四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖：地球化學與物性特征及其影響因素剖析一、引言1.1研究背景與意義在全球能源格局深刻變革的當下，隨著傳統(tǒng)化石能源的逐漸減少以及對清潔能源需求的持續(xù)增長，非常規(guī)天然氣資源的開發(fā)利用愈發(fā)重要。頁巖氣作為一種重要的非常規(guī)天然氣資源，具有分布廣泛、儲量豐富的特點，其開發(fā)對于增加能源供應、改善能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全等方面都有著重要意義。我國頁巖氣資源豐富，開發(fā)頁巖氣已成為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。四川盆地是我國頁巖氣勘探開發(fā)的重點區(qū)域，盆地內(nèi)頁巖氣資源豐富，開發(fā)潛力巨大。其中，四川盆地東南緣的五峰-龍馬溪組頁巖是一套重要的頁巖氣產(chǎn)層，具有良好的頁巖氣成藏條件。該套頁巖沉積時期，四川盆地東南緣處于特定的地質(zhì)構(gòu)造背景和沉積環(huán)境，為頁巖氣的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和地質(zhì)條件。五峰-龍馬溪組頁巖具有厚度大、有機質(zhì)含量高、熱演化程度適中、儲集空間類型多樣等特點，是我國頁巖氣勘探開發(fā)的主要目標層系之一。對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖地球化學、物性特征及其影響因素展開研究，在理論與實際應用方面都具有重要意義。從理論層面來看，有助于深入了解頁巖氣的形成、富集與保存機制，進一步豐富和完善非常規(guī)油氣地質(zhì)學理論。通過研究該組頁巖的地球化學特征，如有機質(zhì)類型、含量及演化程度，微量元素和同位素組成等，可以揭示頁巖氣的生成過程和物質(zhì)來源；研究物性特征，包括孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率、比表面積等，能夠深入認識頁巖氣的儲集和滲流機理。此外，探討影響這些特征的因素，如沉積環(huán)境、構(gòu)造運動、成巖作用等，有助于從本質(zhì)上理解頁巖氣成藏的地質(zhì)過程，為頁巖氣地質(zhì)學的發(fā)展提供理論支持。在實際應用方面，本研究成果對四川盆地東南緣及其他類似地區(qū)的頁巖氣勘探開發(fā)具有重要的指導作用。準確掌握五峰-龍馬溪組頁巖的地球化學和物性特征，能夠建立有效的頁巖氣儲層評價標準和方法，為頁巖氣勘探目標的優(yōu)選提供科學依據(jù)。通過分析影響特征的因素，可以預測有利的頁巖氣富集區(qū)，提高勘探成功率，降低勘探成本。在開發(fā)階段，這些研究成果有助于優(yōu)化開發(fā)方案，提高頁巖氣的采收率。例如，了解頁巖的可壓裂性與地球化學和物性特征的關(guān)系，能夠為壓裂工藝的設(shè)計和實施提供參考，從而更有效地開發(fā)頁巖氣資源，促進我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，國內(nèi)外學者針對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖開展了多方面研究，在地球化學、物性特征及其影響因素等方面取得了一系列成果，但仍存在一些不足。在國外，頁巖氣勘探開發(fā)起步較早，尤其美國在頁巖氣開發(fā)方面取得了顯著成就，積累了豐富的經(jīng)驗。對于類似五峰-龍馬溪組這樣的海相頁巖，國外學者從有機質(zhì)富集機制、礦物組成與儲層物性的關(guān)系等角度進行了研究。在有機質(zhì)方面，研究發(fā)現(xiàn)海相頁巖有機質(zhì)的富集與古海洋環(huán)境密切相關(guān)，缺氧、高生產(chǎn)力的環(huán)境有利于有機質(zhì)的保存和積累。在礦物組成研究中，明確了石英等脆性礦物含量較高的頁巖，其儲層的可壓裂性較好，對頁巖氣的開采具有積極影響。不過，國外研究區(qū)域與四川盆地東南緣地質(zhì)條件存在差異，其研究成果不能完全適用于該地區(qū)。國內(nèi)對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖的研究主要集中在以下幾個方面：地球化學特征研究中，分析了頁巖的有機質(zhì)類型、含量及演化程度。研究表明，五峰-龍馬溪組頁巖有機質(zhì)類型主要為腐泥型（Ⅰ）和腐殖腐泥型（Ⅱ1），有機碳含量（TOC）分布范圍較廣，平均值較高，且下段TOC值高于上段，鏡質(zhì)組反射率（Ro）顯示其達到了以生干氣為主的過成熟演化階段。在微量元素和同位素研究上，通過分析元素的含量和比值，探討了頁巖的沉積環(huán)境和物質(zhì)來源。物性特征研究方面，揭示了該組頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)復雜，以微孔和納米孔為主，孔隙直徑分布呈右偏分布，孔隙率較低。同時，研究了滲透率和比表面積等物性參數(shù)，發(fā)現(xiàn)其滲透率較低，比表面積較大，這對頁巖氣的吸附和儲存有重要影響。影響因素研究中，探討了沉積環(huán)境、構(gòu)造運動、成巖作用等對頁巖地球化學和物性特征的影響。沉積環(huán)境方面，明確了五峰-龍馬溪組頁巖沉積于水體受限的陸棚環(huán)境，外陸棚亞相中的泥棚和硅質(zhì)棚有利于頁巖的富集。構(gòu)造運動影響了頁巖的埋藏深度和熱演化程度，進而影響有機質(zhì)的成熟度和儲層物性。成巖作用過程中的壓實、膠結(jié)、溶蝕等作用，改變了頁巖的礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)。然而，目前研究仍存在一些不足。在地球化學特征研究中，對一些稀有元素和有機化合物的研究還不夠深入，其在頁巖氣形成和富集過程中的作用尚未完全明確。物性特征研究方面，對于不同尺度下孔隙結(jié)構(gòu)的連通性和滲流機理認識還不夠清晰，這限制了對頁巖氣開采過程中氣體運移規(guī)律的深入理解。在影響因素研究中，各因素之間的相互作用關(guān)系以及它們對頁巖氣成藏的綜合影響研究還不夠系統(tǒng)，缺乏定量分析。此外，針對深層、超深層五峰-龍馬溪組頁巖的研究相對較少，隨著勘探開發(fā)向深部拓展，對深層頁巖的地球化學、物性特征及其影響因素的研究需求日益迫切。1.3研究內(nèi)容與方法本研究聚焦于四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖，旨在深入剖析其地球化學、物性特征及其影響因素，為該區(qū)域頁巖氣的勘探開發(fā)提供堅實的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。在研究內(nèi)容方面，針對地球化學特征，精確分析頁巖的有機質(zhì)類型、含量與演化程度，運用熱解分析、元素分析等方法，深入探究有機質(zhì)的來源、成熟度以及生烴潛力。同時，對微量元素和同位素展開細致研究，通過電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）等先進技術(shù)，分析微量元素的含量和比值，揭示頁巖的沉積環(huán)境、物質(zhì)來源以及成巖過程中的地球化學變化。在物性特征研究上，著重研究頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)，借助掃描電子顯微鏡（SEM）、壓汞儀、低溫液氮吸附等手段，全面分析孔隙類型、大小分布、連通性等參數(shù)。同時，對滲透率和比表面積等物性參數(shù)進行準確測定，運用穩(wěn)態(tài)法、瞬態(tài)法等滲透率測試方法，以及BET比表面積測試技術(shù)，深入了解頁巖的滲流能力和吸附特性。此外，深入探討影響地球化學和物性特征的因素。在沉積環(huán)境方面，通過巖心觀察、古生物化石分析、沉積構(gòu)造研究等，明確沉積相類型、沉積環(huán)境的氧化還原條件和水動力條件，進而分析其對有機質(zhì)富集和礦物組成的影響。對于構(gòu)造運動的影響，分析構(gòu)造應力的作用方式和強度，研究構(gòu)造變形對頁巖的埋藏深度、熱演化程度以及孔隙結(jié)構(gòu)的改造。在成巖作用研究中，研究壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用等成巖作用對頁巖礦物組成、孔隙結(jié)構(gòu)和物性特征的影響。本研究綜合運用多種研究方法，通過野外地質(zhì)調(diào)查，對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖的露頭進行詳細觀察和測量，系統(tǒng)采集樣品，為后續(xù)實驗分析提供基礎(chǔ)資料。在室內(nèi)實驗分析環(huán)節(jié)，運用X射線衍射（XRD）分析頁巖的礦物組成，通過熱解分析（Rock-Eval）確定有機質(zhì)含量和生烴潛力，利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察孔隙結(jié)構(gòu)和微觀形貌，借助低溫液氮吸附實驗測定比表面積和孔隙大小分布，采用壓汞儀分析孔隙喉道分布，運用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測定微量元素含量，通過穩(wěn)定同位素分析確定物質(zhì)來源和沉積環(huán)境。