天然气地球科学 >

2023 , Vol. 34 >Issue 7: 1247 - 1259

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2023.03.019

非常规天然气

构造变形对于页岩储层孔隙结构的影响——以渝东北龙马溪组为例

  • 尚福华 , 1, 2, 3 ,
  • 苗科 1 ,
  • 朱炎铭 2 ,
  • 王猛 2, 4 ,
  • 唐鑫 5 ,
  • 王阳 2 ,
  • 冯光俊 2 ,
  • 高海涛 6 ,
  • 密文天 1
展开
  • 1. 内蒙古工业大学矿业学院，内蒙古 呼和浩特 010051
  • 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. 内蒙古矿业开发有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010051
  • 4. 中国矿业大学碳中和研究院，江苏 徐州 221008
  • 5. 重庆三峡学院土木工程学院，重庆 404100
  • 6. 中国科学院广州地球化学研究所，广东 广州 510640

尚福华（1991-），男，黑龙江宾县人，博士后，讲师，主要从事非常规油气地质学研究和教学工作. E-mail： .

收稿日期: 2022-10-23

  修回日期: 2023-03-23

  网络出版日期: 2023-07-13

收起

Influence of tectonic deformation on pore structure of shale reservoir： A case study of Longmaxi Formation in northeastern Chongqing

  • Fuhua SHANG , 1, 2, 3 ,
  • Ke MIAO 1 ,
  • Yanming ZHU 2 ,
  • Meng WANG 2, 4 ,
  • Xin TANG 5 ,
  • Yang WANG 2 ,
  • Guangjun FENG 2 ,
  • Haitao GAO 6 ,
  • Wentian MI 1
Expand
  • 1. School of Mines，Inner Mongolia University of Technology，Hohhot 010051，China
  • 2. Key Laboratory of Coal Methane Resources and Reservoir Formation Process of the Ministry of Education，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008，China
  • 3. Inner Mongolia Mining Development Limited Liability Company，Hohhot 010051，China
  • 4. Carbon Neutrality Institute，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008，China
  • 5. School of Civil Engineering，Chongqing Three Gorges University，Chongqing 404100，China
  • 6. Guangzhou Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510640，China

Received date: 2022-10-23

  Revised date: 2023-03-23

  Online published: 2023-07-13

Supported by

The Central Government Guides Local Science and Technology Development Funds(2022SZY0482)

the Natural Science Foundation of Inner Mongolia(2022MS04008)

the Basic Scientific Research Expenses Program of Universities directly under Inner Mongolia Autonomous Region(JY20220243)

the Postgraduate Education and Teaching Reform Project of Inner Mongolia(JGCG2022080)

the Graduate Education Reform Project of Inner Mongolia University of Technology(YJG2020014)

Fold

摘要

为探究构造改造对于页岩储层孔隙结构的影响，系统采集渝东北地区2组变形序列（断层和褶皱）龙马溪组页岩样品，开展了物质组成和孔隙结构表征系列实验，分析了不同构造变形（断层和褶皱）对孔隙结构的改造机制。实验结果表明：相较于廖子变形剖面样品，田坝变形剖面样品具有相对较小的TOC含量和黏土矿物含量，而石英矿物含量则相对要高一些；变形较强的断层带页岩样品中包含了相对更多的介孔和宏孔，而微孔则出现了减少的趋势；变形较强的褶皱带页岩样品中包含了相对更多的宏孔，而微孔和介孔均出现了减少的趋势；断层带页岩的总孔体积随着变形程度的增强而增大，具体表现为较大规模的粒间孔、微裂隙和微通道特别发育，极大地改善了页岩储层的储集性和渗透性；褶皱带页岩总孔体积出现了减小，具体表现为发育的粒间孔、微裂隙和微通道仅能增强页岩储层局部的储集性和渗透性，但不会使页岩气分子发生长距离运移和逸散。研究结果将为中国后续复杂构造区页岩气资源量评估提供理论依据。

关键词： 构造变形; 页岩储层; 孔隙结构; 影响; 渝东北; 龙马溪组

本文引用格式

尚福华 , 苗科 , 朱炎铭 , 王猛 , 唐鑫 , 王阳 , 冯光俊 , 高海涛 , 密文天 . 构造变形对于页岩储层孔隙结构的影响——以渝东北龙马溪组为例[J]. 天然气地球科学, 2023 , 34(7) : 1247 -1259 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2023.03.019

