2024, Vol. 36
2. 贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室, 贵阳 550025;
3. 自然资源部复杂构造区非常规天然气评价与开发重点实验室, 贵阳 550004;
4. 贵州省油气勘查开发工程研究院, 贵阳 550000
2. Key Laboratory of Karst Georesources and Environment, Ministry of Education, Guizhou University, Guiyang 550025, China;
3. Key Laboratory of Unconventional Natural Gas Evaluation and Development in Complex Tectonic Areas, Ministry of Natural Resources, Guiyang 550004, China;
4. Guizhou Engineering Research Institute of Oil & Gas Exploration and Development, Guiyang 550000, China
页岩气是以吸附态、游离态赋存于富有机质纳米级孔隙的页岩地层系统中的天然气[1]。从我国天然气勘探开发总体形势来看，2025年中国页岩气产量有望达到300×108 m3，2030年将达到（350~400）×108 m3，是中国未来天然气产量增长的重要组成[2]。南方海相地层是中国页岩气的有利层位，近年来，贵州多个区域均有页岩气显示，可采资源量较大，贵州的页岩气成为了热点研究区[3-4]。贵州页岩储层条件较好，生烃潜力大，脆性矿物含量较高，有利于页岩气储集与压裂[5]，但是底板封盖能力差，深大断裂发育与流体活动频繁，多种复杂因素叠加导致下寒武统牛蹄塘组页岩储层保存及开采条件十分复杂[6-7]，在前期勘探经历了艰苦的探索过程，效果不太理想，页岩气勘探工作尚处于起步阶段。
页岩孔隙为页岩气提供了储集的主要场所与运移的通道[8-10]。页岩孔隙结构与分布特征是决定页岩储层质量和评价页岩气资源潜力的关键参数，其直接影响页岩气的赋存与富集，进而影响页岩气的开采效果。因此，对页岩孔隙结构特征的研究有助于页岩气资源的开发与评价。以往的研究成果大多聚焦于黔北下寒武统牛蹄塘组页岩的岩石学特征、地球化学特征、地质构造等方面，认为黔北下寒武统牛蹄塘组页岩下段以硅质页岩为主，上段岩性以炭质页岩为主；页岩矿物主要由石英与黏土矿物组成，含少量碳酸盐岩、长石及黄铁矿；下段较上段岩石脆性好，具有低孔低渗—低孔超低渗的储层特征[11-12]；干酪根以腐泥型与偏腐泥混合型为主，为Ⅰ型干酪根，沉积环境为缺氧还原性[13-14]；构造上具有早期小幅抬升，长期相对稳定，后期强烈改造的特点，褶皱、断裂发育复杂，褶皱整体以隔槽式为主，发育不同类型的宏观裂缝与微裂缝[15-17]。以往的研究对黔北储层微观孔隙结构的多尺度表征及其控制因素尚未做深入系统的研究，本次以黔北下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象，利用场发射电镜（FE-SEM））定性分析孔隙类型、核磁共振（NMR）与低温氮气吸附实验定量分析孔径分布特征、比表面积与孔体积，结合TOC与矿物组成分析其相关性，讨论黔北牛蹄塘组页岩孔隙结构特征的控制因素及其油气地质意义，以期为黔北下寒武统牛蹄塘组页岩气勘探提供理论依据。
1 地质概况贵州省地处东亚中生代造山带与阿尔卑斯—特提斯新生代造山带之间的上升地壳区，位于扬子板块的西南部，就整个扬子板块而言，是中国南部地区一个相对稳定的构造单位。区域地壳主要经历中晚元古代褶皱基底形成阶段、南华纪—侏罗纪盖层形成阶段及侏罗纪之后（白垩纪—新近纪）褶皱造山与叠加改造阶段[18]。黔北凤冈地区永凤1井隶属黔北—黔中分区的黔北台隆遵义断拱凤冈北北东向构造变形区，震旦系之后的沉积盖层所发育的变形构造，主要由侏罗纪末—早白垩世的燕山运动形成[19]，并具有多期次叠加改造的特征，该区褶皱和断裂构造均发育，主要发育NNE向、NE向褶皱和断裂褶皱；褶皱类型以向斜闭合、背斜宽广的隔槽式褶皱为主，断层以挤压性质的逆断层为主[12]（图 1a）。