谷一凡 蔡光銀 李樹新 蔣裕強(qiáng) 邱振 孫莎莎 付永紅

關(guān)鍵詞 海陸過渡相頁(yè)巖；孔隙結(jié)構(gòu)；控制因素；巖相；山西組；鄂東緣地區(qū)

0 引言

頁(yè)巖巖相與有機(jī)質(zhì)富集、形成環(huán)境密切相關(guān)[1-2]，不同巖相在空間分布[3]、儲(chǔ)集空間[4]、孔隙結(jié)構(gòu)[5]、烴類富集規(guī)律[6]、勘探開發(fā)潛力等方面呈顯著差異。前人針對(duì)海相頁(yè)巖不同巖相的研究，取得了諸多認(rèn)識(shí)，提出巖相縱向演化序列和橫向展布受控于古地貌、沉積環(huán)境、陸源碎屑物質(zhì)供給三個(gè)方面[7]，而水動(dòng)力條件則控制了不同巖相紋層結(jié)構(gòu)與有機(jī)質(zhì)豐度[8]，認(rèn)為有機(jī)質(zhì)豐度是控制不同巖相孔隙結(jié)構(gòu)差異的主要因素[9]，有學(xué)者認(rèn)為礦物組成和成巖改造程度差異也會(huì)造成孔隙結(jié)構(gòu)在不同巖相中的變化[5，10]。作為我國(guó)下步非常規(guī)油氣勘探的重點(diǎn)對(duì)象，以鄂爾多斯盆地東緣（簡(jiǎn)稱鄂東緣）山西組山32亞段為代表的海陸過渡相頁(yè)巖，雖具有累計(jì)厚度大、有機(jī)質(zhì)類型多、勘探潛力大等特點(diǎn)[11]，但相比海相頁(yè)巖，其沉積環(huán)境更為多變，巖相類型更為復(fù)雜。因此，在巖相劃分基礎(chǔ)上，明確不同巖相類型及其孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)勘探評(píng)價(jià)、開發(fā)方案制定均具有重要意義。目前海相頁(yè)巖巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一[12]，絕大多數(shù)學(xué)者依據(jù)礦物組成、有機(jī)碳含量、紋層特征等進(jìn)行劃分[6-7，13]，也有學(xué)者基于測(cè)井響應(yīng)特征進(jìn)行劃分[14-15]，同時(shí)在劃分過程中存在礦物組成和粒度大小混用的現(xiàn)象[4，8，16]。本文基于前人研究成果，對(duì)鄂東緣地區(qū)山西組山32亞段海陸過渡相頁(yè)巖進(jìn)行巖相劃分，對(duì)不同巖相分別進(jìn)行系統(tǒng)性分析，開展不同巖相孔隙結(jié)構(gòu)表征，探討造成孔隙結(jié)構(gòu)差異化的主控因素，為下步勘探評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣，地跨山西、陜西兩省[17-19]（圖1a）。本區(qū)二疊系山西組與下伏太原組和上覆下石盒子組均呈整合接觸[17-18]，其中太原組頂部巖性為泥晶生屑灰?guī)r，生物類型、個(gè)體大小表明沉積水體為鹽度正常的清澈海水，屬于淺海陸棚相開闊臺(tái)地環(huán)境，而下石盒子組底部以中砂巖為主[11]（圖1b），屬于陸相辮狀河沉積體系[19-20]。進(jìn)入山西組沉積期，海水從盆地東、西兩側(cè)逐漸退出，逐漸由海相環(huán)境轉(zhuǎn)換為陸相環(huán)境，沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定[21]，期間發(fā)生多次海侵事件[17]，形成了一套陸相三角洲、近海三角洲與陸表海過渡相的頁(yè)巖層系[22-23]。該區(qū)北部準(zhǔn)格爾旗地區(qū)靠近北部物源，主要為一套粗粒的礫巖、含礫砂巖沖積扇沉積，向南至保德—興縣地區(qū)變?yōu)檗p狀河道、天然堤、河漫沼澤等環(huán)境。向南由河流沉積體系過渡到潮控三角洲沉積體系，以成家莊剖面為代表的三交—柳林—石樓地區(qū)發(fā)育潮控三角洲平原，分流間灣淤積形成平原沼澤環(huán)境。大寧—吉縣地區(qū)是南北物源過渡地帶，屬于三角洲前緣和濱海環(huán)境，為典型的海陸過渡相沉積環(huán)境。研究區(qū)南部以竹園村剖面為代表的韓城—合陽地區(qū)在同一時(shí)期發(fā)育三角洲沉積，規(guī)模較小，主要為三角洲前緣[20]。根據(jù)巖性和沉積旋回等特征，可將山西組內(nèi)部劃分為山2 段和山1 段，其中山2 段自下而上又可細(xì)分為山32、山22、山12三個(gè)亞段[11]（圖1b）。

