海相页岩成岩过程中的自生脆化作用
刘洪林1, 郭伟1, 刘德勋1, 周尚文1, 邓继新2
1.中国石油勘探开发研究院
2.成都理工大学

作者简介:刘洪林,1973年生,高级工程师,博士;从事非常规油气勘探开发方面的研究工作。地址:(065007)河北省廊坊市广阳区万庄44号信箱。ORCID: 0000-0002-1254-3163。E-mail: liuhonglin69@petrochina.com.cn

摘要

研究页岩脆性成因对于深入认识页岩气成藏规律具有重要的意义,但目前的研究大多集中在生物石英富集提高页岩的脆性方面,而对于成岩演化过程中石英的重结晶作用则认识不足。为此,以四川盆地长宁区块下志留统龙马溪组海相页岩为例,借助阴极发光、扫描电镜等仪器对页岩孔隙、矿物组成、层理特征等进行观察,通过分析页岩矿物组构特征和硅质组分镜下特征,研究石英来源、超压环境及成岩演化对页岩脆性的控制作用,提出了海相页岩自生脆化作用的形成模式,阐述了成岩过程中自生微晶石英对提高页岩脆性的地质意义。研究结果表明:①页岩在其沉积、埋藏、成岩演化过程中发生成岩变化,提高了石英含量,形成隐伏缝网,有利于后期改造形成复杂流通通道;②有机质在地质演化过程中对于提高页岩脆性发挥了正向促进作用,促进了自生微晶石英形成,提高了页岩脆性。结论认为:①页岩成岩演化中发生的页岩自生脆化作用改变了岩石结构,增加了岩石强度,保存了页岩的孔隙性,改善了页岩的储集空间,改变了页岩气富集状态,使构造运动因素下控制的保存条件评价成为页岩气地质评价的关键因素;②海相页岩只要有机质含量丰富,经过成岩过程中的自生脆化机制必定形成良好的脆性。

关键词: 海相页岩; 石英; 重结晶; 自生脆化作用; 隐伏缝网; 脆性提高; 四川盆地; 长宁区块; 早志留世; 龙马溪组
Authigenic embrittlement of marine shale in the process of diagenesis
Liu Honglin1, Guo Wei1, Liu Dexun1, Zhou Shangwen1, Deng Jixin2
1. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Langfang, Hebei 065007, China;
2. Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China
Abstract

Studies on the origin of shale brittleness are of great significance to understanding shale gas accumulation laws. The current studies, however, mostly focus on the improvement of shale brittleness by biological quartz enrichment, but rarely on the recrystallization of quartz in the process of diagenetic evolution. In this paper, a series of researches were carried out on the Lower Silurian Longmaxi Fm marine shale in the Changning block of the Sichuan Basin. Firstly, shale pore, mineral component and bedding characteristics were observed by means of cathodoluminescence (CL), scanning electron microscope (SEM) and so on. Then, the control effects of quartz origin, overpressure environment and diagenetic evolution on shale brittleness were investigated by analyzing the mineral composition and siliceous composition of shale microscopically. Finally, the authigenic embrittlement model of marine shale was put forward and the geological significance of authigenic microcrystalline quartz to the improvement of shale brittleness in the process of diagenesis was illustrated. The following results were obtained. First, during the sedimentation, burial and diagenetic evolution, shale experiences diagenetic changes which help increase quartz content and form concealed fracture networks, thus benefiting the formation of complex flow pathways in later stimulation. Second, organic matters play a positive role in improving shale brittleness in the process of geological evolution. It promotes the formation of authigenic microcrystalline quartz and improves the brittleness of shale. In conclusion, due to the authigenic embrittlement of shale in the process of diagenesis, rock structure is changed, rock strength is enhanced and shale porosity is preserved. Consequently, reservoir space in shale is improved and the enrichment state of shale gas is modified. Therefore, the preservation condition under the control of tectonic movement factors is vital to geological evaluation on shale gas. In addition, marine shale is certainly well brittle after authigenic embrittlement in the process of diagenesis as long as its organic matter content is abundant.

