曹濤濤，劉光祥，曹清古，鄧 模

(1.湖南科技大學 頁巖氣資源利用與開發(fā)湖南省重點實驗室，湖南 湘潭 411201；2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

頁巖氣是由賦存中大孔和基質(zhì)裂縫中的游離氣、干酪根和粘土礦物中微孔及其表面的吸附氣、以及瀝青和水中的溶解氣構(gòu)成，其中吸附氣含量可占總含氣量的20%～85%[1]。大量的研究表明有機孔是海相高過成熟頁巖中氣體主要的儲集空間[2-5]，且隨著有機質(zhì)含量增加，頁巖含氣量顯著增加[6-7]，這與有機質(zhì)擁有大量的微孔、中孔體積及很高的內(nèi)比表面積有關(guān)[8-9]。因而，有機質(zhì)孔隙網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育特征是高過成熟頁巖儲層物性及含氣性評價最重要的研究內(nèi)容。然而隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)在有些高過成熟頁巖中，頁巖孔隙度隨TOC含量增加呈現(xiàn)出先增加后降低的現(xiàn)象，甚至是孔隙度與總有機碳(TOC)含量之間呈現(xiàn)出明顯的負相關(guān)關(guān)系的情況[5,10-12]。Curtis 等[13-14]發(fā)現(xiàn)北美地區(qū)Horn River，Barnett和Woodford頁巖中有機孔發(fā)育很好，但Kimmeridge頁巖中有機孔基本不發(fā)育，甚至發(fā)現(xiàn)同一塊頁巖中不同的有機質(zhì)顆粒，其內(nèi)孔隙發(fā)育程度存在非常明顯的差異[11,14]，說明了在相同熱成熟度下，有機孔的發(fā)育可能與有機質(zhì)自身的特征，如顯微組成密切相關(guān)[15-16]。因而,簡單地利用有機質(zhì)的含量和成熟度來評價有機孔是否發(fā)育及有機孔數(shù)量多少并不全面，非常有必要進一步研究高過成熟有機質(zhì)的顯微組分對有機孔發(fā)育的影響。

晚二疊世龍?zhí)镀冢拇ㄅ璧爻练e了一套富有機質(zhì)泥頁巖，是目前我國頁巖氣勘探開發(fā)的新層系。前人對龍?zhí)督M的巖相古地理、層序地層、沉積演化和有機地球化學特征做了大量的調(diào)查研究[17-20]，然而龍?zhí)督M作為頁巖氣儲集層系的認識時間尚短，相對于龍馬溪組和牛蹄塘組頁巖，開展的研究工作也較少[21-25]。龍?zhí)督M在四川盆地沉積相變特征明顯，自南西向北東由陸相過渡為海相，即河流—沼澤—潮坪—淺水陸棚—深水陸棚，相帶呈弧形狀依次排列[25]。沉積環(huán)境的不同會造成該套泥頁巖中有機質(zhì)類型及顯微構(gòu)成變化較大。如劉光祥等[25]研究發(fā)現(xiàn)以道真剖面為代表的泥頁巖，其鏡質(zhì)體含量達48.5%，而以新場2井和黃金1井為代表的泥頁巖，腐泥組+藻類組約占90%。目前，這些不同的顯微組分對有機孔發(fā)育的影響的研究還很少，缺乏系統(tǒng)性，究竟哪種組分有利于孔隙發(fā)育、哪些組分不利于孔隙發(fā)育，尚未有清晰的認識，進而會制約對川東龍?zhí)督M海陸過渡相乃至其他地層海陸過渡相泥頁巖物性特征以及頁巖氣勘探潛力的認識。本文擬通過對川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖中有機質(zhì)特征差異的研究，來探討不同顯微組分對高過成熟海陸過渡相泥頁巖中有機孔發(fā)育的影響。

1 樣品采集

川東地區(qū)主要指華鎣山斷裂帶以東、齊岳山斷裂帶以西的四川盆地及其鄰區(qū)[26]。構(gòu)造上表現(xiàn)為北東向、北北東向高陡背斜帶和斷裂帶組成的隔擋式褶皺，往南呈帚狀撒開，成排成帶平行排列。龍?zhí)督M在該區(qū)的沉積特征自南西至北東向從河流-沼澤-潮坪-淺水陸棚-深水陸棚漸變并呈弧狀依次排列。根據(jù)沉積相帶展布特征，分別對興文玉屏、綦江趕水、鄰水華鎣山和利川袁家槽野外露頭剖面新鮮的龍?zhí)督M泥頁巖進行采樣，剖面位置、采樣點分布及所屬沉積亞相見圖1和表1。

