赣东北页岩的岩石矿物特征

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[摘 要 ]本文就矿物成分反映的沉积环境特征,脆性矿物是页岩气成藏的重要条件,粘土矿物的影响,江西富有机质页岩矿物特征等几个方面进行了详细的分析!

[关 键 词 ]赣东 北页岩 岩石矿物 特征

[中图分类号] P587 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-2-89-1

0前言

页岩气或吸附于有机质和粘土矿物表面,或游离于孔隙和天然裂缝中,而矿物成分分析是进一步研究页岩储层吸附能力和基质孔隙度的基础.另外,矿物成分中的脆性矿物,如石英、方解石等,是控制裂缝发育程度的主要内在因素,直接影响储集空间和渗流通道.

页岩矿物成分及特征的主要作用有：

1矿物成分反映的沉积环境特征

江西下寒武统荷塘组的黑――灰黑色页岩属于典型的海相水生有机质富集层,是重要的烃源岩层系.根据X射线衍射结果表明：泥岩/页岩中石英含量较高,同时还可观测到白云石和方解石等自生矿物（图1）,以及黄铁矿等多种金属硫化物；扫描电镜下也观察到极细莓状黄铁矿大量存在.这些均表明研究区荷塘组浅海陆棚沉积环境.荷塘组这种还原沉积环境对有机质的富集和保存有利,为页岩气藏的形成提供了良好的沉积条件.

2脆性矿物是页岩气成藏的重要条件

粘土、石英和方解石是泥岩/页岩中的主要无机矿物成分,其相对组成的变化影响了岩石的力学性质、孔隙结构及其对气体的吸附能力,而脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙度和微裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式的重要因素.石英或长石等脆性矿物富集的页岩容易在外力作用下形成天然裂隙和诱导裂隙,有利于渗流和产生诱导裂缝,增产效果明显.岩石脆性与其矿物成分有关,目前主要认为来自生物硅酸盐的石英）和碳酸盐岩的方解石对此有重要贡献.尽管有研究认为碳酸盐矿物和硅酸盐矿物有减弱页岩层吸附甲烷的能力,也因降低页岩的孔隙度而使游离态页岩气的储存空间减少,但石英和方解石含量的增加,可使储层脆性提高,易形成天然裂缝和诱导裂隙,有利于页岩气的解吸和渗流,并增加游离态页岩气储存空间.

已有研究表明,北美具备商业开发条件的页岩,其脆性矿物含量一般高于40%,粘土矿物含量小于30%（表1）,石英含量被认为是页岩气成藏的重要条件之一.通过实验方法得到,泥页岩中SiO2含量较高时,页岩具有相对较低的TOC含量,孔隙类型主要以大孔为主,总孔隙度较低；而当页岩SiO2/Al2O3比值（相当于硅质含量与粘土含量之比）较小时,孔隙类型由大孔向中孔和微孔转变,总孔隙度增大,TOC含量也略为增高；另外,通过观察Bart页岩有机质颗粒三维形态特征,证实了石英颗粒可构成一个相对刚性格架,增强页岩的抗压实能力,有利于页岩中有机质微孔隙的保存.目前没有关于赣东北下寒武统黑色页岩矿物组成的具体数值的报道,通过对赣东北页岩样品X射线衍射测试后发现,其脆性矿物含量变化范围较大,与我国南方地区下古生界黑色页岩的矿物组成特征具有一致性.

3粘土矿物的影响

与脆性矿物相比,粘土矿物因具有较多的微孔隙和较大的比表面积,对气体有较强的吸附能力,特别是在有机碳含量较低的页岩中伊利石的吸附作用十分显著.但在水饱和情况下,粘土矿物对气体的吸附能力降低,且石英和碳酸盐矿物含量的增加,将降低页岩的孔隙,使游离气的储集空间减少,特别是方解石在埋藏过程中的胶结作用,将进一步减少孔隙.因此,对页岩气储层的评价,必须在粘土矿物、水分、石英、碳酸盐岩含量之间寻找一种平衡.

同时,粘土矿物对于孔隙的演化和保存具有重要作用,高岭石相对含量的变化与孔隙演化趋势一致,伊利石、绿泥石相对含量的变化与孔隙演化趋势相反.研究表明,粘土矿物中单矿物绿泥石和绿蒙混层组合形成的包膜,或孔隙充填绿泥石在孔隙保护中具有显著作用.粘土矿物具有极大的比表面积和表面自由能,对于外来流体侵入地层后发生的敏感性物理或化学反应,在压裂开发阶段需要重视.总体来说,粘土矿物对页岩气藏的形成和开发仍具有一定的积极意义.

4江西富有机质页岩矿物特征

赣东北有机质页岩中矿物成分主要以粘土矿物、石英、方解石、黄铁矿和白铁矿为主,其矿物成分变化趋势明显（表1）.

赣东北的页岩石英等脆性矿物可达50%以上（图2）,赣东北泥岩/页岩是理想的页岩气重点研究勘探开发层位；研究区要想获得高产气流,必须在深入研究矿物成分的基础上,寻求高资源量储层与易压裂性的优化匹配关系,开展最有效的压裂增产措施.