李　霞，王　勤，黃志誠(chéng)

(南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210046)

頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展及下?lián)P子古生界頁(yè)巖孔隙特征

李霞，王勤，黃志誠(chéng)

(南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210046)

摘要：天然氣可以吸附或以游離態(tài)賦存在富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中，使頁(yè)巖成為一種重要的非常規(guī)儲(chǔ)集體。頁(yè)巖的微米—納米級(jí)孔隙是頁(yè)巖氣富集的重要場(chǎng)所，常規(guī)孔隙研究手段難以適用，目前，國(guó)際上尚沒(méi)有關(guān)于頁(yè)巖孔隙類(lèi)型的統(tǒng)一分類(lèi)方案。因此，頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)特征成為頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵問(wèn)題?？偨Y(jié)近年來(lái)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的主要研究手段和分類(lèi)，并初步分析了浙西—皖南下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖的孔隙特征。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖；孔隙結(jié)構(gòu)；孔隙類(lèi)型；頁(yè)巖氣；下?lián)P子地區(qū)

0引言

近年來(lái),水平鉆井技術(shù)、水力壓裂技術(shù)的進(jìn)步，使得低孔、低滲、開(kāi)發(fā)難度大的頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源的獲取成為可能。頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵問(wèn)題。由于頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)以微米—納米級(jí)為主，常規(guī)測(cè)量方法并不完全適用于頁(yè)巖。目前主要是通過(guò)高分辨率顯微鏡進(jìn)行圖像分析(Kwon et al,2004；Desbois et al,2009；Loucks et al,2009,2012；Day-Stirrat et al,2010；Milliken et al,2010；Curtis et al,2011；Slatt et al,2011)，以及通過(guò)巖石物理學(xué)的手段進(jìn)行測(cè)量(田華等，2012；冉波等，2013；Chalmers et al，2012)。本次研究從研究手段和分類(lèi)方案的角度出發(fā)，總結(jié)了頁(yè)巖孔隙特征的研究進(jìn)展，并據(jù)此對(duì)下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征展開(kāi)分析。

1孔隙結(jié)構(gòu)的研究手段

使用高分辨率顯微鏡進(jìn)行圖像觀察是目前研究頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的主要手段，其他學(xué)科(如化學(xué)工程和表面化學(xué))用來(lái)研究微孔材料的一些方法亦可用于頁(yè)巖孔隙的研究，即通過(guò)巖石物理學(xué)的方法定量描述孔隙結(jié)構(gòu)。

1.1　圖像觀察法

圖像觀察法主要是通過(guò)高分辨率顯微鏡對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接觀察，并根據(jù)圖像分析孔隙大小、形狀、分布等。目前使用的設(shè)備包括光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(X-ray CT)等。其中光學(xué)顯微鏡的分辨率較低，只能觀察到微裂隙及少量微米級(jí)的孔隙。

掃描電鏡觀察法是在新鮮的斷面上觀察孔隙結(jié)構(gòu)和裂隙，三維灰度成像，具有立體感較強(qiáng)、景深大、能定性識(shí)別黏土礦物組分等優(yōu)點(diǎn)。Chalmers等(2012)根據(jù)國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)學(xué)會(huì)(IUPAC)的孔隙定義(Rouquerol et al,1994)，將頁(yè)巖孔隙劃分為宏孔(>50 nm)，中孔(介孔)(2～50 nm)，微孔(<2 nm)三大類(lèi)。使用鎢燈絲的掃描電鏡雖然可以對(duì)宏孔進(jìn)行較好的成像(圖1a)，但不能準(zhǔn)確地對(duì)納米級(jí)孔隙進(jìn)行成像。高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)和透射電鏡的出現(xiàn)使獲取納米孔的清晰圖像成為可能，F(xiàn)E-SEM觀測(cè)精度可達(dá)0.04 nm(鄒才能等, 2011)，TEM的分辨率更高，可觀察孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖1b)。此外，環(huán)境掃描電鏡、原子力顯微鏡等也逐漸地應(yīng)用于頁(yè)巖孔隙微觀結(jié)構(gòu)的研究(張廷山等, 2013; 梁興等, 2014)；環(huán)境掃描電鏡的樣品不需要噴碳或金，可在自然狀態(tài)下觀察頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)(圖1c)；而原子力顯微鏡與SEM相比，分辨率更高，不僅可顯示樣品表面的起伏形態(tài)，還可用于判別孔隙的類(lèi)型。但受頁(yè)巖的非均質(zhì)性及成分的復(fù)雜性的限制，原子力顯微鏡仍需與其他實(shí)驗(yàn)方法配合使用(Javadpour,2009;Javadpour et al,2012)。圖1d為筇竹寺組頁(yè)巖的AFM圖像，規(guī)則排列的柵格間為納米級(jí)孔隙，分辨率可達(dá)5 nm，有鋸齒狀緊密排列的結(jié)構(gòu)特征，可能是頁(yè)巖中干酪根大分子團(tuán)緊密排列的結(jié)果。

由于常用的巖樣拋光技術(shù)會(huì)在樣品表面留下擦痕，導(dǎo)致人為的孔隙及微裂隙，因此在使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡和透射電鏡觀察頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)時(shí)，常使用氬離子研磨(Ar-ion beam milling)和聚焦離子束(FIB)研磨等精細(xì)研磨拋光技術(shù)。氬離子研磨不受樣品硬度的影響且操作面積較大，能夠獲得較光滑的平面，但仍可觀察到研磨拋光的痕跡(圖1e)，其加工區(qū)域一般為1.5 mm×0.5 mm，常與SEM結(jié)合使用，識(shí)別的孔隙尺寸可到5 nm(Loucks et al,2009，2012)。FIB研磨技術(shù)可消除表面的粗糙形成平坦的表面(Erdman et al,2006；Keller et al,2011)，常與FE-SEM和TEM相結(jié)合，觀察頁(yè)巖儲(chǔ)層中的宏孔和中孔及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖1f)。如果使用FIB研磨對(duì)樣品進(jìn)行連續(xù)的減薄，就可實(shí)現(xiàn)巖石組構(gòu)的三維成像(Lemmens et al,2010；Curtis et al,2012b；Bai et al,2013)。但FIB研磨技術(shù)的離子刻槽范圍很小，且受樣品顆粒尺寸的影響，難以約束大范圍的孔隙結(jié)構(gòu)狀態(tài)(Chalmers et al,2012)，同時(shí)鎵離子有可能對(duì)樣品表面造成破壞(Erdman et al,2006)。

