管全中，董大忠，張華玲，孫莎莎，張素榮，郭雯

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.休斯頓大學(xué)，休斯頓 77004；4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院，西安 710018）

0 引言

頁(yè)巖氣是一種自生、自儲(chǔ)、自封的非常規(guī)油氣資源，需要進(jìn)行“地質(zhì)甜點(diǎn)”和“工程甜點(diǎn)”相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方式優(yōu)選效益“甜點(diǎn)區(qū)”[1]。中國(guó)在四川盆地及周緣的上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖中已實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣大規(guī)模商業(yè)性開發(fā)，為中國(guó)天然氣供給提供了有利支撐[2]。作為唯一一套工業(yè)化開發(fā)的海相頁(yè)巖，前人針對(duì)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖做了大量研究，包括富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的沉積模式[3]、儲(chǔ)集層定性與定量表征[4]、富集高產(chǎn)主控因素[5-6]和資源評(píng)價(jià)[7]等方面，提出了“兩類富集模式”和“四大主控因素”的認(rèn)識(shí)[3]。這些研究多聚焦于 TOC值大于 2%的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖層段的形成機(jī)理和富集特征，并沒有深入分析優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層內(nèi)部的耦合成儲(chǔ)機(jī)制。

頁(yè)巖成分復(fù)雜，但石英是頁(yè)巖中常見的礦物成分之一，也是指示頁(yè)巖儲(chǔ)集層可壓裂性的重要參數(shù)[8]，對(duì)頁(yè)巖成儲(chǔ)至關(guān)重要。富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中除包括陸源輸入石英外，還包括生物成因和黏土礦物轉(zhuǎn)化石英等[9]。由于泥頁(yè)巖局限流動(dòng)性，黏土礦物轉(zhuǎn)化石英存在于黏土基質(zhì)中。生物成因石英的形成與有機(jī)質(zhì)富集聯(lián)系緊密，貫穿整個(gè)頁(yè)巖“生烴—成藏”演化過程，控制頁(yè)巖氣富集和高產(chǎn)。北美優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖富含生物硅質(zhì)，Woodford頁(yè)巖生物硅質(zhì)含量為 7.7%～31.0%，占總硅質(zhì)含量的30.8%～84.7%[10]；Haynesville頁(yè)巖生物硅質(zhì)含量約為5%～15%[11]。前人雖對(duì)頁(yè)巖中的石英做了大量研究，但主要聚焦于鏡下識(shí)別、半定量表征和儲(chǔ)集改造作用等，未能深入探討生物成因類型、機(jī)理及其作用[8-14]。本文以四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中生物成因石英為研究對(duì)象，通過大量實(shí)驗(yàn)分析其產(chǎn)狀特征、形成機(jī)理等，在此基礎(chǔ)上探討五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的動(dòng)態(tài)成儲(chǔ)機(jī)制，為后期深層頁(yè)巖氣勘探提供借鑒。

1 研究區(qū)概況及分析方法

1.1 研究區(qū)概況

四川盆地位于中國(guó)西南部，是一個(gè)大型富氣疊合盆地。中國(guó)唯一實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開發(fā)的五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣層主要發(fā)育于四川盆地，目前已發(fā)現(xiàn)川西南中部的威遠(yuǎn)和威榮頁(yè)巖氣田、川南邊緣的長(zhǎng)寧和昭通頁(yè)巖氣田以及川東地區(qū)的涪陵頁(yè)巖氣田，頁(yè)巖氣累計(jì)產(chǎn)量達(dá) 791×108m3[12-13]。目前開采層段主要集中在五峰組—龍馬溪組一段，產(chǎn)層厚度20～40 m，TOC值普遍大于2%，石英等脆性礦物含量大于40%，為深水陸棚相沉積。五峰組至龍馬溪組一段沉積時(shí)期，由于華夏地塊與揚(yáng)子板塊的擠壓作用變?nèi)?，古地理格局相?duì)穩(wěn)定，形成了以川中古陸、黔中古陸和湘鄂西水下隆起三面環(huán)繞、開口向北的半封閉海灣，沉積中心主要分布在現(xiàn)今的瀘州—自貢和焦石壩—石柱一帶（見圖1）。兩個(gè)沉積中心由于物源和相對(duì)構(gòu)造位置等不同，頁(yè)巖巖性存在差異，長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)、昭通頁(yè)巖氣田的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖以含鈣硅質(zhì)頁(yè)巖或鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖為主，涪陵頁(yè)巖氣田則以硅質(zhì)頁(yè)巖為主[1]。

