北大巴山逆沖推覆帶魯家坪組泥板巖微孔隙結(jié)構(gòu)表征

田 濤，付德亮，段中會，姚建明，楊 甫

(1.自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710021；2.陜西省煤田地質(zhì)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710021)

0 引 言

隨著油氣勘探程度的提高，我國已從常規(guī)的沉積巖油氣藏向火成巖、變質(zhì)巖、頁巖氣、致密油氣等非常規(guī)油氣藏勘探方向轉(zhuǎn)變[1-3]。已有淺變質(zhì)巖生烴潛力研究表明，天然氣與極低變質(zhì)作用關(guān)系密切，處于極低變質(zhì)作用階段的泥板巖，相當(dāng)于油氣生成的干氣階段[4-5]，富有機(jī)質(zhì)泥板巖同樣具有一定的生氣潛力。北大巴山逆沖推覆帶與大巴山前陸構(gòu)造帶，以及西部的米倉山構(gòu)造帶，在晚元古代至早古生代，同處于華南板塊北緣，具被動(dòng)大陸邊緣的性質(zhì)，在早寒武世海侵過程中均沉積了1套以暗色泥頁巖、硅質(zhì)巖、碳質(zhì)巖為主的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖。北大巴山地區(qū)早古生代富有機(jī)質(zhì)泥頁巖在后期強(qiáng)大構(gòu)造擠壓區(qū)域變質(zhì)作用下，形成富有機(jī)質(zhì)淺變質(zhì)泥板巖。近年來，我國南方海相頁巖氣勘探工作不斷深入，四川盆地及其周緣下古生界頁巖成為中國南方海相頁巖氣突破的重要層系[6-7]。已有勘探成果顯示，米倉山構(gòu)造帶南鄭地區(qū)，以及大巴山前陸構(gòu)造帶的城口地區(qū)、鎮(zhèn)巴地區(qū)均探獲了下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣顯示。李榮西等[8]更是在北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶下古生界地層中發(fā)現(xiàn)了大量的以甲烷成分為主的有機(jī)流體包裹體，是該地區(qū)油氣發(fā)生、運(yùn)移的直接證據(jù)。根據(jù)有機(jī)流體包裹體、頁巖氣勘探成果，以及淺變質(zhì)巖生烴潛力研究，顯示出北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶下古生界富有機(jī)質(zhì)淺變質(zhì)泥板巖理應(yīng)具備一定的天然氣成藏條件。然而，由于北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶位于秦嶺造山帶與四川盆地結(jié)合部位，是秦嶺南緣多層次逆沖推覆構(gòu)造系的重要組成部分，具有重要的地質(zhì)構(gòu)造研究意義，研究內(nèi)容聚焦于地質(zhì)年代學(xué)[9-12]以及與巖漿活動(dòng)密切相關(guān)的成礦作用[13-15]，有關(guān)富有機(jī)質(zhì)極淺變質(zhì)泥板巖儲層的微觀孔隙發(fā)育特征尚未普遍受到關(guān)注和重視。常規(guī)物性測試手段難以表征致密泥頁巖儲層的微納米孔隙，需要采用高分辨率掃描電鏡、壓汞法、氣體物理吸附法等先進(jìn)試驗(yàn)方法進(jìn)行定量、定性分析[16]。相比較于高壓壓汞法，較先進(jìn)的恒速壓汞法能夠得到真正力學(xué)意義上的儲集巖石孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，但最高注汞壓力較低[17]，能否適用于致密頁巖有待考究。低溫N2或CO2物理吸附試驗(yàn)常用來分析頁巖納米孔隙結(jié)構(gòu)特征，但傳統(tǒng)的Bet法、修正的Bet法、T-plot 法、BJH法等針對非均質(zhì)性強(qiáng)的頁巖微納米孔隙測定均存在一定的不足，需要進(jìn)一步改進(jìn)。CLARKSON等[18]認(rèn)為N2吸附和CO2吸附的聯(lián)合應(yīng)用能夠有效表征100 nm以下的孔隙；WEI等[19]提出了基于N2和CO2等溫吸附曲線聯(lián)合的非定域密度函數(shù)理論法(NLDFT)來分析和表征頁巖納米孔隙結(jié)構(gòu)特征，分析精度可達(dá)0.33～100 nm。雖然氣體物理吸附法在表征微納米孔隙上具有顯著優(yōu)勢，但對于介孔-大孔孔隙高壓壓汞法更有優(yōu)勢，為了獲取較為完整的致密泥頁巖孔徑分布，田華等[20-21]提出了壓汞和物理吸附聯(lián)合測定微孔結(jié)構(gòu)技術(shù)。