Abstract

In order to explore the impact of tectonic deformation on the pore-fracture structure of shale reservoir， two sets of deformation （fault and fold） Longmaxi Formation shale samples in northeastern Chongqing were systematically collected， and a variety of material composition and pore structure characterization experiments were carried out. And the transformation mechanism of pore-fracture structure caused by different tectonic deformation （fault and fold） was further analyzed. The experimental results show that， compared with Liaozi samples， Tianba samples have relatively lower TOC content and clay mineral content， while quartz mineral content is relatively higher； Fault belt shale samples with strong deformation contain relatively more mesopores and macropores， and micropores tend to decrease， while fold belt shale samples with strong deformation contain relatively more macropores， and both micropores and mesopores tend to decrease； The total pore volume of fault belt shale has increased with the increase of deformation degree， because the large intergranular pores， microfractures and microchannels in the sample are specially developed， which greatly improves the reservoir and permeability of shale reservoir； The total pore volume of fold belt shale has decreased， specifically， the developed intergranular pores， microfractures and microchannels can only enhance the local reservoir and permeability of shale reservoir， but will not lead to long-distance migration and escape of shale gas. The research results will provide a theoretical basis for the subsequent evaluation of shale gas resources in complex structural areas in China.

Key words： Tectonic deformation; Shale reservoir; Pore structure; Influence; Northeast Chongqing; Longmaxi Formation

0 引言

我国页岩气资源潜力巨大，经过20余年的科技攻关，四川盆地长宁、昭通、威远和焦石坝区块五峰组—龙马溪组页岩储层已实现了商业开发，且年产量也在逐年攀升，并于2020年突破200×108 m3［1-4］。然而，除了构造条件相对稳定的这些地区，其他构造条件相对复杂的地区还没有取得商业气流。但也有研究者在南大巴山造山带前缘下寒武统鲁家坪组页岩中发现了较高的含气量，这证实复杂构造区也可以具有良好的勘探潜力［5-6］。
页岩气通常以吸附态、游离态和少量溶解态的形式赋存于页岩孔隙中［7］，因此孔隙一直都是页岩气地质研究的热点［8-11］。页岩储层孔隙具有非常复杂的成因与结构，因此并未形成统一的孔隙分类方案［7-10，12］，其中LOUCKS 等［8］提出的页岩基质孔隙三分法（有机质孔、粒内孔、粒间孔）是当前使用最广泛的分类方案。此外，前人针对页岩孔隙结构的影响因素也开展了大量的研究，多数学者认为页岩中孔隙的发育特征主要受到物质组成、生烃演化阶段以及成岩改造的影响［5， 8， 10， 13-15］。事实上，尽管研究者们通过多种技术方法明确了页岩孔隙结构特征以及影响因素，但关于构造复杂区页岩孔隙结构的研究还相对比较少［5-10， 16-21］，特别是构造变形对于孔隙结构的改造仍未达成一致的观点。此前，众多科研工作者针对与构造改造页岩类似的构造煤开展了大量的研究，并获得了丰硕的研究成果。构造煤被认为是构造应力—应变作用下发生变形的煤，并根据其变形程度、类型及环境进行了分类，将其划分为脆性变形、脆韧性变形和韧性变形3类［22-24］，并进一步研究了构造煤的孔隙特征和吸附特征［25-27］。其中，琚宜文等［28］曾指出，随着构造变形的增强，煤中主要发育微孔（5~15 nm）和亚微孔（2.5~5 nm），也有部分极微孔存在，且甲烷吸附能力也出现了增强。事实上，这为研究构造复杂区页岩孔隙结构提供了一定的思路，但需要注意，页岩具有复杂的物质组成和较强的非均质性，因此还需要谨慎地开展相关研究。
本文研究以渝东北地区次级小构造不同构造部位（断层和褶皱）的龙马溪组富有机质页岩样品为研究对象，先通过扫描电镜定性观察不同构造部位龙马溪组页岩样品中各类型孔隙的发育特征，再根据液氮吸附和二氧化碳吸附数据定量分析各类型孔隙的变化规律，旨在据此阐明不同构造作用对于页岩储层孔隙特征的影响。研究结果将为我国后续复杂构造区页岩气资源量评估提供理论依据。