圖1　不同地區(qū)頁(yè)巖高分辨率電鏡的成像對(duì)比(a) Barnett頁(yè)巖的SEM圖像：比例尺1 μm，孔徑約 300～800 nm(Sondergeld et al,2010)；(b) Ar離子拋光后的Barnett頁(yè)巖的SEM圖像、有機(jī)質(zhì)孔隙：表面有研磨痕跡(Loucks et al,2009)；(c) Woodford 頁(yè)巖的FIB-SEM圖像：表面非常平整，幾乎看不到研磨痕跡，且能觀察到有機(jī)質(zhì)孔隙內(nèi)的指狀結(jié)構(gòu)(Curtis et al,2012a)；(d) Barnett頁(yè)巖的TEM圖像：可觀察到的孔徑最小為2 nm，有機(jī)質(zhì)成海綿狀的結(jié)構(gòu)(據(jù)Curtis et al,2011)；(e) 龍馬溪組頁(yè)巖的ESEM圖像(張廷山等,2013)；(f) 筇竹寺組頁(yè)巖的AFM圖像：納米孔隙成規(guī)則柵格狀排列，有鋸齒狀的結(jié)構(gòu)特征，其寬度可達(dá)5 nm(梁興等, 2014)Fig.1　Comparison of high-resolution electron microscopic images for shales in different areas(a) SEM image of the Barnett shale, scale of 1 μm, pore size of about 300～800 mm (Sondergeld et al, 2010);(b) SEM image of the Barnett shale after argon ion polishing, and organic matter pore. Grinding trace can be seen in the shale surface (Loucks et al, 2009);(c) FIB-SEM image of the Woodford shale, with a smooth surface and no grinding trace. Finger-like structure can be observed in the organic matter pores (Curtis et al, 2012a)；(d) TEM image of the Barnett shale, with a minimum pore size of 2 nm, and spongy organic matter (Curtis et al, 2011);(e) ESEM image of the Longmaxi Formation shale (Zhang et al, 2013);(f) AFM image of the Qiongzhusi Formation shale. The nanometer pores display a regular grid arrangement, with a serrated texture, up to 5 nm wide (Liang et al, 2014)

X-ray CT技術(shù)根據(jù)不同物體對(duì)X射線的吸收能力的不同，利用計(jì)算機(jī)三維成像技術(shù)重建斷層影像，在頁(yè)巖的研究中則主要用于判斷米—毫米尺度巖芯的層理及礦物優(yōu)選方向、密度等(Josh et al，2012)。Micro-CT、Nano-CT的原理與X-ray CT相同，但具備更高的分辨率，Micro-CT分辨率在1 μm內(nèi)，Nano-CT的分辨率最高可達(dá)50 nm(鄒才能等，2011)。然而，Nano-CT的分辨率無(wú)法對(duì)中孔、微孔進(jìn)行觀察，因此崔景偉等(2012)提出先進(jìn)行工藝CT-微米、再進(jìn)行CT-納米和CT/FIB系列掃描分析的研究方法。

1.2　物理測(cè)量法

此類(lèi)方法直接測(cè)量頁(yè)巖的孔隙大小、分布、孔隙率和比表面積，主要包括壓汞法(Mercury Injection Capillary Pressure， MICP)、氣體吸附分析(CO2吸附法、N2吸附法)和核磁共振法(NMR)。

壓汞法是通過(guò)測(cè)量不同外壓下進(jìn)入頁(yè)巖孔隙中汞的量，繪制進(jìn)退汞曲線，來(lái)獲得頁(yè)巖孔隙體積的分布狀態(tài)。壓汞儀的最大工作壓力決定其探測(cè)的最小孔徑，探測(cè)范圍為7.5～ 75 000 nm，可獲得孔隙率、比表面積及孔徑分布等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。壓汞法存在如下局限性:(1) 頁(yè)巖為低孔、低滲的致密巖石時(shí)，壓汞所需的高壓會(huì)對(duì)頁(yè)巖造成人為破壞而引起誤差；(2) 壓汞法的假設(shè)條件(圓柱狀孔隙且表面光滑)與頁(yè)巖的復(fù)雜孔隙類(lèi)型及粗糙表面不相符；(3) 孔喉的存在會(huì)影響測(cè)量結(jié)果(謝曉永等,2006；Giesche,2006)。

氣體吸附法用于測(cè)量等溫不等壓條件下樣品表面對(duì)N2和CO2的吸附量，通過(guò)吸附-脫附等溫線來(lái)獲得頁(yè)巖孔隙體積、孔徑分布及孔隙形態(tài)等信息(陳尚斌等, 2012,2013；鐘太賢, 2012；Chalmers et al,2012)。氣體吸附法探測(cè)下限取決于氣體分子直徑，N2吸附的探測(cè)范圍一般為1.5～300 nm(梁興等，2014)，因此頁(yè)巖的中孔分布可利用基于B￣r￣u￣n￣a￣u￣e￣r￣-￣E￣m￣m￣ett-Teller(BET)、Barrett-Joyner-Halenda(BJH)方程模型(謝曉永等,2006；Bustin et al,2008)的N2氣體吸附分析測(cè)定。CO2氣體可以進(jìn)入0.35 nm的孔隙，因此可獲得頁(yè)巖的微孔分布(Bustin et al,2008)。由于壓汞法探測(cè)上限為1 mm，氣體吸附法探測(cè)下限為0.35 nm，所以前者可以反映頁(yè)巖宏孔甚至微裂縫的信息，而后者可以有效反映頁(yè)巖中納米孔隙的分布(謝曉永等，2006；田華等，2012)。因此，為揭示頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的全貌，頁(yè)巖中的宏孔可用壓汞法測(cè)定，介孔用N2氣體吸附法測(cè)定，微孔用CO2氣體吸附法測(cè)定(田華等,2012；Bustin et al,2008；Ross et al,2009)。基于氣體吸附等溫線，淬火固體密度泛函理論(QSDFT)通過(guò)粗糙度來(lái)定量描述表面幾何形態(tài)，可計(jì)算介孔和微孔的孔徑分布，適于頁(yè)巖復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的研究(楊侃等，2013；Neimark et al,2009)。

