过渡相页岩气储层纳米级孔隙发育特征与影响因素——以太原西山古交地区山西组为例

赵迪斐， 郭英海， 任呈瑶， 李艳芳

( 1. 中国矿业大学 资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116； 2. 中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏 徐州 221008； 3. 南京大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210023； 4. 中国石化石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126 )

0 引言

页岩气作为非常规油气的重要类型，其储集空间主要发育在纳米尺度、孔隙类型与成因复杂[1-3]，具有低孔低渗、自生自储的典型特征[4]，可以赋存在海相、陆相及过渡相页岩层系中[5-6]。不同类型页岩储层发育不同的沉积构造、微观结构与孔隙类型，对页岩储层物性、含气性影响显著[6-8]。相比于中国海相页岩气相关地质研究成果[8-13]，过渡相页岩气地质理论与页岩气储层特征研究还处于起步阶段[14-16]。

随着页岩气研究和勘探开发的深入，“三气(煤层气、页岩气、致密气) ”协同探采的研究逐渐得到学界与工业界重视，开展煤系煤层气、页岩气与致密气的地质理论研究，探讨“三气”赋存的地质特征与共探共采的可行性，在商业化开发上也取得一定突破[17-19]。中国“三气”主要赋存在过渡相含煤层序中，相比于煤系过渡相层系中的煤储层与砂岩储层，煤系过渡相页岩储层研究成果相对较少。

孔隙发育特征影响页岩气在储层中的赋存方式、运移方式与效率，是页岩气储层地质研究的关键[2,20]，孔隙非均质性影响储层的物性、含气性分布及储层品质优劣[21]。人们对过渡相页岩储层发育特征开展研究[5,14-19]，但煤系过渡相页岩储层的纳米孔隙结构特点、非均质性、孔隙量化评价、储层发育的影响因素等研究相对缺乏[21-23]。探究过渡相页岩储层孔隙纳米尺度的结构特征，总结微观孔隙的发育类型与分类，评价过渡相页岩的非均质性，可为过渡相页岩储层的评价与优质页岩储层的预测提供科学依据。笔者利用氩离子抛光—场发射扫描电镜、高压压汞、低温氮吸附和X线衍射等实验，结合Image Processing及相关性分析等方法，以太原西山古交矿区山西组的代表性煤系过渡相页岩钻孔样品为例，研究储层纳米孔发育类型和特征，总结孔隙的系统分类、类型特征与非均质性，讨论孔隙发育的影响因素。

1 实验样品与测试方法

1.1 地质背景与测试样品

古交矿区位于太原西山煤田西北端，东、南分别与西山矿区和清交矿区相接，西北和东北为煤层露头。研究区在大地构造位置上处于祁吕弧型构造的东翼外带部位，构造单元处于中朝准地台山西断隆的中部，北部与盂县—阳曲东西褶断带相邻，东南部与太原盆地及沁水坳陷为邻，西侧是吕梁隆起。

研究区的主要地层包括上石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二叠统山西组、下二叠统下石盒子组与上二叠统上石盒子组。太原组和山西组为该区主要含煤地层，其中下二叠统山西组(P1s)厚度为30～70 m，与下伏的太原组呈整合接触。 早二叠世晚期，华北地台北部阴山隆起不断上升，研究区处于海退的陆表海背景，海水向东南方向退去，形成由砾岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤组成的山西组地层，整体粒度向上变细。山西组沉积主要发生在三角洲平原、三角洲前缘的沉积环境下，沉积期间发育3次水进事件，总体上为一套海陆交互相地层[24]。

山西组泥页岩的矿物成分与有机碳质量分数见表1。由表1可知，测试样品主要矿物组分包括黏土矿物、石英、斜长石、菱铁矿等，黏土矿物质量分数介于21.00%～60.00%，黏土矿物的主要类型包括高岭石、绿泥石、伊利石、伊/蒙混层，所占比例分别为25%、7%、55%、12%；石英矿物是最主要的脆性矿物，质量分数介于30.00%～70.00%；斜长石质量分数平均为4.20%；菱铁矿质量分数在5.00%左右。总有机碳质量分数测试显示，储层样品有机碳质量分数平均为2.00%左右。

