鄂爾多斯盆地中部上古生界山西組頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

趙幫勝，李榮西，覃小麗，劉福田，吳小力，趙迪，劉齊，周偉

長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054

0 引言

頁(yè)巖氣是廣泛關(guān)注的一種新型天然氣，通常指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥巖、頁(yè)巖及隔夾層中以吸附態(tài)或游離態(tài)賦存的非常規(guī)天然氣[1-2]。頁(yè)巖具有吸附聚集和自生自儲(chǔ)原位成藏特點(diǎn)[3-4]，許多學(xué)者對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)內(nèi)容與方法進(jìn)行了探索，主要包括巖石學(xué)特征、礦物類(lèi)型及含量、孔隙與裂縫發(fā)育特征以及物性特征等[3-6]。前人研究表明，頁(yè)巖中石英和長(zhǎng)石等脆性礦物含量越高，頁(yè)巖越易于進(jìn)行儲(chǔ)層改造并形成相互連通的裂縫網(wǎng)絡(luò)，有利于頁(yè)巖氣開(kāi)采[5-6]。較高的石英含量是Barnett頁(yè)巖能夠通過(guò)水力壓裂獲得頁(yè)巖氣高產(chǎn)的主要原因[7]。顯微微觀孔隙和裂縫是影響頁(yè)巖氣成藏和含氣量的重要因素[7-8]，大量研究發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖中除了發(fā)育與礦物和成巖作用有關(guān)的孔隙外，還包括頁(yè)巖中顯微組分發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔[9-12]。北美海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育大量納米—微米級(jí)孔隙和裂縫[3,13-15]，其頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度主要在1%～15%之間，滲透率一般小于0.1×10-3μm2[7,16]。

鄂爾多斯盆地含有兩套主要的頁(yè)巖氣目的層，一套是中生界延長(zhǎng)組長(zhǎng)7半深湖—深湖相富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖層系，該套黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖已水力壓裂成功并獲得了工業(yè)氣流，對(duì)其儲(chǔ)層和物性特征已有較多的研究成果[17]；另一套是上古生界本溪組、太原組和山西組海陸過(guò)渡相頁(yè)巖層系，其中在鄂爾多斯盆地中部地區(qū)山西組頁(yè)巖厚度一般大于50 m，局部地區(qū)可達(dá)100 m[18]。而且山2段為淺海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，山1段為淺湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖[19]?？偟膩?lái)看，鄂爾多斯盆地山西組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，TOC平均含量大于1.0%，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以II2型和III型為主，處于高成熟—過(guò)成熟的大量生氣階段，頁(yè)巖氣勘探潛力巨大[18-21]。目前，對(duì)鄂爾多斯盆地山西組頁(yè)巖氣探勘主要集中在頁(yè)巖沉積環(huán)境[19,21]、有機(jī)質(zhì)地球化學(xué)和生烴熱模擬等方面[22-24]，認(rèn)為山西組頁(yè)巖具有較大的生烴潛力，但對(duì)山西組頁(yè)巖儲(chǔ)層特征及其控制因素的研究相對(duì)不足。本文通過(guò)對(duì)山西組頁(yè)巖巖石學(xué)特征、礦物學(xué)、頁(yè)巖儲(chǔ)集空間、孔隙結(jié)構(gòu)和物性特征等進(jìn)行分析研究，探討山西組頁(yè)巖儲(chǔ)層特征，為頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)研究資料。

1 地質(zhì)概況及樣品分析

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西部，由伊盟隆起、天環(huán)凹陷、伊陜斜坡、西緣逆沖帶、渭北隆起和晉西撓褶帶6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成。中晚元古代—早古生代鄂爾多斯盆地屬于華北地臺(tái)組成部分，沉積了厚度巨大的海相碳酸鹽巖。由于加里東運(yùn)動(dòng)影響，中奧陶世末期盆地逐漸抬升，遭受剝蝕，缺失了上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)[25]。中晚石炭世，鄂爾多斯盆地開(kāi)始沉降，接受沉積，本溪期—太原期為陸表海沉積，形成了陸源碎屑巖和淺水碳酸鹽巖沉積。山西期海水開(kāi)始從盆地退出，逐漸向近海湖盆轉(zhuǎn)化，形成了一套以暗色泥巖、頁(yè)巖和砂巖為主的海陸過(guò)渡相含煤碎屑巖沉積[26-27]（圖1）。