測(cè)井核磁共振技術(shù)利用有磁矩的原子核吸收射頻輻射能量時(shí)產(chǎn)生的核磁共振現(xiàn)象，可獲得各種有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)信息，近年來(lái)也應(yīng)用于測(cè)量頁(yè)巖孔隙率及孔徑分布(孫軍昌等,2012；鄒才能等，2013；Washburn et al，2013)。以1H核為研究對(duì)象所獲得的譜圖稱(chēng)為氫核磁共振波譜圖。由于孔隙的大小與氫核的弛豫率成反比關(guān)系，一般采用T2(流體的弛豫時(shí)間)譜(劉堂宴等,2003)，測(cè)試孔徑范圍一般為8 nm～80 μm(鄒才能等,2013)。由于其探測(cè)對(duì)象是孔隙流體中的氫核，因而避開(kāi)了巖性和有機(jī)碳的影響，可以有效反映儲(chǔ)層總孔隙度、有效孔隙度等信息，并可以利用T2譜的形態(tài)和裂縫飽和度將頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集空間分為兩大類(lèi): 孔隙型和裂隙型(丁娛嬌等,2014)。但由于核磁共振法受測(cè)試環(huán)境、儀器參數(shù)、樣品的微孔隙、順磁性物質(zhì)及流體類(lèi)型等因素影響，此方法亦存在局限性:(1) 獲得的孔隙率低于壓汞法孔隙率及氦孔隙率(Yao et al,2010)；(2) 由于頁(yè)巖中納米級(jí)孔隙的流體弛豫時(shí)間短，可能低于儀器下限而無(wú)法探測(cè)(焦堃等,2014)；(3) 難以區(qū)分有機(jī)質(zhì)孔隙中的水和有機(jī)質(zhì)，造成數(shù)據(jù)解讀復(fù)雜(焦堃等,2014)。因此，目前利用核磁共振法研究頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征存在較大的難度，需要儀器精度和數(shù)據(jù)解釋方法的突破。

以上對(duì)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的常用研究手段的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)(表1)，隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，圖像觀察法和物理測(cè)量法相結(jié)合已成為定量研究頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)。

2孔隙分類(lèi)方法

孔隙的形態(tài)、大小及分布是進(jìn)行孔隙分類(lèi)的主要標(biāo)準(zhǔn)。使用圖像觀察法，可以將孔隙劃分為粒內(nèi)孔、粒間孔、有機(jī)質(zhì)孔及微裂隙，而依據(jù)物理測(cè)量法可對(duì)孔隙的大小進(jìn)行分類(lèi)。

2.1　基于圖像觀察法的孔隙分類(lèi)

此分類(lèi)方案與常規(guī)儲(chǔ)層的孔隙分類(lèi)方案基本類(lèi)似，在圖像觀察的基礎(chǔ)上，依據(jù)孔隙的發(fā)育位置及其與巖石顆粒之間的關(guān)系對(duì)孔隙進(jìn)行分類(lèi)。結(jié)合氬離子研磨和SEM觀察的結(jié)果，Loucks等(2009)首次提出了有機(jī)質(zhì)納米孔隙(Organoporosity)的概念，Ambrose(2010)、Passey等(2010)、Schieber(2010)、Curtis等(2011)等都證實(shí)了頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)孔隙的存在。Slatt等(2011)通過(guò)對(duì)美國(guó)Barnett和Woodford頁(yè)巖中孔隙類(lèi)型的定性觀察研究，劃分出6類(lèi)頁(yè)巖孔隙: 黏土礦物絮體間孔隙、有機(jī)質(zhì)孔隙、糞球粒內(nèi)孔隙、化石碎屑內(nèi)孔隙、顆粒內(nèi)孔隙、微裂隙通道。

表1　頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的研究手段

Loucks等(2012)進(jìn)一步提出了頁(yè)巖基質(zhì)孔隙(基質(zhì)中未被充填的空間)的三端元分類(lèi)模型: 粒間孔、粒內(nèi)孔和有機(jī)質(zhì)孔隙。(1) 粒間孔主要是塑性顆粒(片狀黏土礦物、糞球粒等)、脆性顆粒(石英、長(zhǎng)石、自生黃鐵礦和生物碎屑等)之間的孔隙。(2) 粒內(nèi)孔主要是顆粒內(nèi)部的孔隙，如化石、云母、黃鐵礦微球粒等內(nèi)部的孔隙，也包括顆粒內(nèi)的溶蝕孔(例如長(zhǎng)石的溶蝕孔)。(3) 有機(jī)質(zhì)孔隙為發(fā)育在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部的粒內(nèi)孔隙。與基質(zhì)孔隙相對(duì)應(yīng)，非基質(zhì)孔隙是指不受單個(gè)基質(zhì)顆粒影響，即與破裂有關(guān)的孔隙。

上述三端元分類(lèi)模型方案得到了國(guó)內(nèi)許多學(xué)者的認(rèn)可(蔣裕強(qiáng)等，2010；陳尚斌等，2012；王玉滿等，2012；吳勘等，2012；朱日房等，2012；黃振凱等，2013等；司馬立強(qiáng)等，2013)。然而與北美穩(wěn)定的富有機(jī)質(zhì)海相泥頁(yè)巖相比，中國(guó)的沉積盆地發(fā)育了海相、陸相及海陸過(guò)渡相3類(lèi)富含有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖，具有自身的特性。國(guó)內(nèi)學(xué)者在研究四川、鄂爾多斯等地的頁(yè)巖孔隙時(shí)提出了各種孔隙分類(lèi)方案，但基本上可以按照Loucks等(2012)的分類(lèi)方案進(jìn)行匯總(表2)。

表2　中國(guó)頁(yè)巖孔隙分類(lèi)方案匯總

2.2　基于物理測(cè)量法的孔隙分類(lèi)