圖1 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖沉積特征（據(jù)文獻(xiàn)[3]修改）

1.2 樣品及分析方法

巖心樣品取自長(zhǎng)寧和威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田典型井。實(shí)驗(yàn)測(cè)試主要包括TOC值測(cè)定、有機(jī)質(zhì)抽提、物性分析、低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)、全巖X射線衍射分析（XRD）、主微量元素分析、稀土元素分析（REE）、X射線熒光光譜分析（XRF），以及普通光學(xué)顯微鏡觀察、大薄片拼接、多種掃描電鏡組合分析等。分析測(cè)試項(xiàng)目在國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、核工業(yè)北京地質(zhì)研究院、南京大學(xué)等單位完成。

2 生物成因石英類型及形成機(jī)理

石英是頁(yè)巖脆性礦物的主要成分之一，五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖中石英含量超過 40%。石英包括盆外陸源供給的碎屑石英和盆內(nèi)自生石英（如黏土礦物轉(zhuǎn)化、生物成因和熱液成因等）兩大類，而富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中碎屑石英含量低，與黏土轉(zhuǎn)化的自生石英主要賦存在黏土基質(zhì)中，較少直接參與優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖“生烴—成藏”過程。因此本文僅討論生物成因石英。

2.1 石英類型

普通光學(xué)顯微鏡結(jié)合多種掃描電鏡成像及能譜分析認(rèn)為，四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中生物成因石英可劃分為兩種類型。

2.1.1 Ⅰ類石英

Ⅰ類石英主要發(fā)育在硅質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖中，是由大量亞微米級(jí)微晶石英構(gòu)成的石英集合體，主要充填在海綿骨針、有孔蟲、放射蟲等生物殼體及體腔邊緣（見圖 2a、圖 3a）。這類石英在普通光學(xué)顯微鏡下無法觀察單個(gè)晶體形態(tài)，集合體整體呈圓形或橢圓形，與充填的體腔相關(guān)，部分與黃鐵礦共生（見圖2b）。通過背散射和二次電子成像顯示其主要由粒徑小于3 μm的石英組成，石英晶體一般為半自形—自形，之間界限模糊，攢簇為一體（見圖2c、圖3a）。

圖2 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖生物成因石英類型及特征

2.1.2 Ⅱ類石英

Ⅱ類石英主要發(fā)育在硅質(zhì)頁(yè)巖或鈣質(zhì)頁(yè)巖中，在未拋光的掃描電鏡下觀測(cè)為“粉末狀”顆粒堆積體（見圖 2d、圖 3d）。氬離子拋光掃描電鏡和氦離子掃描電鏡下都可觀察到這類石英，主要由隱晶質(zhì)納米級(jí)石英組成，整體漂浮在有機(jī)質(zhì)上（見圖 2e、圖 3d），呈橢球形或球形，相互之間呈點(diǎn)接觸或無接觸，整體粒徑小于100 nm（見圖2f）。

圖3 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖生物成因石英能譜分析

2.2 石英成因及形成機(jī)理

前述石英類型均為自生成因，而自生石英的硅質(zhì)來源較為廣泛[14]，主要包括：生物硅質(zhì)溶解、海底熱液硅質(zhì)輸入、黏土礦物轉(zhuǎn)化釋放硅質(zhì)、火山作用釋放硅質(zhì)、碎屑石英的壓溶作用、長(zhǎng)石的蝕變等。因此，需要綜合多種手段進(jìn)行分析，本文采用主微量元素、稀土元素分析并結(jié)合鏡下觀察綜合研究。

陸源硅酸鹽沉積物中微量元素 Zr穩(wěn)定存在，與SiO2含量呈正相關(guān)關(guān)系，是指示陸源硅質(zhì)和生物硅質(zhì)來源的重要參數(shù)。在海相沉積物中，主量元素Al、Fe、Mn不受后期成巖作用和風(fēng)化作用的影響，能夠有效地辨別硅質(zhì)生物成因和熱液成因的地球化學(xué)指標(biāo)[14]。通過威遠(yuǎn)氣田典型井優(yōu)質(zhì)層段主量元素分析，結(jié)合長(zhǎng)寧和涪陵氣田的研究成果[15-17]，發(fā)現(xiàn)四川盆地五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖石英總體以生物成因?yàn)橹?，但部分?yè)巖層段存在差異（見圖4），石英的成因也存在一定的區(qū)別，可能受到熱液作用的影響，與前人對(duì)涪陵頁(yè)巖的研究結(jié)果相一致[14]。

