中國南方典型頁巖孔隙特征差異及其控制因素

姜振學，李 鑫，王幸蒙，王國臻，仇恒遠，朱德宇，姜鴻陽

[1.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學(北京)非常規油氣科學技術研究院，北京 102249]

中國南方地區頁巖氣成藏物質基礎條件優越，具備形成商業化開發的先決條件，是中國頁巖氣資源分布的最有利地區，潛力巨大[1-3]。自前寒武紀到新近紀發育了豐富的富有機質頁巖，早古生代發育海相沉積，晚古生代—中生代發育海-陸過渡相沉積和湖相煤系沉積，中新生代發育陸相沉積[4-7]。目前，針對海相頁巖組構特征、孔隙結構、物性特征、儲集能力等儲層特征方面，前人進行了比較深入的研究，以硅質含量高、有機孔發育、孔滲性較好為顯著特征[8-15]；海-陸過渡相及陸相頁巖儲層研究多集中在孔隙結構及影響因素，相比海相頁巖，陸相及過渡相頁巖具有粘土礦物含量高、有機質孔欠發育、孔隙度偏低等特征[16-20]。雖然海相、海-陸過渡相及陸相頁巖儲層特征方面前人都有一定的研究，但3套頁巖層系在組構特征、孔隙結構及儲集能力方面的對比研究鮮有涉及，不同層系儲集能力差異控制因素尚未深入的揭示，一定程度上制約了對頁巖氣差異富集的認識和有利目標區的優選。因此，深入分析不同沉積背景頁巖儲層，探究不同層系頁巖儲層發育的差異主控因素，對于不同類型儲層頁巖氣成藏再認識及勘探突破具有重要現實意義。本文選取川西南下志留統海相頁巖、湘中上二疊統海-陸過渡相頁巖和川東北下侏羅統陸相頁巖為研究對象(圖1)，在沉積背景、地化特征、巖石學特征以及孔隙結構特征研究的基礎上，進行了物質基礎和孔隙儲集能力的對比，對于指導中國頁巖氣勘探開發，特別是研究基礎較為薄弱的海-陸過渡相和陸相頁巖氣具有深遠的指導意義。

圖1 中國南方典型頁巖區域地質概況及井位分布

1 地質特征及發育模式

下志留統海相頁巖形成于川中古隆起、黔中古隆起和雪峰古隆起夾持的陸內坳陷[21-23]。沉積早期四川盆地南部及東南部為深水陸棚，向西、向北逐步過渡為淺水陸棚，西側為缺失區。由于岡瓦納冰川消融，海平面上升，海洋水體底部處于低能、滯留、缺氧、欠補償的深水陸棚環境，發育富含有機質的黑色頁巖[24-26](圖2a)。有機質主要來源于硅質藻類，顯微組分中腐泥組含量高，以藻類體和棉絮狀無定形體為主；頁巖類型主要為硅質頁巖和混合質頁巖，硅質具有生物成因，頁巖具有高脆性礦物含量特征[27]。

上二疊統海-陸過渡相頁巖沉積于潮坪—潟湖沉積環境[23](圖2b)。受構造格局、沉積相類型、地化特征影響，海-陸過渡相頁巖非均質性較強，縱橫向厚度變化大，分布面積廣，于四川盆地、滇黔桂、湘鄂地區均有發育，累計厚度大，單層厚度最大可達到25 m。頁巖類型可單獨發育或與煤層交互發育。由于古地理格局和沉積環境的變化差異，同期異相特征明顯，呈弧形帶狀展布。晚二疊世受東吳運動影響，海水向北東方向退卻，發育粘土型泥頁巖，粘土含量高，硅質含量較低，主要為陸源碎屑成因，有機質主要來源于陸源高等植物碎屑[28-29]。

下侏羅統陸相頁巖沉積環境為淺湖、半深湖的湖相沉積(圖2c)。頁巖厚度由沉積中心向湖盆四周逐漸減小，頁巖厚度為60～450 m[30-32]。頁巖巖性主要為灰黑色頁巖、灰黑色含生屑頁巖、灰色灰質泥巖、炭質泥頁巖，夾薄層的灰褐色含泥介屑灰巖，部分層段介殼生物發育。陸相地層在沉積時期湖平面可發生頻繁變化，導致處于淺湖和半深湖相帶中的泥頁巖與砂巖、灰巖形成互層沉積，從而紋層較為發育。