2 樣品與實(shí)驗(yàn)

A井、B井、C井三口取心井位于大寧—吉縣地區(qū)[11]（圖1a），該區(qū)山32亞段為典型的障壁島—潟湖沉積模式[24]，選取山32亞段海陸過渡相頁(yè)巖巖心樣品共計(jì)175塊，首先進(jìn)行薄片磨制和鑒定，并配套開展全巖—黏土礦物X衍射、主量—微量元素、TOC測(cè)試。全巖—黏土礦物X衍射、主量—微量元素分析均由中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院完成，分別利用日本理學(xué)X射線衍射儀和高分辨等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）完成。TOC測(cè)試采用CS744-MHPC碳硫分析儀，由中海油能源發(fā)展有限公司非常規(guī)實(shí)驗(yàn)中心完成；選取其中3塊樣品進(jìn)行全巖有機(jī)顯微組分測(cè)試，12塊樣品進(jìn)行干酪根提取后的有機(jī)顯微組分分析，分別由中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院和四川省科源工程技術(shù)測(cè)試中心完成。在巖相劃分基礎(chǔ)上，鉆取9個(gè)不同巖相柱塞樣，開展干燥狀態(tài)、飽和流體狀態(tài)（包括正十二烷和鹽水）的核磁共振測(cè)試，采用蘇州紐邁公司生產(chǎn)NMRc12-010V型低場(chǎng)核磁共振儀。剩余樣品粉碎成60～80目，置于110 °C的烘箱中干燥12 h后放置于美國(guó)康塔公司Autosorb-IQ3型全自動(dòng)比表面及孔徑分布分析儀中，在110 °C真空條件下脫氣12 h完成前處理，而后進(jìn)行氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完成后，利用BET模型計(jì)算比表面積，利用BJH模型得到孔徑分布與孔容。根據(jù)國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（IUPAC）的孔隙分類[25]，將孔隙大小劃分為微孔（<2 nm）、介孔（2～50 nm）、宏孔（>50 nm）。由于實(shí)驗(yàn)樣品的吸附—脫附曲線均在相對(duì)壓力P/Po=0.5左右產(chǎn)生滯后環(huán)，說明在這個(gè)壓力前后的孔隙在大小和形態(tài)上存在較大差異，同時(shí)造成了在此壓力前后存在不同的吸附行為。以P/Po=0.5為界，本區(qū)海陸過渡相頁(yè)巖孔隙存在兩段不同的分形特征，P/Po=0～0.5代表了受范德華力控制的單層—多層吸附過程，而P/Po=0.5～1.0代表了受表面張力控制的毛細(xì)管凝縮吸附過程[26-27]。利用FHH模型分別計(jì)算兩段分形維數(shù)，將P/Po=0～0.5范圍內(nèi)的孔隙分形維數(shù)記為D2，P/Po=0.5～1.0范圍內(nèi)的孔隙分形維數(shù)記為D1。剩下的塊狀樣品進(jìn)行氬離子拋光后，開展場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)，觀察拋光面形貌特征。