通過野外地質(zhì)調(diào)查采樣，利用高壓壓汞、低溫N2物理吸附、氬離子拋光-場發(fā)射掃描電鏡、X射線衍射、有機(jī)地化等試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)致密泥板巖微納米孔至宏孔范圍內(nèi)的孔隙類型、形態(tài)、孔徑大小、分布的定性定量表征，揭示北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶下寒武統(tǒng)魯家坪組微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其影響因素。

1 地質(zhì)概況

北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶隸屬于南秦嶺造山帶，介于城口—房縣斷裂和白河—十堰斷裂之間，西以鎮(zhèn)巴斷裂為界，斷裂發(fā)育程度高，發(fā)育系列逆沖疊瓦狀推覆構(gòu)造，主體呈北西—南東向展布。瓦房店斷裂將其分為北部的安康—武當(dāng)推覆體和南部的城口—鎮(zhèn)坪推覆體兩個(gè)次級構(gòu)造單元[9]。早古生代華南板塊北緣為被動(dòng)大陸邊緣，在早古生代早-中期，總體處于伸展環(huán)境條件下，海水由鎮(zhèn)坪、紫陽一帶侵入，并發(fā)育淺海盆地相，形成一套黑色巖系，早期以碳質(zhì)頁巖夾粉砂巖、硅質(zhì)巖和石灰?guī)r為主；中晚期以碳質(zhì)頁巖和黑色頁巖為主，屬穩(wěn)定硅質(zhì)建造類型。在燕山期強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)下，受城口斷裂控制，北大巴山發(fā)生強(qiáng)烈的逆沖擴(kuò)展和強(qiáng)烈隆升。上覆地層強(qiáng)烈剝蝕，區(qū)內(nèi)出露厚度巨大的下古生界，其在構(gòu)造擠壓應(yīng)力作用下巖石與不同產(chǎn)狀的礦脈均發(fā)生了很低級變質(zhì)作用，褶皺復(fù)雜，逆沖斷裂發(fā)育。野外地質(zhì)調(diào)查顯示，下寒武統(tǒng)魯家坪組以黑色板巖為主，夾少量黑色薄層硅質(zhì)巖和粉砂質(zhì)巖；箭竹壩組暗色泥灰?guī)r為主，夾少量碳質(zhì)板巖，下志留統(tǒng)斑鳩關(guān)組以黑色碳質(zhì)板巖、碳質(zhì)硅質(zhì)巖為主夾砂巖、角礫巖。

圖1 北大巴山逆沖推覆帶地質(zhì)略圖及采樣點(diǎn)Fig.1 Geological sketch map of northern Dabashan thrust belt and sampling points

2 樣品取樣與試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品采自北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶下寒武統(tǒng)魯家坪組野外露頭，巖性主要為黑色碳質(zhì)泥板巖、泥頁巖，可污手。實(shí)測總有機(jī)碳含量(TOC)為1.29%～5.34%，等效鏡質(zhì)體反射率(Ro)為2.99%～3.42%，處于過成熟階段，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型，含少量Ⅱ型。礦物組成上，黏土礦物5.0%～33.2%，石英34.3%～71.2%，長石1.9%～11.2%，碳酸鹽巖礦物1.7%～38.0%，還發(fā)育少量(1.0%～7.9%)黃鐵礦以及石膏、硬石膏、普通輝石等礦物(表1)。

