巢湖地区二叠系海相-过渡相页岩发育特征及影响因素

赵迪斐，郑文涛，陈海兵，许有为，尹俊凯，刘静，胡鑫蒙

(1.中国矿业大学 人工智能研究院，江苏 徐州 221116；2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 徐州221008；3.中国石油长庆油田分公司 第十采油厂地质研究所，甘肃 庆阳745100；4.山东泰山资源勘查有限公司，山东 济南 250000；5.中国科学院 地质与地球物理研究所，北京 100000)

0 引 言

页岩气是一种新型非常规天然气资源，我国页岩气地质资源丰富，发育有海相、陆相、过渡相等多种类型，目前，已经在四川盆地实现了页岩气的商业化开发[1]。下扬子地区是我国页岩气资源的重要资源勘探远景区，区域内发育有包括二叠系大隆组-龙潭组-孤峰组海相-过渡相页岩储层在内的多套页岩层系[2-3]，并在皖宣页1井等页岩气参数井中确立了较好的页岩气地质参数与气测显示，良好的有机质特征与脆性特征等反映了二叠系大隆组-龙潭组-孤峰组具有较好的页岩气资源勘探开发潜力[4-5]。对下扬子区代表性页岩储层展开研究，将有助于明确区域内重点页岩气层系的地质特征，为进一步开展地质调查、储层预测与评价提供科学依据。在皖南地区，学者们分别对龙潭组、大隆组、孤峰组页岩地层样品开展了矿物组分、孔隙特征、页岩气潜力等方面的初步研究，但对区域内页岩气储层的发育特征及优选条件认识较浅，未将孤峰组-龙潭组-大隆组作为一套页岩层系展开系统研究，也缺乏对储层发育控制影响因素的研究[2-5]。为加深对研究区内优质页岩储层的认识，有必要在页岩储层物质组分、孔隙结构与其影响因素方面展开进一步研究。

巢北地区发育二叠系大隆组-龙潭组-孤峰组海相-过渡相页岩气剖面[6]，这一套连续发育的黑色岩系厚度较大、分布广泛、富含有机质，是区内页岩气勘探开发的重要目标层系。本文以巢湖北部地区姚家山剖面的二叠系大隆组-龙潭组-孤峰组海相-过渡相页岩储层为例，结合野外地质特征、岩石学特征、地化特征、孔隙及物性测试等，综合探究页岩储层的物质组分、孔隙及控制影响因素，探明大隆组-龙潭组-孤峰组页岩在沉积演化控制影响下的储层发育特征。针对下扬子地区页岩气勘探认识程度较浅的现状，本文拟通过对储层发育特征及控制影响因素的研究，丰富研究区页岩气地质研究成果，为加深对大隆组-龙潭组-孤峰组页岩储层的地质认识提供基础，为区内页岩气资源的进一步勘探、预测、开发提供科学依据。

1 研究方法

1.1 地质背景与试验样品

研究区位于巢湖北部地区(图1)，在构造位置上，巢北地区位于下扬子板块东北部的下扬子凹陷，处于晚中生代华北高原东部、郯庐断裂带东侧以及苏鲁高压-超高压造山带南侧[7]。研究区内出露的地层包括上震旦统、下-中志留统、上泥盆统、石炭系、二叠系、下-中三叠统、下侏罗统及第四系地层，其中，上二叠统龙潭组地层上覆于孤峰组硅质岩、硅质泥页岩，下伏于大隆组硅质炭质泥岩(图2)，共同构成一套黑色页岩岩系[8]。

研究区内，孤峰组主要由薄层黑色硅质岩及薄层暗色泥页岩构成，厚度一般在28 m左右，以假整合上覆于栖霞组。孤峰组下部以暗色泥页岩为主，含有磷质结核，中上部由含放射虫硅质岩夹泥页岩构成韵律层，层系向上泥页岩发育增多，由硅质岩-泥页岩交叠发育至以泥页岩为主[9]。龙潭组在研究区内为一套滨岸沼泽相的含煤沉积，厚度约65 m，发育泥页岩-砂岩-泥页岩-灰岩4段(薄层泥岩夹薄-中厚层状粉-细砂岩段、中厚-厚层状砂岩段、暗灰色泥岩夹薄煤层、煤线段、压煤灰岩段)，与下伏孤峰组呈整合接触[6]。大隆组与下伏龙潭组整合接触，在研究区内约厚20 m，依据岩性可以分为两部分，下部为褐-黑色页岩，厚度约16 m，上部为灰黑色页岩与泥灰岩构成的互层沉积，厚度约3.7 m。

