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作为“进源勘探”的目标，黑色泥页岩系统因占全球油气储量的90%以上，成为勘探家与地质学家关注的重点[1-6]。黑色泥页岩由脆性矿物（石英、方解石、白云石等）、黏土矿物（伊利石、绿泥石等）、其他矿物和有机质构成。一定沉积条件和其他因素影响下，其复杂的矿物组成常发育为不同储层特征的纹层结构[7]。纹层结构作为页岩层系中最富特色和广泛发育的沉积特征，不仅可为储集岩的特征分析提供基础信息，其类型的多样性造成页岩储层的强非均质性，从而对页岩储层品质的影响已成为非常规油气沉积学基础研究与勘探开发中不可或缺的重要内容，受到地质学家与勘探家的重视[8]。
页岩油气勘探实践表明，发育纹层结构的页岩与不发育纹层结构的泥岩产油气性具有明显差异。因此，前人从多个方面详细探讨和对比了纹层状页岩与块状泥岩性质的差异，主要集中在几个方面：1）矿物组成的差异：如刘国恒等[9]将长7页岩划分为亮层和暗层结构，指出斜长石与伊利石含量是亮层与暗层的主要差异，施振生等[10]对比评价了龙马溪组页岩泥质纹层和粉砂质纹层矿物组成，指出石英与碳酸盐含量是二者的主要差异。2）孔隙结构的差异：如王超等[8,11]在对四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩研究时提出，纹层发育控制无机宏孔的尺度和孔径分布，影响页岩的孔隙结构和裂缝的形成；针对鄂尔多斯盆地延长组长7，刘国恒等[9]、杨潇等[12]指出纹层结构的发育有利于改善储层物性，特别是水平渗透率。3）有机质分布的差异：如施振生等[10]提出泥质纹层有机质含量大于15%而砂质纹层有机质含量小于15%；赵建华等[13]提出硅质纹层页岩TOC普遍高于粉砂质页岩和黏土质页岩；Wang et al.[11]提出纹层密度和单纹层最大厚度与TOC含量呈负相关。4）岩石力学性质的差异：Nath et al.[14]指出纹层发育导致各向异性和岩层方向对岩石强度影响较大；Wang et al.[11]指出纹层密度高不利于水力压裂。可见，加强纹层状页岩与块状泥岩的对比性研究与评价对于深化页岩油气勘探开发具有重要的意义。
针对四川盆地海相龙马溪组页岩，前人的研究主要集中在孔隙结构的精细表征、含气性评价及甜点区优选[15-20]。总体来看，前人对四川盆地页岩非均质性的研究缺乏系统性和完整性[7]，对纹层结构及其不同纹层结构对应的储层储集性能的差异关注也相对较少。少数已有的研究将纹层结构划分为泥质纹层和砂质纹层，提出泥质纹层主体以有机质孔为主，而砂质纹层主体以无机矿物孔隙为主[10⁃11,13]。上述认识为深化纹层结构研究提供了重要的借鉴，但目前的研究缺乏对不同尺度纹层结构的深入关注，即龙马溪组页岩不同尺度纹层结构的类型与储集性能差异的关系需进一步研究。基于此，本文优选四川盆地威远和长宁地区典型龙马溪组页岩，综合利用光学显微镜、场发射扫描电镜、成像测井分析、TOC、氮气吸附、物性测定等方法，对龙马溪组页岩宏观与微观纹层结构进行了详细研究，对比了不同纹层结构样品的有机地化、矿物岩石、储集性能及含气性的差异，以期对后续四川盆地的非常规油气沉积研究、页岩气储层有效性评价与“甜点区”优选提供科学的依据。
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四川盆地位于我国南部，构造上属扬子板块，为扬子准地台的一次级构造单元（图1a）。早印支运动前，四川盆地是扬子古海盆的一部分，受扬子准地台整体发展所控制；早寒武纪及晚奥陶纪—早志留纪是四川盆地最重要的海侵期，在上扬子地区广泛沉积了一套以陆棚环境为主的黑色硅质岩、页岩、粉砂岩和碳酸盐岩沉积组合[21]。受加里东期构造运动影响，五峰组—龙马溪组在南充—遂宁—资阳一线以西的川西地区遭受剥蚀，目前主要发育在川东北和川南地区（图1a）。五峰组—龙马溪组沉积期，四川盆地主体为深水缓坡相；五峰组位于奥陶系顶部，岩性为黑色页岩、炭质页岩，含灰质及硅质，顶部常见泥灰岩，笔石化石丰富；龙马溪组位于下志留统底部，厚180~370 m，岩性为黑、深灰色炭质页岩、粉砂质页岩、钙质页岩，富含碳质、黄铁矿及笔石化石，富含笔石页岩层面上普见纵横散布的条状笔石化石，局部笔石化石含量高达70%以上，页理发育[22]。五峰组与上覆龙马溪组为连续沉积、整合接触（图1b）[20,23]。
图 1 四川盆地龙马溪组岩相古地理、岩性综合柱状图及井位分布
Figure 1. Lithofacies paleogeography, lithological column and well locations in Longmaxi Formation, Sichuan Basin
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本次研究样品来自Wz2、Wn2、Ww2、Wn3、Wn5等5口取芯井（位置请见图1），共计35块，岩性为黑色页岩和泥岩；利用Wn3井成像测井数据对宏观尺度纹层结构的组合特征进行研究，然后利用光学显微镜研究了微观岩石结构的特征；基于TOC、场发射扫描电镜、QEMSCAN和低温氮气吸附等技术对页岩与泥岩矿物组成、有机地化特征和孔隙结构进行了评价，并进一步探讨了纹层结构对含气量的影响。具体实验方法介绍如下：
TOC含量在中国石油天然气集团有限公司油气地球化学重点实验室完成，使用的仪器为CS-i碳硫分析仪，使用200目的粉末样品在常温常压条件下完成。
光学显微镜、X射线衍射矿物分析、场发射扫描电镜、QEMSCAN矿物分析在中国石油天然气集团有限公司油气储层重点实验室完成。其中，光学显微镜使用仪器为德国Leitz的LEICA偏光显微镜，在20~400倍。X射线衍射使用日本理学电机公司（Rigaku）X射线衍射仪对200目粉末样品进行分析；XRD非黏土矿物分析使用的仪器型号为SmartLab，实验在45 kV的工作电压及150 mA的工作电流下完成；XRD黏土矿物分析使用的仪器型号为TTR，实验在48 kV的工作电压及100 mA的工作电流下完成。扫描电镜使用仪器为Apreo的高分辨率场发射扫描电镜，在5 kV的工作电压以及7.0 mm的工作距离下进行观察。QEMSCAN矿物分析使用仪器是FEI Qunta 450场发射扫描电镜，工作电压是15 kV，电子的束流是0.8 nA，能谱测定时采用的间距是1.5 μm/点，扫描范围为3 mm×3 mm。
低温氮气吸附实验在北京大学完成，使用的仪器是ASAP2020比表面积分析仪，实验采用粒度为200目的页岩粉末样品。比表面积采用了Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面积，根据Barret-Joyner-Halenda（BJH）理论确定的解吸曲线，计算孔隙体积，并对等效孔隙分布进行了定量分析。
氦气孔隙度在提高采收率国家重点实验室完成，使用的仪器是低渗覆压孔渗测定系统NDP605 AP-608，实验对柱塞样品进行分析，利用煤油浸没法测定样品的整体体积。