表1 魯家坪組泥板巖試驗(yàn)樣品基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of experimental samples in Lujiaping Formation

氬離子拋光-場發(fā)射掃描電鏡試驗(yàn)(Ar-FESEM)在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心完成，樣品切割成10 mm×10 mm×3 mm的塊狀后，選定垂直于頁理的面為拋光面，不同粒度的砂紙初步打磨后，將樣品固定在拋光儀上，設(shè)置加速電壓8 kV，離子束入射角度40°，利用高能Ar離子束對樣品打磨拋光1～2 h，采用德國蔡司Merlin Compact型場發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行觀測，最大分辨率為1.6 nm；低溫氮?dú)馕皆囼?yàn)在自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用美國麥克ASAP2460型物理吸附儀，樣品經(jīng)12 h 80 ℃抽真空脫氣預(yù)處理后，以純度99.999%氦氣為載氣，99.999%氮?dú)鉃槲劫|(zhì)，在-196.15 ℃的不同壓力下進(jìn)行氣體吸附試驗(yàn)，得到樣品的吸附、脫附等溫線，樣品比表面積選用多點(diǎn)BET模型線性回歸獲取，孔隙體積及孔徑分布選用 DFT 模型計(jì)算獲取。高壓壓汞試驗(yàn)在自然資源部頁巖氣資源勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用Auto Pore 9500全自動(dòng)壓汞儀，儀器孔徑可測量3 nm～1 000 μm，進(jìn)汞/退汞體積精度小于0.1 μL，最高進(jìn)汞壓力200 MPa，試驗(yàn)樣品為碎粒狀，試驗(yàn)前浸汞處理。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 微觀孔隙類型

頁巖氣儲層作為非常規(guī)儲集體，對于其孔隙類型，目前尚沒有統(tǒng)一的分類方案。SLATT等[22]基于Barnett 和Woodford頁巖孔隙的研究，將頁巖孔隙類型劃分為黏土絮體間孔隙、有機(jī)孔隙、球粒內(nèi)孔隙、化石碎屑內(nèi)孔隙、顆粒內(nèi)孔隙和微裂縫通道6類。LOUCKS等[23]基于Barnett 和Eagle Ford頁巖研究，提出3類頁巖基質(zhì)孔隙即粒間孔、粒內(nèi)孔和有機(jī)質(zhì)孔隙。由于頁巖儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與非均質(zhì)性，國內(nèi)學(xué)者在Loucks分類方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)微觀孔隙實(shí)際成像特征進(jìn)行描述與分類，具有較強(qiáng)的實(shí)用性[24-26]。

基于氬離子拋光-場發(fā)射掃描電鏡觀測結(jié)果，主要根據(jù)魯家坪組泥板巖孔隙發(fā)育的位置及其與礦物顆粒之間的關(guān)系，分為礦物質(zhì)孔隙和微裂縫孔隙2大類。由于有機(jī)質(zhì)演化的特殊性和其在天然氣形成中的重要性，結(jié)合國際目前的分類趨勢，把發(fā)育在有機(jī)質(zhì)顆粒內(nèi)的孔隙獨(dú)立分為有機(jī)質(zhì)孔隙大類。礦物質(zhì)孔隙根據(jù)孔隙發(fā)育位置，可進(jìn)一步分為發(fā)育在顆粒內(nèi)的粒內(nèi)孔隙和發(fā)育在顆粒之間的粒間孔隙。對于更次級的孔隙可根據(jù)發(fā)育孔隙的顆粒屬性及其與顆粒之間的相互關(guān)系，進(jìn)行三級分類，如粒內(nèi)溶蝕孔、晶間孔、粒緣孔縫等。觀測結(jié)果顯示，北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶下寒武統(tǒng)泥板巖發(fā)育有粒間孔、粒內(nèi)溶蝕孔、晶間孔、鑄模孔、粒緣孔縫等多種礦物質(zhì)孔隙，以及有機(jī)質(zhì)孔隙等多種微觀孔隙類型(圖2)。紫陽地區(qū)Z-01、Z-02、Z-03以及嵐皋L-01樣品黏土礦物含量低，相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%～14.5%，主要發(fā)育石英、長石以及少量的黃鐵礦、方解石等礦物，孔隙類型以石英和長石粒內(nèi)溶蝕孔(圖2a—圖2d)、粒緣孔縫(圖2e)為主，粒徑較大分布在幾百至幾千納米，偶見粒徑上百納米的孤立有機(jī)質(zhì)孔(圖2f)，草莓狀黃鐵礦粒間孔、粒緣孔多被黏土礦物充填(圖2g)，粒徑十幾納米至幾十納米，還可見少量石膏晶間縫以及礦物顆粒脫落形成的鑄?？?圖2h)。上述孔隙類型在該區(qū)表現(xiàn)出較強(qiáng)的彼此孤立性，連通性差，這是導(dǎo)致高壓壓汞試驗(yàn)進(jìn)汞飽和度低、門檻壓力大的主要因素。此外，部分長石粒緣縫隙被鋇冰長石等重結(jié)晶礦物致密膠結(jié)(圖2i)，這進(jìn)一步增加了研究區(qū)魯家坪組泥板巖孔隙致密程度。