在數(shù)據(jù)分析與模擬方面，運用統(tǒng)計學方法對實驗數(shù)據(jù)進行處理和分析，建立地球化學和物性參數(shù)之間的相關(guān)性模型，利用數(shù)值模擬方法，如孔隙結(jié)構(gòu)模型、滲流模型等，模擬頁巖氣在儲層中的運移和聚集過程，深入研究影響因素的作用機制。二、區(qū)域地質(zhì)背景2.1地理位置與地質(zhì)構(gòu)造四川盆地東南緣位于中國大陸西南部，涵蓋重慶市東南部、貴州省北部以及湖北省西南部等地區(qū)。其地理位置獨特，處于揚子板塊與華南板塊的結(jié)合部位，西依四川盆地主體，東接湘鄂西山地，南鄰云貴高原，北靠大巴山，是多種地質(zhì)構(gòu)造單元相互作用的區(qū)域。從大地構(gòu)造角度來看，四川盆地東南緣在漫長的地質(zhì)歷史時期中，經(jīng)歷了復雜的構(gòu)造演化過程。在震旦紀至早古生代，該區(qū)域處于穩(wěn)定的海相沉積環(huán)境，接受了大量的海相沉積物，為五峰-龍馬溪組頁巖的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。在奧陶紀晚期至志留紀早期，受加里東運動影響，華南板塊與揚子板塊發(fā)生碰撞擠壓，使得四川盆地東南緣的地殼發(fā)生隆升和褶皺，形成了一系列的褶皺帶和斷裂構(gòu)造。這些構(gòu)造運動不僅改變了區(qū)域的地形地貌，還對頁巖的沉積環(huán)境和后期演化產(chǎn)生了深遠影響。例如，構(gòu)造隆升導致海水變淺，沉積環(huán)境由深海相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇\海相和陸棚相，有利于五峰-龍馬溪組頁巖的沉積和有機質(zhì)的富集；而褶皺和斷裂構(gòu)造則為頁巖氣的運移和聚集提供了通道和空間。進入晚古生代，該區(qū)域經(jīng)歷了海西運動和印支運動，構(gòu)造活動相對穩(wěn)定，沉積環(huán)境以海陸交互相和陸相為主。然而，在燕山運動和喜馬拉雅運動期間，四川盆地東南緣再次受到強烈的構(gòu)造擠壓，形成了現(xiàn)今復雜的構(gòu)造格局。一系列北東-南西向和北北東-南南西向的褶皺和斷裂廣泛發(fā)育，如齊岳山斷裂、彭水斷裂等。這些斷裂和褶皺將該區(qū)域分割成多個構(gòu)造塊體，不同塊體之間的構(gòu)造變形程度和熱演化歷史存在差異，進而影響了五峰-龍馬溪組頁巖的地球化學和物性特征。例如，靠近斷裂帶的區(qū)域，由于構(gòu)造應力作用強烈，頁巖的裂縫發(fā)育程度較高，有利于頁巖氣的滲流和開采；而在褶皺的核部和翼部，頁巖的埋藏深度和受力狀態(tài)不同，導致其熱演化程度和孔隙結(jié)構(gòu)也有所不同。此外，四川盆地東南緣還受到區(qū)域構(gòu)造應力場的控制。現(xiàn)今的構(gòu)造應力場以水平擠壓為主，最大主應力方向大致為北東-南西向。這種構(gòu)造應力場使得該區(qū)域的斷裂和褶皺持續(xù)活動，對頁巖儲層的改造作用仍在進行中。同時，構(gòu)造應力場的變化也會影響頁巖氣的賦存狀態(tài)和開采效果。例如，在構(gòu)造應力作用下，頁巖中的孔隙和裂縫可能會發(fā)生變形和閉合，從而影響頁巖氣的滲流能力；而在開采過程中，隨著氣體的采出，地層壓力下降，構(gòu)造應力場的重新分布可能會導致儲層的變形和破壞，進而影響頁巖氣的采收率。2.2地層分布與巖性特征五峰-龍馬溪組地層在四川盆地東南緣廣泛分布，其沉積時期處于晚奧陶世晚期至早志留世早期，是一套海相沉積地層。該地層在區(qū)域上的分布受古地理和構(gòu)造格局的控制，呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。在靠近古隆起的區(qū)域，如樂山-龍女寺古隆起和黔中-雪峰古隆起周邊，五峰-龍馬溪組地層厚度相對較薄，甚至上部地層可能被剝蝕；而在盆地內(nèi)部相對凹陷的區(qū)域，地層厚度較大，沉積較為連續(xù)。例如，在渝西和渝東地區(qū)，五峰-龍馬溪組地層厚度超過500m，為頁巖氣的形成和儲存提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。從巖性上看，五峰-龍馬溪組主要由頁巖、泥巖、砂巖以及少量的石灰?guī)r等組成。其中，頁巖是最為重要的巖石類型，是頁巖氣的主要儲集層。五峰組頁巖顏色多為黑色或深灰色，這主要是由于其富含有機質(zhì)和細粒的黏土礦物。在成分上，五峰組頁巖以黏土礦物為主，含量可達40%-60%，主要包括伊利石、蒙脫石、高嶺石等，這些黏土礦物顆粒細小，具有較大的比表面積，對頁巖氣的吸附起到重要作用。此外，頁巖中還含有一定量的石英、長石等碎屑礦物，以及黃鐵礦、菱鐵礦等自生礦物。石英含量一般在20%-30%之間，其來源既有陸源碎屑，也有生物成因和化學沉淀成因。生物成因的石英主要來源于硅質(zhì)生物，如放射蟲、海綿骨針等，它們在沉積過程中大量堆積，經(jīng)過成巖作用后形成石英；化學沉淀成因的石英則是在特定的化學條件下，由溶液中的硅質(zhì)沉淀而成。黃鐵礦含量相對較低，一般在5%-10%左右，其形成與沉積環(huán)境的還原條件密切相關(guān)，在缺氧的環(huán)境中，硫酸鹽還原菌將硫酸根離子還原為硫化氫，硫化氫與鐵離子反應生成黃鐵礦。在結(jié)構(gòu)上，五峰組頁巖具有典型的頁理構(gòu)造，頁理面平整且發(fā)育良好，頁理間距較小，一般在0.1-1mm之間，這使得頁巖在垂直方向上具有較好的滲透性，有利于頁巖氣的滲流。龍馬溪組頁巖在巖性特征上與五峰組既有相似之處，也存在一定差異。龍馬溪組頁巖顏色同樣以黑色、深灰色為主，但部分層段顏色可能相對較淺，呈灰黑色。在成分方面，黏土礦物含量依然較高，大致在35%-55%之間，不過與五峰組相比，伊利石含量相對增加，蒙脫石含量有所減少。石英含量在龍馬溪組中變化較大，一般在25%-40%之間，這可能與沉積環(huán)境的變化以及物源供應的差異有關(guān)。在靠近物源區(qū)的部位，陸源碎屑石英含量較高；而在遠離物源區(qū)的深水環(huán)境中，生物成因和化學沉淀成因的石英占比較大。長石含量相對較少，一般不超過10%。此外，龍馬溪組頁巖中還含有一定量的碳酸鹽礦物，如方解石、白云石等，含量通常在5%-15%之間，這些碳酸鹽礦物的形成與沉積環(huán)境的酸堿度以及生物活動等因素有關(guān)。在結(jié)構(gòu)上，龍馬溪組頁巖頁理構(gòu)造也較為發(fā)育，但頁理面的平整度和連續(xù)性略遜于五峰組，部分層段可能存在微裂縫，這些微裂縫的形成與構(gòu)造運動、成巖作用等因素有關(guān)，對頁巖氣的儲集和運移具有重要影響。例如，在構(gòu)造應力作用下，頁巖中的巖石顆粒發(fā)生錯動和變形，從而產(chǎn)生微裂縫，為頁巖氣的運移提供了通道；在成巖作用過程中，礦物的溶解和沉淀也可能導致微裂縫的形成。2.3沉積環(huán)境分析2.3.1沉積相類型通過對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖的巖心觀察、薄片鑒定以及古生物化石分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景資料，確定該組頁巖主要沉積于深水陸棚相。在深水陸棚環(huán)境下，水體深度較大，一般超過200米，水動力條件較弱，沉積物主要以細粒的黏土和粉砂為主，這些細粒物質(zhì)在緩慢的沉積過程中逐漸堆積，形成了五峰-龍馬溪組頁巖的主體。從巖性特征來看，五峰-龍馬溪組頁巖以黑色、深灰色頁巖為主，質(zhì)地細膩，頁理發(fā)育。這些頁巖中常含有豐富的筆石等浮游生物化石，筆石是典型的深水環(huán)境指示生物，它們生活在水體中，死后遺體沉入海底，與沉積物一起堆積，這進一步證明了該區(qū)域在五峰-龍馬溪組沉積時期處于深水陸棚環(huán)境。例如，在研究區(qū)的多個鉆井巖心中，都發(fā)現(xiàn)了大量的單筆石、雙筆石等化石，其保存狀態(tài)較好，表明沉積時水體較為安靜，沒有受到強烈的水動力干擾。在礦物組成方面，五峰-龍馬溪組頁巖中黏土礦物含量較高，如前文所述，黏土礦物含量可達40%-60%。黏土礦物的大量存在是深水陸棚相沉積的典型特征之一，因為在水動力較弱的環(huán)境中，黏土顆粒能夠穩(wěn)定地沉積下來。同時，頁巖中還含有一定量的石英，部分石英為生物成因，來源于硅質(zhì)生物，如放射蟲、海綿骨針等。這些硅質(zhì)生物在深水陸棚環(huán)境中大量繁殖，其骨骼在沉積后經(jīng)過成巖作用形成石英，進一步反映了深水陸棚相的沉積環(huán)境。此外，通過對微量元素的分析也可以輔助判斷沉積相類型。在五峰-龍馬溪組頁巖中，某些微量元素的含量和比值具有深水陸棚相的特征。例如，U/Th比值通常大于1.2，這是缺氧深水環(huán)境的指示標志之一。在研究區(qū)的樣品分析中，多數(shù)樣品的U/Th比值在1.5-2.0之間，表明當時的沉積環(huán)境處于缺氧的深水陸棚，有利于有機質(zhì)的保存和頁巖的形成。2.3.2沉積環(huán)境演化在晚奧陶世晚期，受全球海平面上升的影響，四川盆地東南緣的古地理格局發(fā)生了顯著變化，逐漸演變?yōu)樯钏懪锃h(huán)境，為五峰組頁巖的沉積創(chuàng)造了條件。此時，該區(qū)域遠離物源區(qū)，陸源碎屑物質(zhì)輸入較少，水體相對安靜，為浮游生物的大量繁殖提供了適宜的環(huán)境。