中国苏北盆地白垩纪泰州组中，辉长岩侵入体对湖泊泥岩孔隙结构的影响

《ACS Omega》：Lacustrine Shale Pore Structure Influenced by Diabase Intrusions in the Cretaceous Taizhou Formation, Subei Basin, China

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花岗闪长岩侵入对孔隙结构的影响在理解非常规储层的石油聚集方面至关重要。本研究旨在表征受花岗闪长岩侵入影响 olan 泥岩的孔隙结构。总共使用了15个岩心样品，通过X射线衍射、薄片分析、扫描电子显微镜、总有机碳含量、氮吸附和高压汞侵入实验来分析孔隙结构特征。接触变质带根据岩性差异被分为高级变质带、低级变质带和正常泥岩带。低级变质带的孔隙度和渗透率明显优于其他两个带。此外，低级变质带的中孔和大孔具有更大的比表面积、总孔隙体积以及更小的孔隙半径。花岗闪长岩侵入增加了中孔结构的复杂性，但降低了大孔结构的异质性。总体而言，花岗闪长岩侵入改善了低级变质带，但对高级变质带产生了负面影响。花岗闪长岩侵入通过与流体、压力、温度以及机械-热-化学过程的相互作用来影响孔隙结构。本研究为评估和预测陆地盆地内受花岗闪长岩侵入影响区域的页岩油资源提供了定量基础。

1. 引言
近年来，非常规石油和天然气开发取得了快速发展。(1?4) 中国拥有丰富的页岩油和天然气资源，而陆地页岩油的勘探和开发仍处于早期阶段。(5?7) 中国在页岩油勘探方面已经取得了一些进展。苏北盆地、渤海湾盆地、松辽盆地和三塘湖盆地的陆源地层中发生了花岗闪长岩侵入，导致在叶岩及其周围岩石中发现了油气藏或显示出显著的油气迹象。(8,9) 岩浆侵入沉积盆地浅层会通过挤压、热传导和热对流等过程对周围储层产生物理和化学变化。高温岩浆流体的机械渗透和膨胀会导致周围岩石的挤压和变形。(10?12) 岩浆侵入可以导致塑性变形、脆性断裂、次生裂缝的形成以及碎屑颗粒的破碎，这种现象称为压裂。在中国东部，陆源盆地中的碎屑储层常发生变形并形成有利于油气聚集的储层。(13,14) 例如，在江苏北部的高邮凹陷区，花岗闪长岩侵入表现出顶部厚、两侧薄的特征，导致上覆岩石的挤压和变形，形成了后坡结构。(14) 岩浆侵入的初始阶段会产生挤压应力，中间阶段涉及热膨胀力和高压异常地层流体压力，晚期阶段涉及岩浆冷凝和收缩。这些阶段可以在周围岩石中产生多相微裂缝，从而显著提高页岩的渗透率。(13) 由于不同变质岩石的矿物组成和脆性的差异，孔隙-裂缝储层空间的发育程度也有所不同。一般来说，角闪岩的溶解孔和裂缝比板岩更为发达。(15) 阿根廷纽肯盆地的一项研究表明，当花岗闪长岩侵入富有机质的地层时，在侵入体两侧形成了对称的富黄铁矿低电阻率带（CLRsZs）。CLRsZ的厚度仅占整个变质带厚度的11%，但其裂缝密度高，孔隙度和渗透率良好。(16) 泥岩的热接触变质通常会改善其储层性能，并且其储层性能与其变质程度呈正相关。(17) 由于岩浆与周围岩石之间的温差引起的热对流会导致热液流体物质迁移并与储层发生水-岩相互作用，从而影响周围岩石储层的成岩作用。(18) 岩浆热液流体温度高，含有CO2、CO32–、Ca2+、Mg2+和Si等活性成分，这些成分可以导致碳酸盐岩溶解、白云石化以及硅质化，形成大量的次生溶解孔和晶间孔，这对沉积盆地中高质量碳酸盐储层的发育起着重要作用。(19) 岩浆热液流体通过热对流和砂岩成岩作用增强了储层异质性，从而改变了砂岩储层的孔隙度和渗透率。然而，岩浆侵入对微米-纳米孔隙系统的影响及其形成和改变化机制和演化模式尚未得到充分研究。尽管进行了一些研究，但辉长岩影响下的泥岩的孔隙结构特征仍有待阐明。(13,15,20) 此外，虽然花岗闪长岩侵入在中国陆地盆地的泥岩地层中广泛分布，(21,22) 但其对湖泊泥岩孔隙结构的影响尚未得到足够的关注，需要进一步深入研究。为了研究泥岩的孔隙结构，特别是孔径分布、形态和有机孔的连通性，进行了一系列实验测试。(23?25) 使用氩气、氮气和二氧化碳等气体进行的气体吸附实验已成为评估孔隙结构的主要方法。近年来，大多数研究人员使用氮吸附实验得到的比表面积（SSA）、总孔隙体积（TPV）和孔径分布（PSD）等参数来研究孔径分布的微观特征。(13,15,20) 本研究通过N2吸附实验、X射线衍射（XRD）和高压汞压敏测试来研究受花岗闪长岩侵入影响的湖泊泥岩的孔隙结构。该研究旨在更好地理解花岗闪长岩侵入区域泥岩孔隙结构的异质性特征，并通过定性和定量分析比较了正常泥岩与受花岗闪长岩侵入影响泥岩之间的孔隙结构差异。这项研究揭示了花岗闪长岩侵入对湖泊泥岩的影响机制，对于指导陆地盆地页岩油资源预测和扩展陆地页岩油勘探范围具有重要意义。