嵐皋地區(qū)魯家坪組L-02樣品黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較高為33.5%，孔隙類型除發(fā)育有石英、長石溶蝕孔、粒緣縫外，還發(fā)育片狀黏土礦物堆積形成的層間縫，云母沿解理遭受溶蝕而形成解理縫，還可見有機(jī)質(zhì)內(nèi)部發(fā)育納米級有機(jī)質(zhì)微孔(圖2j—圖2l)。狹長縫隙可加強(qiáng)孔隙之間的連通性，利于游離氣儲集與運(yùn)移，黏土礦物層間孔縫以及有機(jī)質(zhì)內(nèi)部的大量微納米孔可為吸附氣提供良好的儲集場所。

3.2 等溫曲線特征及孔徑分布

頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔徑分布很廣，基于氮?dú)庠谖⒖撞牧仙系奈綑C(jī)理，低溫氮?dú)馕椒梢杂行Х从巢牧现屑{米孔隙的分布情況，在多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)測試方面得到了廣泛的應(yīng)用[27]。國際純粹化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)按孔徑大小將多孔材料的孔隙分為3類即微孔(<2 nm)、介孔(2～50 nm)、大孔(>50 nm)[28-29],被廣泛應(yīng)用于頁巖、煤等微觀孔隙類型劃分。SINGK[30]在DEBOER[31]滯后回線分類的基礎(chǔ)上，提出并應(yīng)用了新分類方案，不僅能夠表征孔隙大小而且一定程度上可揭示孔隙結(jié)構(gòu)類型。

低溫氮?dú)馕皆囼?yàn)結(jié)果表明，北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶魯家坪組富有機(jī)質(zhì)泥板巖氮?dú)馕降葴鼐€形態(tài)均呈現(xiàn)“平臺+拖尾”特征，整體接近H3型并兼有H4型等溫線特征(圖3)，孔隙結(jié)構(gòu)應(yīng)多表現(xiàn)為似片狀礦物組成的槽狀孔或狹縫型孔隙。相同平衡壓力條件下，不同樣品吸附氣量有所差異，按吸附氣量可將樣品分為高(A)、中(B)、低(C)三類。在平衡壓力(p/p0)小于0.01時(shí)有一定的吸附氣量，表明微孔發(fā)育，尤其A、B類樣品微孔更為發(fā)育；而后在相對較寬的平衡壓力范圍內(nèi)吸附曲線緩慢上升與p/p0軸近平行，當(dāng)p/p0大于0.4時(shí)，吸附曲線與脫吸附曲線不重合，形成滯后回線，且A、B類樣品脫吸附曲線在p/p0≈0.5時(shí)有快速下降現(xiàn)象，表明有連通性較好的開放型孔隙發(fā)育(圖3)。

圖3 樣品氮?dú)獾葴匚?脫附曲線Fig.3 Nitrogen isothermal adsorption desorption curves of samples

