富有机质页岩孔隙类型划分

分类要本着科学性、客观性、适用性和统一性的基本原则。一个合理的分类首先要依据科学的原理，同时要遵循客观的分类标准（如孔隙产出的位置、孔隙的形状大小等），避免使用主观性的参数（如原生、次生等）。一个好的分类还要有普遍的适用性，如既适用于生产，也适用于科学研究。分类的结果要构成一个完整统一的体系，各类别均具有唯一性，类别之间无交叉重叠关系。

页岩气储层作为一种非常规储集体，对于其孔隙类型，目前国际上尚没有统一分类方案。国际上代表性的分类有如Slatt和O’Brien（2011）的分类和Loucks等（2012）的分类；国内主要分类有邹才能等（2013）的分类和于炳松（2013）的分类。

1.Slatt和O’Brien（2011）的分类

Slatt和O’Brien（2011）基于Barnett和Woodford页岩中孔隙类型的研究，将其中的孔隙类型划分为黏土絮体间孔隙、有机孔隙、粪球粒内孔隙、化石碎屑内孔隙、颗粒内孔隙和微裂缝通道六种（图6—1）。

O’Brien（1971，1972）和Bennett等（1991）发现絮状黏土矿物集合体中的片状黏土矿物通过边缘和面、边缘和边缘、面和面之间的定向接触形成“纸房构造”。O’Brien和Slatt在1990年报道了一些古代具微层理构造页岩中絮状黏土矿物的实例，但无法解释这些开放的孔隙是如何在经过数亿年的埋藏和成岩作用后仍被保存下来的。尽管对于这种现象的解释仍然存在疑问，但事实是絮状黏土矿物中观察到的絮体之间的开放的孔隙或“纸房构造”提供了大于甲烷分子3.8 nm直径的孔隙。这些孔隙彼此连通可以形成渗透通道。因此，页岩中保留的开放的或部分崩塌的絮状物的存在可以被认为是黏土片之间粒间孔隙存在的场所。然而，其他贫粉砂和富黏土矿物的页岩和泥岩，在薄片和SEM中都已经观察到了单个颗粒平行线状排列的现象。除非线状排列的颗粒被完全胶结，否则它们之间便会有纳米级孔隙的存在。

含气页岩中的有机孔自最早在Barnett页岩中被发现以来，已得到了很好的证实。类似的有机孔也存在于其他页岩中，如中国四川盆地的下志留统龙马溪组页岩。这些孔隙形成于有机质的埋藏和成熟过程中。它们分布在页岩基质中以广泛分散状存在的干酪根中，它们的连通程度尚不清楚，而且其变化无疑也相当大，因此它们对渗透率的贡献仍不明了。最近的研究还发现了另一种孔隙类型，它们与被有机质包裹的黏土矿物片共生。在Woodford页岩中，这种孔隙出现在页岩剥裂平面上相互叠置的黏土片之间的空间内。能谱分析表明黏土片外围吸附了一层有机质包壳。

草莓状黄铁矿结核在富有机质页岩中相对常见。它们内部是由许多小的黄铁矿晶体组成的，在这些晶体之间存在着微孔隙。此外，Barnett页岩中的球粒经常集中于毫米至厘米厚的纹层中，并与黏土—粉砂质页岩基质层间互连。扫描电镜观察发现球粒内存在微米级和纳米级的孔隙。

在Barnett和Woodford页岩的一些岩相中，存在大量化石，包括完整的和破裂的腕足类和腹足类、有孔虫和结核里完整的腹足类，这些碎片有些是多孔的。被压平的藻类遗体仍保存有毫米和亚毫米级的孔隙。细长的硅质海绵针状体在Barnett页岩中很常见。它们最初有一个中央腔，在埋藏过程中，腔内可能部分或完全由次生石英、黏土或埋藏中的有机颗粒充填。

在Barnett和Woodford页岩基质中存在着不同大小和形状的微通道。它们通常是弯曲的、不连续的，与层理面近似平行的。用扫描电镜观察时，它们通常不能延伸到整个页岩样品的视域中，一般小于0.5 cm。这些特点说明微通道不是由于岩心从井下取出后压力释放等人工原因造成的，也不是在准备过程中破碎样品导致的，而是代表了初始微通道是在未受干扰的页岩基质中保存下来的。微通道宽度通常小于0.3 μm，宽度足够为气体分子提供渗透途径。Barnett和Woodford页岩中还存在各种规模的裂缝，这些裂缝在页岩性质的各种组构研究中很重要，尤其是那些与钻井和人工压裂处理有关的特性。

图6—1　页岩孔隙类型分类（Slatt和O’Brien，2011）

2.Loucks等（2012）的分类

Loucks等（2012）提出了一种泥页岩储层基质孔隙分类方案。他们的分类是一个三端元分类，把基质孔隙分成三种基本类型，即粒间孔隙、粒内孔隙和有机质孔隙。前两种孔隙类型与矿物基质有关，第三种类型与有机质有关（图6—2）。裂缝孔隙由于不受单个基质颗粒控制，故不在其基质孔隙分类之列。与矿物颗粒有关的孔隙可进一步细分成粒间孔和粒内孔，前者发育在颗粒之间和晶体之间，后者发育于颗粒内部。有机质孔隙是发育在有机质内部的粒内孔。

