盧龍飛，劉偉新，俞凌杰，張文濤，申寶劍，騰格爾

(1.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，無錫 214126；2.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，無錫 214126)

我國(guó)中上揚(yáng)子地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組和下志留統(tǒng)龍馬溪組下部發(fā)育一套生物成因的硅質(zhì)頁(yè)巖[1-3]，具有高硅質(zhì)、高有機(jī)碳、高孔隙度和高含氣性的“四高”特征[4-6]，是頁(yè)巖氣的主要富集層和開發(fā)“甜點(diǎn)”層。對(duì)該套頁(yè)巖成因的研究發(fā)現(xiàn)其中含有大量的硅質(zhì)生物——放射蟲和海綿骨針的碎屑和殘?bào)w，屬典型的生物成因，由內(nèi)源生物碎屑的原地沉積作用形成[7]。無獨(dú)有偶，北美地區(qū)多套頁(yè)巖氣富集層也恰好對(duì)應(yīng)于生物成因的硅質(zhì)頁(yè)巖層[8-11]，顯示生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖與頁(yè)巖氣的富集關(guān)系極為密切，表明二者具有普遍的關(guān)聯(lián)性。

成巖作用對(duì)儲(chǔ)集巖孔隙的形成、演化和保存起著極為重要的控制作用，對(duì)儲(chǔ)集巖的物性和孔隙結(jié)構(gòu)有決定性影響，作為非常規(guī)油氣儲(chǔ)層的頁(yè)巖也不例外，其總孔隙度和納米孔隙的發(fā)育依然受控于成巖演化過程。生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖能夠成為優(yōu)質(zhì)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)集巖,正是由于在成巖作用下形成并保存了較高的孔隙和具特征性的孔隙結(jié)構(gòu)[7, 12]。生物成因硅質(zhì)——蛋白石是一類含水的非晶態(tài)礦物，熱穩(wěn)定性極低，隨著地層溫壓條件的變化將向穩(wěn)定的礦物相石英轉(zhuǎn)化。然而，目前關(guān)于高—過成熟演化階段生物硅質(zhì)頁(yè)巖中石英由生物蛋白石轉(zhuǎn)化而來的過程以及該過程對(duì)頁(yè)巖物性與孔隙結(jié)構(gòu)的影響研究還較少，因此，進(jìn)行相關(guān)成巖演化與影響研究對(duì)深入認(rèn)識(shí)硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙演化的全過程非常重要。

我國(guó)南方五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖現(xiàn)今處于高演化階段[13-15]，其復(fù)雜的成巖過程較難恢復(fù)，限制了對(duì)該套生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖物性與孔隙系統(tǒng)演化的深入探討。通過多條剖面篩選選取多個(gè)低演化階段的生物蛋白石硅質(zhì)巖樣品系列，研究早期成巖作用過程中生物蛋白石礦物相變化和與其伴生的硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙的發(fā)育和結(jié)構(gòu)變化過程，并與高演化頁(yè)巖進(jìn)行對(duì)比，分析早期成巖變化和頁(yè)巖物性與孔隙系統(tǒng)的協(xié)同演化特征，為研究高演化硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙演化全過程，特別是在中低演化階段物性和孔隙系統(tǒng)變化以及對(duì)儲(chǔ)集性能的綜合影響提供依據(jù)。

1 樣品與分析方法

生物蛋白石硅質(zhì)巖樣品采自松遼盆地東北部嫩江地區(qū)，層位為下白堊統(tǒng)嫩江組嫩一段。作為對(duì)比的五峰組—龍馬溪組硅質(zhì)頁(yè)巖樣品采自四川盆地東南部丁山地區(qū)鉆井巖心樣品。

全巖礦物成分分析在德國(guó)布魯克公司D8 ADVANCE型X 射線衍射儀上完成，在溫度25 ℃和相對(duì)濕度50%的條件下，依據(jù)SY/T 5163-2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。儀器條件：Cu靶，X射線管電壓40 kV、電流100 mA，掃描速度4°(2θ)/min，掃描步寬0.02°(2θ)。樣品處理是在無污染條件下將頁(yè)巖樣品破碎至200目，取5g左右混合均勻的樣品粉末，采用正裝法制樣并進(jìn)行X 射線衍射分析，全巖礦物的定量分析在Rockquan 2012軟件平臺(tái)完成。

