中国东部页岩油勘探近年来取得了重要进展,但工业开采页岩油量十分有限,关于页岩油富集成藏机制等科学问题目前还了解尚浅,主要存在的问题是页岩油具有低成熟、粘度大和高蜡等特点,使其在孔缝中流动十分困难,以纳米孔隙为主的基质孔隙,其孔喉的大小制约着页岩油的流动,对有效的纳米孔喉的确定成为中国东部页岩油勘探和开发的关键问题。本文以具有良好页岩油勘探潜力的东营凹陷沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩为研究对象,对近期开钻的牛庄洼陷牛页1(NY1)、博兴洼陷樊页1(FY1)和利津洼陷利页1(LY1)三口系统取芯井进行了详细研究,通过一些目前应用广泛或前沿的页岩储层表征手段精细刻画页岩油储集空间特征,主要包括聚离子束切割—场发射扫描电子显微镜(FIB-FESEM)、小角X射线散射(SAXS)、氮气等温吸附、压汞、T2弛豫时间、核磁共振冷孔计法以及微米CT等,并结合有机岩石学鉴定、岩石热解、全岩X射线衍射(XRD)及油气族组分测定等辅助实验。重点研究页岩储集空间的形态、结构、大小及孔径分布特征,对比剖析了纹层状构造、层状构造和块状构造泥页岩样品储集空间的差异,在此基础上结合热模拟实验对孔隙形成演化进行归纳,进一步探讨页岩油储集空间的形成机制,以期解决现今中国东部陆相油气勘探中页岩油储层评价面临的主要难点,为页岩油储集空间的表征和评价提供参考。东营凹陷泥页岩沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩构造类型均以层状和纹层状构造为主,有机质热演化程度低,镜质体反射率Ro值介于0.51%～0.93%之间,主要以Ⅰ型干酪根和Ⅱ1型干酪根为主,有机质丰度高,总有机碳含量(TOC)主体大于2.0%,分布范围主要集中在2%～4%之间,其中,利页1井TOC大于3%的样品比例高达48%,均值为3.4%。泥页岩组成矿物类型多样,含量变化较大,主要为粘土矿物、碳酸盐矿物、石英和长石,并含少量黄铁矿、菱铁矿及膏盐等,粘土矿物以伊利石为主,其次为伊利石—蒙脱石混层。通过岩芯、岩石薄片以及场发射扫描电镜下观察,可见泥页岩中裂缝和孔隙均较为发育,依据成因类型将发育的孔缝系统划分为裂缝、原生孔隙和次生孔隙。裂缝包括构造裂缝、成岩裂缝和异常压力缝三个亚类,原生孔隙分为粒间孔和粒内孔两个亚类,次生孔隙分为溶蚀孔和成岩孔两个亚类,对应十三个子类型。利页1井层理缝较为发育,构造裂缝发育程度较低,牛页1井和樊页1井裂缝整体发育较差,主要为构造裂缝。基质孔隙以无机矿物粒间孔为主,有机质收缩孔也广为发育,其中,樊页1井样品基质孔隙基本上被有机质充填,多发育有机质收缩孔,利页1井粒间孔发育程度最高。小角X射线散射对介孔的表征具有独特的优势,实验结果显示泥页岩样品介孔分布曲线以单峰型为主,主峰位置分布在10nm前后,细介孔(2～10nm)体积百分比介于5.4%～27.8%之间,粗介孔(25～50nm)介于31.4%～55.6%之间,其中,利页1井细介孔体积百分比平均值最高,为16.7%。细介孔体积百分比与粘土矿物含量具有正相关关系,粘土矿物含量越高的样品对应的介孔分形维数越高,表明粘土矿物是主要的细介孔发育的载体,同时也是孔隙表面复杂化的主要贡献者,由于孔隙表面越复杂,泥页岩比表面积越大,从而有利于页岩油气的储集和赋存。通过核磁共振T2弛豫时间和压汞实验对泥页岩孔隙进行定量表征,结果显示纹层状泥页岩孔隙最为发育,孔隙度值达到10%以上,氮气等温吸附实验显示纹层状灰质泥岩BET比表面积明显较层状灰质泥岩和块状泥岩高,其中介孔孔容比高达70%以上,且具有较高的微孔孔容比。不同孔隙结构测定的技术方法在对页岩储层结构的表征上各有优势:显微图像法适合于泥页岩孔隙结构的形态、结构特征、连通性及面孔率定量等方面,不同尺度的流体注入法可表征泥页岩的孔隙度及其分布特征,但需要先进行抽提处理,以小角散射为代表的物理方法可以较有效地表征泥页岩介孔孔隙特征,而介孔是泥页岩孔隙分布的主体,所表征的孔隙包括连通孔和封闭孔,封闭孔是流体注入法等无法测定的。全尺度表征页岩油储集空间需要多种方法的整合。综合自然演化样品与热模拟实验样品的页岩储集空间的表征结果,表明页岩油储集空间的演化过程可以划分为四个阶段。第一阶段,未成熟阶段,孔隙结构基本面貌形成阶段,以机械压实作用为主,孔隙度快速变小,粘土矿物片间孔和有机质收缩孔为主要储集空间类型;第二阶段:低成熟至成熟阶段,该阶段为泥页岩孔隙结构改造阶段,有机质生烃、矿物转化和脆性矿物溶蚀共同影响孔隙的发育,泥页岩孔隙度整体上呈现早期孔隙度增大、晚期孔隙度变化平缓的趋势,细介孔占介孔体积百分比呈现出先增大后降低再增大到平缓的演化趋势;第三阶段:高成熟阶段,孔隙度逐渐减小;第四阶段:过成熟阶段,孔隙度滞变阶段,有机质生烃高峰已过,孔隙发育处于相对稳定状态。通过有机溶剂逐次抽提实验,对比介孔内孔径分布特征变化,可以证实细介孔为有效的页岩油赋存的储集空间,且自身对应较高的比表面积更有利于油气的赋存。对样品进行负压实验处理,从图像学的角度观察和测量页岩油溢出点,结果显示页岩油能够实现在14nm以上的孔喉内运移,为页岩油在纳米级孔隙中的流动下限研究提供了重要依据。