圖像觀察法在測(cè)定孔隙大小分布時(shí)，統(tǒng)計(jì)代表性較差，測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng)，且難以反映儲(chǔ)層的巖石物理性質(zhì)(田華等,2012；Loucks et al,2012)。而壓汞法與氣體吸附法等方法可以對(duì)頁(yè)巖的孔隙大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為建立孔隙與巖石物性的關(guān)系提供了基礎(chǔ)(田華等,2012)。但是,關(guān)于宏孔、中孔(介孔)及微孔的分類(lèi)界線目前還存在爭(zhēng)議。Chalmers等(2012)將頁(yè)巖孔隙劃分為宏孔(>50 nm)，中孔(介孔)(2～50 nm)，微孔(<2 nm)，并將中孔進(jìn)一步劃分為細(xì)介孔(2～10 nm)、中介孔(10～25 nm)和粗介孔(25～50 nm)，認(rèn)為中孔和微孔對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙率具有較大貢獻(xiàn)。冉波等(2013)重新厘定了四川盆地南緣五峰—龍馬溪組頁(yè)巖的孔隙大小分布: 宏孔(>1 000 nm)、中孔(10～1 000 nm)、微孔(<10 nm)，其分類(lèi)界限較粗，與煤儲(chǔ)層常采用的霍比特分類(lèi)一致。根據(jù)筆者對(duì)下?lián)P子地區(qū)頁(yè)巖的SEM 觀察及PCAS統(tǒng)計(jì)，下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖孔隙的孔徑較大，0.1～1.0 μm的孔隙占50%以上，平均孔徑約為0.100～1.886 μm，所以采用冉波等(2013)的分類(lèi)方案更恰當(dāng)。

此外，進(jìn)退汞曲線、等溫吸附回線(吸附曲線和脫附曲線在壓力較高的部分不重合，形成吸附回線)亦可反映一定的孔隙形態(tài)及孔隙的連通性(嚴(yán)濟(jì)民等,1986；陳尚斌等,2012, 2013；魏祥峰等,2013；楊超等,2013)。國(guó)際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)根據(jù)吸附回線區(qū)分出圓柱、圓錐、平板和墨水瓶4種孔隙形態(tài)(劉輝等, 2005)。開(kāi)放性孔(包括兩端開(kāi)口的圓筒孔及四邊開(kāi)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及一端封閉的圓錐形孔)不能產(chǎn)生吸附回線。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。所以，根據(jù)進(jìn)退汞曲線和吸附回線可以判斷孔隙的開(kāi)放性與連通性，并推斷巖石的滲透性。值得注意的是，該方法僅對(duì)開(kāi)放孔有效，由于頁(yè)巖的孔隙形態(tài)各異，實(shí)際測(cè)量中可能只有少數(shù)孔隙與這5類(lèi)吸附曲線相合(魏祥峰等,2013)。

2.3　綜合分類(lèi)

于炳松(2013)提出了頁(yè)巖孔隙產(chǎn)狀-結(jié)構(gòu)綜合分類(lèi)方案。首先對(duì)頁(yè)巖孔隙的產(chǎn)狀進(jìn)行3級(jí)分類(lèi): 第一級(jí)為大類(lèi)，根據(jù)孔隙發(fā)育與巖石顆粒之間的關(guān)系分為基質(zhì)孔隙和裂隙兩大類(lèi)；再根據(jù)孔隙發(fā)育在顆粒的內(nèi)外將基質(zhì)孔隙大類(lèi)進(jìn)行第二級(jí)分類(lèi)，包括粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙和有機(jī)質(zhì)孔隙；然后根據(jù)發(fā)育孔隙的顆粒屬性及顆粒間的關(guān)系進(jìn)行第三級(jí)分類(lèi)即亞類(lèi)(表3)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合孔隙大小進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類(lèi)，分為微孔、中孔及宏孔3類(lèi)。此分類(lèi)方案將圖像觀察與物理測(cè)量指標(biāo)相結(jié)合、孔隙結(jié)構(gòu)與孔隙產(chǎn)狀相結(jié)合，有助于對(duì)孔隙成因和演化進(jìn)行有效分析。不同特征的頁(yè)巖所適用的孔隙分類(lèi)方法不同，據(jù)筆者的SEM定性觀察及PCAS統(tǒng)計(jì)，下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖孔隙分類(lèi)方案可以綜合Loucks等(2012)、冉波等(2013)分類(lèi)方案進(jìn)行。

表3　綜合分類(lèi)法

注：據(jù)于炳松,2013修改

3下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖的孔隙特征

本次研究在浙西—皖南下?lián)P子地區(qū)采集了古生界荷塘組、胡樂(lè)組和寧國(guó)組的頁(yè)巖樣品，利用光學(xué)顯微鏡和普通SEM對(duì)樣品進(jìn)行圖像分析。南京幕府山下寒武統(tǒng)荷塘組采集了粉砂質(zhì)-炭質(zhì)泥巖樣品。浙西安吉胡村剖面的下寒武統(tǒng)荷塘組受到侵入巖的影響，所采樣品包括硅質(zhì)巖。皖南寧國(guó)胡樂(lè)剖面的中奧陶統(tǒng)胡樂(lè)組、寧國(guó)組均受到風(fēng)化作用，所采樣品主要為炭質(zhì)頁(yè)巖。

首先對(duì)頁(yè)巖樣品進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，受分辨率的限制，只可見(jiàn)微米級(jí)的孔隙和微裂隙(圖2)。結(jié)合SEM觀察，下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖樣品中的孔隙類(lèi)型主要為粒間孔、粒內(nèi)孔及微裂隙，其中粒間孔包括黏土礦物(高嶺石、伊利石等)、邊緣溶蝕孔、石英、石膏、云母、黃鐵礦之間的孔隙。

圖2　光學(xué)顯微鏡下觀察的幕府山(南京)荷塘組粉砂質(zhì)-炭質(zhì)泥巖的微裂隙及孔隙(a) 單偏光；(b) 插入石膏試板的影像：微裂隙及孔隙呈紫紅色Fig.2　Optical microscopical images of micro-fissures and pores in the Hetang Fm. silty-carbonaceous mudstone from the Mufu Mountain, Nanjing(a) Under a polarized light microscope；(b) An image after inserting gypsum plate, with purple red micro-fissures and pores