氦氣孔隙度在S-Pore 200型基質(zhì)孔隙度測(cè)定儀上進(jìn)行，壓力傳感器精度0.089 kPa，樣品室體積為50 cm3，孔隙最大壓力0.2 kPa，孔隙度測(cè)量范圍0～40%。利用氦氣測(cè)得巖石的骨架體積，通過巖石總體積與骨架體積計(jì)算求得孔隙度。鉆取直徑為2.5 cm，長(zhǎng)度為10 cm的柱塞樣品，放入烘箱內(nèi)在105 ℃條件下烘干24 h以上至恒重，記錄質(zhì)量。測(cè)試前先進(jìn)行樣品室和參比室體積標(biāo)定，然后將柱塞樣品放入樣品室，通入氦氣后壓力平衡時(shí)間在30 min以上。

氮?dú)獾葴匚皆诰⒐綣WBK-200C上進(jìn)行，吸附質(zhì)為N2。巖石樣品預(yù)先在脫氣站中進(jìn)行脫氣預(yù)處理，脫氣在150 ℃的N2環(huán)境中進(jìn)行，平衡壓力智能控制法，吸脫附孔徑分布分析六段優(yōu)化設(shè)置，可設(shè)壓力間隔范圍0.1～133 kPa,可靈活設(shè)置，全自動(dòng)調(diào)節(jié)。比表面積由Brunauer-Emmett-Teller (BET)方程計(jì)算得出，總孔體積為P/P0=0.995的氮?dú)馕搅哭D(zhuǎn)換為液氮的體積。孔隙分布特征采用密度泛函理論方法(QSDFT法)進(jìn)行計(jì)算。儀器的精度：比表面積重復(fù)精度≤±1.0%，微孔孔徑偏差≤0.02 nm。

高壓壓汞在麥克公司Autopore IV 9520型壓汞儀上進(jìn)行，進(jìn)汞壓力范圍0.003～413 MPa，進(jìn)汞/退汞體積測(cè)量精度為0.1 μL,孔徑測(cè)量范圍10 nm～1 000 μm。首先將頁(yè)巖樣品敲碎至3～5 cm左右碎塊，放入烘箱內(nèi)在110 ℃條件下烘干24 h以上。取出樣品稍作冷卻，將樣品放置壓汞專用樣品杯中，杯口密封后置于壓汞儀上進(jìn)行分析，初始抽真空條件為10-6kPa。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物蛋白石相變與硅質(zhì)頁(yè)巖早期成巖演化

X射線衍射分析的結(jié)果顯示，不同剖面的硅質(zhì)頁(yè)巖均主要由硅質(zhì)礦物組成，其他礦物含量較低，在10%以下。這些硅質(zhì)主要為蛋白石-A、蛋白石-CT和石英3種類型，它們的相對(duì)含量在各剖面也存在較明顯差別。木河剖面、恰塔剖面和嫩江剖面頁(yè)巖(MH、QT和NJ樣品系列)的蛋白石-A含量占總硅質(zhì)含量的35%以上，蛋白石-CT占55%以上，石英含量在10%以下。金家溝剖面頁(yè)巖(JJG樣品系列)蛋白石-A含量在10%以下，蛋白石-CT在35%～50%之間，石英含量在40%以上。鳥河和姚家村剖面頁(yè)巖(NH和YJC樣品系列)樣品石英含量占85%以上，蛋白石-CT在15%以下，不含蛋白石-A(圖1)。蛋白石-A和蛋白石-CT的存在指示各剖面頁(yè)巖均處于較低的成巖演化階段，但各硅質(zhì)礦物的不同相對(duì)含量則顯示它們的演化程度又略有不同。同時(shí)，鏡質(zhì)體反射率的測(cè)試結(jié)果顯示它們的Ro在0.3%～0.5%之間，亦表明它們的演化程度較低且稍有差異。

