泥页岩中有机质的存在对蒙脱石伊利石化进程影响的研究

Depending on the existence of organic matter (OM), water-rock and water-rock-OM diagenetic systems can be presented in mudstones, and the characteristics of OM and OM occurrence are different in water-rock-OM systems, so the evolution degree of smectite illitization will be affected in those two diagenetic systems. In the present study, pure minerals, synthetic organo-complexes after simulation experiments and the red/dark mudstones in the Bohaiwan Basin were selected. From the perspective of organic-inorganic interaction, the measurement methods of X-ray diffraction (XRD), infred spectroscopy (IR), thermal analysis, X-ray fluorescence (XRF) , etc. were employed to obtain mineralogical information, e.g., mineral content, mineral configuration, illite crystallinity, element variation; pyrolysis, pyrolysis gas chromatography mass spectrometry (Py-GC/MS), thermo-XRD, IR and thermal analysis, etc. were performed to acquire OM content, OM composition and occurrence characteristics. Integrated the results of simulation experiments and geological profiles, we aim to explore the influence of OM existence on the process of smectite illitization, which can provide scientific evidence to the study of the formation and evolution mechanisms of smectite illitization and to their application prospects.

泥页岩由于是否含有机质，会呈现出水-岩和水-岩-有机质二种成岩体系；而且水-岩-有机质体系下的有机质和有机质赋存特征也有差异，这将影响二种成岩体系下蒙脱石伊利石化的演化程度。本研究选取渤海湾盆地红色与暗色泥页岩以及纯矿物与人工合成的有机粘土复合体的模拟实验产物为研究对象，从有机-无机相互作用的角度，采用X衍射(XRD)、红外(IR)和热分析、X-射线荧光光谱(XRF)等检测手段，获取矿物含量、矿物构型、伊利石结晶度和元素变化等矿物学信息；采用TOC、热解－色谱（Py-GC/MS）、升温-XRD和IR、热分析等手段，获取有机质含量、成分和赋存特征等信息；综合对比实验模拟和实际剖面的研究结果，探索有机质存在下对蒙脱石伊利石化演化进程的影响，为蒙脱石伊利石化形成和演化机制以及应用前景的研究提供科学依据。

本研究选取人工合成和天然样品，通过模拟实验及相关检测，探索有机质存在与否对蒙脱石伊利石化演化进程的影响，进而探索有机质生烃机理及其石油地质意义。研究结果表明，有机质存在与否会影响蒙脱石伊利石化的进程，蒙脱石层间柱撑有机质的存在，致使蒙脱石伊利石化的固态转化进程延缓，而有机质酸的大量出现及溶解效应，又可加速蒙脱石伊利石化的溶解重结晶转化进程，表明有机质的类型对蒙脱石伊利石化的影响极其显著。蒙脱石伊利石化过中除了蒙脱石向伊利石转化外，还会形成石英和长石等其他矿物，特别是当有机质存在时会形成所特有的碳酸盐类矿物，这充分展现了有机质-无机矿物相互作用对矿物形成的影响。在有机质生烃过程中，除了有机质裂解作用外，还有粘土吸附有机质的解吸附作用和无机氢的加入作用等，充分展现了蒙脱石伊利石化对有机质生烃的控制作用；而咸水环境蒙脱石伊利石化进程的加快及大量有机质的解吸附，造成而咸水环境烃源岩的生烃量远大于淡水环境的主要原因。因此，探讨蒙脱石伊利石化的形成机制以及控制因素，认识有机-无机相互作用下无机矿物和有机质的演化规律具有重要的理论和实际意义。