海陸過渡相煤系頁巖孔隙分形特征及影響因素

摘 要 【目的】為分析沁水盆地北部太原組海陸過渡相煤系頁巖孔隙分形特征及影響因素?！痉椒ā客ㄟ^對陽泉區塊太原組樣品進行總有機碳（TOC）含量、成熟度測試及X射線衍射、低溫氮氣吸附實驗，基于（Frenkel Halsey Hill，FHH）理論模型計算樣品孔隙分形維數，分析礦物含量、有機地化特征及孔隙結構參數對孔隙分形維數的影響?！窘Y果】太原組煤系頁巖TOC含量介于0.57%～6.40%，平均為3.18%；有機質鏡質體反射率（Ro）介于1.96%～3.24%，平均為2.49%；煤系頁巖微觀孔隙具有雙重分形特點，其中表面分形維數（D1）介于2.507 9～2.663 9，結構分形維數（D2）介于2.527 1～2.809 4；有機質含量及成熟度與D1、D2均呈正相關關系，孔隙結構參數與D1、D2具有良好的正相關性，但與D2相關系數高于D1，指示微孔對孔隙結構參數的影響更強；分選、磨圓度高的陸源碎屑石英多具規則孔隙形態，造成石英含量與D1、D2呈負相關關系；碳酸鹽巖礦物及長石主要提供宏孔，其含量與頁巖D1及D2均呈負相關關系；黏土礦物在長期壓實作用下孔徑減小，微孔數量增加，孔隙形態復雜，其含量與分形維數D1及D2呈正相關關系。【結論】海陸過渡相煤系頁巖微觀孔隙具有雙重分形特點，有機質含量、成熟度、孔隙結構參數和黏土礦物含量增大可導致其微觀孔隙分形維數變大，陸源碎屑石英、長石和碳酸鹽礦物含量增多可導致其微觀孔隙分形維數變小。

關鍵詞 煤系頁巖；孔隙結構；分形特征；海陸過渡相；太原組；沁水盆地

第一作者簡介 聶萬才，男，1986年出生，博士，高級工程師，儲層地質學，E-mail： 1071868063@qq.com

中圖分類號 P618.13 文獻標志碼 A

0 引言

能源需求量增加與供給不足的矛盾以及油氣勘探開發技術的進步使得人們開始關注非常規油氣[1]，隨著北美地區頁巖氣勘探開發的成功，我國也開啟了頁巖氣的勘探與開發實踐，并取得一定的突破，獲得商業性頁巖氣流。近年來，頁巖氣產量逐年增加，極大地緩解了能源壓力[2?3]。與碳酸鹽巖及砂巖等常規儲層相比，頁巖儲層主要發育納米級孔隙，頁巖氣主要儲存在孔徑小于0.75 μm的微—納米孔隙內，具有低孔—低滲的特點[4]。頁巖孔隙類型多樣，孔徑差異大，孔隙結構復雜，具有極強的非均質性。根據賦存狀態的差異，頁巖氣可以分為游離態、吸附態及少量溶解態[5?6]。不同賦存狀態氣體含量差異與孔隙結構直接相關，通?？紫督Y構越復雜，孔隙對頁巖氣的吸附能力越強[7?8]。分析頁巖孔隙結構是研究頁巖氣滲流的基礎[9?10]。目前，對頁巖孔隙結構的研究包括離子拋光掃描電鏡、巖心CT等固態觀察法及高壓壓汞、低溫氣體吸附等流體注入法兩種，前者主要集中于頁巖孔隙類型、形態、連通性及分布信息的提取，而流體注入法主要針對孔體積、比表面積及孔徑分布的定量評價[11]。低溫氮氣吸附法可以有效反映頁巖納米孔隙的分布情況[7]。

前人引入分形維數用于定量表征頁巖孔隙的復雜程度，并根據低溫氣體吸附、圖像分析及核磁共振等手段進行了頁巖分形維數的研究，認為頁巖孔隙復雜程度隨分形維數的增大而增大[12?13]，由于我國目前主要針對南方海相富有機質頁巖進行勘探與開發，因此，以往針對頁巖孔隙的研究主要集中于海相頁巖。張琴等[14]采用分形維數量化評價威遠地區龍馬溪組頁巖孔隙非均質性，并結合含氣性分析其顯示意義，指出分形維數越大，頁巖中氣體擴散解吸滲流越困難。熊健等[11]認為富有機質頁巖具有明顯的雙重分形特點，且小孔隙分形維數更大。早期針對海陸過渡相煤系頁巖的研究相對較少，特別是在量化表征孔隙結構復雜程度及影響因素方面[15?16]。我國海陸過渡相頁巖分布廣泛，頁巖氣資源潛力巨大。因此，對于海陸過渡相頁巖的研究具有極大的現實意義。隨著海相頁巖的突破及勘探領域的擴展，逐漸開始了海陸過渡相及陸相頁巖孔隙結構的研究，張鵬等[17]研究黔西北地區龍潭組頁巖孔隙分形特征認為海陸過渡相頁巖孔隙非均質性及分形維數普遍較大，當D2大于2.8時，氣體滯留能力強，頁巖可開采性需要進一步評價。黃宇琪等[18]對比貴州地區海陸過渡相與海相頁巖孔隙差異，認為有機質及黏土礦物含量是影響海陸過渡相頁巖孔隙結構的主要因素。

