1、引言
页岩储层孔隙结构特征与孔隙流体运移行为、天然气赋存和富集机理密切相关，最终影响页岩气的可采储量。页岩从微孔至大孔的孔隙空间结构分形特征的量化和差异性分析有助于了解孔隙发育、气体吸附－解吸行为和流动机理，同时对进一步了解页岩气储层的孔隙保存机理具有重要意义。本文对四川盆地涪陵气田江东区块（中深层）和川东南东溪地区（深层）上奥陶统五峰组（O₃w）和下志留统龙马溪组（S₁l）共17块不同小层、不同岩相的富有机质页岩进行了系统研究，在岩石学、岩石地球化学等基础上，结合低温气体（N₂、CO₂）吸附和高分辨率扫描电镜（SEM）等实验对五峰-龙马溪组页岩复杂孔隙结构进行了综合表征。此外采用FHH模型¹分别确定了页岩样品的微孔（<2nm）、中孔（2～50nm）和大孔（50～300 nm）的分形维数（D_mic、D_mes和D_mac）。最后比较了两块研究区不同岩相页岩孔隙结构参数、岩石矿物学特征和分形维数间的关系，探讨了孔隙结构差异对储气的影响意义。
2、地质背景和样品选取
江东区块地处川东高陡断褶带的万县复向斜包栾－焦石坝背斜带的次级构造单元，是万县复向斜内部的一个特殊断背斜构造，背斜顶部地层倾角较缓，呈盒状，发育断层较少。背斜构造的两翼较陡，边缘被吊水岩断裂、天台场断裂、石门断裂、大耳山西部断裂等两套北东向和近南北向逆断层夹持。江东区块五峰组和龙马溪组经历了长期沉降，在燕山中期达到最大埋藏深度（R_o%约为3.0%）；而后在白垩纪晚期迅速抬升和剥蚀，最后在喜马拉雅山脉缓慢抬升，最终形成了一套黑色富硅、富碳、富含笔石化石的页岩层系，从下向上由深水陆棚相过渡为浅水陆棚相，从海侵体系域过渡为高位体系域并保持了较长时间的缺氧环境²。
东溪地区研究区位于四川盆地东南部坳陷褶皱区，地处齐岳山褶皱带以西、四川盆地内川东高陡构造带内，呈现出一个断背斜构造。受控于齐岳山断裂、南充—遵义断裂和华蓥山断裂的展布，现今东溪地区位于NE—SW向构造带和NW—SE向构造带的交汇区域，平面展布上呈现东部构造形态复杂，西部构造相对简单的特点³。东溪地区五峰组—龙马溪组下部主要为一套浅水陆棚—深水陆棚相灰黑色炭质笔石页岩、含炭含粉砂泥岩，纵向分布较连续，无明显夹层，沉积的优质页岩厚度约为30~40m，具有高硅、高碳、富含笔石的特征，在研究区展布稳定。
3、页岩孔隙结构发育特征
江东区块五峰组－龙马溪组的10块页岩样品TOC含量介于0.63%～4.61 %，平均值为2.49 %；东溪地区五峰组－龙马溪组7块页岩样品TOC含量介于0.99%～5.06%，平均值为2.83%。不同岩相页岩的TOC含量也存在明显差异，江东区块硅质页岩TOC平均含量最高（4.07%），混合质页岩TOC平均含量次之（2.03 %），泥质页岩TOC平均含量最低（0.86 %）；东溪地区泥/硅混合质页岩TOC平均含量最低（1.07%），硅质页岩TOC平均含量最高（4.69%），富泥硅质页岩TOC平均含量处于中间水平（2.77%）。五峰组和龙马溪组页岩矿物组成是以石英和黏土矿物为主，其中江东区块黏土矿物含量介于13%～64%，平均为39.6%，石英含量介于25%～76%，平均为43.3%；东溪地区石英含量介于30.57%～68.83%，黏土矿物含量介于17.16%～47.11%，平均值分别为46.43%和33.22%，两者含量呈此消彼长的关系。