圖4 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖石英成因判別圖版

2.2.1 Ⅰ類石英

Ⅰ類石英為存在于生物體腔或有機(jī)質(zhì)邊緣的亞微米級(jí)石英，部分與黃鐵礦共生，全部來源于生物硅。五峰組—龍馬溪組沉積早期，火山活動(dòng)頻繁，火山灰所攜帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)引起富硅的放射蟲、海綿骨針和有孔蟲等浮游生物勃發(fā)[18]。大量研究發(fā)現(xiàn)龍馬溪組底部頁(yè)巖（尤其是Persulptograptus persulptus至Parakidograptus acuminatus筆石帶）有機(jī)質(zhì)主要以浮游藻類、疑源類、細(xì)菌和固體瀝青等非動(dòng)物碎屑為主，占總顯微組分的70%～80%，動(dòng)物碎屑以筆石為主，存在部分海綿骨針、放射蟲和幾丁蟲等[19]，表明當(dāng)時(shí)沉積水體孕育了豐富的放射蟲和海綿等富硅浮游生物。加之富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積于深水陸棚的厭氧—貧氧環(huán)境（部分層段為硫化環(huán)境），有利于生物硅質(zhì)的富集與保存。這些富硅生物的原始礦物成分一般為蛋白石-A，是一種無序的非晶質(zhì)礦物，分子式為SiO2·nH2O，為不穩(wěn)定礦物。在埋藏成巖過程中，由于溫度和壓力的作用，蛋白石-A向蛋白石-CT轉(zhuǎn)化，逐漸形成高硬度結(jié)構(gòu)的隱晶質(zhì)和微晶石英的集合體[3,20-21]（見圖5a）。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中Ⅰ類石英粒徑與前人研究的蛋白石磷球及其重結(jié)晶產(chǎn)物的大小一致[22]，進(jìn)一步表明該類石英為生物成因硅質(zhì)，主體來源于富硅生物的轉(zhuǎn)化。部分頁(yè)巖層段觀察到Ⅰ類石英與黃鐵礦共生于有機(jī)質(zhì)內(nèi)，主要是由于硅質(zhì)轉(zhuǎn)化過程剛好處在硫酸鹽還原區(qū)域，轉(zhuǎn)化形成的孔隙中的Fe2+與釋放的S2-接觸形成黃鐵礦沉淀。反應(yīng)方程式如（1）式和（2）式：

圖5 四川盆地五峰組—龍馬溪組生物成因石英背散射掃描電鏡圖片

黃鐵礦與Ⅰ類石英共生反映了成巖過程中形成了大量的開放孔隙，生物硅質(zhì)轉(zhuǎn)化與黃鐵礦化在富硅生物內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。

2.2.2 Ⅱ類石英

主量元素Al-Fe-Mn三角圖版雖揭示五峰組—龍馬溪組一段石英主體為生物成因，但威遠(yuǎn)地區(qū)五峰組和龍馬溪組底部部分樣品出現(xiàn)偏移，接近熱液硅質(zhì)成因區(qū)域（見圖4b）。前人研究揭示現(xiàn)代海底熱液硅質(zhì)沉積是由于上涌的高溫?zé)崃黧w與上部冷海水混合冷卻作用導(dǎo)致過飽和的無定型硅質(zhì)析出[23]。這種熱液成因硅與其他環(huán)境下的硅質(zhì)巖在形態(tài)和結(jié)構(gòu)等方面存在明顯的差異，其形態(tài)主要為海綿狀或蜂窩狀，掃描電鏡下主體為納米級(jí)隱晶質(zhì)硅質(zhì)顆粒。

