白斌，戴朝成，侯秀林，劉顯陽，王瑞，楊亮，李士祥，賀君玲，董若婧

（1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，南昌 330000；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院，西安 710018；4.中國(guó)石油大慶油田，黑龍江大慶 163453；5.中國(guó)石油吉林油田公司勘探開發(fā)研究院，吉林松原 138099）

0 引言

隨著頁巖油氣的勘探開發(fā)，富有機(jī)質(zhì)頁巖日趨成為研究熱點(diǎn)[1-5]。富有機(jī)質(zhì)頁巖的礦物成分以黏土礦物、長(zhǎng)石、石英、方解石為主，其中石英是頁巖儲(chǔ)集層中主要脆性富硅礦物，其含量被認(rèn)為是頁巖脆性和裂縫密度變化的主要原因，直接影響到頁巖的儲(chǔ)集性能和壓裂效果[6-8]。因此，石英含量也一直是評(píng)價(jià)頁巖儲(chǔ)集層有效性的重要指標(biāo)[9]。頁巖中石英分為碎屑石英和自生硅質(zhì)（本文自生硅質(zhì)包括隱晶、微晶和晶粒狀自生石英）兩大類，碎屑石英來自于盆外物源區(qū)，而自生硅質(zhì)則多形成于成巖階段，其來源主要有3種類型：①陸源硅，多賦存于陸源風(fēng)化產(chǎn)物硅酸鹽或鋁硅酸鹽等礦物，通常經(jīng)過長(zhǎng)英質(zhì)溶蝕和黏土礦物轉(zhuǎn)化等地球化學(xué)反應(yīng)釋放形成[10-13]；②生物硅，主要為一些富硅生物（如硅質(zhì)放射蟲、硅質(zhì)海綿骨針等）死亡后的遺骸堆積而成[14-17]；③熱液硅，與火山活動(dòng)或熱液流體活動(dòng)有關(guān)[18-19]。不同成因的硅質(zhì)成分，其元素地球化學(xué)特征也有所不同。陸源輸入的硅質(zhì)成分表現(xiàn)為同時(shí)高SiO2、Al2O3、TiO2、K2O、Na2O特征。一般生物成因的硅質(zhì)成分表現(xiàn)為高 SiO2、P2O5、Fe2O3特征，典型的熱液硅質(zhì)成分則表現(xiàn)為低 P2O5、高 TiO2、FeO 特征[20-23]。

前人對(duì)海相頁巖進(jìn)行了大量研究，生物硅、熱液硅和陸源硅在成巖過程對(duì)自生石英形成有不同程度的貢獻(xiàn)[24-25]，特別是生物硅與有機(jī)質(zhì)富集聯(lián)系緊密，貫穿整個(gè)頁巖“生烴—成藏”演化過程，是控制頁巖氣富集和高產(chǎn)的重要因素[26-28]。與海相頁巖相比，由于陸相頁巖賦存的湖盆受構(gòu)造變化影響大，沉積環(huán)境復(fù)雜，巖石類型變化快，陸相頁巖中生物硅相對(duì)缺乏，黏土礦物轉(zhuǎn)化和長(zhǎng)石溶解釋放陸源硅是硅質(zhì)的重要來源[9,29-31]，陸相頁巖不同成因自生硅質(zhì)賦存狀態(tài)及其對(duì)儲(chǔ)集性能、滲流能力與可壓性的影響還不太明確。因此本文選取松遼盆地白堊系青山口組一段和鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組 7段頁巖為研究對(duì)象，通過系統(tǒng)元素分析、X-射線衍射、普通薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光、電子探針及有機(jī)質(zhì)等測(cè)試分析，從礦物分析入手，明確頁巖自生硅質(zhì)來源和主要影響因素，開展自生硅質(zhì)對(duì)陸相頁巖儲(chǔ)集性能與儲(chǔ)集層壓裂改造效果評(píng)價(jià)，以期為陸相頁巖油最佳靶體優(yōu)選提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及分析方法