表1 山西组泥页岩的矿物成分特征与有机碳质量分数

1.2 测试方法

结合定性描述与定量测试实验研究页岩储层孔隙，主要包括氩离子抛光—场发射扫描电镜和低温氮气吸附实验，以及用于页岩储层物质成分测试的X线衍射、TOC测试等。

氩离子抛光—场发射扫描电镜测试仪为Helios Nanolab 600i聚焦离子电子双束显微镜，以及S-4700冷场发射扫描电子显微镜。通过氩离子束截面制备无损伤的样品抛光表面，并进行表面喷金处理；利用具有超高分辨率的场发射扫描电镜进行图像成像观测，成像精度可达10 nm。实验前，采用独立氩激光离子束轰击样品表面，获得面积约为2 mm2的抛光面，表面喷金处理形成连续导体。

利用低温氮吸附实验可以测试页岩储层的微纳米级孔隙，使用Autosorb-1型比表面积及孔径测定仪。实验采用等温物理吸附静态容积法测试，最小可分辨相对压力为2.6×10-7(N2)；测试比表面积≥0.5×10-3m2/g；测试孔径范围为0.35～500.00 nm；测试孔体积<0.1×10-3mL/g。吸附气体前，对样品进行预处理，97 ℃温度下脱气5 h。

2 实验结果与分析

2.1 孔隙发育成因与类型

微纳米孔隙构成页岩气储集赋存的主要空间[4-11]。采用场发射扫描电镜，观察孔隙结构特征、类型、成因，孔隙类型可分为有机质孔隙、黏土矿物孔隙、骨架矿物孔隙与微裂隙，每种孔隙包含多种次级成因—形貌类型。

2.1.1 有机质孔隙

在较高热演化程度的海相页岩储层中，有机纳米孔是气体吸附的主要微观储集空间[25]。在过渡相页岩样品中，有机质孔隙类型主要包括有机质颗粒内部的生烃孔隙、有机质与其他组分接触位置发育的周缘孔隙，以及少量的原始有机质结构孔隙(见图1)。有机质内部的热成因孔隙在某些有机质内不发育，而在部分有机质颗粒内可发育为热成因气孔群(见图1(a))，呈圆孔状或椭圆孔状，孔径主要分布在10～500 nm之间；原始有机质结构孔隙(见图1(b))发育数量较少，孔隙发育于内部或周缘，但孔隙形貌呈直角边状或更为复杂；有的有机质内部孔隙不发育，可能与有机质类型有关(见图1(c))；周缘孔隙发育于有机质与其他组分的接触力学薄弱面，在样品中较为发育(见图1(d))，以缝状、条带状、不规则状居多，孔径不一。

图1 研究区有机质孔隙的发育类型与特征Fig.1 The development type and characteristics of organic pores in the study area

2.1.2 黏土矿物孔隙

测试样品黏土矿物孔隙较为发育，结构复杂，可分为黏土矿物片状晶间孔隙、黏土矿物集合体内部孔隙、黏土矿物及集合体周缘孔隙等(见图(2))。不同类型黏土矿物孔隙的孔径差异较大，形貌以晶间片状、缝状、线状为主(见图2(a))，缝状孔隙的张开间距一般介于10～600 nm，小的形成微裂隙，大的构成微裂缝，偶见堆叠状孔隙发育(见图2(b))，也见几何状或不规则状孔隙发育(见图2(c-d))，可观测到黏土矿物充填其他孔隙的现象(见图2(c))，黏土矿物集合体周缘孔隙等也可构成微裂隙网络(见图2(a-b、d))，对改善储层渗流能力有积极作用[26]。

2.1.3 骨架矿物孔隙

测试样品中的骨架矿物主要包括矿物粒内原始结构孔隙、粒内溶蚀孔隙、周缘溶蚀孔隙、周缘接触孔隙、残余原生粒间孔隙等，以溶蚀成因孔隙最为发育，残余原生粒间孔隙发育相对较少。

