湯家林,張　兵,王緒本,余　剛,張明明,黃　濤

(1.“地球探測(cè)與信息技術(shù)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都　610059；2.中國(guó)石油集團(tuán) 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北 涿州 072750;3.四川省核工業(yè)地質(zhì)局 282大隊(duì),四川 德陽(yáng) 618000)

黃鐵礦是富有機(jī)質(zhì)沉積的特征礦物，在深水沉積環(huán)境形成的頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)是頁(yè)巖中黃鐵礦形成的關(guān)鍵因素；富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中一般含有一定量的黃鐵礦[1-2]。黃鐵礦具有良好的導(dǎo)電能力，含有一定黃鐵礦的地層，在電磁法勘探中能產(chǎn)生明顯的極化異常；利用激發(fā)極化方法對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖進(jìn)行勘探存在著可能性[3-4]。何展翔利用激發(fā)極化的方法進(jìn)行了油氣檢測(cè)的試驗(yàn)，認(rèn)為激發(fā)極化方法能有效地用于油氣的檢測(cè)，并且具有較好的信噪比，和更深的勘探深度[5]。對(duì)于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，張春賀等[6]基于時(shí)頻電磁法對(duì)四川盆地南部的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系下志留統(tǒng)龍馬溪組-上奧陶統(tǒng)五峰組進(jìn)行了試驗(yàn)性的勘探，并得出了富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系的時(shí)頻電磁異常模式為低阻-高極化模式；周印明等[7]應(yīng)用時(shí)頻電磁法進(jìn)行頁(yè)巖“甜點(diǎn)”的識(shí)別和圈定，發(fā)現(xiàn)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系表現(xiàn)為低阻、高極化特征，總有機(jī)碳較高的層段則表現(xiàn)為高阻、高極化特征。

以上勘探試驗(yàn)取得了顯著的成果；但是基于頁(yè)巖樣品的實(shí)驗(yàn)室物性測(cè)試尚處于探索階段，尤其是電阻率、極化率方面的測(cè)試。向奎等[8]、李鵬飛等[9]對(duì)川南頁(yè)巖樣品研究發(fā)現(xiàn)，黃鐵礦是頁(yè)巖產(chǎn)生較強(qiáng)激電效應(yīng)的原因。頁(yè)巖氣屬于非常規(guī)的油氣，黃鐵礦在深水環(huán)境形成的頁(yè)巖中的存在形式和還原環(huán)境，相比于常規(guī)的油氣儲(chǔ)層要復(fù)雜；但黃鐵礦和在頁(yè)巖中激發(fā)極化機(jī)制充當(dāng)?shù)闹匾陨袥](méi)有具體的研究。

為了研究黃鐵礦在頁(yè)巖中產(chǎn)生激發(fā)極化響應(yīng)的機(jī)理，以川南龍馬溪組頁(yè)巖樣品中的黃鐵礦為對(duì)象，采用電鏡掃描、有機(jī)地化測(cè)試等手段研究黃鐵礦微觀特征，分析黃鐵礦的形態(tài)特征及其可能指示的頁(yè)巖TOC的形成環(huán)境；通過(guò)巖石電學(xué)參數(shù)測(cè)試，探討由黃鐵礦在頁(yè)巖中引起激發(fā)極化的機(jī)理，定性分析黃鐵礦的含量與極化率的關(guān)系，為進(jìn)一步使用時(shí)頻電磁方法進(jìn)行頁(yè)巖氣勘探提供依據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)樣品特征

1.1　礦物含量

川南龍馬溪組頁(yè)巖的20塊頁(yè)巖巖心樣品黃鐵礦、硫和TOC含量的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。黃鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～11.3%，平均為3.74%；硫的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.1%。硫含量與鐵含量有較強(qiáng)的相關(guān)性(圖1)，這也證明頁(yè)巖中硫元素主要以黃鐵礦的形式存在。TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%～3.12%，平均為1.98%。