1.2 测试方法

取孤峰组下部页岩、龙潭组泥页岩、大隆组页岩代表性样品，通过高压压汞、液氮吸附、氩离子抛光-场发射扫描电镜、X射线衍射、TOC测试等研究方法，对巢北地区孤峰组、龙潭组、大隆组海相-过渡相页岩储层发育特征展开研究。

通过高压压汞与低温氮气吸附测试页岩储层孔隙结构特征，在24 h干燥去束缚水处理后，利用不同压力下汞液侵入样品特征衡量孔隙的空间分布与结构特征，测试范围介于3.6 nm至微裂隙尺度。考虑到高压压汞对纳米孔隙表征的误差较大，选用低温氮气吸附与高压压汞联合表征，低温氮吸附试验使用Autosorb-1吸附测试仪，在高温条件下脱气预处理后，以等温条件、物理吸附静态容积法测试孔隙的纳米尺度结构特征，测试孔径为(3.5～5 000)×10-10m。对孔隙结构的表征采用Hodot储层孔隙分类方案：大孔及微裂隙对应1 000 nm以上孔径，>100～1 000 nm孔径划分中孔，10～100 nm孔径划分小孔，小于10 nm孔隙划分微孔[10]。对孔隙形貌的观测采用氩离子抛光-场发射扫描电镜，使用仪器为S-4700冷场发射扫描电子显微镜，在氩离子表面抛光后，对样品约2 mm2的抛光面进行精度达10 nm的成像表征，获取纳米级孔隙的形貌、结构与成因信息。

2 页岩储层物质组分

2.1 有机质特征

孤峰组、龙潭组、大隆组海相-过渡相页岩储层有机质特征如表1所示。大隆组、孤峰组页岩有机质在镜下以分散有机质为主，龙潭组有机质赋存形式更为复杂，包括顺层富集型、条带型与分散型3类。大隆组页岩TOC为1.89%～3.32%，龙潭组有机质质量分数层段变化显著，为2.01%～11.84%，具有高丰度有机质的样品以顺层富集型、条带型为主，孤峰组页岩储层有机质质量分数为2.02%～4.64%。

以类镜质体反射率表征大隆组、孤峰组页岩有机质热成熟度[11]，以镜质体反射率表征龙潭组页岩储层有机质成熟度，结果表明，孤峰组、龙潭组、大隆组海相-过渡相页岩储层有机质热成熟度为2.12%～2.86%，据页岩储层有机质成熟度与生烃强度的关系[12](图3)，孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层已经达到了大量生气阶段，有助于页岩气富集。

图3 页岩储层有机质成熟度与生烃强度(据文献[12]修改)的关系

2.2 矿物组分特征

X射线衍射测试结果显示，页岩储层代表性样品矿物组分主要由脆性矿物和黏土矿物构成，脆性矿物主要包括石英、白云石、长石、方解石等，黏土矿物由高岭石、伊利石、绿泥石及混层矿物构成，此外，大隆组、孤峰组页岩中还含有一定量的黄铁矿(表2)。

表2 孤峰组、龙潭组、大隆组海相-过渡相页岩储层矿物组分特征

孤峰组页岩样品脆性矿物含量较高，以石英为主，其质量分数波动显著，为24.6%～78.1%，均值约为55.9%。黏土矿物次之，质量分数为15.6%～62.1%，平均33.2%。碳酸盐矿物平均质量分数约5.25%，长石与黄铁矿质量分数相对较低，分别为2.40%与2.37%。石英、黏土矿物构成了主要矿物组分，占比达到了80%以上，黄铁矿-石英-黏土矿物构成的矿物组合反映沉积环境属于海相环境。

