貴州六盤水地區(qū)石炭系打屋壩組頁巖巖相特征及其對孔隙結(jié)構(gòu)的影響

陳相霖，苑 坤,覃英倫,林 拓,金春爽,潘衛(wèi)紅,郭 軍,曹沈廳

1中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心；2中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）；3廣西廣投能源集團(tuán)有限公司；4湖南省煤炭地質(zhì)勘查院

0 前言

近幾年來，隨著我國頁巖氣地質(zhì)條件與資源研究程度的不斷深入，頁巖微-納米級(jí)孔隙研究越來越受到眾多學(xué)者的重視，已逐漸成為頁巖氣儲(chǔ)層精細(xì)刻畫的重要內(nèi)容，而且被選為頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選的重要評價(jià)指標(biāo)［1-3］。上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組是我國上揚(yáng)子區(qū)頁巖氣勘探的重點(diǎn)層系，國內(nèi)眾多學(xué)者已針對這套層系的頁巖微觀孔隙特征開展了大量研究工作，并在不同尺度、不同分辨率條件下對孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，分析了不同巖相富有機(jī)質(zhì)頁巖對頁巖孔隙的形態(tài)、數(shù)量和大小等發(fā)育特征的影響［4-7］。而我國南方海相不同層系的頁巖礦物組成差異較大，頁巖巖性的非均質(zhì)性較強(qiáng)，相較于下古生界的五峰組—龍馬溪組，上古生界的石炭系打屋壩組沉積環(huán)境不穩(wěn)定，水體變化幅度較大，沉積相帶變化較快，導(dǎo)致富有機(jī)質(zhì)頁巖的巖相類型與其他頁巖層系有所不同。目前對上揚(yáng)子區(qū)下石炭統(tǒng)打屋壩組頁巖的研究相對薄弱，研究內(nèi)容主要局限于構(gòu)造演化［8］、沉積環(huán)境［9］和生烴潛力［10］等方面，對頁巖的巖相類型和微觀孔隙特征方面的研究較少，因此有必要對該套層系的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，并與渝東南地區(qū)龍馬溪組進(jìn)行對比，分析打屋壩組頁巖巖相對孔隙結(jié)構(gòu)的控制作用［11-12］。

本文以貴州六盤水地區(qū)QSD1井打屋壩組為研究對象，選取22塊樣品，在巖相多尺度分析的基礎(chǔ)上，開展了有機(jī)碳含量（TOC）、有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）、全巖X射線衍射分析，通過場發(fā)射掃描電鏡、低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)、二氧化碳吸附實(shí)驗(yàn)等多種實(shí)驗(yàn)方法，對頁巖微觀孔隙特征進(jìn)行表征，分析巖相類型對頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響，討論巖相類型與孔隙發(fā)育程度之間的定性或半定量關(guān)系，深化對該地區(qū)頁巖儲(chǔ)層微觀孔隙特征的認(rèn)識(shí)，以期為六盤水地區(qū)下石炭統(tǒng)打屋壩組頁巖氣勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于六盤水?dāng)嘞荼本墸蟮貥?gòu)造上屬于上揚(yáng)子地臺(tái)的黔北臺(tái)?。?1］（圖1），自新元古代以來先后經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期、喜馬拉雅期等5個(gè)構(gòu)造演化階段，構(gòu)造樣式以緊閉背斜與開闊寬緩向斜組成的侏羅山隔檔式褶皺為特征，同時(shí)后期存在平行走滑作用的疊加［8］。其中，以泥盆紀(jì)—二疊紀(jì)的海西期裂陷作用對區(qū)內(nèi)沉積演化格局的影響最為顯著：泥盆紀(jì)早期伸展-張裂階段，海水由南向北侵入，六盤水?dāng)嘞蓍_始發(fā)育；石炭紀(jì)伸展-斷陷階段，伸展作用增強(qiáng)，海侵范圍擴(kuò)大，斷陷帶內(nèi)槽盆相泥巖發(fā)育；二疊紀(jì)伸展-裂谷階段，大量峨眉山玄武巖噴發(fā)，伸展作用發(fā)展至陸內(nèi)裂谷階段［11］。沉積作用整體受北西向斷陷帶的發(fā)展演化控制明顯，斷陷帶內(nèi)以深水槽盆相的泥灰?guī)r、碳質(zhì)泥巖沉積為主，兩側(cè)以淺水槽臺(tái)相的碳酸鹽巖沉積為主［11-12］。