多期构造运动的叠加以及多次海侵的作用，在多个层位形成富含有机质的黑色页岩，如下寒武统变马冲组、牛蹄塘组、下志留统龙马溪组等。黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩按照岩性大致可分为上、下2段，下段为厚层硅质岩，上段以灰黑色炭质页岩、黑色炭质页岩以及高炭质页岩为主，含少量灰—深灰色泥灰岩，其底部夹少量灰绿色砂质页岩、灰—深灰色灰质泥岩。牛蹄塘组内灰黑色—黑色炭质页岩，高炭质页岩的单层厚度为1~9 m，累计厚度为93 m，占整个牛蹄塘组地层总厚度的72.7%（图 1b）。
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下载原图 图 1 黔北凤冈地区构造特征（a）和永凤1井下寒武统牛蹄塘组岩性地层综合柱状图（b） Fig. 1 Structural characteristics of Fenggang area in northern Guizhou (a) and stratigraphic column of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 (b) |
通过对凤冈地区永凤1井牛蹄塘组12块页岩样品全岩X射线衍射（XRD）（表 1）分析可知：研究区页岩矿物组成以石英、长石与黏土矿物为主，其次是碳酸盐矿物与黄铁矿（图 2a）。其中，石英质量分数为5.90%~60.60%，平均为41.01%；斜长石质量分数为0~23.00%，平均为11.59%；钾长石质量分数为0~5.60%，平均为3.21%；黏土矿物质量分数为4.90%~22.50%，平均为12.64%；黄铁矿质量分数为1.90%~12.20%，平均为9.08%；方解石质量分数为1.40%~80.30%，平均为15.33%；白云石质量分数为0~43.70%，平均为4.82%；菱铁矿质量分数为0~3.50%，平均为0.80%；铁白云石质量分数为0~5.20%，平均为1.51%。页岩矿物组成对页岩孔隙发育、含气性和储集物性有重要影响[20]，永凤1井牛蹄塘组页岩矿物组成与已商业开发的北美地区页岩较类似（图 2b），具有较好的开发潜力。
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下载CSV 表 1 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩样品全岩X射线衍射分析 Table 1 Whole rock X-ray diffraction analysis of shale samples of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
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下载原图 图 2 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩矿物组成 Fig. 2 Mineral composition of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
国内外学者对孔隙类型进行了很多研究，如Slatt等[22]、邹才能等[1]、Loucks等[23]都提出了不同的分类方案。本次参考Loucks的分类方案，将研究区牛蹄塘组孔隙类型划分为有机质孔隙、粒间孔隙与粒内孔隙，依据国际理论与应用化学协会的划分标准[24]，将孔隙大小分为微孔隙（<2 nm），介孔隙（2~50 nm）与宏孔隙（>50 nm）。将页岩样品用氩离子抛光后，利用场发射扫描电镜观察页岩孔隙类型及其分布可知，凤冈地区牛蹄塘组页岩孔隙类型主要为有机质孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙和微裂缝（图 3）。