沁水盆地作為我國重要的海陸過渡相含煤盆地，煤系頁巖發育，具有極大的勘探開發潛力，然而以往針對沁水盆地北部太原組煤系頁巖孔隙結構特征及其影響因素的研究相對較少。因此，通過對沁水盆地太原組海陸過渡相煤系頁巖開展有機質含量、成熟度測試及X衍射、低溫氮氣吸附實驗，采用（Frenkel Halsey Hill，FHH）理論計算頁巖孔隙分形特征，進而探討有機質含量、成熟度及礦物組分對孔隙復雜程度的影響，以期為沁水盆地北部煤系頁巖儲層評價提供科學依據和基礎資料。

1 區域地質概況

沁水盆地位于華北地臺中部，山西省東南部[19]，整體表現為近南北向的大型復式向斜構造盆地。盆地四周為隆起包圍，北部為五臺山隆起，南部為中條山隆起，東部為太行山隆起，西部為呂梁山隆起及霍山隆起[20]。盆地雛形形成于印支運動，受燕山運動強烈擠壓作用的影響，盆地形成向斜構造，在喜山運動多幕構造作用下，盆地接受多期構造拉張、擠壓，最終形成了現今的構造格局[21]。斷層集中分布于盆地東部及西部，斷層規模及性質差異大，以正斷層為主[22]，多呈北東向，局部呈近東西向和北西向（圖1a）。

盆地沉積環境經歷了華北陸表海盆地、內陸表海海陸交替沉積為主的近海坳陷以及陸相碎屑巖沉積為主的內陸坳陷的古地理演化過程，晚古生代末期，隨著古蒙古洋的閉合，海水向南退出，華北板塊內部轉化成大型的內陸湖泊沉積環境。作為主要的煤系頁巖發育層，盆地北部太原組處于海陸過渡相的沉積環境，其中太原組下段以細粒沉積的三角洲前緣亞相為主，太原組中段沉積時期，伴隨大規模海侵事件的發生，研究區發育碳酸鹽巖臺地及潮坪潟湖亞相，太原組上段主要發育潮坪沼澤相，巖性包括煤、頁巖、砂質泥巖、灰巖、粉砂巖及少量泥灰巖。與海相頁巖相比，煤系頁巖單層厚度小，通常在40 m以下，縱向多層發育，與粉砂巖、泥灰巖和煤層互層，橫向變化快。

2 實驗樣品與方法

2.1 實驗樣品

實驗所用樣品均來自于沁水盆地北部YQ1井上古生界太原組煤系頁巖鉆井巖心及巖屑，取樣深度為549～618 m。

2.2 測試儀器及方法

1） 總有機碳分析

對煤系頁巖有機碳含量的測定采用美國Leco公司生產的碳硫測定儀，儀器型號為CS230SH。實驗前對樣品進行超聲波去污、研磨、酸洗、低溫干燥等處理，測試依據標準為GB/T 19145—2003《沉積巖中總有機碳的測定》，有機質含量采用固態紅外吸收法計算得到。

2） 巖石熱解參數

巖石熱解參數測定采用OG-2000V油氣顯示評價儀。采用未經烘烤、新鮮的具有代表性的巖屑樣，送樣前對巖屑表面進行清洗，采用過濾紙吸干后放入瑪瑙研缽器中研磨至150目，測試依據標準為GB/T 18602—2012《巖石熱解分析》。

3） XRD全巖礦物分析

礦物組分及含量通過X衍射實驗測試，測試儀器為荷蘭帕納科公司生產，儀器型號為X'Pert MPDPRO。實驗選取新鮮的煤系頁巖，實驗前對樣品進行低溫干燥處理，利用瑪瑙研磨器進行研磨至300目，實驗過程中采用Cu靶，設置壓力為50 kV，電流為45 mA，以2°最小衍射角進行連續掃描。整個測量過程在室溫下進行，測試標準遵照SY/T 5163—2018《沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X射線衍射分析方法》。

4） 低溫氮氣吸附

低溫氮氣吸附采用美國Quantachrome公司生產的6站式自動比表面積和孔隙度分析儀，可測孔徑范圍為0.35～500 nm。實驗前將樣品放置于去離子水中進行超聲波清洗，以清除表面雜質并進行低溫烘干預處理，隨后在瑪瑙研缽器中采用人工研磨至20～50目，在120 ℃高溫條件下對粉末樣進行抽真空處理，持續時間14 h。采用純度大于99.999%的液氮作為吸附介質，在-196.15 ℃恒溫液氮條件下，測量相對壓力逐漸增加下的吸附量及壓力降低時的脫附量，得到吸附及脫附等溫線，樣品比表面積、孔徑和孔體積結果分別利用BJH及BET原理計算得到。

3 實驗結果與分析

3.1 煤系頁巖有機地球化學及礦物組分特征

沁水盆地北部太原組海陸過渡相煤系頁巖TOC分布范圍大，介于0.57%～6.40%，平均為3.18%（n=8）；Ro 介于1.96%～3.24%，平均為2.49%（n=8），顯示有機質處于過成熟階段。