1.2　黃鐵礦微觀特征

川南龍馬溪組頁(yè)巖主要為深水沉積的海相頁(yè)巖。一般認(rèn)為在正常的海洋沉積環(huán)境中，黃鐵礦的形成主要與硫酸鹽還原作用有關(guān)，并取決于沉積物中有機(jī)質(zhì)的含量[10]。沉積物中有機(jī)質(zhì)含量高，在儲(chǔ)層中形成大量的甲烷氣體，加強(qiáng)了厭氧化作用；另外有機(jī)質(zhì)降解加速，硫來(lái)源充足，多種硫化途徑形成黃鐵礦。黃鐵礦多以草莓狀產(chǎn)出，指示出一種富有機(jī)質(zhì)沉積物的強(qiáng)還原性缺氧環(huán)境[11]。

實(shí)驗(yàn)選取了15塊頁(yè)巖樣品，使用掃描電子顯微鏡JSM-5500LV進(jìn)行薄片的掃描。含黃鐵礦的頁(yè)巖樣品在電子顯微鏡下可以看到清晰的黃鐵礦晶形，也清晰可見(jiàn)草莓狀黃鐵礦，直徑為4～10 μm，草莓狀黃鐵礦的晶形較大(圖2)；片狀黏土礦物集合體中夾雜黃鐵礦晶體(圖2-C)，黃鐵礦鑲嵌于片狀黏土礦物集合體上(圖2-D)。草莓狀黃鐵礦周緣孔隙發(fā)育較好，晶間提供了有效的孔隙，利于有機(jī)質(zhì)的賦存[12]。硫含量相對(duì)于鐵的含量要高(表1)，按照黃鐵礦中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)得出沉積水體中H2S比較充足。R.T.Wilkin等[13]認(rèn)為依據(jù)草莓狀黃鐵礦可以將沉積環(huán)境分為硫化和氧化，水體中H2S充足，說(shuō)明頁(yè)巖樣品草莓狀黃鐵礦沉積環(huán)境為硫化環(huán)境。黃鐵礦呈晶形完好的立方體，微晶結(jié)構(gòu)，黏土礦物集合體充填晶間孔隙中(圖2-E、F)。此類晶形的出現(xiàn)，指示黃鐵礦形成過(guò)程中古甲烷菌和硫酸鹽還原菌的強(qiáng)烈作用[11]，沉積環(huán)境應(yīng)為還原環(huán)境，在還原水體中有充足的H2S和鐵類物質(zhì)。

表1　頁(yè)巖巖心樣品成分測(cè)試結(jié)果Table 1　Mineral content of shale core samples

黃鐵礦的微觀特征表明，沉積水體為酸性環(huán)境(H2S含量較高)，也是甲烷厭氧作用的環(huán)境；在此環(huán)境下有利于有機(jī)質(zhì)的降解，同時(shí)鐵含量高也有利于有機(jī)質(zhì)的富集[2]。龍馬溪組底部有含量較高的黃鐵礦，黃鐵礦和TOC的含量從下到上依次減少，這兩者的規(guī)律表現(xiàn)為一致[12]。通過(guò)測(cè)定黃鐵礦和TOC含量，得到兩者的關(guān)系圖(圖1)。黃鐵礦含量和硫的含量線性擬合程度較高，擬合度為0.73，可見(jiàn)頁(yè)巖中S元素主要以黃鐵礦的形式存在，有機(jī)硫的含量較少；TOC含量和黃鐵礦的相關(guān)性相對(duì)稍差，但正相關(guān)關(guān)系明顯，TOC和黃鐵礦的關(guān)系更多地表現(xiàn)在沉積環(huán)境上的關(guān)聯(lián)。草莓狀黃鐵礦和立方體狀黃鐵礦的微觀特征反映了頁(yè)巖中TOC的沉積環(huán)境為富有機(jī)質(zhì)沉積物的強(qiáng)還原性缺氧環(huán)境；且頁(yè)巖中黃鐵礦含量和TOC含量不僅在數(shù)量上線性相關(guān)，在地層空間上的遞減規(guī)律也表現(xiàn)一致。

2　樣品電性測(cè)試與分析

2.1　極化率

將樣品切成邊長(zhǎng)約為3 cm的正方體或者長(zhǎng)方體，在中國(guó)石油東方地球物理公司(河北涿州)采用英國(guó)輸力強(qiáng)公司生產(chǎn)的1260阻抗(振幅、相位)分析儀(The 1260 Impedance/Gain-Phase Analyzer)測(cè)試復(fù)電阻率。實(shí)驗(yàn)測(cè)量頻率為0.01～10 000 Hz，每個(gè)頻率數(shù)量級(jí)掃頻10個(gè)，總共掃頻61個(gè)，保證有足夠的頻點(diǎn)反映巖心的電性信息。測(cè)量電極連接方式為對(duì)稱四極：AB極為供電電極，MN為測(cè)量電極，ABMN通過(guò)BNC接頭的連線與Solartron-1260A阻抗相位分析儀連接。實(shí)驗(yàn)測(cè)量電極為銅電極，電極與巖心之間的電流導(dǎo)體為飽和硫酸銅溶液和的面團(tuán)，目的是減少電極的極化對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的影響。