Keyword: Marine shale; Quartz; Recrystallization; Authigenic embrittlement; Concealed fracture network; Brittleness improvement; Sichuan Basin; Changning block; Early Silurian; Longmaxi Fm

近年来, 我国南方海相下志留统龙马溪组页岩气取得了重要突破, 已在四川盆地陆续建成了威远、长宁、涪陵等国家级页岩气示范区, 页岩气已经成为我国天然气增储上产的重要领域。页岩气具有大面积、低丰度的赋存特征, 因此有效开发页岩气需要寻找甜点。页岩气甜点是指页岩储层中含气量高、脆性好的区域。构造型甜点、连续型甜点等地质认识对于指导选准目标区、钻进甜点层段发挥了重要作用, 大幅度提高了页岩气开发效果[1, 2]。前人的大量研究成果已经证实, 准确评价石英等为代表的脆性矿物的特征对页岩气选区具有重要意义。对于页岩中硅质成因和来源, 认为除了陆源石英, 生物石英广泛存在是页岩脆性提高的关键因素[3, 4, 5, 6, 7], 富有机质页岩的发育为页岩气的生成和储集提供了丰富的物质基础, 良好的保存条件是页岩气富集的关键, 天然裂缝和可压裂性是页岩气高产的重要保证[8]。以上研究大多集中在生物石英富集提高页岩的脆性方面, 而对成岩演化过程中石英的重结晶作用的认识则不足。本次研究以我国南方四川盆地从长宁区块龙马溪组海相页岩为研究对象, 该页岩在研究区内分布稳定, 总有机碳含量、含气量等各项参数优越, 勘探开发已经获得突破。通过分析其沉积、成岩系统过程, 探讨页岩脆性形成过程, 阐述了成岩过程石英重结晶作用所形成自生微晶石英对提高页岩脆性重要意义, 以期为深入认识页岩储层提供一种新角度, 以便于全面了解页岩的脆性, 提高页岩气选区评价和开发效果。

1 长宁区块龙马溪组页岩基本地质特征
1.1 地层特征

四川盆地地层纵向发育多套页岩, 具备页岩气成藏条件。长宁区块位于四川盆地南部, 发育龙马溪组页岩。本次研究选取四川盆地龙马溪组页岩剖面(长宁双河加油站剖面)和长宁区块部分页岩气评价井宁201、宁203、宁208、宁209、宁210、宁211、宁212等7口井(图1)进行了研究, 对剖面进行了测绘, 分析了页岩气井龙马溪组岩石矿物特征。

图1 研究区选取的页岩气评价井及剖面位置图

双河加油站剖面位于四川省长宁县双河镇附近, 是在开采黑色页岩矿过程中形成的龙马溪组露头剖面。该剖面龙马溪组出露较好, 出露地层厚度较大, 底部地层被竹林覆盖。从双河加油站剖面野外调查情况看, 龙马溪组岩性以灰色、灰黑色、黑色泥页岩为主, 少量含碳粉砂质页岩、粉砂质页岩、碳质粉砂岩与石灰岩夹层与透镜体等。整个剖面地层共划分了18个小层, 如图2所示, 18个小层均含笔石, 但在不同的分层中, 笔石的种类数量差异较大。例如:第3小层中的笔石主要表现为细而长, 最长可达20 cm, 数量较少, 分布稀疏; 第4小层中的笔石主要表现为短而粗, 平均长度为2 cm, 直径介于2~3 mm, 数量较多, 分布密集。整体来说, 自下而上, 笔石含量逐渐减少。龙马溪组黄铁矿十分发育, 具有多种产出形态, 如颗粒状、结核状和薄层状等。经过研究, 国际上公认笔石是划分对比上奥陶统五峰组— 龙马溪组的第一门类化石。长宁区块五峰组— 龙马溪组共发育13个笔石带, 其中, 五峰组发育3个笔石带(不含观音桥段), 厚度介于7~10 m, 总有机碳含量(TOC)高(3%~8%); 观音桥段发育1个笔石带, 该段全球性海平面上升, 形成最高TOC(超过10%); 龙马溪组发育9个笔石带, 其龙1段— 龙6段TOC介于2%~4%[9, 10]

图2 四川盆地长宁双河加油站龙马溪组地质剖面图

长宁区块在晚奥陶世— 早志留世过渡时期, 与其他地区一样发生了一系列的重要事件, 如海平面下降(幅度近100 m)、气候变冷(冰期持续短约1 Ma)、生物灭绝(近85%海相物种灭绝), 对页岩沉积组成产生了重要影响。从沉积环境上看, 五峰组为滞留盆地(欠补偿盆地)沉积, 龙马溪组主要为深水陆棚或者陆棚内盆地沉积, 沉积了富含有机质和硅质的黑色页岩[11]。龙马溪组页岩气有机质类型以腐泥型为主, 部分为腐殖型, 海相页岩空间分布较为稳定, 单层厚度大, 有机质含量高, 是目前页岩气开发的重点层系[12, 13]

