淺析黃鐵礦特征及其對(duì)當(dāng)前地質(zhì)勘探中的新應(yīng)用

雷 寧，秦啟榮

（西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500）

頁巖氣作為一種干凈清潔的非常規(guī)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(zhì)學(xué)家的密切關(guān)注，他們從多方面對(duì)其進(jìn)行了深入研究[1-4]。作為一種致密氣藏，在工程上需要進(jìn)行壓裂改造才能得到產(chǎn)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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近十年來許多

人在黃鐵礦應(yīng)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(jù)巖心中鐵離子的含量可以預(yù)測天然氣大量聚集的地區(qū)。崔景偉等[6]認(rèn)為頁巖中黃鐵礦對(duì)有機(jī)質(zhì)聚集、生排烴與油氣的儲(chǔ)集具有積極的影響。徐祖新等[7]、陳康等[8]、朱華[9]等對(duì)實(shí)驗(yàn)研究了黃鐵礦含量與吸附氣含量之間的關(guān)系，指出兩者之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系，為基于黃鐵礦含量預(yù)測頁巖氣富集區(qū)域提供了依據(jù)。因此文章總結(jié)了黃鐵礦在我國的主要特征及分布，總結(jié)了這些特性在當(dāng)前地質(zhì)勘探中發(fā)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(shù)百至數(shù)萬個(gè)等大小同形態(tài)的微晶組成[10-11]。黃鐵礦的發(fā)育形態(tài)受沉積環(huán)境控制明顯。黃鐵礦的主要化學(xué)成分為FeS2，是地殼中分布最為廣泛的硫化物。一般情況下，F(xiàn)e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(dǎo)體礦物。

1.2 分布

我國眾多的含油氣盆地的頁巖儲(chǔ)層中均含有一定量的黃鐵礦。由于受到不同性質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力的影響，黃鐵礦的分布深度不一。黃鐵礦形成的沉積環(huán)境多樣，主要形成于較強(qiáng)的還原環(huán)境。我國頁巖儲(chǔ)層中黃鐵礦的沉積環(huán)境以深水-半深水陸棚沉積為主。例如，四川盆地焦石壩地區(qū)、長寧-威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖儲(chǔ)層中黃鐵礦含量相對(duì)非常高，平均含量介于2%～4%，最大含量達(dá)到17%，其中，深水陸棚沉積的海相頁巖較厚，有機(jī)孔隙發(fā)育，更有利于黃鐵礦的沉積。

2 在地質(zhì)勘探找油中的新應(yīng)用

2.1 黃鐵礦一般形成于優(yōu)質(zhì)頁巖中

研究表明，黃鐵礦含量增加也象征著有機(jī)質(zhì)含量的增加。鐵含量高有利于有機(jī)質(zhì)富集，而有機(jī)質(zhì)含量越高越有利于頁巖氣的生成和賦存，頁巖儲(chǔ)層中TOC含量與黃鐵礦呈一定的相關(guān)關(guān)系。在水動(dòng)力條件較弱的地區(qū)黃鐵礦含量與有機(jī)質(zhì)含量之間的正相關(guān)性比較明顯，而在水動(dòng)力條件較強(qiáng)的環(huán)境下兩者之間的相關(guān)性并不明顯[12]。黃鐵礦在還原環(huán)境下容易形成粒間孔與晶體溶蝕孔縫，從而增加儲(chǔ)層滲透性，水動(dòng)力條件較弱的還原環(huán)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(yōu)質(zhì)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(shí)間明顯早于不含硫的干酪根。原因是：1）富有機(jī)硫的干酪根因C-S鍵具有較低的鍵能，在相對(duì)較低的溫度下即可發(fā)生斷裂，因此提前了生烴時(shí)間。2）Fe2+屬于過渡金屬，可以明顯影響裂解有機(jī)物的電子云分布，從而促進(jìn)生烴。3）Ⅲ型有機(jī)質(zhì)生烴過程中能通過誘導(dǎo)自由基的形成而促進(jìn)烴類物質(zhì)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(jī)理表明利用黃鐵礦來預(yù)測頁巖氣富集有利區(qū)具有一定的指導(dǎo)意義。

2.3 利用地球物理手段預(yù)測頁巖氣富集有利區(qū)

由于黃鐵礦含量與有機(jī)質(zhì)含量有一定的相關(guān)關(guān)系，因此用黃鐵礦含量判斷頁巖氣富集有利區(qū)是有效的。黃鐵礦是富有機(jī)質(zhì)頁巖中良好的電子導(dǎo)體，影響著頁巖的極化特性。黃鐵礦對(duì)應(yīng)每一項(xiàng)測井均有明顯的響應(yīng)。大量試驗(yàn)表明，含黃鐵礦儲(chǔ)層的明顯地球物理響應(yīng)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(qū)是一種較為可靠且可行的方法。測井系列包括復(fù)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(fù)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(qū)塊時(shí)，通過黃鐵礦的地球物理響特征是尋找頁巖氣富集有利區(qū)的有力手段，但在實(shí)際操作中，需通過結(jié)合其他實(shí)驗(yàn)手段，例如頁巖中其他礦物比例、有機(jī)質(zhì)成熟度、有機(jī)質(zhì)豐度以及構(gòu)造因素，建立他們之間的關(guān)系模型，這樣才能得到更為可靠的結(jié)果。

3 結(jié)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(chǔ)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(qiáng)的還原環(huán)境，但由于它生烴演化過程以及獨(dú)特的地球物理響應(yīng)。因此在目前油氣地質(zhì)中具有重要的應(yīng)用。通過明確黃鐵礦與頁巖之間的相互關(guān)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(zhì)勘探中發(fā)揮更為有利的作用。