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关于纹层结构，前人提出了不同的分类方案（表1）。例如，Ingram[24]从厚度出发，将厚度小于3 mm的纹层称为极薄纹层、3 mm~1 cm的纹层称为薄纹层，1~3 cm的纹层称为中纹层，3~10 cm的称为厚纹层；Campbell[25]从纹层形态的角度出发，首先将纹层分为均一纹层、波状纹层和弯曲纹层三大类，针对每一类，又可进一步划分为连续平行状、断续平行状、连续非平行状和断续非平行状；Lazar et al.[26]提出了基于三个关键属性命名的方案：结构、层理、组成成分。通过描述能够得到细粒沉积岩的纹理、层理、成分和颗粒成因属性，提出纹层的连续性、形状和集合形状是描述层压板的关键属性。Broadhead et al.[27]在研究被俄亥俄上泥盆统页岩时提出了从有机质和黏土组成的角度对纹层进行研究；刘国恒等[9]对鄂尔多斯盆地延长组湖相页岩评价时提出了亮层和暗层的概念，指出亮层以石英和斜长石为主，而暗层则以石英和伊利石为主；杨潇等[12]根据形态特征和连续性差异将延长组长7和长9页岩中砂质纹层分为2类形态：平直和波纹型，并指出页岩纹层单层厚度主体集中在0.2~2 mm；赵建华等[13]指出龙马溪组页岩中发育平行韵律性层理、水平层理及块状层理等；施振生等[10]根据纹层组分分为有机质、含有机质、黏土质和粉砂质纹层，并将其组合为2个纹层组，包括富有机质与含有机质纹层组、含有机质与粉砂质纹层组；Wang et al.[11]根据纹层的密度和单层最大厚度将龙马溪组页岩纹层划分为三类，包括LL（低密度、低厚度）、LH（低密度、高厚度）和HH（高密度、高厚度）。总体来看，纹层结构的分类主要基于微观岩石学特征或宏观纹层厚度，并未将二者进行融合。因此，本文尝试从宏观测井级别和微观薄片级别分别对龙马溪组页岩的纹层结构进行分析，建立不同级别纹层结构之间的相互关系，并探讨纹层组合的类型以及不同组合类型的差异性。
表 1 前人关于纹层结构分类方案统计表
Table 1.
Previous laminae texture classification schemes 作者 年份 研究对象 纹层划分 Ingram[24] 1954 纹层 将厚度小于3 mm的纹层称为极薄纹层、3 mm~1 cm的纹层称为薄纹层， 1~3 cm的纹层称为中纹层，3~10 cm的称为厚纹层 Campbell[25] 1967 纹层 从纹层形态的角度出发，首先将纹层分为均一纹层、波状纹层和弯曲纹层三大类，针对每一类， 又可进一步划分为连续平行状、断续平行状、连续非平行状和断续非平行状 Lazar et al.[26] 2015 纹层 提出基于结构、层理和成分等3个关键属性命名纹层结构的方案， 并明确纹层的连续性、形状和几何形状是的三个关键属性 刘国恒等[9] 2015 鄂尔多斯盆地延长组湖相页岩 将纹层分为亮层和暗层，二者中石英含量高，比例达40%；亮层中斜长石含量高，平均达18%； 暗层中伊利石含量高，平均达23%；纹层厚度不等，<0.5 mm至>5 mm 杨潇等[12] 2015 鄂尔多斯盆地延长组长7、长9页岩 根据形态特征和连续性差异将砂质纹层分为平直和波纹型， 纹层厚度大小不等，单层多发育于在0.2~2 mm 赵建华等[13] 2016 四川盆地五峰组—龙马溪组页岩 粉砂质页岩发育平行、韵律性层理，连续纹层产出； 黏土质页岩发育水平层理、块状层理 施振生等[10] 2018 四川盆地巫溪2井龙马溪组含气页岩 根据lazar分类原则，首先划分为4类纹层，包括有机质、含有机质、黏土质和粉砂质纹层， 进一步划分为2类纹层组，包括富有机质与含有机质纹层、含有机质与粉砂质纹层组 Wang et al.[11] 2019 四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩 按照纹层密度和单层最大厚度将纹层划分为三类： LL（低密度、低厚度）、LH（低密度、高厚度）和HH（高密度、高厚度） -
本文利用Wn3井成像测井资料对龙马溪组宏观尺度纹层结构组合进行了研究。从图2可以看出，Wn3井龙马溪组自下而上发育三种不同的纹层组合类型。其中，第一类为中厚纹层组合，主要发育在黑色页岩中，单个纹层厚度介于2~10 cm，厚度介于5~10 cm的纹层占比超过70%（图2b）；第二类为薄纹层组合，同样发育在黑色页岩中，但单个纹层的厚度更小，主体小于1 cm，且在顶部纹层结构由平直向轻微波状纹层转变（图2c）；第三类为不发育纹层的块状结构，主要位于块状泥岩中，纹层结构不发育，仅在上部见部分纹层（图2d）。总体上，纹层结构与岩性具有较好的对应性，纹层结构主要发育在黑色页岩中，而块状泥岩纹层结构不发育。
图 2 四川盆地Wn3井单井综合及纹层状页岩与块状泥岩成像测井图
Figure 2. Lithofacies, gamma ray log, TOC content, porosity, water saturation, gas saturation and mineral content of laminated shale and massive mudstone in Well Wn3, Sichuan Basin
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利用光学显微镜和QEMSCAN对微观尺度纹层结构进行了分析，发现宏观上不同的纹层组合在微观上同样具有差异，特别是纹层形态与主要岩石成分。总体来看，龙马溪组微观尺度纹层结构包括四类，即水平等厚纹层、水平不等厚纹层、水平—小型波状纹层及透镜体状纹层结构，不同纹层结构的矿物组成具有明显差异（图3~5）。
图 3 四川盆地志留系龙马溪组纹层状页岩显微镜照片
Figure 3. Optical microscope photographs showing textures of laminated shales in Silurian Longmaxi Formation, Sichuan Basin
图 4 四川盆地志留系龙马溪组块状泥岩显微镜照片
Figure 4. Optical microscope photographs of massive mudstone in Silurian Longmaxi Formation, Sichuan Basin
图 5 龙马溪组页岩与块状泥岩QEMSCAN矿物组成结果（1号：扫描电镜灰度图像；2号：对应的矿物平面分布图像；3号：矿物含量直方图）
Figure 5. QEMSCAN mineralogical compositions of Longmaxi Formation shale and massive mudstone: (left column: SEM grayscale images; center column: corresponding mineral distribution; right column: mineral content histogram)