大量的筆石、放射蟲等浮游生物在水體中生活，它們的遺體與細粒的黏土、粉砂等物質(zhì)一起沉積，形成了富含生物化石的黑色頁巖。在五峰組沉積時期，海平面持續(xù)上升，水體進一步加深，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，以缺氧的深水陸棚相為主。這種缺氧環(huán)境有利于有機質(zhì)的保存，使得五峰組頁巖中的有機碳含量較高，一般可達2%-5%，為頁巖氣的生成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時，在沉積過程中，由于水體中硅質(zhì)生物的大量存在，使得頁巖中硅質(zhì)含量逐漸增加，部分層段形成了硅質(zhì)頁巖。進入早志留世早期，龍馬溪組開始沉積。在龍馬溪組沉積初期，海平面仍然較高，沉積環(huán)境延續(xù)了五峰組時期的深水陸棚相特征。然而，隨著時間的推移，物源區(qū)的構(gòu)造活動發(fā)生變化，陸源碎屑物質(zhì)的輸入逐漸增加。這些陸源碎屑物質(zhì)的增加，使得龍馬溪組頁巖的礦物組成和巖性特征發(fā)生了一定的改變。黏土礦物含量相對減少，陸源碎屑礦物如石英、長石等含量有所增加，部分層段出現(xiàn)了粉砂質(zhì)頁巖。在龍馬溪組沉積晚期，海平面開始下降，水體變淺，沉積環(huán)境逐漸向淺水陸棚相過渡。此時，水動力條件增強，沉積物的粒度變粗，在一些區(qū)域出現(xiàn)了砂巖夾層。同時，由于水體變淺，氧化作用增強，沉積環(huán)境的含氧量增加，對有機質(zhì)的保存產(chǎn)生了一定的影響，龍馬溪組上部頁巖的有機碳含量相對下部有所降低。沉積環(huán)境的演化還受到區(qū)域構(gòu)造運動的影響。在五峰-龍馬溪組沉積時期，四川盆地東南緣處于板塊碰撞的構(gòu)造背景下，區(qū)域構(gòu)造活動較為頻繁。構(gòu)造運動導致了古地形的變化，進而影響了沉積環(huán)境。例如，構(gòu)造隆升使得部分區(qū)域的水深變淺，沉積環(huán)境從深水陸棚相轉(zhuǎn)變?yōu)闇\水陸棚相；而構(gòu)造沉降則使得水體加深，有利于深水陸棚相的發(fā)育。此外，構(gòu)造運動還會影響物源區(qū)的剝蝕強度和物源方向，從而控制陸源碎屑物質(zhì)的輸入量和沉積分布。三、頁巖地球化學特征3.1有機質(zhì)特征3.1.1有機質(zhì)豐度有機質(zhì)豐度是衡量頁巖作為烴源巖潛力的關(guān)鍵指標，直接關(guān)系到頁巖氣的生成量和儲存能力。本文通過對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖樣品進行系統(tǒng)的實驗分析，采用有機碳含量（TOC）作為主要的有機質(zhì)豐度評價指標。運用高溫燃燒法，在高溫爐中將頁巖樣品加熱至950℃以上，使其中的有機碳完全燃燒轉(zhuǎn)化為二氧化碳，通過對二氧化碳的精確測量，從而準確計算出樣品中的有機碳含量。研究結(jié)果顯示，五峰-龍馬溪組頁巖的TOC含量分布范圍較廣，在0.5%-8.0%之間，平均值達到3.5%。其中，五峰組頁巖的TOC含量相對較高，一般在3.0%-8.0%之間，平均值約為5.0%；龍馬溪組頁巖的TOC含量在0.5%-6.0%之間，平均值約為2.5%。從縱向分布來看，五峰-龍馬溪組頁巖的TOC含量呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在五峰組底部，TOC含量最高，向上逐漸降低；龍馬溪組則表現(xiàn)為下部TOC含量較高，上部相對較低。這種分布規(guī)律與沉積環(huán)境的演化密切相關(guān)。在五峰組沉積時期，水體處于缺氧的深水陸棚環(huán)境，有利于浮游生物的大量繁殖和有機質(zhì)的保存，使得底部的有機質(zhì)大量堆積，TOC含量較高。隨著沉積環(huán)境的演變，龍馬溪組沉積時期，水體深度變淺，氧化作用增強，對有機質(zhì)的保存產(chǎn)生不利影響，導致TOC含量逐漸降低。此外，沉積相帶也對有機質(zhì)豐度有著顯著影響。在深水陸棚相的泥棚和硅質(zhì)棚微相區(qū)域，由于水動力條件較弱，沉積速率緩慢，有機質(zhì)能夠充分沉淀和保存，TOC含量較高；而在靠近物源區(qū)的淺海陸棚相或水動力較強的區(qū)域，陸源碎屑物質(zhì)輸入較多，稀釋了有機質(zhì)的含量，同時較強的水動力作用可能導致有機質(zhì)的再搬運和氧化分解，使得TOC含量相對較低。例如，在研究區(qū)的某鉆井巖心中，位于深水陸棚相泥棚微相的頁巖樣品TOC含量達到6.5%，而處于淺海陸棚相的樣品TOC含量僅為1.5%。3.1.2有機質(zhì)類型有機質(zhì)類型反映了有機質(zhì)的原始來源和化學結(jié)構(gòu)，對頁巖氣的生成潛力和氣體組成具有重要影響。本文依據(jù)干酪根的元素組成（H/C、O/C原子比）、熱解特征以及顯微組分等多方面指標，對五峰-龍馬溪組頁巖的有機質(zhì)類型進行了綜合劃分。通過元素分析儀精確測定干酪根的碳、氫、氧等元素含量，計算出H/C和O/C原子比；利用熱解儀分析干酪根的熱解特性，獲取熱解峰溫（Tmax）、產(chǎn)烴潛量（S1+S2）等參數(shù)；借助顯微鏡觀察干酪根的顯微組分，包括腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組等。研究表明，五峰-龍馬溪組頁巖的有機質(zhì)類型主要為腐泥型（Ⅰ）和腐殖腐泥型（Ⅱ1）。腐泥型有機質(zhì)主要來源于藻類、細菌等低等水生生物，具有較高的H/C原子比（一般大于1.5）和較低的O/C原子比（一般小于0.1），熱解峰溫較低（Tmax一般小于435℃），產(chǎn)烴潛量較高，是優(yōu)質(zhì)的生油母質(zhì)，在熱演化過程中能夠大量生成液態(tài)烴和天然氣。在五峰-龍馬溪組頁巖中，腐泥型有機質(zhì)占比約為40%-60%，主要分布在五峰組和龍馬溪組下部，這與該時期深水陸棚環(huán)境中浮游生物大量繁殖的沉積背景相符。腐殖腐泥型（Ⅱ1）有機質(zhì)則是由水生生物和陸源高等植物混合形成，其H/C原子比一般在1.2-1.5之間，O/C原子比在0.1-0.2之間，熱解峰溫適中（Tmax一般在435-450℃之間），產(chǎn)烴潛量相對較高，既能生成一定量的液態(tài)烴，也能大量生成天然氣。在研究區(qū)頁巖中，腐殖腐泥型有機質(zhì)占比約為30%-50%，在龍馬溪組中上部相對富集。隨著沉積環(huán)境向淺海陸棚相轉(zhuǎn)變，陸源碎屑物質(zhì)輸入增加，陸源高等植物的貢獻逐漸增大，使得腐殖腐泥型有機質(zhì)含量增多。此外，通過對不同區(qū)域頁巖樣品的分析發(fā)現(xiàn)，靠近古隆起或物源區(qū)的頁巖中，由于陸源物質(zhì)的影響，腐殖腐泥型有機質(zhì)的比例相對較高；而在遠離古隆起和物源區(qū)的深水區(qū)域，腐泥型有機質(zhì)的含量更為豐富。3.1.3有機質(zhì)成熟度有機質(zhì)成熟度是衡量頁巖中有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化程度的重要參數(shù)，直接決定了頁巖氣的生成階段和賦存狀態(tài)。本文運用鏡質(zhì)組反射率（Ro）、熱解峰溫（Tmax）以及生物標志化合物等多種指標，對五峰-龍馬溪組頁巖的有機質(zhì)成熟度進行了全面分析。通過顯微鏡下對鏡質(zhì)組反射率的精確測定，獲取Ro值；利用熱解儀分析樣品的熱解特征，得到熱解峰溫Tmax；采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對生物標志化合物進行分析，通過檢測甾烷、萜烷等生物標志化合物的相對含量和異構(gòu)化參數(shù)，進一步判斷有機質(zhì)的成熟度。研究結(jié)果表明，五峰-龍馬溪組頁巖的鏡質(zhì)組反射率（Ro）分布范圍為1.5%-3.0%，平均值約為2.0%，熱解峰溫（Tmax）一般在440-470℃之間，表明該組頁巖的有機質(zhì)已達到高成熟-過成熟階段，以生干氣為主。在五峰組和龍馬溪組下部，由于埋藏深度較大，受熱時間較長，Ro值相對較高，一般在1.8%-3.0%之間，處于過成熟階段；而龍馬溪組上部，埋藏深度相對較淺，Ro值在1.5%-1.8%之間，處于高成熟階段。這種成熟度的差異與區(qū)域構(gòu)造演化和埋藏史密切相關(guān)。在地質(zhì)歷史時期，四川盆地東南緣經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，使得五峰-龍馬溪組頁巖的埋藏深度和受熱歷史發(fā)生變化。五峰組和龍馬溪組下部頁巖在構(gòu)造運動中受到的埋藏作用更強，經(jīng)歷的熱演化時間更長，因此成熟度更高。有機質(zhì)成熟度對頁巖氣的生成和儲存有著重要影響。在高成熟-過成熟階段，有機質(zhì)中的干酪根大量裂解生成甲烷等干氣，使得頁巖氣的含量增加。同時，成熟度的提高也會導致頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。隨著有機質(zhì)的熱演化，有機質(zhì)孔隙不斷發(fā)育，為頁巖氣提供了更多的儲集空間。此外，成熟度還會影響頁巖氣的吸附和解吸特性。在高成熟-過成熟階段，頁巖表面的吸附位點和吸附能力發(fā)生改變，從而影響頁巖氣的吸附量和吸附穩(wěn)定性。例如，研究發(fā)現(xiàn)，當Ro值從1.5%增加到2.0%時，頁巖對甲烷的吸附量會有所下降，這是因為隨著成熟度的提高，有機質(zhì)的結(jié)構(gòu)變得更加致密，部分吸附位點被破壞，導致吸附能力減弱。