2. 地质背景
研究地点位于中国东部苏北盆地的边缘（图1）。在泰州组沉积期间，由于显著的印支期和燕山期构造运动，发生了多次抬升，包括著名的五堡抬升，这导致在缺氧和低能量的沉积环境中形成了富有机质的湖泊泥岩沉积序列，受到全球海进和海退现象的影响。

图1
图1. 苏北盆地研究区域的位置和构造单元。(17) (a) 苏北盆地基本构造单元划分；(b) 白驹凹陷构造单元划分；(c) 显示采样井位置的杨新凹陷地质示意图。
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在研究区域内，泰州有机泥岩广泛分布。根据层序分类，它可以分为两个地层。泰州组由高总有机碳（TOC）的灰色湖泊泥岩组成，其中夹杂着主要位于泰州组内的花岗闪长岩侵入体（图2）。地震数据和地质评估表明，花岗闪长岩侵入主要发生在桑铎运动期间。在火山储层和相邻的变质储层中已经发现了商业烃类。(2)
图2
图2. (a) 苏北盆地白驹凹陷古近纪的地层柱和构造演化。(b) 研究区间的岩性柱和样品分布。
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苏北盆地北面和南面分别被桐阳抬升和芦苏抬升所包围，西面是Tanlu断层，东面是南海盆地，面积约为3.5 × 104平方公里。北江苏盆地可以划分为四个大致东西向分布的次级构造单元，从南到北依次为东台凹陷、建湖抬升、彦夫凹陷和滨海抬升（图1a）。位于东台凹陷东北部的白驹凹陷是一个典型的南北向的跨大陆盆地。根据断裂特征，它由大冯凹陷、杨新凹陷、石家庄断层带和曹?断层带组成（图1b）。钻井结果显示，盆地内依次存在泰州组（K2t）、富宁组（E1f）、甸南组（E2d）和三峙组（E2s）（图2a）。泰州组纵向分为两部分——下部泰州段和上部泰州段，厚度范围为150至520米。泰州段主要由灰黑色泥岩组成，其中夹杂着薄层的凝灰岩和粉砂岩，一般观测到的地层厚度为100–240米。北江苏盆地的455口井在泥岩中发现了油气，许多井产出了工业油流，表明页岩油勘探具有较大潜力。(26) 北江苏盆地古新世陆源地层中的花岗闪长岩侵入广泛分布，覆盖面积超过1000平方公里，主要集中在高邮、金湖、秦潼、海安和白驹的凹陷区。地质分析和地震解释表明，花岗闪长岩侵入主要发生在三海运动期间。到目前为止，在高邮凹陷的S19井和HX16井以及白驹凹陷的Fengye1井中发现了油气（图1c）。