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水平等厚纹层具有“两分性”特征，发育黏土矿物与有机质纹层、长英质与碳酸盐纹层（图3a1，a2）；其中，黏土矿物与有机质纹层粒度细，颜色更深，有机质呈分散状夹杂在黏土矿物之间（图3a3）；在长英质与碳酸盐纹层中可见片状有机质分布（图3a4）。QEMSCAN分析结果表明，水平等厚纹层结构中长石含量较低，主体以石英和碳酸盐为主，含量超过80%（图5a1，a3）；黏土矿物以伊利石为主，含量约10%，另可见黄铁矿发育（图5a3）。
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对于水平不等厚纹层结构，其与水平等厚纹层具有相似性，黏土矿物与有机质纹层厚度变薄，而长英质与碳酸盐纹层厚度相对稳定（图3b1，b2），黏土矿物基质中发育条带状有机质，局部可见微裂缝发育（图3b1，b2）。QEMSCAN分析结果表明，水平不等厚纹层结构中石英含量进一步增大，含量超65%，碳酸盐矿物含量降低，约占20%（图5b1，b3）；同时，伊利石等黏土矿物和黄铁矿的含量与水平等厚纹层结构基本相当，主体集中在10%~15%（图5b3）。
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水平—小型波状纹层结构黏土矿物含量增加，发育黏土矿物与有机质纹层、石英与碳酸盐纹层（图3c1，c4）。与前两类纹层结构相比，水平—小型波状纹层结构发育小型碳酸盐透镜体，长度约500 μm，宽度约50 μm，整体呈定向排列（图3c1，c2）；在黏土矿物纹层中，有机质多呈顺层展布，具有条带状特征（图3c3，c4）。QEMSCAN分析结果表明，水平—小型波状纹层结构黏土矿物含量较高，伊利石含量超过20%；石英含量减小，主体为50%左右；钠长石含量增大，比例超过15%；碳酸盐矿物含量降低，主体在10%（图5c1，c3）。
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透镜体状纹层结构是四类微观纹层结构中发育程度最低的；本次研究发现了规模较大的黄铁矿透镜体，水平延伸长度超过1 cm，纵向宽度达1 mm，在黄铁矿内部见有机质及孔隙发育（图3d1，d2），基质主体以微晶石英和黏土矿物为主，有机质呈分散状分布在石英颗粒之间（图3d3，d4）。
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除上述四类纹层结构外，龙马溪组发育块状泥岩，其岩石结构相对均一。块状结构根据矿物组成又可分为两类：第一类以黏土矿物为主，伊利石、绿泥石等黏土矿物含量超过40%，发育石英与碳酸盐矿物，但含量不高，石英含量小于40%，碳酸盐含量小于10%，见有机质或沥青呈分散状零星分布在黏土矿物基质内（图4a1，a3、图5d1，d3）；第二类石英含量增大，含量约50%，黏土矿物含量约35%~40%，碳酸盐含量较少（图4b1，b3）。
总体来看，微观上水平等厚纹层与透镜体状纹层结构主要发育在宏观中厚层纹层组合中，水平不等厚纹层与水平—小型波状纹层结构主要发育在薄纹层组合中。从矿物组成看，龙马溪组发育碳酸盐与石英纹层，碳酸盐与石英颗粒相当，总体上方解石、白云石等颗粒呈定向排列（图5a1，a3）；黏土矿物与有机质纹层粒度细，其与碳酸盐和石英形成纹层互层，定向排列特征明显（图5b1，b3，c1，c3）。总体来看，黏土矿物在纹层状页岩中的比例相对较低，根据QEMSCAN统计结果看，以伊利石为主的黏土矿物含量普遍小于20%；相对而言，石英与碳酸盐矿物含量较高，石英含量主体介于50%~65%；碳酸盐矿物含量主体大于20%。块状泥岩的矿物组成与页岩具有明显差异，具有相对较高的黏土矿物含量，接近40%，石英等矿物含量小于40%，碳酸盐矿物与长石矿物含量相当，主体约10%（图2、图5d1，d3）。
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通过对Wn3井不同层段TOC纵向分布特征进行统计，发现不同纹层结构的页岩TOC分布具有差异（图6）。水平等厚纹层—中厚纹层组合页岩TOC分布范围较广，从1%~5%均有分布，且每个区间内样品分布较为平均，其中TOC >2%的样品比例超过75%，TOC >4%的样品比例超过20%，总体来看，36块样品平均TOC为2.9%（图6a）；与水平等厚纹层—中厚纹层组合页岩相比，水平不等厚纹层—薄纹层组合页岩TOC含量偏低，TOC主体小于2%，其中小于1%的样品占比达45%，平均值为1.0%（图6b）；无纹层—块状泥岩TOC最低，TOC小于1%的样品比例超过95%，平均值仅为0.6%（图6c）。总体来看，137块Wn3井样品统计结果表明，龙马溪组平均TOC为1.4%，其中纹层状页岩普遍高于块状泥岩（图6d）。需要说明的是，宏观尺度上薄纹层组合页岩对应的TOC不一定太高，从侧面上反映了海相龙马溪组页岩的强非均质性。
图 6 Wn3井纹层状页岩与块状泥岩TOC分布直方图
Figure 6. TOC histograms of TOC occurrence in laminated shale and massive mudstone, Well Wn3
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场发射扫描电镜揭示纹层状页岩内有机质孔发育比例明显高于块状泥岩（图7，8）。在水平等厚纹层状页岩、水平不等厚纹层状页岩、水平—小型波状纹层页岩中，均可见蜂窝状有机质孔大量发育；有机质孔或与伊利石共生（图7a）、或与白云石等碳酸盐矿物共生（图7b，c）、或分布在石英晶体之间（图7d，f）、或发育在黄铁矿周边（图7f）。有机质孔主体孔径小于500 nm，且多为密集分布，相互叠置，形成了良好的连通体系。相对于不发育黏土矿物的有机质孔，与伊利石等黏土矿物共生的有机质孔孔径较大，孔隙形态多表现为狭长形（图7a，e）。
图 7 四川盆地海相龙马溪组纹层状页岩扫描电镜照片
Figure 7. SEM photographs of laminated shale from Longmaxi Formation, Sichuan Basin
图 8 四川盆地海相龙马溪组块状泥岩场发射扫描电镜照片
Figure 8. SEM photographs of massive mudstone in Longmaxi Formation, Sichuan Basin
与纹层状页岩相比，块状泥岩中尽管也发育蜂窝状有机质孔，但其发育比例与孔隙直径明显小于纹层状页岩（图8）。在块状泥岩中，在有机质内部发育的孔隙相对数量要少，且孔隙并非呈圆形或近圆形，而是主体呈狭长缝状（图8a，d）；在块状泥岩中也见有机质孔与伊利石等矿物伴生（图8e），以及极少量的与石英共生的有机质孔（图8f）。与不同纹层结构页岩相比，块状泥岩中的有机质孔发育比例低，且孔径极小，主体小于100 nm（图8f）。大部分有机质内部未见有机质孔发育，孔隙主体发育在矿物之间，如方解石溶蚀孔是重要的储集空间类型（图8a，f）。