1.2 页岩岩矿特征

从长宁区块已钻井宁201等7口井岩心全岩X射线衍射分析的矿物组成资料来看(图3), 龙马溪组岩石矿物组成以石英等脆性矿物为主, 石英含量介于40%~60%, 底部优质页岩石英含量介于48.4%~60.0%, 其他层段页岩石英含量介于41.2%~54.0%; 长石以斜长石为主, 含量普遍较低, 平均值小于10%, 其中底部优质页岩长石含量介于1%~5%; 方解石含量介于10%~20%; 白云石含量小于10%; 黏土矿物含量介于20%~45%, 具有随埋深增加而逐渐降低的趋势, 其中底部优质页岩黏土矿物含量较低, 介于15%~30%, 平均值小于26%; 黏土矿物组成以伊利石和绿泥石为主, 两者含量占黏土矿物总量的75%以上, 最高可达95%, 其次为伊/蒙混层, 其含量在龙马溪组底部均值小于25%, 部分样品偶见高岭石; 页岩普遍含有黄铁矿, 含量在2%左右。总的来说, 龙马溪组底部页岩具有“ 两低两高” 特征, 即黏土含量与长石含量较低、石英含量与碳酸盐岩含量较高的特点。

图3 长宁区块龙马溪组底部优质页岩矿物成分统计图

2 龙马溪组页岩硅质成分镜下特征

采用阴极发光与扫描电镜相结合研究长宁区块龙马溪组页岩。龙马溪组上段页岩为浅水陆棚相沉积, 其样品的扫描电镜— 阴极发光鉴定结果如图4所示。从图4可以看出, 样品中部分石英在扫描电镜下呈现较好的晶体形态, 部分边缘有裂纹(图4-a), 在阴极发光图像中表现为发亮光的特征(图4-b), 单色阴极发光光谱具有两个峰值(图4-c), 其主峰对应波长范围介于680~720 nm, 次峰对应波长范围介于430~470 nm, 具有明显陆源石英特征, 呈次圆状— 次菱角状, 直径超过10 μ m。龙马溪组下段页岩为深水陆棚相沉积, 其样品扫描电镜— 阴极发光鉴定结果主要表现为颗粒晶形完整, 呈现生物骨架或重结晶形态(图5-a), 石英在阴极发光图像中主要表现不发光— 弱发光特征(图5-b), 单色阴极发光光谱为钟形, 具有两个峰值(图5-c), 其主峰对应波长范围介于580~620 nm, 次峰对应波长范围介于390~430 nm, 具有明显生物成因石英特征。低温自生石英氧空位晶体内部缺陷及由于电子辐射导致非胶结的氧空洞中心衰减使其阴极光光谱在波长620~650 nm处出现峰值, 另外在波长390~430 nm处的次峰指示了样品存在少量的蛋白石— A和蛋白石— CT。

图4 龙马溪组上段页岩样品陆源石英典型特征图

图5 龙马溪组下段页岩样品陆源石英典型特征图

龙马溪组上段页岩样品中除陆源石英颗粒外, 还有大量嵌入黏土基质中的微米级石英颗粒, 呈短链状、小晶簇状聚集或以板片状小晶片状形式存在, 与周围黏土颗粒共同构成黏土— 石英颗粒集合体。龙马溪组下段页岩电子显微镜背散图像呈现清晰的矿物组成, 通过能谱扫描对矿物组成进一步分析, 从图6的图像可以看出, 石英颗粒(粉红色区块)的分布呈现两种主要特征:①颗粒较为完整、个体较大, 颗粒大小介于5~15 μ m; ②颗粒较小, 小于1 μ m, 局部呈连续的条带状, 条带长3~4 μ m, 宽度小于0.5 μ m, 为重结晶石英。在龙马溪组下段页岩样品中除粒径较大的生物成因石英颗粒外, 亦存在大量的石英隐晶、微晶及微晶聚集体(图7-a), 该类石英亦起到胶结物的作用。该类石英阴极发光光谱为钟形(图7-b), 但具有两个峰值, 主峰对应波长范围介于580~620 nm, 次峰对应波长范围介于390~430 nm, 具有明显重结晶成因石英特征。在对应的X射线矿物组分图中(图7-c), 可见明显的黏土矿物定向, 黏土矿物作为岩石的支撑颗粒, 石英等刚性矿物“ 漂浮” 于黏土基质中。