图2 研究区黏土矿物孔隙发育特征Fig.2 The characteristics of clay mineral related pores in the study area

粒内结构孔隙主要是矿物的原始晶体结构缺陷、包裹体等形成的粒内孔隙，连通性不佳，储集意义相对较弱。在石英、长石等矿物中的粒内结构孔隙发育(见图3)。由图3可知，石英粒内孔隙(见图3(a))孔径介于20 nm～2 μm，形貌为圆孔状(包裹体)或多边形状(结构缺陷)；磷酸盐矿物粒内孔隙(见图3(b))孔径介于15～100 nm；长石溶蚀孔隙(见图3(c))矿物周缘及解理缝受到溶蚀而形成纳米—微米级孔隙；石英矿物周缘孔隙(见图3(d))为溶蚀作用造成的，空间内发育少量自生黏土矿物。

2.1.4 微裂隙

微裂隙构成页岩储层纳米级储集空间与裂缝网络间的渗流通道，对低孔低渗的页岩储层具有重要连通作用[26-28]。观测样品微裂隙发育(见图4)：有机质周缘(见图4(a))、黏土矿物集合体周缘(见图4(b))、骨架矿物周缘(见图4(c))等是微裂隙较为发育的位置；黏土矿物集合体内部(见图4(d))及部分矿物内部(见图4(c))也发育微裂隙，是受破裂作用影响而形成的，形貌较平直，不同物质成分间的微裂隙形貌显著受矿物及有机质边缘形貌约束，更为复杂。微裂隙间距在20～300 nm之间，长度处于微米尺度。

2.2 纳米孔结构特征

页岩储层孔隙主要处于纳米量级，采用低温氮气吸附技术可测试页岩纳米级孔隙的发育特征[28]。页岩孔隙孔径分布特征见图5，测试样品的低温氮气吸附实验孔隙结构参数见表2，样品比表面积的计算采用BET模型，孔径分布采用BJH模型[29]。由表2可知，页岩储层BET比表面积介于3.788 0～7.783 5 m2/g，平均为5.956 2 m2/g，远小于常规砂岩储层的[30]；孔隙直径介于11.000 0～16.000 0 nm，平均为13.000 0 nm，反映孔隙的发育主体为2.000 0～50.000 0 nm之间的中孔；孔体积介于(1.134 8～1.694 8)×10-2cm3/g，平均为1.474 1×10-2cm3/g。

图3 研究区骨架矿物孔隙发育类型与特征

图4 研究区典型微裂隙发育特征Fig.4 The characteristics of typical macrofractures in the study area

图5 低温氮气吸附页岩孔体积与孔径分布曲线Fig.5 The pore size distuibution of tested shale samples using low temperature nitrogen adsorption

9个页岩样品的液氮吸附与解吸曲线见图6。由图6可知，样品吸附曲线整体呈反S型，与等温吸附曲线BET分类的Ⅱ型最为接近，样品吸附曲线形态可反映孔隙的形貌特征，与国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)提供的Ⅳ型等温吸附曲线[31]最为接近，兼具多种形貌曲线的特征，说明孔隙发育特征的复杂性，即板状、片状、墨水瓶状、不规则状等不同形貌的孔隙均有发育。样品等温吸附曲线经历单分子层吸附、多分子层吸附及毛细孔凝聚3个阶段：在低压阶段(0

表2 研究区页岩孔隙结构参数

图6 测试页岩样品的液氮吸附与解吸曲线Fig.6 Adsorpotion-desorption isotherms of tested samples using nitrogen gas

3 讨论

3.1 过渡相页岩的孔隙成因—形貌分类

基于物质成分的孔隙分类方案可用于评价储层组分相关孔隙，并界定它在储层孔隙网络系统中的作用和位置[32]。总结测试样品的主要孔隙类型，建立过渡相页岩储层的孔隙成因—形貌分类(见图7)。页岩微观储集空间可划分为基质孔隙与微裂隙两类，基于孔隙发育的物质成因，进一步划分为有机质孔隙、黏土矿物孔隙和骨架矿物孔隙3个亚类及多个子类。有机质孔隙是储层中较为发育的孔隙类型，包含气孔和周缘孔，气孔往往形成气孔群，是纳米级储集空间的重要类型，周缘孔也具有一定发育程度；黏土矿物孔隙也是发育的主要类型，发育空间尺度处于纳米量级；骨架矿物孔隙包含骨架矿物粒内孔、周缘溶蚀孔、周缘接触孔、粒间孔等。基于发育的空间位置及物质成分，微裂隙进一步划分为有机质周缘、黏土矿物周缘、骨架矿物周缘或内部、骨架矿物颗粒内等。

