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本文作者：周樺1黃思靜1,2蘭葉芳1作者單位：1成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院2成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室

主要黏土礦物的賦存狀態(tài)

筆者通過鑄體薄片鑒定和XRD分析，鑒定了長6和長8油層組砂巖中黏土礦物的主要類型及其含量。結(jié)合掃描電鏡，進一步查明了研究區(qū)砂巖中主要黏土礦物的顯微形貌特征及其賦存狀態(tài)。

1綠泥石

研究區(qū)長6油層組砂巖中自生綠泥石為主要的黏土礦物。鑄體薄片觀察顯示，其主要以孔隙襯里（“綠泥石包膜”）方式產(chǎn)出（圖版Ⅰ-1），也有少數(shù)綠泥石以充填孔隙形式存在。掃描電鏡分析表明，研究區(qū)自生綠泥石多呈薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于顆粒表面（圖版Ⅰ-2），在粒間孔隙邊緣形成孔隙襯里，部分充填于粒間孔隙中，單體多呈葉片狀，晶體大小比較均勻，集合體呈葉片狀雜亂堆積，在顆粒表面形成包膜（圖版Ⅰ-2）。

2伊利石

研究區(qū)存在2種成因的伊利石，即自生伊利石和碎屑伊利石。自生伊利石具有較好的自形程度，在孔隙之間形成黏土橋；碎屑伊利石排列雜亂，以充填孔隙的形式產(chǎn)出。鑄體薄片和掃描電鏡觀察表明，長6油層組砂巖中自生伊利石數(shù)量有限，主要以雜基形式存在。在掃描電鏡下，自生伊利石呈毛發(fā)狀、卷曲片絲狀（部分末端帶刺）（圖版Ⅰ-3）及片狀覆蓋于碎屑顆粒表面或充填于粒間孔隙及次生溶蝕孔隙中，集合體呈蜂窩狀或絲縷狀（圖版Ⅰ-3）。

3混層伊利石/蒙皂石

研究區(qū)存在少量的混層伊利石/蒙皂石礦物，是蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物。在埋藏成巖條件下，隨著埋深加大和溫度升高，蒙皂石逐漸向伊利石轉(zhuǎn)化，即蒙皂石→伊/蒙無序間層→伊/蒙有序間層→伊利石的演化序列［11-12］。XRD分析結(jié)果顯示，長6油層組砂巖中的伊/蒙間層比w（S）為10%～20%，屬有序間層，表明蒙皂石的伊利石化程度高，已非?？拷晾嗽呙桦婄R分析進一步表明混層伊利石/蒙皂石的產(chǎn)狀與伊利石相似，單體呈卷曲片狀，集合體呈棉絮狀或蜂窩狀（圖版Ⅰ-4），充填于粒間孔隙之間。

4高嶺石

在研究區(qū)長8油層組的樣品中高嶺石的賦存狀態(tài)為孔隙充填式，包括殘余粒間孔和長石等鋁硅酸鹽溶蝕形成的次生孔隙。高嶺石是長石等鋁硅酸鹽溶蝕的主要產(chǎn)物，薄片觀察顯示其晶間孔隙發(fā)育（圖版Ⅰ-5），在掃描電鏡下，自生高嶺石單晶呈假六方板狀，集合體呈書頁狀（圖版Ⅰ-6）或蠕蟲狀。

黏土礦物對儲層物性的影響

黏土礦物質(zhì)點微小、比表面積大，是低滲透砂巖儲層中重要的膠結(jié)物，其存在和發(fā)育對砂巖的儲集性能（尤其是孔隙度和滲透率）具有顯著的影響［13-17］。過去人們常認(rèn)為黏土礦物與自生硅質(zhì)、自生碳酸鹽一樣對儲層的儲集性起破壞作用，然而，近年來越來越多的研究證實，黏土礦物的膠結(jié)作用（主要是綠泥石的膠結(jié)作用）在深埋藏砂巖儲層的成巖過程中也可以是保持性成巖作用［17-19］，揭示了黏土礦物對儲層物性積極的一面。另外，由于黏土礦物具有極大的比表面積和表面自由能，當(dāng)外來流體浸入地層時，黏土易與之接觸并發(fā)生各種物理或化學(xué)反應(yīng)，對油藏開發(fā)具有極大的影響［4，15］。