研究區(qū)泥板巖孔徑分布具有明顯的微孔特征，即孔徑為1.1～1.7 nm的微孔是魯家坪組泥板巖主要孔隙發(fā)育類型，介孔和大孔部分發(fā)育(圖4a—圖4b)。微孔是孔隙比表面積的主要貢獻(xiàn)者，貢獻(xiàn)率為56.6%～89.0%，平均72.5%(圖4c)；介孔是孔隙體積的主要貢獻(xiàn)者，貢獻(xiàn)率37%～61.3%，平均47.9%，大孔次之，貢獻(xiàn)率16.8%～59.1%，平均32.5%(圖4d)。A類樣品(L-02)的孔比表面積為11.458 m2/g，孔體積為0.009 15 cm3/g，相同平衡壓力條件下吸附氣量最大，相同孔徑范圍內(nèi)可提供更多的孔比表面積和孔隙體積，表明A類樣品主發(fā)育微孔和介孔孔隙；B類樣品(Z-01、L-01)孔比表面積分別為6.786 5～6.822 4 m2/g，孔體積為0.001 7～0.004 1 cm3/g，微孔除了提供74.3%～89.0%的孔比表面積外，還提供了23.1%～32.8%的孔隙體積，表明B類樣品以微孔發(fā)育為主導(dǎo)；C類樣品(Z-02、Z-03)孔比表面積分別為0.7677～2.6591 m2/g，孔體積為0.004 4～0.009 73 cm3/g，具“低孔比表面積，高孔隙體積”特征，表明相對A、B類樣品，C類樣品微孔發(fā)育較差，而介孔-大孔發(fā)育程度相對較高(圖4)。

圖4 基于物理吸附法的孔徑分布特征Fig.4 Pore-size distribution by nitrogen adsorption

3.3 毛管壓力曲線特征及孔徑分布

壓汞曲線形態(tài)反映了各孔喉段孔隙的發(fā)育情況、孔隙之間的連通性信息[32]。泥頁巖致密程度高，汞在高壓力下仍難以壓入微納米級孔隙，只可有效反映介孔-大孔發(fā)育信息，而氣體吸附可有效反映泥頁巖微納米級孔隙。氣體吸附法與高壓壓汞法聯(lián)合應(yīng)用可以探測微納米孔至大孔范圍的孔隙分布情況[20,33]。由于該區(qū)泥板巖非常致密，試驗(yàn)過程中進(jìn)汞飽和度低，難以實(shí)現(xiàn)常規(guī)儲層壓汞參數(shù)的多樣性，體現(xiàn)了高壓壓汞法對致密型儲層分析的局限性。高壓壓汞試驗(yàn)利用獲取的原始進(jìn)汞量與毛管壓力繪制壓汞曲線，揭示樣品孔隙以及微裂縫發(fā)育情況。除L-02外，其他樣品均沒有獲得“三段式”典型壓汞曲線，總體孔喉發(fā)育較差。根據(jù)進(jìn)汞量和曲線形態(tài)，魯家坪組泥板巖樣品高壓壓汞曲線可以劃分為3種類型：Ⅰ型曲線(L-02)進(jìn)汞量大且有平緩進(jìn)汞段，近平臺形狀，占總進(jìn)汞量的76.3%，門檻壓力24.7 MPa，退汞率為8.15%，表明有一定的孔喉溝通能力，但喉道非常細(xì)小，需要極高的壓力才能滿足孔喉溝通的條件；Ⅱ型曲線(Z-01)進(jìn)汞量少，主進(jìn)汞段短而陡，占總進(jìn)汞量的48.4%～69.6%，呈似斜坡形態(tài)，門檻壓力29.7～38.5 MPa，不退汞至少量退汞，退汞率為0.47%～18.1%，與Ⅰ型相比孔喉發(fā)育較差；Ⅲ型曲線(Z-02、Z-03、L-01)進(jìn)汞量極少，不存在平穩(wěn)進(jìn)汞段，幾乎不發(fā)生退汞，門檻壓力極高，試驗(yàn)壓力范圍內(nèi)未突破，統(tǒng)計(jì)的進(jìn)汞體積可能由巖石粗糙表面與汞之間的麻皮效應(yīng)產(chǎn)生[34]，表明連通孔隙的喉道發(fā)育極差(圖5)。