1 区域地质背景

渝东北地区属于上扬子地块东北缘，处于四川盆地与大巴山造山带的过渡部位（图1），大巴山造山带可以进一步划分为2个次级构造单元，即南大巴山褶皱—冲断带和北大巴山逆冲推覆构造带。研究区构造上位于南大巴山褶皱—冲断带，以坪坝断裂、鸡鸣寺断裂为界自北向南将其内部划分为3个构造单元：叠瓦断层带、断层褶皱带、滑脱褶皱带，且沿NW—SE向构造变形强度逐渐减弱，由断裂发育为主过渡为褶皱发育为主［29］。
图1 大巴山及其邻近区域构造纲要图［29］

Fig.1 Structural outline map of Dabashan and its adjacent areas［29］

2 样品测试与分析

2.1　样品

根据研究区区域构造背景、野外地质调查以及页岩变形特征，在上扬子地台东北缘城口—巫溪地区采集了2组不同变形序列的页岩样品，其中田坝剖面采集到了断层带页岩样品，而廖子剖面采集到了褶皱带页岩样品（图2）。为减小物质组成等因素导致的研究误差，研究采集了同一层位的龙马溪组变形页岩样品，且采样之间的间隔不宜过大。巫溪田坝剖面（断层带）属于断层破碎带，小断层和节理相对比较发育，且存在小断层切穿岩层层理的现象，本次研究根据裂隙/节理发育密度系统采集了6块龙马溪组变形页岩样品，其中TB-3和TB-4位于裂隙/节理发育部位，其他样品则位于裂隙/节理相对不发育部位。城口廖子剖面地层呈紧闭背斜，一共采集了4块龙马溪组变形页岩样品，其中背斜核部变形程度最强。
图2 野外采样点照片

（a）巫溪田坝断层带页岩样品；（b）城口廖子褶皱带页岩样品

Fig.2 Photos of sampling points outline map

不同构造部位的页岩样品由于受到不均匀的应力，因此具有不同的变形特征，断层相关页岩样品普遍变形较强，硬度较大，断口比较平直；褶皱相关页岩变形更强，岩石硬度降低，发育更多摩擦镜面。

2.2　扫描电镜实验

扫描电镜实验所使用的仪器为荷兰FEI公司生产的Quanta 200F型场发射扫描电子显微镜，该仪器最大放大倍数高达20万倍。实验前，需要对样品进行氩离子抛光处理，然后再喷上1 mm左右的镀金层，以增加页岩表面的导电性。详细的样品制备和实验过程参考了前人的研究成果［30］。

2.3　低压气体吸附实验

低压气体吸附实验所使用的仪器为美国Micromeritics公司生产的ASAP 2020 HD88分析仪。首先，需要将采集到的样品粉碎至40~60目，然后在-110 ℃真空条件下脱气16 h以上。氮气吸附实验温度为-196 ℃（77 K），在相对平衡压力（P/P 0）介于0.009~0.995之间的条件下进行氮气吸附—脱附实验，并利用DFT模型计算介孔孔隙结构参数和孔径分布。二氧化碳吸附实验温度为0 ℃（273 K），相对平衡压力（P/P 0）介于0.000 1~0.032之间，并使用DFT模型计算微孔孔径分布。

3 实验结果

3.1　龙马溪组页岩基础参数

笔者对本文研究的样品开展了基础参数测试（表1），结果显示田坝变形剖面样品的TOC含量介于0.97%~1.82%之间，平均为1.34%；而廖子变形剖面样品的TOC含量介于2.01%~2.87%之间，平均为2.53%。此外，2个剖面的无机矿物主要包括石英、黏土矿物、钾长石、斜长石、方解石、白云石以及黄铁矿，其中，田坝变形剖面样品的石英含量介于70.0%~76.1%之间，平均为73.8%，黏土矿物含量介于22.7%~28.2%之间，平均为25.0%；而廖子变形剖面的样品石英含量介于18.8%~48.2%之间，平均为38.0%，黏土矿物含量介于28.7%~42.3%之间，平均为35.6%。田坝变形剖面样品的R O值介于2.03%~2.30%之间，平均为2.14%；而廖子变形剖面样品的R O值介于1.50%~1.71%之间，平均为1.62%。
表1 不同构造部位的龙马溪组页岩物质组成

Table 1 Material composition of Longmaxi Formation shale in different tectonic position