2 結(jié)果

2.1 巖性特征與礦物組成

在興文玉屏地區(qū)，龍?zhí)督M為濱岸沼澤相，發(fā)育一套深灰色含炭泥巖，偶夾極薄層菱鐵礦層和薄煤層。薄片下觀察粘土礦物呈微粒狀、土狀和氈狀等，有機質(zhì)以炭質(zhì)為主，呈斑塊狀 (圖2a)；粘土礦物的平均含量為70%以上，石英含量較低，多在20%以下，少量樣品具有很高的菱鐵礦含量，長石和碳酸鹽巖等含量普遍很低或不存在(圖2b)。在綦江趕水地區(qū)，龍?zhí)督M為潮坪潟湖相，發(fā)育一套砂、泥為主夾灰?guī)r、泥灰?guī)r和煤線及菱鐵礦；泥頁巖中微裂縫較為發(fā)育 (圖2c)；泥頁巖中礦物組成主要為石英和粘土礦物，所夾灰?guī)r主要為碳酸鹽巖，含極少量的長石和黃鐵礦(圖2d)。在鄰水華鎣山地區(qū)，龍?zhí)督M為淺水陸棚相，巖性以深灰色含碳質(zhì)泥巖為主，夾少量灰?guī)r；薄片下觀察粘土礦物呈微球粒、細小鱗片狀等，具有硅化特征，有機質(zhì)呈浸染狀、不規(guī)則斑塊狀和充填狀等 (圖2e)；礦物組成以粘土礦物為主，多在55%以上，石英含量多在40%以下，含少量的黃鐵礦和重晶石 (圖2f)。濱岸沼澤、潮坪潟湖和淺水陸棚相泥頁巖的礦物組成特征，跟張吉振等[27]研究的川南地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖以粘土礦物為主、石英含量較低相一致，勉強達到了北美頁巖氣工業(yè)性壓裂開采的下限。利川袁家槽地區(qū)龍?zhí)督M為深水陸棚相沉積，發(fā)育一套黑色紋層狀富有機質(zhì)硅質(zhì)頁巖，薄片下顯示硅質(zhì)呈條帶集合體粒狀，有機質(zhì)呈浸染狀、密集斑點狀、整體與硅質(zhì)呈相間帶狀均勻分布，黃鐵礦呈粒狀和球粒狀、與有機質(zhì)共生 (圖2g)；礦物組成以石英為主，多在70%以上，粘土礦物含量較少，在20%以下，含一定量的黃鐵礦、長石和碳酸鹽巖 (圖2h)。

圖1 川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖采集位置及所屬沉積相Fig.1 Sampling locations and corresponding sedimentary facies in the Longtan Formation shale of eastern Sichuan Basina.樣品采集位置；b.興文玉屏剖面；c.綦江趕水剖面；d.利川袁家槽剖面；e.鄰水華鎣山剖面

樣品編號采樣剖面沉積亞相巖性礦物含量/%石英長石碳酸鹽巖黃鐵礦粘土礦物其他礦物HQ-6興文玉屏濱岸沼澤泥巖1440080HQ-11興文玉屏濱岸沼澤泥巖1700056菱鐵礦27HQ-12興文玉屏濱岸沼澤泥巖2700073GS-4綦江趕水潮坪潟湖泥巖3645055GS-5綦江趕水潮坪潟湖泥巖2000080GS-8綦江趕水潮坪潟湖泥巖10274014GS-10綦江趕水潮坪潟湖煤26010361HYS2-10鄰水華鎣山淺水陸棚泥巖3500065HYS2-15鄰水華鎣山淺水陸棚泥巖2400175HYS3-3鄰水華鎣山淺水陸棚泥巖3350355重晶石4LC-2利川袁家槽深水陸棚硅質(zhì)頁巖6873715LC-4利川袁家槽深水陸棚硅質(zhì)頁巖930016LC-7利川袁家槽深水陸棚硅質(zhì)頁巖864208