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页岩储层微纳米孔隙体系主要由有机质孔和无机孔两大类组成，本文研究了不同矿物组分的纹层对应的孔隙结构及类型的差异，重点关注了有机质孔—无机质孔的大小、发育程度及空间分布。研究区龙马溪组页岩主要发育石英、碳酸盐、黏土矿物与有机质纹层（图9a、图10a）。图9为Wn2井的场发射扫描电镜照片，可见碳酸盐与石英纹层内有机质含量明显高于黏土矿物纹层。碳酸盐纹层的有机质孔隙形态多呈椭圆状、长条状，孔隙范围较广，从纳米级到微米级都很发育（图9b）。同时，碳酸盐矿物的粒内孔较为发育，可为气体富集与运移提供良好的空间（图9c）。在黏土矿物纹层中，长条状有机质分散发育，黏土矿物以伊利石为主，有机质孔较小，发育程度明显减弱（图9d，e）。Wz2井页岩不同纹层结构对应的孔隙结构具有类似的特征，发育薄层状的碳酸盐纹层和厚状的黏土、石英纹层。其中，碳酸盐纹层中发育大量片状有机质，明显多于底部黏土矿物与石英纹层；同时，碳酸盐纹层中发育的蜂窝状有机质孔隙明显多于黏土纹层中的有机质孔隙（图10b，d），且发育大量的方解石和白云石粒内孔，黏土纹层中伊利石晶间孔占比较大，有机质孔隙占比较小（图10e）。
图 9 四川盆地海相龙马溪组Wn2井纹层状页岩场发射扫描电镜照片
Figure 9. SEM photographs of laminated shale in Longmaxi Formation at well Wn2, Sichuan Basin
图 10 四川盆地海相龙马溪组Wz2井纹层状页岩场发射扫描电镜照片
Figure 10. SEM photograph of laminated shale in Longmaxi Formation, Well Wz2
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图11显示了不同纹层结构页岩与泥岩的氮气吸附实验结果，总体看，纹层状页岩孔隙体积高于块状泥岩。水平等厚纹层页岩比孔容为0.035 cm3/g（图11a1），水平不等厚纹层页岩比孔容为0.025 cm3/g（图11b1）；相对而言，黏土矿物为主的块状泥岩比孔容为0.02 cm3/g（图11c1），而石英含量较高的块状泥岩比孔容为0.023 cm3/g（图11d1）。因此，石英含量增加可能会在一定程度上改善泥岩的储集性能。这一结果与场发射扫描电镜的结果具有较好的一致性（图7，8）；从孔径分布看，纹层状页岩和块状泥岩均表现为明显的双峰分布特征，主峰对应的孔隙直径分别为60~100 nm、3~4 nm，主峰体积的差异是不同类型泥页岩储层比孔容差异的主要原因。比表面积与比孔容具有相似的特征，但需要说明的是，比表面积的优势孔径以3~4 nm为主，在100 nm附近的大孔处未见比表面积峰值（图11a2，b2，c2，d2）。
图 11 龙马溪组页岩与块状泥岩氮气吸附比孔容与比表面积分布直方图
Figure 11. Histogram of nitrogen adsorption specific pore volume and specific surface area of shale and massive mudstone of Longmaxi Formation
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通过对Wn3井不同层段孔隙度分布区间进行统计，发现纹层状页岩孔隙度普遍高于块状泥岩（图2，12）。中厚纹层组合页岩孔隙度分布介于2%~10%，孔隙度主体分布在4%~6%，占比超过60%；孔隙度大于6%的样品占比约20%，平均孔隙度为5.04%（图12a）。与中厚纹层组合页岩相比，薄纹层组合页岩孔隙度相对较低，主体孔隙度介于4%~6%，占比超过80%；孔隙度小于2%的样品占比小于5%，平均值为4.36%（图12b）。块状泥岩孔隙度最低，主体小于2%，样品比例超过85%，平均孔隙度为1.43%（图12c）。总体来看，137块样品统计结果表明，Wn3井泥页岩平均孔隙度为3.45%（图12d）。
图 12 Wn3井龙马溪组页岩与块状泥岩孔隙度分布直方图
Figure 12. Porosity histogram of shale and massive mudstone of Longmaxi Formation, Well Wn3, showing porosity distribution in
通过比较Wn3井不同层段孔隙度和TOC测试结果可知，中厚纹层组合的页岩孔隙度和TOC都高于薄纹层组合，并高于块状泥岩，因此页岩孔隙度和总有机碳含量可能存在正相关性，这一点也在前人研究中被提及[11-12]。总有机碳含量越高，其生气能力相对越强，发育有机质孔隙更多。薄纹层交替发育，多代表水动力条件的周期性变化和不稳定的沉积环境，而中厚纹层组合对应相对稳定的沉积速率，更有利于有机质的保存和孔隙发育。
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从天然气含量分布看，纹层状页岩与块状泥岩也具有明显的差异。通过对Wn3井不同类型泥页岩含气量统计结果，发现不同结构的页岩含气量的分布具有差异性（图2，13）。中厚纹层组合页岩含气量高且分布范围较宽，从40~200 m3/m3均有分布，主体大于120 m3/m3，比例超过60%，平均含气量为128.91 m3/m3（图13a）；与中厚纹层组合页岩相比，薄纹层组合页岩含气量稍低，主体含气量小于120 m3/m3，其中小于80 m3/m3的样品占比达90%，平均值为53.19 m3/m3（图13b）；块状泥岩含气量最低，其含气量主体小于40 m3/m3，平均含气量仅为13.64 m3/m3（图13c）。总体来看，Wn3井页岩平均含气量为58.36 m3/m3（图13d）。
图 13 Wn3井龙马溪组页岩与块状泥岩含气量分布直方图
Figure 13. Gas⁃content histogram for shale and massive mudstone, Longmaxi Formation, Well Wn3, showing distribution of gas content in
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（1） 四川盆地志留系龙马溪组泥页岩宏观上发育中粗纹层组合、薄纹层组合及无纹层组合结构，其中，中粗纹层组合微观上主要表现为水平等厚纹层结构与水平—小型波状纹层结构，薄纹层组合微观上主要表现为不等厚纹层结构；纹层成分主要由石英、碳酸盐、黏土矿物与有机质三类组合，其中，碳酸盐和石英纹层的有机质发育程度优于黏土与有机质纹层。
（2） 不同矿物组分的纹层对应的孔隙结构具有差异，碳酸盐与石英纹层内有机质含量明显高于黏土矿物纹层，发育较多的方解石与白云石粒间孔和粒内孔，有机质孔发育比例与规模也较大，黏土矿物纹层主体以伊利石晶间孔为主，有机质孔发育比例较低。