1.1 研究區(qū)概況

鄂爾多斯盆地是中國(guó)中部大型疊合盆地，由晉西撓褶帶、西緣逆沖帶、渭北隆起、北部伊盟隆起以及天環(huán)坳陷和伊陜斜坡 6個(gè)構(gòu)造單元組成。晚三疊世延長(zhǎng)組沉積期，受印支運(yùn)動(dòng)的影響，盆地形成面積大、水域?qū)挼拇笮蛢?nèi)陸坳陷淡水湖盆（見圖1a），期間沉積了 1套以河流—湖泊相為主的陸源碎屑巖地層，自下而上可劃分為10段，其中長(zhǎng)7段沉積時(shí)期為最大湖泛期，湖盆發(fā)育達(dá)到鼎盛，水生生物和浮游生物繁盛，有機(jī)質(zhì)豐富，發(fā)育深灰色泥巖、黑色泥巖和頁巖（見圖1b），其富有機(jī)質(zhì)頁巖分布穩(wěn)定，富含草莓狀黃鐵礦及超微化石[32-33]。

松遼盆地是中國(guó)東北部的一個(gè)大型中—新生代沉積盆地（見圖1c），白堊紀(jì)是盆地的主要發(fā)育階段，沉積了1套陸相火山巖、火山碎屑巖、河流相、湖泊相和沼澤相碎屑沉積巖，地層剖面完整，化石豐富[34]（見圖1d）。青山口組是中—高成熟頁巖油發(fā)育的有利層位。

圖1 鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組和松遼盆地白堊系青山口組沉積特征及地層柱狀圖（圖1a據(jù)文獻(xiàn)[34]修改）

1.2 樣品及分析方法

研究樣品來自鄂爾多斯盆地半深湖—深湖相X井和Y井長(zhǎng)7段、松遼盆地深湖相Z井和K井青山口組巖心樣品共計(jì)492塊，光學(xué)顯微鏡、X射線衍射礦物分析、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、陰極發(fā)光和電子探針均在東華理工大學(xué)核資源和環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。其中，光學(xué)顯微鏡使用儀器為德國(guó)Zeiss偏光顯微鏡；X射線衍射使用德國(guó)布魯克公司（D8advance）X射線衍射儀對(duì)0.075 mm（200目）粉末樣品進(jìn)行分析，其測(cè)試條件為Cu靶，電壓35 kV，電流15 mA；掃描電鏡使用儀器為Apreo的高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，在5 kV的工作電壓以及7.0 mm的工作距離下進(jìn)行觀察；陰極發(fā)光使用儀器為Axio Scope.A1/CL8200 MK5；電子探針使用JEOLJXA-8800M 型電子探針儀器，測(cè)試標(biāo)樣為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的礦物標(biāo)樣，工作條件為加速電壓 15 kV，探針電流10 mA，束斑直徑小于1 μm。TOC和有機(jī)質(zhì)熱解在中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司油氣地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)定TOC使用的儀器為CS-i碳硫分析儀，使用0.075 mm（200目）的粉末樣品在常溫常壓條件下完成；Rock-Eval熱解使用的儀器為法國(guó)Vinci Technologies。主微量元素在核工業(yè)地質(zhì)研究院完成，主量元素分析采用X射線熒光光譜儀，微量元素與稀土元素分析采用高分辨等離子體質(zhì)譜儀。氣體吸附在北京理化分析測(cè)試中心完成，測(cè)試儀器為比表面與孔隙度分析儀ASAP2460。

2 頁巖礦物組成和自生硅質(zhì)賦存狀態(tài)

2.1 頁巖礦物組成

頁巖礦物成分以黏土礦物、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、碎屑石英和方解石為主，礦物組成的變化是影響頁巖孔隙結(jié)構(gòu)及其烴類賦存的因素之一。對(duì)鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)73亞段頁巖322塊巖心樣品進(jìn)行X衍射測(cè)試，結(jié)果表明該段頁巖礦物組成以富黏土質(zhì)和長(zhǎng)英質(zhì)為主要特征（見圖2）。黏土礦物以伊利石為主，另含少量蒙脫石和高嶺石；碎屑礦物為長(zhǎng)石和石英；另外見有少量方解石、白云石、黃鐵礦、膠磷礦和磷灰石等。黏土礦物含量 11%～91%，變化較大，平均值為 65%。通過薄片和掃描電鏡觀察，黏土礦物中伊利石呈棉絮狀、毛發(fā)狀或長(zhǎng)薄板狀，與細(xì)小的石英、蒙脫石共生（見圖3a）；蒙脫石呈分散土狀、球狀、蠕蟲狀或透鏡狀，受壓實(shí)作用影響呈弱的定向性。碎屑礦物主要為石英，其次為斜長(zhǎng)石，并含有少量鉀長(zhǎng)石，其中石英含量為1%～57%，平均值為15%，石英顆粒表面較為光潔，呈顆粒狀、斑點(diǎn)狀產(chǎn)出（見圖3b）；斜長(zhǎng)石含量為 1%～18%，平均值約 5%，呈薄板狀、顆粒狀、棱角狀產(chǎn)出（見圖3c）；鉀長(zhǎng)石含量為1%～20%，平均值約6%，顆粒產(chǎn)出。長(zhǎng)7段頁巖除上述礦物外，還發(fā)育有大量自生硅質(zhì)，呈斑點(diǎn)狀和脈狀分布（見圖3d）。