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图6—2　泥页岩储层基质孔隙分类方案（Loucks等，2012）

粒间孔：粒间孔在年轻或浅埋藏的沉积物中很丰富，且通常连通性好，形成有效的（可渗透的）孔隙网络。然而，这一孔隙网络随着埋深增加、上覆压力和成岩作用的加强而不断演化。在刚沉积时，在软的和塑性的到硬的和脆性的各种颗粒间存在粒间孔。塑性颗粒如黏土片、泥屑（成因不确定的泥晶颗粒）、粪球粒和有机质，脆性颗粒如石英、长石、自生黄铁矿和生物碎屑。在埋藏过程中，塑性颗粒可发生变形而封闭粒间孔隙空间并挤入孔隙喉道。在较老和埋藏较深的泥页岩中，粒间孔隙的量由于压实和胶结作用而显著降低。孔隙的分布相对稀少，且除了局部以外，几乎均显示优势的定向性。许多孔隙呈三角形，它们被认为是经压实和胶结作用的刚性颗粒之间的残余孔隙空间。其他一些孔隙呈线状产出，这些孔隙被认为是较大的黏土矿物片之间的残余孔隙。大多数孔隙空间的长度在1 μm以内，但可以从50 nm到几毫米。有些粒间孔隙可以发育在许多塑性颗粒围绕着刚性颗粒弯曲的地方，也有的保存在一群刚性颗粒形成的遮蔽作用下，阻止了其间塑性颗粒的压实。粒间孔隙不仅仅由于压实作用而降低或破坏，还受颗粒如石英、方解石和长石等周边的胶结作用的影响。

粒间孔隙的成因是多变的，而且这些孔隙的几何形态由于受原始孔隙保存和成岩改造的共同作用而明显不同。因此，为了正确认识其成因，通常需要对其演化历史进行详细的研究。

粒内孔隙：粒内孔发育在颗粒的内部。尽管这些孔隙的大多数可能是成岩改造形成的，但也有部分是原生的。粒内孔主要包括：① 由颗粒部分或全部溶解形成的铸模孔；② 保存于化石内部的孔隙；③ 草莓状黄铁矿结核内晶体之间的孔隙；④ 黏土和云母矿物颗粒内的解理面（缝）孔；⑤ 颗粒内部孔隙（如球粒或粪球粒内部）。粒内孔隙的大小通常从10 nm到1 μm。

裂缝孔隙：裂缝孔隙并不包含在基质孔隙分类方案中，但这些非基质孔如果存在并没有被完全充填，则在页岩气系统中可能是非常重要的。在有天然裂缝存在的泥页岩储层中，裂缝对烃类的生产可以起到十分重要的作用。有些泥页岩储层中的裂缝虽然被胶结物充填且失去了渗透性，但是这些裂缝对于开发时增加诱导裂缝仍有重要的影响。

3.邹才能等（2013）的分类

在非常规储层纳米级孔喉分类中，考虑到与常规储层孔喉分类的连续性、方案简便性、普适性与科学性，邹才能等首先根据成因，将孔喉分为原生微孔与次生微孔；然后根据孔隙发育位置分为粒间孔与粒内孔，考虑到有机质孔与微裂缝的特殊性，也将它们列入二级孔喉类型中；最后根据孔喉周围基质类型对孔喉进行细化命名（表6—1）。这里兼顾了孔隙成因与发育位置，以便进一步展示不同类型孔隙与储层物性之间的关系。

表6—1　泥页岩储层微观孔喉成因分类方案

4.于炳松（2013）的分类

于炳松（2013）在充分调研和系统总结国际上有关页岩气储层孔隙分类现状的基础上，结合页岩储层的特殊性，提出了页岩气储层孔隙的产状结构综合分类方案（表6—2）。该孔隙分类主要依据两大客观参数：一是孔隙大小；二是孔隙产状。前者是结构参数，可用于定量测定与评价；后者是空间参数，可用于定性观察和半定量描述。

该方案综合考虑了孔隙定性观察和定量测定的信息。根据定性观察的孔隙产状，把页岩气储层的孔隙类型划分为与岩石颗粒发育无关的和与岩石颗粒发育有关的两大类。前者即为裂缝孔隙，后者为岩石基质孔隙。岩石基质孔隙大类又进一步分成了发育在颗粒和晶体之间的粒间孔隙、包含在颗粒边界以内的粒内孔隙和发育在有机质内的有机质孔隙。年轻的浅埋藏沉积物中只含有粒间和粒内孔隙，这些孔隙随着埋藏和压实而大大减少。随着埋深的增加，伴随着烃类的热成熟，有机孔隙开始发育，同时，随着烃类热成熟过程中有机酸的排放，导致溶解孔隙的形成。再结合定量测定的孔隙结构信息，把孔隙划分为微孔隙、中孔隙和宏孔隙。上述不同产状孔隙类型的结构特征，即构成了文中的产状结构综合分类。