3. 样品和方法
3.1. 样品和实验
本研究从苏北盆地白驹凹陷的F1井的泰州组中采集了15个岩心样品。样品1–5代表正常泥岩，其余样品受到了花岗闪长岩侵入的影响。样品采集深度范围为3871.60米至3906.46米（见图2b）。
为了准确表征样品的孔隙结构，进行了N2吸附和高压实验。N2气体吸附和解吸实验使用Micromeritics ASAP 2460表面面积和孔隙体积分析仪进行。实验前，将15个样品筛分得到0.250–0.425毫米的粒径，然后在150°C的真空烘箱中干燥8小时。N2气体吸附评估用于定义中孔（2–50纳米）和几个大孔（>50纳米），测量在25°C和相对压力（P/P0）范围为0.01–0.995的条件下进行。(4,27) 使用非局部密度泛函理论（NLDFT）和密度泛函理论（DFT）模型结合的方法确定了比表面积和总孔隙体积。(28?30) 此外，还进行了汞侵入压敏（MIP）实验，以获得一组孔隙结构参数，包括孔隙度、孔喉半径、变异系数和分选系数。为此，使用了最大注射压力为200 MPa的Kantar全自动高压汞注入器。可计算的孔喉半径大于0.005微米。达到200 MPa的注射压力后，停止过程并自动降低压力以获得汞挤出曲线。
为了进行X射线衍射（XRD）测试，将获得的材料研磨成粉末。随后将粉末送入设备中，通过计算机进行定量计算来评估衍射图，以确定矿物组成。岩石样品要么经过抛光，要么进行薄片分析。之后，在20倍至400倍的放大倍数下对这些切片进行单偏振和正交偏振观察。泥岩样品采用氩离子抛光方法进行处理。抛光过程大约需要2小时。使用Ilion 697抛光泥岩样品，并使用FEI Quanta FEG450场发射扫描电子显微镜研究泥岩储层孔隙结构。
为了高效测量总有机碳，将样品粒径减小到200目。使用HCl溶液清除样品中的无机碳，然后用蒸馏水中和后干燥。接下来，测量处理后的粉末样品中的TOC含量。MSP400根据ASTM D7708–14标准测量镜质体反射率。
通过Rock-Eval进行了热解测试。将所有样品研磨成100目的粉末后，每种样品加入80毫克样品到仪器中并加热至650°C。Tmax、S1和S2参数适用于Rock-Eval热解装置。在中国石油大学（北京）进行了不同净围压下的氦气孔隙度和渗透率测试。(31) 3.2. 分形理论 分形几何学最初由Mandelbrot（1975年）提出，已被广泛用于研究多孔介质表面和孔结构的非均匀性和复杂性。(32) 然而，需要注意的是，不同的分析方法会得到不同的主导孔径大小，从而导致结果的显著差异。(33?35) 3.2.1. 基于N2吸附的分形方法 根据N2吸附实验数据，提出了以下基于FHH分形理论的评估方法：ln(????0)=??+??×ln[ln(??0??)]ln(VV0)=C+K×ln[ln(P0P)](1) 其中V是在平衡压力P下的气体吸附体积（cm3）；V0是单层气体的饱和吸附体积（cm3）；K是分形维数D的相关系数；C是一个常数。??=??+3D=K+3(2) 分形维数（D）主要是通过分析ln V与ln (P0/P)之间直线的斜率K来计算的，其公式如下：K是拟合直线的斜率，D是分形维数。(30) 3.2.2. 通过汞渗透法的分形分析 高压汞渗透实验数据结合Washbum推导的公式常用于评估页岩的大孔分形特征。(34)????????=????(???4)dVdP=kP(D?4)(3) 其中V是汞注入体积，P是汞注入压力，k是比例常数，D是分形维数。对等式两边取对数得到lg(????/????)=lg??+(???4)lg??lg(dV/dP)=lgk+(D?4)lgP(4) 其中K是拟合直线的斜率；D是分形维数。4. 结果 4.1. 辉长岩侵入对矿物学和有机地球化学的影响 表S1展示了X射线衍射（XRD）和总有机碳（TOC）的结果。XRD结果显示，研究区域内的湖泊页岩主要由粘土矿物、石英、长石和方解石组成。在这些成分中，方解石和粘土矿物的平均含量最高，分别为22.2%和20.8%，长石和石英的含量依次降低。本研究中的页岩样品被归类为混合页岩，缺乏可以将其确定为钙质或硅质页岩的主要矿物成分。随着距离侵入带距离的增加，硬石膏的含量逐渐减少。