從圖1可以清楚地看出生物蛋白石在成巖作用過程中逐漸向晶體石英轉(zhuǎn)化的階段性過程。首先是蛋白石-A、蛋白石-CT和石英晶體3種物相共存階段，由于蛋白石-A非常不穩(wěn)定，略經(jīng)成巖就開始向蛋白石-CT轉(zhuǎn)化，這一階段大部分蛋白石-A已轉(zhuǎn)化為蛋白石-CT，僅有少量蛋白石-A殘余，同時(shí)含有極少量的石英晶體；隨著成巖的繼續(xù)進(jìn)行，即進(jìn)入蛋白石-CT和石英晶體2種物相共存階段，該階段蛋白石-A已完全轉(zhuǎn)化為蛋白石-CT，少部分蛋白石-CT轉(zhuǎn)化為石英晶體，但仍以蛋白石-CT為主體；第三階段則為石英晶體單一物相存在階段，蛋白石-CT全部演化為晶體石英。事實(shí)上，在硅質(zhì)生物骨架進(jìn)入沉積物埋藏的初始階段生物蛋白石全部以蛋白石-A形式存在，并經(jīng)演化進(jìn)入蛋白石-A和蛋白石-CT兩種物相共存階段[16]，由于本文所研究的樣品已經(jīng)歷了一定的演化，所處的是緊隨其后的3個(gè)演化階段，它們結(jié)合在一起就構(gòu)成了一套完整的生物蛋白石成巖演化序列。

蛋白石-A是一種高度無序，近乎為無定形結(jié)構(gòu)的含水的非晶質(zhì)硅質(zhì)物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)式為SiO2·nH2O。蛋白石-CT 則是由低溫鱗石英和低溫方石英2種結(jié)構(gòu)疇成一維堆垛無序形態(tài)所構(gòu)成的準(zhǔn)晶態(tài)硅質(zhì)礦物[17]。當(dāng)進(jìn)入沉積地層后，隨著地層溫度、壓力的增加或沉積年齡的增長(zhǎng)，生物蛋白石的溶解度和含水率逐漸降低，密度逐步增大，從不穩(wěn)定的非晶體結(jié)構(gòu)相蛋白石-A 逐步向化學(xué)性質(zhì)相似但結(jié)構(gòu)更為有序、穩(wěn)定程度更高的礦物相蛋白石-CT 轉(zhuǎn)化，再經(jīng)進(jìn)一步的脫水、結(jié)晶，最終轉(zhuǎn)化為具有晶體結(jié)構(gòu)的石英礦物。化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析表明，層狀硅質(zhì)巖由硅質(zhì)軟泥在成巖階段重結(jié)晶而成，主要受控于溫度、時(shí)間和埋深等，通常情況下溫度起主導(dǎo)作用。在較年輕的沉積地層中蛋白石-A向蛋白石-CT發(fā)生轉(zhuǎn)換反應(yīng)發(fā)生的溫度在30～50 ℃之間(對(duì)應(yīng)埋深數(shù)百米)，而在古老地層中則可發(fā)生在10～20 ℃范圍內(nèi)[18-20]。在某些沉積環(huán)境下，該轉(zhuǎn)化溫度還會(huì)降低，甚至在4 ℃之下也可以發(fā)生[21]。蛋白石-CT向石英的轉(zhuǎn)化溫度則較高，大多在60～80 ℃之間[22-23]。蛋白石-CT向燧石的轉(zhuǎn)變速率與溫度密切相關(guān)，溫度越高演化越快。BLATT等[24]的實(shí)驗(yàn)研究表明，在100 ℃時(shí)，該轉(zhuǎn)變需要40 ka，而在50℃時(shí)，這種固態(tài)相變就要約4Ma 的時(shí)間。由于蛋白石-A和蛋白石-CT的穩(wěn)定性都不高，成巖轉(zhuǎn)化的溫度和壓力條件相對(duì)較低，成巖較為迅速，因此在進(jìn)入沉積地層后不久就開始發(fā)生蛋白石-A向蛋白石-CT的轉(zhuǎn)化，在早期成巖階段即開始通過脫水和重結(jié)晶作用逐步向晶態(tài)的石英轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化完全后就基本上完成了硅質(zhì)頁(yè)巖的成巖定型，后期的成巖改造作用較弱。