2.2 有機質(zhì)特征

川東龍?zhí)督M泥頁巖和煤的TOC含量與Ro數(shù)據(jù)列于表2，為了方便對比不同地區(qū)泥頁巖之間的差異，把TOC和Ro數(shù)據(jù)投點在圖3 (煤樣的TOC見表2)。興文玉屏剖面龍?zhí)督M泥頁巖TOC含量介于0.47%～12.03%，多低于4%，一個煤樣的TOC含量為31.08%；綦江趕水泥頁巖的TOC含量普遍較低，多介于0.38%～2.16%，一個煤樣的TOC含量為50.28%；鄰水華鎣山剖面龍?zhí)督M泥頁巖TOC含量整體較高，介于2.09%～4.99%，平均為3.24%；利川袁家槽剖面3個泥頁巖樣品的TOC含量介于5.08%～11.23%，遠高于其他剖面，反映了深水陸棚相更有利于有機質(zhì)的富集和保存。

不同地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖的成熟度也存在一定的差異。興文玉屏剖面龍?zhí)督M泥頁巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)介于1.68%～1.93%；兩個綦江趕水剖面泥頁巖和煤樣的Ro為2.19%和2.34%；鄰水華鎣山剖面龍?zhí)督M泥頁巖Ro介于1.09%～1.15%；利川袁家槽剖面一個泥頁巖樣品的等效Ro為1.85%。從Ro數(shù)據(jù)可以看出，鄰水華鎣山地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖具有最低的Ro值，在綦江趕水和利川袁家槽剖面成熟度較高，但區(qū)域上看龍?zhí)督M泥頁巖整體上都已經(jīng)進入了成熟階段至高成熟階段。

不同地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖有機質(zhì)顯微組成也存在明顯的差異。從表2及圖4可以看出興文玉屏剖面龍?zhí)督M泥頁巖中有機顯微成分是以鏡質(zhì)組為主，多在80%以上，含有一定量的惰性組，及少量的殼質(zhì)組和動物有機質(zhì)碎屑 (圖4a,b)；綦江趕水剖面龍?zhí)督M泥頁巖有機顯微組成以鏡質(zhì)組為主(圖4c,d)，次為少量的固體瀝青和惰質(zhì)組；鄰水華鎣山剖面龍?zhí)督M泥頁巖有機顯微組成也顯示以鏡質(zhì)組為主，含有一定量的惰性組及少量的殼質(zhì)組和腐泥組 (圖4e,f)，反映了淺水陸棚環(huán)境下龍?zhí)督M有機質(zhì)以高等植物來源為主，同時也具有少量藻類特征；而利川袁家槽剖面龍?zhí)督M泥頁巖顯微組分以腐泥組和固體瀝青為主，其中腐泥組的平均含量為51%，固體瀝青的平均含量為47.33%，不含有鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組 (圖4g,h)。

2.3 有機孔發(fā)育特征

利用氬離子+拋光掃描電鏡對川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖中有機發(fā)育特征進行觀察，發(fā)現(xiàn)興文玉屏剖面龍?zhí)督M泥頁巖中有機孔不發(fā)育，但在有機質(zhì)顆粒內(nèi)部發(fā)育少量的生烴熱解產(chǎn)生的微裂隙以及在與礦物接觸邊界發(fā)育有少量的收縮縫(圖5a)。綦江趕水剖面的龍?zhí)督M煤樣也表現(xiàn)出與興文玉屏龍?zhí)督M相似的情況，有機質(zhì)孔隙發(fā)育差，但在有機質(zhì)內(nèi)部發(fā)育一定的內(nèi)生微裂隙 (圖5b)，這些微裂隙的長度在幾個微米，寬度在幾十納米。鄰水華鎣山剖面龍?zhí)督M泥頁巖中有機質(zhì)顆粒大，主要為生物碎屑(高等植物)，有機質(zhì)內(nèi)發(fā)育少量較大尺度的微裂縫，裂縫的發(fā)育可能與該剖面龍?zhí)督M中有機質(zhì)呈樹皮撕裂狀、條帶狀等有關(guān)，少量的氣孔可能是有機質(zhì)生氣后殘留下來的。利川袁家槽剖面龍?zhí)督M泥頁巖中發(fā)育了大量的有機孔，這些孔隙多呈圓形、橢圓形，大小在幾個納米到幾十個納米，孔隙之間連通性好，能為頁巖提供大量的吸附空間和部分游離氣儲集空間。川東地區(qū)不同剖面龍?zhí)督M泥頁巖中有機孔發(fā)育特征存在明顯的差異，可能與不同沉積環(huán)境下有機質(zhì)顯微構(gòu)成存在明顯差異密切相關(guān)，對其原因的探討見3.3。