（3） 明确了纹层状页岩与块状泥岩在孔隙类型、孔隙体积、有机质丰度及含气量方面的差异性，总体来看，中粗纹层组合页岩有机质孔发育，孔隙体积主体大于0.03 m3/g，TOC高，平均含气量129 m3/m3；薄纹层组合页岩有机质孔发育比例较高，孔隙体积主体大于0.025 m3/g，TOC主体大于1.0%，平均含气量52 m3/m3；块状泥岩有机质孔占比较小，孔隙体积主体小于0.02 m3/g，有机质丰度小于1.0%，含气量平均仅为13 m3/m3。
（4） 纹层状页岩是四川盆地海相龙马溪组有利的勘探目标，加强纹层状页岩形成机理研究及评价，对于深化研究区有利储层优选与评价，为四川盆地的非常规油气沉积提供基础资料，进一步完善页岩气勘探开发基础工作具有重要意义。下一步研究方向包括：1）纹层状页岩形成的水动力学背景与沉积环境；2）纹层结构与有机质富集机理研究；3）纹层结构与页岩可改造性关系评价。
Lamination Texture and Its Effect on Reservoir Properties: A Case Study of Longmaxi Shale, Sichuan Basin
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摘要:
纹层结构研究对页岩系统储层有效性评价具有重要意义。以四川盆地海相志留系龙马溪组页岩为例，综合利用成像测井、光学显微镜、场发射扫描电镜、孔隙度测定、氮气吸附及含气量测试等方法，明确了龙马溪组不同尺度纹层结构特征，评价了不同纹层结构储集性能的差异。龙马溪组发育水平等厚纹层结构—中粗纹层组合、水平—小型波状纹层结构—中粗纹层组合、水平不等厚纹层结构—薄纹层组合及块状无纹层组合；纹层成分主要为包括石英、碳酸盐、有机质与黏土矿物的三类组合，碳酸盐纹层的有机质孔隙和无机质孔隙相对发育；纹层状页岩与块状泥岩在孔隙类型、孔隙体积、有机质丰度及含气量等方面具有明显差异。总体来看，中粗纹层组合页岩储层性质优于薄纹层组合页岩优于块状泥岩，是龙马溪组优先勘探的目标。下一步研究应重点加强纹层结构形成的水动力学背景、对有机质富集及储层可改造性等方面的影响。相关认识可为深化四川盆地龙马溪组有利储层优选与评价提供重要的参考和技术支持。 Abstract:Lamination texture is of great significance in shale reservoir effectiveness. This study of the marine Silurian Longmaxi Formation in the Sichuan Basin used image logging， optical microscopy， field emission scanning electron microscopy （FE-SEM）， porosity measurement， nitrogen adsorption testing and gas content testing to clarify the structural characteristics of shale laminations at different scales. The relative reservoir properties of the different shales were evaluated. The Longmaxi Formation contains sedimentary rock combinations of horizontal equi-thickness medium coarse shale laminae and a combination of horizontal， slightly wavy to medium coarse laminae shale， and horizontal beds of unequal thickness， thin laminae combinations， and also combinations with massive mudstones. The laminations mainly include quartz， carbonate minerals， organic matter and clay minerals. The carbonate laminations exhibit large pores in organic matter and inorganic matter. The laminated shales and massive mudstones reveal obvious differences in pore types， pore volumes， organic matter enrichment and gas content. The data from this study indicates that the reservoir properties of the medium coarse laminae combinations are superior to those of thin laminae combinations， which in turn are better than those of the massive mudstone. The medium coarse laminae combination is the priority exploration target in the Longmaxi Formation. Future research should focus on the hydrodynamic background of laminae texture formation and its influence on organic matter enrichment and reservoir stimulation. Relevant knowledge can provide an important reference and technical support for increasing the optimization and evaluation of favorable reservoirs in the Longmaxi Formation， Sichuan Basin. -
图 1 四川盆地龙马溪组岩相古地理、岩性综合柱状图及井位分布
（a）四川盆地及周缘岩相古地理图；（b）奥陶系—志留系岩性柱状图
Figure 1. Lithofacies paleogeography, lithological column and well locations in Longmaxi Formation, Sichuan Basin
(a) lithofacies paleogeographical map of Sichuan Basin and its margin; (b) Ordovician⁃Silurian lithological column
图 2 四川盆地Wn3井单井综合及纹层状页岩与块状泥岩成像测井图
