《Unconventional Resources》：Control of heterogeneity in overmature shales by sedimentation and diagenesis: evidence from the Wufeng–Longmaxi Formations, southern Sichuan Basin
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过成熟页岩的非均质性是一个研究热点，但对其成因缺乏深入理解。以五峰组—龙马溪组页岩为例，本研究调查了体系域中储层和岩石学非均质性的控制因素。海侵体系域（TST）是页岩气的甜点段。其沉积过程受火山作用和冰川作用控制。这两个过程直接或间接向海洋注入养分，导致高初级
过成熟页岩的非均质性是一个研究热点，但对其成因缺乏深入理解。以五峰组—龙马溪组页岩为例，本研究调查了体系域中储层和岩石学非均质性的控制因素。海侵体系域（TST）是页岩气的甜点段。其沉积过程受火山作用和冰川作用控制。这两个过程直接或间接向海洋注入养分，导致高初级生产力。产生的有机质（OM）和硅质骨骼在缺氧水体中保存良好。硅质骨骼通过成岩作用转化为自生石英，填充粒间孔隙以抵抗压实并保持孔隙连通性。OM迁移并在互连孔隙网络中积累，形成大量OM孔隙。早期高位体系域（EHST）在海退期间沉积，生产力减弱，导致硅质骨骼减少。此外，贫氧-氧化水体不利于OM保存。盆外石英和长石显著增加，成为抵抗压实的主要脆性颗粒。这些因素使全尺度孔隙数量远小于TST。在晚期高位体系域（LHST）期间，发生进一步海退，盆外黏土快速增加。氧化水体促进OM氧化，使其更难积累。黏土集合体在成岩过程中持续压实形成致密结构，导致孔隙度最低。结果表明，自生石英的良好抗压实性可能是深埋过成熟页岩油气潜力的关键。
**论文解读：沉积和成岩作用对过成熟页岩非均质性的控制——以四川盆地南部五峰组—龙马溪组为例**
**研究背景与问题**
全球页岩气产量已超过8500亿立方米，占天然气总产量的20%以上。中国下古生界五峰组—龙马溪组页岩经历了长期深埋和高温，热成熟度（Ro）普遍大于2.5，属于过成熟阶。与北美高成熟页岩（Ro=1.2–2）相比，过成熟页岩（Ro>2）的复杂演化过程使其天然气富集模式难以预测，这是全球页岩气产量主要由高成熟页岩贡献的重要原因。现有研究多单独探讨沉积作用对有机质富集或成岩作用对孔隙形成的影响，缺乏对沉积和成岩共同控制下页岩非均质性的系统研究，且沉积、成岩与储层之间的关联尚未完全建立。因此，本研究旨在解决这些问题，对提高过成熟页岩天然气产量具有理论和实践意义。
**研究内容与结论**
研究人员以四川盆地南部五峰组—龙马溪组页岩为对象，在等时地层格架下，通过岩石学分析（X射线衍射、QEMSCAN、扫描电镜）、储层条件实验（氮气吸附、SEM-MAPS、氦孔隙度）和地球化学实验，描述了宏观和微观非均质性，阐明了沉积环境与成岩路径的内在联系，并探讨了不同体系域储层差异的成因。结果表明，海侵体系域（TST）是页岩气甜点段，其高初级生产力和缺氧水体促进了有机质和硅质骨骼的保存，硅质骨骼经成岩转化为自生微晶石英，抵抗压实并维持孔隙连通性，形成大量有机质孔隙。早期高位体系域（EHST）和晚期高位体系域（LHST）因海退导致生产力降低、水体氧化和陆源输入增加，储层孔隙度显著下降。研究揭示了自生石英的抗压实性对深埋过成熟页岩油气潜力的关键作用，为页岩气勘探提供理论依据。论文发表在《Unconventional Resources》期刊。
**关键技术与方法**
本研究采用了多种关键技术：X射线衍射（XRD）分析全岩和黏土矿物组成；QEMSCAN高分辨率矿物定量评估；扫描电镜（SEM）及SEM-MAPS自动拼接技术观察微观孔隙类型和结构；低压氮气吸附实验（BET和DFT模型）测定比表面积（SSA）和孔体积（PV）；氦孔隙度实验（GRI法）测量总孔隙度；地球化学分析（TOC测定、主量和微量元素分析）用于环境指示。样本来自四川盆地南部的W-1、N-1、N-3、N-9、N-11、N-16井及长宁剖面，其中130个样本进行XRD分析，部分样本用于地球化学和孔隙结构测试。
**研究结果**
4.1 基于地层格架的非均质性
4.1.1 宏观非均质性