圖5 基于高壓壓汞法毛管壓力曲線Fig.5 Curves of the capillary pressure byhigh-pressure mercury injection method

高壓壓汞3種曲線類型均展現(xiàn)進(jìn)汞、退汞體積差異大，門檻壓力高的特征，說明泥板巖中“墨水瓶”狀細(xì)瓶頸孔隙的存在，孔喉細(xì)小，孔縫連通性差，這種孔隙結(jié)構(gòu)利于天然氣吸附聚集，但不利于游離氣儲集和運(yùn)移，可采率低下。最高200 MPa試驗(yàn)條件下的高壓壓汞法所能檢測的孔徑下限為3 nm，獲取的孔徑分布主要是介孔和大孔范疇，無法有效揭示微孔發(fā)育情況。

由壓汞試驗(yàn)結(jié)果表明，樣品孔徑分布具有多峰特征，指示孔徑分布區(qū)間的廣泛性。L-02、Z-01樣品主要發(fā)育4.5～16.2 nm的介孔，其他孔徑孔隙發(fā)育程度較低；L-01樣品發(fā)育25.2～38.5 nm介孔和>14.6 μm的均一尺寸大孔；Z-02、Z-03樣品發(fā)育16.2～25.1 nm介孔以及0.17～813、3.62～8.63、16.4～30.2 μm的多尺寸大孔(圖6)。氮?dú)馕綁汗涌讖椒植?圖7)。

圖6 基于高壓壓汞法的孔徑分布Fig.6 Pore-size distribution by high-pressure mercury injection method

圖7 氮?dú)馕?高壓壓汞孔徑分布聯(lián)合表征Fig.7 Pore-size determination by high pressure mercury injection and nitrogen adsorption

由于氣體吸附法在表征大孔以及高壓壓汞法在表征微孔-介孔時(shí)存在的局限性，單獨(dú)通過氣體吸附法或高壓壓汞分析法獲得的孔隙結(jié)構(gòu)存在一定的不足。根據(jù)高壓壓汞法和物理吸附法的測定效果，分別選取相應(yīng)方法最優(yōu)檢測孔段進(jìn)行分析，篩選低溫氮?dú)馕锢砦将@取的<50 nm的孔徑數(shù)據(jù)表征微孔和介孔，選取高壓壓汞獲取的>50 nm的孔徑數(shù)據(jù)，用于表征大孔。將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，置于同一坐標(biāo)下，形成圖7所示的微孔-介孔-大孔完整孔徑分布曲線。

3.4 礦物組分對孔隙發(fā)育的影響

泥頁巖中的礦物組分及其含量直接控制微觀孔隙大小和類型的發(fā)育，多與比表面積、孔隙體積之間存在一定的相關(guān)性，對頁巖儲集物性具有重要影響[35-36]。低溫氮?dú)馕锢砦浇Y(jié)果表明，研究區(qū)魯家坪全孔徑分布曲線具有多峰特征，每個(gè)峰值代表不同的孔徑分布范圍，按孔徑大小進(jìn)行組合分類，可見除Z-03樣品外，其余樣品均具有比較突出的微孔孔徑峰，表明研究區(qū)泥板巖普遍發(fā)育微孔孔隙。其中，嵐皋地區(qū)的L-01、L-02樣品微孔孔徑峰更為明顯，表明微孔發(fā)育的主導(dǎo)地位，輔以發(fā)育介孔和大孔孔隙；紫陽地區(qū)的Z-01、Z-02樣品微孔孔徑峰與大孔孔徑峰相當(dāng)，表明該區(qū)魯家坪組泥板巖微孔孔隙、介孔孔隙、大孔孔隙發(fā)育程度相當(dāng)；Z-03樣品微孔孔徑峰明顯小于介孔、大孔孔徑峰，表明主要發(fā)育介孔-大孔孔隙。