相反，粘土含量持续增加，这表明粘土矿物向硬石膏的转化与侵入岩影响的增强有关，这与之前的研究结果一致。根据岩性特征，辉长岩侵入区被划分为高级变质区、低级变质区和正常页岩区。正常页岩区通常远离辉长岩侵入带，具有泥质纹理（图3a），并含有大量的方解石（图3b）。其组成相对较密，且发育有黄铁矿（图3c）。低级变质岩主要由低级变质板岩组成。远离辉长岩侵入带的板岩显示出水平微层和多种类型的层理结构。在受力作用下，会形成定向微结构和微裂纹（图3d）。还观察到绢云母化和粘土化现象。存在变质的证据，如绿泥石的存在。板岩表面完全绢云母化（图3e），且矿物中生长有有机物质（图3f）。研究区域内的高级变质岩属于K2t2单元，被称为角岩。角岩具有明显的爆裂纹理（图3g），部分样本显示出绿泥石化（图3h）和绢云母化（图3i）。角岩主要由变质矿物组成，侵入带则呈现典型的辉石结构。图3 白驹凹陷区变质页岩的矿物学特征。(a) F1–3，3874.59米，混合页岩，发育泥质纹理；(b) F1–5，3887.05米，混合页岩，形成大量方解石；(c) F1–2，3874.29米，富含黄铁矿的混合页岩；(d) F1–6，3895.12米，棕页岩；(e) F1–7，3896.05米，形成晶间微孔，溶解孔中充满硬石膏；(f) F1–15，3906.46米，含有有机物质的页岩；(g) F1–9，3898.41米，角岩；(h) F1–14，3906.22米，放射虫硬绿泥石；(i) F1–13，3906.14米，角岩，发生沸石化 高分辨率图像 下载MS PowerPoint幻灯片 表S2展示了地球化学分析的结果。总有机碳含量在0.01%到2.89%之间，平均含量为1.00%，表明TOC分布高度不均匀。S1值在0%到4.76%之间，平均含量为1.004%，表明板岩的烃生成能力优于角岩和正常页岩。Ro值在0.66%到3.83%之间。正常页岩区的Ro值为0.66%到0.68%，表明成熟度较低。低级变质区的Ro值为1.68%，表明成熟度较高。高级变质区的Ro值为3.83%，表明过成熟。结果表明，辉长岩侵入加速了湖泊页岩的成熟过程并降低了TOC，这与之前关于页岩Ro的研究结果一致。4.2. 辉长岩侵入对孔隙形态特征的影响 通过FE-SEM可以清楚地观察到页岩孔隙的形态。扫描电子显微镜（SEM）结果显示，辉长岩侵入带周围的页岩孔隙系统根据辉长岩侵入的影响强度表现出不同的发育特征。在正常页岩中，孔隙空间主要由晶间孔和晶内孔组成。这些孔包括充满黄铁矿的晶间孔（图4a）和粘土矿物的晶间孔（图4b）。这些孔通常很小，形状不规则，平均孔径在0.04到0.5微米之间。页岩层的接缝发育良好，沿层理方向呈现出直的、平行的、中断的和急剧消光的图案（图4c）。在岩石形成过程中，构造节理变得更加普遍。由于侵入挤压压力和构造应力的作用，后期这些节理主要被方解石填充。图4 白驹凹陷区变质页岩的储层空间。(a) F1–1，3871.60米，硅质页岩，形成晶间孔；(b) F1–3，3874.59米，混合页岩，形成大量方解石；(c) F1–1，3871.60米，硅质页岩，形成层理裂隙；(d) F1–15，3906.46米，板岩，形成晶内孔；(e) F1–7，3896.05米，板岩，形成溶解孔；(f) F1–15，3906.46米，板岩，含有有机物质的孔；(g) F1–13，3906.14米，角岩，发生绿泥石化；(h) F1–12，3905.55米，角岩，孔隙中充满粘土矿物 高分辨率图像 下载MS PowerPoint幻灯片 热液流的影响下，低蚀变页岩的溶解导致溶解孔的形成，这是孔隙度增加的一个重要因素。溶解形成的储层空间主要由晶内溶解孔（图4d）和由矿物边缘溶解形成的晶间裂缝组成。浅层侵入和活性流体的存在促进了溶解孔的发展，孔隙度达到4.65%到17.96%。后期溶解孔通常充满立方沸石（图4e）。这些溶解孔相对较大，直径大约在9纳米到4.2微米之间，提供了足够的储层空间。此外，页岩中的有机物质受到透闪石侵入产生的热量的影响，促进了烃生成过程，形成了有机物质孔（图4f）。在靠近辉长岩侵入带的高级变质页岩中，经常观察到绢云母化或绿泥石化（图4g）。孔隙通常充满粘土矿物（图4h）。