黃鐵礦特征對地質勘探的新應用

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頁巖氣作為一種干凈清潔的非常規能源，近年來在我國的四川盆地取得重大的勘探突破，在很大程度上解決了我國的能源安全問題。頁巖氣勘探也受到了眾多石油地質學家的密切關注，他們從多方面對其進行了深入研究[1-4]。作為一種致密氣藏，在工程上需要進行壓裂改造才能得到產能。礦物脆性是影響頁巖可壓裂性的重要因素之一，黃鐵礦作為一種脆性礦物，影響了頁巖的可壓裂性。黃鐵礦的特性使其在尋找油氣中有一定的作用。隨著科學技術的進步，近十年來許多人在黃鐵礦應用研究方面做了大量工作。SHILEY等[5]研究表明，在伊利諾斯盆地肯塔基州，根據巖心中鐵離子的含量可以預測天然氣大量聚集的地區。崔景偉等[6]認為頁巖中黃鐵礦對有機質聚集、生排烴與油氣的儲集具有積極的影響。徐祖新等[7]、陳康等[8]、朱華[9]等對實驗研究了黃鐵礦含量與吸附氣含量之間的關系，指出兩者之間存在一定的正相關關系，為基于黃鐵礦含量預測頁巖氣富集區域提供了依據。因此文章總結了黃鐵礦在我國的主要特征及分布，總結了這些特性在當前地質勘探中發揮的重要作用。

1黃鐵礦主要特征及分布

1.1主要特征。黃鐵礦是一種常見的自生礦物，在泥頁巖中以自形晶或莓球集合體的形式存在，直徑一般1.0～20.0μm，由數百至數萬個等大小同形態的微晶組成[10-11]。黃鐵礦的發育形態受沉積環境控制明顯。黃鐵礦的主要化學成分為FeS2，是地殼中分布最為廣泛的硫化物。一般情況下，Fe含量為46.55%，S含量為53.45%。成分中還常存在Co、Ni、As等微量元素，表面呈淡黃銅色、黃褐色、赭色，并有綠色或棕色的黑色條紋，不透明，金屬光澤明亮，解理極不完全，硬度4.9~5.2，半導體礦物。1.2分布。我國眾多的含油氣盆地的頁巖儲層中均含有一定量的黃鐵礦。由于受到不同性質構造應力的影響，黃鐵礦的分布深度不一。黃鐵礦形成的沉積環境多樣，主要形成于較強的還原環境。我國頁巖儲層中黃鐵礦的沉積環境以深水-半深水陸棚沉積為主。例如，四川盆地焦石壩地區、長寧-威遠地區頁巖儲層中黃鐵礦含量相對非常高，平均含量介于2%~4%，最大含量達到17%，其中，深水陸棚沉積的海相頁巖較厚，有機孔隙發育，更有利于黃鐵礦的沉積。

2在地質勘探找油中的新應用

2.1黃鐵礦一般形成于優質頁巖中。研究表明，黃鐵礦含量增加也象征著有機質含量的增加。鐵含量高有利于有機質富集，而有機質含量越高越有利于頁巖氣的生成和賦存，頁巖儲層中TOC含量與黃鐵礦呈一定的相關關系。在水動力條件較弱的地區黃鐵礦含量與有機質含量之間的正相關性比較明顯，而在水動力條件較強的環境下兩者之間的相關性并不明顯[12]。黃鐵礦在還原環境下容易形成粒間孔與晶體溶蝕孔縫，從而增加儲層滲透性，水動力條件較弱的還原環境有利于頁巖氣的形成與保存，兩者具有一定的共性，因此黃鐵礦含量高的頁巖一般為優質頁巖。2.2黃鐵礦形成過程伴隨著生烴作用。含硫的干酪根在低溫的條件下生烴時間明顯早于不含硫的干酪根。原因是：1）富有機硫的干酪根因C-S鍵具有較低的鍵能，在相對較低的溫度下即可發生斷裂，因此提前了生烴時間。2）Fe2+屬于過渡金屬，可以明顯影響裂解有機物的電子云分布，從而促進生烴。3）Ⅲ型有機質生烴過程中能通過誘導自由基的形成而促進烴類物質的形成。這表明黃鐵礦具有催化生烴的作用，黃鐵礦催化生烴的機理表明利用黃鐵礦來預測頁巖氣富集有利區具有一定的指導意義。2.3利用地球物理手段預測頁巖氣富集有利區。由于黃鐵礦含量與有機質含量有一定的相關關系，因此用黃鐵礦含量判斷頁巖氣富集有利區是有效的。黃鐵礦是富有機質頁巖中良好的電子導體，影響著頁巖的極化特性。黃鐵礦對應每一項測井均有明顯的響應。大量試驗表明，含黃鐵礦儲層的明顯地球物理響應特征是低電阻率和高極化率。隨著近年來地球物理手段的不斷成熟，利用地球物理方法判斷黃鐵礦富集有利區是一種較為可靠且可行的方法。測井系列包括復電阻率測井、電阻率測井、電成像測井、孔隙度測井及元素俘獲測井。其中復電阻率測井最適用于勘探含黃鐵礦頁巖。在尋找頁巖氣富集有利區塊時，通過黃鐵礦的地球物理響特征是尋找頁巖氣富集有利區的有力手段，但在實際操作中，需通過結合其他實驗手段，例如頁巖中其他礦物比例、有機質成熟度、有機質豐度以及構造因素，建立他們之間的關系模型，這樣才能得到更為可靠的結果。

3結語

黃鐵礦作為一種重要的脆性礦物，在我國大部分頁巖中分布廣泛，因此掌握頁巖儲層中黃鐵礦具有重要的意義。雖然在頁巖礦物含量中總占比較小，形成于較強的還原環境，但由于它生烴演化過程以及獨特的地球物理響應。因此在目前油氣地質中具有重要的應用。通過明確黃鐵礦與頁巖之間的相互關系，可以為目前頁巖氣勘探提供有利的參考，其將在未來地質勘探中發揮更為有利的作用。

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作者:雷 寧 秦啟榮 單位:西南石油大學地球科學與技術學院