3 巖相劃分及儲(chǔ)集空間特征

3.1 巖相劃分

巖相指沉積巖中所有巖性特征的總和，包括礦物組成、顏色、顆粒大小、分布規(guī)律等[28]，對(duì)分析沉積過程、沉積環(huán)境至關(guān)重要[29-30]。以黏土、碳酸鹽和硅質(zhì)（石英+長(zhǎng)石）的礦物含量作為三端元，按以下步驟進(jìn)行巖相劃分：1）黏土含量大于75%，劃分出I黏土質(zhì)頁(yè)巖相；2）依據(jù)硅質(zhì)礦物含量、碳酸鹽礦物含量和RQC（硅質(zhì)含量/碳酸鹽礦物含量）3個(gè)參數(shù)[14]，再將黏土礦物含量小于75%的巖相劃分出II硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相、III鈣質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相、IV硅質(zhì)頁(yè)巖相、V鈣質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖相、VI硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖相，而非頁(yè)巖相則分別為VIII硅質(zhì)巖相和IX碳酸鹽巖相[14]（圖2）。研究區(qū)山32亞段頁(yè)巖層段主要發(fā)育5類巖相：黏土質(zhì)頁(yè)巖相、硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相、硅質(zhì)頁(yè)巖相、鈣質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖相和硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖相。黏土礦物、硅質(zhì)礦物與TOC含量關(guān)系顯示（圖3），不同巖相中硅質(zhì)礦物含量與TOC含量未見明顯正相關(guān)關(guān)系，黏土礦物含量與TOC也未呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明區(qū)內(nèi)山32亞段硅質(zhì)并非主要來源于生物成因硅[9，31]。

3.2 巖相微觀特征

3.2.1 硅質(zhì)頁(yè)巖相

硅質(zhì)頁(yè)巖相巖心呈淺灰色，可見暗色富有機(jī)質(zhì)紋層（圖4a），內(nèi)部植物碎屑發(fā)育（圖4b），硅質(zhì)礦物含量高，一般大于45%。石英主要為粉砂級(jí)陸源碎屑石英，分選好，磨圓差，未見海綿骨針、放射蟲等海相生物碎屑（圖4b）。硅質(zhì)頁(yè)巖相TOC含量分布范圍介于0.3%～9.9%，平均值為2.2%，有機(jī)質(zhì)主要呈長(zhǎng)條狀賦存在石英顆粒間（圖4c）。

3.2.2 硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相

硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相在山32亞段縱向上各部位均有分布。硅質(zhì)礦物含量低于硅質(zhì)頁(yè)巖相，介于21%～51%，平均含量38%（表1），主要由陸源粉砂構(gòu)成。黏土含量較高，介于47%～74%，平均值高達(dá)60%（表1）。薄片上可見亮色微弱的粉砂質(zhì)紋層與暗色富有機(jī)質(zhì)紋層相間（圖4d），陸源碎屑顆粒主要由石英構(gòu)成（圖4e），不含或僅含極少量長(zhǎng)石，石英呈連續(xù)紋層狀產(chǎn)出，分選較好，磨圓較差，呈次棱角狀（圖4e）。巖心上，可見長(zhǎng)條形植物碎片極發(fā)育（圖4f）。硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相的不同樣品有機(jī)質(zhì)豐度差異大，造成TOC含量分布范圍在0.1%～9.9%，但整體TOC含量較低，平均值僅1.7%。全巖顯微組分分析表明，硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相中有機(jī)質(zhì)類型以鏡質(zhì)組為主，呈片狀分布在暗色富有機(jī)質(zhì)紋層中（圖4g）。