图7 研究区过渡相页岩储层孔隙的主要类型Fig.7 The main pore types of transitional shale reservoir in the study area

在这些孔隙中，发育在纳米尺度的孔隙类型主要为有机质孔隙和黏土矿物孔隙，是储层中主要的吸附储集空间；部分骨架矿物孔隙和微裂隙发育在微米尺度，有利于改善储层渗流能力。与南方海相龙马溪组页岩储层孔隙[28]相比，研究区样品有机质纳米孔发育程度相对较低，黏土矿物孔隙发育程度更高，骨架矿物孔隙发育孔径更大。

3.2 孔隙分类量化评价

页岩储层孔隙的研究从定性认知向定量化、专门化表征评价方向发展，对不同类型孔隙形貌特征与发育程度的研究，有助于加深对页岩优质储层形成发育机理、储层含气性与物性控制影响因素的认识[2]。在对页岩储层样品观测分析的基础上，利用场发射电镜图像的Image Processing技术，通过对不同类型孔隙的分类识别、图像二值化处理、孔隙信息提取与信息综合分析，获得介质测试技术与定性观测无法获得的不同类型孔隙的评价信息，实现对不同成因类型孔隙的定量表征(见图8)。

图8 基于Image Processing技术的过渡相页岩储层孔隙分类量化评价

Image Processing技术处理结果显示，不同成因类型孔隙形貌特征与孔径分布差异较大，有机质纳米孔的发育孔径主要分布于10.0 nm～0.8 μm，大部分发育在300.0 nm以下(见图8(a-b))；黏土矿物孔隙相对细小，黏土矿物晶间孔孔径分布主要介于10.0～150.0 nm(见图8(c-d))；有机质孔隙与黏土矿物孔隙的孔径分布可很好对应液氮测试反映的纳米级孔隙分布峰值(见图8(a-d))。骨架矿物孔隙发育尺度差异大，一般孔径较大，孔径主要分布于0.5～5.0 μm，如溶蚀孔隙与矿物周缘孔隙(见图8(e-f))；微裂隙一般张开间距较小，但长轴可延伸达几十微米(见图8(c-d))。

提取量化参数，对不同类型储层孔隙的发育比例进行评价，在综合处理400余张场发射电镜图件的基础上，实现对目标山西组过渡相页岩储层的孔隙量化评价。山西组过渡相页岩储层中有机质孔隙占微观储集空间比例约为22.4%，黏土矿物孔隙发育比例约为44.0%，骨架矿物孔隙发育比例约为27.2%，微裂隙发育比例约为6.4%。黏土矿物孔隙孔径细小，贡献最大比例的微观吸附点位与储集空间；骨架矿物孔隙次之，对应发育孔径相对较大，有助于储层微观渗流能力的增强和游离气储集孔隙的增加；有机质孔隙所占比例与骨架矿物孔隙的相当，但孔径更为细小，加之有机质本身的亲气性，具有更强的吸附能力；微裂隙发育所占比例较少，但对储层纳米级储集空间中气体的释放具有桥梁作用。

3.3 孔隙非均质性特征与定量评价

非均质性是页岩储层的重要特性，是储层物性、含气性的关键影响因素之一[33-35]。过渡相页岩储层孔隙具有较强的非均质性[17]，根据图像观测及实验测试，孔隙发育的非均质特征主要表现在：