圖1 貴州省大地構(gòu)造及QSD1井位置Fig.1 The geotectionics of Guizhou Province and position of Well QSD1

QSD1井完鉆井深2 500 m，目的層石炭系打屋壩組鉆厚1 009 m（圖2，示中上部），其上覆和下伏地層分別為石炭系南丹組和睦化組，均為整合接觸。依據(jù)巖性特征、測井響應(yīng)特征及區(qū)域地質(zhì)資料等，該組從下至上可分為4段：打一段（打屋壩組一段）厚度為533 m（圖2顯示了頂部），巖性以黑色碳質(zhì)泥巖為主；打二段厚度為122 m，巖性以黑色碳質(zhì)頁巖夾灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r為主，呈互層狀；打三段厚度為288 m，巖性以灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r夾黑色碳質(zhì)頁巖、灰質(zhì)泥巖為主；打四段厚度為66 m，巖性以深灰色泥晶灰?guī)r、灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層黑色碳質(zhì)頁巖為主。

圖2 六盤水地區(qū)QSD1井打屋壩組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of Dawuba Formation of Well QSD1 in Liupanshui area

2 頁巖巖相與孔隙特征

2.1 巖石學(xué)特征

2.1.1 礦物組成

打屋壩組頁巖礦物組分以脆性礦物為主（表1），含量為57%～94%，平均為80%。其中方解石含量最高，為12.0%～83.0%，平均為50.5%；其次為白云石，含量為2.0%～37.0%，平均為17.8%；石英和斜長石含量相對較低，平均值分別為11.8%和0.5%；普遍含有少量黃鐵礦，平均含量為2.1%；黏土礦物含量為5.0%～40.0%，平均為17.4%。

表1 六盤水地區(qū)QSD1打屋壩組頁巖礦物組成和有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)Table 1 Mineral composition and organic geochemical data of shale samples of Dawuba Formation of Well QSD1 in Liupanshui area

2.1.2 巖相類型

頁巖巖相劃分主要有3種方案：第1種根據(jù)巖石礦物組分劃分巖相類型；第2種根據(jù)主要沉積特征劃分巖相類型；第3種根據(jù)古生物類型劃分巖相［13-14］。本次研究主要以巖石礦物組分為基本巖相劃分參數(shù)，依據(jù)石英＋長石（硅質(zhì)礦物）、碳酸鹽礦物和黏土礦物三端元圖解法建立劃分模式圖版。以礦物組分含量50%為界限，共劃分出4大類巖相組合，分別為硅質(zhì)頁巖巖相組合、灰質(zhì)頁巖巖相組合、黏土質(zhì)頁巖巖相組合和混合質(zhì)頁巖巖相組合。依據(jù)礦物組分25%、50%和75%為界限，每一類巖相組合又可進(jìn)一步細(xì)分為4類次級(jí)巖相，共16類頁巖巖相（圖3）。

依據(jù)上述巖相劃分方案，將QSD1井樣品投入三角圖版中，分為3類：灰質(zhì)頁巖相、混合灰質(zhì)頁巖相和含黏土灰質(zhì)頁巖相。從圖3可以看出，QSD1井樣品整體碳酸鹽礦物含量較高，均屬于灰質(zhì)頁巖巖相組合。

圖3 六盤水地區(qū)打屋壩組與渝東南地區(qū)龍馬溪組頁巖巖相類型劃分Fig.3 Types of shale lithofacies of Dawuba Formation in Liupanshui area and Longmaxi Formation in Southeastern Chongqing