样品编号 有机地球化学参数 成熟度 矿物组成/%
TOC/% R O/% 石英 钾长石 斜长石 方解石 白云石 黄铁矿 黏土矿物
TB-1 1.82 2.03 70 0.8 1 / / / 28.2
TB-2 1.24 2.10 76.1 / 0.7 / / / 23.2
TB-3 1.38 2.08 75.7 0.8 0.8 / / / 22.7
TB-4 0.97 2.22 72.7 0.7 0.7 / / / 25.9
TB-5 1.34 2.15 74.4 0.7 0.8 / / / 24.1
TB-6 1.28 2.30 73.7 / 0.9 / / / 25.4
LZ-1 2.50 1.71 48.2 1 5.4 / 8.3 3.2 33.9
LZ-2 2.87 1.60 40.2 1 6.9 0.4 6.1 3.1 42.3
LZ-3 2.01 1.50 18.8 1.2 3.9 / 43 4.4 28.7
LZ-4 2.72 1.65 44.5 1.3 7 1.4 4.5 3.7 37.6

3.2　断层相关页岩孔隙特征

3.2.1　孔隙形貌特征

通过FE-SEM观察可以发现，不同变形程度的断层带页岩中的孔隙类型和发育程度存在明显的区别（图3）。断层带页岩样品中有机质孔整体比较发育，但孔隙规模普遍较小，孔径普遍小于50 nm ［图3（a）—图3（c）］。此外，也可以观察到有机质内部存在少量孔径超过300 nm的孔隙［图3（a）—图3（c）］以及宽度小于2 μm的微裂隙［图3（d），图3（e），图3（j）—图3（l）］。在有机质与脆性矿物边缘通常还存在一些规模相对较大的微裂缝［图3（a）—图3（c）］，推测其一方面与有机质生烃收缩有关，另一方面与构造挤压也密切相关。粒内孔通常是以溶蚀孔的形式出现，其广泛分布在以石英为代表的脆性矿物的内部或者边缘，且孔径变化较大，从数纳米到数微米均有分布［图3（a），图3（d），图3（f）］。此外，构造活动强烈的变形带样品有利于溶蚀孔隙的发育，变形较强的断层带页岩样品中也包含了数量更多，且规模更大的溶蚀孔缝。粒间孔也是断层带页岩中很普遍的孔隙类型，其具有多变的规模和尺寸，通常发育在脆性矿物颗粒之间［图3（d）—图3（f）］，或脆性矿物与韧性矿物之间［图3（g）—图3（i）］，这类孔隙可大幅提高页岩的渗透率，也可作为气体的运移通道。
图3 断层相关页岩孔隙结构形貌特征

（a）—（c）断层相关页岩有机质孔形貌特征；（d）—（i）断层相关页岩矿物相关孔隙形貌特征；（j）—（l）断层相关页岩微裂隙—微通道特征

Fig.3 Pore structure morphology characteristics of fault-related shale

微裂隙和微通道同样是断层带变形页岩中非常重要的孔隙类型，但不同样品中微裂隙和微通道的尺寸和形状存在显著差异［图3（g）—图3（l）］。这些微裂隙和微通道一般发育在脆性矿物和韧性矿物的边缘，也有一些分布在矿物颗粒的内部。变形较弱样品中的微裂隙规模相对较小，宽度一般不超过0.2 μm，长度一般不超过5 μm，其形状比较平直［图3（g），图3（j）］；变形较强样品中的微裂隙规模有所增大，宽度一般超过0.2 μm，长度甚至超过10 μm，其形状复杂多样。此外，变形较强的样品中的微裂隙和微通道通常会发生相互连通，甚至也可以连接周围的孔隙，从而形成连通性更好的孔隙网络［图3（f），图3（i），图3（l）］。

3.2.2　孔隙结构定量化表征

基于低压气体吸附实验，获取了不同变形序列页岩样品的孔隙结构参数（表2）。田坝断层带页岩样品微孔体积介于0.001 2~0.001 8 cm3/g之间 ，平均为0.001 4 cm3/g；微孔比表面积分布范围为7.594~10.618 m2/g，平均为8.723 m2/g；介孔孔体积介于0.014 5~0.018 4 cm3/g之间，平均为0.016 0 cm3/g；介孔比表面积分布范围为7.511~9.42 m2/g，平均为8.160 7 m2/g。整体对比可以发现，变形较强的断层带页岩样品具有相对更大的总孔体积和更小的比表面积（表2）。
表2 不同构造部位的龙马溪组页岩孔隙结构参数

