黄铁矿特征对地质勘探的新应用

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页岩气作为一种干净清洁的非常规能源，近年来在我国的四川盆地取得重大的勘探突破，在很大程度上解决了我国的能源安全问题。页岩气勘探也受到了众多石油地质学家的密切关注，他们从多方面对其进行了深入研究[1-4]。作为一种致密气藏，在工程上需要进行压裂改造才能得到产能。矿物脆性是影响页岩可压裂性的重要因素之一，黄铁矿作为一种脆性矿物，影响了页岩的可压裂性。黄铁矿的特性使其在寻找油气中有一定的作用。随着科学技术的进步，近十年来许多人在黄铁矿应用研究方面做了大量工作。SHILEY等[5]研究表明，在伊利诺斯盆地肯塔基州，根据岩心中铁离子的含量可以预测天然气大量聚集的地区。崔景伟等[6]认为页岩中黄铁矿对有机质聚集、生排烃与油气的储集具有积极的影响。徐祖新等[7]、陈康等[8]、朱华[9]等对实验研究了黄铁矿含量与吸附气含量之间的关系，指出两者之间存在一定的正相关关系，为基于黄铁矿含量预测页岩气富集区域提供了依据。因此文章总结了黄铁矿在我国的主要特征及分布，总结了这些特性在当前地质勘探中发挥的重要作用。

1黄铁矿主要特征及分布

1.1主要特征。黄铁矿是一种常见的自生矿物，在泥页岩中以自形晶或莓球集合体的形式存在，直径一般1.0～20.0μm，由数百至数万个等大小同形态的微晶组成[10-11]。黄铁矿的发育形态受沉积环境控制明显。黄铁矿的主要化学成分为FeS2，是地壳中分布最为广泛的硫化物。一般情况下，Fe含量为46.55%，S含量为53.45%。成分中还常存在Co、Ni、As等微量元素，表面呈淡黄铜色、黄褐色、赭色，并有绿色或棕色的黑色条纹，不透明，金属光泽明亮，解理极不完全，硬度4.9~5.2，半导体矿物。1.2分布。我国众多的含油气盆地的页岩储层中均含有一定量的黄铁矿。由于受到不同性质构造应力的影响，黄铁矿的分布深度不一。黄铁矿形成的沉积环境多样，主要形成于较强的还原环境。我国页岩储层中黄铁矿的沉积环境以深水-半深水陆棚沉积为主。例如，四川盆地焦石坝地区、长宁-威远地区页岩储层中黄铁矿含量相对非常高，平均含量介于2%~4%，最大含量达到17%，其中，深水陆棚沉积的海相页岩较厚，有机孔隙发育，更有利于黄铁矿的沉积。

2在地质勘探找油中的新应用

2.1黄铁矿一般形成于优质页岩中。研究表明，黄铁矿含量增加也象征着有机质含量的增加。铁含量高有利于有机质富集，而有机质含量越高越有利于页岩气的生成和赋存，页岩储层中TOC含量与黄铁矿呈一定的相关关系。在水动力条件较弱的地区黄铁矿含量与有机质含量之间的正相关性比较明显，而在水动力条件较强的环境下两者之间的相关性并不明显[12]。黄铁矿在还原环境下容易形成粒间孔与晶体溶蚀孔缝，从而增加储层渗透性，水动力条件较弱的还原环境有利于页岩气的形成与保存，两者具有一定的共性，因此黄铁矿含量高的页岩一般为优质页岩。2.2黄铁矿形成过程伴随着生烃作用。含硫的干酪根在低温的条件下生烃时间明显早于不含硫的干酪根。原因是：1）富有机硫的干酪根因C-S键具有较低的键能，在相对较低的温度下即可发生断裂，因此提前了生烃时间。2）Fe2+属于过渡金属，可以明显影响裂解有机物的电子云分布，从而促进生烃。3）Ⅲ型有机质生烃过程中能通过诱导自由基的形成而促进烃类物质的形成。这表明黄铁矿具有催化生烃的作用，黄铁矿催化生烃的机理表明利用黄铁矿来预测页岩气富集有利区具有一定的指导意义。2.3利用地球物理手段预测页岩气富集有利区。由于黄铁矿含量与有机质含量有一定的相关关系，因此用黄铁矿含量判断页岩气富集有利区是有效的。黄铁矿是富有机质页岩中良好的电子导体，影响着页岩的极化特性。黄铁矿对应每一项测井均有明显的响应。大量试验表明，含黄铁矿储层的明显地球物理响应特征是低电阻率和高极化率。随着近年来地球物理手段的不断成熟，利用地球物理方法判断黄铁矿富集有利区是一种较为可靠且可行的方法。测井系列包括复电阻率测井、电阻率测井、电成像测井、孔隙度测井及元素俘获测井。其中复电阻率测井最适用于勘探含黄铁矿页岩。在寻找页岩气富集有利区块时，通过黄铁矿的地球物理响特征是寻找页岩气富集有利区的有力手段，但在实际操作中，需通过结合其他实验手段，例如页岩中其他矿物比例、有机质成熟度、有机质丰度以及构造因素，建立他们之间的关系模型，这样才能得到更为可靠的结果。

3结语

黄铁矿作为一种重要的脆性矿物，在我国大部分页岩中分布广泛，因此掌握页岩储层中黄铁矿具有重要的意义。虽然在页岩矿物含量中总占比较小，形成于较强的还原环境，但由于它生烃演化过程以及独特的地球物理响应。因此在目前油气地质中具有重要的应用。通过明确黄铁矿与页岩之间的相互关系，可以为目前页岩气勘探提供有利的参考，其将在未来地质勘探中发挥更为有利的作用。

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[10]邹才能．非常规油气地质[M]．北京：地质出版社，2014：127-167.

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作者:雷 宁 秦启荣 单位:西南石油大学地球科学与技术学院