随着岩浆冷却，页岩发生收缩，形成许多收缩节理，由于岩石内部和边缘的冷却速率差异，提供了显著的储层空间。4.3. 辉长岩侵入对孔隙结构特征的影响 4.3.1. N2吸附等温线的特征 受辉长岩侵入影响的湖泊页岩样品表现出明显的微孔填充、单层-多层吸附、毛细凝聚和蒸发过程。所有样品的N2吸附分支等温线中都存在滞后环（图5）。根据IUPAC的最新分类，正常湖页岩样品（样品F1–1、F1–2、F1–3、F1–4和F1–5）的氮吸附曲线显示出H3型特征。结果表明，正常湖页岩形成的孔具有平行板状形态。图5 白驹凹陷区变质页岩的N2吸附等温线。(a) 正常页岩样品的N2吸附等温线；(b) 低级变质页岩样品的N2吸附等温线；(c) 高级变质页岩样品的N2吸附等温线；(d) 辉长岩样品的N2吸附等温线 高分辨率图像 下载MS PowerPoint幻灯片 板岩样品（F1–6、F1–7、F1–14和F1–15）具有最高的气体吸附体积，显示出典型的H2–H3型等温线特征。这些样品在P/P0值较低时显示出明显的吸附现象，当P/P0接近1时吸收强度增强。低级变质区的板岩形成了类似墨水瓶的平行板状孔。角岩样品（F1–8、F1–9、F1–12和F1–13）和辉长岩样品（F1–10和F1–11）具有最低的气体吸附能力，表现出可逆的吸附和解吸曲线。这四个样品的吸附分支曲线结合了H3型滞后环，表明孔径均匀且具有平行板状形态。总体而言，N2吸附等温线数据表明具有不同程度变质的页岩的孔隙结构存在显著异质性。这表明辉长岩侵入在影响湖泊页岩的孔隙结构中起着关键作用。4.3.2. 汞渗透等温线的特征 从高压汞渗透实验获得的样品的汞曲线如图6所示。根据这些曲线的特征，样品被分为三类。正常页岩样品表现出双峰特征，初始汞注入量较高，且汞注入速率较大。然而，当汞注入压力达到20 MPa时，汞注入速率减慢（图6a）。不同部分的汞注入曲线的陡度和缓慢程度差异显著，表明孔隙分选性较大。另一方面，来自低级变质区的板岩样品（F1–6、F1–7、F1–14和F1–15）显示出三阶段特征。这表现为在汞注入压力低于1 MPa时汞注入速率较高，1到20 MPa之间汞注入速率较慢，以及当汞注入压力超过20 MPa时汞注入速率迅速增加（图6b）。相比之下，高级变质区角岩样品（F1–8、F1–9、F1–12和F1–13）（图6c）和辉长岩样品（F1–10和F1–11）（图6d）的汞入口饱和度较低，表明整体孔隙体积显著较小。这表明辉长岩侵入在湖泊页岩中形成了复杂的孔隙网络系统。图6 白驹凹陷区变质页岩的汞侵入和挤压曲线。(a) 正常页岩样品的汞侵入和挤压曲线；(b) 低级变质页岩样品的汞侵入和挤压曲线；(c) 高级变质页岩样品的汞侵入和挤压曲线；(d) 辉长岩样品的汞侵入和挤压曲线 高分辨率图像 下载MS PowerPoint幻灯片 4.4. 辉长岩侵入对孔径分布的影响 为了确定湖泊页岩样品的孔径分布特征，我们进行了单独的N2吸附和高压汞注入实验。湖泊页岩的孔径分布由差分孔体积（dV/dlog(D）与孔径（喉部）直径（D）的曲线表示。这些曲线有效地说明了任何孔径大小的相对孔体积差异。(35) 图7展示了N2吸附数据。标准页岩注入曲线（样品F1–1、F1–2、F1–3、F1–4和F1–5）表现出双峰特征，一个峰值在2–3纳米附近，另一个峰值在20–50纳米范围内。样品F1–6、F1–7、F1–14和F1–15也显示出这两个峰，同时在10–50纳米范围内还有一个宽峰。另一方面，角岩样品（F1–8、F1–9、F1–12和F1–13）和辉长岩样品（F1–10和F1–11）表现出单峰分布，峰值在10–40纳米范围内。图7白驹凹陷、苏北盆地变质页岩的孔径分布通过N2吸附实验研究得出。(a)普通页岩样品的孔径分布；(b)低度变质页岩样品的孔径分布；(c)高度变质页岩样品的孔径分布；(d)闪长岩样品的孔径分布。高分辨率图像下载MS PowerPoint幻灯片。Washburn方程被用于分析湖泊页岩样品的孔喉尺寸分布。图8展示了dV/dlog(D)图表，涵盖了从3纳米到1000纳米的广泛孔喉直径范围。汞侵入实验得到的孔喉尺寸分布表明，受闪长岩侵入影响的湖泊页岩中存在多种孔隙簇。