Table 2 Pore structure parameters of Longmaxi Formation shale in different tectonic position

样品编号 氮气吸附实验 二氧化碳吸附实验
介孔体积/（cm3/g） 介孔比表面积/（m2/g） 微孔体积/（cm3/g） 微孔比表面积/（m2/g）
TB-1 0.016 9 9.42 0.001 8 10.618
TB-2 0.014 9 7.689 0.001 3 8.239
TB-3 0.016 1 8.194 0.001 4 8.551
TB-4 0.018 4 8.303 0.001 2 7.594
TB-5 0.015 4 7.847 0.001 4 8.839
TB-6 0.014 5 7.511 0.001 3 8.496
LZ-1 0.004 3 2.227 0.002 11.496
LZ-2 0.003 9 1.638 0.001 6 10.571
LZ-3 0.003 7 1.333 0.001 7.561
LZ-4 0.005 7 3.575 0.001 7 10.722
本文研究利用阶段增加孔体积（incremental pore volume）表征了渝东北地区不同构造变形序列龙马溪组页岩的孔径分布特征。断层带页岩样品孔径主要分布在0.4~0.55 nm、0.7~0.9 nm、1.5~3 nm、4~40 nm及50~80 nm之间，且变形程度较强的页岩样品中包含了更多的介孔和宏孔，而微孔出现了减少的趋势［图4（a），图4（c）］。
图4 不同变形模式相关页岩孔径分布特征

（a）断层相关页岩介孔孔径分布特征；（b）褶皱相关页岩介孔孔径分布特征；

（c）断层相关页岩微孔孔径分布特征；（d）褶皱相关页岩微孔孔径分布特征

Fig.4 Pore size distribution characteristics of shale related to different deformation modes

此外，进一步绘制了不同构造部位页岩中微孔和介孔参数的比例变化（图5）。详细对比发现，微孔体积及其所占比例随着变形程度的增强而减小，而介孔体积及其所占比例随着变形程度的增强而增大［图5（a）］。此外，微孔和介孔比表面积及其所占比例也表现出了与孔体积相似的变化趋势［表2， 图5（b）］。事实上，这些孔隙结构参数的变化与构造变形导致的微孔、介孔及宏孔的尺寸及比例变化密切相关。
图5 断层相关页岩中微孔和介孔对于总孔体积（a）和比表面积（b）的贡献

Fig.5 Contribution of micropores and mesopores to total pore volume（a） and specific surface area（b） in fault-related shale

3.3　褶皱相关页岩孔隙特征

3.3.1　孔隙形貌特征

通过FE-SEM观察可以发现，褶皱带页岩样品中有机质孔并不发育［图6（a）—图6（c）］，仅发育少量与热演化相关的气泡状有机质孔（孔径高达200 nm），笔者推测有机质孔的大幅减少与叠瓦断层带强烈的构造挤压有关。此外，在有机质颗粒与脆性矿物之间还存在一些微裂缝，其宽度通常介于0.2~0.5 μm之间，长度则变化较大（甚至达到10 μm），其通常与热演化和构造变形密切相关。在图6（d）—图6（i）中，还可观察到褶皱带页岩中存在一定数量的脆性矿物粒间孔，其主要分布在脆性矿物之间或者脆性矿物与韧性矿物（黏土和有机质）的结合部位，该类型孔隙规模变化较大。此外，在这些样品中还可以观察到大量溶蚀孔隙［图6（f），图6（i）］，这些溶蚀孔隙在构造应力作用下很容易形成规模更大的孔隙网络，能够显著提高页岩储层局部的孔渗条件。与黏土矿物相关的孔隙是褶皱带页岩样品中最普遍的孔隙类型［图6（g）—图6（i）］，这些孔隙通常规模相对较大，连通性较好，但由于黏土矿物较强的韧性，很容易在构造挤压作用下发生变形。SEM图像显示，在样品中也可以观察到大量平直发育的微裂隙和微通道［图6（c），图6（e），图6（f），图6（i）—图6（l）］，其宽度通常小于1 μm，而长度从数纳米到数十微米均有出现，这些微裂隙和微通道具有较好的连通性，构成了具有良好孔隙度和渗透性的孔隙网络体系。
图6 褶皱相关页岩孔隙结构形貌特征