圖2 川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖巖石學特征Fig.2 Petrological features of the Longtan Formation shale in eastern Sichuan Basina,b.興文玉屏剖面；c,d.綦江趕水剖面；e,f.鄰水華鎣山剖面；g,h.利川麻山袁家槽剖面

樣品編號采樣剖面巖性TOC/%Ro/%顯微組成含量/%腐泥組殼質(zhì)組鏡質(zhì)組惰性組固體瀝青動物有機質(zhì)碎屑組HQ-2興文玉屏泥巖1．650095．404．6000HQ-4興文玉屏泥巖3．621．930092．505．1002．40HQ-6興文玉屏泥巖0．470095．005．0000HQ-8興文玉屏泥巖0．7802．8097．20000HQ-11興文玉屏泥巖3．5602．5087．5010．0000HQ-12興文玉屏泥巖12．0307．5086．006．5000HQ-13興文玉屏泥巖2．320091．009．0000HQ-14興文玉屏煤31．081．6801059．0031．0000HQ-15興文玉屏泥巖2．811．750076．0024．0000HQ-17興文玉屏泥巖3．010076．0024．0000HQ-19興文玉屏泥巖2．1705．0085．0010．0000泥頁巖平均含量3．2401．7888．169．8200．24GS-4綦江趕水泥巖2．1600100．00000GS-5綦江趕水泥巖1．442．190090．00550GS-8綦江趕水泥巖0．380092．00080GS-10綦江趕水煤50．282．34——————泥頁巖平均含量1．330094．331．674．334．67HYS2-1鄰水華鎣山泥巖2．711．150078．0022．0000HYS2-3鄰水華鎣山泥巖2．260166．0033．0000HYS2-5鄰水華鎣山泥巖2．530175．0024．0000HYS2-7鄰水華鎣山泥巖2．150192．007．0000HYS2-10鄰水華鎣山泥巖2．090191．008．0000HYS2-11鄰水華鎣山泥巖4．620184．0015．0000HYS2-15鄰水華鎣山泥巖3．130182．0017．0000HYS2-17鄰水華鎣山泥巖3．161．150090．0010．0000HYS2-19鄰水華鎣山泥巖4．021．0900100．00000HYS3-3鄰水華鎣山泥巖4．995085．0010．0000HYS3-6鄰水華鎣山泥巖2．823088．008．0001HYS3-8鄰水華鎣山泥巖4．364084．0012．0000泥頁巖平均含量3．2410．5084．5813．8300．08LC-2利川袁家槽硅質(zhì)頁巖11．231．856500032．003．00LC-4利川袁家槽硅質(zhì)頁巖5．083300065．002．00LC-7利川袁家槽硅質(zhì)頁巖9．685500045．000泥頁巖平均含量8．665100047．331．67

圖3 川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖TOC含量與Ro值Fig.3 TOC and Ro values of the Longtan Formation shale in eastern Sichuan Basina.不同剖面TOC；b.不同剖面Ro值

圖4 川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖有機質(zhì)顯微組成Fig.4 Maceral composition of the Longtan Formation shale in eastern Sichuan Basina,b.興文玉屏剖面；c,d.綦江趕水剖面；e,f.鄰水華鎣山剖面；g,h.利川袁家槽剖面

圖5 川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖有機孔發(fā)育特征Fig.5 Organic pores of the Longtan Formation shale in eastern Sichuan Basina.興文玉屏剖面，泥巖，Ro=1.89%；b.綦江趕水剖面，煤樣，Ro=2.34%； c,d.鄰水華鎣山剖面，泥巖，Ro=1.15%；e,f.利川麻山袁家槽剖面，頁巖，Ro=1.85%