(1)储层孔隙类型复杂、形貌特征各异、成因多样，不同成因类型的孔隙主要孔径区间、吸附能力、渗流能力差异显著；

(2)孔径分布不均一，平均孔径仅为13 nm，主要储集空间发育在纳米尺度，比表面积巨大，提供丰富的吸附点位；

(3)微裂隙发育程度不一，在脆性矿物富集处发育程度更好，易于形成微裂隙网络，有机质周缘、黏土矿物周缘、骨架矿物周缘也有发育，对渗流导通的贡献不一致；

(4)由于过渡相页岩储层物质成分在横向、纵向上变化显著，以储层成分为基础的孔隙在孔隙类型、发育程度、孔径、连通性等方面也表现出巨大差异。

多孔介质普遍具有自相似性，利用分形模型可定量评价页岩储层孔隙发育的非均质程度[21,33,36]。页岩等温吸附曲线具有显著的吸附曲线，取相对压力在0.25以上、氮气对应毛细凝聚区域的吸附数据，利用低温氮气吸附数据建立FHH分形模型，液氮吸附的分形维数公式[37]为

D=3+S,

(1)

式中：D为多孔材料表面分形维数，介于2～3；S为以lnV对ln(ln(p0/p))作图获得的直线斜率，V为对应相对压力下的吸附体积。

典型的FHH分形模型拟合曲线见图9，分形分维参数见表3。由图9和表3可知，页岩样品具有显著的分形特征，分形分维值介于2.594 4～2.715 5。在多孔介质中，分维值为3.000 0时，一般对应完全体积充填；分维值为2.000 0时，表示完全平滑的表面；分维值越接近3.000 0，表示样品孔隙空间展布越复杂，非均质性越强[38]。测试样品分维值平均近2.700 0，显示页岩样品具有较强的非均质性特征，非均质程度略小于四川盆地五峰组—龙马溪组页岩储层的[21]。

图9 部分样品的FHH分形模型拟合曲线Fig.9 Fractal analysis curve using FHH fractal model of typical samples

样品编号拟合公式相关因数分维值S1y=-0.323 7x+0.456 60.991 82.676 3S3y=-0.290 1x+1.043 80.992 82.709 9S7y=-0.292 6x+1.016 20.988 62.707 4S8y=-0.298 2x+0.799 60.991 02.701 8S9y=-0.341 3x+0.419 60.994 82.658 7S11y=-0.405 6x+0.332 60.993 32.594 4S12y=-0.284 5x+1.022 70.985 42.715 5S13y=-0.304 3x+0.962 60.986 22.695 7S15y=-0.332 6x+0.567 30.994 32.667 4

3.4 孔隙影响因素

页岩微观孔隙在成因上受到物质成分的控制影响，即矿物组分(石英、长石及黏土矿物) 和有机质[17,39-40]；各孔隙结构参数之间也存在相关关系[41]。过渡相页岩孔隙发育控制因素研究表明，石英、有机质对孔隙发育程度具有正相关关系，而黏土矿物为负相关关系[17]，与海相页岩具有一定差异。

在各孔隙结构参数间，孔隙平均孔径与BET比表面积呈负相关关系(见图10(a))，说明孔径增大，比表面积减小；总孔体积与BET比表面积间为正相关关系(见图10(b))，说明在测试范围内，随总孔体积增加，BET 比表面积显著增加；孔隙直径与总孔体积线性相关关系不显著(见图10(c))。总孔体积反映孔隙的发育程度，TOC质量分数与总孔体积呈微弱的正相关关系(见图10(d))，说明TOC质量分数的增多对孔隙的贡献程度有限；石英质量分数与总孔体积呈正相关关系(见图10(e))，说明石英矿物对孔隙有显著贡献，与过渡相页岩石英质量分数贡献较大的结论一致[17]；黏土矿物质量分数与总孔体积呈负相关关系(见图10(f))，说明黏土矿物不利于储层孔隙的发育，可能与黏土矿物孔隙对压实作用响应敏感有关[42]。

图10 页岩储层孔隙结构发育特征的控制因素Fig.10 The control factors of pore structure development characteristics in shale reservoir