樣品采自于鄂爾多斯盆地中部下寺灣地區(qū)兩口頁(yè)巖氣探井（圖1）。在巖芯觀察的基礎(chǔ)上，將頁(yè)巖樣品首先磨制薄片進(jìn)行顯微鏡下鑒定，初步確定頁(yè)巖巖石學(xué)和礦物學(xué)特征。之后將樣品粉碎過(guò)200目篩，送至國(guó)土資源部西安礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行全巖X射線衍射測(cè)試，定量分析頁(yè)巖礦物組成，并在長(zhǎng)安大學(xué)教育部成礦作用及其動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行掃描電鏡巖石學(xué)觀察和物性分析。為了便于分析和對(duì)比頁(yè)巖儲(chǔ)層物性控制因素，這些樣品也進(jìn)行了總有機(jī)碳（TOC）和鏡質(zhì)體反射率（Ro）測(cè)試。

2 巖石學(xué)與礦物組成特征

山西組頁(yè)巖巖性主要為黑色泥巖、黑色頁(yè)巖、灰黑色泥巖和深灰色粉砂質(zhì)泥巖等，偶夾紋層粉砂巖，層面分布有大量云母和少量植物化石碎片（圖2a，b）。偏光顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)泥頁(yè)巖中存在少量漂浮狀碎屑石英顆粒，分布不均勻，分選較差，多呈次棱角狀—次圓狀（圖2c，d）。

全巖X射線衍射分析結(jié)果表明，山西組頁(yè)巖中黏土礦物含量較高，在43.5%～98%之間，平均為59.6%；石英含量在2.0%～50.6%之間，平均為36.9%。黏土礦物中主要礦物為高嶺石和伊蒙混層，伊利石和綠泥石次之。高嶺石含量介于18.0%～84.0%，平均為37.0%；伊蒙混層含量介于0～63.0%，平均為40.8%，其中伊蒙混層中主要為伊利石層，蒙脫石層含量較低，僅占伊蒙混層的14.6%，表明山西組泥頁(yè)巖已進(jìn)入晚成巖階段；綠泥石含量介于4.0%～25.0%，平均為14.7%；伊利石含量介于1%～15%，平均為7.5%。

圖1 研究區(qū)山西組沉積相與采樣位置圖（(a)山1段；(b)山2段；據(jù)張泓[27]，修改）Fig.1 Sedimentary facies of the Shanxi Formation and sampling location in the study area

圖2 山西組頁(yè)巖巖性特征(a)黑色泥巖巖芯，斷面可見(jiàn)植物化石，CY2井，山2段，3 445.30 m；(b)灰黑色粉砂質(zhì)泥巖，斷面可見(jiàn)云母碎片，CY1井，山2段，3 500.20 m；(c)泥巖顯微鏡下特征，CY1井，山西組，3 437.90 m；(d)粉砂質(zhì)泥巖顯微鏡下特征，CY2井，山西組，3 437.20 m；(e)山西保德縣扒樓溝山2段頁(yè)巖Fig.2 Lithological characteristics of Shanxi Formation shale

決定頁(yè)巖是否具有勘探潛力的一個(gè)重要因素是頁(yè)巖的可壓裂性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者將脆性指數(shù)作為頁(yè)巖可壓裂性評(píng)價(jià)的重要參數(shù)[28-30]。目前頁(yè)巖脆性指數(shù)的計(jì)算主要通過(guò)礦物含量和巖石力學(xué)參數(shù)兩種方法[28-29]。通過(guò)礦物含量計(jì)算脆性指數(shù)的公式為：Brit=(WQFR+WCarb)/WTot，其中，Brit為脆性指數(shù)，WQFR為石英、長(zhǎng)石和云母含量，WCarb為碳酸鹽礦物含量，主要包括方解石和白云石等，WTot為礦物總含量[28]。根據(jù)X衍射分析數(shù)據(jù)可知，研究區(qū)山西組頁(yè)巖脆性系數(shù)在0.02～0.565之間，平均為0.404。研究表明，美國(guó)東部頁(yè)巖氣高產(chǎn)的頁(yè)巖石英含量很高，平均在40%以上，最高可達(dá)75%[31]。Wang[32]研究發(fā)現(xiàn)石英含量大于25%時(shí)，泥頁(yè)巖儲(chǔ)層才具有可壓裂性，石英含量為35%時(shí)，頁(yè)巖儲(chǔ)層的可壓裂性最好。與北美Barnett頁(yè)巖相比，山西組頁(yè)巖中黏土礦物含量較高，平均達(dá)到59.6%；而脆性指數(shù)為0.404，相對(duì)北美頁(yè)巖較低（表1、圖3），不利于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行水力壓裂。