圖2 松遼盆地青山口組和鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁巖礦物組成

對(duì)松遼盆地白堊系青山口組頁巖 170塊巖心樣品進(jìn)行X衍射測(cè)試，與鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁巖相比，青山口組頁巖中黏土礦物和方解石為主要礦物（見圖2），碎屑礦物包括長(zhǎng)石和石英，另外見有少量黃鐵礦、膠磷礦等。黏土礦物以伊利石為主（見圖3e），黏土礦物含量為2%～88%，平均值為63%。方解石主要為介殼類生物（見圖3f），含量差異較大，局部為介殼灰?guī)r夾層（見圖3g）。石英含量為1%～40%，平均值為10%。斜長(zhǎng)石含量為1%～8%，平均值約3%；鉀長(zhǎng)石含量1%～9%，平均約 4%。自生硅質(zhì)在頁巖和介殼灰?guī)r中存在較大差別，頁巖中石英呈斑點(diǎn)狀和脈狀分布（見圖3h），介殼灰?guī)r中自生石英呈粒狀和交代方解石產(chǎn)出（見圖3i）。

圖3 松遼盆地青山口組和鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁巖礦物顯微照片

2.2 頁巖自生硅質(zhì)成因類型及其特征

陸源硅酸鹽沉積物中微量元素鋯（Zr）穩(wěn)定存在，與SiO2含量呈正相關(guān)關(guān)系，是指示硅質(zhì)來源的重要參數(shù)[23,35]。研究區(qū)頁巖樣品中Zr含量和SiO2含量成正相關(guān)關(guān)系（見圖4a），表明陸源物質(zhì)是自生硅質(zhì)的重要來源；Al-Fe-Mn圖解一般用于表征燧石的形成環(huán)境[10,36]，大部分樣品都落在了非熱液成因的范圍內(nèi)（見圖4b），少量樣品落在熱液成因區(qū)，表明還有少量熱液硅質(zhì)輸入。在元素判別的基礎(chǔ)上，通過普通薄片、陰極發(fā)光和掃描電鏡觀察分析自生伊利石特征、蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化、碎屑石英壓溶、長(zhǎng)石溶蝕以及生物殼體被交代、溶蝕等現(xiàn)象，識(shí)別出 4種主要的自生硅質(zhì)類型，包括長(zhǎng)英質(zhì)溶解、凝灰質(zhì)脫玻化、黏土礦物轉(zhuǎn)化和硅質(zhì)交代的自生石英。利用陰極發(fā)光照片對(duì)自生硅質(zhì)含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于碎屑沉積物中石英的陰極發(fā)光類型與母巖類型有關(guān)，成巖作用過程中自生硅質(zhì)形成溫度一般小于300 ℃，陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)中不發(fā)光[37-38]，通過自編軟件“成分及裂縫分析軟件”拾取自生硅質(zhì)色譜（見圖5），經(jīng)圖像處理后自動(dòng)計(jì)算百分含量，扣除X衍射結(jié)果中黏土礦物百分含量即為自生硅質(zhì)百分含量。并對(duì)同一陰極發(fā)光照片經(jīng)“成分及裂縫分析軟件”和商業(yè)圖像識(shí)別軟件ImageJ處理結(jié)果相對(duì)比，兩者計(jì)算百分含量相差在2%以內(nèi)。

圖4 松遼盆地青山口組和鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁巖石英成因判別圖版

圖5 “成分及裂縫分析軟件”自動(dòng)識(shí)別自生硅質(zhì)百分含量

2.2.1 長(zhǎng)英質(zhì)溶解過程中形成的自生硅質(zhì)