圖2 中國南方典型頁巖沉積模式(據文獻修改)[26,28,32]

2 地球化學特征及差異

下志留統海相頁巖以富有機質頁巖為主，含有機質頁巖次之，有機碳含量(TOC)分布范圍為0.63%～5.41%，平均含量為2.56%；TOC>2.0%所占比例為62.5%，其中TOC>4.0%占比15.2%。上二疊統海-陸過渡相頁巖以含有機質頁巖為主，富有機質頁巖次之，有機質分布范圍為0.60%～5.01%，平均含量為1.93%，TOC>2.0%占比43%，其中TOC>4.0%占比11%。下侏羅統陸相頁巖TOC分布范圍為0.23%～4.73%，平均含量為1.1%；TOC<1%所占比例為58%，范圍在1.0%～2.0%所占比例為30%，而TOC含量大于2%的樣品相對較少，僅占11%(圖3)。

圖3 中國南方典型頁巖有機質豐度統計

下志留統海相頁巖熱演化程度普遍較高，處于高—過成熟階段，等效鏡質體反射率(Ro)分布范圍為2.35%～3.74%，平均值為2.77%。上二疊統海-陸過渡相頁巖演化程度略低，Ro分布范圍為2.32%～2.61%，平均值為2.47%。下侏羅統陸相頁巖成熟度較低，處于成熟-高成熟階段，Ro介于1.35%～1.92%，平均值為1.68%(圖4)。

圖4 中國南方典型頁巖熱演化程度統計

下志留統海相頁巖有機質類型以Ⅰ型、Ⅱ1型為主，干酪根顯微組分主要為腐泥組，所占比例高達85%，殼質組、鏡質組和惰質組含量較少，平均值分別為4.01%，2.47%和1.75%；有機質主要來源于深水—半深水陸棚沉積環境藻類、海綿以及放射蟲等浮游生物。上二疊統海-陸過渡相頁巖有機質顯微組分主要為Ⅲ型干酪根，腐殖質體積含量超過70%，指示其有機質來源于淺水沉積環境下的陸源高等植物碎屑和生物殼體。下侏羅統陸相頁巖顯微組分中腐泥組含量較高平均含量為62%，鏡質組含量占38%，有機質類型主要為來自浮游生物的Ⅱ1和Ⅱ2型，也有部分來自陸源高等植物的Ⅲ型母質，有機質類型顯得更為復雜(圖5)。

圖5 中國南方典型頁巖干酪根顯微組分統計

3 組構特征及差異

下志留統海相頁巖礦物組成主要為石英和粘土礦物，含量分別為20.8%～71.5%(平均36.5%)和13.1%～60.0%(平均38.1%)；其次為碳酸鹽礦物(方解石、白云石)，含量為1.3%～45.5%，平均值21.3%；長石含量相對較少，平均為4.3%；黃鐵礦普遍存在，含量多小于10%，平均值為3.3%(圖6)。下志留統底部頁巖層段主要發育4種巖相類型，不同巖相頁巖的組構特征具有一定差異。①富有機質硅質頁巖(ORSS)，細粒、紋層狀構造，主要由硅質礦物與粘土互層組成，其中硅質含量高，由于早志留世特殊沉積環境及后期強還原環境，基質礦物中生物硅含量較高[21]，增強了基質格架抗壓能力，對無機孔隙保存起到了良好支撐作用，為后期遷移有機質充填提供了儲集空間(圖7a,b)；②富有機質泥質頁巖(ORAS)，細粒、塊狀構造，粘土礦物含量高，脆性礦物多呈零星狀混雜分布，過高粘土含量使得頁巖抗壓實能力有所減弱(圖7c)；③富有機質混合質頁巖(ORMS)，細粒、塊狀構造，脆性礦物與粘土礦物雜亂分布，沒有明顯的定向性，礦物孔隙幾乎全部被有機質充填(圖7d,e)；④含有機質泥質頁巖(OMAS)，塊狀構造，粘土礦物含量高被強烈壓實，硅質、鈣質等脆性礦物支撐作用有限，無機孔隙保存不佳，可供后期遷移有機質充填空間有限，有機質含量相對較低(圖7f)。

