海相富有机质页岩生物成因石英矿物定量评价及对储集物性影响研究

China has great shale gas potential. The Lower Paleozoic marine organic-rich shales are the favorable strata for shale gas exploration and development in China. Marine organic-rich shales contain a large number of quartz, which is an important indicator of shale gas resource evaluation. Biological origin is an important source of quartz minerals in marine shale. However, there is a lack of research on the formation of biogenic silica in marine shales in China. In this study, the Lower Paleozoic marine organic-rich shales in Sichuan Basin are the study object. The main objectives of this study are to (1) investigate the coupling relationship between organic matter and quartz, (2) establish a method to evaluate biogenic quartz in marine organic-rich shales, and (3) study the effect of biogenic quartz on physical property.

中国页岩气资源潜力巨大，下古生界海相厚层富有机质页岩是中国页岩气勘探开发的重点层系。石英矿物是页岩气资源评价的一项重要指标，海相富有机质页岩中含有大量的石英矿物，生物成因是海相页岩石英矿物的重要来源，然而目前关于中国海相富有机质页岩生物成因石英的研究较为缺乏。本项目拟以四川盆地下古生界海相富有机质页岩为研究对象，查明页岩有机质与石英矿物耦合关系，揭示海相页岩中生物成因石英来源贡献，建立海相富有机质页岩生物成因石英矿物判识及定量评价方法，阐明成岩过程生物成因石英对孔隙发育的改造，量化不同成因石英矿物对储集物性的影响，为中国海相页岩气成藏条件和成藏机理研究提供理论依据和方法参考。

本项目以四川盆地下古生界海相富有机质页岩为研究对象，查明页岩有机质与石英矿物耦合关系，揭示海相页岩中生物成因石英来源贡献，建立海相富有机质页岩生物成因石英矿物判识及定量评价方法，阐明成岩过程生物成因石英对孔隙发育的改造。本次研究在贵州北部开阳地区的一口钻井采集了166块样品，分别开展了有机质特征和孔隙特征的研究。所有的岩心样品都测试了TOC、TS、δ13Corg，选取部分样品测定了矿物组成、元素分布特征、以及孔隙特征。下寒武统牛蹄塘组页岩具有较好的有机质丰度，属于I型生油型干酪根，脆性指数较高有利于页岩气的开采。通过对四川盆地南缘黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质丰度、矿物组成以及孔隙发育特征分析，发现富含粘土矿物的页岩（粘土含量大于30%）较贫粘土矿物的页岩（粘土含量小于30%）具有更高的累积孔体积及孔比表面积。富粘土页岩石英矿物与TOC没有相关性，贫粘土页岩中的石英矿物与TOC具有明显的正相关性，表明贫粘土页岩中的石英矿物具有一定生物成因来源。富粘土页岩的孔体积及比表面积与TOC均呈非常好的正相关关系，但对于贫粘土页岩这一相关性较弱。选取高有机质丰度页岩进行扫描电镜观察发现，富粘土页岩有机质孔非常发育，但贫粘土矿物页岩有机质孔几乎不发育，表明富含粘土矿物的页岩具有更好的储集空间。生物成因石英的重结晶作用对页岩孔体积，特别是中孔体积影响较大。