2.4 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

由于本文所用的樣品為露頭樣品，為了盡可能地反映中孔和微孔的結(jié)構(gòu)特征，采用氮氣吸附法進行微觀孔隙分析，相關(guān)的分析測試方法見張琴等[27]。比表面積采用BET方程計算得出,孔體積采用BJH方程得出,孔徑分布采用DFT法得出，測得的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)列于表3。興文玉屏剖面龍?zhí)督M泥頁巖的比表面積介于18.29～35.83 m2/g，孔體積介于0.03～0.05 cm3/g。綦江趕水剖面龍?zhí)督M泥頁巖的比表面積介于10.28～40.72 m2/g，孔體積介于0.024～0.057 m2/g，一個煤樣盡管具有很高的TOC含量，其比表面積和孔體積很低，只有3.23 m2/g和0.0074 cm3/g。鄰水華鎣山剖面龍?zhí)督M泥頁巖的比表面積介于12.18～45.47 m2/g，孔體積介于0.029～0.065 cm3/g。利川袁家槽剖面龍?zhí)督M泥頁巖的比表面積介于11.95～33.12 m2/g，孔體積介于0.018～0.04 cm3/g。這些孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)顯示不同地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖有機孔發(fā)育程度差異很大，但這些頁巖的比表面積和孔體積等參數(shù)并未隨著有機孔發(fā)育的差異而在量級上存在明顯的差異。氮氣吸附法表征的微孔和中孔體積顯示中孔主導、微孔次之的特征，其中多數(shù)樣品的中孔占孔體積的80%以上(圖6a)。龍?zhí)督M泥頁巖微孔對比表面積的貢獻多在20%～40%，顯示微孔主要提供比表面積，中孔既提供了較高的比表面積、更提供了大量的孔體積。

3 討論

3.1 TOC含量對有機孔發(fā)育的影響

一般認為TOC含量是高過成熟海相泥頁巖中有機孔數(shù)量多少的主控因素，隨著TOC含量的增加，頁巖中有機孔的數(shù)量明顯增加，頁巖所具有的中微孔體積也隨之呈線性增加[28-29]。但也存在高成熟泥頁巖孔隙度隨著TOC含量的增加表現(xiàn)出先增加后略微降低甚至直接呈現(xiàn)出負相關(guān)的現(xiàn)象[5,30-31]。如Milliken等[5]在研究Marcellus頁巖時，發(fā)現(xiàn)當TOC小于5.6%時，孔隙度與TOC之間具有正相關(guān)性，而當TOC大于5.6%時，孔隙度則與TOC之間存在一定的負相關(guān)性。對于高TOC頁巖中，TOC與孔隙度之間的反向關(guān)系，Milliken等[5]認為高TOC頁巖中有機質(zhì)塑性更強，更容易被壓實，從而降低孔隙度或者與高TOC頁巖會包含更多貧氫的顯微組分，這些顯微組分不發(fā)育孔隙、填充礦物孔和堵塞喉道，會導致頁巖孔隙度的降低。