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下载原图 图 3 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩微观孔隙类型 （a）黑色炭质泥岩，有机质孔，YF-7，2 697.40 m；（b）黑色含炭硅质岩，发育有黏土矿物与硅质矿物，有机质在矿物间发育，YF-9，2 709.94 m；（c）黏土矿物粒间孔，YF-7，2 697.40 m；（d）草莓状黄铁矿与粒间孔，YF-1，2 662.11 m；（e）黑色炭质泥岩，草莓状黄铁矿间发育有机质孔与粒内孔隙，YF-1，2 662.11 m；（f）黑色含炭硅质岩，粒内溶蚀孔隙，YF-9，2 709.94 m；（g）黑色炭质泥岩，黏土矿物粒间孔，长条状粒内孔，YF-8，2 701.10 m；（h）黑色炭质泥岩，硅质矿物粒内溶蚀孔，YF-7，2 697.40 m；（i）黑色炭质泥岩，微裂缝，YF-4，2 675.80 m。 Fig. 3 Microscopic pore types of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
（1）有机质孔隙是页岩中的有机质在热演化过程中形成的微小孔隙，其决定了气体的赋存与渗流[25]。研究区永凤1井牛蹄塘组页岩有机质孔隙大量发育，呈叠合蜂窝状分布，形状为规则凹坑状、近球状、椭圆状和不规则状，发育在黏土矿物与黄铁矿颗粒间（图 3a，3b）。
（2）粒间孔隙是沉积物埋藏后颗粒间的不完全胶结以及后期成岩改造作用而形成[26]。研究区牛蹄塘组页岩粒间孔隙主要为黄铁矿晶间孔，呈草莓状、煤球状等集合体状；黏土矿物粒间孔隙也较发育，呈长条状、片状、不规则多边形状，相互连通，分布没有规律性（图 3c，3d）。
（3）粒内孔隙主要为成岩过程中页岩中的不稳定矿物在外部环境改变时形成的以溶蚀为主的次生孔隙或生物化石内部孔隙。研究区永凤1井牛蹄塘组页岩的粒内孔隙主要为矿物表面溶蚀孔，孔隙形态为菱形、长条形、三角形、椭圆形，孔径从几十纳米到几十微米不等，成排发育，部分孔隙间偶有连通（图 3e—3h）。
（4）微裂缝在研究区永凤1井牛蹄塘组页岩中较为发育，可划分为原生裂缝与次生裂缝2类。原生裂缝规模大小不等，分布深度为2 651~2 716 m；次生裂缝为构造作用产生的构造裂隙及黏土矿物失水收缩产生的网格状裂隙，2种裂缝均较发育，裂缝长度不一，从几十微米到几千微米不等，差异性较大（图 3i）。
3 孔隙结构特征 3.1 核磁共振测试核磁共振一般测试孔隙结构与流体分布，测试孔径大于0.1 μm。实验采用MesoMR核磁共振岩心分析与成像系统，样品均为规则样柱（长度为2.5 cm，直径为2.5 cm），抽真空饱和蒸馏水恒压8 h，使样品在100%饱和水状态下测试核磁共振T2谱，T2谱测量采用CPMG自旋回波方法，共振频率为12 MHz，回波间隔为0.1 ms，等待时间为3 000 ms，回波数为12 000，采样频率为200 kHz。通过分析研究区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩样品的核磁共振T2谱响应和分布特征（图 4）可知：页岩样品T2谱峰呈双峰与三峰分布。其中，4个样品呈双峰分布，T2谱呈现双峰清晰分开，各呈正态对称分布，并存在明显的波谷，此类页岩层孔喉分布特征单一，页岩的孔隙类型分布均匀，除发育微细孔隙外，也发育有微裂缝；7个样品呈三峰分布，三峰T2谱有2类，第一类为三峰分开明显，峰与峰之间存在明显的波谷，第二类为三峰模糊，其中有2个波峰具有一个明显的波谷和一个拐点，这2类核磁共振T2谱响应特征除了发育微孔外，还有一定数量的微裂缝。永凤1井牛蹄塘组页岩T2谱波峰较多，表明研究区页岩孔径大小不等且分布不均，孔喉分布特征复杂。
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下载原图 图 4 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩弛豫曲线 Fig. 4 Relaxation time curves of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
