伴随世界油气需求的持续增长与常规油气产量的不断下降,致密砂岩气和页岩气作为两种重要的非常规天然气资源,相继成为了天然气产量增长的主要来源,致密砂岩气藏勘探开发中形成的一系列全新理论和技术为页岩气藏的勘探开发提供了研究方法和指标体系。与致密砂岩等非常规储层相比,页岩储层具有岩性单一、沉积亚(微)相划分典型标志少,富含黏土矿物和有机质等基本地质特征;钻井过程中也存在钻井情况复杂、坍塌压力高、井壁失稳以及气井产能差别大等工程问题。页岩中脆性矿物与粘土矿物的相对含量变化等微组构特征控制着岩石力学性质、井壁失稳机理以及储层改造效果。基于页岩气储层,目前国内外重点结合孔隙结构特征、有机地化指标及岩石物理性质等对页岩气开展评价与甜点优化,而对页岩气储层质量和产能影响起重要控制作用的微组构非均质性研究还相对缺乏。以川南地区富顺—永川区块Z101井、内江—大足区块W206井以及泸县—长宁区块N210井等多口井的钻井资料为例,结合川南下志留统马溪组的相关地层资料,开展页岩储层微组构非均质性研究。利用镜下薄片、X-射线衍射及扫描电镜等实验手段对页岩矿物组分、孔隙结构以及有机质组成等的非均质性进行研究。结合相关数据及实验手段对页岩储层属性参数及其非均质性进行定量表征。通过这些关键参数与微组构特征相互反演,厘清页岩储层微组构非均质性特征,建立定性或定量反映页岩微组构特征的属性参数来评价页岩微组构的非均质性。取得的成果及认识如下:(1)川南龙马溪组页岩脆性矿物含量较高,矿物脆性指数为42.0%-90.0%。微观尺度下,页岩矿物组分的非均质性通过其颗粒的大小、分选性、磨圆度以及空间排列分布方式等差异体现。脆性矿物数量增多,黏土矿物的比例逐渐减少,定向排列程度变差。页岩明暗纹层的脆性矿物和黏土矿物含量不同,石英等脆性矿物的含量越高,浅色层越发育。(2)页岩主要发育粒间孔、粒内孔和有机质孔三种类型的孔隙,孔隙类型的非均质性与矿物组分有关,粒间孔隙常见于碎屑矿物及黏土矿物之间,粒内孔隙常见于碎屑矿物中,而有机质孔则只存在于有机质赋存的位置。不同类型的孔隙,孔径的主要分布范围不同:页岩储层粒间孔隙以黏土矿物晶间孔为主,孔径分布区间在20-50nm;有机质孔的分布呈双峰特征,孔径多分布于10-50nm和100nm以上的区间范围。随着页岩中有机质含量增加,有机质孔的孔径分布范围更大,孔隙结构的非均质性增强。(3)页岩的比表面积为8.0-25.0m2/g,比表面积与TOC、石英含量呈正相关性,与粘土矿物含量呈负相关性,不同成因类型石英含量与比表面积具有不同的相关性。脆性矿物、黏土矿物与孔隙度间的相关性不明显。(4)页岩的干酪根类型主要为腐泥型(Ⅰ型)或混合型(Ⅱ1型),有机碳含量为1.0%-7.0%。平行层理方向,不同形状的矿物颗粒分布无明显定向性,有机质多呈片状随机分布;垂直层理方向,矿物颗粒呈现较好的定向性,片状黏土、有机质多呈条带状分布,与页岩的层理面平行。(5)利用X射线衍射技术评价了页岩定向指数,龙马溪组页岩的定向度为47.0%-81.0%,具有良好定向。不同角度水平纹层的波速比存在各向异性,随着垂直层理方向波速比的增大而逐步减弱。纵横波速度与石英含量呈正相关性,与黏土矿物含量呈负相关性。垂直层面方向的杨氏模量与石英含量呈正相关性,与黏土矿物含量呈负相关性。水平方向和垂直方向的杨氏模量、泊松比与孔隙度及TOC之间不存在明显的相关性。