圖6 中國南方典型頁巖礦物組分分布端元圖

上二疊統海-陸過渡相頁巖礦物組分以粘土礦物為主，含量占總體55.7%，石英和長石含量相對較低，占35.7%，碳酸鹽巖礦物含量較少(8.6%)。上二疊統海-陸過渡相頁巖主要發育4種巖相，巖相間組構特征存在顯著差異。①含有機質泥質頁巖(OMAS)，發育層狀含粉砂粘土質組構，微弱層理發育，基質中粘土礦物含量高，其次為碎屑石英、長石。黃鐵礦集合體發育，碎屑顆粒包裹于粘土中，粘土板片具有定向性(圖7g)；②富有機質泥質頁巖(ORAS)，發育層狀粘土質組構，微弱層理發育，基質中粘土礦物含量高，泥晶石英為粘土礦物轉化析出。黃鐵礦集合體發育，碎屑顆粒包裹于粘土中，粘土板片具有定向性(圖7h)；③含有機質硅質頁巖(OMSS)，發育塊狀粉砂質組構，層理不發育，巖石呈細粉砂質結構，碎屑顆粒成分以石英、長石為主，云母碎片發育，膠結物主要為碳酸鹽巖，晶體呈泥晶結構充填于粒間孔隙中，黃鐵礦與泥質混雜，云母碎片排列略具定向性(圖7i)；④含有機質混合質頁巖(OMMS)，發育含鈣質夾層粘土質組構，碳酸鹽巖條帶與粘土質薄層互層，粘土質薄層中介殼廣泛分布，具水平定向性，主要基質為粘土礦物、碎屑石英、長石及碳酸鹽巖，黃鐵礦成集合體分散分布(圖7j)。

圖7 中國南方典型頁巖基質組構特征

下侏羅統陸相頁巖礦物組分以石英和粘土礦物為主，其中石英含量相對較高，分布范圍19.3%～63.2%，平均為41.1%；其次是粘土礦物，分布范圍18.6%～52.7%，平均為40.2%，方解石含量較低，平均含量達10.7%。下侏羅統陸相頁巖主要發育6種巖相，巖相間組構特征存在顯著差異。①富有機質粘土頁巖(ORAS)，塊狀構造，巖石主要由泥質及少量粉砂級碎屑顆粒構成，泥質含量可達90%，粘土礦物與有機質共生，其中夾雜少量粒狀碳酸鹽晶體(圖7k)；②含有機質粘土頁巖(OMAS)，主要由泥質和少量碎屑顆粒組成，泥質含量占80%以上，見少量粒狀的黃鐵礦晶體，粘土礦物呈明顯的紋層狀構造，泥質呈條帶狀定向分布(圖7l)；③富有機質混合頁巖(ORMS)，泥質結構，碎屑顆粒主要為石英和云母碎片，膠結物為泥質和鈣質，基質中夾雜團粒狀黃鐵礦，可見部分亮晶碳酸鹽礦物組成的生物化石，生物化石可占薄片總面積的20%，生物化石碎片長軸排列具有定向性(圖7m)；④含有機質混合頁巖(OMMS)，成分以泥質和鈣質為主，生物化石長軸排列具有定向性，呈紋層構造，粘土和鈣質礦物混合沉積，薄互紋層之間可見部分無機孔隙，可以增加儲層孔隙空間(圖7n)；⑤含有機質硅質頁巖(OMSS)，塊狀構造，以碎屑石英和長石為主，其次為泥質粘土和云母，其中石英顆粒形狀不規則，磨圓程度中等，主要來自于陸源沉積，視域中可見微裂縫，但被粘土、鈣質等雜基充填(圖7o)；⑥貧有機質硅質頁巖(OPSS)，塊狀構造，以石英和長石等脆性礦物為主，膠結物主要為粘土和云母，成鱗片狀充填于碎屑顆粒之間，少見黃鐵礦(圖7p)。