| $\frac{1}{T_2}=\frac{1}{T_{2 \mathrm{~B}}}+\frac{1}{T_{2 \mathrm{~S}}}+\frac{1}{T_{2 \mathrm{D}}}$ | (1) |
式中：T2为横向弛豫时间，ms；T2B为横向体积弛豫时间，ms；T2S为横向表面弛豫时间，ms；T2D为横向扩散弛豫时间，ms。
对亲水岩石来说，回波间隔与磁场较为稳定时，体积弛豫与扩散弛豫通常可忽略不计，这时弛豫时间可表示为
| $\frac{1}{T_2} \approx \frac{1}{T_{2 \mathrm{~S}}}=\rho_2 \frac{S}{V}$ | (2) |
式中：ρ2为横向表面弛豫率，μm/ms；S为孔隙表面积，nm2；V为孔隙体积，nm3。
对于球状孔隙，将其形状简化为球体，则式（2）变为
| $r=3 \rho_2 T_2$ | (3) |
对于裂缝，将其形状简化为圆柱体，则式（2）变为
| $r=2 \rho_2 T_2$ | (4) |
式中：r为孔隙半径，μm。
利用核磁共振实验参数（表 2）将T2谱转化为孔径分布，样品核磁共振孔隙度为3.91%~9.41%，平均为6.97%，样品T2几何平均值为5.97~13.02 ms，平均为9.12 ms，样品可动流体百分数为12.08%~62.65%，平均为29.16%，本次利用T2谱形态确定T2截止值[29]，通过分析得到样品T2截止值为17.6~54.8 ms，平均为32.6 ms。
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下载CSV 表 2 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩核磁共振实验结果 Table 2 NMR experimental results of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
利用核磁共振参数与上述公式，将T2谱转化为孔径分布[30-32]（图 5）。横向表面弛豫率（ρ2）的取值需要通过压汞实验与核磁共振拟合求取，本次实验未进行压汞，其取值参考相同层组研究结果[33]，最终确定ρ2取值为4.6 nm/ms。转换结果如图 5所示，页岩孔隙孔喉半径分布范围较广，曲线波峰主要分布于0.1~1.0 nm与10.0~100.0 nm区间，最高峰出现在微孔范围，说明微孔发育良好，次高峰出现在介孔与宏孔范围，介孔与宏孔也较发育，介孔、宏孔与微孔间的峰谷较为明显，微孔与介孔、宏孔连通性相对较差，介孔与宏孔连通性较好[34]。
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下载原图 图 5 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩核磁共振孔径分布 Fig. 5 NMR aperture distribution of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
低温氮气吸附一般用于测定介孔，测试孔径为2~300 nm，实验采用JW-TB400比表面积及孔径同步分析仪，将样品置于密闭容器抽真空加热脱气预处理后，进行氮气吸脱附实验，测定了不同分压下氮气的吸附量和与解吸量。研究区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩样品低温氮气吸附实验结果（表 3）显示：页岩样品的BET比表面积为1.688 9~14.057 4 m2/g，平均为9.536 6 m2/g；总孔体积为0.002 01~0.011 05 cm3/g，平均为0.009 02 cm3/g，介孔体积为0.001 64~0.010 07 cm3/g，平均为0.007 95 cm3/g，宏孔体积为0.000 37~0.004 58 cm3/g，平均为0.001 07 cm3/g，孔隙主要发育介孔，孔径为3.381~5.947 nm，平均为3.708 nm。