對川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖樣品開展氮氣吸附實驗，發(fā)現(xiàn)興文玉屏和鄰水華鎣山剖面龍?zhí)督M具有最低TOC含量的泥頁巖，其氮氣吸附量最高 (圖7a,e)，而綦江趕水剖面最高TOC頁巖的氮氣吸附量也低于部分TOC較低頁巖(圖7c)。這3套頁巖都反映了最高TOC頁巖的氮氣吸附能力并不是最強的。這可能說明了這3套泥頁巖TOC含量較低的情況下，泥頁巖所具有的中微孔體積越高，或者是露頭樣品豐富的微裂隙可能破壞了樣品原有的孔隙特征，進而影響到TOC與孔隙體積之間實際的相關(guān)性。這種情況說明了TOC不是這3個地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖微觀孔隙發(fā)育的主控因素，甚至在一定程度上抑制了孔隙的發(fā)育。究其原因，可能是由于這些地區(qū)的頁巖中有機孔不發(fā)育造成的。徐宏杰等[32]對淮南下二疊統(tǒng)山西組煤系頁巖儲層研究也證實了TOC含量對比表面積和孔體積的的抑制作用。不發(fā)育有機孔的低熟陸相頁巖中，TOC含量也明顯抑制微觀孔隙的發(fā)育[33]。張吉振等[24]也認為川南龍?zhí)督M泥頁巖微觀孔隙的主控因素為粘土礦物而非TOC含量。利用DFT法表征氮氣吸附所產(chǎn)生的孔徑分布特征，也發(fā)現(xiàn)興文玉屏和鄰水華鎣山剖面龍?zhí)督M泥頁巖的孔隙主要分布在3～50 nm，其孔峰在20～30 nm (圖7b,f)，反應(yīng)出這些泥頁巖樣品的孔隙以中孔為主。隨著TOC含量增加，興文玉屏和鄰水華鎣山剖面龍?zhí)督M泥頁巖的孔隙體積明顯降低，說明了TOC含量越高，越不利于泥頁巖的中微孔發(fā)育；綦江趕水剖面泥頁巖的孔徑分布與TOC的關(guān)系也揭示了TOC對孔隙體積的影響并不明顯(圖7d)。這3個地區(qū)泥頁巖中有機質(zhì)的顯微組成以鏡質(zhì)組為主，并含一定量的惰性組，基本不含有腐泥組。泥頁巖有機孔發(fā)育很差，TOC含量越高的情況下，有機質(zhì)所占據(jù)的頁巖體積也就越高，也就占據(jù)更多的礦物間的孔隙[5]，進而抑制泥頁巖的孔隙發(fā)育，降低泥頁巖的孔體積。

圖6 川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖微孔和中孔對孔體積和比表面積的貢獻對比Fig.6 Contributions of micropore and mesopore to specific surface area and pore volume of the Longtan Formation shale in eastern Sichuan Basina.微孔與中孔對孔隙體隙的貢獻；b.微孔與中孔對比表面積的貢獻

利川袁家槽剖面龍?zhí)督M泥頁巖氮氣吸附/脫附曲線特征顯示具有最低TOC含量的頁巖其氮氣吸附量也最低 (圖7g)，說明了TOC含量越高，泥頁巖中的納米孔隙數(shù)量越多，這種情況與FE-SEM所觀察的有機質(zhì)中孔隙發(fā)育情況相一致。利川袁家槽剖面較高TOC泥頁巖的孔隙主要分布在微孔和細中孔階段(<20 nm)，大孔階段孔隙較少 (圖7h)，該階段孔隙的體積顯著高于較低TOC泥頁巖；而在20 nm以上的孔隙，較低TOC頁巖則表現(xiàn)出比高TOC頁巖具有更高的孔隙體積比例?？讖椒植寂cTOC之間的關(guān)系說明了TOC對頁巖微觀孔隙的控制作用主要體現(xiàn)在微孔和細中孔(<20 nm)階段，而大于20 nm的孔隙可能受粘土礦物的影響比較顯著。

圖7 川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖氮氣吸附/脫附曲線與孔徑分布特征Fig.7 Nitrogen adsorption/desorption isotherms and pore size distribution of the Longtan Formation shale in eastern Sichuan Basina,b.興文玉屏剖面；c,d.綦江趕水剖面；e,f.鄰水華鎣山剖面；g,h.利川袁家槽剖面

3.2 成熟度對有機孔發(fā)育的影響

在熱演化過程中，有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成烴的過程不僅決定了頁巖氣的化學組成和生成量，而且在高演化階段形成的有機孔為頁巖氣的儲集提供了空間[34]，因而熱成熟度是泥頁巖有機孔發(fā)育和含氣性的重要影響因素之一。Curtis等[4,35]研究發(fā)現(xiàn)成熟度Ro低于0.9%時，有機孔不發(fā)育;進入生氣窗以后液態(tài)烴開始裂解，有機孔開始發(fā)育，孔體積開始增加。而Loucks和Slatt等則認為Ro在0.6%時已經(jīng)開始發(fā)育有機孔[2,36]。因此，幾乎所有的研究都證實了當Ro高于0.9%時，有機孔已經(jīng)開始大量發(fā)育。