縱向上由深到淺，巖相類型從含黏土灰質(zhì)頁巖相逐漸過渡為混合灰質(zhì)頁巖相和灰質(zhì)頁巖相，碳酸鹽礦物含量呈增高趨勢，黏土礦物含量呈下降趨勢（圖2）。而渝東南地區(qū)龍馬溪組頁巖硅質(zhì)礦物含量普遍較高，主要以硅質(zhì)頁巖相和混合質(zhì)頁巖相為主，具體包括含黏土/硅混合質(zhì)頁巖相、含黏土硅質(zhì)頁巖相、混合硅質(zhì)頁巖相和硅質(zhì)頁巖相［15］（圖3）。兩套層系頁巖黏土礦物含量均低于50%，差異較小，但碳酸鹽礦物含量和硅質(zhì)礦物含量差異較大，打屋壩組頁巖的碳酸鹽礦物含量絕大多數(shù)大于50%，而龍馬溪組頁巖的硅質(zhì)礦物含量絕大多數(shù)大于50%。

灰質(zhì)頁巖相該類巖石的硅質(zhì)礦物含量介于0%～25%，碳酸鹽礦物含量大于75%，黏土礦物含量在0%～25%之間。巖性主要為深灰色泥晶灰?guī)r（圖4a）夾薄層碳質(zhì)泥巖，具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，可見方解石脈體。巖石主要由方解石組成，其次為白云石和石英。細(xì)小成巖微裂隙發(fā)育，多順層展布，延伸較短，寬度小于0.01 mm，且多被有機(jī)質(zhì)充填（圖4b）。巖石孔隙以溶蝕孔和微裂縫為主，有機(jī)質(zhì)孔和黏土礦物層間孔基本不發(fā)育（圖4c）。

圖4 六盤水地區(qū)QSD1井打屋壩組頁巖不同類型巖相特征Fig.4 Characteristics of different shale lithofacies of Dawuba Formation of Well QSD1 in Liupanshui area

混合灰質(zhì)頁巖相該類巖石的硅質(zhì)礦物含量和黏土礦物含量均介于0%～25%，碳酸鹽礦物含量在50%～75%之間。巖性主要為灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r夾黑色碳質(zhì)頁巖、灰質(zhì)泥巖（圖4d），層理縫發(fā)育，可見方解石晶體充填。巖石主要由方解石組成，多呈泥晶結(jié)構(gòu)，晶粒細(xì)小，多小于0.01 mm；其次為白云石，多呈自形粒狀零星分布于泥晶方解石中；含少量泥質(zhì)組分，多呈黃褐色混于泥晶方解石中，主要為黏土礦物的集合體；少量有機(jī)質(zhì)呈黑色團(tuán)塊狀混于巖石中（圖4e）。巖石孔隙以溶蝕孔、礦物晶間孔及微裂縫為主，有機(jī)質(zhì)孔多呈條帶狀分布（圖4f）。

含黏土灰質(zhì)頁巖相該類巖石的硅質(zhì)礦物含量介于0%～25%，黏土礦物含量在25%～50%之間，碳酸鹽礦物含量在50%～75%之間。巖性主要為黑色碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)頁巖，層理縫發(fā)育（圖4g）。巖石組成以泥質(zhì)為主，呈微晶狀黏土礦物集合體，有機(jī)質(zhì)呈黑色團(tuán)塊狀混在泥質(zhì)中；其次為硅質(zhì)，主要呈微晶石英集合體，少量呈粒狀充填在巖石裂隙中（圖4h）。掃描電鏡下可見有機(jī)質(zhì)孔較為發(fā)育，且多與黏土礦物呈復(fù)合體存在（圖4i）。

2.2 有機(jī)地球化學(xué)特征

打屋壩組頁巖（22塊樣品）有機(jī)碳含量（TOC）相對較低，介于0.28%～1.88%（表1），平均值為0.87%。約70%的樣品TOC集中在0.5%～1%，以混合灰質(zhì)頁巖相為主；約12%的樣品TOC大于1%，以含黏土灰質(zhì)頁巖相為主；剩余約18%的樣品TOC小于0.5%，以灰質(zhì)頁巖相為主（圖5）。打屋壩組頁巖（16塊樣品）有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）相對適中，介于1.82%～2.32%（表1）,平均值為2.06%，處于過成熟階段早期。