3.2.3 黏土質(zhì)頁(yè)巖相

黏土質(zhì)頁(yè)巖相在山32亞段上部呈深灰色（圖5a），而在該亞段中部和下部，黏土質(zhì)頁(yè)巖相呈灰黑色，但均未見明顯的植物碎片（圖5b），層理結(jié)構(gòu)不發(fā)育（圖5c），有機(jī)質(zhì)類型以鏡質(zhì)組為主（圖5d）。黏土礦物含量極高，介于70%～80%，平均值高達(dá)73%，碳酸鹽礦物含量極低（表1），頁(yè)理不發(fā)育。在黏土礦物中石英粒度一般為粉砂級(jí)或黏土級(jí)，硅質(zhì)礦物含量低（圖5c），介于2%～24%，平均值14%（表1）。黏土質(zhì)頁(yè)巖相的TOC含量在山32亞段不同位置差異明顯，該亞段下部一般為0.27%～2.75%，平均值1.52%；該亞段中部的黏土質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量較高，介于4.07%～6.46%，平均值高達(dá)5.66%；該亞段上部的黏土質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量低，分布在0.27%～0.87%，平均值僅0.50%。

3.2.4 鈣質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖相與硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖相

鈣質(zhì)硅質(zhì)與硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖相是本區(qū)山西組山32亞段測(cè)試產(chǎn)氣層段的主要巖相類型，兩類巖相在巖石學(xué)特征、礦物組成等方面幾乎一致，在野外露頭和巖心上均呈黑色，樣品染手，未見明顯的植物碎屑（圖5e）。碳酸鹽巖含量在各類巖相中最高，介于2%～44%，平均值13%。硅質(zhì)礦物含量較高，分布在21%～70%，平均值可達(dá)54%。石英呈微晶、不定形結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出似球粒結(jié)構(gòu)（圖5f），似球狀石英可能為成巖早期硅質(zhì)充填藻類的囊孢，后期經(jīng)壓實(shí)形成[1，32]?？梢姾＞d骨針、介形蟲等海相生物碎屑，陸源碎屑石英在鈣質(zhì)硅質(zhì)（硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相中含量少，明顯區(qū)別于硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相和硅質(zhì)頁(yè)巖相，發(fā)育水平頁(yè)理（圖5f）。鈣質(zhì)硅質(zhì)（硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相有機(jī)質(zhì)含量高，平均值可達(dá)6.65%，有機(jī)質(zhì)顯微組分中可見大量腐泥組無定形體（圖5g）。

4 孔隙結(jié)構(gòu)特征

4.1 孔隙類型與形態(tài)特征

4.1.1 有機(jī)孔與無機(jī)孔

有機(jī)質(zhì)孔隙是發(fā)育在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部的粒內(nèi)孔[33]。本區(qū)山西組山32亞段海陸過渡相頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)孔隙形態(tài)和發(fā)育程度在不同巖相中差別較大。硅質(zhì)頁(yè)巖相中發(fā)育極少量的有機(jī)質(zhì)孔隙，主要呈狹縫形，形狀不規(guī)則（圖6a），其孔隙孔徑主要分布在數(shù)百納米到幾微米之間（圖6b）。硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相中有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育程度相對(duì)硅質(zhì)頁(yè)巖較高，呈新月形，孔徑主要分布在50～90 nm 之間，少數(shù)呈橢圓形，孔徑可達(dá)100～1 000 nm（圖6c）。黏土質(zhì)頁(yè)巖相中有機(jī)孔發(fā)育程度有所改善，主要呈橢圓形，孔徑在數(shù)百納米之間，少數(shù)呈新月形，孔徑僅幾十納米（圖6d）。鈣質(zhì)硅質(zhì)（或硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相的有機(jī)孔發(fā)育程度最高（圖6e），可見氣泡狀有機(jī)質(zhì)孔隙成串分布，孔徑大小集中在數(shù)百納米（圖6f），也可與黏土礦物晶間孔以復(fù)合體形式出現(xiàn)，孔徑可達(dá)3～7 μm（圖6e）。