全巖礦物X衍射實驗結果顯示，太原組煤系頁巖礦物組成復雜，包括黏土礦物、石英、長石、方解石、白云石，同時含有少量黃鐵礦及菱鐵礦（表1），以黏土礦物及硅質礦物為主，其中黏土礦物含量介于28.5%～58.2%，平均為46.7%（n=8），黏土礦物以伊利石及伊/蒙混層發育為主，綠泥石及高嶺石礦物含量均在10%以下。硅質礦物以石英為主，含量介于28.7%～51.3%，平均為37.8%（n=8），長石含量為1.0%～7.4%，平均為3.4%（n=8），碳酸鹽巖礦物含量為2.7%～18.2%，平均為9.2%（n=8），黃鐵礦及菱鐵礦含量介于0.4%～2.8%，平均為1.4%（n=8）。與中國海相富有機質頁巖相比[23?24]，具有黏土礦物含量高、硅質礦物含量低的特點。

3.2 孔隙類型及結構特征

孔隙結構包括孔隙形態、孔徑大小、孔體積、比表面積等參數[25?26]，對氣體的儲集、吸附及運移能力等均具有重要意義。由于孔隙的毛細凝聚作用，低溫氮氣吸附實驗中吸附曲線與脫附曲線會發生明顯的吸附滯后現象，造成同一相對壓力條件下，脫附曲線氣體吸附量高于吸附曲線，形成明顯的遲滯環[27?28]。

根據低溫氮氣吸附—脫附曲線形態（圖2），在相對壓力（P/P0）小于0.9時，隨著相對壓力的增加，氣體吸附量呈緩慢上升，當P/P0gt;0.9時，隨著相對壓力的增加，氣體吸附量急劇增加。以P/P0=0.5為界線將曲線分為“高壓段”（P/P0gt;0.5）及“低壓段”（P/P0lt;0.5），在低壓段，吸附曲線與脫附曲線形態一致，但是二者不重合，在高壓段，吸附曲線與脫附曲線形態差異明顯，二者存在明顯的吸附滯后現象。根據國際理論與應用化學（IUPAC）對等溫吸附曲線及遲滯環類型劃分[29]，太原組煤系頁巖氮氣吸附曲線及遲滯環形態與Ⅳ型等溫吸附曲線和H3型遲滯環類型相似。顯示太原組煤系頁巖中微孔、介孔和宏孔均有發育，其中以介孔為主，孔隙形態以半封閉型狹縫孔為主，同時具有墨水瓶狀孔隙。

太原組煤系頁巖孔隙總孔容介于0.023 0～0.058 0 mL/g，平均為0.040 9 mL/g，其中孔徑小于2 nm 的微孔平均孔容為0.004 5 mL/g、孔徑在2～50 nm 的介孔平均孔容為0.021 4 mL/g、孔徑大于50 nm的宏孔平均孔容為0.015 0 mL/g。顯示介孔的孔容貢獻率最大，宏孔次之，微孔最小。比表面積介于14.70～41.50 m2/g，平均為28.48 m2/g，其中微孔比表面積貢獻率最大，平均為17.24 m2/g，介孔次之（10.08 m2/g），宏孔最?。?.16 m2/g）。

4 討論

4.1 煤系頁巖孔隙分形特征

頁巖微觀孔隙類型多樣，孔隙結構受有機質含量、有機質熱演化程度及無機礦物含量等因素共同影響，具有較強的復雜性及非均質性。分形維數的大小可以量化評價孔隙的復雜程度[30?31]。煤系頁巖低溫氮氣吸附—脫附曲線具有明顯的吸附不重合現象，根據曲線形態及遲滯環類型，指示頁巖中以微孔及介孔發育為主，這與FHH 模型適用孔徑范圍一致[32]，因此采用FHH模型計算樣品孔隙的分形維數大小，具體計算表達式為：

lnV=Kln［ln（P0/P）］+C （1）

D=K+3 （2）

式中：V 為在不同相對壓力條件下吸附氣體體積，m3；P0表示飽和蒸汽壓力，MPa；K 為擬合直線斜率；C為常數；D 為分形維數。

利用吸附—脫附曲線的吸附支氣體吸附量及相對壓力制作吸附曲線lnV 與ln[ln（P0 / P）]關系曲線（圖3），低溫氮氣吸附曲線上相對壓力在0.45～0.5時出現遲滯環，表明在該相對壓力前后所指示的孔隙結構出現明顯差異。根據圖3雙對數曲線特點，以P/P0=0.5為界線，對吸附曲線高壓及低壓段進行分段線性擬合，計算不同壓力段擬合直線的斜率，采用式2計算樣品分形維數大小，結果顯示頁巖孔隙存在兩種不同的分形特征，且二者之間擬合關系良好。記低相對壓力段（0lt;P/P0lt;0.5）孔隙分形維數為D1，高相對壓力段（P/P0gt;0.5）孔隙分形維數為D2[33?36]。結果顯示沁水盆地北部太原組煤系頁巖孔隙結構分形維數（D）介于2.507 9～2.809 3，處于較高水平，顯示頁巖孔隙結構復雜。不同頁巖樣品均顯示出明顯的分段分形特點，在高相對壓力及低相對壓力條件下的樣品分形維數具有明顯差異，高相對壓力段（P/P0gt;0.5），頁巖孔隙的分形維數D2介于2.527 1～2.809 3，平均為2.699 7，在低相對壓力段（P/P0lt;0.5），孔隙分形維數D1介于2.507 9～2.663 9，平均為2.594 0（表2）。