平均孔径是影响储层渗流能力和孔隙连通性的重要结构参数，TOC质量分数与平均孔径的线性关系不显著(见图10(g))，说明在过渡相页岩中，TOC质量分数并不是平均孔径的主要影响因素，与海相页岩有显著差异，在龙马溪组等南方海相页岩储层中，由于有机质纳米孔发育程度极高，储层孔径受到有机质质量分数的显著影响；平均孔径与石英质量分数的线性关系复杂，相关关系不显著(见图10(h))；平均孔径与黏土矿物质量分数呈弱正线性相关关系(见图10(i))。

4 沉积环境与成岩作用

沉积环境为页岩储层的物质成分提供基础，成岩作用进一步改造储层，沉积环境与储层成岩作用共同影响、控制页岩储层孔隙的发育，进而影响优质储层的分布及储层的物性、含气性[43-44]。古交地区山西组煤系页岩层系发育一套页岩气与煤层气的复合含气系统[45-46]，沉积期内，研究区山西组沉积于浅水三角洲沉积体系(见图11)，主要为三角洲平原亚相与前缘亚相复合含气系统，煤系主要发育于三角洲平原亚相，古交地区山西组可分为3个三级层序与8个体系域[46]。其中，层序SQ1分别以K3砂岩、4#煤顶板砂岩为底界、顶界，含LST、TST、HST三个体系域，低位体系域LST上覆太原组，沉积物主要是河道砂体，海侵体系域TST厚度较大而不稳定，高位体系域HST相对稳定；层序SQ2以2#煤顶板砂岩为顶界，含TST、HST两个体系域，厚度较小，岩性含砂岩、泥岩、煤层，沉积于水下分流河道、分流间湾及泥炭沼泽微相；层序SQ3以K4砂岩为顶界，含LST、TST、HST三个体系域，LST为厚度较小的砂岩层，TST发育不稳定，HST厚度较大，对应沉积环境主要是分流河道及河道间洼地。

图11 古交矿区页-5钻孔山西组沉积环境与层序柱状图

古交地区山西组垂向地层分布显示，炭质泥页岩、富有机质泥页岩、黑色泥页岩主要分布在浅水三角洲体系内的泥炭沼泽、分流间湾、分流间洼地微相中；在泥炭沼泽与分流间洼地的沉积组合、泥炭沼泽与分流间湾的沉积组合中，可形成厚度较大的(含煤)页岩层系，含煤页岩层系生烃能力较强，有机质质量分数相对更高[45-46]。在层序地层结构中，水进体系域下形成的凝缩层是优质页岩发育的有利层位，可发育厚度较大、有机质丰度较高的泥页岩层；在复合含气系统中，构成厚度相对较大、渗透性相对更差的含气系统边界，高位体系域也发育一定厚度的泥页岩层，主要沉积于过渡相环境下的潟湖—潮坪沉积组合及泥炭沼泽—分流间洼地沉积组合[45]。

沉积环境对页岩储层发育特征的控制，首先体现在对储层物质成分及其分布的控制[43]。研究区山西组沉积期处于亚热带地区，气候适宜，植被繁茂，覆水泥炭沼泽、分流间洼地等微相中水体淤积，营养物质丰富、有机质迅速富集，可为页岩提供丰富的有机质来源，山西组页岩储层有机质质量分数平均为2.00%(见表1)。研究区页岩储层经历一定的热演化与生烃过程，达到生气窗[47]，有机质热成因孔隙开始发育演化，具有一定的有机质孔隙发育比例(见图8)。过渡相页岩受到海陆古地理条件的共同控制，水平面升降影响页岩的沉积及发育位置，低位体系域中水平面相对较低，河流下切及挟砂充填作用影响显著，不利于优质页岩储层的发育；水进体系域中水平面显著上升，在分流间湾及泥炭沼泽微相中发育一定厚度的泥页岩储层；高位体系域中水平面缓慢下降，但保持一定的发育泥页岩储层的能力。山西组沉积期后，水平面进一步相对下降而使海水退出，富有机质泥页岩沉积的发育受到抑制。