圖1　頁(yè)巖巖心樣品中黃鐵礦含量與S、TOC含量的關(guān)系Fig.1　Relationship between pyrite content and S,TOC content of the shale drilling cores

圖3　頁(yè)巖樣品的頻譜圖Fig.3　Spectrum diagram of shale samples

在不同頻率下，激發(fā)極化效應(yīng)可以從復(fù)電阻率的頻譜參數(shù)得到反映，頁(yè)巖的極化效應(yīng)越強(qiáng)，其復(fù)電阻率的振幅變化越明顯，相位在低頻段的變化幅度也越大。為了分析黃鐵礦含量與激發(fā)極化效應(yīng)強(qiáng)烈程度的關(guān)系，分別選取4塊頁(yè)巖巖心的相位和振幅譜進(jìn)行分析。巖心樣品4、5的黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.8%和3.2%，為所有測(cè)試樣品中黃鐵礦含量的平均水平；巖心樣品16、17黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8.8%和11.7%，屬于這批樣品中黃鐵礦含量較高的部分。4個(gè)樣品復(fù)電阻率頻譜特征如圖3所示。

從圖3可以看出，頁(yè)巖巖心樣品低頻的振幅比高頻的振幅要大，振幅隨著頻率的增加而減小；黃鐵礦含量較高的頁(yè)巖巖心樣品，振幅從低頻到高頻遞減得較快，總體的遞減幅度也比較大。相位曲線隨著頻率的變化相對(duì)振幅譜比較復(fù)雜，相位都為負(fù)值。在低頻段，復(fù)電阻率相位曲線主要受激發(fā)極化的影響[14]，樣品4、樣品5的相位在頻率<1 Hz時(shí)變化較為劇烈，隨著頻率的增加變化趨于緩和，在1 Hz左右達(dá)到最大值。黃鐵礦含量較高的樣品16、17，低頻剛開(kāi)始相位變化緩和，在頻率為0.1～100 Hz變化幅度相對(duì)較大；頻率>100 Hz，由于介電常數(shù)的影響，隨著頻率的增加相位曲線表現(xiàn)為增大?？梢?jiàn)，復(fù)電阻率的相位曲線對(duì)含有極化礦物的頁(yè)巖巖心樣品產(chǎn)生的極化效應(yīng)反應(yīng)明顯。

2.2　極化率反演

激發(fā)極化現(xiàn)象是不含金屬礦物的巖石中孔隙空間中的復(fù)雜電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。在過(guò)去幾十年中有不同種類的導(dǎo)電弛豫模型被開(kāi)發(fā)出來(lái)，用于定量表征巖礦石的充電過(guò)程，其中有經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的Cole-Cole模型、Ostrander and Zonge的電化學(xué)模型、Zhdanov的GEMTIP 模型，以及Revil等基于有效介質(zhì)理論的激發(fā)極化電化學(xué)模型[15-18]。但廣為接受的還是使用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的Cole-Cole 模型。在此選用Cole-Cole模型來(lái)對(duì)實(shí)測(cè)的復(fù)電阻率頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行反演擬合，表達(dá)式如下

其中：ρ0為頻率為零時(shí)的電阻率；m為極化率;τ為時(shí)間常數(shù);c為頻率相關(guān)系數(shù),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)c常取0.25。

在反演算法中選用阻尼最小二乘法，阻尼最小二乘法克服了最小二乘的模型修改量過(guò)大，從而提高了反演過(guò)程中的穩(wěn)定性。對(duì)前面給出的4塊頁(yè)巖樣品，選擇樣品5和17給出復(fù)電阻率的實(shí)測(cè)和反演擬合情況進(jìn)行討論(圖4)。Cole-Cole反演參數(shù)如表2。