图6 龙马溪组下段页岩样品组成矿物典型特征图

图7 龙马溪组下段页岩样品组成矿物典型特征图

3 龙马溪组页岩的脆性成因机制探讨
3.1 石英来源对脆性的控制作用

石英和黏土矿物是泥质岩中矿物的主要两大组成部分, 石英在页岩中以陆源石英、自生石英、次生加大石英、石英脉体等形式存在。由于物质来源、沉积环境及物理化学条件的不同, 不同成因的硅质其地球化学特征不同。生物成因的硅质具有高SiO2、P2O5、Fe2O3和低Al2O3、TiO2、FeO、MgO、K2O和Na2O特征; 火山沉积和海相热水沉积表现为低磷和低钛的特征[14, 15]。常见水体中的硅主要来自于硅酸盐矿物的化学风化过程。硅是水生态系统中构成生物群落的重要元素, 放射虫、硅质海绵和硅鞭毛虫生长和骨骼形成都离不开硅, 作为浮游生物生长所必需的营养元素, 硅在水体生态系统研究中占据非常重要的地位。水体中溶解硅通过生物利用转化为无定形的生物硅, 称为生物蛋白石。长宁区块五峰组— 龙马溪组页岩石英含量介于40%~80%, 平均值为63%, 过量硅含量为2.60%~55.31%, 其中五峰组和龙马溪组下段过量硅含量较高, 分别为41.3%和25.5%; Al/(Al+Fe+Mn)值介于0.62~0.87, 与纯生物成因硅质成分接近, 表明了页岩中石英的生物成因[6, 7]

3.2 超压环境对脆性的控制作用

前人研究表明超压环境对自生石英的形成具有明显的控制作用, 基本查明超压背景下自生石英含量随时间的变化规律[16, 17]。一般来说, 自生石英形成需要的Si4+主要有3种来源:①压溶作用; ②蒙脱石的伊利石化; ③铝硅酸盐矿物、硅质化石和火山玻璃的溶解。由于超压的存在, 减缓了机械压实作用, 减轻了石英颗粒点接触, 使得页岩中压溶作用微乎其微, 产生极其少量的Si4+。超压对有机酸形成具有推迟作用, 但不会影响有机酸生成的总量, 有机酸会对铝硅酸盐矿物和碳酸盐岩矿物产生溶蚀, 产生Si4+。从晚志留世末期开始进入低成熟阶段, 有机质热演化成熟度(Ro)大于0.5%时开始产生少量的未熟油和少量烃类, 晚二叠纪末Ro> 0.7%, 进入生油窗, 大量石油生成, 随着埋藏深度的进一步加大, 热演化程度加深, 到早侏罗世开始生干气, 页岩达到最大埋深约为6 000 m, Ro达到3.0%时, 热演化基本停止。由于晚白垩世以来受板块碰撞挤压应力影响, 地层强烈抬升剥蚀, 剥蚀量约3 500 m。经历上述过程的龙马溪组页岩普遍具有超压现象, 页岩储层的超压形成机制包括干酪根成熟作用、烃类裂解、水热增压、黏土矿物转化以及其他相关的成岩作用、流体传导作用等引起的增压作用[18, 19]。除了生烃等增压作用外, 构造侧向挤压可以形成异常高的地层压力。构造应力直接作用于沉积物颗粒, 对地层压力的作用通过压实作用表现出来, 构造应力对地层压力的作用可视为侧向的压实作用。构造挤压所形成的超压增量在构造应力消失后, 随之减弱为零。笔者统计了长宁、威远、昭通、焦石坝等12个地区页岩纳米孔隙分布数据, 结果表明我国海相页岩孔隙主要为有机质内部的纳米孔隙, 占60%~70%。有机质纳米孔隙演化可分为3个阶段:①页岩生烃前的孔隙主要是矿物粒间孔和粒内孔, 以粒间孔为主, 受沉积环境及成岩作用控制和影响; ②干酪根开始降解生烃, 形成干酪根内部孔隙及有机质和黏土矿物复合体孔隙; ③石油开始二次裂解生气, 海绵状有机孔的大量存在是高演化条件下烃类二次裂解成气的标志。超压对页岩气保存富集具有重要的控制作用, 同时对页岩硅质成分形成具有明显的控制作用。

3.3 成岩演化对脆性的控制作用

页岩在成岩演化过程中, 一方面受到黏土矿物转化作用提高了地层水介质中的Si4+浓度, 另一方面受有机质产生的有机酸溶蚀作用影响, 流体中Si4+浓度的不断加大, 地层中将发生广泛石英重结晶作用, 产生大量微晶石英, 由于黏土矿物的层状结构, 导致微晶石英沿着黏土矿物层理面大量分布, 页岩的层理和脆性得到明显加强, 产生隐伏缝网, 此过程即为自生脆化作用(图8)。