（a）单井综合图；（b）中厚纹层组合页岩；（c）薄纹层组合页岩；（d）块状泥岩，未见明显纹层组合结构
Figure 2. Lithofacies, gamma ray log, TOC content, porosity, water saturation, gas saturation and mineral content of laminated shale and massive mudstone in Well Wn3, Sichuan Basin
(a) column of Well Wn3; (b) medium thickness laminae combination shale; (c) thin laminae combination shale; and (d) massive shale without obvious laminations
图 3 四川盆地志留系龙马溪组纹层状页岩显微镜照片
（a）水平等厚纹层状页岩，Wn3井，深度2 385 m；（b）水平不等厚纹层状页岩，Wn3井，深度2 288 m；（c）水平—小型波状纹层状页岩，Ww2井，深度1 531 m；（d）透镜体结构纹层状页岩，Ww2，深度1 500 m
Figure 3. Optical microscope photographs showing textures of laminated shales in Silurian Longmaxi Formation, Sichuan Basin
(a) horizontal homogeneous⁃thickness laminae, well Wn3, depth 2 385 m; (b) horizontal heterogeneous⁃thickness laminae, well Wn3, depth 2 288 m; (c) horizontal, slightly wavy laminae, well Ww2, depth 1 531 m; and (d) lenticular laminae, well Ww2, depth 1 500 m
图 4 四川盆地志留系龙马溪组块状泥岩显微镜照片
（a）黏土矿物为主，Wn3井，深度2 102 m；（b）黏土矿物与石英为主，发育碳酸盐，Ww2井，深度1 550 m
Figure 4. Optical microscope photographs of massive mudstone in Silurian Longmaxi Formation, Sichuan Basin
(a) mainly clay minerals, well Wn3, depth 2 102 m; (b) mainly clay minerals and quartz, also carbonate minerals, well Ww2, depth 1 550 m
图 5 龙马溪组页岩与块状泥岩QEMSCAN矿物组成结果（1号：扫描电镜灰度图像；2号：对应的矿物平面分布图像；3号：矿物含量直方图）
（a）水平等厚纹层状页岩，Wn3井，2 385 m；（b）水平不等厚纹层状页岩，Wn3井，深度2 288 m；（c）水平—小型波状纹层状页岩，Ww2井，深度1 531 m，页岩；（d）块状泥岩，Wn3井，深度2 102 m
Figure 5. QEMSCAN mineralogical compositions of Longmaxi Formation shale and massive mudstone: (left column: SEM grayscale images; center column: corresponding mineral distribution; right column: mineral content histogram)
(a) Horizontal homogeneous⁃thickness laminae, well Wn3, depth 2 385 m. (b) Horizontal heterogeneous⁃thickness laminae, well Wn3, depth 2 288 m; (c) Horizontal, slightly wavy laminae,well Ww2, depth 1 531 m; and (d) massive shale, well Wn3, depth 2 102 m
图 6 Wn3井纹层状页岩与块状泥岩TOC分布直方图
（a）水平等厚纹层—中厚纹层组合页岩有机碳含量分布，与图2中A段对应；（b）水平不等厚纹层—薄纹层组合页岩有机碳含量分布图，与图2中C段对应；（c）块状泥岩有机碳含量分布图，与图2中C段对应；（d）a,b和c平均有机碳含量分布
Figure 6. TOC histograms of TOC occurrence in laminated shale and massive mudstone, Well Wn3
(a) horizontal homogeneous⁃thickness laminae texture⁃medium coarse laminae combination, as in Fig. 2a; (b) horizontal heterogeneous⁃thickness laminae texture⁃thin laminae combination, as in Fig. 2b; (c) massive non⁃laminate combination, as in Fig. 2c; and (d) average of (a), (b) and (c)
图 7 四川盆地海相龙马溪组纹层状页岩扫描电镜照片
（a）有机质孔与伊利石共生，水平等厚纹层状页岩，Wn3井，2 385 m；（b）有机质与白云石、石英，见有机质孔发育，水平不等厚纹层状页岩，Wn3井，2 288 m；（c）b图局部放大图，有机质孔为主，方解石内部见极少量孔隙；（d）有机质孔，不与伊利石共生，水平—小型波状纹层页岩，Ww2井，1 531 m；（e）d图局部放大图，有机质孔呈蜂窝状分布；（f）有机质孔与黄铁矿粒内孔，Wn5井，2 368 m （OM.有机质，OMP.有机质孔，Cal.方解石，Dol.白云石，Qz.石英，Chl.绿泥石，Py.黄铁矿，IAP.粒内孔，It.伊利石）
Figure 7. SEM photographs of laminated shale from Longmaxi Formation, Sichuan Basin