長(zhǎng)石在埋藏成巖過程中的酸性條件下可發(fā)生溶解，最常見的是形成高嶺石，但如果地層中有富鉀流體存在，則長(zhǎng)石溶解會(huì)沉淀出伊利石。其過程是通過如下6個(gè)反應(yīng)進(jìn)行[34]：

鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 7段頁巖長(zhǎng)石溶解形成自生硅質(zhì)現(xiàn)象較為常見，以鈉長(zhǎng)石溶解為主，顆粒內(nèi)部孔被有機(jī)質(zhì)和硅質(zhì)充填。偏光顯微鏡下硅質(zhì)呈斑點(diǎn)狀和硅質(zhì)脈分布（見圖6a、圖6b），掃描電鏡下硅質(zhì)呈斑點(diǎn)狀，結(jié)晶程度較低，為含水蛋白石類礦物，部分硅質(zhì)交代膠磷礦（見圖 6c、圖 6d）。由長(zhǎng)石溶蝕形成的硅質(zhì)為鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 7段頁巖含量最高自生硅質(zhì)類型，在薄片中含量可達(dá) 25%。通過硅質(zhì)斑點(diǎn)探針分析，SiO2含量為53.7%～93.1%，平均值為67.2%，表明硅質(zhì)斑點(diǎn)中除自生硅質(zhì)外還含少量黏土礦物伊利石。松遼盆地青山口組頁巖也發(fā)育此類自生硅質(zhì)（見圖6e、圖6f），可見碎屑長(zhǎng)石溶蝕形成自生硅質(zhì)，同時(shí)殘留未蝕變長(zhǎng)石（見圖6g、圖6h），但含量相對(duì)較低。

2.2.2 凝灰質(zhì)脫?；纬傻淖陨栀|(zhì)

鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 7段頁巖中常見凝灰質(zhì)夾層，凝灰質(zhì)層厚度5～30 mm，單偏光下為淺褐色，以火山凝灰物質(zhì)為主（見圖6i），近水平層狀分布，含斷續(xù)狀有機(jī)質(zhì)條帶和分散狀有機(jī)質(zhì)碎片，尖棱角狀火山玻屑和晶屑分布于紋層中。在成巖過程中，由凝灰質(zhì)脫?；饔眯纬傻亩趸柚饕且詢煞N形態(tài)賦存，一種是非晶態(tài)二氧化硅[39]，呈不規(guī)則球粒狀，無棱角，顆粒間發(fā)育粒間孔隙[9]。另一種是自生石英，晶體形態(tài)特征較好（見圖6j），通過長(zhǎng)7段剖面縱向觀察，在靠近凝灰質(zhì)層附近自生石英含量明顯升高。

2.2.3 黏土礦物轉(zhuǎn)化過程中形成的自生硅質(zhì)

頁巖中黏土礦物的轉(zhuǎn)化可伴生二氧化硅沉淀[40]。在溫度大于70 ℃時(shí)，蒙脫石礦物向伊利石轉(zhuǎn)化，蒙脫石溶解使孔隙水中硅的濃度超過石英的飽和度，從而在黏土礦物周圍形成微米級(jí)的石英晶體。Metwally[41]通過研究皮埃爾頁巖，認(rèn)為黏土礦物的轉(zhuǎn)化過程中形成的自生硅質(zhì)，呈微米級(jí)板片狀或小晶片狀的形態(tài)嵌在黏土礦物中。利用掃描電鏡觀察延長(zhǎng)組和青山口組頁巖，黏土礦物中存在呈短鏈狀、板片狀的石英，顆粒直徑較小，大小介于2～8 μm，自形形態(tài)較好（見圖6k、圖6l），此類自生硅質(zhì)總體含量較低，約占全巖的1%～3%。