图8 页岩成岩过程中的自生脆化作用模式图

黏土矿物成因石英在龙马溪组页岩样品中较为常见, 该类石英与伊利石、绿泥石等黏土矿物相间存在, 主要以微晶板片状石英为主, 其产状可以平行于页岩水平层理, 也可以垂直于页岩水平层理。自生石英形成后沿着水平层理或垂直层理分布, 强化了石英两个方向的层理, 产生隐伏缝网, 促进了页岩气可改造性。龙马溪组上段页岩为浅海陆棚沉积, 组成矿物以陆相碎屑为主, 颗粒集合体在沉积埋深过程中逐渐混入由藻类(主要为蓝藻)及其他浮游生物分解所形成的有机质, 由于蓝藻等藻类的有机质产率较低, 以及前海相对较弱的还原环境, 造成有机质生成不高。在随后的机械压实过程中, 黏土颗粒在上覆压力作用下旋转、定向排列形成岩石的受力骨架。当埋深达到一定的深度时(对应温度60~130 ℃), 出现最早的化学胶结作用, 即蒙脱石向伊利石转化形成伊/蒙混层, 同时析出SiO2作为胶结物连接不同的矿物颗粒, 致使骨架弹性迅速增大从而“ 抵抗” 机械压实作用的进步一步进行。龙马溪组下段页岩为深海陆棚沉积, 较强的还原环境以及红藻、褐藻等生物的繁盛, 造成生物分解过程不但形成大量的有机质同时使海水富硅, 当硅质达到一定浓度时逐渐析出形成大量生物成因的石英颗粒, 形成的石英颗粒同时作为胶结物使骨架刚性增加从而减弱了机械压实作用的影响, 这种作用不仅减弱了黏土颗粒的定向, 而且还使得原生粒间孔隙得以保存, 更有利于有机质的赋存。硅质生物溶解会造成海水硅质过饱和, 高硅质饱和度会增加蒙脱石矿物的稳定性, 不利于其向伊利石或混层矿物转化, 生物成因石英及其胶结作用早于蒙脱石向伊利石转化所形成的石英及其胶结物。

南方海相龙马溪组黑色页岩有机质成熟度普遍大于2.5%, 页岩成岩演化已进入晚成岩阶段, 黏土矿物转化作用进行程度较高, 蒙脱石中层间水在一定的物理化学条件下不断析出, 从地层水介质中吸取K+、Na+、Mg2+等离子, 黏土矿物晶体结构重新排列, 形成伊蒙混层或蒙脱石/绿泥石混层, 如果地层水介质充足, 温度压力条件具备, 蒙脱石全部转化为伊利石或绿泥石。现存南方海相龙马溪组页岩中黏土矿物主要以伊利石、伊蒙混层及绿泥石为主, 伊利石含量平均值为40%~50%, 伊蒙混层主要以伊利石为主, 混层比介于10%~20%, 说明龙马溪组页岩早期蒙脱石在转化过程中孔隙水为碱性介质, 并且在一定时间内富含Fe2+和Mg2+, 蒙脱石主要转化为伊利石和绿泥石。在其转化过程中, 产生了大量的Si4+, 进一步提高了地层水介质的Si4+浓度, 有利于重结晶作用的发生。

4 页岩成岩过程中自生脆化作用的地质意义

页岩在成岩过程中经历石英的溶蚀、重结晶作用, 页岩力学性质产生了重要变化, 脆性因石英含量增加和岩石结构的变化得到增强, 为后期改造形成复杂缝网提供了重要的物质基础, 具有4个方面的重要地质意义。

4.1 自生脆化作用改变了岩石结构, 增强了页岩的岩石强度

龙马溪组下部页岩富含有机质和生物成因石英, 上部为富含陆源石英和少量生物的页岩, 岩石成分差异导致成岩演化过程的差异。由于有机质数量的不同在演化过程中影响了地层水介质, 导致成岩演化过程中上部和下部地层发生明显分异作用, 下部地层成岩过程中流体的性质对成岩演化发挥了关键作用, 黏土矿物的转化、有机酸化、矿物重结晶、流体侵入等作用均会导致页岩中流体性质的变化, 地层中流体性质的变化制约了自生石英形成的数量, 如丰富有机质沉积, 成岩演化过程中产生大量的有机酸溶解石英, 有机酸通过在矿物的表面及溶液中形成络合物, 有效地降低了矿物表面反应的活化能, 通过重结晶产生大量微晶石英和重新排列, 大幅度提高了页岩的岩石强度。