五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中Ⅱ類石英與前述熱液成因硅質(zhì)部分類似，結(jié)合鏡下觀測(cè)和地球化學(xué)分析認(rèn)為，Ⅱ類石英是生物成因?yàn)橹?，熱液硅質(zhì)的作用受限，且該層段厚度小。威遠(yuǎn)地區(qū) W201井五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖稀土元素經(jīng)北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化分析，部分頁(yè)巖層段不具有明顯的低總稀土含量、負(fù)Ce異常和正Eu異常的特征（見圖6），表明熱水沉積作用影響小。富硅生物的溶解液可能混合海底的少量硅質(zhì)熱液充填于海綿骨針或放射蟲等生物腔體或者賦存在有機(jī)質(zhì)表面，有機(jī)質(zhì)生排烴過程中釋放的有機(jī)酸和富硅生物溶解等過程造成聚硅酸過飽和沉淀，經(jīng)過細(xì)菌作用（如硫酸鹽還原菌）形成納米級(jí)硅質(zhì)球粒，經(jīng)化學(xué)吸附作用最終賦存在有機(jī)質(zhì)表面[20-24]（見圖5b）。因藻類外壁具有復(fù)雜的類脂成分[25]，可以有效地防止生物降解和化學(xué)溶解，最終也可形成納米級(jí)硅質(zhì)球粒賦存在藻類體腔。

圖6 威遠(yuǎn)地區(qū)W201井五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖稀土元素北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化分析圖

3 生物硅質(zhì)石英的分布特征

優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度大、分布連續(xù)，水平井鉆遇率高，后期分段壓裂改造體積大，頁(yè)巖氣井的初始產(chǎn)量和最終可采儲(chǔ)量大[26]。生物硅質(zhì)石英含量既可直接表征所在層段的可壓裂性，又可間接揭示其內(nèi)部有機(jī)質(zhì)的富集程度，是優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖分布的重要參數(shù)指標(biāo)之一。因此，生物硅質(zhì)石英含量的定量表征十分重要，可利用平均頁(yè)巖的Si與Al含量的比值3.11進(jìn)行計(jì)算[27]，計(jì)算出的過量硅含量即為生物硅質(zhì)石英的含量[15-17]。

通過對(duì)長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)、涪陵地區(qū)典型剖面和鉆井研究發(fā)現(xiàn)，四川盆地五峰組—龍馬溪組生物硅質(zhì)含量整體向上逐漸遞減，分布在 30%以內(nèi)，但占總硅質(zhì)含量高，最高可達(dá) 91.3%（見表 1）。富硅質(zhì)頁(yè)巖主要集中在五峰組—龍馬溪組底部10～40 m，縱向上分布相對(duì)穩(wěn)定，局部地區(qū)存在差異（見圖7）。涪陵地區(qū)JY1井[16]和JY2井[17]生物硅質(zhì)含量為0.17%～32.6%，平均值為13.3%，較長(zhǎng)寧[15]和威遠(yuǎn)區(qū)塊（0～28.9%，平均值5.1%）高約4%～12%，分析認(rèn)為是富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境差異導(dǎo)致。川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段主體沉積在深水陸棚相，中部部分發(fā)育鈣質(zhì)頁(yè)巖，生物沉積硅質(zhì)不足。川東南地區(qū)主體沉積在深水陸棚相，火山活動(dòng)導(dǎo)致的部分海底上升洋流引起海水富含硅質(zhì)和各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促使整個(gè)層段硅質(zhì)頁(yè)巖更加發(fā)育。因此，涪陵地區(qū)富生物硅質(zhì)頁(yè)巖厚度（30～40 m）大于長(zhǎng)寧和威遠(yuǎn)地區(qū)（10～20 m）。測(cè)試產(chǎn)量大于20×104m3/d的高產(chǎn)層段[26]與富生物硅質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育段具有良好的一致性（見圖7），約占其厚度的62%～80%，追蹤富生物硅質(zhì)頁(yè)巖的空間向展布對(duì)勘探開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

表1 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖生物成因硅質(zhì)參數(shù)表

圖7 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖生物硅質(zhì)縱向展布特征

4 生物成因石英的耦合成儲(chǔ)機(jī)制

4.1 Ⅰ類石英對(duì)孔隙形成的作用

Ⅰ類和Ⅱ類石英形成過程中，富硅質(zhì)浮游生物的胞囊優(yōu)先溶解形成殘余的內(nèi)部腔體，這種腔體空間較大，一般幾十微米至幾百微米（見圖2e、圖3a、圖5a），往往被同沉積的原地有機(jī)質(zhì)充填。因此，富硅質(zhì)浮游生物既是生烴母質(zhì)，又為有機(jī)質(zhì)的保存提供了良好的空間。頁(yè)巖富集的生物硅含量與有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系（見圖8），可以間接指示有機(jī)質(zhì)含量。

圖8 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖生物硅質(zhì)含量與有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系圖