4.2 有機質含量及成熟度對分形的影響

有機質是有機孔的發育載體，其含量及熱演化程度都會影響有機孔形態及頁巖孔徑分布，進而影響孔隙分形維數的大小[37]。

根據樣品分形維數D1及D2大小，分析有機質含量與D1及D2之間的相關性，結果顯示，TOC含量與D1及D2之間均呈正相關關系，相關系數分別為0.286 2與0.350 9，表明隨著有機質含量的增加，頁巖孔隙結構的復雜程度上升，頁巖的吸附能力增強。TOC與D2之間相關系數大于TOC與D1相關系數，一般而言，頁巖孔徑越小，孔隙結構越復雜，顯示太原組煤系頁巖有機質的增加提供了大量的微孔及介孔，對宏孔的貢獻相對有限，微孔及介孔的增加，增加了頁巖孔隙結構的復雜性，提高了頁巖的分形維數。

頁巖有機孔形態及發育程度與生烴演化階段直接相關。不同熱演化階段，有機孔在形態、孔徑及發育程度等方面都會存在明顯的差異，因此，有機質熱演化程度也會造成頁巖分形維數的差異，沁水盆地北部太原組煤系頁巖有機質處于高—過成熟階段，熱演化程度與頁巖分形維數之間具有一定的正相關性，相關系數分別為0.110 8及0.528 4（圖4），整體處于中等水平。一方面，在高成熟階段，隨著成熟度的增加，有機質的生烴作用增強，有機孔形態以圓形及橢圓形為主，孔隙結構簡單。在過成熟階段，隨著成熟度的增加，有機質芳構化加劇，孔隙內壁變得更加的粗糙[27]，同時也會降低孔隙的支撐能力，在上覆巖層的壓力下，孔隙發生形變，降低孔隙連通性，使得孔隙結構復雜化，分形維數增加。

4.3 孔隙結構對分形的影響

分形維數的引入主要為了量化頁巖孔隙的復雜程度，進而指示頁巖孔隙對氣體的吸附能力，一般而言，分形維數越大指示孔隙越復雜，對氣體的吸附能力越強[35?36]。根據頁巖中氣體賦存狀態差異，孔體積及比表面積分別控制游離氣及吸附氣含量，頁巖微孔及介孔貢獻頁巖絕大多數的孔體積，微孔對頁巖比表面積的貢獻更高，盡管微孔孔體積較小，但由于數量較多，孔隙結構復雜，對孔隙的復雜程度及非均質程度具有至關重要的作用，頁巖中微孔越發育，孔隙結構越復雜，比表面積越大。頁巖分形維數與頁巖孔體積及比表面均呈正相關關系，其中頁巖比表面積與D1及D2相關系數分別為0.214 6與0.512 7（圖5a），而頁巖孔體積與D1 及D2 的相關系數分別為0.330 2與0.415 2（圖5b）。在孔體積、比表面積與分析維數的相關關系中，結構分形維數與孔體積及比表面積的相關性更強，表明頁巖微孔、介孔越發育，孔體積及比表面積越大，頁巖孔隙越復雜，分形維數越高。

4.4 礦物組分對頁巖孔隙結構及分形維數的影響

分形維數大小能定量表征孔隙復雜程度，其大小與孔隙發育直接相關[7，33?34]，因此，控制頁巖孔隙的因素均會影響分形維數的大小。主要影響因素包括頁巖礦物組分、有機質含量、熱演化程度、埋藏深度及成巖演化階段等，其中成巖礦物是無機孔隙發育的直接載體，控制著無機孔隙的發育。根據礦物組成差異，可以分為硅質礦物、碳酸鹽巖礦物及黏土礦物三大類。分別對這三類礦物組分含量與D1及D2進行相關性分析（圖6），結果顯示石英含量與D1及D2之間均呈弱負相關關系，相關系數分別為0.125 1 與0.525 8，長石含量與D1及D2呈負相關性，相關系數分別為0.190 1與0.103 4，黏土礦物含量與D1及D2之間均呈正相關關系，相關系數分別為0.416 2與0.690 6，方解石、白云石等碳酸鹽巖礦物與D1及D2呈負相關關系，相關系數分別為0.278 2與0.169 8。在與分形維數呈負相關的無機礦物中，石英礦物含量與分形維數的相關系數最高，結合全巖礦物組分分析結果，其主要原因為石英含量高。

前人針對川東南、川南海相頁巖分形維數研究指出石英礦物所能提供的儲集空間有限，主要孔隙類型為晶間孔以及微裂縫[32]，石英含量與孔隙分形維數呈正相關關系[36，38]，主要是由于低等硅質生物死亡后，能提供有機質及硅質兩種物質，硅質生物復雜體腔孔及有機質的增加放大了石英與分形維數的相關性。而沁水盆地太原組煤系頁巖石英含量與分形維數呈負相關關系，對比海相頁巖石英含量及石英成因，造成研究區石英含量與分形維數負相關的原因可能為太原組煤系頁巖中硅質來源包括陸源碎屑硅及自生石英兩種。隨著石英總含量的降低，陸源碎屑石英含量占比增加[34]，這類硅質通常經過遠距離的搬運與沉積，造成礦物的分選性及磨圓度均較高，在壓實成巖過程中，礦物排列支撐能力強，孔隙形態規則簡單，降低了這部分孔隙的復雜性。