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下载CSV 表 3 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩低温氮气吸附孔隙结构参数 Table 3 Pore structure parameters of low-temperature nitrogen adsorption of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
研究区永凤1井牛蹄塘组页岩样品低温氮气吸附实验等温线（图 6）整体呈反“S”型，滞后回环特征明显。在吸附温度下平衡时的压力（P）与饱和蒸汽压力（P0）的比值为相对压力P/P0，随着相对压力（P/P0）增大，吸附势也在变化，当0<P/P0<0.1时，微孔的吸附势较强，吸附曲线上升较为迅速；当0.1<P/P0<0.45时，样品吸附势减弱，吸附曲线大致呈直线缓慢上升；当0.45<P/P0时，出现滞后回环，吸附势逐渐增强，吸附量不断上升；当P/P0接近于1时，样品处于毛细孔凝阶段，吸附量急剧上升且未到达饱和状态。
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下载原图 图 6 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩吸附-脱附曲线 Fig. 6 Adsorption-desorption curves of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
根据DFT理论计算孔径分布，将孔径横坐标转换为对数时，dV/dD-D函数关系可更直观地表示孔容与孔径的关系，曲线中的峰值曲线代表孔容随孔径的变化率，页岩孔径分布集中，其分布曲线为2～4 nm（图 7）。
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下载原图 图 7 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩低温氮气吸附DFT模型孔径分布 Fig. 7 Pore size distribution of low-temperature nitrogen adsorption DFT model of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
低温氮气吸附实验中不同吸附-脱附曲线形态可以体现出不同的孔隙类型与形态，矿物类型对孔隙的类型与形态也具有重要的影响[35]。将矿物类型结合扫描电镜及低温氮气吸附-脱附曲线，对孔隙结构进行定性表征，叠加分析低温氮气吸附与核磁共振实验数据，对研究区牛蹄塘组页岩孔隙结构进行定量表征[36-37]。黔北凤冈地区牛蹄塘组页岩样品滞后回环形态与IPUAC（国际纯粹与应用化学联合会）提出的5种滞后回环中的A型曲线形态最为类似，同时兼具B型、E型曲线特征（图 8），由此表明页岩孔隙形态主要为圆柱形、裂缝形、墨水瓶形孔，孔隙形态较复杂。结合扫描电镜的观测结果，A型、E型迟滞曲线所对应的孔隙类型多为有机质孔与粒内孔溶蚀孔，呈圆柱形与墨水瓶形，这种类型孔隙孔径多在介孔范围；B型迟滞曲线所对应的孔隙类型多为黏土矿物粒间孔，呈裂缝形，这类型孔隙的孔径多在宏孔范围。
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下载原图 图 8 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩低温氮气吸附曲线与孔隙形态 Fig. 8 Low-temperature nitrogen adsorption curves and pore morphology of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