無機(jī)孔在不同巖相中均較為發(fā)育，可分為三種類型：1）粒間孔，主要是經(jīng)沉積作用或后期成巖作用改造后礦物顆粒間的剩余空間[33]。山32亞段頁(yè)巖粒間孔較發(fā)育，散布于黏土礦物、脆性礦物與有機(jī)質(zhì)之間（圖7a），或在黏土礦物與脆性礦物間，孔隙形態(tài)多樣，受礦物形態(tài)、礦物間接觸關(guān)系、排列方式的影響，主要呈三角形、多角形（圖7b）。研究區(qū)常見一些黏土礦物、脆性礦物與有機(jī)質(zhì)間大量的粒間孔構(gòu)成集合體（圖7a）。通常頁(yè)巖中粒間孔連通性較好，這些孔隙可為甲烷提供較好的滲流通道[33]。2）層間孔，主要形成于礦物內(nèi)部（圖7c），山32亞段層間孔發(fā)育程度較高，形態(tài)大部分呈一定規(guī)則，主要為絮狀伊利石層間孔和書頁(yè)狀綠泥石層間孔（圖7c，d），兩種形態(tài)層間孔通常共同出現(xiàn)，而其他礦物中發(fā)育較少。層間孔可以為氣體提供較大的賦存空間，同時(shí)小于50 nm的層間孔在理論上對(duì)比表面積及吸附性貢獻(xiàn)顯著[34]。3）晶間孔，主要是指礦物集合體內(nèi)部晶粒之間的孔隙，由于黃鐵礦的普遍發(fā)育，且多以微球粒和草莓狀晶簇出現(xiàn)（圖7e），這些草莓狀集合體直徑為5～300 μm，內(nèi)部由許多黃鐵礦晶粒組成，這些晶粒間往往發(fā)育一定數(shù)量的納米級(jí)孔隙，為晶體生長(zhǎng)過程中不緊密堆積形成，內(nèi)部具有一定的連通性（圖7f），尤其是直徑超過10 μm的黃鐵礦中晶間孔極發(fā)育（圖7e）。區(qū)別于海相頁(yè)巖[10，29]，區(qū)內(nèi)黃鐵礦晶間孔隙間未被有機(jī)質(zhì)充填（圖7f）。

4.1.2 微裂縫

研究區(qū)山西組山32亞段微裂縫的形成往往與黏土礦物、有機(jī)質(zhì)的后期成巖作用有關(guān)。黏土礦物間普遍發(fā)育層間微裂縫（圖7g），是成巖過程中在上覆地層壓力下黏土礦物失水、均勻收縮、干裂以及重結(jié)晶等作用產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力形成的裂縫，成因上與層間孔相似（圖7h），其形態(tài)平直光滑或略有彎曲，延伸性較好，長(zhǎng)度可達(dá)10 μm以上，寬度多在200 nm以下（圖7g）。此外，有機(jī)質(zhì)顆粒內(nèi)部發(fā)育少量的生烴熱解產(chǎn)生的微裂縫以及在與礦物接觸邊界發(fā)育收縮縫，而有機(jī)孔發(fā)育很差（圖7i），可歸結(jié)于有機(jī)顯微組分以鏡質(zhì)組為主[35]。這類微裂縫較寬，一般在500～1 000 nm，延伸性略差，長(zhǎng)度一般在幾個(gè)微米（圖7i）。微裂縫一般為開放型，將其他類型孔隙相互連通，組成錯(cuò)綜復(fù)雜的立體孔隙網(wǎng)絡(luò)，不僅有利于游離氣的富集，同時(shí)還是頁(yè)巖氣滲流運(yùn)移的主要通道，對(duì)頁(yè)巖氣的開發(fā)起到關(guān)鍵性作用。