4.2 自生脆化作用减弱了压实作用, 改善了页岩的储集空间

龙马溪组页岩成岩过程中自生脆化作用使得页岩中的石英含量得到大幅度提升。石英具有较大的莫氏硬度, 经过自生脆化形成的网状石英结晶体提高了页岩的抗压实能力, 保护了页岩形成的各种纳米孔隙, 改善了页岩的储集空间。页岩抗压强度的提升降低了压实造成的破坏作用, 使得页岩演化过程中形成的大量纳米孔隙得到最大程度的保存, 从而形成丰富的储集空间。龙马溪组上部页岩有机质含量低, 成岩演化过程中有机酸产生少, 对生物石英和陆源石英溶蚀程度低, 地层水介质中的石英Si4+浓度不高, 重结晶作用不明显, 难以形成大量沿黏土层间分布的微晶石英, 上部页岩脆性加强程度明显低于下部页岩。

4.3 自生脆化作用提高了页岩可改造性, 有机质丰度成为页岩气评价的核心要素

由于页岩成岩过程中的自生脆化作用广泛存在, 有机质演化程度高的页岩一般具有较高的脆性, 因此, 评价页岩有机质丰度成为页岩气地质评价的核心要素。有机质演化到最后提供了大量的液态烃, 液态烃的气泡成孔机制形成了大量的纳米孔隙, 形成了页岩气主要储集空间[20]; 同时, 丰富的有机质演化为石英的自生结晶提供大量的硅离子, 促进了重结晶的发生和脆性的提高。因此, 有机质含量是页岩气地质评价中的第一核心要素。龙马溪组下部页岩有机质丰富, 在自生脆化作用机制和气泡成孔机制作用下形成丰富的隐伏缝网和储集空间, 使其成为优质页岩。

4.4 自生脆化作用提高页岩脆性更易于破碎, 使后期构造活动的强度成为评价选区的关键要素之一

南方海相页岩沉积埋藏后, 经历了印支运动、喜马拉雅运动等较为长期地质演化过程, 同时成岩过程中的自生脆化作用提高了页岩的脆性, 使页岩在受到构造运动时更加容易发生破碎变形, 如四川盆地除了保存在盆内稳定区的龙马溪组页岩较为完整外, 盆地周缘构造活动强烈区页岩都呈现比较破碎的状态, 破碎状态下页岩裂隙发育, 页岩气大量散失。因此, 在自生脆化作用发生的情况下, 构造活动的强度的评价成为页岩气地质评价选区的关键要素之一。

5 结论

1)页岩在其沉积、埋藏、成岩演化过程中发生成岩变化, 提高了石英含量, 形成隐伏缝网, 利于后期改造形成复杂流通通道。龙马溪组成岩早期SiO2的赋存状态为陆源石英和蛋白石、燧石等, 在成岩中晚期, 石英通过溶蚀作用、黏土矿物转化作用、重结晶作用等形成大量自生微晶、次生加大石英, 并沿着黏土矿物层面分布, 强化了层理, 形成隐伏性的缝网, 提高了页岩的可改造性。