由于低温氮气吸附与核磁共振测试范围有重叠部分，且2种手段的测试效果不同，因此尝试将2种测试结果中各自较优的孔径范围结合进行叠加分析，来定量表征孔隙结构特征。其中，部分介孔（2~10 nm）采用低温氮气吸附实验结果，微孔（<2 nm）与部分介孔（10~50 nm）、宏孔（＞50 nm）采用核磁共振测试结果（图 9）。结果显示，黔北凤冈地区下寒武统牛蹄塘组页岩孔径范围分布广，3种孔径的孔隙对孔容均有贡献，介孔范围内孔体积增量达到最高峰，表明介孔对孔容的贡献最大，页岩孔隙储集空间集中于介孔中，介孔主要为有机质孔与黏土矿物粒内溶蚀孔；微孔与宏孔对孔容的贡献较介孔小，但同等孔体积情况下微孔对比表面积的贡献较宏孔更突出。介孔与宏孔提供了主要的孔体积，微孔与介孔提供了主要的比表面积，结合核磁共振结果，微孔与介孔连通性相对较差，而介孔与宏孔连通性较好，流体主要运移通道在介孔与宏孔间，表明运移通道多为裂缝状的黏土矿物粒间孔以及微裂缝。
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下载原图 图 9 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩孔径联合分布 Fig. 9 Joint distribution of shale pore size of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
黔北凤冈地区下寒武统牛蹄塘组页岩样品TOC为0.11%~2.47%（参见表 1），平均为1.28%。TOC与比表面积、总孔体积、介孔体积、孔隙度均呈正相关关系，与宏孔体积则无明显关系（图 10a—10e），随着TOC值的增加，有机质孔隙不断发育。总孔体积增加、介孔体积增加，孔隙度也随之增大，比表面积也在增加，宏孔体积无明显变化，说明研究区牛蹄塘组页岩TOC对于介孔的发育具有主导作用，有机质孔隙主要为介孔尺度。
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下载原图 图 10 黔北凤冈地区永凤1井下寒武统牛蹄塘组页岩TOC、矿物组成与孔隙特征关系 Fig. 10 Relationships among TOC, mineral composition and pore characteristics of shale of Lower Cambrian Niutitang Formation of well Yongfeng 1 in Fenggang area, northern Guizhou |
黏土矿物与脆性矿物作为页岩中主要的矿物成分，对孔隙发育具有不同程度的影响。其中，黏土矿物含量与比表面积、总孔体积、孔隙度、介孔体积均呈正相关关系，与宏孔呈负相关关系（图 10f—10j）。随着黏土矿物含量的增加，黏土矿物转化成新的孔隙生成，总孔体积、介孔体积、比表面积、孔隙度也都会增加，宏孔体积减少，说明研究区下寒武统牛蹄塘组页岩黏土矿物对介孔的发育具有积极作用，介孔提供了主要的比表面积与孔体积，对宏孔发育具有消极影响。
脆性矿物含量与比表面积、孔隙度、介孔体积均呈负相关关系，与宏孔体积呈正相关关系、与总孔体积无明显关系（图 10k—10o）。脆性矿物对于基质孔隙具有一定的抗压实作用并为溶蚀孔隙提供了一定的发育空间，随着脆性矿物含量的增加，宏孔体积也在增加，但脆性矿物含量增加到较高时，对于孔隙的保护作用有限，介孔体积、孔隙度、比表面积都在减小，脆性矿物含量对介孔体积、孔隙度与比表面积具有消极影响。
对于不同地区和不同层位的页岩[38-41]，影响孔隙结构发育的因素各不相同[42-45]，最主要的影响因素为TOC、黏土矿物与脆性矿物。黔北凤冈地区下寒武统牛蹄塘组页岩TOC与黏土矿物对比表面积、总孔体积、介孔体积、孔隙度具有积极影响，而脆性矿物则对比表面积、孔隙度、介孔体积具有消极影响。扫描电镜观察到有机质孔大量发育，黏土矿物粒间孔也较发育，这也印证了TOC与黏土矿物与孔隙结构特征之间的正相关关系。综上所述，TOC、黏土矿物与脆性矿物是控制研究区下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征的主要因素。