綜合3套層系頁巖的地球化學特征和組構特征對比可知，海相頁巖平均有機質豐度最高，脆性礦物含量較高，富有機質硅質頁巖和富有機質混合頁巖最為發育，其次為富有機質泥質頁巖和含有機質泥質頁巖；海-陸過渡相頁巖有機質豐度中等，脆性礦物含量最低，以富有機質泥質頁巖和含有機質泥質頁巖為主，其次為含有機質硅質頁巖和含有機質混合質頁巖；陸相頁巖有機質豐度最低，脆性礦物介于海相和海-陸過渡相之間，表現出更為復雜的巖相類型和組構特征，巖相以含有機質泥質頁巖、含有機質混合質頁巖和含有機質硅質頁巖為主，其次為富有機質泥質頁巖、富有機質混合頁巖和貧有機質硅質頁巖。

4 孔隙結構特征及差異

下志留統海相頁巖有機質孔最為發育，呈橢圓形、似圓形和不規則蜂窩狀(圖8a—c)，是有機質內部由于生氣作用產生的孔隙。該類孔隙除了發育在孤立有機質內部外，還常發育在與粘土礦物或是黃鐵礦共生的有機質內部，且有機質-粘土復合體或黃鐵礦共生的有機質孔隙面孔率較高，這是由于粘土礦物與黃鐵礦等具有催化生烴的作用。與有機質孔相比壓實殘余孔隙的孔徑相對較大，幾百納米到微米級，包括顆粒內部溶蝕孔(圖8d)、脆性礦物粒間孔(圖8e)、粘土礦物粒間孔(圖8g,j)以及被后期充填的黃鐵礦晶間孔隙(圖8f)等。

上二疊統海-陸過渡相頁巖孔隙類型以粘土礦物孔隙為主，壓實殘余孔隙、溶蝕孔隙和有機質孔隙相對較少(圖8h—m)。上二疊統海-陸過渡相頁巖泥質含量較高，顆粒間多被塑性變形粘土充填，壓實殘余孔隙發育較少，主要分布在粒徑較小的顆粒間隙內。鏡下可觀測到收縮縫，縫隙兩側邊緣形態吻合度高，表明該類型空間為取心或制樣后脫水收縮形成，地層條件下并不存在(圖8h,i)。粘土礦物孔隙廣泛發育且未被有機質充填，多形成于高嶺石狹縫內或伊蒙混層內，成狹縫狀或不規則狀，孔徑尺度跨度大(100～1 000 nm)(圖8j,k)。有機質多呈團塊狀集中分布或呈現原始生物形態特征。有機質孔隙多具有沉積繼承性，孔徑大但數量較少，且多被次生礦物膠結充填；熱成因孔隙發育較少且孔隙成針孔狀零星分布(圖8l,m)。

陸相頁巖儲層主要孔隙類型為有機質孔和粘土礦物孔隙。有機質孔隙發育受控于有機質類型，呈現出強非均質性。富含Ⅲ型有機質的頁巖樣品中，有機質孔隙發育較少，呈條帶狀分布(圖8n)，為惰質顯微組分；富含Ⅱ型有機質的頁巖樣品中，多發育瀝青質，多呈遷移狀或不規則狀，孔隙較為發育，具有蜂窩狀形態特征，可與粘土礦物(圖8o)以及黃鐵礦(圖8p)混雜，亦可見部分細胞骼架殘留形成的有機質孔隙(圖8q)。陸相頁巖粘土礦物含量較高，粘土聚集體成巖收縮及晶體堆積時形成粘土礦物晶間孔隙(圖8r,s)，由于壓實程度較低，大量粘土礦物孔隙得以保存，多呈狹長縫隙狀。粒內孔和粒間孔發育相對較少，粒內孔主要在石英、長石和方解石的顆粒內孔隙一般分布均勻，形狀通常為圓形和橢圓形，粒間孔主要以礦物顆粒間殘余孔隙存在(圖8t)。