对于普通页岩样品(F1–1、F1–2、F1–3、F1–4和F1–5)，孔喉尺寸小于10纳米的孔隙较为普遍。然而，样品F1–6、F1–7、F1–14和F1–15在大约16纳米、63纳米和400纳米处显示出峰值，表明在这些范围内存在较大的孔隙宽度。 hornfels样品也显示出孔喉尺寸小于10纳米的特征。此外，dV/dlog(D)值明显低于普通页岩。

在闪长岩样品(F1–10和F1–11)中，观察到一个大约100纳米处的恒定峰值，这表明存在直径为100纳米的微裂纹。另外，表S3提供了受汞侵入和闪长岩侵入影响的湖泊页岩的孔结构参数，包括比表面积(SSA)和总孔体积(TPV)。

4.5. 闪长岩侵入对分形分析的影响
4.5.1. 来自N2吸附的分形特征
FHH方程被用来分析氮吸附曲线的分形特性，分形维数的计算结果如图9所示。曲线在不同相对压力水平下表现出不同的吸附特征，表明样品中明显存在分形特性。

在计算氮吸附实验数据时，发现分形维数D1的范围为2.396到2.796，平均值为2.531。同样，分形维数D2的范围为2.018到2.796，平均值为2.64。这些发现表明，在高度变质带中，闪长岩侵入降低了分形维数。因此，中孔的内部结构趋于平坦化，从而导致渗透性提高和孔隙分布更加均匀。相反，低度变质带的中孔内部结构较为复杂，孔隙分布更加均匀。此外，低度变质带中孔的内部结构复杂，且孔隙的连通性需要均匀分布。

4.5.2. 来自汞侵入的分形特征
对研究区域样品的高压汞压力实验曲线的形态特征分析揭示了孔隙的分形维数D。D的范围从2.0082到3.9061，平均值为3.1998。观察到在钛铁矿侵入后，变质带中的分形维数D从2增加到4。不同变质页岩样品之间的D存在明显差异（图10）。分析表明，随着闪长岩侵入影响的增加，分形维数增加，导致宏观孔隙度变得更加复杂和非均匀。

5. 讨论
5.1. 对孔结构参数和孔径分布的影响
根据Loucks的研究，页岩具有多种大小的孔隙，因此不能依赖单一方法来评估孔结构。氮吸附和高压汞侵入被认为是评估中孔（2–50纳米）和大孔（>50纳米）的最佳技术。因此，在本研究中，结合使用N2吸附和汞侵入的方法，全面分析了湖泊页岩在2纳米到数百微米孔径范围内的孔结构。

