中上扬子地区下志留统和下寒武统页岩的储集物性存在显著差异，前者明显优于后者，这被广泛用于解释两套页岩的含气性差异，但其原因与机制仍存在诸多疑问。石英矿物作为富有机质页岩中最主要的无机矿物之一，硅质含量以及成岩作用对页岩岩石力学性质（如脆性）和孔隙演化具有重要影响。但是，下志留统和下寒武统页岩储层中硅质成岩演化是否存在差异？是否会进一步影响孔隙的发育与保持？这些问题都可能是导致两套页岩储层物性差异的重要原因。

针对上述问题，bat365官网能源学院高平副教授、肖贤明教授及其合作者对中上扬子地区多口钻井/剖面的下寒武统和下志留统页岩储层进行了系统性研究，阐述了两套页岩储层在硅质成岩演化上的差异性，并明确了页岩储层的发育与硅质成岩演化密切相关，这对华南地区下古生界海相页岩气的勘探开发具有重要的科学指导意义。取得的主要认识如下：

1、中上扬子地区下寒武统和下志留统页岩储层发育多种岩相类型，其中下寒武统页岩岩相复杂，以硅质泥岩、粘土质泥岩和硅质泥灰岩为主，而下志留统页岩岩相相对单一，以硅质泥岩和粘土质页岩为主（图1）。在下寒武统和下志留统页岩中，可以识别出六种不同类型的石英颗粒，包括碎屑石英、石英次生加大、硅质骨骼碎片、微晶石英聚合体、硅质纳米球体和基质分散微晶石英，其中后五种可归类为自生石英。

2、下寒武统和下志留统页岩储层中不同类型硅质的相对浓度与分布与岩相类型密切相关。硅质泥岩和粘土质泥岩通过具有相对较高的过量硅浓度，在过量硅的组成中，前者相对富集其他硅质（大部分为生物硅质），后者主要以成岩硅质为主。下寒武统麦地坪组泥岩具有最高的过量硅含量，并呈现出广泛的自生石英胶结，但是下寒武统大部分泥岩均表现出相对较低的过量硅含量；与下寒武统泥岩相比，下志留统泥岩普遍具有较高的过量硅含量，且自下而上呈现出逐渐降低的趋势，其中底部硅质泥岩表现出较高的生物硅质含量，并含有大量的微晶石英聚合体和硅质纳米球体（图2和图3）。

3、下寒武统和下志留统页岩储层中硅质成岩作用主要的硅质来源为硅质骨骼碎片的溶解作用和粘土矿物成岩转化。然而，早寒武世古海洋中硅质生物的数量仍不足以完全控制硅循环，这导致了下寒武统页岩中硅质成岩路径相对复杂。根据早寒武世富硅质古海洋的特征，下寒武统页岩中硅质成岩路径还包括富硅质海洋/孔隙水中硅质的直接沉淀以及硅质交代碳酸盐矿物/磷灰石矿物。

4、硅质生物的种类以及自生石英的相对含量可以影响页岩储层中有机质孔隙的发育和保持。下寒武统页岩中硅质生物以底栖类的海绵骨针为主，相对富氧的底水环境不利于富有机质泥岩的形成；下志留统页岩中硅质生物以浮游类的硅质放射虫为主，放射虫的勃发有利于富有机质硅质泥岩的形成。此外，下志留统泥岩中发育有大量的微晶石英聚合体和硅质纳米球体颗粒，可以组成抗压实的骨架，避免了有机质孔隙遭受压实作用而坍塌；然而下寒武统泥岩中相对缺乏微晶石英聚合体和硅质纳米球体，有机质孔隙难以得到有效地保持，且下寒武统最底部页岩储层遭受广泛的自生石英胶结，可以严重恶化孔隙。因此，自生石英的相对含量和类型严重影响了中上扬子地区下寒武统和下志留统页岩储层的孔隙演化特征，是造成两者储集物性差异的重要因素（图4）。

图1 中上扬子地区（A）下寒武统和（B）下志留统页岩岩相分类

I=钙质泥岩；II=粘土质泥灰岩；III=硅质泥灰岩；IV=粘土质泥岩（页岩）；V=硅质泥岩

图2 中上扬子地区（A）下寒武统和（B）下志留统页岩样品的SiO₂和Al₂O₃含量交汇图

图3 中上扬子地区下寒武统和下志留统页岩样品中不同类型硅质的（A）含量和（B）相对比例

图4 中上扬子地区下寒武统和下志留统页岩样品典型的岩石薄片和SEM照片

（A）下寒武统页岩中以硅质骨针为主；（B）下志留统页岩中以硅质放射虫为主，且与有机质密切伴生；（C）下寒武统页岩中相对缺乏有机质孔隙；（D）下志留统页岩中发育大量微晶石英聚合体，其中有机质孔隙得到了较好的保持。Ch=玉髓；Cal=方解石；DeQ=碎屑石英；MiQ=微晶石英；OM=有机质。

上述成果主要受国家自然科学基金重点项目“我国南方下寒武统页岩气评价的一些基础科学问题研究”（42030804）资助，发表在石油地质学领域权威期刊《AAPG Bulletin》上，论文信息为：Gao, P., Xiao, X., Hu, D., Lash, G.G., Liu, R., Zhang, B., Zhao, Y., 2024. Comparison of silica diagenesis between the lower Cambrian and lower Silurian shale reservoirs in the middle–upper Yangtze platform (southern China). AAPG Bulletin 108, 971-1003.

全文链接：https://doi.org/10.1306/01242422096