體腔內(nèi)富集的大量有機(jī)質(zhì)和Ⅰ類石英為后期有機(jī)質(zhì)孔隙大量發(fā)育提供保障。前人認(rèn)為與鈣質(zhì)頁(yè)巖和黏土質(zhì)頁(yè)巖相比，硅質(zhì)頁(yè)巖具有高排烴效率和高固體瀝青產(chǎn)率，主要與石英礦物對(duì)可溶有機(jī)質(zhì)吸附性差、脆性高易形成微裂縫等有關(guān)[28]。有機(jī)質(zhì)生排烴過程中形成大量的蜂窩狀納米級(jí)孔隙，固體瀝青二次裂解不僅能發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔隙，其自身的流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)更是良好的運(yùn)移通道[29]。對(duì)威遠(yuǎn)地區(qū) 2口井五峰組—龍馬溪組不同巖性的頁(yè)巖進(jìn)行有機(jī)質(zhì)抽提，在同等條件下進(jìn)行全巖和抽提有機(jī)質(zhì)的低溫氮?dú)馕綄?duì)比實(shí)驗(yàn)，歸一化結(jié)果表明，硅質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙比表面積和孔體積占比最高，分別為12.53%～43.81%和18.46%～23.32%；其次為鈣質(zhì)頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)表面積和孔體積貢獻(xiàn)為 7.71%～12.85%和5.48%～7.76%，黏土質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)的占比最?。ㄒ姳?）。因而，生物成因硅對(duì)孔隙的形成具有良好的促進(jìn)作用。

表2 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙占比統(tǒng)計(jì)表

4.2 Ⅰ類和Ⅱ類石英對(duì)儲(chǔ)集空間的作用

由于兩類生物硅質(zhì)石英對(duì)孔隙具有良好的保存作用和優(yōu)質(zhì)的成縫能力，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖層段具有相對(duì)較高的孔滲特征。Ⅰ類石英主要形成于成巖早期，在有機(jī)質(zhì)大規(guī)模生烴之前，富硅質(zhì)浮游生物殼體發(fā)生固化，形成高硬度晶態(tài)結(jié)構(gòu)（見圖3a）。這種剛性格架由摩氏硬度達(dá)7.0的石英礦物組成，抗壓能力強(qiáng)。因此，生烴階段開始時(shí)，早期賦存在腔體內(nèi)的有機(jī)質(zhì)形成的孔隙可得到良好的保存，滯留原油在后期二次裂解所形成大量的有機(jī)質(zhì)孔隙也可受到剛性骨架的保護(hù)。生排烴釋放的有機(jī)酸和細(xì)菌會(huì)使Ⅱ類自生石英大量生成，鏡下觀測(cè)到部分發(fā)育在蜂窩狀有機(jī)質(zhì)孔隙中，增強(qiáng)有機(jī)質(zhì)孔隙的抗壓實(shí)能力（見圖9a）。排出的原油運(yùn)移至低勢(shì)區(qū)的粒間孔隙內(nèi)，后期再次裂解形成“腔體-固體瀝青-殘余粒間孔”良好運(yùn)移通道。

石英是高脆性礦物，易破裂形成裂縫[30]。裂縫形成機(jī)理主要包括生烴增壓、構(gòu)造活動(dòng)和成巖作用等[31]。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)中Ⅰ類石英形成早，經(jīng)歷了生烴增壓和多期構(gòu)造活動(dòng)等作用；Ⅱ類石英形成于大規(guī)模生烴階段，經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)。因此五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖段構(gòu)造縫發(fā)育。通過大薄片拼接技術(shù)表征整個(gè)薄片已充填微裂縫的發(fā)育特征發(fā)現(xiàn)，同等應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境下生物硅富集的頁(yè)巖層段微裂縫較發(fā)育。鏡下觀測(cè)威遠(yuǎn)地區(qū)富生物硅質(zhì)頁(yè)巖微裂縫密度為 6～12條/cm，最高可達(dá)20 條/cm。運(yùn)用XRF對(duì)頁(yè)巖薄片的硅元素進(jìn)行半定量分析，生物硅整體含量高且分布相對(duì)均勻的薄片中充填微裂縫較發(fā)育。薄片整體由底部向頂部生物硅含量與TOC值呈遞減趨勢(shì)。頂部生物硅含量相對(duì)較低，微裂縫發(fā)育少、以順層縫為主。中、底部層段生物硅含量高且分布均勻，微裂縫十分發(fā)育且部分充填鈣質(zhì)礦物，形成了中、底部整體硅質(zhì)含量相對(duì)低的“假象”。薄片中、底部整體以低角度斜交縫和順層縫交替發(fā)育，縫寬大、貫穿多個(gè)紋層，大大增加了頁(yè)巖儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集空間（見圖9b、圖9c）。