2.2.4 硅質(zhì)交代形成的自生石英

松遼盆地青山口組頁巖中發(fā)育大量平行排列的瓣鰓類生物介殼化石夾層。生物介殼含量較高層位為介殼灰?guī)r，介殼個(gè)體完整；生物介殼含量較低層位則形成介殼頁巖，介殼個(gè)體普遍受壓實(shí)作用影響呈扁平狀。介殼頁巖（灰?guī)r）中的生物介殼邊緣和體腔內(nèi)常常鑲嵌著大小不一的石英礦物，由介殼邊緣向內(nèi)逐漸增大（見圖3f、圖3i），此類石英在陰極發(fā)光下不發(fā)光，自生石英晶形較好，呈棱角狀，直徑為10～100 μm，能譜分析可見自生石英環(huán)帶。電子探針數(shù)據(jù)顯示，黏土礦物轉(zhuǎn)化析出的硅質(zhì)與長(zhǎng)石溶解形成的硅質(zhì)不僅能在礦物孔隙中生成石英，也能在生物介殼邊緣交代方解石，形成自形程度較好的石英。由介殼邊緣向內(nèi)，交代程度增加，SiO2含量由91.05%增加到96.03%，自生石英形態(tài)逐漸增大。同時(shí)硅質(zhì)除交代方解石外，在鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁巖中亦可交代膠磷礦等其他礦物（見圖6d）。

圖6 松遼盆地青山口組和鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁巖自生硅質(zhì)顯微照片

3 自生硅質(zhì)的垂向分布和影響因素

3.1 自生硅質(zhì)垂向分布

通過鄂爾多斯盆地X井和Y井長(zhǎng)7段、松遼盆地Z井和K井青山口組自生硅質(zhì)縱向分析，X井自生硅質(zhì)含量為0.3%～13.2%，平均值為4%，頁巖紋層發(fā)育段與紋層不發(fā)育段相對(duì)比，紋層發(fā)育段自生硅質(zhì)含量較高，其原因可能為紋層發(fā)育段有利于富硅質(zhì)流體運(yùn)移和結(jié)晶；Y井自生硅質(zhì)含量為 2.3%～13.6%，平均值為5.7%，縱向上夾凝灰質(zhì)層段，自生石英含量相對(duì)較高，TOC值與自生硅質(zhì)含量具有較好相關(guān)性（見圖7），含量較高層位為1 853.1～1 822.15 m井段；Z井自生硅質(zhì)含量為0.2%～11.0%，平均值為3.8%，與鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁巖相比，松遼盆地青山口組自生硅質(zhì)含量明顯降低，粉砂巖夾層和頁巖中自生硅質(zhì)含量相對(duì)泥巖含量較高，自生硅質(zhì)含量與TOC值也呈明顯正相關(guān)（見圖 8）；K 井自生硅質(zhì)含量為 0.2%～6.8%，平均值為3%，介殼灰?guī)r和介殼頁巖中自生硅質(zhì)含量較高，泥巖中自生硅質(zhì)含量相對(duì)較低，與TOC值呈弱正相關(guān)。