闪长岩侵入显著影响湖泊页岩的孔结构。然而，在不同变质带的影响下，效果有所不同。首先，在低度变质带中，中孔和大孔的比表面积（SSA）、总孔体积（TPV）以及孔径都比普通页岩更大。尽管中孔直径的增加幅度小于大孔，但SSA和TPV的改善程度更高。这表明闪长岩侵入主要改善了低度变质带中的页岩，对中孔的影响比对大孔更大。然而，对中孔的膨胀效应明显弱于对大孔的影响（图11）。

其次，在高度变质带和侵入中心带，中孔和大孔的SSA和TPV显著低于普通页岩。中孔受到的破坏更为严重，孔径膨胀的影响在宏观孔中更为明显。这表明闪长岩侵入在高度变质带中破坏了页岩，对中孔的负面影响更大。然而，对中孔的膨胀效应明显弱于对大孔的影响（图11）。

总之，闪长岩侵入湖泊页岩后，低度变质岩的SSA、TPV和孔径得到改善。相反，高度变质带受到显著破坏，闪长岩侵入对中孔的影响比对大孔更大。

5.2. 对孔结构分形维度的影响
页岩储层中的孔结构异质性源于孔隙发育的变化，包括不同类型的孔隙和尺寸。这通过计算分形维数D1和D来体现，分别表征中孔和大孔异质性的复杂性。在低度变质带页岩中，D1高于普通页岩，表明闪长岩侵入增加了中孔结构的复杂性（图12a）。另一方面，D低于普通页岩，表明闪长岩侵入降低了微孔隙度的异质性（图12b）。相反，高度变质带页岩的D1和D值低于普通页岩，表明闪长岩侵入降低了中孔和大孔的孔结构异质性。

5.3. 闪长岩侵入对湖泊页岩储层的影响机制
变质页岩储层中孔隙度与渗透率之间的关系受到变质程度和闪长岩侵入的影响。不同变质带中页岩储层的物理异质性很明显，特别是在闪长岩侵入方面。变质页岩和普通页岩的孔隙度范围分别为0.95%到17.96%（平均值为5.56%），而渗透率范围为0.20 × 10–3um2到3471.27 × 10–3um2（平均值为331.41 × 10–3um2）（图12c）。然而，孔隙度与渗透率之间没有显著相关性，表明整体关系不明显。值得注意的是，不同变质带的页岩储层物理性质存在显著差异，低度变质带的页岩具有更好的物理性质。这表明闪长岩侵入对不同变质程度的页岩储层转化具有控制作用。闪长岩侵入在富有机质的页岩围闭中引发了“热-机械-化学”转化过程，涉及机械膨胀、压缩、热传导和热对流。

5.3.1. 闪长岩侵入对湖泊页岩储层的机械变质机制
在闪长岩侵入过程中，页岩由于岩浆的机械压缩和流体的热膨胀而发生塑性变形或脆性断裂。这一过程导致次生断裂、碎屑颗粒断裂和压裂（图13a）。此外，岩浆侵入产生高温高压的热液流体，这些流体渗入周围岩层。当流体压力超过岩层的断裂压力时，在岩层中形成许多热液微裂缝（图13b）。

低度变质带的页岩比普通页岩更容易发生断裂，这是由于该区域经历了机械变质和应力作用。这些断裂带是页岩油的理想储存空间和渗流通道，这得益于变质过程中形成的微裂缝。因此，低度变质带的页岩在闪长岩侵入时表现出更高的断裂程度，表明由于闪长岩侵入，研究区域的泰州组页岩的储存和渗流性能得到增强。