孤峰组页岩中脆性矿物比例高于龙潭组与大隆组页岩中的，龙潭组页岩石英矿物质量分数为37.4%～64.3%，黏土矿物质量分数为23.4%～54.6%，碳酸盐岩矿物质量分数差异显著，为1.1%～11.4%，长石为2.0%～6.6%。此外检出少量菱铁矿，质量分数为1.2%～2.1%。与孤峰组页岩相比，菱铁矿的发育说明水体较浅，不具备缺氧还原的水体底部环境，菱铁矿与石英、黏土矿物等矿物组合反映了海陆过渡环境特征。大隆组页岩中石英矿物质量分数为40.9%～49.3%，黏土矿物质量分数为33.2%～38.6%，碳酸盐岩矿物为8.6%～10.3%，长石质量分数为6.3%～8.6%，黄铁矿质量分数为1.2%～2.1%。由龙潭组过渡至大隆组，储层中的菱铁矿变化为黄铁矿，说明沉积水体相对较深[11]，沉积环境由海陆过渡环境变化为相对深水的海相沉积环境。

总体而言，孤峰组页岩储层脆性矿物含量最高，质量分数为37.0%～84.0%，但波动较大，大隆组次之(59.6%～69.8%)，比例相对稳定；龙潭组页岩储层介于二者之间(45.0%～74.7%)。在矿物类型上，孤峰组、龙潭组、大隆组页岩脆性矿物与黏土矿物种类一致，含量有所差异，孤峰组、大隆组海相页岩发育黄铁矿，而龙潭组过渡相页岩储层发育菱铁矿。在微观组构上，龙潭组页岩储层与孤峰组、大隆组海相页岩显著不同，龙潭组受到陆源碎屑沉积的影响更为显著(图4(a)～(d))，物质分异更为显著，镜下石英常具有定向性；海相页岩粒度更细，均质性相对更好(图4(e)～(f))。

(a)(b)龙潭组上段页岩L1样品镜下微观特征，可见黏土矿物、石英杂乱分布，有机质呈分散型；(c)龙潭组下部页岩L5样品中的条带型有机质(OM)以及杂乱分布的黏土矿物(Cy)、石英(Qz)等矿物；(d)龙潭组中部L3粉砂质泥岩样品中的顺层富集型有机质；(e)孤峰组顶部海相页岩G4样品，粒度细小，见沿层理分布的石英矿物；(f)大隆组底部海相页岩样品D5，可见分散状的脆性矿物沿层理分布

3 储层孔隙量化表征

3.1 孔隙结构参数

高压压汞测试显示，孤峰组、龙潭组、大隆组海相-过渡相页岩测试样品进汞-退汞曲线存在明显不重合，如图5所示，退汞曲线滞后于进汞曲线，对于多孔介质，进退汞曲线的不重合说明汞液滞留在了微纳米储集空间中，而未随压力降低排出，表明页岩中存在墨水瓶型等半开放孔隙与细小喉道。各样品最大累计进汞量一般为0.02～0.045 mL/g，孤峰组G6样品具有显著更高的最大累计进汞量(表3)。高压压汞可以刻画页岩储层在全孔径范围内的孔径分布特征(PSDs)，可以较准确地表征中孔-大孔的孔隙结构特征。测试结果显示(图6)，页岩孔隙孔径分布以小孔最为发育(10～100 nm)，微孔次之，大孔-微裂隙具有一定程度发育。各页岩储层孔隙的发育峰值存在差异，大隆组页岩孔径发育峰值为10～40 nm，龙潭组页岩孔径发育峰值为40～80 nm，孤峰组页岩孔径发育峰值为20～50 nm；龙潭组页岩发育峰值相对右偏，这可能与龙潭组有机质类型复杂、沉积物受陆源碎屑影响有关。