圖3為下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖粒間孔的SEM圖像，荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖中，片狀高嶺石之間發(fā)育線狀、圓狀、橢圓狀粒間孔，平均孔徑0.322 μm，邊緣可見(jiàn)溶蝕孔(2～5 μm)及微裂隙，且粒間孔和溶蝕孔斷續(xù)相連，說(shuō)明孔隙具有一定的連通性(圖3a)。安徽寧國(guó)胡樂(lè)組炭質(zhì)泥巖中含有晶型較好、成草莓球狀的黃鐵礦，發(fā)育0.1 μm圓狀黃鐵礦粒間孔，黃鐵礦周?chē)鸀轲ね恋V物，黃鐵礦與黏土礦物之間發(fā)育了粒間孔，孔徑約0.114～0.799 μm(圖3b)。皖南寧國(guó)組炭質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育線狀、條狀、纏繞狀或扭曲狀的伊利石粒間孔(圖3c)，孔徑約0.686～14.174 μm，平均2.119 μm。浙西荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖中可見(jiàn)高嶺石粒間孔和黃鐵礦粒間孔(圖3d)層狀、條帶狀石膏粒間孔(圖3e)、片狀云母粒間孔(圖3f)，石膏粒間孔孔徑約1.142～36.521 μm，平均3.215 μm，云母粒間孔的孔徑為0.279～6.138 μm。

下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖樣品的粒內(nèi)孔主要為碳酸鹽溶蝕孔(圖4a、b)、石英粒內(nèi)孔(圖4b)和化石內(nèi)粒內(nèi)孔(圖4c)，孔徑分布約為0.050～0.714 μm，平均孔徑約0.1 μm。在浙江安吉荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖中，還可以觀察到藻類(lèi)體腔的粒內(nèi)孔(圖4c)，平均孔徑約0.45 μm，以及石英之間的微裂隙(圖4b—c)，長(zhǎng)約2.23 μm。由此可以看出下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖孔隙孔徑較大，0.1～1.0 μm的孔隙占50%以上，平均孔徑約為0.100～1.886 μm，因此下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖孔隙分類(lèi)方案可以綜合Loucks等(2012)的三端元分類(lèi)方案，以及冉波等(2013)的宏孔(>1 000 nm)、中孔(10～1 000 nm)、微孔(<10 nm)分類(lèi)方案。

圖3　下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖粒間孔的SEM圖像(a) 浙江安吉縣寒武紀(jì)荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖的粒間孔；(b) 安徽寧國(guó)胡樂(lè)組炭質(zhì)泥巖黃鐵礦周?chē)牧ｉg孔；(c) 皖南寧國(guó)組炭質(zhì)頁(yè)巖：可見(jiàn)伊利石粒間孔、石英粒間孔、黃鐵礦粒間孔的線狀、條狀、圓狀幾何形態(tài)；(d—f) 浙西荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖：可見(jiàn)(d)高嶺石粒間孔、黃鐵礦粒間孔的圓狀、橢圓狀幾何形狀；(e) 石膏粒間孔的片狀、三角狀幾何形態(tài)；(f) 云母粒間孔的片狀幾何形態(tài)Fig.3　SEM images of intergranular pores in the Paleozoic shales from the lower Yangtze area(a) Intergranular pore in the Precambrian Hetang Fm. siliceous shale of Anji county, Zhejiang Province；(b) Intergranular pore around pyrite in the Hule Fm. carbonaceous mudstone of the Ningguo area, Anhui Province；(c) Ningguo Fm. carbonaceous shale in south Anhui Province, with linear, stripped and round-shaped illite intergranular pores, quartz intergranular pores and pyrite intergranular pores；(d-f) Hetang Fm. siliceous shale in western Zhejiang Province. Round and oval-shaped kaolinite intergranular pores are observed in (d)；(e) Sheet-like and triangular gypsum intergranular pores；(f) Sheet-like mica intergranular pores

圖4　下?lián)P子古生界頁(yè)巖粒內(nèi)孔的SEM圖像(a) 皖南胡樂(lè)組炭質(zhì)頁(yè)巖：可見(jiàn)碳酸鹽溶蝕粒內(nèi)孔的圓形、橢圓形的幾何形態(tài)；(b) 浙西荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖：可見(jiàn)碳酸鹽溶蝕孔、石英粒內(nèi)孔的圓狀、橢圓及不規(guī)則幾何形態(tài)；(c)浙江安吉荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖藻類(lèi)體腔的粒內(nèi)孔及石英之間的微裂隙Fig.4　SEM images of intragranular pores in the Paleozoic shales from the lower Yangtze area(a) Hule Fm. carbonaceous shale in south Anhui Province, with round and oval-shaped intragranular pores formed by carbonate dissolution; (b) Hetang Fm. siliceous shale in western Zhejiang Province, with round, oval and irregular carbonate and quartz intragranular pores; (c) Hetang Fm. siliceous shale, with intragranular pores in algae cavity and quartz micro-fissures

圖5　利用PCAS方法統(tǒng)計(jì)浙江安吉縣荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖的面孔隙率圖(a—d) 為樣品表面不同部位的SEM圖,其相對(duì)應(yīng)的PIAS處理的結(jié)果圖像分別為圖(e—h)；彩色區(qū)域?yàn)榭紫?，面孔隙率分別為9.97%、8.42%、11.2%、5.09%，平均面孔隙率為8.67%Fig.5　Photos showing surface porosity of the Hetang Fm. siliceous shales from Anji county, Zhejiang Province used the PCAS method(a-d) are SEM images for different parts of the sample surface, and the corresponding images after PCAS process are (e-h); colorized areas are porosity, representing surface porosity of 9.97%, 8.42%, 11.2% and 5.09%, respectively; the average surface porosity is 8.67%