3 儲(chǔ)集空間

3.1 孔隙

通過(guò)顯微鏡和掃描電鏡下觀察，并參考Louckset al.[9]的分類(lèi)方案，將山西組頁(yè)巖孔隙分為有機(jī)質(zhì)孔和礦物質(zhì)孔，礦物質(zhì)孔進(jìn)一步可分為粒間孔、晶間孔、粒內(nèi)孔和溶蝕孔等。

（1）有機(jī)質(zhì)孔：指存在于頁(yè)巖中顯微有機(jī)組分內(nèi)部，有機(jī)組分生烴熱演化而形成的氣孔[33]，這些氣孔對(duì)于改善泥頁(yè)巖儲(chǔ)層物性具有一定的積極作用。油浸物鏡和掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)山西組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔主要發(fā)育在絲質(zhì)體和鏡質(zhì)體中，單個(gè)有機(jī)質(zhì)孔呈橢圓形、圓形、長(zhǎng)條形以及不規(guī)則狀等多種形態(tài)的納米—微米級(jí)孔隙，孔徑一般在0.1～20μm之間。有機(jī)質(zhì)孔隙邊界清晰，部分氣孔相互連通形成較大的長(zhǎng)條形或不規(guī)則狀氣孔（圖4）。總體來(lái)看，山西組頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)孔較為發(fā)育，這與本區(qū)山西組泥頁(yè)巖熱演化程度較高（Ro平均為2.3%）大量生烴有關(guān)[34]。

表1 山西組與北美頁(yè)巖儲(chǔ)層特征對(duì)比Table 1 Characteristics of shale reservoirs in the Shanxi Formation and in USA

圖3 山西組頁(yè)巖礦物組成三角圖Fig.3 Ternary diagram of mineral content of Shanxi Formation shale

圖4 山西組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔顯微特征(a)(b)絲質(zhì)體中孔隙，CY2井，山2段，3 454.30 m，顯微鏡下油侵反射光；(c)鏡質(zhì)體中孔隙，CY1井，山1段，3 456.40 m，顯微鏡下油侵反射光；(d)(e)鏡質(zhì)體中孔隙，CY1井，山1段，3 440.10 m，掃描電鏡；(f)鏡質(zhì)體中孔隙，CY2井，山2段，3 490.10 m，顯微鏡下油侵反射光Fig.4 Organic matter micropores in Shanxi Formation shale

（2）粒間孔：指頁(yè)巖中黏土礦物、石英、長(zhǎng)石和方解石等礦物之間的孔隙，這類(lèi)孔隙在砂質(zhì)含量較高的粉砂質(zhì)泥頁(yè)巖中較為發(fā)育。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)山西組頁(yè)巖中主要為黏土礦物粒間孔，孔徑多為1～10μm（圖5c）。

（3）晶間孔：發(fā)育在黏土礦物顆粒間的晶間孔一般呈長(zhǎng)條狀，寬度一般為0.1～1μm（圖5a～d）。草莓狀黃鐵礦集合體內(nèi)的粒內(nèi)孔一般呈橢圓狀和不規(guī)則狀，孔徑一般為0.1～1μm（圖5e）。

（4）粒內(nèi)孔：指頁(yè)巖中各類(lèi)礦物內(nèi)部的孔隙，主要發(fā)育在黏土礦物和石英等晶形較好、晶體粗大的礦物集合體中，多為成巖作用引起。山西組頁(yè)巖中黏土礦物粒內(nèi)孔孔徑一般為0.1～10μm（圖5i）。