2)有机质在地质演化过程中对提高页岩脆性发挥了正向促进作用, 促进了自生微晶石英形成, 提高了页岩脆性。

3)页岩成岩演化中发生的页岩自生脆化作用改变了岩石结构, 增加了岩石强度, 改变了页岩孔隙特征, 改善了页岩的储集空间, 改变了页岩气富集控制条件, 使构造运动强度的评价成为页岩气地质评价的关键要素之一。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 邹才能, 董大忠, 王社教, 李建忠, 李新景, 王玉满, . 中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力[J]. 石油勘探与开发, 2010, 37(6): 641-653.
Zou Caineng, Dong Dazhong, Wang Shejiao, Li Jianzhong, Li Xinjing, Wang Yuman, et al. Geological characteristics, formation mechanism and resource potential of shale gas in China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2010, 37(6): 641-653. [本文引用:1]
[2] 邹才能, 杨智, 陶士振, 李伟, 吴松涛, 侯连华, . 纳米油气与源储共生型油气聚集[J]. 石油勘探与开发, 2012, 39(1): 13-26.
Zou Caineng, Yang Zhi, Tao Shizhen, Li Wei, Wu Songtao, Hou Lianhua, et al. Nano-hydrocarbon and the accumulation in coexisting source and reservoir[J]. Petroleum Exploration and Development, 2012, 39(1): 13-26. [本文引用:1]
[3] 郭旭升, 胡东风, 魏志红, 李宇平, 魏祥峰. 涪陵页岩气田的发现与勘探认识[J]. 中国石油勘探, 2016, 21(3): 24-37.
Guo Xusheng, Hu Dongfeng, Wei Zhihong, Li Yuping & Wei Xiangfeng. Discovery and exploration of Fuling shale gas field[J]. China Petroleum Exploration, 2016, 21(3): 24-37. [本文引用:1]
[4] 王玉满, 李新景, 董大忠, 张晨晨, 王淑芳. 上扬子地区五峰组—龙马溪组优质页岩沉积主控因素[J]. 天然气工业, 2017, 37(4): 9-20.
Wang Yuman, Li Xinjing, Dong Dazhong, Zhang Chenchen & Wang Shufang. Main factors controlling the sedimentation of high-quality shale in Wufeng-Longmaxi Fm, Upper Yangtze region[J]. Natural Gas Industry, 2017, 37(4): 9-20. [本文引用:1]
[5] 尉鹏飞, 张金川, 隆帅, 彭建龙, 邓恩德, 吕艳南, . 四川盆地及周缘地区龙马溪组页岩微观孔隙结构及其发育主控因素[J]. 中国石油勘探, 2016, 21(5): 42-51.
Wei Pengfei, Zhang Jinchuan, Long Shuai, Peng Jianlong, Deng Ende, Yannan, et al. Characteristics and controlling factors of microscopic pore structure of Longmaxi Formation in Sichuan Basin and its periphery[J]. China Petroleum Exploration, 2016, 21(5): 42-51. [本文引用:1]
[6] 王淑芳, 邹才能, 董大忠, 王玉满, 黄金亮, 郭召杰. 四川盆地富有机质页岩硅质生物成因及对页岩气开发的意义[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2014, 50(3): 476-486.
Wang Shufang, Zou Caineng, Dong Dazhong, Wang Yuman, Huang Jinliang & Guo Zhaojie. Biogenic silica of organic-rich shale in Sichuan Basin and its significance for shale gas[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2014, 50(3): 476-486. [本文引用:2]
[7] 刘江涛, 李永杰, 张元春, 刘双莲, 蔡英杰. 焦石坝五峰组—龙马溪组页岩硅质生物成因的证据及其地质意义[J]. 中国石油大学学报(自然科学版), 2017, 41(1): 34-41.
Liu Jiangtao, Li Yongjie, Zhang Yuanchun, Liu Shuanglian & Cai Yingjie. Evidences of biogenic silica of Wufeng-Longmaxi Formation shale in Jiaoshiba area and its geological significance[J]. Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), 2017, 41(1): 34-41. [本文引用:2]
[8] 郭旭升, 胡东风, 文治东, 刘若冰. 四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素——以焦石坝地区五峰组—龙马溪组为例[J]. 中国地质, 2014, 41(3): 893-901.
Guo Xusheng, Hu Dongfeng, Wen Zhidong & Liu Ruobing. Major factors controlling the accumulation and high productivity in marine shale gas in the Lower Paleozoic of Sichuan Basin and its periphery: A case study of the Wufeng-Longmaxi Formation of Jiaoshiba area[J]. Geology in China, 2014, 41(3): 893-901. [本文引用:1]
[9] 陈旭, 樊隽轩, 王文卉, 王红岩, 聂海宽, 石学文, . 黔渝地区志留系龙马溪组黑色笔石页岩的阶段性渐进展布模式[J]. 中国科学: 地球科学, 2017, 47(6): 720-732.
Chen Xu, Fan Junxuan, Wang Wenhui, Wang Hongyan, Nie Haikuan, Shi Xuewen, et al. Stage-progressive distribution pattern of the Lungmachi black graptolitic shales from Guizhou to Chongqing, central China[J]. SCIENTIA SINICA Terrae, 2017, 47(6): 720-732. [本文引用:1]
[10] 樊隽轩, Melchin MJ, 陈旭, 王怿, 张元动, 陈清, . 华南奥陶—志留系龙马溪组黑色笔石页岩的生物地层学[J]. 中国科学: 地球科学, 2012, 42(1): 130-139.