高分辨率顯微鏡獲得的顯微圖像可以利用Photoshop、ArcGIS、PCAS(Liu et al，2011)等圖像分析軟件進(jìn)行定量研究(張廷山等,2013；焦堃等,2014)。由于圖像觀察法的觀察區(qū)域很小，需要進(jìn)行大量觀察才能獲得具有統(tǒng)計(jì)意義的孔隙結(jié)構(gòu)。圖5為利用Photoshop、PCAS統(tǒng)計(jì)浙江安吉縣荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖的面孔隙率的實(shí)例。選取1個(gè)斷面不同部位的4張SEM圖(圖5a—d)，先使用Photoshop將孔隙圈出，然后再用PCAS定量統(tǒng)計(jì)，處理的圖像分別為圖5e—h，彩色區(qū)域指示孔隙，獲得的面孔隙率分別為9.97%、8.42%、11.2%、5.09%。因此，該斷面的平均面孔隙率約為8.67%。由于樣品成分和結(jié)構(gòu)的不均一性，且受選取圖像的隨機(jī)性、張數(shù)、分辨率及圖像分析軟件自身(如PCAS中閾值的選定)的影響，圖像分析軟件所得的結(jié)果可能難以代表整個(gè)硅質(zhì)頁(yè)巖樣品的平均孔隙率。為獲得更具統(tǒng)計(jì)意義的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，需要使用巖石物理手段進(jìn)行定量。

據(jù)PCAS不完全統(tǒng)計(jì)(表4)，下?lián)P子浙西—皖南地區(qū)古生界頁(yè)巖樣品的孔徑約0.084～36.521 μm，平均約1.035 μm，0.1～1.0 μm的粒間孔占50%以上。根據(jù)下?lián)P子古生界頁(yè)巖樣品的孔徑大小和平均面孔隙率，下?lián)P子古生界頁(yè)巖的微孔隙較為發(fā)育且孔徑較大，具有良好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)集能力。

表4　下?lián)P子地區(qū)浙西—皖南古生界頁(yè)巖微孔隙類(lèi)型及PCAS方法的不完全統(tǒng)計(jì)

4結(jié)論

(1) 圖像觀察法和物理測(cè)量法是頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的常用研究手段。通過(guò)對(duì)頁(yè)巖孔隙的直接觀察，結(jié)合圖像處理軟件可獲得孔隙形態(tài)和分布信息。而壓汞法、氣體吸附分析、核磁共振法等巖石物理學(xué)方法可獲得統(tǒng)計(jì)意義上的頁(yè)巖孔隙大小、分布、孔隙率和比表面積。介紹了國(guó)內(nèi)外代表性的頁(yè)巖孔隙分類(lèi)方案，基于圖像觀察將頁(yè)巖微孔隙分為粒間孔、粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)孔隙及微裂隙，基于物理測(cè)量按照孔徑大小分為微孔、中孔及小孔，而近年提出的產(chǎn)狀-結(jié)構(gòu)分類(lèi)方案則是將圖像觀察與物理定量分類(lèi)相結(jié)合。

(2) 利用SEM觀察了下?lián)P子浙西—皖南地區(qū)古生界頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)，并結(jié)合Photoshop和PCAS方法進(jìn)行分析，結(jié)果顯示該區(qū)古生界頁(yè)巖的主要孔隙類(lèi)型為黏土礦物粒間孔、黃鐵礦粒間孔、化石體腔粒內(nèi)孔及溶蝕孔等，孔徑范圍為0.084～36.521 μm，平均約1.035 μm，中孔(10～1 000 nm)占50%以上。下寒武統(tǒng)荷塘組硅質(zhì)頁(yè)巖的面孔隙率可達(dá)8.67%，較大的孔徑及面孔隙率暗示下?lián)P子地區(qū)古生界頁(yè)巖微孔隙較為發(fā)育，具有良好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)集能力。

5致謝

感謝尹宏偉教授、俞國(guó)華高級(jí)工程師和張文同學(xué)在采樣過(guò)程中的大力支持，以及李娟老師在掃描電鏡實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的指導(dǎo)和建議。

參考文獻(xiàn)：

崔景偉,鄒才能,朱如凱,等.2012.頁(yè)巖孔隙研究新進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展,27(12):1319-1325.

陳尚斌,朱炎銘,王紅巖,等.2012.川南龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層納米孔隙結(jié)構(gòu)特征及其成藏意義[J].煤炭學(xué)報(bào),37(3):438-444.

陳尚斌,夏筱紅,秦勇,等.2013.川南富集區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分類(lèi)[J].煤炭學(xué)報(bào),38(5):760-765.

丁娛嬌,郭保華,燕興榮,等.2014.頁(yè)巖儲(chǔ)層有效性識(shí)別及物性參數(shù)定量評(píng)價(jià)方法[J].測(cè)井技術(shù),38(3):397-303.

房立志,琚宜文,王國(guó)昌,等.2013.華夏陸塊閩西南坳陷二疊系含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖組成及賦氣孔隙特征[J].地學(xué)前緣,20(4):229-239.

黃振凱,陳建平,薛海濤,等.2013.松遼盆地白堊系青山口組泥頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),40(1):58-65.

侯宇光,何生,易積正,等.2014.頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)甲烷吸附能力的影響[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),41(2):248-256.

蔣裕強(qiáng),董大忠,漆麟,等.2010.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的基本特征及其評(píng)價(jià)[J].天然氣工業(yè),30(10):7-12.

吉利明,邱軍利,夏燕青,等.2012.常見(jiàn)黏土礦物電鏡掃描微孔隙特征與甲烷吸附性[J].石油學(xué)報(bào),33(2):249-256.

姜呈馥,程玉群,范柏江,等.2014.陸相頁(yè)巖氣的地質(zhì)研究進(jìn)展及亟待解決的問(wèn)題:以延長(zhǎng)探區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段頁(yè)巖為例[J].地質(zhì)勘探,34(2):27-33.

焦堃,姚素平,吳浩,等.2014.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙系統(tǒng)表征方法研究進(jìn)展[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào),20(1):151-161.

劉堂宴,馬在田,傅容珊,等.2003.核磁共振譜的巖石孔喉結(jié)構(gòu)分析[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,18(4):737-742.

劉輝,吳少華,姜秀民,等.2005.快速熱解褐煤焦的低溫氮吸附等溫線形態(tài)分析[J].煤炭學(xué)報(bào),30(4):507-510.

梁興,張廷山,楊洋.2014.滇黔北地區(qū)筇竹寺組高演化頁(yè)巖氣儲(chǔ)層微觀孔隙特征及其控制因素[J].天然氣工業(yè),34(2):18-26.