從表2可知，樣品17比樣品5的極化率要高，而測(cè)量出樣品17的黃鐵礦含量比樣品5要高，說(shuō)明黃鐵礦含量高的巖心在Cole-Cole經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖碌贸龅臉O化率要高這與向奎等研究的結(jié)果相符；2塊巖心樣品的擬合誤差都在要求精度內(nèi)(相對(duì)誤差<5%)，樣品17的擬合誤差也比樣品5要低。從圖4看出，樣品17的電阻率實(shí)測(cè)曲線與反演曲線基本重合在一起；樣品5的擬合結(jié)果在1～100 Hz這段雖然出現(xiàn)偏差，但總體是合理的。

表2　樣品的反演模型參數(shù)Table 2　Parameters for inversion model of the samples

使用Cole-Cole模型，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的20塊巖心實(shí)測(cè)的復(fù)電阻率頻譜進(jìn)行一一反演，并統(tǒng)計(jì)其極化率。黃鐵礦含量與極化率的關(guān)系圖(圖5-A)，總體上極化率隨著黃鐵礦含量的增加而增大；黃鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于平均值3.7%左右時(shí)，頁(yè)巖巖心極化率主要在0.15～0.25；極化率和黃鐵礦的含量線性擬合程度較高，兩者呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性。

3　黃鐵礦的極化機(jī)理及電磁勘探意義

3.1　黃鐵礦的微觀極化機(jī)理

黃鐵礦是電子導(dǎo)體，所產(chǎn)生的激發(fā)極化現(xiàn)象在過(guò)去普遍認(rèn)為是一種面極化現(xiàn)象[19]。電子導(dǎo)體極化是指在施加外電壓時(shí)，電子導(dǎo)體與周圍溶液界面上的電荷發(fā)生分化和轉(zhuǎn)移。圖6為黃鐵礦在外電場(chǎng)作用下的一種激發(fā)極化模型，圖6-A顯示黃鐵礦容易失去電子，其表面通常吸附正電荷從而在表面形成平衡的雙電層；圖6-B為雙電層的結(jié)構(gòu)，雙電層由擴(kuò)散層和緊密層組成，擴(kuò)散層的厚度在納米級(jí)別；圖6-C為在外電流I0的作用下，雙電層的平衡被打破，電荷向兩極移動(dòng)，使兩極附近雙電層的電位超過(guò)在沒(méi)有外電流時(shí)的平衡電位εr，重新形成的電位為εd，極化效應(yīng)產(chǎn)生的電位差為U0=εd-εr；導(dǎo)體內(nèi)負(fù)電荷向電流流入端轉(zhuǎn)移并形成陰極，流出端聚積正電荷形成陽(yáng)極。

圖4　頁(yè)巖樣品的Cole-Cole反演結(jié)果Fig.4　Cole-Cole inversion results of shale samples

圖5　頁(yè)巖樣品極化率與黃鐵礦含量、黏土含量關(guān)系圖Fig.5　Relationship between polarizability,pyrite content and clay content of shale samples

圖6　黃鐵礦在外電場(chǎng)下激發(fā)極化模型Fig.6　The induced polarization model of the pyrite in the external electric field (改自何繼善，2005)[19](A)電荷分化形成雙電層;(B)雙電層結(jié)構(gòu);(C)外電流引起的外電荷轉(zhuǎn)移

3.2　頁(yè)巖中黃鐵礦極化機(jī)理

頁(yè)巖中的礦物成分主要有：一是導(dǎo)電性極差的脆性礦物，包括石英、長(zhǎng)石、方解石等；另一類是能形成雙電層的黏土礦物，包括高嶺石、綠泥石、伊/蒙混層等，還有少量的黃鐵礦和TOC。在之前的敘述中，由黃鐵礦的微觀賦存形式及黃鐵礦含量和TOC含量，印證了黃鐵礦和TOC在地層中有一定的相關(guān)性，同時(shí)也得出了TOC的形成環(huán)境為非氧化的還原環(huán)境。但是TOC在頁(yè)巖中含量較低，用于陽(yáng)離子的交換表面非常小， TOC表面的陽(yáng)離子交換量(CEC)對(duì)極化的影響可以忽略[20]。

