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页岩气是一种自生自储的非常规天然气藏,集烃源岩、储层和盖层等关键成藏要素于同一套页岩层。页岩储层通常具有低孔低渗的特点,查清页岩储层的物性特征如脆性特征、孔隙结构等对降低页岩气勘探风险具有重要意义。石英作为页岩最主要的造岩矿物,准确评价其特征对页岩气选区具有重要意义。下寒武统牛蹄塘组页岩是我国南方页岩气勘探开发的重点层段,本文以湘鄂西下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象,综合XRD、主微量元素测试、SEM-CL-EDS等测试手段,详细剖析了该地区牛蹄塘组页岩中石英的类型、分布规律及形成机制,探讨了自生石英沉淀对页岩储层物性的影响。论文取得的主要成果与认识如下:1.基于7条野外剖面和1口钻井样品的观测,本文重点对古城村剖面（GCC剖面）、聂地1井（ND1井）和岩屋潭剖面（YWT剖面）页岩样品进行了研究,查明了牛蹄塘组页岩的沉积环境、物源及构造背景,提出牛蹄塘组富有机质页岩的形成机理:主要受控于氧化还原环境、热液活动及上升洋流。早寒武世初期,全球海平面上升,造成了扬子地区广泛海侵,为该区区域性页岩的形成提供了条件。海底热液活动提供了生物生命活动所必须的营养元素;上升洋流携带海底深部营养物质至表层海水,导致浮游生物繁盛,同时,由于有机质分解而消耗大量游离氧,会加剧海洋缺氧,而这一过程反过来又有利于大量有机质埋藏和保存。在热液活动和上升洋流的共同作用下,造成牛蹄塘组富有机质页岩沉积于稳定的缺氧还原环境,形成湘鄂西地区区域性分布的富有机质黑色页岩。2.利用光学显微镜与SEM-CL-EDS技术对牛蹄塘组页岩中的石英类型进行了识别,综合页岩发育的沉积环境、石英的岩石学证据及地球化学数据对不同类型的石英的成因进行了研究,揭示了研究区牛蹄塘组页岩中石英的分布规律及其控制因素,建立了不同类型石英的形成模式:（1）牛蹄塘组页岩中石英的类型与成因:基于石英的形态从牛蹄塘组页岩中识别出5种不同类型的石英。Ⅰ类石英呈棱角状-次圆状,颗粒大小呈粉砂级,介于520um,阴极发光呈均一—斑驳的强发光,表明其为碎屑成因石英。Ⅱ类石英是由大量微晶石英构成的石英集合体,通常充填在海绵骨针内,CL下不发光,表明其为自生成因。岩石学证据及地化指标表明GCC剖面和ND1井中的Ⅱ型石英是早成岩阶段由生物硅原位重结晶而形成的,但YWT剖面中与粘土矿物混合同期充填于海绵骨针的Ⅱ型石英可能为热液来源。Ⅲ类石英以石英加大边的形式存在,分布在发强光的碎屑石英的周围,其在CL下不发光。岩石学及地球化学证据表明Ⅲ类石英主要来自于蒙脱石向伊利石转化过程中释放的硅沉淀形成。Ⅳ类石英以亚微米级颗粒为主,部分可达几微米,GCC剖面中其主要呈分散的球形颗粒或以短链状、小晶簇状聚集分布于粘土基质中;ND1井中该类石英主要分布在碎屑石英颗粒间,使得石英颗粒呈连片状分布。GCC剖面和ND1井中的Ⅳ类石英来源于粘土矿物转化过程中释放的硅的重结晶;YWT剖面中的Ⅳ类石英可能为热液成因。Ⅴ类石英表现为显晶质微晶石英和隐晶质纳米级硅质颗粒,其中部分显晶质微晶石英呈实心或空心球形石英或同心圆状石英。该类石英为热液成因,其中的球形石英以及同心圆形石英可能是硅质热液沉积充填在藻类腔体内形成的。