頁巖的分形維數與碳酸鹽巖礦物及長石含量均呈負相關關系，但是相關系數較小，其中碳酸鹽巖礦物與D1及D2的相關系數分別為0.278 2與0.169 8，其原因主要為碳酸鹽巖作為易溶礦物，在沉積埋藏過程中，受地層水及有機質生烴中產生的少量有機酸影響形成溶蝕孔，這些溶蝕孔的孔徑通常較大，僅能提供有限的比表面積。結合前人分析碳酸鹽巖對頁巖孔隙結構的影響，碳酸鹽巖礦物含量與頁巖比表面積呈負相關關系，對宏孔的發育具有促進作用[31]，因此，碳酸鹽巖礦物的發育與頁巖分形維數呈負相關關系。長石作為易溶礦物的一種，在埋藏過程中容易形成溶蝕孔，但抗溶蝕能力強于碳酸鹽巖礦物，在埋藏過程中碳酸鹽巖礦物會優先溶蝕，同時，陸源碎屑長石在長距離搬運沉積，以介—宏孔發育為主[31?32]，導致長石含量與頁巖分形維數相關系數低于碳酸鹽巖。

海陸過渡相煤系頁巖黏土礦物含量較高，研究樣品黏土礦物平均含量在42%以上，是微觀孔隙的重要載體，結合黏土礦物含量與孔隙分形維數的相關性分析，黏土礦物含量與D1及D2均呈正相關關系，相關系數分別為0.416 2與0.690 6（圖6b），處于較高水平。結合前人研究成果，沁水盆地海陸過渡相頁巖黏土礦物含量與頁巖微孔及介孔均具有一定的相關性，同時，黏土礦物中發育較多的宏孔[16]。結合黏土礦物與分形維數相關系數大小分析，黏土礦物含量的增加對微孔、介孔及宏孔的發育均有促進作用。推測主要是由于海陸過渡相煤系頁巖中黏土礦物總含量較高，礦物顆粒細小。盡管在壓實作用過程中，黏土礦物顆粒趨向定向排列，孔隙空間會變小，但伴隨著壓實作用，孔隙中微孔及介孔的數量會增加，這也導致黏土礦物含量與頁巖的分形維數呈較強的正相關關系。

黏土礦物組成以伊利石及伊/蒙混層發育為主，高嶺石與綠泥石發育較少，部分樣品并未檢測到這兩種黏土礦物，因此主要分析伊利石及伊/蒙混層含量與分形維數關系。結果顯示，伊/蒙混層含量與頁巖孔隙分形維數D1與D2均呈明顯的正相關關系，相關系數分別為0.432 2與0.581 2，而伊利石與孔隙分形維數D1無明顯相關性，與D2相關系數為0.352 7，高嶺石及綠泥石與分形維數均無明顯的相關關系（圖7）。這主要與在不考慮頁巖含水率的前提下相同溫壓條件的蒙脫石對氣體的吸附能力高于伊利石有關[35]。不同黏土礦物顆粒發育微觀孔隙類型及結構亦存在明顯的差異，其中伊/蒙混層通常呈蜂窩狀、棉絮狀，主要發育粒間孔及粒內孔。同時，由于混層礦物堆疊方式，孔隙形態包括楔狀及不規則狀，孔隙結構復雜，伊利石呈片狀，發育片間孔，孔隙結構相對簡單，造成伊/蒙混層的吸附能力高于伊利石。此外，研究區煤系頁巖中伊/蒙混層含量較高，也是導致伊/蒙混層含量與分形維數相關性高于伊利石的重要原因。

5 結論

（1） 沁水盆地北部太原組煤系頁巖具有低硅質礦物、高黏土含量的特點，TOC 含量介于0.57%～6.40%，平均為3.18%，Ro 介于1.96%～3.24%，處于高—過成熟階段，通過FHH模型計算頁巖分形維數D1介于2.507 9～2.663 9，平均為2.594 4，D2 介于2.527 1～2.809 3，平均為2.699 7，顯示太原組煤系頁巖孔隙具有較強的復雜性。

（2） 煤系頁巖TOC含量及Ro控制微孔及介孔的發育，與分形維數D1及D2呈正相關關系，隨TOC和Ro增加，頁巖比表面積及孔體積越大，孔隙分形維數越高。

（3） 煤系頁巖陸源碎屑硅質分選磨圓度高，發育孔隙規則，碳酸鹽巖及長石主要提供宏孔，與分形維數呈負相關關系，黏土礦物在壓實作用下，孔隙直孔徑減小，微孔及介孔數量增加，孔隙形態復雜，與分形維數呈正相關關系，其中伊/蒙混層對分形維數影響最大。

參考文獻（References）

［1］ Li Y， Zhou D H， Wang W H， et al. Development of unconventionalgas and technologies adopted in China[J]. Energy Geoscience，2020， 1（1/2）： 55-68.

［2］ Zhong C， Qin Q R， Fan C H， et al. Effect of nanometer pore structureon methane adsorption capacity in organic-rich shale[J]. PetroleumScience and Technology， 2019， 37（11）： 1243-1250.