表3 孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层代表性样品孔隙结构参数

图5 孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层代表性样品 压汞曲线

图6 孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层代表性样品 孔径分布特征

通过低温氮气吸附对高压压汞表征存在失真的微孔-小孔进行孔隙结构表征，等温吸附曲线如图7所示，测试样品的吸附曲线在吸附量上存在差别，但吸附线整体形貌均呈反s型，在吸附曲线低相对压力段向上微凸，高相对压力段急剧上升；吸附曲线和脱附曲线在相对压力较高段存在不重合，构成吸附回线(图7)。在整体形貌上，测试孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层代表性样品等温吸附线与IUPAC等温吸附线形貌分类[14]中的 H3和H4型吸附回线较为接近(图8)，示孔隙形态复杂，吸附线实际形貌为多形态孔隙吸附结果的叠加。据等温吸附线形貌与孔隙形态的对应关系[13]，页岩储层中主要发育有两端开口的圆柱孔及四面开放的平行板孔为主的平行板状孔隙，此外，还发育有少量墨水瓶型孔隙，孔隙结构较为复杂。通过低温氮气吸附BJH模型计算，获取代表性样品纳米尺度的孔径分布特征(图9)，结果表明，孤峰组、龙潭组、大隆组页岩样品吸附峰位为2～5 nm，孔隙在100 nm以下普遍发育，次峰位为40～60 nm。

图7 孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层代表性样品低温氮气吸附特征

图8 等温吸附曲线回滞环类型

图9 孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层代表性样品纳米尺度孔径分布特征

3.2 孔隙类型与发育比例

对页岩样品的氩离子抛光-场发射扫描电镜观测显示，储层孔隙类型复杂，主要发育的孔隙类型包括有机质热成因孔隙(图10(a))、有机质周缘孔隙(图10(a)～(c))、黏土矿物晶间孔隙(图10(d))、矿物溶蚀孔隙(图10(b)，(e))、矿物周缘孔隙(图10(c)～(f))、黏土矿物集合体孔隙(图10(f))等。有机质热成因孔隙发育程度显著低于四川盆地五峰组-龙马溪组页岩储层[15]，与相对较低的热演化程度有关，部分有机质内部孔隙不发育，矿物孔隙的发育比例显著更高(图10(b)(c))。图像观测显示，储层孔隙孔径主要发育为20～400 nm，其中，黏土矿物晶间孔隙的孔径主要分布为20～50 nm，矿物周缘孔隙主要分布为40～400 nm，有机质孔隙孔径差异较大，可能与有机质类型的差异有关，孤峰组、大隆组页岩主要有机质来源为菌藻类，而龙潭组有机质来源包括陆源与水体有机质[6]。图像观测反映，储层中亚微米孔径孔隙发育程度显著更高，矿物周缘孔隙、有机质孔隙、黏土矿物孔隙是最发育的孔隙类型。

图10 孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层孔隙与微观特征

对代表性样品进行图像量化处理[16-17]，对氩离子抛光-场发射电镜观测图像进行二值化后，通过计算各样品不同孔隙的面孔率[17]，分别获取孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层孔隙的孔隙比例(图10(g)(h))，以明确各组页岩中的主要孔隙类型与对应成因。代表性样品的处理结果如表4所示，大隆组页岩代表样品D1统计孔隙数量467个，其中，矿物周缘孔隙数量最多，占孔隙总面积比例约为21%，矿物溶蚀孔隙个数为42个，但占孔隙总面积比例最高，为31%，黏土矿物孔隙包括黏土矿物晶间孔与集合体孔隙，占比为27%，有机孔隙包括热成因孔隙与个别周缘孔隙，统计数量64个，占比21%。大隆组页岩中矿物溶蚀孔隙最为发育，矿物周缘孔隙、黏土矿物孔隙、有机质孔隙均占有一定比例的储集空间，溶蚀孔隙的高发育程度，可能与大隆组相对较高的碳酸盐岩矿物等易溶蚀孔隙有关(表1)。龙潭组代表性样品L2统计孔隙数量162个，有机质孔隙、黏土矿物孔隙、矿物溶蚀孔隙、矿物周缘孔隙统计个数分别为16，64，17和65个，对应占孔隙总面积比例分别为7%，29%，21%，43%。与大隆组相比，龙潭组样品有机质孔隙比例显著更低，矿物周缘孔隙是最为发育的孔隙类型。龙潭组页岩中有机孔隙比例的降低，与龙潭组有机质类型的差异有关，在过渡相环境中，储层有机质中陆源植物碎屑等有机质组分比例更高，但其热成因孔隙发育能力与发育程度则低于大隆组中的海相富泥质有机质组分。孤峰组页岩代表性样品G4样品统计孔隙数量142个，有机质孔隙、黏土矿物孔隙、矿物溶蚀孔隙、矿物周缘孔隙所占孔隙总面积比例差异不大，分别为26%，21%，24%，29%，矿物周缘孔隙是所占面积比例最高的孔隙类型。综上所述，受高碳酸盐岩矿物含量影响，大隆组页岩以矿物溶蚀孔隙为主，龙潭组、孤峰组页岩均以矿物周缘孔隙为主，但龙潭组由于有机质类型差异，导致有机质孔隙面积比例相对较低。

