川南五峰组-龙马溪组黑色页岩脆性矿物成因及其对页岩孔隙的影响

The shale gas exploration and production has made a major breakthrough in Changning, Weiyuan, Fuling of Sichuan Basin. It is a signigicant way to abstract the successful experiences of these “breakthrough” and explore other unkown area base on these experience. The organic matter and mineral compont of shale are important factor which affect shale pore, organic matter play a significant role. Howerver, it is still unclear that what role has brittle mineral played in shale pore system，as well as their genesis. Brittle minerals, as skeletal grains, has positive effects on the preservation of shale pore during the diagenetic process. It is still unkown wheather grain size characteristics will affect shale pore.. This research focuses on the wufeng-longmaxi black shale of well and section in Changing area, Weiyuan area, Zhaotong area and the adjacent area of Fuling, Southern Sichaun Basin. Through field and core observations and room analyses, made a systematically research of mineralogy, petrology and geochemistry reservoir geology of black shale, study the petrogenesis of fragile mineral, analysis the affecting factors and mechanism of shale pore, divide lithofacies and sedimentary facies, looking for the relations between and among shale pore, lithofacies and sedimentary facies, and provide a basis for reservoir appraisal.

近年我国首先在四川长宁、威远、涪陵等地五峰组-龙马溪组取得页岩气勘探的突破，通过对现有突破区页岩的孔隙特征进行深入研究有助于完善页岩气地质理论，进而指导未知区域的勘探和开发。前人认为有机质和矿物组分是控制页岩孔隙的重要因素，有机质特征对页岩孔隙发育程度的影响研究较多，脆性矿物成因及其对页岩孔隙发育的影响尚不深入。此外作为骨架颗粒的脆性矿物在成岩过程中对孔隙的保存有重要作用，那么其粒度组成是否与孔隙发育程度存在相关性？. 本研究选取川南地区页岩气开发“突破”区相关钻井和露头剖面的五峰组-龙马溪组黑色页岩为研究对象，通过露头剖面、岩心观察和室内测试，详细研究黑色页岩岩石学、矿物学、地球化学和储层地质学特征，分析脆性矿物成因，研究脆性矿物对页岩孔隙发育程度的影响机制，划分岩相和沉积相，分析岩相、沉积相和孔隙发育特征三者之间的关系，为其它地区五峰组-龙马溪组页岩气储层评价提供依据。

四川盆地南部地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组发育富有机质黑色页岩，是我国页岩气勘探和开发的重点对象。目前为止，对黑色页岩中脆性矿物的成因、来源以及对孔隙的影响研究较为薄弱，成为制约页岩气勘探和开发的瓶颈。本次研究通过野外露头剖面实测、岩心观察、分析测试及室内综合研究，对川南地区五峰组-龙马溪组黑色页岩矿物学、岩石学、沉积学以及储层地质学特征进行了详细研究。. 利用X射线衍射、偏光显微镜、硅氧同位素、主微量元素等分析测试手段分析了研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩矿物学特征。研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩矿物成分复杂，包括石英、粘土矿物、方解石、白云石、长石、黄铁矿等。其中，石英来源可分为陆源碎屑石英和生物石英。富陆源碎屑石英页岩δ30Si偏负，δ30Si值为-0.34‰~-0.64‰，δ18O值为18.09‰~19.43‰。富生物石英页岩δ30Si值偏正，为-0.09‰~0.31‰，δ18O值相对较高，为18.75‰~22.14‰。碳酸盐矿物的成因包括内碎屑、生物碎屑、成岩期自生成因和微生物成因。微生物成因的白云石与硫酸盐还原菌密切相关，发育粒内孔，孔隙直径2微米左右，与实验室培养的硫酸盐还原菌菌体大小相近，推测孔隙为白云石形成时硫酸盐还原菌菌体所占据的空间，细菌死亡后成为孔隙。此外，富微生物成因白云石的黑色页岩与相邻页岩相比具有较高盐度，有利于促进微生物白云石的形成。. 利用氩离子抛光、场发射扫描电镜、氮气吸附、压汞和CT扫描等分析测试手段，定性和定量表征了研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩储集空间特征，分析了脆性矿物对页岩孔隙的影响。研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩发育粒内孔隙、粒间孔隙、有机质孔隙和裂缝。粒内孔隙发育于草莓状黄铁矿、粘土矿物、方解石和白云石颗粒内部，多为次生孔隙。粒间孔隙在石英、长石、方解石、白云石以及粘土矿物絮凝颗粒间都有发育，其中在石英颗粒边缘最为发育。裂缝类型主要包括构造缝、页理缝、微裂缝和有机质收缩缝。有机质孔隙和碳酸盐矿物粒内孔隙是页岩介孔的主要来源，而有机质孔隙和与石英相关的粒间孔隙是页岩宏孔的主要来源。由于碳酸盐矿物在较小孔隙中沉淀需要达到更高的浓度，因此较小的碳酸盐矿物粒内孔更容易保存下来。