（5）溶蝕孔：指泥頁(yè)巖中礦物內(nèi)部或表面發(fā)生溶蝕作用而產(chǎn)生的孔隙，該類(lèi)孔隙邊緣粗糙不光滑，部分被黏土礦物充填。山西組頁(yè)巖中溶蝕孔發(fā)育較少，主要發(fā)育在方解石和長(zhǎng)石等礦物顆粒中，孔徑為1～10μm，部分被黏土礦物充填（圖5f）。

圖5 山西組頁(yè)巖礦物質(zhì)孔(a)高嶺石晶間孔，CY1井，山2段，3 502.10 m；(b)高嶺石晶間孔，CY2井，山1段，3 434.09 m；(c)黏土礦物晶間孔、粒間孔，CY1井，山2段，3 510.20 m；(d)高嶺石晶間孔，CY2井，山西組，3 434.09 m；(e)草莓狀黃鐵礦晶間孔，CY1井，山2段，3 512.25 m；(f)溶蝕孔，CY2井，山1段，3 449.90 m；(g)伊利石晶間孔，CY2井，山1段，3 434.09 m；(h)黏土礦物晶間，CY1井，山1段，3 440.10 m；(i)黏土礦物晶間孔、粒內(nèi)孔，CY2井，山2段，3 490.10 mFig.5 Mineral pores in Shanxi Formation shale

總的來(lái)看，研究區(qū)山西組頁(yè)巖中孔隙類(lèi)型以黏土礦物粒間孔和晶間孔為主，有機(jī)質(zhì)孔僅在有機(jī)質(zhì)含量較高的頁(yè)巖層段中較為發(fā)育，而粒內(nèi)孔和溶蝕孔含量較低。與四川盆地龍馬溪組和北美頁(yè)巖相比，山西組中有機(jī)質(zhì)孔含量相對(duì)較低，這可能與龍馬溪組和北美頁(yè)巖中相對(duì)較高的有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。

3.2 裂縫

裂縫是影響頁(yè)巖含氣量、頁(yè)巖氣聚集和分布的重要因素，是頁(yè)巖氣的主要滲流通道，直接決定了頁(yè)巖滲透率高低，控制頁(yè)巖氣藏的產(chǎn)能[7]。裂縫可增加頁(yè)巖中游離氣含量，并有助于吸附氣的解析。但是裂縫規(guī)模過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致頁(yè)巖氣散失，不利于形成頁(yè)巖氣藏。通過(guò)野外露頭、巖芯、薄片和掃描電鏡觀察，并參考聶海寬等[35]的裂縫分類(lèi)方案，將山西組頁(yè)巖裂縫分為宏觀裂縫和微裂縫，其中微裂縫可以進(jìn)一步分為泥頁(yè)巖微裂縫和有機(jī)顯微組分微裂縫。

3.2.1 宏觀裂縫

通常，在野外露頭和巖芯等宏觀尺度上可以肉眼觀察的裂縫稱(chēng)為宏觀裂縫。宏觀裂縫主要是通過(guò)構(gòu)造應(yīng)力、成巖作用和生烴作用等形成的，是山西組頁(yè)巖中常見(jiàn)的裂縫類(lèi)型之一（圖6），也是泥頁(yè)巖儲(chǔ)層流體的主要滲流通道之一，能有效地改善儲(chǔ)層物性。但如果裂縫規(guī)模過(guò)大，不利于頁(yè)巖氣成藏。大型宏觀裂縫是泥頁(yè)巖受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用而產(chǎn)生的，其規(guī)模大，延伸廣，具有一定的方向性（圖6a）。大型宏觀裂縫是泥頁(yè)巖排烴的通道，容易導(dǎo)致泥頁(yè)巖中烴類(lèi)氣體的散失，不利于形成頁(yè)巖氣藏。Barnett頁(yè)巖開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)表明，在大型裂縫發(fā)育的地區(qū)，頁(yè)巖氣井的產(chǎn)量一般較低[7]。小型宏觀裂縫主要是泥頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)生烴作用和黏土礦物脫水作用等形成[8-9]，與構(gòu)造應(yīng)力關(guān)系不大（圖6b～d）。這類(lèi)裂縫一般規(guī)模較小，是游離氣與吸附氣解析后的重要儲(chǔ)集空間和滲流通道，對(duì)頁(yè)巖氣藏形成和保存極為有利。