表4 基于图像量化处理的孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层孔隙比例与成因

3.3 孔隙结构与特殊性

通过上述试验分析测试，将定性观测与定量分析相结合，系统探究了储层孔隙结构、类型，并通过图像数字化表征的创新方法，明确了不同类型孔隙的发育比例。从表征结果看，孤峰组、龙潭组、大隆组页岩孔径分布具有单峰型的典型特征，而在孔隙类型及所占比例上，储层中并未发育占据绝对优势的孔隙类型，矿物周缘孔隙、黏土矿物孔隙、有机质孔隙、矿物溶蚀孔隙等均有一定的发育程度，对储层微观储集空间的贡献具有均势贡献的特征。

4 储层孔隙发育的控制影响因素

储层孔隙发育的控制影响因素可以划分为直接控制因素与间接影响因素两类，前者主要是储层的物质组分及空间分布，为孔隙的发育提供了物质基础，并控制其分布及连通性特征；后者主要包括沉积环境、储层成岩作用、构造改造作用等[15,18]。有机质丰度与热演化程度被认为是孔隙发育最重要的影响因素，矿物组分也为矿物相关孔隙与微裂隙提供发育基础[14]。

4.1 物质组分对孔隙发育的影响

采用高压压汞最大进汞量表征孔隙整体发育程度，通过孔隙结构参数与物质组分的相关性拟合可知(图11)，在巢北地区孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层中，有机质含量、石英含量与孔隙发育程度均为正相关关系(图11(a)(b))，说明有机质与石英对储层孔隙的发育具有正作用，与储层主要孔隙类型相关；黏土矿物、碳酸盐岩矿物含量则与孔隙发育程度均为弱负相关关系(图11(c)(d))，说明黏土矿物与碳酸盐岩矿物含量的增多不利于孔隙系统的发育。在页岩储层中，有机质内部可以发育大量的纳米尺度热成因孔隙而增加页岩孔隙系统的整体发育程度，并使孔隙孔径向微孔-小孔孔径范围集中。

图11 孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层孔隙发育程度与物质组分关系

页岩气在储层中一般以吸附态储集，游离态页岩气含量一般相对较少[18]。吸附孔隙的发育程度及控制影响因素，是页岩气赋存富集机理研究的基础[15]。压汞测试数据显示，小孔-微孔占储集空间73.134 3%～94.225 0%(表3)，说明虽然孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层矿物孔隙更为发育，但是储集空间仍然以吸附孔隙为主，可为储层提供丰富的比表面积，增加储层的含气能力。液氮吸附数据显示，BET比表面积、吸附孔容与有机质丰度间具有正相关关系(图12(a)(b))，说明有机质对孔隙吸附性能、储集空间均具有正作用，有机质是储层重要储集空间；但平均孔径与有机质丰度间却呈现了弱负相关关系(图12(c))，结合对孔隙图像的量化表征可知，有机质孔隙的发育程度差异显著、发育尺度相对较大，当其他类型孔隙较为发育时，有机质孔隙对储层储集空间的影响相对较弱。总体而言，因有机质本身的亲气性以及表面的吸附性能，有机质丰度的增加有利于储集空间及吸附点位的增加。