（a）—（c）褶皱相关页岩有机质孔形貌特征；（d）—（i）褶皱相关页岩矿物相关孔隙形貌特征；（j）—（l）褶皱相关页岩微裂隙—微通道特征

Fig.6 Pore structure morphology characteristics of fold-related shale

3.3.2　孔隙结构定量化表征

廖子褶皱相关页岩样品微孔体积介于0.001 0~0.002 0 cm3/g之间，平均为0.001 6 cm3/g；微孔比表面积分布范围为7.561~11.496 m2/g，平均为10.087 m2/g；介孔孔体积介于0.003 7~0.005 7 cm3/g之间，平均为0.004 4 cm3/g；介孔比表面积分布范围为1.333~3.575 m2/g，平均为2.20 m2/g。褶皱相关页岩样品孔径主要分布在0.4~0.7 nm、0.87~0.9 nm、1.5~2.5 nm、3~5 nm、6~12 nm、15~30 nm及60~100 nm之间，且变形程度较强的页岩样品中包含了更多的宏孔，而微孔和介孔出现了减少的趋势［图6（b），图6（d）］。
从表2中可以看出，在褶皱相关的变形页岩样品序列中，总孔体积和总比表面积随变形程度的增强而减小。具体来看，微孔体积和介孔体积均出现了减小，但微孔体积和介孔体积在总孔体积中所占比例的变化却不显著［图7（a）］；微孔和介孔比表面积均出现了减小，且微孔对于总比表面积的贡献随变形程度的增强而增大［图7（b）］。
图7 褶皱相关页岩中微孔和介孔对于总孔体积（a）和比表面积（b）的贡献

Fig.7 Contribution of micropores and mesopores to total pore volume（a） and specific surface area（b） in fault-related shale

4 讨论

4.1　断层对于页岩孔隙的影响

我国南方海相页岩经历了多期次构造运动，因此构造作用被认为是影响页岩气富集成藏最重要的因素之一［31］。从本质上来说，构造作用可以通过应力作用和热力作用控制页岩储层在垂向上的深埋与抬升，以及平面上的挤压与拉张，前者一方面改变了垂向上的应力，产生了压实作用，另一方面改变了储层所处的温度场，两方面均可改变页岩孔裂隙结构的演化［13］；后者通过形成不同的构造样式改变储层的应力结构，对页岩的孔裂隙结构，特别是裂隙结构进行了较大程度的改造［30］。尽管研究者们普遍认为构造作用可以通过改造页岩储层孔裂隙结构控制页岩气富集成藏，但目前相关的研究成果仍然较为薄弱［19-21］。琚宜文教授团队借鉴构造煤的思路开始探索构造变形页岩的孔隙结构特征［19，32］，并详细讨论了脆性变形和韧性变形对于页岩储层孔隙结构的改造机制。例如，ZHU等［19］研究了脆性变形对于页岩孔隙结构的影响，认为脆性变形可以强烈地改造页岩中先前发育的大部分微孔和中孔，使其形成孔径较大的大孔，进而导致总孔体积小幅度增加，而比表面积并没有明显增加，并推测强脆性变形页岩中大量发育的裂隙结构和脆性矿物粒间孔是大孔体积和所占比例增加的主要原因。
本文研究综合考虑了前人的研究思路和野外实际采样情况，主要针对采集自不同构造部位（断层）的页岩开展多种互补实验，并综合考虑外部因素（构造作用）和内部因素（物质组成和结构）影响的情况下，建立了断层相关页岩中孔隙系统的演化模式。图8显示，越靠近岩体破碎带（节理和宏观裂隙密度增加），总孔体积和介孔体积呈增大的趋势，而微孔体积则出现了减小的趋势（表2），且介孔体积对于总孔体积的贡献随着变形程度的增强而增大［图5（a）］。同时，张宁远等［33］也发现，脆性变形对于煤储层裂隙和宏孔的影响更加显著。结合上文中SEM可视化的数据认为，构造变形也会导致部分粒间孔、微裂隙和微通道相互连通，从而形成了更多的介孔和宏孔，这也是导致总孔体积出现增大趋势的重要原因。需要说明的是，由于大孔具有较小的孔隙比表面积，因而大孔数量和体积的增加，并不会大幅度导致孔隙比表面积增加（表2）。另一方面，随着变形的增强，以有机质和黏土矿物为代表的韧性矿物结构极易受到构造应力的影响和破坏，导致其微观结构发生显著变化，具体表现为有机质、黏土矿物及其“复合体”相关的孔隙出现显著的变形，其规模明显减小，但当应力达到一定程度时，这些韧性矿物会出现破裂，形成韧性矿物相关的微裂隙和微通道［图3，图8］，这也是导致总孔体积出现增大趋势的重要原因。整体而言，断层会显著改造页岩的孔隙结构，导致岩石整体的储集性和渗透性增强，进而改善了页岩气的运移能力，使断裂破碎带中吸附态页岩气向游离态页岩气转化，这也会对页岩气的富集和保存产生不利的影响。
图8 断层相关页岩中孔隙结构演化模式