圖1 生物蛋白石硅質(zhì)頁(yè)巖X射線衍射圖譜

2.2 蛋白石成巖演化對(duì)頁(yè)巖總孔隙的影響

硅質(zhì)生物主要營(yíng)浮游生活，體內(nèi)多孔，如放射蟲僅由幾支較大的硅質(zhì)骨骼構(gòu)成生物骨架，骨架內(nèi)部則由中空的囊體組成，囊體表面和囊內(nèi)均發(fā)育小孔和空腔[25-26]，海綿骨針則發(fā)育中空的體腔，它們死亡后沉降進(jìn)入沉積物，使整套沉積地層具有疏松、多孔特征，原生孔隙度較高，最高可達(dá)80%以上[27]。隨著埋深和溫度的增加，生物成因硅質(zhì)的主要礦物組分—蛋白石-A從不穩(wěn)定的礦物相逐步發(fā)生相變轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的礦物相，該相變過程硅質(zhì)頁(yè)巖的物性與孔隙結(jié)構(gòu)及巖石物理性質(zhì)也隨之發(fā)生變化。從表1可以看出在蛋白石-A殘留階段，硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙度在45%以上，甚至高達(dá)55%，孔容降最高達(dá)0.289 mL/g，比表面積最大達(dá)93.89 cm2/g。在蛋白石-A完全轉(zhuǎn)化為蛋白石-CT階段，頁(yè)巖的孔隙度降低至29%～45%之間，孔容降至0.076～0.098 mL/g，比表面積降至46.55～68.42 cm2/g。前人的研究結(jié)果顯示這一階段孔隙度值可降低至40%以下[28-29]，損失幅度較大，與本文研究結(jié)果基本一致。在石英單一物相存在階段，頁(yè)巖孔隙度進(jìn)一步降低至25%～29%，孔容降至0.040～0.063 mL/g，比表面積32.73～55.43 cm2/g，孔隙損失幅度明顯降低。上述變化說明，在成巖作用下生物蛋白石發(fā)生較快速的物相變化，相變過程對(duì)硅質(zhì)頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)及巖石物理性質(zhì)等影響較大，生物硅質(zhì)頁(yè)巖的孔隙度和孔容迅速降低，比表面積迅速減小，頁(yè)巖結(jié)構(gòu)從疏松狀態(tài)通過壓實(shí)固結(jié)趨于致密，同時(shí)由于石英的硬度較高使頁(yè)巖的硬度也隨之增大，抗應(yīng)力改造能力增強(qiáng)。

四川盆地現(xiàn)今高演化的五峰組—龍馬溪組底部硅質(zhì)頁(yè)巖中的硅質(zhì)礦物均以晶體石英形式存在[7]，孔隙度多在4%～8%(表1)。與低演化生物硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙度變化進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，從沉積物開始到蛋白石-A轉(zhuǎn)化為蛋白石-CT階段的孔隙度損失幅度較大，損失率在35%～50%以上，但從蛋白石-CT轉(zhuǎn)化為晶體石英階段孔隙度損失幅度明顯減小，損失率在5%～15%，再到后期高演化階段這一漫長(zhǎng)演化過程孔隙度損失也極為緩慢(表1)，損失率在15%左右。由于所分析高演化硅質(zhì)頁(yè)巖中的孔隙主要是充注于孔隙中的原油裂解后在原位形成的有機(jī)質(zhì)孔隙[30-32]，而并非所有的瀝青均發(fā)育孔隙，也就是說仍有部分原油裂解形成的瀝青占據(jù)著無機(jī)孔隙的空間，因此該演化階段硅質(zhì)頁(yè)巖原生孔隙度的損失量應(yīng)在15%以下，說明一旦生物蛋白石-A完成向準(zhǔn)晶體蛋白石-CT和晶體石英的重結(jié)晶轉(zhuǎn)化后，后期發(fā)生的成巖作用對(duì)硅質(zhì)頁(yè)巖原生孔隙的破壞程度就變得較為有限。

諸多研究發(fā)現(xiàn)，富含蛋白石的沉積地層在埋藏過程中會(huì)保持異常高的孔隙度，這是由于硅質(zhì)生物骨殼會(huì)形成堅(jiān)硬且開放的基質(zhì)，具有較強(qiáng)的抵御機(jī)械壓實(shí)作用的能力[33-34]。VOLPI等[27]證實(shí)，富含蛋白石沉積層在500 m的埋藏深度下孔隙度仍可保持在75%左右。隨著蛋白石經(jīng)重結(jié)晶作用向石英晶體不斷轉(zhuǎn)化，硅質(zhì)礦物的硬度不斷增強(qiáng)，由大量石英顆粒組成的硅質(zhì)頁(yè)巖的硬度持續(xù)增強(qiáng)，整體上構(gòu)成一個(gè)剛性的格架，從而形成了有效支撐系統(tǒng)，使得生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖的抗壓實(shí)能力大大提高，從而使大量原生孔隙得以良好保存，這為后期液態(tài)烴類的原位儲(chǔ)集提供了重要儲(chǔ)集空間。當(dāng)演化程度繼續(xù)增高時(shí)，充注其內(nèi)的液態(tài)烴開始裂解進(jìn)而形成有機(jī)孔隙，這時(shí)生物成因硅質(zhì)已完成向石英晶體的轉(zhuǎn)變，頁(yè)巖抗壓實(shí)能力增強(qiáng)，非常有利于塑性有機(jī)孔隙的保存，并使其在晚期強(qiáng)烈的應(yīng)力擠壓下仍能夠有效保持。生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖早期成巖階段機(jī)械壓實(shí)和化學(xué)壓實(shí)(壓溶)幾乎同步進(jìn)行，對(duì)頁(yè)巖物性改造作用強(qiáng)，雖然使相當(dāng)一部分的頁(yè)巖孔隙損失和減少，但同時(shí)使頁(yè)巖硬度增大，支撐和抗壓實(shí)能力增強(qiáng)，降低了成巖中后期原生孔隙的損失率，并對(duì)次生有機(jī)孔隙提供了有效的保護(hù)作用。生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖在早期成巖過程中快速成巖定型的特征是硅質(zhì)頁(yè)巖在成巖中后期和晚期仍能保持高孔隙的重要原因。

