有机质孔隙是发育在有机质内的粒内孔隙。研究已经发现，只有当有机质的热成熟水平Ro达到大约0.6%或以上时，有机孔隙才开始发育，而这正好是生油高峰的开始。当Ro低于0.6%时，有机孔不发育或极少发育。Reed和Loucks（2007），Ruppel和Loucks（2008），以及Loucks等（2009）最早描述了Fort Worth 盆地Barnett 页岩中的有机孔及其孔隙网络。此后，其他的研究也报道了Barnett 页岩中丰富的这类孔隙。Ambrose等（2010）和Sondergeld等（2010）利用扫描电镜-聚焦离子束（SEM—FIB）分析展示了这些有机孔通过颗粒的接触面构成了一个相互连通的三维有效孔隙网络（图6—8、表6—3）。这类孔隙的丰度最近在许多其他页岩系统中得到了很好的研究。有机孔具有不规则状、气泡状、椭圆状的形态，通常其长度在5～750 nm。这些孔隙在二维平面上常呈现孤立状，但在三维空间上，它们是相互连通的（图6—9），这已为现代的SEM—FIB分析所证实。单个样品中一个有机质颗粒中的孔隙度数量从0到40%。Curtis等（2010）在有机颗粒中识别出高达50%的孔隙度。有些有机质具有继承性结构，这种结构控制了颗粒内孔隙的发育与分布。并不是所有的有机质类型都易于形成有机孔。目前有限的研究数据表明，Ⅱ型干酪根比Ⅲ型干酪根更易于发育有机孔。
图6—8 不同地区页岩有机孔隙图像（图中黑色箭头代表有机质，白色箭头代表有机孔，Curtis，2012）
注：图中各页岩地层的分布位置及年代。
有机质纳米孔来源于有机质成藏和热演化过程，在这一过程中由于地质环境发生改变而发育众多微小孔隙或裂缝，有机质则主要沿微层理面或沉积间断面分布，容易形成相互连通的孔隙网络，渗透性较好。有机质本身的亲油性使有机质纳米孔成为吸附天然气的重要存储空间。图6—10展示的页岩样品采自四川盆地下寒武统牛蹄塘组以及西北地区宁夏南部六盘山盆地下白垩统乃家河组，页岩样品的岩性与地球化学参数见表6—4。牛蹄塘组黑色页岩属海湾相黑色炭质泥页岩，夹有粉砂质页岩和硅质岩。下白垩统乃家河组以温暖潮湿气候条件下稳定沉积的河湖相、湖泊相泥质页岩为主。
表6—3 页岩样品位置和年龄（Curtis，2012）
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图6—9 孔隙体积的3D重建（Curtis，2012）
图6—10 页岩样品扫描电镜图（杨峰等，2013）
表6—4 页岩样品的岩性与地球化学参数（杨峰等，2013）
在干酪根向油气的热转化过程中，有机体内残留了纳米级孔隙。由于泥页岩中有机质含量（TOC）是以重量百分比来表示的，它的体积百分比大约是重量百分比的2倍。Jarvie等（2007）认为，对于6.41%质量的TOC平均值，如果有机质的密度为1.18 g/cm3，那么TOC的体积百分比大约是12.7%。当热成熟度处于生干气窗时（Ro＝1.4%），有机质分解大约可产生4.3%的体积孔隙度。对于Barnett页岩，Sondergeld测试了9个样品，有机质纳米孔平均为2.2%，最小为1.5%，最大为3.2%；Loucks（2010）等测试结果是，纳米孔隙直径分布在5～750 nm，平均为 100 nm，孔隙体积为5%。Wang等（2009）根据假设的纳米孔占有机质体积为10%，估算了Barnett、Marcellus和Haynevill这3套不同页岩的平均有机质纳米孔孔隙，分别为1%、1.2%和0.7%。我国四川盆地威远地区和长宁地区，泥页岩有机质纳米孔也比较发育。统计结果揭示：① 有机质纳米孔占泥页岩总孔隙的平均值为31.74%，占岩石体积的平均值为1.8%；② 有机质纳米孔与TOC含量和Ro值成正比，TOC值大于3%，Ro值大于1.3%是形成有机质纳米孔的有利条件（表6—5）。但在电镜观察中发现到同一个视域的有机质，有的部位孔隙很发育，而其有的相邻部位却没有孔隙（图6—11），可见有机质孔不仅受热演化程度的控制，还可能受有机质的物质组成差别的影响。
表6—5 实测泥岩有机质纳米孔统计结果（郭秋麟等，2013）
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