江东区块和东溪地区五峰组－龙马溪组页岩样品均发育有机孔、无机孔以及微裂缝三大类孔隙，其中无机孔分为粒内孔和粒（晶）间孔。江东区块页岩孔隙形态主要为狭缝状或平行板状以及少量墨水瓶状孔隙。孔径分布呈多峰型，中孔和大孔提供了80%的总孔体积，微孔提供了70%的总孔比表面积。五峰组－龙马溪组页岩孔隙具有明显分形特征，D_mic、D_mes和D_mac反映了不同尺度下孔隙表面和空间结构的复杂程度。江东区块页岩样品微孔和中孔的孔隙体积和比表面积随着D_mic和D_mes的增大而增大，而大孔体积和比表面积随着D_mac的增大而减小。富有机质页岩孔隙结构参数与分形维数、石英含量、黏土矿物含量、TOC含量有良好相关性。随着石英和TOC含量的增加（对应着黏土矿物含量的降低），D_mes和D_mac增大而D_mic的降低。硅质页岩孔隙体积和比表面积较大，且D_mes和D_mac较大，利于页岩气的吸附富集；泥质页岩和混合质页岩具有较小的孔隙体积、比表面积和分形维数，利于游离气的赋存。东溪地区页岩孔隙形态主要为狭缝状，孔径分布呈多峰型，中孔和大孔提供了86%的总孔体积，微孔提供了71%的总孔比表面积。页岩样品中微孔孔隙体积与比表面积均与微孔分形维数呈负相关；中孔体积与比表面积与中孔分形维数关系不明显；大孔分形维数与大孔体积呈正相关，而与大孔比表面积呈负相关。随着石英和TOC含量的增加（对应着黏土矿物含量的降低），D_mes和D_mac增大而D_mic的降低。泥/硅混合质页岩微孔体积和比表面积较小、D_mic较大，指示其内部微孔表面起伏较大、孔隙空间更复杂，利于吸附气的赋存；富泥硅质页岩具有较大的中孔孔隙体积、比表面积和D_mes，指示其内部中孔尺度的孔隙最为发育，既为吸附气的赋存提供了部分吸附点位，也为游离气的储集贡献了孔隙空间；硅质页岩的大孔孔隙体积较大、比表面积较小，D_mac也较大，指示硅质页岩内发育相当数量的大孔，为游离气的富集提供了很大部分的赋存空间。同时页岩孔隙度与大孔分形维数呈较好正相关性，指示东溪地区海相深层页岩大孔孔隙结构发育程度对储层孔隙度有着较大影响。
4、结论
（1）江东地区和东溪地区页岩TOC含量、石英及黏土矿物含量基本相当，但东溪地区页岩样品TOC含量和石英含量较江东地区页岩高，黏土矿物含量较江东地区页岩低。
（2）江东区块和东溪地区五峰组－龙马溪组页岩样品均发育有机孔、无机孔以及微裂缝三大类孔隙，孔径分布呈多峰型，孔隙体积主要由中孔和大孔贡献，孔隙比表面积主要由微孔贡献。江东区块页岩孔隙形态主要为狭缝状或平行板状以及少量墨水瓶状；东溪地区页岩孔隙形态则主要为狭缝状。
（3）四川盆地江东区块和东溪地区五峰组－龙马溪组页岩孔隙具有明显分形特征，不同尺度孔隙分形特征存在差异，且均随着石英、TOC含量的增加或黏土矿物含量的降低，D_mes和D_mac增大而D_mic的降低的特点。江东区块硅质页岩是赋存吸附态页岩气的优势岩相，泥质页岩和混合质页岩利于游离气的赋存。东溪地区泥/硅混合质页岩利于页岩气的吸附赋存，硅质页岩为游离气的富集提供了很大部分的赋存空间，而富泥硅质页岩为吸附气和游离气的富集均提供了有利条件。

四川盆地；江东区块；东溪地区；五峰组－龙马溪组；微观孔隙结构；多重分形