表1 蛋白石硅質(zhì)巖的孔隙度、孔容和比表面積變化特征

2.3 蛋白石成巖演化對(duì)硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響

將N2吸附密度泛函理論方法(DFT)的計(jì)算結(jié)果和高壓壓汞分析結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合，就得到硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙體積的全孔徑分布(圖2)，即利用孔隙直徑和孔容增量作圖，反映的是頁(yè)巖中不同大小孔隙的孔體積隨孔徑變化的分布特征。從圖3可以看出，對(duì)于不同演化程度的硅質(zhì)頁(yè)巖，在微孔(<2 nm)、介孔(2～50 nm)和大孔(>50 nm)3個(gè)孔隙區(qū)間范圍內(nèi)均有明顯的孔隙體積峰存在，在0.8～2 nm之間存在孤立不連續(xù)的數(shù)個(gè)孔體積峰，在4～30 nm之間存在一個(gè)連續(xù)分布的較大孔體積峰，而在50～10 000 nm之間的孔體積峰呈不連續(xù)狀態(tài)，單峰值變化較大。隨著演化程度的不斷增高，硅質(zhì)頁(yè)巖中所有孔隙均出現(xiàn)較大幅度的損失，但微孔保存程度最好，甚至有所增加，可能由部分損失的介孔和大孔轉(zhuǎn)化而來；其次是介孔，尤其是2～30 nm區(qū)間的介孔保存程度較好，大孔則在成巖演化過程中損失程度最大。

圖2 蛋白石硅質(zhì)頁(yè)巖與川東南五峰組—龍馬溪組硅質(zhì)頁(yè)巖孔體積—孔徑分布

結(jié)合X射線衍射分析所揭示的成巖變化來看，蛋白石-A、蛋白石-CT和石英三相共存態(tài)的介孔孔體積最大，其次是大孔和微孔，介孔體積的主峰在18 nm附近，大孔體積主峰在50 nm附近。在蛋白石-CT和石英兩相共存態(tài)，在介孔整體損失的情況下，10 nm以上介孔的損失尤為明顯，介孔體積的主峰發(fā)生明顯左移，出現(xiàn)在4～5 nm區(qū)間，同時(shí)大孔也有一定的損失，50～100 nm的大孔較100 nm以上大孔損失程度高，微孔體積有所增加，但孔體積貢獻(xiàn)最大的仍然是介孔，其次是大孔。在石英單相態(tài)，微孔、介孔和大孔損失幅度減小，總體結(jié)構(gòu)與蛋白石-CT和石英晶體共存態(tài)相似。由于用于分析的該階段的頁(yè)巖熱成熟度已達(dá)2.2%左右，其孔隙已由原生的無機(jī)孔隙經(jīng)液態(tài)烴充注和裂解在其內(nèi)形成有機(jī)孔隙，孔體積分布總體向小孔徑方向變化(圖2)。通過上述分析可以看出，在生物蛋白石成巖的物相變化過程中，不同孔徑大小的孔隙受成巖改造的程度存在較大的差異性。