組泥板巖發(fā)育的介孔、微孔分別是孔隙體積和孔比表面積的主導(dǎo)孔隙(圖4c,圖4d)。魯家坪組泥板巖總有機(jī)碳含量(TOC)與比表面積具有一定的正相關(guān)性而與孔隙體積相關(guān)性差(圖8a)，表明有機(jī)質(zhì)是控制微孔發(fā)育的主要因素之一。黏土礦物是泥頁巖的主要組成礦物，在晶層之間、礦物顆粒內(nèi)部、礦物顆粒之間會形成不同類型的孔隙[36-37]。魯家坪組黏土礦物與孔隙體積呈一定正相關(guān)，而與比表面積相關(guān)性較差，表明黏土礦物組分即使因充填而致使一定程度的大孔空間損失，但會大幅提高介孔發(fā)育程度，促進(jìn)孔隙體積增加(圖8b)。石英、長石等脆性礦物，具有較高的脆性，通常利于粒間孔、微裂縫的發(fā)育[36-38]。魯家坪組脆性礦物組分與孔隙體積呈負(fù)相關(guān)性(圖8c)，表明與脆性礦物相關(guān)的粒間孔等孔隙多被黏土礦物充填(圖4g,圖4i)，孔隙體積減?。涣硪环矫?，魯家坪組等效鏡質(zhì)體反射率達(dá)到3.0%以上(表1)，經(jīng)歷了強(qiáng)烈成巖演化，脆性礦物顆粒在強(qiáng)烈壓實(shí)作用下對充填其間的有機(jī)質(zhì)和黏土礦物等塑性礦物擠壓，導(dǎo)致與有機(jī)質(zhì)和黏土礦物等有關(guān)的微孔-介孔擠壓變形甚至閉合，導(dǎo)致孔隙體積減小。

圖8 不同礦物組分與孔比表面積和孔隙體積的關(guān)系Fig.8 Relationship between different minerals and specific surface area and pore volume

4 結(jié) 論

1)魯家坪組泥板巖孔隙大小和類型與巖石礦物組分密切相關(guān)，石英、長石、碳酸鹽巖等脆性礦物相關(guān)孔隙類型以粒內(nèi)溶蝕孔、邊緣孔縫、粒間孔為主，且多被黏土礦物、有機(jī)質(zhì)充填。強(qiáng)烈成巖演化作用下，脆性礦物顆粒對充填其間的有機(jī)質(zhì)和黏土礦物等塑性礦物擠壓，導(dǎo)致微孔-介孔擠壓變形甚至閉合，約束孔隙體積發(fā)育。黏土礦物相關(guān)孔隙類型以層間孔縫為主，促進(jìn)介孔孔隙發(fā)育，提升孔隙體積；有機(jī)質(zhì)孔是魯家坪組微孔孔隙主要類型，提供了大量比表面積，是氣體吸附的主要場所。

2)單獨(dú)利用氣體吸附法或高壓壓汞法均無法準(zhǔn)確表征致密泥頁巖微觀孔隙特征，所得結(jié)果往往具有一定的差異性。聯(lián)合表征結(jié)果表明，魯家坪組泥板巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性，孔徑范圍分布廣，且組合形式多樣。紫陽地區(qū)魯家坪組泥板巖微孔、介孔、大孔孔隙發(fā)育程度相當(dāng)或更偏向于介孔-大孔孔隙；嵐皋地區(qū)以微孔發(fā)育為主導(dǎo)，輔以發(fā)育介孔和大孔孔隙。

3)北大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶壓性逆沖斷裂發(fā)育，局部志留系、奧陶系區(qū)域蓋層發(fā)育，在淺變質(zhì)泥板巖具有生烴潛力的基礎(chǔ)上，魯家坪組微觀孔隙結(jié)構(gòu)利于天然氣保存，但總體孔喉細(xì)小、連通性較差，不利于天然氣運(yùn)移。