圖8 中國南方典型頁巖孔隙類型及發育特征

5 儲集能力特征及差異

頁巖的孔隙結構特征差異必然導致儲層儲集能力的不同。為了進一步評價儲層儲集能力，對頁巖孔隙結構進行定量分析，本節重點對比了3套層系不同巖相的孔體積和比表面積參數。總體上，3套頁巖孔體積主要由中孔和宏孔貢獻，而比表面積主要由微孔和中孔貢獻。通過對比分析可知，具有不同地質背景的3套頁巖孔體積和比表面積差異較大。下志留統海相頁巖和上二疊統海-陸過渡相頁巖具有較高的孔體積，平均孔體積分別為0.026 cm3/g和0.023 cm3/g。其中，下志留統海相頁巖中孔孔體積略高，而上二疊統海-陸過渡相頁巖宏孔孔體積略高。對比而言，下侏羅統陸相頁巖孔體積較低，平均孔體積僅為0.017 cm3/g，其孔體積主要由中孔貢獻(圖9)。通過比表面積對比可知，下志留統海相頁巖比表面積最高，平均比表面積為28.99 m2/g，微孔比表面積高于中孔；而下侏羅統陸相頁巖和上二疊統海-陸過渡相頁巖比表面積較低，平均比表面積分別為11.90 m2/g和6.33 m2/g，兩套層系微孔和中孔對比表面積的貢獻相當(圖9)。

圖9 海相、海-陸過渡相和陸相頁巖不同巖相間孔體積和比表面積對比

通過層系間對比可以一定程度上表征不同地質背景下3套頁巖孔隙結構特征差異。然而，頁巖儲層具有極強的非均質性，層系間孔隙結構特征對比分析僅能大致分析3套頁巖儲集能力特征差異。為克服頁巖非均質性，頁巖層系內不同巖相間儲集能力特征對比分析具有重要研究意義，亦是儲集能力影響因素分析的基礎。

下志留統海相頁巖整體上具有較高的孔體積和比表面積，但不同巖相之間具有一定的差異，孔體積大小依次為ORSS>ORAS>ORMS>OMAS，而比表面大小為ORAS>ORMS>ORSS>OMAS(圖9a,b)。海相頁巖普遍處于高過成熟階段，干酪根裂解與遷移有機質裂解生氣，能夠產生大量有機質孔隙[33-35]，為頁巖氣賦存提供絕大部分儲集空間(圖8a,b)；生物硅的發育一定程度上增加了頁巖抗壓實能力，利于無機孔隙的保存，為后期遷移有機質充填提供了有利空間(圖7a,圖7b，圖8c)；過高粘土礦物含量會降低頁巖抗壓實能力，不利于孔隙的發育(圖8r)，因此，富有機質硅質頁巖具有最大孔體積，而含有機質泥質頁巖孔體積最小。有機質內部廣泛發育微孔及中孔，并且孔隙往往相互連通形成復雜的網絡空間結構(圖8b)，極大的增加了孔隙比表面積；粘土礦物絮狀、鱗片狀和板狀結構及壓實扭曲特性(圖8r)，使得與其它脆性礦物形成的孔隙相比具有相對較大的比表面積，因此，高有機質含量極大增加了頁巖比表面積，粘土礦物對比表面積也有一定貢獻，使得4種巖相中富有機質泥質頁巖具有較高的比表面積，含有機質泥質頁巖比表面積相對較小。

上二疊統海-陸過渡相頁巖總體上具有較高孔體積和低比表面積特征?？左w積和比表面積變化規律并不一致。孔體積由大到小為OMAS>ORAS>OMSS>OMMS。其中，OMAS孔體積最高，而OMMS孔體積最低，表明礦物組分差異影響孔體積高低(圖9c)。另一方面，比表面積由大到小為ORAS>OMAS>OMMS>OMSS，表明有機質豐度影響上二疊統海-陸過渡相頁巖比表面積，小孔徑孔隙主要由有機質提供，但整體并不發育(圖9d)。上二疊統海-陸過渡相頁巖孔隙結構特征與鏡下觀測孔隙類型形態規律一致。有機質多呈塊狀集中，零散分布于基質中，有機質孔隙發育隨機，多為孔徑較大的結構孔隙，熱成因孔隙較少，故對比表面積僅有微弱貢獻[36]；粘土板片間未見有機質充填，粘土礦物孔隙發育且多位于顆粒礦物周邊(圖8j—k)，說明一定的礦物組分比例有利于粘土礦物孔隙發育，是高孔體積的有利控制因素。