川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖成熟度Ro介于1.09%～2.34%，盡管不同地區(qū)的成熟度存在較大的差異，但Ro主體分布在1.6%～3.0%[25]，Ro值均高于0.9%。結(jié)合已有文獻資料和研究，在此成熟度范圍內(nèi)有機孔已大量發(fā)育。盡管圖5顯示不同地區(qū)的有機孔發(fā)育具有非常明顯的差異，如興文玉屏和鄰水華鎣山剖面的龍?zhí)督M泥頁巖以及綦江趕水剖面的一個煤樣基本不發(fā)育有機孔，而利川袁家槽剖面的泥頁巖則發(fā)育了大量的有機孔，但這些頁巖都已經(jīng)進入高過成熟，由此可見成熟度不是所研究泥頁巖有機孔發(fā)育與否的控制因素。因而該區(qū)泥頁巖中有機孔發(fā)育與否，可能受其他因素，如有機顯微組成的影響。

3.3 顯微組成對有機孔發(fā)育的影響

已有的研究表明,并不是所有的有機質(zhì)都會發(fā)育孔隙，它的形成受控于兩個主要因素[15-16]。首先受控于有機質(zhì)的顯微組分，有些顯微組分在熱演化過程中會生成液態(tài)烴，并從有機質(zhì)中排出而產(chǎn)生大量的孔隙，而有些顯微組分在熱解過程中不生烴或以生氣為主，不能形成或很少形成孔隙。如同一塊頁巖中相鄰的兩片有機質(zhì)孔隙發(fā)育情況差異懸殊[14]，也說明了在相同的熱成熟度條件下，顯微組分的不同也會造成高過成熟有機質(zhì)中有機孔發(fā)育的差異。其次受控于成熟度，隨著成熟度的增加，生成的烴類從有機質(zhì)中排出而殘留大量的孔隙空間[6,16]。從表1中數(shù)據(jù)可以看出，川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖的成熟度處于成熟-高成熟階段，已經(jīng)達到了有機孔大量發(fā)育的成熟度條件[14]，因而成熟度不是現(xiàn)今川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖有機孔是否發(fā)育的關(guān)鍵因素。

本文綜合研究了川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖與其他地區(qū)和層系泥頁巖中顯微組成對有機孔發(fā)育的影響，認為鏡質(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 (圖8a—c)。鏡質(zhì)組生氣能力強且能發(fā)生較強的物理化學變化，在熱演化過程中產(chǎn)生的異常壓力能使有機質(zhì)發(fā)生破裂而形成微裂隙[37]。如北美Atoka頁巖中鏡質(zhì)組 (木質(zhì)有機質(zhì)) 中基本上沒有孔隙，在內(nèi)部及與礦物接觸邊界也會發(fā)育一些收縮裂縫[3]。在下?lián)P子蕪湖地區(qū)和上揚子川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖的鏡質(zhì)組中也有相似的情況，有機質(zhì)邊緣的孔隙可能是有機質(zhì)與礦物顆粒間的硬度差異造成的或有機質(zhì)熱解收縮造成的。王中鵬等[38]和袁野等[39]也發(fā)現(xiàn)貴州龍?zhí)督M和鄂爾多斯山西組海陸過渡相頁巖中有機孔很少發(fā)育，孔隙類型以礦物晶間孔和剪切裂縫為主，反映了以鏡質(zhì)組為主的III型有機質(zhì)不利于有機孔的發(fā)育。

固體瀝青是指烴源巖生成的液態(tài)烴未能排出烴源巖層，經(jīng)后期液態(tài)烴類裂解后的殘余物，這類物質(zhì)在高過成熟頁巖中普遍存在。根據(jù)Robert等[40]的判斷，這類有機質(zhì)一般以非常均質(zhì)的條帶狀或塊狀形式出現(xiàn)。在液態(tài)烴裂解成氣轉(zhuǎn)化為固體瀝青的過程中，由于熱解收縮，縮聚成團塊狀，其內(nèi)部很少發(fā)育孔隙，或發(fā)育少量彼此獨立且較大的孔隙，其尺寸多超過100 nm，以三角形、球形和橢圓形為主。蔡瀟等[41]和Dong等[42]分別對渝東南龍馬溪組和北美Horn River頁巖中固體瀝青進行研究，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部僅有少量較大尺度的孔隙(圖8d，e)。川東利川袁家槽剖面泥頁巖主要的有機顯微組成為腐泥組和固體瀝青，從圖8f可以看出腐泥組內(nèi)具有很好的孔隙發(fā)育，但固體瀝青很少發(fā)育孔隙。