4.1.3 不同孔隙類型發(fā)育程度

基于頁(yè)巖中有機(jī)孔和無機(jī)孔潤(rùn)濕性差異，即有機(jī)孔為強(qiáng)烈油潤(rùn)濕性，而無機(jī)孔為強(qiáng)烈水潤(rùn)濕性[36]，分別在飽和水、油條件下進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)信號(hào)特征，明確親油孔隙（有機(jī)孔）和親水孔隙（無機(jī)孔）橫向弛豫時(shí)間（T2）分布譜。結(jié)果表明，所有樣品親油孔隙T2譜均具有“一強(qiáng)兩弱”的“三峰”形態(tài)，表明親油孔隙可分為三類，一類為小孔徑（T2 時(shí)間較短），占據(jù)絕對(duì)主體，一類為大孔徑（T2時(shí)間較長(zhǎng)），另一類為有機(jī)質(zhì)中發(fā)育的微裂縫（圖8），但三類親油孔隙的發(fā)育程度在不同巖相中差異明顯。小孔徑與大孔徑有機(jī)孔在鈣質(zhì)硅質(zhì)（硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相、黏土質(zhì)頁(yè)巖相中發(fā)育程度均優(yōu)于硅質(zhì)頁(yè)巖相與硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相，微裂縫也具有這一特點(diǎn)。親水孔隙主要分布在0.5 ms左右，次要分布峰對(duì)應(yīng)微裂縫分布位置，總體反映微裂縫孔徑大、體積占比小的分布特征，但在不同巖相中發(fā)育程度不同（圖8）。硅質(zhì)頁(yè)巖相中無機(jī)成因的微裂縫發(fā)育程度最低，而硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相最高。利用Image J圖像處理軟件識(shí)別掃描電鏡照片中不同孔隙類型，結(jié)果表明，鈣質(zhì)硅質(zhì)（或硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相有機(jī)孔比例最高，平均值為32.7%，其余巖相有機(jī)孔占比分布范圍為24.8%～28.6%；硅質(zhì)頁(yè)巖相無機(jī)孔最為發(fā)育，占比平均值達(dá)63.2%，其余巖相的無機(jī)孔占比介于46.3%～57.7%（表1）。

4.1.4 氮?dú)馕健摳角€特征

低溫氮?dú)馕健摳角€特征表明，不同頁(yè)巖巖相的吸附—脫附等溫線在形態(tài)上差異明顯（圖9）。相同點(diǎn)是所有樣品直到接近飽和蒸汽壓也未出現(xiàn)吸附飽和現(xiàn)象，表明不同巖相中均含有一定量的大孔隙[33]。根據(jù)國(guó)際理論化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（IUPAC）的分類方案[25]，研究區(qū)山西組山32亞段硅質(zhì)頁(yè)巖相的氮?dú)馕健摳綔蠡丨h(huán)不明顯（圖9a），與H4型相似，吸附、脫附曲線在寬壓力范圍內(nèi)是水平且相互平行的，反映該巖相以墨水瓶狀的大孔隙為主，但孔隙較為封閉，連通性差[37]。其余巖相類型均產(chǎn)生了滯后回環(huán)（圖8），表面孔隙形態(tài)呈開放狀態(tài)[37]。

硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相滯后回環(huán)與典型H3型接近，兼有H4型特征（圖9b），表明該巖相的孔隙主要由納米孔組成，且結(jié)構(gòu)具有一定的無規(guī)則（無定形）孔特征，顆粒內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)具有平行壁的狹縫狀孔特征，且含有多形態(tài)的其他孔，狹縫狀孔與黏土礦物的片狀結(jié)構(gòu)特征有關(guān)[38-39]。黏土質(zhì)頁(yè)巖相滯后回環(huán)呈H3型，兼具H2型回線特征（圖9c），結(jié)合掃描電鏡觀察結(jié)果，反映該巖相不僅發(fā)育狹縫狀黏土礦物層間孔，同時(shí)也發(fā)育一定數(shù)量的裂縫型、新月形有機(jī)孔[40]。鈣質(zhì)硅質(zhì)（或硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相則同時(shí)兼具H1、H3型回線特征（圖9d），表明狹縫型黏土礦物層間孔較發(fā)育，同時(shí)發(fā)育圓柱形有機(jī)孔，孔隙形態(tài)呈開放狀態(tài)。