下侏羅統陸相頁巖整體上具有中等的孔體積和比表面積，不同巖相間的孔體積和比表面積差異較大，并且孔體積與比表面積變化規律并不一致，孔體積大小依次為ORMS>OMMS>ORAS>OMAS>OMSS(圖9e)，而比表面積大小為ORAS>ORMS>OMMS>OMAS>OMSS(圖9f)。ORAS、ORMS、OMMS和OMAS無機礦物孔隙以粘土礦物孔為主，有機質類型以Ⅱ型為主，孔體積和比表面積大于硅質頁巖。同時，有機質豐度相似的情況下，混合質頁巖孔體積明顯大于泥質頁巖，表明一定量的脆性礦物對陸相頁巖起到支撐作用，避免因壓實作用引起頁巖孔體積降低。OMSS巖相頁巖具有低孔體積和低比表面積的特征，表明陸相高硅質的頁巖硅質來源以陸源碎屑硅為主[39,40]，陸源輸入稀釋有機質且以Ⅲ型腐殖質為主，致使有機質孔隙發育較差，無法為頁巖提供相應孔比表面積。

6 儲集能力主控因素

頁巖儲層儲集能力主要受控于兩方面因素：一方面，原始沉積環境控制儲層物質基礎，決定儲層原始儲集能力，是儲層后期成巖改造的前提條件；另一方面，后期成巖演化條件在一定物質基礎上控制儲層成巖演化路徑，最終決定儲層儲集能力[41-42]。通過對比中國南方不同沉積環境3套頁巖層系，基于孔隙結構定量參數與基質組分參數相關性分析，結合鏡下直觀觀測為主要依據，探討了南方多層系頁巖儲層儲集能力的主控因素。

下志留統海相頁巖有機質類型傾向于Ⅰ型，主要來源于藻類。通過統計分析可知，下志留統海相頁巖的孔體積和比表面積與有機質豐度均具有良好的正相關性(圖10)，有機質豐度是頁巖孔隙發育的主要控制因素。掃描電鏡下可觀察到有機質孔廣泛發育，是高過成熟海相頁巖主要儲集空間(圖8a—c)。上二疊統海-陸過渡相頁巖儲層有機質類型傾向于Ⅲ型，主要來源于近岸高等植物碎屑。腐殖質干酪根不易形成熱成因孔隙，其原始沉積結構孔隙發育較少[43](圖8l,m)，故孔體積和比表面積與有機質豐度相關性不顯著，對于頁巖儲集空間貢獻不顯著(圖10)。下侏羅統陸相頁巖整體上有機質孔隙發育非均質性強[37-38]，從掃描電鏡觀察發現不同母質來源的干酪根有機質孔發育程度不同，來自浮游生物的Ⅱ1和Ⅱ2型的干酪根有機質孔隙發育較好(圖8o—q)，而來自陸源高等植物的Ⅲ型母質有機質幾乎不發育(圖8n)。統計分析表明腐泥質含量>60%時，孔體積和比表面積與TOC具有明顯的正相關關系(圖10)，說明有機質的顯微組分差異對于陸相頁巖儲層孔隙發育具有重要的控制作用，高腐泥質含量(>60%)是儲集能力優越的保障。通過對比3套頁巖可知，不同沉積環境有機質來源不同，有機質孔隙發育能力存在差異，是致使不同沉積環境的頁巖儲集能力存在差異的影響因素。