圖6 山西組頁(yè)巖中的宏觀裂縫(a)大型宏觀裂縫，山西保德扒樓溝，山西組；(b)小型宏觀裂縫，CY1井，山西組，3 437.93 m；(c)小型宏觀裂縫，CY1井，山西組，3 444.40 m；(d)小型宏觀裂縫，CY2井，山西組，2 576.20 mFig.6 Macrofractures in Shanxi Formation shale

研究表明，構(gòu)造力學(xué)背景相同時(shí)，頁(yè)巖中的裂縫發(fā)育程度主要受有機(jī)碳含量（TOC）和石英含量控制[36]。北美Ohio頁(yè)巖中，有機(jī)碳含量高的黑色頁(yè)巖層段裂縫也較為發(fā)育，而有機(jī)碳含量相對(duì)較低的淺色泥頁(yè)巖中裂縫發(fā)育程度較低；并且泥頁(yè)巖厚度越薄越有利于裂縫的發(fā)育[35,37]。石英含量也是影響泥頁(yè)巖中裂縫發(fā)育的重要因素，石英具有高的脆性，在外力作用下易破碎產(chǎn)生裂縫網(wǎng)絡(luò)并保持這些裂縫網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性和連通性[7,32,38]。

3.2.2 微裂縫

微裂縫是指寬度小于0.01 mm，長(zhǎng)度小于0.01 m的裂縫，這類(lèi)裂縫主要由有機(jī)質(zhì)生烴作用和黏土礦物脫水作用形成[39]。顯微鏡和掃描電鏡下觀察表明，山西組頁(yè)巖中微裂縫較為發(fā)育，賦存于頁(yè)巖和有機(jī)顯微組分中。其中，頁(yè)巖微裂縫寬度一般在1～10μm之間，少數(shù)可達(dá)十幾微米，甚至幾十微米（圖7）。單條裂縫多呈直線狀和彎曲狀，裂縫面平滑，未見(jiàn)明顯的相互位移和錯(cuò)動(dòng)，表明這種微裂縫的形成與構(gòu)造應(yīng)力關(guān)系較小。

有機(jī)顯微組分微裂縫是研究區(qū)山西組頁(yè)巖中另一種重要的頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間。有機(jī)顯微組分微裂縫是在有機(jī)質(zhì)生烴、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地層流體壓力等過(guò)程的作用下形成的[39]。在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，山西組頁(yè)巖有機(jī)顯微組分中鏡質(zhì)體和絲質(zhì)體中發(fā)育大量微裂縫（圖8）。鏡質(zhì)體中微裂縫寬度一般在1～10μm之間，單個(gè)裂縫形態(tài)主要為直線狀（圖8a，b），裂縫面光滑平整，錯(cuò)動(dòng)和位移不明顯。絲質(zhì)體中的微裂縫一般沿絲質(zhì)體橫斷面（圖8c）和徑向面（圖8d）分布，縫寬一般變化不大，多在1～15μm之間。

為了更準(zhǔn)確地反應(yīng)山西組頁(yè)巖裂縫發(fā)育特征，對(duì)研究區(qū)內(nèi)10件山西組頁(yè)巖進(jìn)行裂縫的面密度統(tǒng)計(jì)計(jì)算（表2）。在定量評(píng)價(jià)山西組頁(yè)巖裂縫發(fā)育程度時(shí)，采用牛小兵等提出的裂縫發(fā)育程度評(píng)價(jià)方法[40]，分析頁(yè)巖樣品裂縫發(fā)育程度。裂縫面密度是測(cè)量的裂縫長(zhǎng)度之和與測(cè)量面面積的比值。研究區(qū)10個(gè)山西組頁(yè)巖裂縫面密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（表2），頁(yè)巖裂縫面密度介于10.2/m～237.5/m，平均為116.6/m。根據(jù)上述裂縫評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，山西組頁(yè)巖裂縫極為發(fā)育，裂縫發(fā)育程度屬于極高（Ⅰ級(jí)）級(jí)別。