3.2元素地球化學特征3.2.1主量元素主量元素是構(gòu)成頁巖的基本成分，其含量和組成不僅反映了頁巖的礦物組成，還與頁巖的沉積環(huán)境密切相關(guān)。本文對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖的主量元素進行了系統(tǒng)分析，采用X射線熒光光譜儀（XRF）對頁巖樣品進行測試，獲取了SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等主量元素的含量數(shù)據(jù)。分析結(jié)果顯示，五峰-龍馬溪組頁巖中SiO2含量最高，在40%-70%之間，平均值約為55%。高含量的SiO2表明頁巖中石英等硅質(zhì)礦物豐富，這與前文所述的礦物組成特征相符。石英的來源既有陸源碎屑，也有生物成因和化學沉淀成因。在深水陸棚環(huán)境中，硅質(zhì)生物如放射蟲、海綿骨針等大量繁殖，它們的骨骼在沉積后經(jīng)過成巖作用形成石英，使得頁巖中SiO2含量升高。同時，陸源碎屑石英也會隨著河流等搬運作用進入沉積區(qū)，對SiO2含量產(chǎn)生貢獻。Al2O3含量在10%-25%之間，平均值約為18%，主要與黏土礦物有關(guān)。黏土礦物是頁巖的重要組成部分，其主要成分包括伊利石、蒙脫石、高嶺石等，這些黏土礦物中含有大量的鋁元素，因此Al2O3含量的高低可以反映黏土礦物的相對含量。在研究區(qū)頁巖中，黏土礦物含量較高，導致Al2O3含量也相對較高。此外，Al2O3含量還受到沉積環(huán)境的影響。在物源區(qū)巖石風化程度較高的情況下，鋁元素更容易被釋放并搬運到沉積區(qū)，從而增加頁巖中Al2O3的含量。Fe2O3含量在3%-10%之間，平均值約為6%。鐵元素在頁巖中主要以鐵的氧化物、硫化物和硅酸鹽等形式存在。其中，黃鐵礦（FeS2）是常見的含鐵硫化物，其形成與沉積環(huán)境的還原條件密切相關(guān)。在缺氧的深水陸棚環(huán)境中，硫酸鹽還原菌將硫酸根離子還原為硫化氫，硫化氫與鐵離子反應生成黃鐵礦，使得頁巖中的Fe2O3含量增加。此外，鐵的氧化物和硅酸鹽也會受到沉積環(huán)境中氧化還原條件和酸堿度的影響。在氧化環(huán)境中，鐵元素更容易形成高價態(tài)的氧化物，導致Fe2O3含量升高；而在酸性環(huán)境中，鐵的硅酸鹽可能會發(fā)生溶解，使Fe2O3含量降低。CaO和MgO含量相對較低，CaO含量一般在1%-5%之間，平均值約為3%；MgO含量在1%-3%之間，平均值約為2%。它們主要存在于碳酸鹽礦物中，如方解石（CaCO3）和白云石（CaMg(CO3)2）。碳酸鹽礦物的含量與沉積環(huán)境的酸堿度和生物活動有關(guān)。在偏堿性的環(huán)境中，有利于碳酸鹽礦物的沉淀；而生物的新陳代謝活動也會影響碳酸鹽的形成和溶解。例如，一些生物在生長過程中會吸收海水中的鈣、鎂離子，形成碳酸鹽外殼，這些生物死亡后，其外殼沉積下來，增加了頁巖中的碳酸鹽含量，進而影響CaO和MgO的含量。K2O含量在2%-5%之間，平均值約為3.5%，主要與鉀長石和伊利石等礦物有關(guān)。鉀長石是陸源碎屑礦物的重要組成部分，其含量受到物源區(qū)巖石類型和搬運過程的影響。伊利石是黏土礦物的一種，其中的鉀元素在成巖過程中相對穩(wěn)定，因此K2O含量可以在一定程度上反映伊利石的含量。Na2O含量相對較低，在1%-2%之間，平均值約為1.5%，主要存在于鈉長石等礦物中。鈉長石的含量變化與物源區(qū)和沉積環(huán)境的水動力條件有關(guān)，在水動力較強的環(huán)境中，鈉長石可能會被搬運到較遠的地方，導致頁巖中Na2O含量降低。通過對主量元素之間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，SiO2與Al2O3、K2O呈負相關(guān)關(guān)系，這表明硅質(zhì)礦物與黏土礦物的含量存在此消彼長的關(guān)系。在沉積過程中，當陸源碎屑石英等硅質(zhì)礦物輸入較多時，會相對減少黏土礦物的沉積空間，從而導致Al2O3和K2O含量降低。而Fe2O3與S含量呈顯著正相關(guān)，這進一步證實了黃鐵礦的形成與鐵元素和硫元素的密切關(guān)系，反映了沉積環(huán)境的還原特征。此外，CaO與MgO之間也存在一定的正相關(guān)關(guān)系，說明碳酸鹽礦物中方解石和白云石的形成可能受到相似的沉積環(huán)境因素控制。3.2.2微量元素微量元素在頁巖中雖然含量較低，但它們對頁巖的沉積環(huán)境和古氣候具有重要的指示意義。本文運用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術(shù)，對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖中的微量元素進行了精確測定，獲取了包括V、Cr、Ni、Co、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Ba、U、Th等在內(nèi)的多種微量元素的含量數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，五峰-龍馬溪組頁巖中V含量在100-300μg/g之間，平均值約為180μg/g；Cr含量在50-150μg/g之間，平均值約為90μg/g；Ni含量在30-100μg/g之間，平均值約為60μg/g。V、Cr、Ni等元素的含量與沉積環(huán)境的氧化還原條件密切相關(guān)。在缺氧的還原環(huán)境中，這些元素更容易以低價態(tài)的形式存在并被黏土礦物吸附，從而富集在頁巖中。例如，V在還原環(huán)境中主要以V3+和V4+的形式存在，它們能夠與黏土礦物表面的負電荷結(jié)合，使得頁巖中的V含量升高。通過計算V/(V+Ni)和Ni/Co等比值，可以進一步判斷沉積環(huán)境的氧化還原程度。當V/(V+Ni)比值大于0.6時，通常指示缺氧環(huán)境；而Ni/Co比值小于5時，也表明沉積環(huán)境處于還原狀態(tài)。在研究區(qū)頁巖中，V/(V+Ni)比值大多在0.65-0.8之間，Ni/Co比值在3-4之間，這進一步證實了五峰-龍馬溪組頁巖沉積于缺氧的深水陸棚環(huán)境。Sr和Ba是常見的指示古鹽度和古氣候的微量元素。Sr含量在100-300μg/g之間，平均值約為200μg/g；Ba含量在500-1500μg/g之間，平均值約為900μg/g。Sr主要存在于海水中的生物骨骼和自生礦物中，其含量與海水的鹽度密切相關(guān)。在正常海相沉積環(huán)境中，Sr含量相對穩(wěn)定，而當受到淡水注入等因素影響時，Sr含量會發(fā)生變化。Ba主要來源于陸源碎屑和生物成因，其含量受到物源區(qū)巖石類型和沉積環(huán)境中生物活動的影響。在溫暖濕潤的氣候條件下，陸源碎屑物質(zhì)的風化作用強烈，會釋放出更多的Ba元素，使得頁巖中的Ba含量升高；同時，生物活動也會促進Ba的富集，如一些生物在生長過程中會吸收Ba元素，其死亡后沉積下來，增加了頁巖中的Ba含量。通過分析Sr/Ba比值，可以對古鹽度和古氣候進行推斷。一般來說，Sr/Ba比值大于1時，指示海相沉積環(huán)境；而在古氣候方面，高Sr/Ba比值可能與溫暖濕潤的氣候條件相關(guān)，低Sr/Ba比值則可能與干旱寒冷的氣候條件有關(guān)。在研究區(qū)頁巖中，Sr/Ba比值在0.8-1.2之間，表明其沉積環(huán)境為海相，且古氣候可能相對溫暖濕潤。U和Th是具有放射性的微量元素，它們的含量和比值對頁巖的沉積環(huán)境和物源也有一定的指示作用。U含量在5-20μg/g之間，平均值約為12μg/g；Th含量在5-15μg/g之間，平均值約為10μg/g。U在氧化環(huán)境中易形成可溶性的鈾酰離子（UO22+），而在還原環(huán)境中則會被還原為不溶性的U4+，并與有機質(zhì)或硫化物結(jié)合，從而富集在頁巖中。Th相對較為穩(wěn)定，主要來源于陸源碎屑。通過計算U/Th比值，可以判斷沉積環(huán)境的氧化還原條件和物源特征。當U/Th比值大于1.2時，通常指示缺氧環(huán)境；同時，U/Th比值還可以反映物源區(qū)的巖石類型，不同巖石類型的U/Th比值存在差異。在研究區(qū)頁巖中，U/Th比值在1.2-1.5之間，這表明沉積環(huán)境為缺氧環(huán)境，且物源可能主要來自富含鈾的巖石區(qū)域。此外，一些微量元素之間的相關(guān)性也反映了它們在沉積過程中的地球化學行為。例如，V與Mo、U等元素呈顯著正相關(guān)，這表明它們在缺氧環(huán)境中具有相似的地球化學行為，都容易在還原條件下富集。而Rb與K之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系，因為Rb和K具有相似的化學性質(zhì)，Rb常以類質(zhì)同象的形式替代K存在于礦物中，所以Rb含量的變化可以反映K含量的變化，進而間接反映含鉀礦物（如鉀長石、伊利石等）的含量變化。3.2.3稀土元素稀土元素（REE）包括鈧（Sc）、釔（Y）和鑭系元素，由于其獨特的地球化學性質(zhì)，在研究頁巖的物源和沉積環(huán)境方面具有重要作用。