页岩油作为一种重要的非常规石油资源,其富集机理与分布规律不同于常规的石油资源。页岩储层中微—纳米级的孔隙和裂缝作为页岩油的赋存空间,对其孔隙结构特征的研究是明确页岩油富集机理的关键。渤海湾盆地沾化凹陷沙三下亚段页岩是典型的陆相页岩,为研究页岩孔隙结构对页岩油的控制作用提供了良好的条件。因此,本文以沾化凹陷沙三下亚段页岩为研究对象,通过有机碳含量分析,X射线衍射分析、岩石薄片鉴定、场发射扫描电镜、CO₂吸附、N₂吸附、高压压汞、纳米CT扫描、微区矿物定量分析、自发渗吸、岩石热解分析、索氏抽提和核磁共振分析等技术手段,对页岩储层的孔隙结构进行了定性和定量的表征,分析了控制页岩储层孔隙结构的主要因素,明确了页岩油富集的孔径区间,阐明了页岩储层孔隙结构对于页岩油富集的控制作用。沾化凹陷沙三下亚段页岩的主要矿物为方解石、石英和粘土矿物,随着深度的逐渐增加,方解石含量逐渐增大而石英和粘土矿物含量逐渐减小。水平层理普遍发育,由碳酸盐矿物组成的亮色纹层与由粘土矿物和硅酸盐矿物组成的暗色纹层交互分布构成层偶组合。有机质富集,以Ⅰ型和Ⅱ型为主,成熟度适中,处于热催化生油气阶段。由上至下依次发育富有机质块状混合质页岩、富有机质层状混合质—钙质页岩、富有机质纹层状钙质页岩和含有机质纹层状钙质页岩四种岩相组合。沾化凹陷沙三下亚段页岩储层孔隙结构极为复杂,发育有机质孔、粒间孔、粒内孔和微裂缝等多种储集空间。各种尺度的孔隙均有发育,其中宏孔提供了主要的孔体积,而微孔提供了主要的比表面积。孔隙形状以墨水瓶形和狭缝形为主。不同类型岩相页岩孔隙结构特征不同,其中富有机质块状混合质页岩孔隙发育差,以微孔为主,连通性差;而富有机质纹层状钙质页岩孔隙发育好,以宏孔为主,具有最大的孔体积和比表面积,连通性好。矿物组成、纹层发育和有机地化特征等因素共同影响着沾化凹陷沙三下亚段页岩的孔隙结构。微孔和中孔的发育主要受矿物组成和有机地化特征影响,高的粘土矿物和硅酸盐矿物含量有利于微孔的发育,而高的碳酸盐矿物含量有利于中孔的发育,有机质热演化促进中孔发育。宏孔的发育除了受矿物组成和有机地化特征影响外,还受纹层发育的影响。当碳酸盐矿物含量足够高,且粘土矿物和硅酸盐矿物含量又达到一定值时,纹层最为发育,页岩储层的储集和渗流性质最好。沾化凹陷沙三下亚段页岩中残留烃主要以游离态的形式分布在孔径介于10²000 nm的孔隙中,将此类孔隙定义为“富集型孔隙”,为页岩油勘探的有效孔隙。孔径小于10 nm的孔隙中页岩油以吸附态为主,这部分页岩油在目前阶段无法开采,此类孔隙为“无效型孔隙”。能够促使液态烃排出的最小孔径为2000 nm,此类孔隙为“渗流型孔隙”。页岩油富集是生烃能力和储集性质共同作用的结果,富有机质层状混合质—钙质页岩的下部和含有机质纹层状钙质页岩的下部达到了生烃能力和储集性质的最佳匹配,为页岩油富集的有利层段。