4 孔隙結(jié)構(gòu)特征

山西組頁(yè)巖毛管壓力曲線偏向圖像右側(cè)并且向上方靠攏，普遍呈陡坡迅速上升，隨后又緩慢上升，但平緩段較短（圖9），排驅(qū)壓力較大，在8.18～11.55 MPa之間，平均為9.299 MPa，表明進(jìn)汞量小，壓力偏高，反映頁(yè)巖孔喉偏細(xì)，分選較差。

圖7 山西組頁(yè)巖中的微裂縫(a)泥頁(yè)巖中微裂縫，CY1井，山1段，3 444.0 m；(b)泥頁(yè)巖中微裂縫，CY1井，山1段，3 444.1 m；(c)泥頁(yè)巖中微裂縫，CY2井，山2段，3 486.9 m；(d)泥頁(yè)巖中微裂縫，CY2井，山1段，3 449.8 mFig.7 Microfractures in Shanxi Formation mud shale

圖8 山西組頁(yè)巖有機(jī)顯微組分微裂縫(a)鏡質(zhì)體中微裂縫，CY1井，山1段，3 440.1 m；(b)鏡質(zhì)體中微裂縫，CY1井，山1段，3 444.4 m；(c)絲質(zhì)體中微裂縫，CY2井，山2段，3 488.2 m；(d)絲質(zhì)體中微裂縫，CY2井，山1段，3 441.9 mFig.8 Microfractures in organic macerals in Shanxi Formation shale

表2 山西組頁(yè)巖裂縫統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Statistics of fractures in Shanxi Formation shale

5 儲(chǔ)層物性及其影響因素分析

5.1 儲(chǔ)層物性

山西組頁(yè)巖樣品物性分析結(jié)果表明，孔隙度在0.4%～1.5%之間，平均為0.77%，滲透率在0.007×10-3μm2～0.24×10-3μm2之間，平均為0.06×10-3μm2。與北美頁(yè)巖相比，山西組頁(yè)巖孔隙度明顯偏低，而滲透率相對(duì)較高（表1），這可能是由于研究區(qū)山西組頁(yè)巖中裂縫較為發(fā)育，對(duì)滲透率具有一定的貢獻(xiàn)?？紫抖扰c滲透率之間沒(méi)有相關(guān)性，表明山西組頁(yè)巖中孔隙連通性差。

5.2 儲(chǔ)層物性影響因素分析

大量研究表明，頁(yè)巖物性主要受沉積環(huán)境、成巖作用、有機(jī)碳含量和礦物組成等因素控制[34-35,41-43]。本文主要對(duì)有機(jī)碳含量（TOC）、鏡質(zhì)體反射率（Ro）、黏土礦物和石英等對(duì)孔隙度的影響進(jìn)行探討。

山西組頁(yè)巖TOC和Ro與孔隙度均呈明顯的正相關(guān)性（圖10），表明TOC和Ro是頁(yè)巖孔隙度大小重要的控制因素。研究區(qū)山西組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)演化程度較高，達(dá)到了高成熟—過(guò)成熟階段。有機(jī)質(zhì)生烴過(guò)程中，在有機(jī)顯微組分中形成大量的有機(jī)質(zhì)孔，提高了頁(yè)巖的孔隙度，增加了頁(yè)巖氣的有效儲(chǔ)集空間。

研究表明，黏土礦物對(duì)孔隙度貢獻(xiàn)較大的原因是其晶體形態(tài)多呈層狀和片狀，發(fā)育較多的晶間孔和粒間孔[44]。在掃描電鏡下觀察到山西組頁(yè)巖中含大量的微米級(jí)黏土礦物晶間孔和粒間孔，它們是有效的頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間。因此，黏土礦物與孔隙度呈一定的正相關(guān)性（圖11）。頁(yè)巖中石英可以增強(qiáng)頁(yè)巖的抗壓實(shí)能力，有利于頁(yè)巖中孔隙和裂縫的保存，理論上石英含量與頁(yè)巖孔隙度具有一定的正相關(guān)性[44-45]。但山西組頁(yè)巖中石英含量與孔隙度呈一定的負(fù)相關(guān)性（圖11），可能是后期較強(qiáng)的成巖改造和壓實(shí)作用的影響。