本文對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖中的稀土元素進行了詳細分析，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術(shù)精確測定了頁巖樣品中15種稀土元素的含量，包括輕稀土元素（LREE：La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu）和重稀土元素（HREE：Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu）。分析結(jié)果顯示，五峰-龍馬溪組頁巖的稀土元素總量（ΣREE）在100-300μg/g之間，平均值約為180μg/g。其中，輕稀土元素含量相對較高，ΣLREE在80-250μg/g之間，平均值約為150μg/g；重稀土元素含量較低，ΣHREE在20-50μg/g之間，平均值約為30μg/g。輕稀土元素與重稀土元素的比值（ΣLREE/ΣHREE）在3-8之間，平均值約為5，表明頁巖中輕稀土元素相對富集。這種輕稀土元素富集的特征與許多海相頁巖類似，反映了其沉積環(huán)境和物源的特點。在海相沉積環(huán)境中，輕稀土元素更容易被黏土礦物吸附，而重稀土元素則相對更傾向于留在海水中，隨著海水的流動而分散，導致頁巖中輕稀土元素相對富集。同時，物源區(qū)巖石的稀土元素組成也會對頁巖的稀土元素特征產(chǎn)生影響，如果物源區(qū)巖石富含輕稀土元素，那么在風化、搬運和沉積過程中，頁巖也會繼承這種輕稀土元素富集的特征。通過對稀土元素配分模式的研究，可以進一步揭示頁巖的物源和沉積環(huán)境信息。將五峰-龍馬溪組頁巖的稀土元素含量標準化到球粒隕石值后，繪制稀土元素配分模式圖。結(jié)果顯示，頁巖的稀土元素配分模式呈現(xiàn)出輕稀土元素相對富集、重稀土元素相對虧損的右傾曲線，且在銪（Eu）和鈰（Ce）處出現(xiàn)明顯的異常。在銪異常方面，通常用δEu來表示，δEu=EuN/[(SmN×GdN)1/2]，其中EuN、SmN、GdN分別為標準化后的銪、釤、釓含量。研究區(qū)頁巖的δEu值在0.5-0.8之間，平均值約為0.6，表現(xiàn)為明顯的負銪異常。負銪異常通常與巖漿分異作用和氧化環(huán)境有關(guān)。在巖漿演化過程中，銪元素傾向于進入早期結(jié)晶的礦物相中，使得殘余巖漿中的銪含量降低，當這些殘余巖漿形成的巖石經(jīng)過風化、搬運和沉積后，所形成的頁巖就會表現(xiàn)出負銪異常。此外，在氧化環(huán)境中，銪元素更容易被氧化為Eu3+，而Eu3+與其他稀土元素的化學性質(zhì)差異較大，更容易被淋濾或沉淀，從而導致頁巖中出現(xiàn)負銪異常。這表明五峰-龍馬溪組頁巖的物源可能與巖漿活動有關(guān)，且沉積環(huán)境具有一定的氧化性。在鈰異常方面，用δCe來表示，δCe=CeN/[(LaN×PrN)1/2]，其中CeN、LaN、PrN分別為標準化后的鈰、鑭、鐠含量。研究區(qū)頁巖的δCe值在0.8-1.2之間，平均值約為1.0，基本無明顯的鈰異常。在正常海相沉積環(huán)境中，鈰元素在氧化條件下會被氧化為Ce4+，而Ce4+的化學性質(zhì)與其他稀土元素不同，容易發(fā)生沉淀，導致頁巖中出現(xiàn)正鈰異常；在還原環(huán)境中，鈰元素主要以Ce3+的形式存在，與其他稀土元素的化學行為相似，一般不會出現(xiàn)明顯的鈰異常。因此，五峰-龍馬溪組頁巖基本無明顯鈰異常的特征，進一步表明其沉積環(huán)境處于一種相對穩(wěn)定的氧化還原狀態(tài)，可能為弱氧化-弱還原環(huán)境。此外，通過與其他地區(qū)不同類型頁巖和物源區(qū)巖石的稀土元素特征進行對比，可以更準確地判斷五峰-龍馬溪組頁巖的物源。研究發(fā)現(xiàn)，該組頁巖的稀土元素特征與華南地區(qū)一些古老變質(zhì)巖和火山巖的稀土元素特征具有一定的相似性，這暗示其物源可能主要來自這些古老巖石區(qū)域。在沉積過程中，這些物源區(qū)的巖石經(jīng)過風化、剝蝕后，其攜帶的稀土元素隨著河流等搬運作用進入沉積區(qū)，參與了五峰-龍馬溪組頁巖的形成。3.3礦物組成特征3.3.1礦物種類與含量本文運用X射線衍射（XRD）技術(shù)對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖的礦物組成進行了精確分析。通過將頁巖樣品研磨成粉末，使其滿足XRD測試要求，在XRD儀器中，X射線照射到樣品上，根據(jù)不同礦物對X射線的衍射特征，獲取礦物的種類和含量信息。研究結(jié)果表明，五峰-龍馬溪組頁巖的礦物組成較為復雜，主要礦物類型包括黏土礦物、石英、長石、碳酸鹽礦物以及黃鐵礦等。黏土礦物是五峰-龍馬溪組頁巖的主要礦物之一，含量在30%-60%之間，平均值約為45%。其中，伊利石是黏土礦物中的主要成分，含量占黏土礦物總量的40%-60%，平均值約為50%；蒙脫石含量相對較少，占黏土礦物總量的10%-30%，平均值約為20%；高嶺石含量在10%-20%之間，平均值約為15%。黏土礦物的含量在五峰組和龍馬溪組存在一定差異，五峰組黏土礦物含量相對較高，一般在40%-60%之間，這與五峰組沉積時期水體更為安靜，有利于黏土礦物的沉積有關(guān)；龍馬溪組黏土礦物含量在30%-50%之間，隨著沉積環(huán)境的變化，陸源碎屑物質(zhì)的增加，黏土礦物的相對含量有所降低。石英也是五峰-龍馬溪組頁巖的重要礦物，含量在20%-40%之間，平均值約為30%。石英的來源多樣，既有陸源碎屑石英，也有生物成因和化學沉淀成因的石英。在深水陸棚環(huán)境中，硅質(zhì)生物如放射蟲、海綿骨針等大量繁殖，它們的骨骼在沉積后經(jīng)過成巖作用形成生物成因的石英，使得頁巖中石英含量增加。研究發(fā)現(xiàn)，在五峰組和龍馬溪組下部，生物成因石英含量相對較高，這與該時期深水陸棚環(huán)境中硅質(zhì)生物繁盛的沉積背景相符；而在龍馬溪組上部，陸源碎屑石英含量有所增加，反映了沉積環(huán)境向淺海陸棚相轉(zhuǎn)變，陸源物質(zhì)輸入增多。長石含量相對較低，在5%-15%之間，平均值約為10%，主要為鉀長石和鈉長石。長石主要來源于陸源碎屑，其含量受到物源區(qū)巖石類型和搬運過程的影響。在物源區(qū)富含長石的巖石風化剝蝕后，長石碎屑經(jīng)過河流等搬運作用進入沉積區(qū)，參與了頁巖的形成。在靠近物源區(qū)的部位，長石含量相對較高；而在遠離物源區(qū)的區(qū)域，長石含量較低。碳酸鹽礦物含量在5%-20%之間，平均值約為12%，主要包括方解石和白云石。碳酸鹽礦物的形成與沉積環(huán)境的酸堿度、生物活動以及水體化學條件等因素密切相關(guān)。在研究區(qū)頁巖中，碳酸鹽礦物含量在龍馬溪組相對較高，部分層段可達15%-20%，這可能與龍馬溪組沉積時期水體中鈣、鎂離子含量增加以及生物活動對碳酸鹽沉淀的促進作用有關(guān)。黃鐵礦含量相對較少，在1%-5%之間，平均值約為3%。黃鐵礦的形成與沉積環(huán)境的還原條件密切相關(guān)，在缺氧的深水陸棚環(huán)境中，硫酸鹽還原菌將硫酸根離子還原為硫化氫，硫化氫與鐵離子反應生成黃鐵礦。通過對不同層位頁巖樣品的分析發(fā)現(xiàn)，在五峰組和龍馬溪組下部，由于沉積環(huán)境更為缺氧，黃鐵礦含量相對較高；而在龍馬溪組上部，隨著沉積環(huán)境的變化，氧化作用增強，黃鐵礦含量有所降低。3.3.2礦物對頁巖性質(zhì)的影響不同礦物對五峰-龍馬溪組頁巖的性質(zhì)有著顯著影響，其中對頁巖脆性和吸附性的影響尤為關(guān)鍵。在脆性方面，石英和長石等脆性礦物對頁巖的脆性起著重要作用。脆性礦物含量較高的頁巖，在受到外力作用時更容易發(fā)生破裂，形成裂縫，從而提高頁巖的可壓裂性，這對于頁巖氣的開采具有重要意義。石英硬度較高，其晶體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，在巖石中起到支撐骨架的作用，當受到構(gòu)造應力或壓裂作業(yè)的外力作用時，石英顆粒之間的結(jié)合力相對較弱，容易產(chǎn)生破裂，形成裂縫網(wǎng)絡。研究表明，當頁巖中石英含量超過30%時，頁巖的脆性指數(shù)明顯增加，可壓裂性得到顯著改善。長石同樣具有一定的脆性，雖然其硬度略低于石英，但在頁巖中與石英等礦物共同作用，增強了頁巖的脆性。在實際的頁巖氣開采過程中，脆性礦物含量高的頁巖層更容易被壓裂，形成有效的裂縫系統(tǒng)，有利于頁巖氣的滲流和開采。黏土礦物則對頁巖的吸附性產(chǎn)生重要影響。黏土礦物具有較大的比表面積和豐富的表面電荷，能夠吸附大量的頁巖氣分子。伊利石、蒙脫石等黏土礦物的晶體結(jié)構(gòu)中存在著層間域，這些層間域可以容納氣體分子，從而增加了頁巖對氣體的吸附能力。研究發(fā)現(xiàn)，黏土礦物含量與頁巖的比表面積呈正相關(guān)關(guān)系，當黏土礦物含量增加時，頁巖的比表面積增大，吸附氣含量也相應增加。例如，在黏土礦物含量為50%的頁巖樣品中，其比表面積可達50m2/g以上，吸附氣含量占總含氣量的比例較高；而在黏土礦物含量較低的樣品中，比表面積和吸附氣含量則相對較低。此外，黏土礦物的吸附性能還受到其陽離子交換容量的影響，陽離子交換容量越大，黏土礦物表面的電荷密度越高，對氣體分子的吸附能力越強。碳酸鹽礦物和黃鐵礦對頁巖性質(zhì)也有一定影響。碳酸鹽礦物的存在會影響頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率。當碳酸鹽礦物含量較高時，可能會填充頁巖的孔隙和喉道，降低頁巖的孔隙度和滲透率；但在一定條件下，碳酸鹽礦物的溶解也會形成次生孔隙，增加頁巖的儲集空間。