(a) OM pores associated with It in horizontal homogeneous⁃thickness laminae texture shale, well Wn3, depth 2 385 m. (b) OM, Dol, Qz, and well⁃developed OMP in horizontal heterogeneous⁃thickness laminated shale, well Wn3, depth 2 288 m. (c) Enlarged inset in (b): mainly OMP; very few non⁃OMP in Cal. (d) OM not developed, with It, in horizontal⁃slightly wavy laminae, well Ww2, depth 1 531 m. (e) Enlarged inset in (d): OMP form honeycomb pattern. (f) OMP and IAP in Py, well Wn5, depth 2 368 m [Cal = calcite, Chl: chlorite, Dol: dolomite, IAP: intragranular pores, It: illite, OM: organic matter, OMP: OM pores, Py: pyrite, Qz: quartz]
图 8 四川盆地海相龙马溪组块状泥岩场发射扫描电镜照片
（a）有机质孔与伊利石、方解石、绿泥石等，有机质内部未见蜂窝状孔隙发育，Wn3井，2 102 m；（b）a图局部放大图，见有机质内部发育长条形孔隙，数量较少；（c）方解石粒内孔，中部发育黄铁矿充填，有机质内部发育孔隙，Ww2井，1 550 m；（d）c图局部放大图，有机质孔发育，内部见伊利石发育；（e）有机质与伊利石，见长条形孔隙发育，Wz2井，3 668.8 m；（f）有机质孔呈蜂窝状分布，内部见微晶石英发育，见方解石粒内孔发育，Wn2井，2 568 m （OM.有机质，OMP.有机质孔，Cal.方解石，Dol.白云石，Qz.石英，Chl.绿泥石，Py.黄铁矿，IAP.粒内孔，It.伊利石）
Figure 8. SEM photographs of massive mudstone in Longmaxi Formation, Sichuan Basin
(a) OMP and It, Cal and Chl. No honeycomb⁃pattern pores in OMP, well Wn3, depth 2 102 m. (b) Enlarged inset in (a) shows small strip⁃shaped OMP. (c) IAP in Cal with Py filling, and OMP, well Ww2, depth 1 550 m. (d) Enlarged inset in (c) shows well⁃developed OMP with It infill. (e) OM, It and long strip⁃shaped pores, well Wz2, depth 3 668.8 m. (f) Honeycomb⁃pattern OMP with microcrystalline Qz and IAP in Cal, well Wn2, depth 2 568 m [Cal: calcite, Ch: chlorite, Dol: dolomite, IAP: intragranular pores, It: illite, OM: organic matter, OMP: OM pores, Py: pyrite, Qz: quartz]
图 9 四川盆地海相龙马溪组Wn2井纹层状页岩场发射扫描电镜照片
（a）宏观下分为碳酸盐、石英、黏土与有机质纹层，可见碳酸盐、石英纹层中发育片状有机质，明显多于黏土纹层中发育的条带有机质；（b）a图局部放大图，见碳酸盐纹层中的有机质内部发育长条形孔隙和白云石发育的粒内孔隙，数量较多；（c）a图局部放大图，可见方解石粒内孔，白云石粒内孔，偶见粒间孔充填黄铁矿和有机质；（d）a图局部，黏土纹层中夹杂的条带有机质放大图，可见少量蜂窝状孔隙，有机质占比较少；（e）a图局部放大图，有机质与伊利石伴生，见长条形粒间孔发育（OMP.有机质孔，Cal.方解石，Dol.白云石，Qz.石英，It.伊利石）
Figure 9. SEM photographs of laminated shale in Longmaxi Formation at well Wn2, Sichuan Basin
(a) Macroscopically, laminae seen as Cal, Qz, clay and OM laminae. Lamellar OM occurs in Cal and Qz laminae, obviously more than OM developed in clay laminae. (b) Enlarged inset in (a) shows OMP in Cal laminae in the form of long strip⁃like pores, and IAP in Dol. (c) Enlarged inset in (a) shows pores inside Cal and Dol, and occasional IAP with Py and OM infill. (d) Enlarged inset in (a) shows banded OM developed in clay laminae and very few honeycomb pores, and relatively little OM. (e) Enlarged inset in (a), showing OM developed with It, and long strip⁃shaped pores within particles [Cal: calcite, Chl: chlorite, Dol: dolomite, IAP: intragranular pores, It: illite, OM: organic matter, OMP: OM pores, Py: pyrite, Qz: quartz]
图 10 四川盆地海相龙马溪组Wz2井纹层状页岩场发射扫描电镜照片
（a）宏观下分为碳酸盐和石英、黏土与有机质纹层，可见碳酸盐纹层中发育大片有机质，明显多于石英、黏土纹层中发育的条带有机质；（b）A图局部放大图，见碳酸盐纹层中的有机质内部发育数量较多的蜂窝状孔隙；（c）a图局部放大图，见方解石和白云石发育大量粒内孔，可为油气运移提供良好通道；（d）a图局部放大图，见黏土纹层中夹杂的条带有机质偶见蜂窝状孔隙，有机质孔隙占比小，多为伊利石粒间孔；（e）a图局部放大图，有机质与伊利石伴生，见伊利石粒间孔（OMP.有机质孔，Cal.方解石，Dol.白云石，Qz.石英，It.伊利石）
Figure 10. SEM photograph of laminated shale in Longmaxi Formation, Well Wz2
