3]李娟，于炳松，劉策，等.渝東南地區(qū)黑色頁巖中黏土礦物特征兼論其對儲層物性的影響——以彭水縣鹿角剖面為例[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2012，26(4):732-740.

[4]趙佩，李賢慶，孫杰，等.川南地區(qū)下古生界頁巖氣儲層礦物組成與脆性特征研究[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2014， 28(2):396-403.

[5]張廷山，楊洋，龔其森，等.四川盆地南部早古生代海相頁巖微觀孔隙特征及發(fā)育控制因素[J]. 地質(zhì)學(xué)報，2014(3):1728-1740.

[6]徐祖新，郭少斌.中揚(yáng)子地區(qū)震旦系陡山沱組頁巖儲層孔隙特征[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2015，29(1): 206-212.

[7]畢赫，姜振學(xué)，李鵬，等.渝東南地區(qū)龍馬溪組頁巖吸附特征及其影響因素[J].天然氣地球科學(xué)， 2014，25(2):302-310.

[8]于炳松.頁巖氣儲層的特殊性及其評價思路和內(nèi)容[J].地學(xué)前緣，2012，19(3):252-258.

[9]戴簫，關(guān)平，韓定坤，等.聚集型煤系烴源巖天然氣貢獻(xiàn)率定量計算——以川東北元壩地區(qū)須家河組為例[J].天然氣地球科學(xué)，2014，25(1):64-70.

[10]王磊，鄒艷榮，魏志福，等.四川盆地廣安地區(qū)須家河組煤生烴過程研究[J].天然氣地球科學(xué)，2012，23(1):153-160.

[11]凡睿，周林，吳俊，等.川東北地區(qū)須家河組致密砂巖儲層流體識別方法研究[J].油氣地質(zhì)與采收率，2015，22(3):64-70.

[12]童崇光.四川盆地構(gòu)造演化與油氣聚集[M].北京：地質(zhì)出版社，1992:45-48.

[13]朱彤，包書景，王烽.四川盆地陸相頁巖氣形成條件及勘探開發(fā)前景[J].天然氣工業(yè)，2012，32(9):16-21.

[14]陳冬霞，謝明賢，張曉鵬，等.川西坳陷須五段陸相頁巖氣聚集條件分析[J].長江大學(xué)學(xué)報(自然版)，2013，26(10):5-8.

[15]葉軍.川西須家河組頁巖氣成藏條件與勘探潛力[J].天然氣工業(yè)，2008， 28 (12):18-25.

[16]魏志紅.頁巖不同類型孔隙的含氣性差異：以四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組為例[J].天然氣工業(yè)，2014，34(6):37-41.

[17]鐘太賢.中國南方海相頁巖孔隙結(jié)構(gòu)特征[J].天然氣工業(yè)，2012，32(9):1-4.

[18]朱筱敏.沉積巖石學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008:148-153.

[19]王玉滿，董大忠，李建忠，等.川南下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣儲層特征[J].石油學(xué)報，2012，33(4):551-561.

[20]DOW W G. Kerogen studies and geological interpretations[J]. Journal of Geochemical Exploration，1977，7:79-99.

[21]吳松濤. 鄂爾多斯盆地長7湖相頁巖孔隙演化特征[J].石油勘探與開發(fā)，2015，42(2):167-176.

[22]嚴(yán)繼明，張啟元. 吸附與凝聚：固體的表面與孔[M].北京：科學(xué)出版社，1979：20-70.

[23]聶海寬，邊瑞康，張培先，等. 川東南地區(qū)下古生界頁巖儲層微觀類型與特征及其對含氣量的影響[J]. 地學(xué)前緣，2014，21(4):331-343.

[24]PASSEY Q R， BOHACS K M， ESCH W L， et al. From oil-prone source rock to gas-producing shale reservoir[J]. SPE 131350， 2010:29-30.

[25]ROUQUEROL J， AVNIR D， FAIRBRIDGE C W， et al. Recommendations for the characterization of porous-solids[J]. Pure and Applied Chemistry， 1994， 66:1739-1758.

[26]王道富.川南下寒武統(tǒng)筑竹寺組頁巖儲集空間定量表征[J].天然氣工業(yè)，2013，33(7)：1-9.

Characteristics and Controlling Factors of Micro-pore Structures of the 5thShale Member of the Xujiahe Formation of Upper Triassic in Sichuan Basin

PENG Jianlong1,2，ZHANG Jinchuan1,2，WEI Pengfei1,2，LONG Shuai1,2，HUANG Xiao1,2，HUANG Zhenglin1,2，MA Yulong1,2，ZHANG Mingqiang1,2

(1.School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing100083, China；2. Key Laboratory of ShaleGasExplorationandEvaluation,MinistryofLandandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

To deeply study the micro-pore characteristics of the 5thshale member of the Xujiahe Formation of Upper Triassic in Sichuan Basin, the microscopic pore structures of the shale reservoir were systematically studied by using Argo-ion polishing Scanning Electron Microscope(SEM), low temperature nitrogen adsorption-desorption technology and related geochemical experiments. Meanwhile, the influences on the development of nano-pore were discussed. The studies revealed that the micro-pores in shale can be classified into organic pores, inorganic pores (inter-granular pores, intra-granular, inter-crystalline pores and dissolution pores) and the micro-crack can be classified into structure micro-crack, pressure crack form hydrocarbon generating and expelling, diagenetic constricted crack. What’s more, the pore structures can be mainly divided into three kinds, such as cylindrical pore with both ends open, Slit shaped holes between the parallel planes and taper pipe bore. The micro-pore diameters are largely ranged from 1 to 80 nm and the peak is distributed in 2 to 8 nm. The pore volume is mainly composed of meso-pores (2 to 50 nm) with the proportion of 60.21% (or mainly composed of the pores of clay mineral with the proportion of 44.62%). In addition, organic richness and the content of clay minerals are believed to be the main controlling factors of nano-pore development.

Sichuan Basin; Upper Triassic; the 5thshale member of the Xujiahe Formation; shale gas; pore type; pore structure; controlling factor

2015-05-25；改回日期：2016-01-14；責(zé)任編輯：孫義梅。

國家自然科學(xué)基金項目(41102088)。

彭建龍，男，碩士研究生，1991年出生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，主要從事非常規(guī)油氣資源評價方面的研究工作。Email: pjlcommon@163.com

TE132.2

A

1000-8527(2016)04-0896-09