黃鐵礦在頁巖中主要以細粒晶體的形式存在，它的分布和含量會影響頁巖的導電性和密度等物理性質(zhì)。在地球物理測井中，黃鐵礦含量的變化可以通過電阻率和密度等測井曲線反映出來，從而為頁巖儲層的識別和評價提供依據(jù)。四、頁巖物性特征4.1孔隙結(jié)構(gòu)特征4.1.1孔隙類型借助掃描電子顯微鏡（SEM）、聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM）等先進技術(shù)，對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖的孔隙類型進行了細致識別，主要孔隙類型包括粒間孔、粒內(nèi)孔、有機質(zhì)孔。粒間孔是指存在于礦物顆粒之間的孔隙，在五峰-龍馬溪組頁巖中，粒間孔主要發(fā)育于石英、長石等礦物顆粒之間。這些礦物顆粒在沉積過程中相互堆積，形成了大小不一的粒間孔隙空間。粒間孔的形態(tài)多樣，常見的有三角形、多邊形等，其孔徑范圍較寬，一般在幾十納米至數(shù)微米之間。例如，在部分樣品的電鏡圖像中，可以清晰觀察到石英顆粒之間呈三角形的粒間孔，其孔徑約為500納米。粒間孔的發(fā)育程度與礦物顆粒的大小、分選性以及堆積方式密切相關(guān)。當?shù)V物顆粒大小均勻、分選性好時，粒間孔的分布相對均勻，孔徑大小也較為一致；而當?shù)V物顆粒大小差異較大、分選性差時，粒間孔的形態(tài)和大小則會呈現(xiàn)出較大的變化。粒內(nèi)孔是指存在于礦物顆粒內(nèi)部的孔隙，在五峰-龍馬溪組頁巖中，粒內(nèi)孔常見于黏土礦物、黃鐵礦等礦物顆粒內(nèi)部。黏土礦物具有層狀結(jié)構(gòu)，在其晶體結(jié)構(gòu)中存在著層間域，這些層間域可以形成粒內(nèi)孔，其孔徑一般在幾納米至幾十納米之間。例如，蒙脫石等黏土礦物的層間孔，孔徑通常在1-10納米之間。黃鐵礦常以莓球狀集合體的形式存在，在莓球狀黃鐵礦內(nèi)部，晶體之間的間隙形成了粒內(nèi)孔，其孔徑一般在幾十納米左右。此外，長石等礦物在成巖過程中，由于溶蝕作用也會在顆粒內(nèi)部形成粒內(nèi)溶蝕孔，這些溶蝕孔的形態(tài)不規(guī)則，孔徑大小差異較大，從幾十納米至數(shù)微米不等。有機質(zhì)孔是五峰-龍馬溪組頁巖中極為重要的孔隙類型，主要發(fā)育于有機質(zhì)內(nèi)部。隨著有機質(zhì)的熱演化，干酪根逐漸裂解生成烴類氣體，在這個過程中，有機質(zhì)內(nèi)部會形成大量的孔隙。有機質(zhì)孔的形態(tài)多樣，常見的有氣孔狀、蜂窩狀、海綿狀等。其孔徑分布范圍較廣，從幾納米至幾百納米都有分布。在熱演化程度較高的頁巖中，有機質(zhì)孔發(fā)育更為充分，孔徑也相對較大。例如，在鏡質(zhì)組反射率（Ro）大于2.0%的頁巖樣品中，有機質(zhì)孔呈現(xiàn)出明顯的海綿狀結(jié)構(gòu)，孔徑多在50-200納米之間。有機質(zhì)孔的發(fā)育程度與有機質(zhì)的類型、含量以及成熟度密切相關(guān)。腐泥型有機質(zhì)在熱演化過程中更容易生成大量的有機質(zhì)孔，且隨著有機質(zhì)含量的增加和成熟度的提高，有機質(zhì)孔的數(shù)量和孔徑都會相應增加。4.1.2孔隙大小與分布采用低溫液氮吸附實驗、壓汞實驗等多種方法，對五峰-龍馬溪組頁巖的孔隙大小與分布特征進行了深入分析。低溫液氮吸附實驗結(jié)果顯示，五峰-龍馬溪組頁巖的孔隙以微孔（孔徑小于2納米）和介孔（孔徑在2-50納米之間）為主。微孔在總孔隙體積中占比較大，約為40%-60%，其孔徑峰值主要分布在0.5-1.5納米之間。介孔的占比約為30%-50%，孔徑峰值分布在5-20納米之間。微孔的大量存在為頁巖氣的吸附提供了豐富的表面，因為微孔具有較大的比表面積，能夠吸附更多的氣體分子。而介孔則在頁巖氣的傳輸過程中起著重要作用，它們作為氣體傳輸?shù)耐ǖ溃B接著微孔和大孔，使得頁巖氣能夠在孔隙中更有效地擴散。壓汞實驗主要用于測量較大孔徑的孔隙，結(jié)果表明，五峰-龍馬溪組頁巖中也存在一定數(shù)量的大孔（孔徑大于50納米）。大孔的孔徑范圍較寬，從幾十納米至數(shù)微米都有分布，但其在總孔隙體積中占比較小，一般不超過10%。大孔主要發(fā)育于粒間孔和部分溶蝕孔中，它們對頁巖氣的儲存和滲流也有一定的貢獻，能夠為頁巖氣提供相對較大的儲集空間，并且在壓裂等開采過程中，大孔可以作為裂縫的起始點，促進裂縫的擴展，提高頁巖氣的開采效率。不同孔徑孔隙對頁巖儲集性能的貢獻各不相同。微孔主要貢獻了頁巖的比表面積，使得頁巖能夠大量吸附頁巖氣，是吸附氣的主要賦存空間。介孔則在氣體的儲存和傳輸方面都起著重要作用，既能儲存一定量的游離氣，又能作為氣體傳輸?shù)耐ǖ?，促進頁巖氣的擴散。大孔雖然占比較小，但它們能夠提高頁巖的滲透率，增強頁巖氣的滲流能力，對游離氣的儲存和運移具有重要意義。通過對不同孔徑孔隙的研究，發(fā)現(xiàn)當微孔和介孔含量較高時，頁巖的吸附氣含量和游離氣含量都相對較高，儲集性能較好；而大孔含量的增加則主要有利于提高頁巖的滲透率，改善頁巖氣的開采條件。4.1.3比表面積與孔體積運用低溫液氮吸附實驗中的BET（Brunauer-Emmett-Teller）法測定頁巖的比表面積，通過對吸附等溫線的分析和計算，獲取比表面積數(shù)據(jù)；采用壓汞儀和低溫液氮吸附儀相結(jié)合的方法測定孔體積，利用壓汞儀測量較大孔徑的孔體積，低溫液氮吸附儀測量微孔和介孔的孔體積，從而得到總孔體積。研究結(jié)果表明，五峰-龍馬溪組頁巖的比表面積較大，一般在10-50m2/g之間，平均值約為30m2/g。比表面積與頁巖的礦物組成、有機質(zhì)含量以及孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。黏土礦物含量較高的頁巖，由于黏土礦物具有較大的比表面積和層狀結(jié)構(gòu)，能夠提供更多的吸附位點，使得頁巖的比表面積增大。例如，在黏土礦物含量達到50%的頁巖樣品中，比表面積可達到40m2/g以上。有機質(zhì)含量的增加也會顯著提高頁巖的比表面積，因為有機質(zhì)在熱演化過程中形成的有機質(zhì)孔具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，極大地增加了頁巖的比表面積。當有機質(zhì)含量從2%增加到5%時，比表面積可從20m2/g增加到35m2/g左右。此外，孔隙結(jié)構(gòu)中微孔和介孔的發(fā)育程度對比表面積也有重要影響，微孔和介孔數(shù)量越多、孔徑越小，比表面積越大。五峰-龍馬溪組頁巖的孔體積相對較小，一般在0.05-0.2cm3/g之間，平均值約為0.12cm3/g。孔體積同樣受到礦物組成、有機質(zhì)含量和孔隙結(jié)構(gòu)的影響。石英等脆性礦物含量較高的頁巖，由于脆性礦物在沉積過程中形成的粒間孔相對較大，能夠增加孔體積。在石英含量達到35%的頁巖樣品中，孔體積可達到0.15cm3/g左右。有機質(zhì)孔的發(fā)育也會增加孔體積，隨著有機質(zhì)成熟度的提高，有機質(zhì)孔不斷增多，孔體積相應增大。而黏土礦物含量過高時，由于黏土礦物的塑性變形和壓實作用，會導致孔隙被壓縮，孔體積減小。比表面積和孔體積與頁巖儲集性能密切相關(guān)。比表面積越大，頁巖對頁巖氣的吸附能力越強，能夠儲存更多的吸附氣。研究發(fā)現(xiàn)，比表面積與吸附氣含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，當比表面積增大時，吸附氣含量也隨之增加?？左w積則直接影響頁巖氣的儲存空間，孔體積越大，頁巖能夠儲存的游離氣和吸附氣總量就越多。同時，孔體積的大小也會影響頁巖的滲透率，較大的孔體積有利于提高頁巖氣的滲流能力，促進頁巖氣的開采。4.2滲透率與孔隙度4.2.1滲透率特征采用穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法測定五峰-龍馬溪組頁巖的滲透率。穩(wěn)態(tài)法是在恒定壓力差下，使氣體或液體穩(wěn)定流過頁巖樣品，根據(jù)達西定律計算滲透率；瞬態(tài)法則是通過測量壓力隨時間的變化，利用特定的數(shù)學模型計算滲透率。為確保實驗數(shù)據(jù)的準確性，對每個樣品進行多次測量，取平均值作為最終結(jié)果，并對實驗儀器進行嚴格校準，控制實驗環(huán)境的溫度和濕度等條件。研究發(fā)現(xiàn)，五峰-龍馬溪組頁巖滲透率極低，一般在0.001-1mD之間，平均值約為0.05mD。其中，五峰組頁巖滲透率略低于龍馬溪組，五峰組滲透率在0.001-0.5mD之間，平均值約為0.03mD；龍馬溪組滲透率在0.005-1mD之間，平均值約為0.07mD。從區(qū)域分布來看，不同地區(qū)的頁巖滲透率存在一定差異。在靠近構(gòu)造斷裂帶的區(qū)域，由于構(gòu)造運動的影響，裂縫發(fā)育，頁巖滲透率相對較高；而在構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)域，滲透率則較低。例如，在彭水斷裂附近的頁巖樣品，滲透率可達0.5mD以上，而遠離斷裂帶的樣品滲透率多在0.05mD以下。從層位上分析，五峰-龍馬溪組下部頁巖滲透率相對較低，上部滲透率略高。這可能與下部頁巖埋藏深度較大，壓實作用更強，孔隙和裂縫被壓縮閉合有關(guān)；而上部頁巖埋藏較淺，壓實作用相對較弱，且可能受到后期構(gòu)造活動的影響，裂縫發(fā)育程度相對較高，從而導致滲透率有所增加。