邱小松,楊波,胡明毅.2013.中揚(yáng)子地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層及含氣性特征[J].天然氣地球科學(xué),24(6):1274-1283.

冉波,劉樹(shù)根,孫瑋,等.2013.四川盆地南緣騎龍村剖面五峰—龍馬溪組黑色頁(yè)巖孔隙大小特征的重新厘定[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,4(5):532-542.

孫軍昌,陳靜平,楊正明,等.2012.頁(yè)巖儲(chǔ)層巖芯核磁共振響應(yīng)特征實(shí)驗(yàn)研究[J].科技導(dǎo)報(bào),30(14):25-30.

司馬立強(qiáng),李清,閆建平,等.2013.中國(guó)與北美地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層巖石組構(gòu)差異性分析及其意義[J].石油天然氣學(xué)報(bào),35(9):29-33.

田華,張水昌,柳少波,等.2012.壓汞法和氣體吸附法研究富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖孔隙特征[J].石油學(xué)報(bào),33(3):419-426.

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

吳勘,馬強(qiáng)分,馮慶來(lái).2012.鄂西建始中二疊世孤峰組孔隙特征及頁(yè)巖氣勘探意義[J].地球科學(xué)：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),37(增刊2):175-183.

魏祥峰,劉若冰,張廷山,等.2013.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及發(fā)育控制因素：以川南—黔北XX地區(qū)龍馬溪組為例[J].天然氣地球科學(xué),24(5):1048-1059.

謝曉永,唐洪明,王春華,等.2006.氮?dú)馕椒ê蛪汗ㄔ跍y(cè)試泥頁(yè)巖孔徑分布中的對(duì)比[J].天然氣工業(yè),26(12):1-3.

嚴(yán)濟(jì)民,張啟元,高敬宗.1986.吸附與凝聚固體的表面與孔[M].北京:科學(xué)出版社.

葉玥豪,劉樹(shù)根,孫瑋.2012.上揚(yáng)子地區(qū)上震旦統(tǒng)—下志留統(tǒng)黑色頁(yè)巖微孔隙特征[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,39(6):575-582.

楊超,張金川,唐玄.2013.鄂爾多斯盆地陸相頁(yè)巖微觀孔隙類(lèi)型及對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)滲的影響[J].地學(xué)前緣,20(4):240-250.

楊峰,寧正福,張世棟,等.2013.基于氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)的頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)表征[J].天然氣工業(yè),33(4):135-140.

楊侃,陸現(xiàn)彩,徐金覃,等.2013.氣體吸附等溫線法表征頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的模型適用性初探[J].煤炭學(xué)報(bào),38(5):817-821.

于炳松.2013.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙分類(lèi)與表征[J].地學(xué)前緣,20(4):211-220.

趙杏媛,張有瑜.1990.黏土礦物與黏土礦物分析[M].北京：海洋出版社．

鄒才能,朱如凱,白斌,等.2011.中國(guó)油氣儲(chǔ)層中納米孔首次發(fā)現(xiàn)及其科學(xué)價(jià)值[J].巖石學(xué)報(bào),27(6):1857-1864.

朱日房,張林曄,李鉅源,等.2012.渤海灣盆地東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖有機(jī)儲(chǔ)集空間研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),34(4):352-356.

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

鄒才能.2013.非常規(guī)油氣地質(zhì)[M].2版.北京:地質(zhì)出版社.

張廷山,楊洋,龔其森,等.2013-01-18.早古生代海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層微觀孔隙類(lèi)型,結(jié)構(gòu)特征及發(fā)育控制因素[EB/OL].北京：中國(guó)科技論文在線，http://www.paper.edu.cn/html/releasepaper/2013/01/828.

AMBROSE R J,HARTMAN R C,DIAZ-CAMPOS M,et al.2010.New pore-scale considerations for shale gas in place calculations[C]//SPE Unconventional Gas Conference 2010.Pittsburgh,Pennsylvania,USA:Society of Petroleum Engineers,SPE-131772:1-17.

BUSTIN R M,BUSTIN A M M,CUI A,et al.2008.Impact of shale properties on pore structure and storage characteristics[C]//SPE Shale Gas Production Conference 2008.Fort Worth, Texas,USA:Society of Petroleum Engineers,SPE-119892:1-28.

BAI BAOJUN,ELGMATIB M,ZHANG HAO,et al.2013.Rock characterization of Fayetteville shale gas plays[J].Fuel,105:645-652.

CURTIS M E,AMBROSE R J,SONDERGELD C H,et al.2011.Transmission and scanning electron microscopy investigation of pore connectivity of gas shales on the nanoscale[C]//North American Unconventional Gas Conference and Exhibition. Woodlands, Texas, USA: Society of Petroleum Engineers, SPE-144391:1-10.

CHALMERS G R,BUSTIN R M,POWER I M.2012.Characterization of gas shale pore systems by porosimetry,pycnometry,surface area,and field emission scanning electron microscopy/transmission electron microscopy image analyses:Examples from the Barnett,Woodford,Haynesville,Marcellus,and Doig units[J].AAPG Bulletin,96(6):1099-1119.

CURTIS M E,CARDOOT B J,SONDERGELD C H,et al.2012a.Development of organic porosity in the Woodford Shale with increasing thermal maturity[J].International Journal of Coal Geology,103:26-31.

CURTIS M E,SONDERGELD C H,AMBROSE R J,et al.2012b.Microstructural investigation of gas shales in two and three dimensions using nanometer-scale resolution imaging[J].AAPG Bulletin,96(4):665-677.

CURTIS M E,SONDERGELD C H,RAI C S,et al.2013.Relationship between organic shale microstructure and hydrocarbon generation[C]//SPE Unconventional Resources Conference-USA. Woodlands, Texas, USA: Society of Petroleum Engineers, SPE-164540:1-7.

DESBOIS G,URAI J L,KUKLA P A.2009.Morphology of the pore space in claystones-evidence from BIB/FIB ion beam sectioning and cryo-SEM observations[J].Earth,4(1):15-22.