圖5 六盤水地區(qū)QSD1井打屋壩組不同類型巖相頁巖有機(jī)碳含量分布Fig.5 The TOC distribution of different shale lithofacies of Dawuba Formation of Well QSD1 in Liupanshui area

2.3 孔隙類型

根據(jù)場發(fā)射掃描電鏡觀察，六盤水地區(qū)打屋壩組頁巖孔隙類型以無機(jī)礦物孔為主，該類型孔隙數(shù)量較多，分布較廣，為頁巖氣提供了主要儲(chǔ)集空間。其次為有機(jī)質(zhì)孔和微裂縫，盡管其數(shù)量相對較少，但均有利于提高微觀孔隙網(wǎng)縫連通性。

無機(jī)礦物孔作為打屋壩組頁巖的主要孔隙類型，主要包括粒間孔和粒內(nèi)孔。粒間孔主要為碳酸鹽礦物晶間孔、石英顆粒晶間孔、黃鐵礦顆粒晶間孔及黏土礦物層間孔等，其中碳酸鹽礦物晶間孔最為發(fā)育，孔徑變化范圍較大（從納米級(jí)至微米級(jí)），形態(tài)以狹縫狀為主，其次為三角狀和不規(guī)則形狀等，孔隙數(shù)量較多。粒內(nèi)孔主要發(fā)育于方解石和石英等顆粒內(nèi)，孔徑最大可達(dá)微米級(jí)，多呈不規(guī)則形態(tài)，其中碳酸鹽礦物溶蝕孔的孔徑相對較大，孔隙數(shù)量相對較多，但連通性較差，不利于溝通和連接微觀孔隙網(wǎng)縫［16］。無機(jī)礦物孔普遍存在于灰質(zhì)頁巖相、混合灰質(zhì)頁巖相和含黏土灰質(zhì)頁巖相中（圖4c,4f,4i）。而渝東南地區(qū)龍馬溪組頁巖碳酸鹽礦物含量普遍較低，硅質(zhì)礦物含量較高，無機(jī)礦物孔發(fā)育相對較少，且以黏土礦物層間孔為主，其次為石英顆粒晶間孔［17-18］。

有機(jī)質(zhì)孔在打屋壩組頁巖中發(fā)育數(shù)量較少，主要以狹縫狀、管柱狀和填隙狀不均勻分布于方解石晶間及晶內(nèi)，發(fā)育規(guī)模較小，順層方向分布，少量為蜂窩狀孔隙，孔隙連通性較好，以納米級(jí)孔隙為主，孔徑介于10～100 nm，有利于頁巖氣的吸附與賦存。有機(jī)質(zhì)孔主要見于混合灰質(zhì)頁巖相和含黏土灰質(zhì)頁巖相中（圖4f,4i）。而渝東南地區(qū)龍馬溪組頁巖有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育廣泛，是重要的孔隙類型，為頁巖氣提供了主要的賦存空間［17-18］。

打屋壩組頁巖中微裂縫較為發(fā)育，通常是由構(gòu)造應(yīng)力作用形成的應(yīng)力破裂縫，主要形成于礦物顆粒內(nèi)部。其次為有機(jī)質(zhì)與基質(zhì)間形成的收縮縫，主要分布在礦物顆粒邊緣和黏土礦物間，多呈不規(guī)則曲線和鋸齒狀，具有較好的延伸性，寬度普遍為100～500 nm，最大可達(dá)1μm。裂縫發(fā)育有利于連通其他類型孔隙，形成頁巖氣滲流通道，對后期儲(chǔ)層壓裂改造起到積極作用［19］。微裂縫主要見于灰質(zhì)頁巖相和混合灰質(zhì)頁巖相中（圖4c）。而渝東南地區(qū)龍馬溪組頁巖中盡管也發(fā)育微裂縫，但數(shù)量較少，延伸長度較短［17-18］。