圖7 鄂爾多斯盆地Y井長(zhǎng)7段頁巖自生硅質(zhì)縱向變化柱狀圖

圖8 松遼盆地Z井青山口組頁巖自生硅質(zhì)縱向變化柱狀圖

3.2 自生硅質(zhì)發(fā)育的影響因素

通過對(duì) 492個(gè)樣品進(jìn)行自生硅質(zhì)和碎屑石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黏土礦物、TOC、熱解數(shù)據(jù)相關(guān)性分析（見表1），研究表明：①自生硅質(zhì)含量與碎屑石英含量呈正相關(guān)，鄂爾多斯盆地頁巖相關(guān)性相對(duì)于松遼盆地頁巖斜率更大，在有機(jī)酸的作用下，碎屑石英壓溶作用對(duì)形成自生石英所需硅質(zhì)來源的貢獻(xiàn)較大，如四川盆地須家河組砂巖中石英顆粒含量較高時(shí)通常為硅質(zhì)膠結(jié)，而長(zhǎng)石和巖屑含量較高時(shí)普遍為鈣質(zhì)膠結(jié)[13]。②自生硅質(zhì)和斜長(zhǎng)石也具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁巖中斜長(zhǎng)石溶蝕明顯，析出硅質(zhì)形成斑點(diǎn)狀結(jié)晶程度較低的蛋白石，松遼盆地青山口組頁巖長(zhǎng)石溶蝕相對(duì)較弱，因此長(zhǎng)石溶蝕形成自生硅質(zhì)含量較低。③黏土礦物含量與自生硅質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，黏土礦物含量越高，自生硅質(zhì)含量越低，這并不是否認(rèn)頁巖中黏土礦物的轉(zhuǎn)化可伴生二氧化硅沉淀，而是當(dāng)黏土礦物含量較高時(shí)，頁巖中對(duì)應(yīng)的碎屑石英含量降低，碎屑石英壓溶作用形成硅質(zhì)是頁巖形成自生硅質(zhì)主要來源，與碎屑石英壓溶作用形成自生硅質(zhì)相比，黏土礦物轉(zhuǎn)化形成自生硅質(zhì)含量相對(duì)較低。④有機(jī)質(zhì)含量高低可以改變成巖過程中酸性強(qiáng)弱，鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 7段頁巖TOC值為 0.46%～27.3%，平均值為6.6%，松遼盆地青山口組頁巖TOC值為0.2%～4.4%，平均值為1.8%，與長(zhǎng)7段頁巖TOC值相比，平均值降低了4.8%，長(zhǎng)7段頁巖自生硅質(zhì)平均含量為5.0%，青山口組頁巖自生硅質(zhì)平均含量為3.5%，造成青山口組頁巖自生硅質(zhì)相對(duì)于長(zhǎng) 7段含量低的可能原因是青山口組TOC值低，成巖過程中酸性相對(duì)較弱，溶蝕碎屑石英和長(zhǎng)石能力較低，以至于析出硅質(zhì)較少，進(jìn)而形成自生硅質(zhì)含量相對(duì)于長(zhǎng) 7段低，因此有機(jī)質(zhì)對(duì)自生硅質(zhì)形成具有一定促進(jìn)作用[42]。

表1 自生硅質(zhì)和碎屑石英、斜長(zhǎng)石、黏土礦物、TOC值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表

4 陸相頁巖中自生硅質(zhì)的油氣意義

4.1 自生硅質(zhì)與頁巖儲(chǔ)集性能評(píng)價(jià)

頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的形成與演化既與頁巖的原始物質(zhì)組成有關(guān)，也受成巖作用的影響，其中自生石英膠結(jié)作用對(duì)頁巖孔隙結(jié)構(gòu)具有雙重影響作用，既可以堵塞孔隙，也可以固化巖石骨架，保護(hù)原始孔隙，間接增加頁巖的孔隙度[43-46]。

鄂爾多斯盆地X井長(zhǎng)7段和松遼盆地K井青山口組頁巖壓汞和氣體吸附測(cè)試表明，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁巖自生硅質(zhì)平均百分含量為4.2%，頁巖儲(chǔ)集空間平均孔徑為22.48 nm，松遼盆地青山口組頁巖自生硅質(zhì)平均百分含量為3.4%，平均孔隙直徑為15.45 nm，長(zhǎng)7段和青山口組頁巖總體表現(xiàn)出自生硅質(zhì)含量越高，平均孔徑越大的正相關(guān)關(guān)系。中國(guó)南方海相頁巖成巖作用早期形成的生物石英會(huì)形成大量的粒間孔，同時(shí)可以構(gòu)成堅(jiān)硬的格架，避免了原生孔隙的進(jìn)一步壓實(shí)，為生油窗油氣的注入提供了空間[23]，對(duì)頁巖儲(chǔ)集層中的有機(jī)質(zhì)孔起到了保護(hù)作用。陸相淡水湖盆頁巖與海相頁巖相比，其硅質(zhì)來源存在差異；鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁巖硅質(zhì)主要為陸源，松遼盆地青山口組頁巖硅質(zhì)除陸源外，還有部分來源于生物硅。陸相頁巖自生硅質(zhì)同樣對(duì)孔隙具有良好的保護(hù)作用，自生硅質(zhì)附近原生孔常被保留下來（見圖 9a、圖 9b），為油氣的注入提供了空間（見圖9c），長(zhǎng)石溶蝕形成自生硅質(zhì)過程中發(fā)育大量10～20 nm級(jí)次生孔隙。因此，自生硅質(zhì)形成既可以保護(hù)陸相頁巖原始孔隙，同時(shí)增加 10～20 nm級(jí)次生孔隙，對(duì)頁巖孔隙的局部連通也具有一定的促進(jìn)作用。

圖9 松遼盆地青山口組頁巖中自生硅質(zhì)與孔隙結(jié)構(gòu)