［3］ He S， Li H， Qin Q R， et al. Influence of mineral compositions onshale pore development of Longmaxi Formation in the Dingshanarea， southeastern Sichuan Basin， China[J]. Energy amp; Fuels，2021， 35（13）： 10551-10561.

［4］ 姜振學，唐相路，李卓，等. 川東南地區龍馬溪組頁巖孔隙結構全孔徑表征及其對含氣性的控制[J]. 地學前緣，2016，23（2）：126-134. ［Jiang Zhenxue， Tang Xianglu， Li Zhuo， et al. Thewhole-aperture pore structure characteristics and its effect on gascontent of the Longmaxi Formation shale in the southeastern SichuanBasin[J]. Earth Science Frontiers， 2016， 23（2）： 126-134.］

［5］ 羅勝元，陳孝紅，劉安，等. 中揚子宜昌地區下寒武統水井沱組頁巖現場解吸氣特征及地質意義[J]. 石油學報，2019，40（8）：941-955.［Luo Shengyuan， Chen Xiaohong， Liu An， et al. Characteristicsand geological significance of canister desorption gasfrom the Lower Cambrian Shuijingtuo Formation shale inYichang area， Middle Yangtze region[J]. Acta Petrolei Sinica，2019， 40（8）： 941-955.］

［6］ 符宏斌，苑坤，盧樹藩，等. 黔西上二疊統龍潭組高煤級煤微觀孔隙結構特征及其對含氣性的影響[J]. 天然氣地球科學，2020，31（12）：1814-1825.［Fu Hongbin， Yuan Kun， Lu Shufan， et al.Microscopic pore structure characteristics and its effect on gasbearingproperty of high-rank coal in Upper Permian Longtan Formationin western Guizhou[J]. Natural Gas Geoscience， 2020， 31（12）： 1814-1825.］

［7］ 王濡岳，聶海寬，胡宗全，等. 壓力演化對頁巖氣儲層的控制作用：以四川盆地五峰組—龍馬溪組為例[J]. 天然氣工業，2020，40（10）：1-11.［Wang Ruyue， Nie Haikuan， Hu Zongquan， et al.Controlling effect of pressure evolution on shale gas reservoirs： Acase study of the Wufeng-Longmaxi Formation in the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry， 2020， 40（10）： 1-11.］

［8］ 廖東良，路保平，陳延軍. 頁巖氣地質甜點評價方法：以四川盆地焦石壩頁巖氣田為例[J]. 石油學報，2019，40（2）：144-151.［Liao Dongliang， Lu Baoping， Chen Yanjun. An evaluation methodof geological sweet spots of shale gas reservoir： A case studyof the Jiaoshiba gas field， Sichuan Basin[J]. Acta Petrolei Sinica，2019， 40（2）： 144-151.］

［9］ 郭旭升，李宇平，劉若冰，等. 四川盆地焦石壩地區龍馬溪組頁巖微觀孔隙結構特征及其控制因素[J]. 天然氣工業，2014，34（6）：9-16.［Guo Xusheng， Li Yuping， Liu Ruobing， et al. Characteristicsand controlling factors of micro-pore structures of Longmaxishale play in the Jiaoshiba area， Sichuan Basin[J]. NaturalGas Industry， 2014， 34（6）： 9-16.］

［10］ 李卓，姜振學，唐相路，等. 渝東南下志留統龍馬溪組頁巖巖相特征及其對孔隙結構的控制[J]. 地球科學，2017，42（7）：1116-1123.［Li Zhuo， Jiang Zhenxue， Tang Xianglu， et al. Lithofaciescharacteristics and its effect on pore structure of the marineshale in the low Silurian Longmaxi Formation， southeasternChongqing[J]. Earth Science， 2017， 42（7）： 1116-1123.］

［11］ 熊健，劉向君，梁利喜. 四川盆地富有機質頁巖孔隙分形特征[J]. 斷塊油氣田，2017，24（2）：184-189.［Xiong Jian， LiuXiangjun， Liang Lixi. Fractal characteristics of organic richshale pore in Sichuan Basin， China[J]. Fault-Block Oil amp; GasField， 2017， 24（2）： 184-189.］

［12］ 劉世明，唐書恒，霍婷，等. 柴達木盆地東緣上石炭統泥頁巖孔隙結構及分形特征[J]. 天然氣地球科學，2020，31（8）：1069-1081.［Liu Shiming， Tang Shuheng， Huo Ting， et al. Pore structureand fractal characteristics of the Upper Carboniferous shale，eastern Qaidam Basin[J]. Natural Gas Geoscience， 2020， 31（8）：1069-1081.］

［13］ 楊銳，何生，胡東風，等. 焦石壩地區五峰組—龍馬溪組頁巖孔隙結構特征及其主控因素[J]. 地質科技情報，2015，34（5）：105-113.［Yang Rui， He Sheng， Hu Dongfeng， et al. Characteristicsand the main controlling factors of micro-pore structure of theshale in Wufeng Formation-Longmaxi Formation in Jiaoshibaarea[J]. Geological Science and Technology Information， 2015，34（5）： 105-113.］