与龙马溪组页岩储层相比，山西组泥页岩矿物成分有所区别，成岩作用演化程度、热演化程度相对更浅[43]。山西组泥页岩沉积位置处于海陆过渡环境，物质成分易受陆源物质的影响，过渡相环境中形成的菱铁矿具有代表意义，黏土矿物中高岭石等含量更高；龙马溪组主要黏土矿物经历黏土矿物转化作用而形成以伊利石—混层矿物为组合的矿物类型[44]。在薄片、电镜观测等方法的辅助下，显示山西组泥页岩储层受到压实作用、溶蚀作用、矿物转化作用、有机质生烃、自生矿物发育作用、破裂作用的显著影响，塑性矿物的变形程度、定向性显著差于龙马溪组页岩的(见图2)，说明压实作用具有一定的影响，造成黏土矿物等塑性矿物的形变与充填，使储层孔隙性变差、渗透性减弱。在长石等矿物内部及周缘观测到大量发育的溶蚀孔隙(见图8(e-f))，是形成骨架矿物孔隙的主要发育机理之一，矿物周缘与其他组分接触的力学薄弱面开裂是另一个重要的骨架矿物孔隙发育机理(见图3)；有机质内部形成热成因孔隙，显示储层经历一定的有机质生烃作用，但有机质孔隙发育不均一，整体发育程度受限于热演化程度，远小于龙马溪组页岩储层的(见图1)；自生矿物如菱铁矿、方解石充填等发育(见表1)，可封堵储层内部空间；黏土矿物转化作用过程中形成的体积变化也是黏土矿物孔隙发育的重要机理；破裂作用有利于微裂隙的发育(见图4(a-c))。

综上所述，沉积环境与储层成岩作用控制储层物质组分及其演化并影响储层孔隙发育。水进体系域下形成的凝缩层，以及高位体系域中的泥炭沼泽—分流间洼地、泥炭沼泽—分流间湾沉积组合是优质页岩发育的有利层位，在压实作用、溶蚀作用、矿物转化作用、有机质生烃、自生矿物发育作用、破裂作用等储层成岩作用的改造下，形成具有一定特殊性的过渡相页岩储层。

5 结论

(1)山西组过渡相页岩储层微观储集空间主要包括基质孔隙与微裂隙，基质孔隙包括有机质孔隙、黏土矿物孔隙和骨架矿物孔隙。基于孔隙发育的物质组分、成因、形貌特征，提出孔隙发育类型的分类方案；测试页岩BET比表面积介于3.788 0～7.783 5 m2/g，平均为5.956 2 m2/g；孔隙以中孔为主，孔径平均约为13 nm；孔体积介于(1.134 8～1.694 8)×10-2cm3/g，平均为1.474 1×10-2cm3/g；孔隙形态复杂，具板状、片状、墨水瓶状等孔隙形貌特征，根据吸附曲线形貌分为结构不同的A、B两类。

(2)有机质孔隙、黏土矿物孔隙、骨架矿物孔隙及微裂隙占储集空间比例分别为22.4%、44.0%、27.2%、6.4%；测试页岩样品孔隙在孔隙类型、成因、分布、孔径发育区间等方面表现出非均质特征，利用FHH分形模型定量评价储层孔隙发育的非均质程度，分维值平均约为2.700 0，表示非均质程度较强、孔隙空间结构复杂。

(3)物质成分是孔隙发育的直接控制因素。在过渡相页岩孔隙结构参数中，BET比表面积与平均孔径呈负相关关系，与总孔体积呈正相关关系；总孔体积与石英、TOC质量分数呈正相关关系，与黏土矿物质量分数呈负相关关系，平均孔径与黏土矿物质量分数呈弱正相关关系，与TOC、石英质量分数关系复杂。

(4)沉积环境与储层成岩作用控制储层物质组分及其演化并影响储层孔隙发育。水进体系域下形成的凝缩层，以及高位体系域中的泥炭沼泽—分流间洼地、泥炭沼泽—分流间湾沉积组合是优质页岩发育的有利层位，在压实作用、溶蚀作用、矿物转化作用、有机质生烃、自生矿物发育作用、破裂作用等储层成岩作用的改造下，形成具有一定特殊性的过渡相页岩储层。