裂縫面密度與頁(yè)巖滲透率關(guān)系顯示（圖12），面密度大的頁(yè)巖樣品滲透率也相對(duì)較高。雖然山西組頁(yè)巖孔隙度普遍偏低，但裂縫的普遍發(fā)育提高了頁(yè)巖儲(chǔ)層的滲透率，有利于頁(yè)巖氣滲流和聚集成藏。

6 勘探潛力分析

鄂爾多斯盆地中部山西組頁(yè)巖沉積于海陸過(guò)渡相沉積環(huán)境，構(gòu)造穩(wěn)定，構(gòu)造變形較弱，有利于頁(yè)巖氣保存[19]。前人研究表明山西組頁(yè)巖厚度較大，埋深適中，生氣條件較好，含氣量較高[18,20,22-23,44]。儲(chǔ)層分析結(jié)果顯示山西組頁(yè)巖具有黏土礦物含量高、脆性指數(shù)低和儲(chǔ)層致密的特點(diǎn)。雖然山西組頁(yè)巖具有較好的生烴條件、含氣量和頁(yè)巖氣保存條件，但較差的儲(chǔ)層地質(zhì)條件可能制約頁(yè)巖氣的規(guī)模開(kāi)發(fā)。由此可見(jiàn)，鄂爾多斯盆地山西組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)條件總體一般，開(kāi)發(fā)前景不好。儲(chǔ)層裂縫分析結(jié)果表明山西組頁(yè)巖中微裂縫的發(fā)育提高了頁(yè)巖滲透率，有利于頁(yè)巖氣聚集成藏。因此，應(yīng)該加強(qiáng)鄂爾多斯盆地山西組頁(yè)巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究，在微裂縫發(fā)育、物性較好的頁(yè)巖層位和地區(qū)仍然具有較好頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)潛力。

圖9 山西組頁(yè)巖壓汞法毛細(xì)管壓力曲線(a)CY1井，山西組，3 440.3 m；(b)CY2井，山西組，3 460.71 mFig.9 Capillary pressure curves for Shanxi Formation shale

圖10 山西組頁(yè)巖TOC、R o與孔隙度關(guān)系圖Fig.10 Relationships between TOC,R o and porosity in Shanxi Formation shale

圖11 山西組頁(yè)巖黏土礦物、石英含量與孔隙度關(guān)系圖Fig.11 Relationships between clay mineral and quartz content and porosity in Shanxi Formation shale

圖12 山西組頁(yè)巖裂縫面密度與滲透率關(guān)系圖Fig.12 Relationships between areal density of fractures and permeability in Shanxi Formation shale

7 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地中部山西組頁(yè)巖形成于海陸過(guò)渡環(huán)境，頁(yè)巖厚度大，分布廣，巖性主要為黑色頁(yè)巖、黑色泥巖夾紋層狀或薄層深色粉砂巖，礦物成分主要由黏土礦物和石英組成，分別為56.9%和36.9%。與北美頁(yè)巖相比，山西組頁(yè)巖脆性指數(shù)較低，不利于后期水力壓裂。

（2）山西組頁(yè)巖孔隙類(lèi)型以黏土礦物粒間孔和晶間孔為主，孔徑為納米—微米級(jí)，有機(jī)質(zhì)孔只在有機(jī)質(zhì)含量較高的頁(yè)巖中較為發(fā)育；頁(yè)巖中宏觀裂縫和微裂縫廣泛發(fā)育，裂縫面密度高達(dá)116.6/m。

（3）山西組頁(yè)巖較為致密，孔隙度平均為0.77%，滲透率平均為0.06×10-3μm2。山西組頁(yè)巖孔隙度與TOC、Ro和黏土礦物含量呈正相關(guān)性，與石英含量呈負(fù)相關(guān)性。裂縫的發(fā)育提高了山西組頁(yè)巖滲透率，有利于頁(yè)巖氣聚集成藏。綜合分析表明山西組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)條件一般，開(kāi)發(fā)難度較大，但在裂縫發(fā)育、物性較好的層位和地區(qū)仍具有較好的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)前景。