由此，我們將目光轉(zhuǎn)向與黃鐵礦賦存最為密切的黏土上。從微觀上黃鐵礦鑲嵌在黏土礦物集合體上，并且在黃鐵礦形成的晶間充填片狀黏土礦物，可見(jiàn)頁(yè)巖中黃鐵礦和黏土礦物賦存關(guān)系密切。A.Revil等[21]認(rèn)為多孔頁(yè)巖中黏土礦物之間的微孔是閉合的，黏土礦物的雙電層擴(kuò)散電荷能夠延伸到微孔中。黏土顆粒和導(dǎo)電礦物之間形成的宏孔則存在著一定的連通性，這部分的孔隙為電解液中離子遷移提供了通道。P.Leroy等[22]討論了黏土礦物的極化機(jī)理，認(rèn)為黏土礦物中的高嶺石表面具有CEC、較低的比表面積和較低的膠結(jié)系數(shù)；但在雙電層模型中，其緊密層離子的移動(dòng)性較高，幾乎和孔隙水的離子移動(dòng)速率相同，而伊利石和蒙脫石則表現(xiàn)相反的特性。A.Revil等[20]認(rèn)為，黏土雙電層中，緊密層在黏土導(dǎo)電中扮演著極其重要的角色；但是在多孔介質(zhì)中，孔隙喉道的離子通量需要考慮，尤其在頁(yè)巖這種納米級(jí)的孔隙中。S.Misra等[23]對(duì)含浸染狀黃鐵礦的賦烴源巖的復(fù)電導(dǎo)率進(jìn)行研究，認(rèn)為在非氧化還原性的條件下，黃鐵礦與其充填在孔隙空間的電荷載體在非滲透孔隙界面發(fā)生完全極化的界面極化現(xiàn)象。在這樣的極化現(xiàn)象下，巖石的頻散現(xiàn)象將加強(qiáng)，也就是極化會(huì)增強(qiáng)。從黃鐵礦的微觀特征證實(shí)，頁(yè)巖中的黃鐵礦正是處在非氧化還原性環(huán)境下。

此次實(shí)驗(yàn)頁(yè)巖的黏土礦物和用單Cole-Cole模型擬合計(jì)算出來(lái)的極化率關(guān)系見(jiàn)圖5-B，圖中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)黏土礦物與極化率有正相關(guān)的關(guān)系。然而，正如圖中橢圓所示，在黏土礦物含量較高時(shí)，極化率似乎是遞減的。

通過(guò)分析，可以這樣認(rèn)為：如圖7的模型(僅討論黃鐵礦和黏土礦物)，頁(yè)巖中孔隙為納米級(jí)別，所以認(rèn)為黏土礦物和黃鐵礦的雙電層模型中的擴(kuò)散層的厚度等同于孔隙的直徑。這樣黃鐵礦處于含有大量鹽離子(正電荷一般為Na+、Mg+，負(fù)電荷一般為Cl-)的孔隙溶液中，在外部電磁場(chǎng)作用下，和溶液接觸的界面發(fā)生完全極化的界面極化，并產(chǎn)生較強(qiáng)的極化效應(yīng)。黏土礦物擴(kuò)散層對(duì)極化率的貢獻(xiàn)可以忽略，而緊密層的陽(yáng)離子交換量對(duì)極化有貢獻(xiàn)，并且和孔隙溶液接觸的界面有關(guān)?？梢酝茰y(cè)，頁(yè)巖骨架主要為脆性礦物，在脆性礦物中形成宏孔，但隨著黏土礦物的增加，頁(yè)巖壓實(shí)度升高，孔隙體積也相應(yīng)地減少，則黏土礦物的緊密層的陽(yáng)離子交換量減少，黏土對(duì)極化率的貢獻(xiàn)減低。在黃鐵礦形成的晶間孔隙中，被片狀黏土礦物填充，導(dǎo)致黃鐵礦與孔隙電解液的接觸面積減小，孔隙喉道被堵塞從而降低黃鐵礦的極化效應(yīng)。

