原生孔隙水直接制约着页岩气的富集与产出，水力压裂过程低返排率使得大量压裂液滞留在地层中，导致页岩孔隙水的分布更加复杂多样。前期研究主要关注于页岩储层水蒸气，即气态水条件下页岩孔隙水微观分布特征。然而，在我国页岩气主要产层内孔隙水主要以液态水赋存，液态水条件下页岩孔隙水的微观分布鲜有探究。本文以四川盆地五峰组页岩为研究对象，通过饱和水条件下的热重-核磁共振联合测试分析，揭示了液态水条件下页岩孔隙水的微观赋存特征，并与气态水条件对比，系统阐明了页岩孔隙水的微观赋存特征，以及气态水与液态水赋存差异。
结果显示，热重分析是揭示页岩孔隙水微观赋存特征的有效方法，可直接厘定吸附水、束缚水和可动水的含量。页岩总含水量分布在13.99-70.46mg/g，平均为46.16mg/g，其中可动水含量分布在5.37-32.98mg/g，平均为17.82mg/g，其次为吸附水平均为17.38mg/g（5.95-23.7mg/g），束缚水含量最低，介于2.68-16.7.mg/g，平均为10.95mg/g。结合磁共振T₂谱分布及吸附比例方程，理清了不同赋存状态页岩孔隙水的赋存孔径范围，吸附水主要赋存于小于100nm的微小孔，可动水主要分布在大于100nm的孔隙，尤其是大于1000nm的大孔，束缚水主要赋存于10-2000nm的孔隙。吸附水主要受有机质控制，其次为黏土矿物，束缚水则反之，而可动水主要与石英有关。
页岩水蒸气吸附呈现为II吸附曲线，依次发生单层吸附、多层吸附和毛细管凝聚（Zolfaghari et al., 2017; Bai et al., 2020; Yang et al., 2021; Zhang et al., 2022）。系统阐明了水蒸气吸附过程页岩孔隙水的分布，当相对湿度低于0.75时，水分子主要吸附在水润湿的黏土矿物表面，其次是吸附在有机质含氧官能团表面。因此，吸附水量主要受黏土矿物控制，其次为有机质。然而，当相对湿度大于0.75时，发生毛细管凝聚，孔体积而不是比表面积控制着吸附水量，有机质主要控制着吸附水量，而黏土矿物次之。不同相对湿度页岩T₂与T₁-T₂谱分布显示，水蒸气吸附主要发生在小于100nm孔隙，以吸附水和束缚水为主，几乎不含可动水。水蒸气吸附对页岩孔隙结构影响显著，低温氮气吸附-解吸显示，水蒸气吸附将极大地降低氮气吸附量，显著地降低孔隙比表面积和孔体积，主要影响小于100nm的微小孔。此外，分形维数显示，随着相对压力增加，页岩孔隙结构及孔隙表面复杂性降低，非均质性减弱。
基于热重分析（TGA）的液态水饱和度可以很好地阐明全尺度页岩孔隙网络中的水，尤其是大孔隙（>100纳米）中的可动水和束缚水（图1）。水蒸气吸附法主要揭示了小于100纳米的纳米孔隙中的水分，但忽略了大部分束缚水和可动水。作为页岩气生产的主要贡献者，游离气以及孔隙水对其的影响应在未来的研究中得到更多关注。建立了不同含水条件下页岩孔隙水赋存模式，在低含水饱和度水平下，特别是在相对湿度（RH）为0.23时，孔隙水主要吸附在黏土矿物的表面，这是由其强烈的亲水性所驱动的。随着RH的增加，吸附机制从单层吸附转变为多层吸附。随着RH的进一步升高，水分子开始吸附到有机物中的含氧官能团上。当RH达到0.98的高水平时，毛细管凝结开始占据主导地位，逐渐取代吸附作用并填充微小孔隙。最终，在饱和条件下，孔隙水完全占据了页岩孔隙系统。

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