5.3.2. 闪长岩侵入对湖泊页岩储层的热变质机制
研究区域的页岩经历了热变质和热催化烃生成过程，这是由于高温岩浆的热传导所致。这一过程通过几个方面体现出来：首先，页岩对温度敏感，导致靠近辉长岩接触处的页岩发生脱水-碳酸化反应，迅速变脆（图13c）。其次，在岩浆侵入后的冷却过程中，不同矿物成分经历热膨胀变化，导致侵入中心和边缘的膨胀。这种膨胀形成了许多冷凝收缩节理，成为石油和气体的有效传输通道（图13d）。此外，岩浆侵入带来了大量热量，促进了有机物的烃生成并形成了大量有机质孔隙（图13e）。最后，在泰州组闪长岩侵入区周围观察到一个富含黄铁矿的接触低电阻率带（图13f）。尽管这个区域仅占变质带总厚度的11%，但它表现出较高的断裂密度和良好的孔隙渗透性。（38）这表明，黄铁矿通过热接触变质作用侵入页岩通常会改善页岩的储层性能。热变质作用以及高温岩浆侵入导致的催化烃类生成共同作用，增强了泰州组第二段页岩的储藏和渗流性能。5.3.3 湖泊页岩水库的化学变质机制研究区域中页岩与岩浆之间的温度差异引发了热对流，促使热液物质迁移并与储层发生相互作用。这一过程对泰州组页岩产生了 several 关键影响：辉长岩侵入导致页岩体内形成了大量的热液微裂缝。岩浆富含 CO32–、Ca2+、Mg2+、Si 等活性成分，这些热液物质填充了这些微裂缝，形成了碳酸盐脉（图13g）。在某些酸性条件下，这些碳酸盐脉可以发育出丰富的次生溶解孔隙（图13h），为烃类提供了有利的储藏空间和渗流通道。研究区域中的岩浆-热液流体通过热对流溶解或沉淀石英、长石、方解石、粘土等矿物。这一过程还涉及早期成岩矿物的重新分布。此外，通过热传递和水-岩反应，会形成“相对较高温度”的矿物，从而改变现有矿物并生成新矿物。通过这一过程可以形成的新矿物之一是绿泥石（图13i），另一种新的矿物是人字形沸石（图13j）。热对流和热液相互作用的影响促进了泰州组页岩中矿物的改变和形成。碳酸盐脉、次生溶解孔隙、绿泥石和人字形沸石等新矿物的形成以及矿物的重新分布，提升了储层的储藏和渗流性能。5.4 受辉长岩影响的页岩水库演化模型本研究通过进行岩石学、地球化学和储层特性分析，建立了一个接触变质页岩模型（图14）。图14展示了接触变质页岩的储层演化模型，包括变质带的分布、有机地球化学特征、矿物组成、物理性质、孔隙结构及分形维数特征。高分辨率图像可下载 MS PowerPoint 幻灯片。岩浆侵入后，在侵入带周围形成了不同程度的变质带。根据岩石学特征，这些变质带被分为高级变质带、低级变质带和正常页岩带。高级变质带的厚度小于低级变质带。岩浆侵入会将粘土矿物转化为诸如方解石和绿泥石等矿物；同时，岩浆带来的大量热量会加速有机质的成熟，提高烃类生成效率，并降低总有机碳（TOC）含量。值得注意的是，不同变质带的储层非均质性特征明显。首先，低级变质带的孔隙度和渗透性明显优于高级变质带和正常页岩；低级变质带中中孔和粗孔的比表面积及总孔隙体积大于正常页岩和高级变质带，但其孔径小于高级变质带。此外，辉长岩侵入增加了中孔结构的复杂性，但降低了粗孔的孔结构非均质性。相反，高级变质带页岩的 D1 和 D 值低于正常页岩，表明辉长岩侵入减弱了中孔和粗孔的孔结构非均质性。总体而言，辉长岩侵入改善了低级变质带，对高级变质带产生了负面影响。因此，该页岩变质模型在预测优质变质页岩储层的分布方面具有重要的指导作用。6. 结论本研究全面评估了辉长岩侵入对孔隙结构的影响。为了准确描述辉长岩侵入对页岩孔隙结构的影响，对苏北盆地白垩纪泰州组的孔隙结构进行了分析。这些发现应有助于我们更好地理解孔隙结构和页岩油富集规律。传统上认为受辉长岩影响的页岩储层回收率较低，但这一观点可能与以往的研究有所不同。岩浆侵入会将粘土矿物转化为方解石和绿泥石等矿物。低级变质带的孔隙度、渗透性、比表面积和总孔隙体积较高，孔径较小。辉长岩侵入增加了中孔结构的复杂性，但降低了粗孔的孔结构非均质性。总体而言，辉长岩侵入改善了低级变质带，对高级变质带产生了负面影响。本研究提供了地质分析的实例。然而，本文尚未从微观尺度揭示辉长岩侵入对页岩孔隙结构的影响机制，因此这一领域将是未来研究的重要方向。