Fan Junxuan, Melchin MJ, Chen Xu, Wang Yi, Zhang Yuand ong, Chen Qing, et al. Biostratigraphy and geography of the Ordovician-Silurian Lungmachi black shales in South China[J]. SCIENTIA SINICA Terrae, 2012, 42(1): 130-139. [本文引用:1]
[11] 李双建, 肖开华, 沃玉进, 周雁, 龙胜祥. 中上扬子地区上奥陶统—下志留统烃源岩发育的古环境恢复[J]. 岩石矿物学杂志, 2009, 28(5): 450-458.
Li Shuangjian, Xiao Kaihua, Wo Yujin, Zhou Yan & Long Shengxiang. Palaeo-environment restoration of Upper Ordovician-Lower Silurian hydrocarbon source rock in Middle-Upper Yangtze area[J]. Acta Petrologica et Mineralogica, 2009, 28(5): 450-458. [本文引用:1]
[12] 聂海宽, 金之钧, 边瑞康, 杜伟. 四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气“源—盖控藏”富集[J]. 石油学报, 2016, 37(5): 557-571.
Nie Haikuan, Jin Zhijun, Bian Ruikang & Du Wei. The "source-cap hydrocarbon-controlling" enrichment of shale gas in Upper Ordovician Wufeng Formation-Lower Silurian Longmaxi Formation of Sichuan Basin and its periphery[J]. Acta Petrolei Sinica, 2016, 37(5): 557-571. [本文引用:1]
[13] 曾祥亮. 四川盆地及其周缘下志留统龙马溪组页岩气研究[D]. 成都: 成都理工大学, 2011.
Zeng Xiangliang. A study on shale gas of Lower Silurian Longmaxi Formation in Sichuan Basin and its peripheral areas[D]. Chengdu: Chengdu University of Technology, 2011. [本文引用:1]
[14] Ross DJK & Bustin RM. Shale gas potential of the Lower Jurassic Gordondale Member, northeastern British Columbia, Canada[J]. Bulletin of Canadian Petroleum Geology, 2007, 55(1): 51-75. [本文引用:1]
[15] 杨建民, 王登红, 毛景文, 张作衡, 张招崇, 王志良. 硅质岩岩石化学研究方法及其在“镜铁山式”冶铁矿床中的应用[J]. 岩石矿物学杂志, 1999, 18(2): 108-120.
Yang Jianmin, Wang Denghong, Mao Jingwen, Zhang Zuoheng, Zhang Zhaochong & Wang Zhiliang. The petrochemical research method for silicalite and its application to the "Jingtieshan Type" iron deposits[J]. Acta Petrologica et Mineralogica, 1999, 18(2): 108-120. [本文引用:1]
[16] 王佳, 谭先锋, 曾春林, 陈青, 冉天, 薛伟伟, . 泥质岩成岩系统过程及其对SiO2赋存状态的制约——以渝东南地区龙马溪组为例[J]. 地球科学进展, 2017, 32(3): 292-306.
Wang Jia, Tan Xianfeng, Zeng Chunlin, Chen Qing, Ran Tian, Xue Weiwei, et al. Process of diagenetic system in shale and its restrict on occurrence of SiO2: A case study of the Longmaxi Formation in the southeast district of Chongqing[J]. Advances in Earth Science, 2017, 32(3): 292-306. [本文引用:1]
[17] 孟元林, 许丞, 谢洪玉, 田伟志, 童传新, 刘景环, . 超压背景下自生石英形成的化学动力学模型[J]. 石油勘探与开发, 2013, 40(6): 701-707.
Meng Yuanlin, Xu Cheng, Xie Hongyu, Tian Weizhi, Tong Chuanxin, Liu Jinghuan, et al. A new kinetic model for authigenic quartz formation under overpressure[J]. Petroleum Exploration and Development, 2013, 40(6): 701-707. [本文引用:1]
[18] 曹华, 龚晶晶, 汪贵锋. 超压的成因及其与油气成藏的关系[J]. 天然气地球科学, 2006, 17(3): 422-425.
Cao Hua, Gong Jingjing & Wang Guifeng. The cause of overpressure and its relationship with reservoir forming[J]. Natural Gas Geoscience, 2006, 17(3): 422-425. [本文引用:1]
[19] 陈志鹏, 梁兴, 张介辉, 王高成, 刘臣, 李兆丰, . 昭通国家级示范区龙马溪组页岩气储层超压成因浅析[J]. 天然气地球科学, 2016, 27(3): 442-448.
Chen Zhipeng, Liang Xing, Zhang Jiehui, Wang Gaocheng, Liu Chen, Li Zhaofeng, et al. Genesis analysis of shale reservoir overpressure of Longmaxi Formation in Zhaotong Demonstration Area, Dianqianbei Depression[J]. Natural Gas Geoscience, 2016, 27(3): 422-448. [本文引用:1]
[20] 刘洪林, 王玉满, 刘旭宁, 郭伟, 皮淑慧. 四川盆地龙马溪组页岩岩相特征及气泡成孔机制[J]. 天然气工业, 2017, 37(增刊1): 11-16.
Liu Honglin, Wang Yuman, Liu Xuning, Guo Wei & Pi Shuhui. Nanopore characteristics of Longmaxi Formation and forming mechanism of bubble to pore in marine shale of Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2017, 37(S1): 11-16. [本文引用:1]