2.4 孔徑分布、比表面積及孔容特征

目前國內(nèi)外學(xué)者對頁巖微觀孔隙類型的劃分，主要依據(jù)國際理論和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（IUPAC）的孔隙分類方案，分為微孔（孔徑＜2 nm）、介孔（孔徑為2～50 nm）和宏孔（孔徑＞50 nm）［20］。本文主要通過對每一種巖相類型選取典型樣品，采用氮?dú)馕胶投趸嘉铰?lián)合測定法，分析對比不同巖相類型孔隙直徑、比表面積和孔隙體積等參數(shù)的變化趨勢，探討不同巖相類型對頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響。9塊樣品的測試結(jié)果（表2）表明：打屋壩組頁巖孔隙直徑為6.276～10.913 nm，平均值為8.413 nm；頁巖總孔隙體積為（10.04～24.26）×10-3mL/g，平均值為17.93×10-3mL/g，微孔、介孔和宏孔貢獻(xiàn)比例分別為5.39%、78.22%、16.39%；頁巖總比表面積為5.20～17.61 m2/g，平均值為12.17 m2/g，主要由介孔提供（占71.12%），其次為微孔和宏孔，分別占27.82%和1.06%?？v向上由深到淺，巖相類型從含黏土灰質(zhì)頁巖相逐漸過渡為混合灰質(zhì)頁巖相和灰質(zhì)頁巖相，孔隙體積和比表面積均呈降低趨勢（圖2）。

表2 六盤水地區(qū)QSD1井打屋壩組頁巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 2 The statistics of pore parameters of the shale samples within Dawuba Formation of Well QSD1 in Liupanshui area

灰質(zhì)頁巖相孔隙直徑為8.396～10.913 nm，平均值為9.594 nm；總孔隙體積為（10.04～15.68）×10-3mL/g，平均為12.65×10-3mL/g，微孔、介孔和宏孔貢獻(xiàn)比例分別為5.05%、78.56%和16.39%；總比表面積為5.20～11.25 m2/g，平均值為8.03 m2/g，主要由介孔提供（占67.30%），其次為微孔和宏孔，分別占31.40%和1.30%。

混合灰質(zhì)頁巖相孔隙直徑為7.639～8.302 nm，平均7.981 nm；總孔隙體積為（19.91～23.44）×10-3mL/g，平均值21.54×10-3mL/g，微孔、介孔和宏孔貢獻(xiàn)比例分別為5.39%、72.39%和18.41%；總比表面積為13.28～15.66 m2/g，平均值為14.42 m2/g，主要由介孔提供（占65.44%），其次為微孔和宏孔，分別占33.56%和1.00%。

含黏土灰質(zhì)頁巖相孔隙直徑為6.276～7.115 nm，平均值為6.696 nm；總孔隙體積為（21.92～24.26）×10-3mL/g，平均值為23.09×10-3mL/g，微孔、介孔和宏孔貢獻(xiàn)比例分別為3.06%、83.80%和13.13%；總比表面積為16.53～17.61 m2/g，平均值為17.07 m2/g，主要由介孔提供（占87.89%），其次為微孔和宏孔，分別占12.51%和0.79%。

研究區(qū)打屋壩組不同巖相孔隙結(jié)構(gòu)對比分析結(jié)果表明（圖6），介孔對3類巖相的孔隙體積貢獻(xiàn)最大（圖6a），而且在含黏土灰質(zhì)頁巖相中所占比例最高，其次為混合灰質(zhì)頁巖相和灰質(zhì)頁巖相。而渝東南地區(qū)龍馬溪組頁巖以硅質(zhì)頁巖相和混合質(zhì)頁巖相為主，其孔隙體積以介孔和宏孔為主［17-18］。研究區(qū)打屋壩組3類巖相的比表面積均以微孔和介孔貢獻(xiàn)為主（圖6b），其中混合灰質(zhì)頁巖相和灰質(zhì)頁巖相的微孔貢獻(xiàn)比例相對較高，而含黏土灰質(zhì)頁巖相的介孔貢獻(xiàn)比例較高。渝東南地區(qū)龍馬溪組頁巖比表面積同樣以微孔和介孔貢獻(xiàn)為主，宏孔的貢獻(xiàn)較?。?7-18］。