(a) Macroscopically, the laminae are seen as Cal, Qz, clay and OM. Lamellar organic matter occurs in Cal laminae, clearly more than the strip⁃shaped OM developed in Qz and clay laminae. (b) Enlarged inset in (a) shows OM in the Cal laminae with a large number of honeycomb pores. (c) Enlarged inset in (a) shows a large number of IAP developed in Cal and Dol, providing good migration paths for oil and gas. (d) Enlarged inset in (a). (e) Enlarged inset in (a) shows OM developed with It, and IAP within the It [Cal: calcite, Chl: chlorite, Dol: dolomite, IAP: intragranular pores, It: illite, OM: organic matter, OMP: OM pores, Py: pyrite, Qz: quartz]
图 11 龙马溪组页岩与块状泥岩氮气吸附比孔容与比表面积分布直方图
（a）水平等厚纹层页岩，Wn3井，2 385 m；（b）水平不等厚纹层页岩，Wn3井，2 288 m；（c）黏土矿物为主泥岩，Wn3井，2 102 m；（d）黏土矿物与石英为主泥岩，Ww2井，1 550 m
Figure 11. Histogram of nitrogen adsorption specific pore volume and specific surface area of shale and massive mudstone of Longmaxi Formation
(a) Shale with horizontal homogeneous⁃thickness laminae texture, well Wn3, depth 2 385 m; (b) Shale with horizontal heterogeneous⁃thickness laminae texture, well Wn3, depth 2 288 m; (c) Shale comprising mainly clay, well Wn3, depth 2 102 m; (d) Shale comprising mainly clay and quartz, well Ww2, depth 1 550 m
图 12 Wn3井龙马溪组页岩与块状泥岩孔隙度分布直方图
（a）水平等厚纹层—中厚纹层组合页岩孔隙度分布，与图2中A段对应；（b）水平不等厚纹层—薄纹层组合页岩孔隙度分布图，与图2中B段对应；（c）块状泥岩孔隙度分布图，与图2中C段对应；（d）a，b和c平均孔隙度分布
Figure 12. Porosity histogram of shale and massive mudstone of Longmaxi Formation, Well Wn3, showing porosity distribution in
(a) horizontal homogeneous⁃thickness laminae⁃medium coarse laminae combination, as in Fig. 2a; (b) horizontal heterogeneous⁃thickness laminae⁃thin laminae combination, as in Fig. 2b; (c) massive non⁃laminar combination, as in Fig. 2c; (d) Average of (a), (b) and (c)
图 13 Wn3井龙马溪组页岩与块状泥岩含气量分布直方图
（a）水平等厚纹层—中厚纹层组合页岩含气量分布，与图2中A段对应；（b）水平不等厚纹层—薄纹层组合页岩含气量分布图，与图2中B段对应；（c）块状泥岩含气量分布图，与图2中C段对应；（d）a，b和c平均含气量分布
Figure 13. Gas⁃content histogram for shale and massive mudstone, Longmaxi Formation, Well Wn3, showing distribution of gas content in
(a) horizontal homogeneous⁃thickness laminae⁃medium coarse laminae combination, as in Fig. 2a; (b) horizontal heterogeneous⁃thickness laminae⁃thin laminae combination, as in Fig. 2b; (c) massive non⁃laminar combination, as in Fig. 2c; (d) Average of (a), (b) and (c)
表 1 前人关于纹层结构分类方案统计表
Table 1.
Previous laminae texture classification schemes 作者 年份 研究对象 纹层划分 Ingram[24] 1954 纹层 将厚度小于3 mm的纹层称为极薄纹层、3 mm~1 cm的纹层称为薄纹层， 1~3 cm的纹层称为中纹层，3~10 cm的称为厚纹层 Campbell[25] 1967 纹层 从纹层形态的角度出发，首先将纹层分为均一纹层、波状纹层和弯曲纹层三大类，针对每一类， 又可进一步划分为连续平行状、断续平行状、连续非平行状和断续非平行状 Lazar et al.[26] 2015 纹层 提出基于结构、层理和成分等3个关键属性命名纹层结构的方案， 并明确纹层的连续性、形状和几何形状是的三个关键属性 刘国恒等[9] 2015 鄂尔多斯盆地延长组湖相页岩 将纹层分为亮层和暗层，二者中石英含量高，比例达40%；亮层中斜长石含量高，平均达18%； 暗层中伊利石含量高，平均达23%；纹层厚度不等，<0.5 mm至>5 mm 杨潇等[12] 2015 鄂尔多斯盆地延长组长7、长9页岩 根据形态特征和连续性差异将砂质纹层分为平直和波纹型， 纹层厚度大小不等，单层多发育于在0.2~2 mm 赵建华等[13] 2016 四川盆地五峰组—龙马溪组页岩 粉砂质页岩发育平行、韵律性层理，连续纹层产出； 黏土质页岩发育水平层理、块状层理 施振生等[10] 2018 四川盆地巫溪2井龙马溪组含气页岩 根据lazar分类原则，首先划分为4类纹层，包括有机质、含有机质、黏土质和粉砂质纹层， 进一步划分为2类纹层组，包括富有机质与含有机质纹层、含有机质与粉砂质纹层组 Wang et al.[11] 2019 四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩 按照纹层密度和单层最大厚度将纹层划分为三类： LL（低密度、低厚度）、LH（低密度、高厚度）和HH（高密度、高厚度） 
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