（2）牛蹄塘组页岩中石英的分布规律及控制因素:GCC剖面中硅质页岩与泥质页岩相比,硅质页岩中自生石英（生物成因石英+成岩成因石英）含量较高。ND1井中自生石英的含量从下而上有先增大后下降的趋势;YWT剖面中自生石英的含量最高。自生石英的分布规律受离陆源物源远近及热液活动控制。（3）不同类型石英的形成模式:沉积阶段,海绵动物死亡后,由于海绵体的分解,其骨骼很快分解成分散的骨针,埋藏在沉积物中;早成岩阶段,蛋白石-A向蛋白石-CT转化,最终转化为微晶石英集合体（生物成因石英）充填在海绵骨针内;晚成岩阶段,由于埋深和温度的增加,蒙脱石向伊利石转化释放大量的硅到孔隙水中,由于页岩渗透率极低,这些硅质又原地重结晶为自生石英（成岩成因石英）分布在基质中。此外,热液活动输入的大量硅质也于晚成岩阶段重结晶成微晶石英（热液成因石英）,充填在碎屑矿物之间。3.利用氩离子抛光-扫描电镜、低压N2和CO2吸附等实验手段,查明并表征了牛蹄塘组硅质页岩和泥质页岩的孔隙类型和孔隙结构参数:（1）高分辨率扫描电镜图像显示浅水剖面（GCC剖面）硅质页岩以粒间孔为主,深水剖面（YWT剖面）硅质页岩以粒间孔和有机质孔为主。泥质页岩相对较致密,粒间孔不甚发育,粘土矿物层间粒内孔常见,有机质孔少见。深水剖面较浅水剖面有机质孔发育的原因与页岩的沉积环境密切相关。深水剖面受到热液活动的影响,有机质含量高,加之发育大量自生石英,自生石英有利于有机质孔和粘土矿物孔的保存并有利于次生粒间孔的形成,因此深水剖面有机质孔发育。泥质页岩较硅质页岩胶结致密与其沉积环境、矿物组成和后期成岩作用有关。（2）根据不同的理论模型,利用N2和CO2吸附实验计算了页岩孔隙结构参数（包括比表面积、孔隙体积和孔径分布等）,发现牛蹄塘组硅质页岩和泥质页岩介孔以210nm的孔最为富集;微孔的孔径分布类似,存在2个峰值。牛蹄塘组硅质页岩与泥质页岩相比,除TOC含量很低的样品ND1-28外,硅质页岩的孔隙体积和比表面积的值更高。硅质页岩和泥质页岩中微孔和介孔对孔隙总比表面积的贡献相当,而介孔对孔隙总体积的贡献远高于微孔。4.基于矿物组分对研究区牛蹄塘组页岩的脆性进行了评价,明确了自生石英的沉淀可以大大提高页岩的脆性:脆性指数BI1(W（石英+长石+碳酸盐）/W总)表明GCC剖面硅质页岩脆性较泥质页岩脆性高;ND1井和YWT剖面硅质页岩脆性指数均较高。对ND1井牛蹄塘组页岩进行脆性综合分析,发现自生石英含量与测井曲线GR、AC、DEN以及总含气量的变化趋势一致,说明自生石英含量高的层段页岩脆性高。因此本文提出以自生石英的百分含量计算脆性指数BI2,综合BI1和BI2对页岩脆性进行评价。结果表明,页岩脆性与自生石英含量息息相关,自生石英含量高的层段脆性指数高。5.综合研究区牛蹄塘组页岩石英的成因及孔隙发育特征,明确了自生石英的沉淀对牛蹄塘组页岩的孔隙发育具有积极的影响:硅质页岩的介孔和微孔结构参数及其孔隙度均与自生石英含量呈正相关关系,说明自生石英的沉淀有利于页岩原生孔隙的保存及次生孔隙的形成,对页岩的孔隙结构有着积极的影响。此外,硅质页岩的微孔结构参数与有机碳含量也呈正相关关系,说明有机质的富集对页岩微孔的形成具有重要贡献。而泥质页岩的介孔和微孔结构参数均与伊利石含量呈正相关或负相关关系,说明泥质页岩的孔隙结构主要受伊利石含量控制。