圖6 六盤水地區(qū)QSD1井打屋壩組不同類型巖相頁巖孔隙體積和比表面積分布特征Fig.6 Distributional characteristics of pore volume and specific surface areas of different shale lithofacies of Dawuba Formation of Well QSD1 in Liupanshui area

3 孔隙發(fā)育主控因素分析

3.1 有機(jī)碳含量

有機(jī)質(zhì)中通常發(fā)育大量微納米級(jí)孔隙，其對頁巖的儲(chǔ)集條件和孔隙結(jié)構(gòu)有重要影響［21］。研究區(qū)內(nèi)頁巖孔隙體積和比表面積均與TOC含量呈較明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖7）。

灰質(zhì)頁巖相TOC含量變化范圍較廣（圖5），平均值為0.76%，但其孔隙體積和比表面積并未隨TOC含量變化有明顯改變（圖7a，7b），主要以發(fā)育礦物溶蝕孔、礦物粒間孔和微裂縫為主（圖4c），有機(jī)質(zhì)孔極少發(fā)育。TOC對其孔隙結(jié)構(gòu)影響較小，對頁巖氣儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)有限。

混合灰質(zhì)頁巖相TOC含量主要集中在0.5%～1%區(qū)間內(nèi)（圖5），平均值為0.84%?？紫扼w積和比表面積大于灰質(zhì)頁巖相（圖7a，7b），有機(jī)質(zhì)孔相對發(fā)育，且主要以狹縫狀、管柱狀充填在礦物顆粒間或?qū)娱g縫中（圖4f），因此在混合灰質(zhì)頁巖相中，隨著TOC含量增大，有機(jī)質(zhì)孔數(shù)量逐漸增多，對頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響程度逐漸增大，有利于增加頁巖氣儲(chǔ)集空間。

圖7 六盤水地區(qū)QSD1井打屋壩組不同類型巖相頁巖孔隙體積、比表面積與TOC的關(guān)系Fig.7 Relationship between pore volume,specific surface area and TOC of different shale lithofacies of Dawuba Formation of Well QSD1 in Liupanshui area

含黏土灰質(zhì)頁巖相TOC含量均大于0.5%，平均值為1.05%，（圖5）。其孔隙體積和比表面積在3類巖相中整體最大（圖7a，7b），表明隨著頁巖TOC含量進(jìn)一步增大，易形成更多有機(jī)質(zhì)孔。另一方面，在生烴過程中，二氧化碳溶于水形成的碳酸及有機(jī)酸可以溶解方解石、長石等礦物，可以形成更多無機(jī)孔［22-23］，從而影響頁巖孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善頁巖的儲(chǔ)集空間。根據(jù)掃描電鏡觀察，含黏土灰質(zhì)頁巖相有機(jī)質(zhì)孔較為發(fā)育，且常與黏土礦物形成復(fù)合體（圖4i）。黃磊等［24］認(rèn)為和黏土礦物形成復(fù)合體的有機(jī)質(zhì)通常比充填在顆粒間的呈條帶狀的有機(jī)質(zhì)更發(fā)育孔隙，因此盡管含黏土灰質(zhì)頁巖相與混合灰質(zhì)頁巖相TOC相近，但前者孔隙體積和比表面積整體大于后者。

3.2 黏土礦物含量

灰質(zhì)頁巖相、混合灰質(zhì)頁巖相和含黏土灰質(zhì)頁巖相三者的黏土礦物含量呈遞增趨勢，孔隙體積與比表面積隨著黏土礦物含量增加呈明顯增大趨勢（圖8a，8b），表明黏土礦物對提升頁巖氣儲(chǔ)集條件起到積極作用。孫寅森等［25］認(rèn)為頁巖中的黏土礦物可形成層間縫，有利于提高孔隙體積和比表面積，同時(shí)黏土礦物中的蒙脫石在轉(zhuǎn)化為伊利石的過程中形成層間孔，可以構(gòu)成頁巖氣儲(chǔ)集空間。有機(jī)質(zhì)與礦物的賦存關(guān)系可以影響孔隙的發(fā)育形態(tài)，由于黏土礦物（特別是伊利石或伊蒙混層）的催化作用，導(dǎo)致與其相關(guān)的有機(jī)質(zhì)孔極為發(fā)育［25-26］。因此，在打屋壩組頁巖碳酸鹽礦物含量普遍較高的條件下，黏土礦物含量是影響頁巖孔隙結(jié)構(gòu)最主要的因素，這決定了含黏土灰質(zhì)頁巖相的儲(chǔ)集條件最好，其中發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔與黏土礦物層間孔形成的復(fù)合孔隙對頁巖氣賦存最為有利。