4.2 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

4.2.1 比表面積與總孔容

根據(jù)BET模型計(jì)算不同頁(yè)巖巖相樣品的比表面積（表1），硅質(zhì)頁(yè)巖相樣品比表面積僅為0.68 m?/g，硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相的比表面積介于2.38～5.38 m?/g，平均為3.89 m?/g；鈣質(zhì)硅質(zhì)（或硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相的比表面積介于2.89～5.04 m?/g，平均為4.01 m?/g；黏土質(zhì)頁(yè)巖相比表面積最高，為8.49～10.50 m?/g，平均為9.07 m?/g。BJH模型計(jì)算出的總孔容顯示，本區(qū)山32亞段總孔容介于3～17 cm3/kg，平均值13.2 cm3/kg。其中硅質(zhì)頁(yè)巖相最低，其余巖相的總孔容平均值均在10 cm3/kg以上（表1）。分形特征表明，比表面積與D1相關(guān)性極好，而與D2相關(guān)性也較強(qiáng)（圖10a），總孔容與兩種分形維數(shù)的關(guān)系未見相關(guān)性（圖10b）。因此認(rèn)為微孔和小孔徑介孔對(duì)比表面積起主要貢獻(xiàn)，大孔徑介孔和宏孔對(duì)比表面積貢獻(xiàn)小。總孔容的貢獻(xiàn)作用未集中在某個(gè)區(qū)間的孔徑。

4.2.2 孔徑分布

研究區(qū)山32亞段海陸過渡相頁(yè)巖孔徑范圍為1.9～126.8 nm，平均為13.6 nm，孔隙以2～50 nm介孔為主，占87.32%（圖11）。硅質(zhì)頁(yè)巖相中，不同孔徑的孔隙對(duì)比表面積的貢獻(xiàn)程度相近，而對(duì)總孔容的貢獻(xiàn)主要來自13.2～257.6 nm大小的孔隙。其他巖相類型在孔隙大小對(duì)比表面積、總孔容的貢獻(xiàn)方面具有相似性，孔徑集中在3.4～4.8 nm的小孔徑介孔對(duì)硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相、鈣質(zhì)硅質(zhì)（或硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相、黏土質(zhì)頁(yè)巖相比表面積的貢獻(xiàn)作用顯著，而3.4～4.8 nm與13.6～262.2 nm的孔隙對(duì)總孔容的貢獻(xiàn)明顯，表現(xiàn)為“雙峰”特征（圖12）。

5 TOC與黏土礦物對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的影響

富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中孔隙類型復(fù)雜，因此頁(yè)巖儲(chǔ)層中微—納米孔隙發(fā)育特征受沉積成巖作用、礦物組成、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)熱演化程度等因素的綜合控制。然而區(qū)內(nèi)山32亞段海陸過渡相頁(yè)巖已進(jìn)入高過成熟階段，Ro介于2.58%～2.69%，達(dá)到了有機(jī)孔大量發(fā)育的成熟度條件[41]，由此可見成熟度不是山32亞段有機(jī)孔發(fā)育的控制因素。