［14］ 張琴，梁峰，梁萍萍，等. 頁巖分形特征及主控因素研究：以威遠頁巖氣田龍馬溪組頁巖為例[J]. 中國礦業大學學報，2020，49（1）：110-122.［Zhang Qin， Liang Feng， Liang Pingping， et al.Investigation of fractal characteristics and its main controllingfactors of shale reservoir： A case study of the Longmaxi shale inWeiyuan shale gas field[J]. Journal of China University of Miningamp; Technology， 2020， 49（1）： 110-122.］

［15］ 何陳誠，何生，郭旭升，等. 焦石壩區塊五峰組與龍馬溪組一段頁巖有機孔隙結構差異性[J]. 石油與天然氣地質，2018，39（3）：472-484.［He Chencheng， He Sheng， Guo Xusheng， et al.Structural differences in organic pores between shales of theWufeng Formation and of the Longmaxi Formation's First member，Jiaoshiba block， Sichuan Basin[J]. Oil amp; Gas Geology，2018， 39（3）： 472-484.］

［16］ 宋慧波，安紅亮，劉順喜，等. 沁水盆地武鄉南煤層氣賦存主控地質因素及富集區預測[J]. 煤炭學報，2021，46（12）：3974-3987.［Song Huibo， An Hongliang， Liu Shunxi， et al. Controllinggeological factors and coalbed methane enrichment areas in southern Wuxiang block， Qinshui Basin[J]. Journal of ChinaCoal Society， 2021， 46（12）： 3974-3987.］

［17］ 張鵬，黃宇琪，張金川，等. 黔西北地區龍潭組海陸過渡相泥頁巖孔隙分形特征[J]. 煤炭學報，2018，43（6）：1580-1588.［Zhang Peng， Huang Yuqi， Zhang Jinchuan， et al. Fractal characteristicsof the Longtan Formation transitional shale in northwestGuizhou[J]. Journal of China Coal Society， 2018， 43（6）：1580-1588.］

［18］ 黃宇琪，張鵬，張金川，等. 海相、海陸過渡相頁巖礦物組成對頁巖孔隙分形特征的影響[J]. 礦物巖石地球化學通報，2020，39（3）：548-557.［Huang Yuqi， Zhang Peng， Zhang Jinchuan， etal. The effect on the fractal characteristics of shale pores bymineral compositions of marine and marine-continental transitionalshales[J]. Bulletin of Mineralogy， Petrology and Geochemistry，2020， 39（3）： 548-557.］

［19］ 閆高原，張軍建，路冠文，等. 沁水盆地太原組—山西組頁巖孔隙分形特征[J]. 新疆石油地質，2021，42（5）：548-553.［Yan Gaoyuan，Zhang Junjian， Lu Guanwen， et al. Fractal characteristics of shalepores from Taiyuan Formation to Shanxi Formation in Qinshui Basin[J]. Xinjiang Petroleum Geology， 2021， 42（5）： 548-553.］

［20］ 邵龍義，楊致宇，房超，等. 沁水盆地石炭—二疊紀海陸過渡相含煤巖系頁巖氣地質條件及勘探潛力[J]. 中國煤炭地質，2021，33（10）：1-10. ［Shao Longyi， Yang Zhiyu， Fang Chao， et al. Permo-Carboniferous marine-terrestrial transitional facies coal measuresshale gas geological conditions and exploration potential inQinshui Basin[J]. Coal Geology of China， 2021， 33（10）： 1-10.］

［21］ 李陽陽，李賢慶，張學慶，等. 沁水盆地陽泉區塊上古生界煤系頁巖氣儲層特征[J]. 煤田地質與勘探，2021，49（2）：142-151. ［Li Yangyang， Li Xianqing， Zhang Xueqing， et al.Characteristics of shale gas reservoir in Upper Paleozoic coalmeasures in Yangquan block， Qinshui Basin[J]. Coal Geology amp;Exploration， 2021， 49（2）： 142-151.］

［22］ Zhao H， Liu W H， Wang X F. The openness degree study of theJiaoshiba shale gas， Sichuan Basin， China-potential factorresponsible for reversed isotope series[J]. Acta GeologicaSinica， 2018， 92（6）： 2457-2459.

［23］ 何順，秦啟榮，范存輝，等. 川東南丁山地區五峰—龍馬溪組頁巖儲層特征及影響因素[J]. 油氣藏評價與開發，2019，9（4）：61-67，78.［He Shun， Qin Qirong， Fan Cunhui， et al. Shale reservoircharacteristics and influencing factors of Wufeng-LongmaxiFormation in Dingshan area， southeast Sichuan[J]. ReservoirEvaluation and Development， 2019， 9（4）： 61-67， 78.］

［24］ 魏祥峰，劉珠江，王強，等. 川東南丁山與焦石壩地區五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集條件差異分析與思考[J]. 天然氣地球科學，2020，31（8）：1041-1051.［Wei Xiangfeng， Liu Zhujiang，Wang Qiang， et al. Analysis and thinking of the difference ofWufeng-Longmaxi shale gas enrichment conditions betweenDingshan and Jiaoshiba areas in southeastern Sichuan Basin[J].Natural Gas Geoscience， 2020， 31（8）： 1041-1051.］