2.4 硅質(zhì)頁(yè)巖總孔隙和孔徑分布演化特征

結(jié)合不同演化程度生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖總孔隙和孔徑分布特征，初步建立了生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖的孔隙和孔徑分布演化模式(圖3)。硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙演化主要分為三大階段:(1)第一大階段為生物蛋白石成巖物相轉(zhuǎn)化階段，這一階段頁(yè)巖孔隙大幅損失，由80%以上迅速降低至25%左右，降低了約55%。在蛋白石-A向蛋白石-CT轉(zhuǎn)化過程中，頁(yè)巖總孔隙度先從80%以上快速降低至30%左右，在繼續(xù)向石英轉(zhuǎn)化的過程中則緩慢降至25%左右，呈先快速和后緩慢的兩段式變化。這一階段作為孔隙主體的大孔和介孔損失十分明顯，但微孔卻呈略為增加的趨勢(shì)。(2)第二大階段為干酪根生烴階段，這一階段孔隙繼續(xù)減少[35]，根據(jù)四川盆地五峰組—龍馬溪組高演化頁(yè)巖孔隙度范圍推斷可下降至5%以下，降低了約20%，這一階段在由成巖作用引起孔隙繼續(xù)少量損失的同時(shí)，隨著干酪根熱解生烴并在生烴高峰期液態(tài)烴占據(jù)了頁(yè)巖內(nèi)部大部分孔隙而干酪根本身形成的孔隙又少于液態(tài)烴占據(jù)孔隙的量，導(dǎo)致頁(yè)巖總孔隙降至最低。此時(shí)大部分大孔和介孔被液態(tài)烴充注，只剩余部分微孔，總孔隙空間很小。(3)第三大階段為液態(tài)烴熱裂解階段，該階段液態(tài)烴開始裂解生氣，大量有機(jī)孔隙形成，出現(xiàn)液態(tài)烴所占據(jù)孔隙的內(nèi)部擴(kuò)容現(xiàn)象，使頁(yè)巖總孔隙逐漸增大，最大可增至8%～10%左右，然后隨著成巖與熱演化的繼續(xù)進(jìn)行，總孔隙又趨于緩慢降低，此時(shí)孔隙以介孔和微孔為主，大孔數(shù)量較少。

圖3 成巖過程生物蛋白石物相轉(zhuǎn)化序列與頁(yè)巖孔隙演化特征

3 結(jié)論

(1)生物成因硅質(zhì)礦物以非晶態(tài)的蛋白石形式存在，隨著成巖作用進(jìn)行逐步向穩(wěn)定的晶態(tài)礦物相轉(zhuǎn)變。生物蛋白石-A發(fā)生脫水和重結(jié)晶作用較早，在成巖作用早期即完成了向準(zhǔn)晶態(tài)蛋白石-CT和晶態(tài)石英的轉(zhuǎn)變過程。其成巖演化序列共包括蛋白石單相態(tài)、蛋白石-A與蛋白石-CT兩相共存態(tài)、蛋白石-A、蛋白石-CT與石英三相共存態(tài)、蛋白石-CT與石英兩相共存態(tài)和石英單相態(tài)五大礦物相態(tài)。

(2)在非晶體蛋白石-A向準(zhǔn)晶體蛋白石-CT和晶體石英轉(zhuǎn)化過程中，除頁(yè)巖物理性質(zhì)有所改變外，硅質(zhì)頁(yè)巖的總孔隙和孔隙結(jié)構(gòu)也發(fā)生較明顯變化。在蛋白石-A向蛋白石-CT轉(zhuǎn)變過程中，總孔隙從80%以上快速降至30%～45%左右，在蛋白石-CT向石英轉(zhuǎn)化過程中孔隙度緩慢降至25%～30%，降低速率迅速減小，表現(xiàn)出快速降低和慢速降低兩段式變化特征。同時(shí)前一階段大孔損失較多，微孔損失較小，后一階段介孔損失較多，大孔損失較少，微孔則略有增加，應(yīng)為部分所損失的大孔和介孔轉(zhuǎn)化而來。孔隙組成也從以大孔和介孔為主開始向以介孔和微孔為主轉(zhuǎn)變。

(3)生物蛋白石穩(wěn)定性低，成巖轉(zhuǎn)化迅速，生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖在成巖作用早期就完成了成巖定型。生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖早期成巖階段機(jī)械壓實(shí)和化學(xué)壓實(shí)(壓溶)近乎同步進(jìn)行，對(duì)頁(yè)巖物性改造作用強(qiáng)，使頁(yè)巖孔隙減小同時(shí)硬度增大，支撐和抗壓實(shí)能力增強(qiáng)，進(jìn)而使中后期和晚期成巖作用的改造和破壞變?nèi)?。生物成因硅質(zhì)頁(yè)巖早期快速成巖定型的特性是其在成巖中后期與晚期仍能夠保持高孔隙特征的根本原因。