前人研究認(rèn)為，TOC是控制龍馬溪組海相頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的主要因素，有機(jī)質(zhì)為總孔隙貢獻(xiàn)了大量微孔、介孔，而黏土礦物等其他礦物類型主要控制了介孔、宏孔的發(fā)育[4-5，7-10]。通過對(duì)研究區(qū)山23 亞段海陸過渡相頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與TOC、黏土礦物含量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，TOC與比表面積、總孔容的相關(guān)性不明顯，與分形維數(shù)D1 之間呈微弱負(fù)相關(guān)（判定系數(shù)R2為0.31），與D2之間也存在明顯反向關(guān)系（判定系數(shù)R2 為0.58），表明TOC 對(duì)構(gòu)成比表面積、總孔容主體的微孔、小孔徑介孔發(fā)育無明顯控制作用（圖13）。從蕪湖地區(qū)龍?zhí)督M、川東地區(qū)龍?zhí)督M、黔西北地區(qū)龍?zhí)督M、湘中地區(qū)龍?zhí)督M、北美Atoka 頁(yè)巖等海陸過渡相頁(yè)巖研究實(shí)例來看[35，42-44]，伴隨陸源植物碎屑大量注入而富集的鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組，可以使得硅質(zhì)頁(yè)巖相、硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相的TOC呈現(xiàn)高值（大于2%），但即使在成熟度適宜的條件下，其內(nèi)部并不發(fā)育有機(jī)孔，而是在內(nèi)部與邊緣發(fā)育一些收縮成因微裂縫（圖7i）。本區(qū)硅質(zhì)頁(yè)巖相、硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相中，可見大量高等植物碎屑（圖4f），但未見海相生物碎屑，有機(jī)質(zhì)組分由鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組構(gòu)成（圖4g）；黏土質(zhì)頁(yè)巖相中雖未見明顯的植物碎屑，但顯微組分鑒定表明其有機(jī)質(zhì)也由鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組構(gòu)成（圖5d），這兩種有機(jī)組分的大量存在，導(dǎo)致上述巖相中TOC雖然大于2%，但對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的改善不明顯。同時(shí)，鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組及其周緣微裂縫較發(fā)育，生烴期形成的天然氣沿微裂縫運(yùn)移，也會(huì)導(dǎo)致有機(jī)孔變小甚至閉合（圖6a）。而在鈣質(zhì)硅質(zhì)（硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相和黏土質(zhì)頁(yè)巖相中可以觀察到內(nèi)部發(fā)育大量氣泡狀有機(jī)孔的腐泥組有機(jī)質(zhì)，其周緣不發(fā)育微裂縫（圖6e），生烴期形成的天然氣隨即在有機(jī)孔中賦存，導(dǎo)致有機(jī)孔保存好，腐泥組的大量存在導(dǎo)致這兩類巖相孔隙結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于其他巖相。

相比海相頁(yè)巖，研究區(qū)山32亞段海陸過渡相頁(yè)巖的黏土礦物含量普遍較高，無機(jī)孔類型更為多樣，發(fā)育程度也明顯較高（圖7），黏土礦物含量與比表面積存在微弱正相關(guān)性（判定系數(shù)R2為0.22），與總孔容無明顯相關(guān)性，同時(shí)與分形維數(shù)D1、D2 均未見相關(guān)性，表明黏土礦物含量不是影響孔隙結(jié)構(gòu)的主要因素。本區(qū)過渡相頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜性表現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)含量、各類礦物含量的主控作用均不明顯。

6 結(jié)論

（1） 鄂爾多斯盆地東緣山西組山32亞段海陸過渡相頁(yè)巖TOC分布在0.14%～11.68%，黏土含量整體較高，硅質(zhì)來源主要為陸源石英。根據(jù)硅質(zhì)礦物、黏土礦物、碳酸鹽巖礦物含量三端元，可將山23亞段海陸過渡相頁(yè)巖劃分為5類巖相，分別為硅質(zhì)頁(yè)巖相、硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相、黏土質(zhì)頁(yè)巖相、鈣質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖相和硅質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖相。

（2） 鈣質(zhì)硅質(zhì)（或硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相在有機(jī)孔形態(tài)、連通性和發(fā)育程度等方面表現(xiàn)最優(yōu)，其次是黏土質(zhì)頁(yè)巖相，而硅質(zhì)頁(yè)巖表現(xiàn)最差；無機(jī)孔、微裂縫在各巖相均較為發(fā)育。比表面積、總孔容主要貢獻(xiàn)來自微孔（<2 nm）和小孔徑介孔（3.4～4.8 nm），大孔徑介孔（4.8～50 nm）與宏孔（>50 nm）的貢獻(xiàn)也十分明顯。

（3） TOC和成熟度與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性差，對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)控制作用不明顯。硅質(zhì)與硅質(zhì)黏土質(zhì)頁(yè)巖相中有機(jī)顯微組分為鏡質(zhì)組，有機(jī)孔形態(tài)、連通性、發(fā)育程度均較差，鈣質(zhì)硅質(zhì)（或硅質(zhì)鈣質(zhì)）頁(yè)巖相、黏土質(zhì)頁(yè)巖相中可觀察到腐泥組，是發(fā)育有機(jī)孔的有效組分，有效有機(jī)顯微組分是控制孔隙結(jié)構(gòu)的重要因素。