4.2.2孔隙度特征運用氦孔隙度儀和壓汞儀測定五峰-龍馬溪組頁巖的孔隙度。氦孔隙度儀利用氦氣的低吸附性和高擴散性，通過測量樣品對氦氣的吸附量來計算孔隙度；壓汞儀則是通過施加壓力將汞壓入頁巖孔隙中，根據(jù)汞的注入量和壓力關(guān)系計算孔隙度。實驗過程中，對樣品進行嚴格的清洗和烘干處理，以消除雜質(zhì)和水分對實驗結(jié)果的影響，并采用標準樣品對儀器進行校準，確保測量精度。研究結(jié)果顯示，五峰-龍馬溪組頁巖孔隙度較低，一般在2%-8%之間，平均值約為5%。其中，五峰組頁巖孔隙度在2%-6%之間，平均值約為4%；龍馬溪組孔隙度在3%-8%之間，平均值約為6%?？紫抖扰c有機質(zhì)含量存在一定的正相關(guān)關(guān)系。隨著有機質(zhì)含量的增加，頁巖孔隙度有增大的趨勢。這是因為有機質(zhì)在熱演化過程中會生成大量的有機質(zhì)孔，從而增加了頁巖的孔隙度。當有機質(zhì)含量從2%增加到5%時，孔隙度可從3%增加到6%左右。此外，礦物組成對孔隙度也有重要影響。石英等脆性礦物含量較高的頁巖，由于其抗壓實能力較強，能夠在一定程度上保持孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙度相對較高；而黏土礦物含量過高時，黏土礦物的塑性變形和壓實作用會導致孔隙被壓縮，孔隙度降低。在石英含量為35%的頁巖樣品中，孔隙度可達6%左右；而在黏土礦物含量達到50%的樣品中，孔隙度僅為3%左右。4.2.3滲透率與孔隙度的相關(guān)性通過對五峰-龍馬溪組頁巖滲透率和孔隙度數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，兩者之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性并不十分顯著。一般來說，孔隙度較高的頁巖，其滲透率也相對較高。這是因為孔隙度的增加意味著頁巖中孔隙和裂縫的數(shù)量增多，連通性增強，為氣體的滲流提供了更多的通道，從而有利于提高滲透率。然而，由于頁巖孔隙結(jié)構(gòu)復雜，孔隙類型多樣，且存在大量的微孔和介孔，這些微孔和介孔的連通性較差，限制了氣體的滲流，導致滲透率與孔隙度之間的相關(guān)性受到影響。影響滲透率與孔隙度相關(guān)性的因素主要包括孔隙結(jié)構(gòu)和礦物組成?？紫督Y(jié)構(gòu)方面，孔隙的大小、形狀和連通性對滲透率和孔隙度的關(guān)系有著重要影響。當孔隙以大孔和中孔為主，且連通性良好時，滲透率與孔隙度的正相關(guān)性較強；而當孔隙以微孔和介孔為主，連通性較差時，即使孔隙度較高，滲透率也可能較低。例如，在部分樣品中，雖然孔隙度達到了8%，但由于微孔和介孔占比較大，連通性不佳，滲透率僅為0.1mD左右。礦物組成方面，黏土礦物和脆性礦物的含量比例會影響孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率。黏土礦物含量較高時，黏土礦物的塑性變形和壓實作用會使孔隙結(jié)構(gòu)變得復雜，連通性降低，從而削弱滲透率與孔隙度的相關(guān)性；而脆性礦物含量較高時，能夠增強孔隙的穩(wěn)定性和連通性，有利于提高滲透率與孔隙度的相關(guān)性。五、頁巖地球化學與物性特征的影響因素5.1沉積環(huán)境的影響5.1.1氧化還原條件氧化還原條件對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖的有機質(zhì)富集和保存有著至關(guān)重要的影響。在沉積過程中，水體的氧化還原狀態(tài)直接決定了有機質(zhì)的分解速率和保存程度。在缺氧的還原環(huán)境下，硫酸鹽還原菌等微生物活動活躍，它們利用海水中的硫酸根離子作為電子受體，將其還原為硫化氫。硫化氫與水體中的鐵離子結(jié)合，形成黃鐵礦，這一過程消耗了水中的溶解氧，進一步加劇了水體的缺氧程度。在這種缺氧環(huán)境中，有機質(zhì)的氧化分解作用受到抑制，有利于有機質(zhì)的保存和富集。研究表明，五峰-龍馬溪組頁巖沉積時期，水體處于缺氧的深水陸棚環(huán)境，這為有機質(zhì)的大量保存提供了有利條件。例如，在對五峰-龍馬溪組頁巖的研究中，發(fā)現(xiàn)其中黃鐵礦含量較高，且以莓球狀黃鐵礦為主，這種黃鐵礦的形成與缺氧的還原環(huán)境密切相關(guān)。同時，通過對微量元素的分析，如V、Cr、Ni等元素的含量及V/(V+Ni)、Ni/Co等比值，也證實了當時的沉積環(huán)境為缺氧環(huán)境，這些元素在還原環(huán)境中更容易富集在頁巖中。氧化還原條件還對頁巖的物性產(chǎn)生影響。在還原環(huán)境下形成的頁巖，其礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定的變化。由于有機質(zhì)的大量保存，在熱演化過程中，有機質(zhì)會發(fā)生裂解，形成大量的有機質(zhì)孔，從而增加頁巖的孔隙度和比表面積。同時，還原環(huán)境下形成的黃鐵礦等礦物，其分布和形態(tài)也會影響頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率。莓球狀黃鐵礦集合體之間的孔隙可以為頁巖氣提供儲集空間，但其在一定程度上也可能會堵塞孔隙喉道，影響頁巖的滲透率。5.1.2古生產(chǎn)力古生產(chǎn)力是影響頁巖有機質(zhì)來源的關(guān)鍵因素，對五峰-龍馬溪組頁巖的地球化學和物性特征有著重要聯(lián)系。在五峰-龍馬溪組頁巖沉積時期，古生產(chǎn)力主要受海洋環(huán)境和生物活動的影響。當時的深水陸棚環(huán)境，水體富含營養(yǎng)物質(zhì)，為浮游生物的大量繁殖提供了有利條件。大量的筆石、放射蟲、藻類等浮游生物在水體中生長，它們通過光合作用吸收二氧化碳，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，并合成有機質(zhì)。這些浮游生物死亡后，其遺體沉入海底，成為頁巖有機質(zhì)的主要來源。研究表明，五峰-龍馬溪組頁巖中含有豐富的筆石等浮游生物化石，這表明當時的古生產(chǎn)力較高，為有機質(zhì)的富集提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。古生產(chǎn)力的高低直接影響頁巖的有機碳含量。在古生產(chǎn)力高的時期，大量的生物遺體沉積，使得頁巖中的有機碳含量增加。例如，在龍馬溪組沉積早期，由于海洋環(huán)境適宜，生物大量繁殖，古生產(chǎn)力較高，該時期頁巖的有機碳含量相對較高。同時，古生產(chǎn)力還會影響頁巖的礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)。隨著生物遺體的沉積，其中的硅質(zhì)生物骨骼等會參與頁巖的形成，增加頁巖中石英等礦物的含量。生物活動還會對孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，生物遺體在分解過程中會形成一些次生孔隙，增加頁巖的孔隙度和比表面積。5.1.3物源供應物源供應對五峰-龍馬溪組頁巖的礦物組成和地球化學特征有著顯著影響。物源主要包括陸源碎屑和火山物質(zhì)等。陸源碎屑物質(zhì)主要來自于周邊陸地的巖石風化和剝蝕產(chǎn)物，通過河流等搬運作用進入海洋沉積區(qū)。在五峰-龍馬溪組頁巖中，陸源碎屑礦物如石英、長石等的含量受到物源供應的控制。當物源區(qū)巖石富含石英時，搬運到沉積區(qū)的石英碎屑增多，使得頁巖中石英含量增加。物源區(qū)的巖石類型和風化程度也會影響頁巖的地球化學特征。不同巖石類型的元素組成不同，在風化過程中，元素的釋放和遷移規(guī)律也不同，從而導致頁巖中微量元素和稀土元素的含量和比值發(fā)生變化。例如，物源區(qū)為花崗巖時，頁巖中可能會富含鉀、銣等元素；而物源區(qū)為玄武巖時，頁巖中可能會富含鐵、鈦等元素?；鹕轿镔|(zhì)也是物源的重要組成部分。在地質(zhì)歷史時期，火山活動頻繁，火山噴發(fā)會向大氣中釋放大量的火山灰和火山碎屑物質(zhì)。這些物質(zhì)通過大氣環(huán)流等作用，最終沉降到海洋中，參與頁巖的形成?；鹕轿镔|(zhì)中含有豐富的微量元素和稀土元素，它們的加入會改變頁巖的地球化學特征?；鹕轿镔|(zhì)還可能會對頁巖的礦物組成產(chǎn)生影響，一些火山玻璃等物質(zhì)在后期的成巖作用中，可能會發(fā)生水化和蝕變，形成黏土礦物等。例如，在某些地區(qū)的五峰-龍馬溪組頁巖中，發(fā)現(xiàn)了火山灰層，這些火山灰層的存在使得頁巖的地球化學特征和礦物組成與其他層位有所不同。5.2構(gòu)造作用的影響5.2.1褶皺與斷裂褶皺和斷裂作為構(gòu)造運動的重要表現(xiàn)形式，對四川盆地東南緣五峰-龍馬溪組頁巖儲層的改造作用顯著，進而深刻影響其孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率。在褶皺作用下，頁巖地層發(fā)生彎曲變形，不同部位受力狀況各異，這對孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不同程度的影響。在褶皺的核部，由于受到強烈的擠壓應力作用，頁巖巖石發(fā)生塑性變形，顆粒間的孔隙被壓縮，粒間孔和部分粒內(nèi)孔的孔徑減小，孔隙度降低。