Fig.8 Evolution model of pore structure in fault-related shale

4.2　褶皱对于页岩孔隙的影响

近年来，一些研究者开始探究韧性变形对于页岩孔隙结构的改造，并发现相较于脆性变形（断层），韧性变形（褶皱）对于页岩孔隙结构的改造更加显著［20-21，32］。此外，也有研究者发现，随着韧性变形程度的增加，页岩样品孔隙的孔体积在微孔中更为发育，中孔和大孔则呈现降低趋势，并认为韧性变形作用可以强烈地改造页岩中先前发育的大部分中孔和大孔，使其逐渐闭合分离，形成了较多的微孔，从而导致强韧性变形页岩样品总孔体积减少，而比表面积小幅度增加［5-6，19，31］。另外，前人也发现韧性变形煤孔隙结构的演化也存在相似的变化趋势，即随着变形程度的增强，开放型孔逐步转化为细瓶颈型孔，比表面积增大，吸附量也显著增多［24， 34］。
本文研究结合野外剖面和采样情况，综合利用多种实验手段分析了褶皱相关页岩中的孔隙特征，并进一步建立了褶皱变形作用下孔隙结构演化模式（图9）。随着褶皱变形强度的增强，先发育的绝大多数孔隙均会受到构造挤压的影响，一部分塑性矿物相关的微孔（粒内孔和粒间孔）会在构造挤压下发生变形（图6），甚至发生“闭合”［35］，这也是导致微孔体积和比表面积减小的重要原因（表2）。特别是在褶皱相关页岩中（韧性变形），有机质孔不发育，也意味着构造挤压可能是影响有机质孔发育特征最重要的外部因素之一。此外，褶皱变形对介孔的影响也比较显著（图6），因为构造挤压对于孔隙结构的影响程度随着孔径的增加而增强［36］。一方面，介孔结构很容易在构造挤压下发生“缩小变形”，逐渐转化为微孔，但这部分增加的微孔并不足以抵消构造挤压导致微孔的减少；另一方面也会在构造作用下发生“联合改造”，从而形成宏孔或微裂隙（图9）。
图9 褶皱相关页岩中孔隙结构演化模式

Fig.9 Evolution model of pore structure in fold-related shale

因此，介孔孔体积和比表面积随着褶皱变形程度的增强也出现了减小。此外，变形较强的褶皱相关页岩中发育相对更多的宏孔（溶蚀孔、微裂隙和微通道），这与介孔的连通以及韧性矿物的破裂密切相关，但其通常发育较为局限，仅能够提高局部区域的连通性，并不会使页岩气发生长距离运移和逸散，因此这样的孔隙结构变化有利于页岩气的赋存和富集。

5 结论

（1）相较于廖子变形剖面样品，田坝变形剖面样品具有相对较小的TOC含量和黏土矿物含量，而石英矿物含量则相对要高一些。
（2）变形较强的断层相关页岩样品具有相对更大的总孔体积和更小的比表面积，而变形较强的褶皱相关页岩样品则具有相对较小的总孔体积和总比表面积。
（3）随着变形程度的增强，断层相关页岩中较大规模的粒间孔、微裂隙和微通道变得比较发育，极大改善了页岩储层的储集性和渗透性；而褶皱相关页岩中发育的粒间孔、微裂隙和微通道仅能增强页岩储层局部的储集性和渗透性，并不能使页岩气发生长距离运移和逸散。

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