图12 孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层吸附孔结构与TOC关系

从相关性拟合结果看，孔隙发育程度与矿物组分、有机质之间的相关性较弱，这主要是由于缺乏占绝对发育优势的孔隙类型，与基于图像数值化的孔隙比例量化表征结果相一致，但由于储层孔隙的发育依托于特定物质组分，因此，相对较弱的拟合相关性仍然可以反映物质组分对孔隙的贡献程度。因此，有机质与矿物组分影响了储层孔隙的结构与发育程度。图像量化表征结果说明(表4)，孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层中不同类型孔隙占比呈现相对均势的特征，这与目前开发程度较高的高演化程度海相页岩储层存在显著差异，不同类型的矿物孔隙、有机孔隙均对储集空间具有显著贡献，也是形成储层单峰型孔径分布特征的原因。这种单峰型、孔隙均势发育的储层存在特殊性，页岩气的赋存能力弱于以有机纳米孔占绝对优势的高演化页岩储层，但储层的微观渗流通道更为发育，在地质勘探、工程开发设计中值得注意。

在页岩气储层矿物组分影响孔隙结构的相关性分析中，矿物含量与孔隙结构特征的相关性差异显著[19-24]。富有机质、高热演化程度页岩储层中，TOC与孔隙发育程度、比表面积一般具有极强的正相关关系，这主要是由于有机质生烃成孔作用强度高，将极大地增强储层的吸附能力，增加微观储集空间，使有机质孔隙演化为具有绝对优势的孔隙类型，提供远超矿物孔隙的储集空间与吸附点位[19-20]，部分研究甚至得出储层含气量仅与TOC有关的结论[21]；海相页岩储层中石英矿物往往也具有与孔隙发育程度较好的相关性，但主要是由于高石英含量段与高有机质含量段叠合所致，属于数值分析中的“偏相关”概念，即二者的相关性是由于共同受控于某一其他因素，而其他矿物由于含量较少、对储集空间贡献相对较小，一般与孔隙发育程度相关性相对不显著。而对于有机质热演化程度有限的页岩储层，有机质孔隙对微观储集空间贡献有限，造成矿物与孔隙发育程度等参数相关性增强[22-24]。本文测试结果显示，页岩储层孔隙发育程度与物质组分关系均相对较弱，因此，研究区孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层孔隙结构的影响因素具有特殊性，这主要是由于孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层微观储集空间属于均势贡献型，有机质孔隙、矿物溶蚀孔隙、矿物周缘孔隙等对储集空间的贡献差异不大，因此，这些孔隙发育所依托的孔隙与孔隙发育程度相关性也相对较弱，仅能通过正相关或负相关关系判断其对微观储集空间的整体影响。此外，在有机质热演化程度有限时，页岩储层成岩作用中的压实作用成为控制孔隙整体发育程度的最重要因素[25]，孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层经历了相似的应力挤压与压实作用影响，加之相对均势的不同类型孔隙发育比例，使矿物组分与孔隙发育程度等参数间相关性较弱(图11～12)。

4.2 沉积环境演化与优质储层发育

在研究区内，孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层代表了一套由相对海平面升降控制的黑色页岩沉积层系。沉积控相、相控储层，在沉积条件的控制下，储层物质组分、有机质类型与含量、岩石组构等发生规律变化。大隆组、龙潭组、孤峰组页岩层系沉积期内龙潭组沉积水体相对较浅，但陆源有机质的补充以及相对较快的沉积速率使储层具有相对较高的有机质含量，但有机质类型出现差异，大隆组、孤峰组沉积期海平面相对较高，对应沉积速率相对较低，水体底部形成缺氧还原的沉积环境(图13)。

图13 孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层沉积环境与储层发育

从沉积环境的演化上看，研究区内大隆组沉积于海侵期，沉积物中放射虫化石发育[26]，含有黄铁矿，说明沉积水体具有贫氧-厌氧环境下的深水滞留盆地沉积条件[27]，有利于大隆组有机质的富集；地化数据显示，巢湖姚家山剖面大隆组有机质富集模式为生产力模式，水体古生产力与现代大陆架相似，泥页岩及粉砂质泥岩中有机质富集、古生产力高[28]。龙潭组则沉积于潟湖-潮坪-三角洲沉积环境中，由下伏孤峰组的深水盆地硅质岩夹黑色页岩向上水体变浅，对应沉积环境由深水滞留盆地转换为龙潭组底部的向海潟湖沉积，向上依次过渡为潮坪相与三角洲相，指示水深进一步变浅及受陆源影响进一步加深[28]。在过渡相页岩储层中，潟湖-潮坪是有利于优质页岩储层发育的沉积环境[11]，巢湖地区龙潭组页岩中有机质来源复杂，潟湖相、潮坪相显示了较高的有机质丰度[6]，是有利于有机质富集的沉积环境[7-8]。孤峰组黑色页岩沉积是大陆边缘-海盆过渡环境内海侵期产物，沉积时期处于水体贫氧-厌氧的静水还原环境，有利于有机质富集[28]。总体而言，研究区内孤峰组、龙潭组、大隆组页岩储层沉积期古气候较温暖，水体生产力较高，水平面的升降控制了这套黑色岩系受陆源沉积影响的强度，孤峰组与大隆组水体较深，水动力较弱，在贫氧-厌氧环境中沉积了粒度较细、有机质丰度较高的页岩，与岩浆热液成因的低有机质硅质岩交互[29]；龙潭组水体则较浅，陆源碎屑稀释作用影响显著，有机质仅在潟湖、潮上泥坪等环境内富集较好[26]。