3.3　黃鐵礦的電磁勘探意義

在地球物理勘探中，可以利用時(shí)頻電磁法采集地下極化礦物在長(zhǎng)周期電流下產(chǎn)生極化形成的電磁場(chǎng)，從而獲得地下地層極化異常的分布。時(shí)頻電磁法在有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中的應(yīng)用尚處于試探階段[5,24-25]。開(kāi)展頁(yè)巖黃鐵礦的激發(fā)極化機(jī)理研究的意義體現(xiàn)在如下兩方面：第一，頁(yè)巖中黃鐵礦的激電極化效應(yīng)機(jī)理的研究是頁(yè)巖巖石電學(xué)理論研究的補(bǔ)充，同時(shí)也對(duì)利用極化效應(yīng)的電磁方法勘探富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖提供了重要的依據(jù)；第二，黃鐵礦的存在與頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量正相關(guān)，黃鐵礦的微觀形態(tài)影響極化效應(yīng)的強(qiáng)弱，而微觀形態(tài)與有機(jī)質(zhì)的形成環(huán)境密切相關(guān)，這為研究頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)和極化率的關(guān)系提供了依據(jù)，進(jìn)而為有機(jī)質(zhì)的預(yù)測(cè)提供了數(shù)據(jù)保證。

圖7　黃鐵礦微觀極化機(jī)制示意圖Fig.7　Micro-polarization mechanism of pyrite(修改自A.Revil,2004)[21](A)黏土礦物和黃鐵礦組成的集合體，孔隙空間有：不同礦物顆粒之間組成的易隔離的宏孔，同種礦物顆粒組成的晶間孔以及礦物顆粒內(nèi)的微孔?！?”代表鹽類陽(yáng)離子(Na+或K+)，“-”代表鹽類陰離子(Cl-)。(B)黏土雙電層， M+為鹽類陽(yáng)離子，A-為鹽類陰離子，雙電層由致密層和擴(kuò)散層組成，擴(kuò)散層和微孔隙空間重疊

4　結(jié) 論

①川南龍馬溪組頁(yè)巖中的黃鐵礦，宏觀上為斑狀和散點(diǎn)狀分布，微觀上以草莓狀或晶形完好的立方體或長(zhǎng)方體的形狀存在。黃鐵礦以完好晶形出現(xiàn)意味著龍馬溪組頁(yè)巖沉積環(huán)境為富有機(jī)質(zhì)的酸性水體，黃鐵礦處在非氧化還原性的條件下。②頁(yè)巖中黃鐵礦的非氧化還原性環(huán)境對(duì)黃鐵礦的完全極化的界面極化現(xiàn)象提供了條件；頁(yè)巖含黃鐵礦是頁(yè)巖具有激發(fā)極化效應(yīng)的原因已在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。③黏土礦物是頁(yè)巖中具有陽(yáng)離子交換能力的礦物，在實(shí)驗(yàn)中并沒(méi)有對(duì)頁(yè)巖極化率表現(xiàn)出明顯的貢獻(xiàn)；相反，當(dāng)黏土礦物含量增加時(shí)，極化率反而降低。④依據(jù)黃鐵礦和黏土礦物的微觀賦存關(guān)系建立了黃鐵礦微觀極化機(jī)制：頁(yè)巖黏土礦物含量升高導(dǎo)致頁(yè)巖孔隙減少，從而導(dǎo)致黏土雙電層的緊密層CEC減少，極化率降低；此外，片狀黏土礦物充填黃鐵礦形成的晶間孔導(dǎo)致黃鐵礦的極化效應(yīng)減弱。本文的研究展示了黃鐵礦微觀上對(duì)頁(yè)巖激發(fā)極化的貢獻(xiàn)，為川南復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下時(shí)頻電磁用于頁(yè)巖氣的勘探奠定理論基礎(chǔ)，同時(shí)黃鐵礦與電性極化參數(shù)的關(guān)系還需進(jìn)一步研究。

頁(yè)巖儲(chǔ)層中的黃鐵礦含量和TOC含量在空間上的變化具有相關(guān)性，依據(jù)黃鐵礦在頁(yè)巖儲(chǔ)層中產(chǎn)生的激發(fā)極化效應(yīng)，在利用時(shí)頻電磁法開(kāi)展頁(yè)巖氣勘探時(shí)，極化率對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層的標(biāo)識(shí)是一個(gè)有效可行的參數(shù)。此外，黏土礦物對(duì)頁(yè)巖極化的影響及頁(yè)巖中黃鐵礦的激發(fā)極化的影響還需要進(jìn)一步的研究。

中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司朱紅錦、長(zhǎng)江大學(xué)李鵬飛在實(shí)驗(yàn)測(cè)試和研究工作中提供了幫助，特此感謝。