腐泥組具有很好的生烴潛能，在熱演化過程中能夠生成大量的孔隙，因此腐泥組是有機孔發(fā)育的有利組成，也是有機孔的主要載體。腐泥組不同于鏡質(zhì)組，其孔隙的發(fā)育程度明顯受熱演化程度的影響。從圖8g—i中可以看出不同層位泥頁巖中有機孔多發(fā)育在腐泥質(zhì)中，這些孔隙多是圓形與橢圓形，數(shù)量眾多，尺度較小，多數(shù)小于100 nm，并且連通性較好。無論是北美Woodford頁巖、川東龍?zhí)督M泥頁巖還是川東南地區(qū)龍馬溪組泥頁巖，腐泥組在高成熟階段均具有非常發(fā)育的有機孔。因而，在高過成熟頁巖中腐泥組含量的多少可能決定了有機孔發(fā)育的程度及數(shù)量的多少。

4 結(jié)論

1) 川東地區(qū)龍?zhí)督M沉積相及礦物組成具有明顯的差異。興文玉屏地區(qū)為濱岸沼澤相，綦江趕水地區(qū)為潮坪潟湖相,鄰水華鎣山地區(qū)為淺水陸棚相。這3個地區(qū)以泥巖夾粉砂巖、煤線和灰?guī)r等為主，礦物組成主要是粘土礦物，石英含量低；利川袁家槽地區(qū)為深水陸棚相沉積，巖性以硅質(zhì)頁巖為主，具有很高的石英含量和很低的粘土含量。

圖8 不同顯微組分中孔隙發(fā)育特征Fig.8 Characteristics of pores in different macerals of samples from the Longtan Formation shale shale in eastern Sichuan Basin

a.鏡質(zhì)體，Atoka頁巖，Ro=0.89% (文獻[3])；b.鏡質(zhì)體，龍?zhí)督M頁巖，Ro約為2.4%，安徽蕪湖地區(qū)；c.鏡質(zhì)體，龍?zhí)督M頁巖，Ro=1.93%，川東地區(qū)；d.固體瀝青，龍馬溪組頁巖，高過成熟，渝東南地區(qū) (文獻[41])；e.固體瀝青， Horn River頁巖(文獻[42])；f.固體瀝青與腐泥質(zhì)，龍?zhí)督M，Ro=1.85%，川東地區(qū)； g.固體瀝青與腐泥質(zhì)，Woodford 頁巖，Ro=1.40% (文獻[14])；h.腐泥質(zhì)，龍?zhí)督M，Ro=1.85%，川東地區(qū)；i.腐泥質(zhì)，龍馬溪組，Ro=2.72%，重慶永川地區(qū)

2) 川東地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖有機顯微組成具有明顯的差異。興文玉屏、綦江趕水和鄰水華鎣山剖面泥頁巖顯微組成主要為鏡質(zhì)組，含一定量的惰質(zhì)組和少量固體瀝青；利川袁家槽剖面泥頁巖顯微組成主要為腐泥組和固體瀝青。

3) FE-SEM揭示了興文玉屏、綦江趕水和鄰水華鎣山剖面龍?zhí)督M泥頁巖和煤樣的有機孔發(fā)育很差，表現(xiàn)為隨著TOC含量增加，泥頁巖中微孔體積呈降低的趨勢或者變化趨勢不明顯；利川袁家槽剖面龍?zhí)督M泥頁巖孔體積和孔徑分布與TOC呈正向關(guān)系，與該區(qū)頁巖發(fā)育大量有機孔密切相關(guān)。

4) 綜合本文及前人研究，認為鏡質(zhì)組中孔隙發(fā)育較少，但在其內(nèi)部及邊緣發(fā)育一定的收縮裂隙；固體瀝青顆粒內(nèi)多發(fā)育獨立的單孔，尺度較大,數(shù)量較少；腐泥組內(nèi)發(fā)育了大量的圓形和橢圓形的孔隙，是有機孔發(fā)育的有利組成和微觀孔隙的主要貢獻者。

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