圖10 中國南方典型頁巖孔體積和比表面積與TOC統計關系

通過掃描電鏡觀察，與脆性礦物相關孔隙稀少、孔徑較大且孔隙表面形態簡單(圖8)，不能提供吸附點位，對比表面積貢獻較小(圖11)；考慮到小孔徑孔隙空間通常被遷移有機質占據，連通性好的大孔隙更加無法保留下來，僅有機質豐度較低時，與脆性硅質礦物相關的壓實殘余孔隙才有一定殘留。另一方面，碳酸鹽巖礦物為易溶礦物[44]，在酸性流體作用下可形成次生溶蝕孔隙，但多以孤立點狀存在，孔隙數量少，不具有儲集意義。因此，脆性礦物在致密的頁巖儲層當中，對于孔體積和比表面積的貢獻較低，表現出孔體積和比表面積與脆性礦物之間存在微弱的正相關性(圖11)。然而，脆性礦物抗壓實能力強，對于次生孔隙具有保護作用。頁巖儲層主要次生孔隙為有機質孔隙以及粘土礦物孔隙，其賦存基質均呈塑性。故原生脆性礦物組成的支撐格架以及次生的脆性顆粒均能夠承擔上覆地層壓力，保護次生孔隙免受壓實。有機質遷移至先存黃鐵礦晶間孔隙中，再次進行裂解形成有機質孔隙，黃鐵礦顆粒之間剛性接觸組成支撐格架保護有機質孔隙免受壓實；粘土礦物轉化過程中析出Fe，Ca，Si形成黃鐵礦晶粒、次生方解石及次生石英晶體提供支撐格架，支撐粘土板片閉合保護粘土礦物孔隙[45]；有機質遷移至先存粘土礦物孔隙空間，先存格架起到支撐作用，保護次生有機質孔隙。故與脆性礦物相關的原生孔隙多受壓實和充填而破壞，其組成的顆粒支撐格架對于次生孔隙的保存仍具有積極意義。

圖11 中國南方典型頁巖孔體積和比表面積與脆性礦物含量關系

孔體積和比表面積與粘土礦物之間相關性在不同層系甚至不同礦物組構特征的巖相中存在顯著差異(圖12)。粘土礦物雖然能夠通過成巖轉化形成次生孔隙，但其巖石力學屬性為塑性，容易受壓實變形，故其形成的次生孔隙需要與脆性礦物伴生才能保存；同時，有機質遷移充注也是粘土礦物孔隙較少的原因之一，故粘土礦物對孔隙空間的貢獻能力視其基質組成而定?？左w積與粘土礦物含量具有先增加后減小的關系，表明一定范圍內粘土礦物有利于孔隙的發育，但并不是含量越高越好，過高粘土含量會降低頁巖抗壓實能力，對孔隙發育不利。故粘土礦物孔隙發育需滿足合理的礦物匹配比例(硅泥比為2/3)。掃描電鏡下可以觀測到粘土礦物孔隙多發育于脆性礦物周緣，亦能證明粘土礦物孔隙與脆性礦物的伴生關系。同時，粘土礦物不能提供次生礦物的膠結點位，可阻止水巖作用的發生，有利于粘土礦物孔的保存。另一方面，粘土礦物可提供一定的比表面積，但由于孔徑尺度和孔表面形態的差異，其貢獻能力遠低于有機質，表現出比表面積與粘土礦物含量相關性不顯著。

圖12 中國南方典型頁巖孔體積和比表面積與粘土礦物含量關系

7 結論

1)不同沉積背景頁巖物質基礎在差異成巖改造作用下呈現出迥異的儲集性能，勘探目標應依據特定頁巖層系差別對待。

2)海相頁巖富Ⅰ型有機質具遷移和產孔能力，以有機質孔隙為主；海-陸過渡相富Ⅲ型有機質呈惰性，以粘土礦物孔隙為主；陸相有機質顯微組分混雜，以粘土礦物孔隙和有機質孔隙為主。

3)海相頁巖優勢巖相為富有機質硅質頁巖，具有高孔體積(平均值0.026 cm3/g)和高比表面積(平均值28.99 m2/g)；海-陸過渡相頁巖優勢巖相為富含有機質泥質頁巖，具有高孔體積(平均值0.023 cm3/g)和低比表面積(平均值6.33 m2/g)；陸相頁巖優勢巖相為富有機質泥質頁巖和富有機質混合質頁巖，孔體積(平均值0.017 1 cm3/g)和比表面積(平均值11.90 m2/g)適中。

4)海相頁巖有機質豐度是儲集能力好壞的決定性因素；海-陸過渡相頁巖合理的礦物組構匹配(硅泥比2/3)是儲集能力好壞的決定性因素；陸相頁巖高腐泥質含量(大于60%)和合理的礦物組構匹配是儲集能力優越的有利條件。