5 油气地质意义黔北凤冈地区牛蹄塘组页岩孔隙类型与形态均较复杂，其中有机质孔发育较好，多呈墨水瓶形，这种半开放形态的孔隙为页岩提供了良好的储集空间与运移通道；粒间孔隙也较发育，黄铁矿晶间孔主要分布在未被充填的单个草莓状黄铁矿晶粒间或多个草莓状黄铁矿集合体之间，这类孔隙大多呈孤立状态分布在黄铁矿集合体内部，连通性较差，对气体的渗流作用贡献较小；黏土矿物粒间孔多为网格状、条带状，这种孔隙构造为开放式孔隙，孔隙间相互连通成网格，为生烃期原油或运移沥青提供了良好的储集空间与通道；粒内孔多呈圆柱形，部分孔隙间相互连通，为页岩气提供了一定的储集空间，同时也是气体有效的运移通道。微裂缝也较发育，微裂缝长度不一，从几十微米到几千微米不等，连通了页岩储层的渗流通道，既有利于页岩孔隙的连通性，提高气相渗透率，亦有利于增加页岩储层中游离态天然气的聚集与吸附态天然气的解吸。页岩的微观孔隙结构控制着气体的渗流过程与吸附形式，进而影响页岩含气性评价。气体分子在宏孔中主要以扩散形式流出孔隙，几乎不存在吸附作用。随着孔隙直径的减小，气体分子在孔隙内的赋存以吸附为主。研究区下寒武统牛蹄塘组页岩孔径分布比较复杂，具有多尺度性，孔径为0.005~700.000 nm（参见图 9），小于2.000 nm的孔径占32.23%，2.000~50.000 nm的孔径占52.70%，大于50.000 nm的孔径占14.67%。介孔最发育，该类孔隙主要为有机质孔隙和黏土矿物粒内与粒间孔隙，有机质含量与黏土矿物含量的增加对介孔发育具有积极影响，脆性矿物含量的增加对介孔发育具有消极影响；微孔较发育，主要为有机质孔隙与黏土矿物内孔隙，有机质含量与黏土矿物含量的增加对微孔发育具有积极影响，脆性矿物含量的增加对微孔发育具有消极影响；宏孔的发育较差，主要发育有脆性矿物溶蚀孔隙，有机质含量对宏孔的发育影响微弱，黏土矿物含量的增加对宏孔发育具有消极影响，脆性矿物含量对宏孔发育具有积极影响。有机质、黏土矿物与脆性矿物通过对孔隙类型、形态与孔径分布特征的影响，控制着页岩储集能力的强弱与含气性条件的好坏，通过对孔隙结构特征及影响因素的研究有助于在潜在目标中优选出具有较高储集能力和更好含气性条件的页岩储层，从而提高勘探开发的效率和经济效益。
6 结论（1）黔北凤冈地区下寒武统牛蹄塘组页岩矿物组成以石英、长石黏土矿物为主，其次是碳酸盐矿物与黄铁矿，孔隙类型主要为有机质孔、黏土矿物粒间孔和粒内孔，还发育有微裂缝，其中，有机质孔与黏土矿物粒间孔最为发育。页岩样品吸附脱附曲线形态为A型，同时兼具B型、E型曲线特征，A型、E型迟滞曲线所对应的孔隙类型多为有机质孔与粒内溶蚀孔，呈圆柱形与墨水瓶形，B型迟滞曲线所对应的孔隙类型多为黏土矿物粒间孔呈裂缝状。
（2）研究区永凤1井牛蹄塘组页岩比表面积平均值为9.536 6 m2/g，总孔体积平均值为0.009 02 cm3/g，介孔体积平均值为0.007 95 cm3/g，宏孔体积平均值为0.001 07 cm3/g，孔径平均值为3.708 nm。研究区介孔最为发育，对孔容的贡献最大，对比表面积的贡献也较大，页岩孔隙储集空间集中于介孔中，孔体积主要由介孔与宏孔提供，比表面积主要由微孔与介孔则提供，微孔与介孔、宏孔之间连通性相对较差，而介孔与宏孔连通性较好，主要运移通道为介孔与宏孔。
（3）研究区牛蹄塘组页岩样品TOC含量和黏土矿物含量与比表面积、总孔体积、介孔体积均呈正相关关系，比表面积、孔隙度、总孔体积与介孔体积随着TOC含量和黏土矿物含量的增大均增大，TOC含量与宏孔体积关系不明显，黏土矿物与宏孔体积呈弱负相关关系，脆性矿物含量与比表面积、孔隙度、介孔体积均呈负相关关系，与宏孔体积呈正相关关系，与总孔体积间无明显关系，脆性矿物则对比表面积、孔隙度、介孔体积具有消极影响，TOC含量和黏土矿物含量是控制研究区下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征的主要因素。
（4）研究区下寒武统牛蹄塘组页岩各类型孔隙的大量发育和相互连通，为生烃期原油或运移沥青提供了良好的储集空间和运移通道，微裂缝的存在连通了页岩储层的渗流通道，既有利于页岩孔隙的连通性，提高气相渗透率，也有利于增加页岩储层中游离态天然气的聚集与吸附态天然气的解吸。
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