DAY-STIRRAT R J,DUTTON S P,MILLIKEN K L,et al.2010.Fabric anisotropy induced by primary depositional variations in the silt:Clay ratio in two fine-grained slope fan complexes:Texas Gulf Coast and northern North Sea[J].Sedimentary Geology,226:42-53.

ERDMAN N,CAMPBELL R,ASAHINA S.2006.Precise SEM cross section polishing via argon beam milling[J].Microscopy Today,14(3):22-25.

GIESCHE H.2006.Mercury porosimetry:a general (practical) overview[J].Particle & Particle Systems Characterization,23(1):9-19

JAVADPOUR F.2009.Nanopores and apparent permeability of gas flow in mudrocks (shales and siltstone)[J].Journal of Canadian Petroleum Technology,48(8):16-21.

JAVADPOUR F,FARSHI M M, AMREIN M.2012.Atomic-force microscopy:a new tool for gas-shale characterization[J].Journal of Canadian Petroleum Technology,51(4):236-243.

JOSH M,ESTEBAN L,DELLE PIANE C,et al.2012.Laboratory characterisation of shale properties[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,88:107-124.

KWON O,KRONENBERG A K,GANGI A F,et al.2004.Permeability of illite-bearing shale:1.Anisotropy and effects of clay content and loading[J].Journal of Geophysical Research: Solid Earth,109:B10205.

KELLER L M,HOLZER L,WEPF R,et al.2011.3D geometry and topology of pore pathways in Opalinus clay:implications for mass transport[J].Applied Clay Science,52(112):85-95.

LOUCKS R G,REED R M,RUPPEL S C.2009.Morphology,genesis,and distribution of nanometer-scale pores in siliceous mudstones of the Mississippian Barnett shale[J].Journal of Sedimentary Research,79(12):848-861.

LEMMENS H J,BUTCHER A R,BOTHA P W S K.et al.2010.FIB/SEM and SEM/EDX:a new dawn for the SEM in the core lab?[J].Petrophysics,52(6):452-456.

LIU CHUN,SHI BIN,ZHOU JIAN,et al.2011.Quantification and characterization of microporosity by image processing,geometric measurement and statistical methods:Application on SEM images of clay materials[J].Applied Clay Science,54(1):97-106.

LOUCKS R G,REED R M,RUPPEL S C.2012.Spectrum of pore types and networks in mudrocks and a descriptive classification for matrix-related mudrock pores[J].AAPG Bulletin,96(6):1071-1098.

MILLIKEN K L,REED R M.2010.Multiple causes of diagenetic fabric anisotropy in weakly consolidated mud,Nankai accretionary prism,IODP Expedition 316[J].Journal of Structural Geology:32(12):1887-1898.

NEIMARK A V,LINA Y,RAVIKOVITCHB P I,et al.2009.Quenched solid density functional theory and pore size analysis of micro-mesoporous carbons[J].Carbon,47:1617-1628.

PASSEY Q R,BOHACS K M,ESCH W L,et al.2010.From oil-prone source rock to gas-producing shale reservoir:Geologic and petrophysical characterization of unconventional shale-gas reservoirs[C]//International Oil and Gas Conference and Exhibition 2010.Beijing,China:Society of Petroleum Engineers,SPE-131350:1-29.

ROUQUEROL J,AVNIR D,FAIRBRIDGE C W,et al.1994.Recommendations for the characterization of porous solids[J].Pure and Applied Chemistry,66(8):1739-1758.

ROSS D J K,BUSTIN R M.2009.The importance of shale composition and pore structure upon gas storage potential of shale gas reservoirs[J].Marine and Petroleum Geology,26(6):916-927.

SCHIEBER J.2010.Common themes in the formation and preservation of intrinsic porosity in shales and mudstones-illustrated with examples across the Phanerozoic[C]//SPE Unconventional Gas Conference, 2010.Pittsburgh,Pennsylvania,USA:Society of Petroleum Engineers,SPE-132370:1-12.

SONDERGELD C H,AMBROSE R J,RAI C S,et al.2010.Micro-structural studies of gas shales[C]//SPE Unconventional Gas Conference.2010.Pittsburgh, Pennsylvania, USA:Society of Petroleum Engineers,SPE-131771:1-17.

SLATT R M,O’BRIEN N R.2011.Pore types in the Barnett and Woodford gas shales:Contribution to understanding gas storage and migration pathways in fine-grained rocks[J].AAPG Bulletin,95(12):2017-2030.

WASHBURN K E, BIRDWELL J E.2013.Updated methodology for nuclear magnetic resonance characterization of shales[J].Journal of Magnetic Resonance,233:17-28.

YAO YANBIN,LIU DAMENG,CHE YAO,et al.2010.Petrophysical characterization of coals by low-field nuclear magnetic resonance (NMR)[J].Fuel,89(7):1371-1380.

A review of pore structures of shales and characteristics of pores in the Paleozoic shales from the Lower Yangtze region

LI Xia,WANG Qin,HUANG Zhi-cheng

(School of Earth Sciences and Engineering,Nanjing University,Nanjing 210046, Jiangsu, China)

Abstract：Natural gas can be found in organic-rich mud shales and their interlayers in an adsorption state or a free state, and shale formations are thus considered to be an important unconventional reservoir. Micro-nanoscale pores of shales are important space for shale gas accumulation. Common techniques used in conventional gas reservoirs are not suitable for shale gas. and till now there has been no common belief about the classification of pores in shales. Therefore, structures of pores in shale formations remain a key problem in the exploration of shale gas. This paper summarizes the recent techniques and classification used in pore structures of shales, and presents examples of the Paleozoic shales in the Lower Yangtze region.

Keywords：shale; pore structure; pore types; shale gas; Lower Yangtze region

作者簡(jiǎn)介：李霞(1991—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)轫?yè)巖顯微構(gòu)造,E-mail:lixia6583@126.com

基金項(xiàng)目：科技部“973計(jì)劃”項(xiàng)目“中國(guó)南方古生界頁(yè)巖氣賦存富集機(jī)理和資源潛力評(píng)價(jià)”(2012CB214703)

收稿日期：2014-06-18；修回日期：2014-07-03；編輯：侯鵬飛

中圖分類(lèi)號(hào)：P618.13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-3636(2015)01-0013-12

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2015.01.13