［25］ 王超，張柏橋，舒志國，等. 焦石壩地區五峰組—龍馬溪組頁巖紋層發育特征及其儲集意義[J]. 地球科學，2019，44（3）：972-982.［Wang Chao， Zhang Boqiao， Shu Zhiguo， et al. Shalelamination and its influence on shale reservoir quality of WufengFormation-Longmaxi Formation in Jiaoshiba area[J]. Earth Science，2019， 44（3）： 972-982.］

［26］ 林子智，盧雙舫，常象春，等. 陸相頁巖微觀孔隙結構及分形特征：以徐家圍子斷陷沙河子組為例[J]. 煤田地質與勘探，2021，49（1）：151-160. ［Lin Zizhi， Lu Shuangfang， ChangXiangchun， et al. Micro-pore structure and fractal characteristicsof terrestrial shales： A case study of Shahezi Formation in XujiaweiziFault Depression[J]. Coal Geology amp; Exploration， 2021，49（1）： 151-160.］

［27］ 肖磊，李卓，楊有東，等. 渝東南下志留統龍馬溪組不同巖相頁巖的孔隙結構與分形特征[J]. 科學技術與工程，2021，21（2）：512-521.［Xiao Lei， Li Zhuo， Yang Youdong， et al. Porestructure and fractal characteristics of different lithofacies shalesof the Lower Silurian Longmaxi Formation in southeast Chongqing[J]. Science Technology and Engineering， 2021， 21（2）：512-521.］

［28］ 孫雷，高玉瓊，潘毅，等. 頁巖納米孔隙表面分形特征及其影響因素[J]. 西南石油大學學報（自然科學版），2017，39（6）：85-91.［Sun Lei， Gao Yuqiong， Pan Yi， et al. Surface fractalcharacteristics and their influence on shale nanopores[J]. Journalof Southwest Petroleum University （Science amp; Technology Edition），2017， 39（6）： 85-91.］

［29］ Rouquerol J， Avnir D， Fairbridge C W， et al. Recommendationsfor the characterization of porous solids （technical report） [J].Pure and Applied Chemistry， 1994， 66（8）： 1739-1758.

［30］ 張闖輝，朱炎銘，劉宇，等. 不同成熟度頁巖孔隙及其分形特征[J]. 斷塊油氣田，2016，23（5）：583-588.［Zhang Chuanghui，Zhu Yanming， Liu Yu， et al. Pore and fractal characteristics ofshale in different maturity[J]. Fault-Block Oil amp; Gas Field，2016， 23（5）： 583-588.］

［31］ 鄧恩德，姜秉仁，高為，等. 黔西地區龍潭組煤系泥頁巖孔隙結構及分形特征研究[J]. 煤炭科學技術，2020，48（8）：184-190.［Deng Ende， Jiang Bingren， Gao Wei， et al. Study on porestructure and fractal characteristics of shale from coal measuresof Longtan Formation in western Guizhou[J]. Coal Science andTechnology， 2020， 48（8）： 184-190.］

［32］ Pfeiferper P， Avnir D. Chemistry nonintegral dimensions betweentwo and three[J]. The Journal of Chemical Physics， 1983，79（7）： 3369-3558.

［33］ Cao X M， Gao Y， Cui J W， et al. Pore characteristics of lacustrineshale oil reservoir in the Cretaceous Qingshankou Formationof the Songliao Basin， NE China[J]. Energies， 2020， 13（8）：2027.

［34］ Qin C， Li X Z， Shen W J， et al. Study on the pore structure andfractal characteristics of different lithofacies of Wufeng-Longmaxi Formation shale in southern Sichuan Basin， China[J].ACS Omega， 2022， 7（17）： 8724-8738.

［35］ 陳居凱，朱炎銘，崔兆幫，等. 川南龍馬溪組頁巖孔隙結構綜合表征及其分形特征[J]. 巖性油氣藏，2018，30（1）：55-62.［Chen Jukai， Zhu Yanming， Cui Zhaobang， et al. Pore structureand fractal characteristics of Longmaxi shale in southern SichuanBasin[J]. Lithologic Reservoirs， 2018， 30（1）： 55-62.］

［36］ Yang Y Y， Zhang J C， Xu L F， et al. Pore structure and fractalcharacteristics of deep shale： A case study from Permian ShanxiFormation shale， from the Ordos Basin[J]. ACS Omega， 2022， 7（11）：9229-9243.

［37］ 梁利喜，熊健，劉向君. 川南地區龍馬溪組頁巖孔隙結構的分形特征[J]. 成都理工大學學報（自然科學版），2015，42（6）：700-708. ［Liang Lixi， Xiong Jian， Liu Xiangjun. Fractalcharacteristics of pore structure of Longmaxi Formation shale insouth of Sichuan Basin， China[J]. Journal of Chengdu Universityof Technology （Science amp; Technology Edition）， 2015， 42（6）：700-708.］

［38］ 吉利明，邱軍利，夏燕青，等. 常見黏土礦物電鏡掃描微孔隙特征與甲烷吸附性[J]. 石油學報，2012，33（2）：249-256.［JiLiming， Qiu Junli， Xia Yanqing， et al. Micro-pore characteristicsand methane adsorption properties of common clay minerals byelectron microscope scanning[J]. Acta Petrolei Sinica， 2012， 33（2）： 249-256.］

基金項目：國家自然科學基金項目（41772150）［Foundation： National Natural Science Foundation of China， No. 41772150］