沉积环境及其演化控制了页岩储层的物质来源、类型与沉积速率，影响有机质与矿物的富集、分布特征，但陆相或过渡相沉积环境内，沉积条件对储层的控制影响机理存在差异[30-31]。目前，在页岩气储层的控制影响因素研究中，多针对单一环境沉积要素对储层发育的控制[15]，巢湖地区大隆组、龙潭组、孤峰组页岩层系属于海相-过渡相环境沉积物，其演化受到海平面相对升降的控制，可以为跨地层黑色页岩储层的发育机理提供理想模式。大隆组、龙潭组、孤峰组海相-过渡相页岩层系在下扬子地区广泛发育，可以为区域内页岩气地质勘探提供重要方向。大隆组、龙潭组、孤峰组页岩在沉积环境控制下的演化具有规律性，因此，在勘探开发时，建议将三套页岩地层作为一个目标页岩层段，进行综合勘探、研究。

5 结 论

与上扬子地区相比，下扬子地区页岩气地质研究程度仍相对较低。对重要黑色页岩层系的地质研究积累，有助于加深研究区页岩气基础地质认识，探究页岩储层发育的特殊性，为页岩气资源勘探、评价、优选、开发提供科学依据。通过对巢湖地区姚家山剖面孤峰组、龙潭组、大隆组海相-过渡相页岩储层代表性页岩样品的系统性测试研究，本文得到以下主要结论。

(1)孤峰组、龙潭组、大隆组在巢湖地区内构成一套海相-过渡相页岩储层，主要对应大隆组、孤峰组深水盆地沉积环境中的硅质岩间黑色页岩以及龙潭组潟湖-潮坪沉积环境中的黑色泥页岩沉积。

(2)孤峰组、龙潭组、大隆组页岩有机质含量较为丰富(TOC为1.89%～11.84%)，成熟度达到了大量生气的阶段；页岩储层矿物组分主要由脆性矿物和黏土矿物构成，矿物组合的垂向变化反映页岩沉积环境由缺氧还原(孤峰组)演化为相对富氧(龙潭组)后再次演化为相对缺氧(大隆组)。

(3)孤峰组、龙潭组、大隆组页岩微细喉道较为发育，孔径分布属于单峰型，孔径发育峰值分别为10～40 nm，40～80 nm，20～50 nm，小孔-微孔占据主要储集空间，孔隙结构复杂；数值化处理分析表明，页岩储层中有机孔隙、黏土矿物孔隙、矿物溶蚀孔隙、矿物周缘孔隙等主要类型具有均势发育的特征。

(4)沉积环境通过控制储层物质组分及其分布特征影响页岩微观储集空间的发育；在相对海平面升降的控制下，受到沉积速率、古生产力与稀释效应的影响，层系内有利储层发育在孤峰组大陆边缘-海盆过渡环境内海侵沉积期、龙潭组潟湖-潮上泥坪沉积环境、大隆组贫氧-厌氧环境下的深水滞留盆地沉积环境内。

致谢：感谢南京大学解德录博士、濮阳职业技术学院杨玉娟、中国矿业大学资源学院贺明康、努尔·卡那提、马福海等参与野外工作，感谢哈尔滨工业大学郭舒老师等在试验测试中给予的帮助。