4.2 自生硅質(zhì)與頁巖儲(chǔ)集層改造效果

通常來說，石英是碎屑巖中重要的脆性礦物，石英含量越高，脆性指數(shù)越高，越容易形成裂縫，同時(shí)表現(xiàn)為高楊氏模量和低泊松比，利于壓裂改造。但對(duì)于陸相頁巖而言，不同成因的自生硅質(zhì)顆粒大小和賦存狀態(tài)均存在差異，對(duì)儲(chǔ)集層壓裂改造效果存在明顯影響。其中，陸相富有機(jī)質(zhì)高黏土頁巖中自生硅質(zhì)顆粒偏小且多呈漂浮狀分散于黏土礦物內(nèi)部（見圖9b），對(duì)頁巖的可改造性較為有限，需要較高的壓裂才能實(shí)現(xiàn)有效改造；同時(shí)由于自生硅質(zhì)分散于黏土礦物中，而黏土礦物形成孔縫具有自愈合特征，易造成縫網(wǎng)重新閉合，降低縫網(wǎng)有效連通；而富有機(jī)質(zhì)長(zhǎng)英頁巖中陸源石英呈層狀，顆粒之間為線接觸，能夠有效提升人工裂縫的復(fù)雜程度，改善可改造性；壓裂后較為緊密接觸的剛性陸源石英顆粒也可有效支撐縫網(wǎng)，保持有效滲流通道。

因此，簡(jiǎn)單依靠利用X衍射全巖分析獲取石英含量，按照礦物含量計(jì)算頁巖油儲(chǔ)集層脆性指數(shù)，并不能真實(shí)反映頁巖油儲(chǔ)集層壓裂改造效果。

5 結(jié)論

通過鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組和松遼盆地青山口組頁巖自生硅質(zhì)分析，識(shí)別出長(zhǎng)英質(zhì)溶解、凝灰質(zhì)脫?；?、黏土礦物轉(zhuǎn)化和硅質(zhì)交代 4種成巖過程形成的自生硅質(zhì)類型。長(zhǎng)7段頁巖自生硅質(zhì)平均含量5.0%，青山口組頁巖自生硅質(zhì)平均含量3.5%。長(zhǎng)7段頁巖自生硅質(zhì)主要以長(zhǎng)石、石英溶解和凝灰質(zhì)脫?；峁┕栀|(zhì)，而青山口組頁巖主要以長(zhǎng)英質(zhì)溶解、黏土礦物轉(zhuǎn)化和硅質(zhì)交代形成自生硅質(zhì)。

不同成因自生硅質(zhì)在礦物學(xué)和成分上存在較大差異，長(zhǎng)石溶解形成自生硅質(zhì)常呈斑點(diǎn)狀和硅質(zhì)脈分布，結(jié)晶程度較低，為含水蛋白石類礦物，探針分析 SiO2含量為53.7%～93.1%，平均值為67.2%；由凝灰質(zhì)脫?；饔眯纬啥趸柚饕且苑蔷B(tài)二氧化硅和晶體形態(tài)較好自生硅質(zhì)兩種形態(tài)賦存；黏土礦物的轉(zhuǎn)化過程中形成的自生硅質(zhì)呈微米級(jí)板片狀或小晶片狀的形態(tài)嵌在黏土礦物中；硅質(zhì)交代形成的自生石英晶形較好，呈棱角狀，探針分析SiO2平均含量為87%。

自生硅質(zhì)含量與碎屑石英和長(zhǎng)石含量呈正相關(guān)，長(zhǎng)英質(zhì)壓溶作用對(duì)形成自生石英所需硅質(zhì)來源的貢獻(xiàn)最大，其次為黏土礦物轉(zhuǎn)化析出硅質(zhì)，有機(jī)質(zhì)對(duì)自生硅質(zhì)形成具有一定促進(jìn)作用，有機(jī)質(zhì)含量越高，越有利于自生硅質(zhì)形成。

陸相湖盆頁巖與海相頁巖相比，雖然硅質(zhì)來源存在差異，陸相頁巖自生硅質(zhì)對(duì)總孔隙具有促進(jìn)作用，但由于特殊賦存狀態(tài)與特征不同，自生石英分散于黏土礦物之中，黏土礦物具有自愈合特征，會(huì)降低裂縫連通性和有效性。因此，按照礦物含量計(jì)算頁巖儲(chǔ)集層脆性指數(shù)，并不能真實(shí)反映頁巖油儲(chǔ)集層壓裂改造效果。