在等时地层格架内，各体系域矿物组成和TOC含量差异显著。TST以硅质页岩岩相为主，平均TOC为3.19%，脆性矿物含量高（80.90%），黏土矿物低（19.10%），核心呈深灰黑色，发育钾质斑脱岩层和丰富的黄铁矿及笔石。EHST以混合页岩和硅质页岩为主，TOC平均1.99%，黏土和长石增加，石英减少，核心呈灰色，发育韵律层理和侵蚀面。LHST以黏土质页岩和混合页岩为主，TOC平均1.26%，石英显著减少，黏土矿物高达47.14%，核心呈浅灰色，发育砂质透镜体和交错层理。
4.1.2 微观非均质性
TST中硅质页岩富含椭圆石英颗粒（源自放射虫和海绵骨针），微晶石英（<2 μm）为主要硅质来源，颗粒点接触，压实程度低。EHST中混合页岩以盆外石英（>5 μm）为主，硅质化石稀少，颗粒分选差，点-线接触，压实中等，可见长石蚀变为黏土。LHST中黏土质页岩以伊利石、绿泥石和伊/蒙混层为主，微观上可见漂浮状碎屑石英和波状黏土条带，结构致密，基质支撑，压实强烈导致黏土弯曲和微裂缝。
4.1.3 储层非均质性
孔隙类型包括粒间孔、粒内孔和有机质孔。有机质孔以海绵状为主，其次为卷曲状和收缩孔。SEM-MAPS和氮气吸附分析显示，全尺度表面孔隙度（SP）和总SP均表现为硅质页岩>混合页岩>黏土质页岩。硅质页岩全尺度SP为2.45–4.05%，OM孔SP为1.21–2.13%；混合页岩全尺度SP为1.75–2.27%，OM孔SP为0.55–0.92%；黏土质页岩全尺度SP为0.87–1.24%，OM孔SP为0.30–0.57%。氮气吸附实验表明，总SSA和PV也遵循相同顺序，硅质页岩总SSA为29.13–46.32 m2/g，PV为18.46–26.57 mm3/g；黏土质页岩总SSA为11.74–22.55 m2/g，PV为7.80–11.13 mm3/g。微晶石英填充粒间孔，形成刚性骨架，抵抗压实并维持孔隙网络；而盆外石英仅局部支撑，黏土矿物导致塑性变形，降低储层参数。
4.2 古环境控制初始矿物组成和有机质含量
4.2.1 海侵体系域（TST）
TST沉积于海侵期，发育富有机质页岩。地球化学指标（V/Cr、Ni/Co、Th/U和Mo
EF vs. U
EF）指示缺氧甚至硫化条件。Mo-TOC曲线显示中等盆地限制，有利于上升流存在。Si
excess与TOC和（Cu+Ni+Zn）/Al正相关，表明硅质来源于生物骨骼溶解，高初级生产力产生大量有机质和自生微晶石英。陆源输入（Al、Zr、Zr/Al）较低，气候干冷，风化弱。
4.2.2 早期高位体系域（EHST）
EHST沉积于海退期，地化指标显示贫氧-氧化环境，生产力降低（Si
excess均值7.55%），陆源输入增加（Al均值6.91%，Zr均值238.75 ppm）。粗粒碎屑石英和黏土增加，替代生物石英成为主要脆性颗粒，但压实作用增强，孔隙度下降。
4.2.3 晚期高位体系域（LHST）
LHST进一步海退，氧化条件稳定，气候暖湿。陆源黏土矿物输入增加，稀释有机质，尽管生产力不低，但保存条件差。Si
excess均值4.63%，黏土矿物主导，压实致密，孔隙度最低。
4.3 成岩路径强化页岩非均质性
TST中，硅质骨骼在早-中成岩期经历蛋白石-A到蛋白石-CT再到自生微晶石英的转化，时间跨度约6-17 Ma。自生石英充填孔隙，但形成的刚性骨架抵抗压实，促进孔隙保存和油气迁移。EHST中，盆外石英替代生物石英，黏土增加，导致缺乏自生石英支撑，结构致密。LHST中，黏土矿物主导，压实强烈，蒙脱石向伊利石转化，但自生石英形成滞后，难以支撑孔隙。
4.4 导致页岩储层非均质性的综合因素
孔隙发育受生烃、构造和成岩控制。TOC与孔隙度和含气量正相关。石英与SP和PV正相关，表明其形成三维孔隙网络的重要性；黏土矿物与SP负相关，因深埋压实，对储集贡献有限。TST中自生石英和有机质孔发育，形成连通网络；EHST中盆外石英局部支撑，但生产力降低和黏土增加导致孔隙减少；LHST中黏土压实致密，形成微孔但贡献小。
4.5 非均质性成因对油气评估的意义
高初级生产力和缺氧条件是有机质富集的共同特征，但物源和生物差异导致不同成岩路径。TST页岩类似Barnett页岩，但埋深更大，自生石英抗压实作用更关键。EHST和LHST页岩缺乏大量无机孔，致密结构反映压实破坏。评估过成熟页岩油气前景时，需考虑沉积和成岩引起的岩石学非均质性，抗压实性可能影响储层性质。
**总结与结论**
研究总结指出，沉积和成岩引起的岩石学和储层非均质性是指示深埋过成熟页岩油气潜力的重要指标。TST为海侵沉积，高生产力和缺氧环境形成丰富自生石英和有机质孔，有效抵抗压实，形成连续页岩气资源。EHST和LHST因海退和氧化，生产力降低，陆源输入增加，孔隙度下降。研究结论强调，自生石英的抗压实性是深埋过成熟页岩储层质量的关键，为页岩气勘探提供重要理论支持。