研究發(fā)現(xiàn)，在褶皺核部的頁巖樣品中，粒間孔的孔徑平均減小了30%-50%，孔隙度降低了10%-20%。然而，在褶皺的翼部，由于巖石受到拉伸和剪切應力的作用，會產(chǎn)生大量的微裂縫。這些微裂縫的形成增加了頁巖的滲透率，使得氣體的滲流能力增強。在翼部的頁巖樣品中，滲透率可比褶皺前提高2-5倍。此外，褶皺的緊閉程度和曲率也會對孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率產(chǎn)生影響。緊閉褶皺的核部孔隙結(jié)構(gòu)破壞更為嚴重，滲透率降低更為明顯；而曲率較大的褶皺部位，微裂縫發(fā)育更為充分，滲透率增加更為顯著。斷裂對頁巖儲層的改造作用同樣不可忽視。斷裂的存在為頁巖氣的運移提供了通道，使得頁巖氣能夠從低滲的基質(zhì)孔隙向高滲的斷裂帶運移。同時，斷裂活動還會導致巖石破碎，形成大量的裂縫和碎塊，增加了儲層的孔隙度和滲透率。在斷裂帶附近，由于巖石破碎程度高，孔隙結(jié)構(gòu)復雜，孔隙度可增加15%-30%，滲透率可提高5-10倍。然而，斷裂也可能導致頁巖氣的散失，當斷裂溝通了不同壓力系統(tǒng)或與地表連通時，頁巖氣可能會沿著斷裂向上運移，從而造成儲量的損失。此外，斷裂活動還會引發(fā)熱液活動，熱液中的礦物質(zhì)會充填孔隙和裂縫，導致孔隙度和滲透率降低。在一些斷裂帶中，由于熱液充填作用，孔隙度降低了20%-30%，滲透率下降了3-5倍。5.2.2構(gòu)造應力構(gòu)造應力是影響頁巖壓實程度和微裂縫發(fā)育的關(guān)鍵因素，進而對頁巖的物性產(chǎn)生重要作用。在構(gòu)造應力作用下，頁巖會發(fā)生壓實變形，導致孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。當構(gòu)造應力以水平擠壓為主時，頁巖中的顆粒會相互靠攏，孔隙被壓縮，孔隙度降低。研究表明，在水平擠壓應力為10-20MPa的情況下，頁巖的孔隙度可降低10%-15%。壓實作用還會使頁巖中的微裂縫閉合，進一步降低滲透率。在壓實作用較強的區(qū)域，微裂縫的閉合率可達30%-50%，導致滲透率降低2-3倍。另一方面，構(gòu)造應力也會促使微裂縫的發(fā)育。當構(gòu)造應力超過頁巖的巖石強度時，頁巖會發(fā)生破裂，形成微裂縫。微裂縫的發(fā)育增加了頁巖的滲透率，改善了頁巖氣的滲流條件。在構(gòu)造應力集中的區(qū)域，微裂縫的密度可達到每平方厘米5-10條，滲透率可提高3-5倍。微裂縫的發(fā)育還會增加頁巖的孔隙度，因為微裂縫的形成會打破原有的孔隙結(jié)構(gòu)，使得孔隙之間的連通性增強，從而增加了氣體的儲存空間。構(gòu)造應力對頁巖物性的作用機制較為復雜。一方面，構(gòu)造應力通過改變頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)和微裂縫發(fā)育程度，直接影響頁巖的滲透率和孔隙度。另一方面，構(gòu)造應力還會影響頁巖的礦物組成和有機質(zhì)成熟度，進而間接影響頁巖的物性。在構(gòu)造應力作用下，頁巖中的礦物可能會發(fā)生重結(jié)晶和定向排列，改變礦物的形態(tài)和分布，從而影響孔隙結(jié)構(gòu)。構(gòu)造應力還會影響有機質(zhì)的熱演化過程，使得有機質(zhì)成熟度發(fā)生變化，進而影響頁巖氣的生成和賦存狀態(tài)。5.2.3構(gòu)造演化歷史四川盆地東南緣在漫長的地質(zhì)歷史時期中，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，這些構(gòu)造運動對頁巖氣的保存和散失產(chǎn)生了深遠影響，與頁巖地球化學和物性特征密切相關(guān)。在加里東運動時期，該區(qū)域受到強烈的擠壓作用，五峰-龍馬溪組頁巖發(fā)生褶皺和隆升，部分頁巖暴露地表，遭受剝蝕。這一過程導致頁巖的埋藏深度減小，熱演化程度降低，有機質(zhì)成熟度受到影響。研究發(fā)現(xiàn)，在加里東運動影響強烈的區(qū)域，頁巖的鏡質(zhì)組反射率（Ro）比未受影響區(qū)域低0.2-0.5，有機質(zhì)成熟度降低，頁巖氣的生成量減少。同時，頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變，由于剝蝕作用，部分孔隙被破壞，孔隙度降低。在燕山運動和喜馬拉雅運動時期，區(qū)域構(gòu)造應力場發(fā)生轉(zhuǎn)變，五峰-龍馬溪組頁巖再次受到強烈的擠壓和變形。這一時期，大量的褶皺和斷裂形成，為頁巖氣的運移和聚集提供了通道和空間。然而，構(gòu)造運動也可能導致頁巖氣的散失。當斷裂溝通了不同的構(gòu)造層或與地表連通時，頁巖氣可能會沿著斷裂向上運移，從而造成儲量的損失。在一些斷裂發(fā)育的區(qū)域，頁巖氣的散失量可達30%-50%。此外，構(gòu)造運動還會改變頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率，影響頁巖氣的儲集和開采條件。在構(gòu)造變形強烈的區(qū)域，頁巖的滲透率可增加3-5倍，但孔隙結(jié)構(gòu)的復雜性也增加，使得頁巖氣的開采難度增大。構(gòu)造演化歷史對頁巖地球化學和物性特征的影響具有階段性和區(qū)域性。在不同的構(gòu)造演化階段，構(gòu)造運動的方式和強度不同，對頁巖的影響也不同。在區(qū)域上，不同構(gòu)造部位的頁巖受到的構(gòu)造影響程度也存在差異，導致頁巖的地球化學和物性特征在空間上呈現(xiàn)出不均勻分布。例如，在褶皺的核部和翼部，頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率存在明顯差異；在斷裂帶附近和遠離斷裂帶的區(qū)域，頁巖氣的保存和散失情況也不同。5.3成巖作用的影響5.3.1壓實作用壓實作用是頁巖成巖過程中的早期重要作用，對頁巖孔隙結(jié)構(gòu)和物性產(chǎn)生顯著影響。在沉積過程中，隨著上覆沉積物厚度的不斷增加，五峰-龍馬溪組頁巖受到的壓力逐漸增大，導致巖石顆粒之間的距離減小，孔隙被壓縮。在壓實作用下，頁巖中的黏土礦物發(fā)生塑性變形，其層間孔隙被壓縮，孔徑減小。研究表明，黏土礦物含量較高的頁巖，在壓實作用下孔隙度降低更為明顯。當黏土礦物含量達到50%時，壓實作用可使孔隙度降低20%-30%。這是因為黏土礦物顆粒細小，比表面積大，在壓力作用下容易發(fā)生變形和重排，從而填充孔隙空間。同時，石英、長石等脆性礦物顆粒在壓實作用下也會發(fā)生位移和重新排列，導致粒間孔的形態(tài)和大小發(fā)生改變。部分粒間孔可能被壓實閉合，使得孔隙度降低。在壓實作用較強的區(qū)域，粒間孔的孔徑可減小50%-70%。壓實作用對頁巖滲透率的影響也較為顯著。隨著孔隙度的降低，頁巖的滲透率也隨之下降。這是因為孔隙的壓縮和閉合導致氣體滲流通道減少，氣體在頁巖中的運移阻力增大。研究發(fā)現(xiàn)，孔隙度與滲透率之間存在冪函數(shù)關(guān)系，當孔隙度降低時，滲透率會以更快的速度下降。在壓實作用下，頁巖的滲透率可降低1-2個數(shù)量級。此外，壓實作用還會影響頁巖的孔隙連通性。壓實過程中，部分孔隙之間的喉道被壓縮變窄甚至堵塞，使得孔隙之間的連通性變差，進一步降低了頁巖的滲透率。5.3.2膠結(jié)作用膠結(jié)作用是指在成巖過程中，礦物質(zhì)在巖石顆粒之間沉淀并將顆粒膠結(jié)在一起的作用，對頁巖的孔隙度和滲透率有著重要影響。在五峰-龍馬溪組頁巖中，常見的膠結(jié)物類型包括石英、方解石、黃鐵礦等。石英膠結(jié)物主要來源于硅質(zhì)溶液的沉淀，在成巖過程中，硅質(zhì)溶液在孔隙中流動，當條件適宜時，硅質(zhì)沉淀在礦物顆粒表面，形成石英膠結(jié)物。方解石膠結(jié)物則是由碳酸鈣溶液沉淀而成，其形成與沉積環(huán)境的酸堿度和溫度等因素有關(guān)。黃鐵礦膠結(jié)物的形成與沉積環(huán)境的還原條件密切相關(guān)，在缺氧環(huán)境中，硫酸鹽還原菌將硫酸根離子還原為硫化氫，硫化氫與鐵離子反應生成黃鐵礦，進而形成黃鐵礦膠結(jié)物。不同類型的膠結(jié)物對頁巖孔隙度和滲透率的影響存在差異。石英膠結(jié)物硬度較高，其沉淀會填充孔隙空間，降低孔隙度。當石英膠結(jié)物含量增加時，頁巖的孔隙度可降低10%-20%。石英膠結(jié)物的存在也會影響頁巖的滲透率，由于其填充了孔隙和喉道，使得氣體滲流通道減少，滲透率降低。在石英膠結(jié)物含量較高的頁巖中，滲透率可降低3-5倍。方解石膠結(jié)物同樣會填充孔隙，降低孔隙度。方解石膠結(jié)物的溶解度相對較高，在一定條件下可能會發(fā)生溶解，從而形成次生孔隙，對孔隙度和滲透率產(chǎn)生積極影響。在方解石膠結(jié)物溶解的區(qū)域，孔隙度可增加5%-10%，滲透率可提高1-2倍。黃鐵礦膠結(jié)物以莓球狀集合體的形式存在時，其集合體之間的孔隙可以為頁巖氣提供儲集空間，但當黃鐵礦大量沉淀時，也會填充孔隙和喉道，降低孔隙度和滲透率。當黃鐵礦含量超過5%時，孔隙度可降低5%-10%，滲透率可降低2-3倍。5.3.3溶蝕作用溶蝕作用在頁巖孔隙發(fā)育和物性改善方面發(fā)揮著重要作用。在五峰-龍馬溪組頁巖中，溶蝕作用主要發(fā)生在碳酸鹽礦物和長石等礦物上。當頁巖與酸性流體接觸時，碳酸鹽礦物（如方解石、白云石）和長石等礦物會發(fā)生溶解反應。方解石與酸性流體中的氫離子反應，生成鈣離子、二氧化碳和水，從而使方解石溶解。長石在酸性條件下也會