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四川盆地下古生界五峰组—龙马溪组页岩储层是我国页岩气勘探开发最现实的地层之一,目前已在涪陵地区实现大规模商业开发。深入分析页岩储层非均质性特征及其与含气性的关系是预测页岩气藏地质甜点的基础工作。本论文在分析目前已有页岩气井的构造背景、地球化学特征、岩石学特征及含气性特征的基础上,阐述了页岩储层宏观、微观非均质性特征以及含气性特征,查明了页岩储层多尺度非均质性与含气性的关系,并探讨了页岩气非均质分布影响因素及成藏模式。五峰组—龙马溪组页岩储层在沉积相、岩相等宏观非均质性特征和以孔隙为主要参数的微观非均质性特征方面差异显著。五峰组—龙马溪组页岩自下至上发育3个三级层序SQ0、SQ1和SQ2。SQ0为五峰组沉积的一套海侵体系域,具有分布稳定、连续性好的特点,为深水陆棚沉积。SQ1为龙马溪组下部地层,早期广泛发育深水陆棚,晚期西北部以浅水陆棚为主,东南部出现滨岸相沉积。SQ2为龙马溪组上部地层,早期沉积相主要为浅水陆棚和潮坪,晚期以滨岸相为主。五峰组—龙马溪组页岩主要发育9种岩相类型,底部主要为富有机质硅质页岩,具有分布稳定,连通性好,由西北向东南方向逐渐减薄的特点。中上部岩相变化快,各种岩相交错出现,横向连续性变差,呈现出较强的空间非均质性。五峰组—龙马溪组页岩有机质孔呈现椭圆状、片麻状或不规则多边形等,孔径多数在5~200 nm之间。次生溶蚀孔形态多为椭圆状或不规则状,孔径多数小于400 nm。次生晶间孔形态多数为狭缝形或楔形,孔径一般在0.5~2.0μm之间。五峰组—龙马溪组页岩微孔、中孔和宏孔均十分发育。中孔和宏孔贡献了约76%的总孔体积,微孔贡献了约77%的总比表面积。页岩总孔隙主要由小于400 nm的孔隙提供,有机质的孔隙最为发育,有机质面孔率在17%~21%之间。五峰组—龙马溪组页岩储层多尺度非均质性对含气性具有明显的控制作用。五峰组—龙马溪组页岩吸附气储集能力主要受微孔控制,中孔控制作用较弱。游离气储集能力主要受中孔和宏孔控制。有机质对孔隙的发育具有明显的控制作用,进而控制了页岩的含气性。富有机质硅质页岩和富有机质粘土质页岩的岩相组合有利于页岩气的生成与保存。深水陆棚普遍具有较好的含气性。四川盆地外缘地层页岩气含量普遍低于盆内地层。现今残留地层控制了气藏的规模,其封闭性是页岩气藏能否保留至今的关键。五峰组—龙马溪组页岩最有利的成藏模式是构造低部位气源补充+储层侧向封闭型(ESS-RS)。四川盆地的优质页岩气藏主要发育在正向构造的地层埋藏深、地层连续性好、地层边界封闭性好、地层抬升时间晚且幅度适中、有构造低部位气源补充的盆地内缘地区。