圖9 威遠(yuǎn)氣田W202井五峰組—龍馬溪組生物成因石英對(duì)儲(chǔ)集空間的作用

4.3 Ⅰ類和Ⅱ類石英對(duì)儲(chǔ)集層可壓裂性的影響

與常規(guī)儲(chǔ)集層相比，頁(yè)巖儲(chǔ)集空間以納米級(jí)孔隙為主，儲(chǔ)集層內(nèi)部裂縫發(fā)育局限且難以大面積溝通基質(zhì)孔隙，需要借助水平井分段壓裂技術(shù)形成復(fù)雜裂縫系統(tǒng)，改善儲(chǔ)集層滲流能力，成為經(jīng)濟(jì)可采的“人造氣藏”[32]，因此頁(yè)巖儲(chǔ)集層的可壓裂性是頁(yè)巖氣大規(guī)模開采的前提。

五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中Ⅰ類和Ⅱ類石英均賦存在有機(jī)質(zhì)中，具有生物硅質(zhì)格架孔-有機(jī)質(zhì)孔-微裂縫三者共生的特點(diǎn)，容易形成“有機(jī)質(zhì)孔-網(wǎng)狀裂縫”滲流系統(tǒng)，能夠有效地改善儲(chǔ)集層的造縫能力。Ⅰ類微晶石英結(jié)合緊密，與有機(jī)質(zhì)界限清晰，在外力作用下容易沿接觸的薄弱面形成滑脫縫[33]，大面積溝通生物硅質(zhì)格架孔和有機(jī)質(zhì)孔（見圖 3a、圖 5a）。Ⅱ類納米級(jí)石英較均勻地鑲嵌在有機(jī)質(zhì)中，石英顆粒之間呈點(diǎn)接觸或面接觸。Hertz的接觸理論認(rèn)為在相同載荷下，礦物顆粒粒徑越小，礦物接觸點(diǎn)應(yīng)力越大[34]，因此相同外力作用下剛性顆粒間易相互錯(cuò)動(dòng)形成裂縫（見圖2f、圖5b）。Ⅱ類石英自身的粒間孔十分發(fā)育，與有機(jī)質(zhì)孔和人工裂縫相互耦合成更加高效地滲流通道。

5 結(jié)論

四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖中生物成因石英有兩種類型，Ⅰ類為直徑小于3 μm的亞微米級(jí)石英，半自形—自形結(jié)構(gòu)，顆粒攢簇呈石英集合體，主體分布在有機(jī)質(zhì)邊緣，界限清晰，是富硅浮游生物硅質(zhì)溶解轉(zhuǎn)化形成；Ⅱ類為直徑小于100 nm的納米級(jí)石英，球形或橢球形“漂浮”在有機(jī)質(zhì)上，顆粒間呈點(diǎn)接觸或面接觸，均勻分布，界限模糊，以生物硅質(zhì)成因?yàn)橹?，無明顯熱液硅質(zhì)輸入特征。

五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖生物成因硅質(zhì)縱向上分布連續(xù)，集中分布在底部20～40 m層段，生物硅質(zhì)總體含量低于 30%。由于四川盆地內(nèi)富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖沉積環(huán)境的不同，川南和川東地區(qū)在生物硅質(zhì)含量和厚度上存在差異，川東地區(qū)生物硅質(zhì)含量相對(duì)較高且厚度較大。

Ⅰ類石英集合體形成早、抗壓能力強(qiáng)，內(nèi)部粒間孔和有機(jī)質(zhì)孔得以保存，受外力作用與有機(jī)質(zhì)之間容易形成滑脫縫。Ⅱ類石英粒間孔十分發(fā)育，自身點(diǎn)接觸或面接觸，易錯(cuò)動(dòng)形成微裂縫。這兩類石英結(jié)合在一起與有機(jī)質(zhì)孔隙相互耦合形成“生物硅質(zhì)格架孔-有機(jī)質(zhì)孔-微裂縫”的高速運(yùn)移通道，壓裂過程中能更好地形成有效滲流通道，有利于頁(yè)巖氣井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所李保華研究員和中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院鄧勝徽教授級(jí)高工給予古生物識(shí)別方面的指導(dǎo)。