圖8 六盤水地區(qū)QSD1井打屋壩組不同類型巖相頁巖孔隙體積、比表面積與黏土礦物含量的關(guān)系Fig.8 Relationship between pore volume，specific surface area and clay mineral content of different shale lithofacies of Dawuba Formation of Well QSD1 in Liupanshui area

3.3 碳酸鹽礦物含量

灰質(zhì)頁巖相、混合灰質(zhì)頁巖相和含黏土灰質(zhì)頁巖相三者的碳酸鹽礦物含量呈遞減趨勢，且與孔隙體積和比表面積均呈明顯的負(fù)相關(guān)（圖9a，9b），表明碳酸鹽礦物對頁巖氣儲(chǔ)集條件起到抑制作用。碳酸鹽礦物具有很強(qiáng)的化學(xué)膠結(jié)作用，抑制了納米—微米級(jí)孔隙及微裂縫的發(fā)育［27］。雖然溶蝕作用可以導(dǎo)致碳酸鹽礦物形成溶蝕孔，但通常碳酸鹽膠結(jié)作用大于溶蝕作用，抑制了孔隙發(fā)育，降低了頁巖儲(chǔ)集空間［23,28］。此外，盡管碳酸鹽礦物脆性較強(qiáng)，受到應(yīng)力時(shí)可產(chǎn)生礦物粒間孔和微裂縫，但在壓實(shí)過程中，碳酸鹽礦物顆粒形成的粒間納米級(jí)孔隙骨架被黏土礦物、有機(jī)質(zhì)和膠結(jié)物等進(jìn)一步充填，導(dǎo)致碳酸鹽礦物粒間孔隙減少，影響了孔隙形態(tài)和結(jié)構(gòu)［29-30］，降低了頁巖孔隙體積與比表面積。

圖9 六盤水地區(qū)QSD1井打屋壩組不同類型巖相頁巖孔隙體積、比表面積與碳酸鹽礦物含量的關(guān)系Fig.9 Relationship between pore volume，specific surface area and carbonate mineral content of different shale lithofacies of Dawuba Formation of Well QSD1 in Liupanshui area

4 結(jié)論

（1）貴州六盤水地區(qū)QSD1井下石炭統(tǒng)打屋壩組頁巖的巖相類型主要包括灰質(zhì)頁巖相、混合灰質(zhì)頁巖相和含黏土灰質(zhì)頁巖相，頁巖孔隙可分為有機(jī)質(zhì)孔隙、無機(jī)礦物孔隙和微裂縫3種孔隙類型。含黏土灰質(zhì)頁巖相為最有利巖相，其平均孔隙體積和比表面積最大，所發(fā)育的黏土礦物層間孔和有機(jī)質(zhì)孔對頁巖氣賦存最為有利。

（2）打屋壩組頁巖孔隙直徑介于6.276～10.913 nm，平均值為8.413 nm；頁巖總孔隙體積為（10.04～24.26）×10-3mL/g，平均值為17.93×10-3mL/g；頁巖比表面積為5.20～17.61 m2/g，平均值為12.17 m2/g。介孔對孔隙體積和比表面積的貢獻(xiàn)最大，其次為微孔和宏孔，這與渝東南地區(qū)龍馬溪組的特征有所差別。

（3）有機(jī)碳含量和黏土礦物含量是影響頁巖微觀孔隙特征的最主要因素，碳酸鹽礦物含量次之；有機(jī)碳和黏土礦物對頁巖儲(chǔ)層孔隙發(fā)育具有積極作用，碳酸鹽礦物對頁巖孔隙發(fā)育起到了抑制作用。