1自生綠泥石的影響

長期以來，綠泥石膠結(jié)物對儲層物性的影響一直是研究熱點。在眾多研究中，較為經(jīng)典的是Pittman［20］和Ehrenberg［21］認(rèn)為：黏土包膜可以阻礙碎屑石英的成核作用，抑制石英的自生加大，從而有效保護儲層的孔隙。Ehrenberg還指出：在深埋藏成巖過程中，自生綠泥石通過隔離孔隙流體與碎屑石英顆粒表面來抑制自生石英的成核數(shù)量，綠泥石包膜顯著提高了巖石的機械強度和抗壓實能力而使儲層物性得到有效保護。Bloch等［22］也將顆粒環(huán)邊膠結(jié)物、超壓流體和烴類的早期占位視為深埋藏條件下砂巖儲層具有異常高孔隙度的3個主要原因。Billault等［23］在鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，孔隙襯里綠泥石晶體間存在大量的晶間孔，不能真正地將孔隙流體與顆粒表面分開，并認(rèn)為自生石英具有很強的向孔隙生長的性質(zhì)，只有具有相對充分的空間才能使石英自生加大，而孔隙襯里綠泥石則通過占據(jù)空間來抑制石英的發(fā)育，但其抑制機制尚無定論。之后眾多學(xué)者［18，24-30］研究認(rèn)為以顆粒包膜方式產(chǎn)出的自生綠泥石是深埋藏條件下儲層孔隙保存的重要機制。田建峰等［27］和丁曉琪等［28］指出：綠泥石包膜對自生石英的抑制主要是通過改變孔隙微區(qū)環(huán)境與占據(jù)石英結(jié)晶基底來共同抑制石英的次生加大。然而，也有學(xué)者［13］認(rèn)為綠泥石包膜堵塞孔隙喉道，導(dǎo)致儲層的滲透率大幅度降低，對孔隙的保存產(chǎn)生負(fù)面影響。華慶地區(qū)長6油層組砂巖分選差，雜基含量高，較低的初始孔隙度和較早的壓實作用使得砂巖在埋深較淺時已趨于致密化，砂巖的水巖比及自生礦物的含量均較低。長6時期湖盆開始收縮，是盆地三角洲沉積較為發(fā)育的時期。三角洲沉積與重力流沉積控制了砂體的展布，三角洲前緣沉積和砂質(zhì)碎屑流沉積都為自生綠泥石的形成提供了有利條件（富鐵沉積物和鐵鎂卸載）。對研究區(qū)黏土礦物的定量分析顯示，圍繞顆粒呈孔隙襯里產(chǎn)出的綠泥石（尤其是早成巖階段沉淀的綠泥石）對孔隙發(fā)育的影響是正面的，其含量與孔隙度和滲透率均呈正相關(guān)（圖2）。結(jié)合前人研究成果，筆者認(rèn)為綠泥石包膜主要從以下幾方面保護砂巖的孔隙。（1）鑄體薄片中，發(fā)育綠泥石環(huán)邊的砂巖具有較低的顆粒接觸強度，顆粒接觸關(guān)系主要為點接觸和線接觸（圖版Ⅰ-1）。綠泥石環(huán)邊膠結(jié)可以支撐顆粒，從而抵抗機械壓實作用，大大降低壓實作用對粒間孔隙的破壞。（2）綠泥石沉淀后會在埋藏成巖過程中繼續(xù)生長，并持續(xù)到自生石英沉淀以后，由此增加的機械強度會平衡埋藏成巖過程中不斷增加的上覆載荷，從而保護砂巖的原生粒間孔隙以及由長石等骨架顆粒溶蝕形成的次生孔隙。（3）綠泥石的形成會抑制石英的膠結(jié)作用。自生綠泥石和自生石英同為早成巖階段的產(chǎn)物，但自生綠泥石的形成較自生石英早。自生綠泥石主要通過隔離孔隙流體與石英的結(jié)晶基底（顆粒表面）占據(jù)顆粒表面的空間，抑制自生石英在碎屑石英表面成核或碎屑石英共軸生長邊的形成，使綠泥石膠結(jié)作用發(fā)生的地方，很少有自生石英生長，并從化學(xué)角度利于孔隙的保存。隨成巖作用的繼續(xù)，仍有少量自生石英的沉淀（圖版Ⅰ-2），但長6油層組自生綠泥石發(fā)育的巖石中，石英的次生加大現(xiàn)象顯著少于自生綠泥石不發(fā)育的巖石。雖然綠泥石對深埋藏砂巖的孔隙具有顯著的保護作用，但只有當(dāng)規(guī)則、連續(xù)的綠泥石包膜達(dá)到一定厚度時，才有助于改善深埋儲層的質(zhì)量［24-25，29］。隨著砂巖中自生綠泥石含量的增加，要獲得相同的滲透率則需要增加孔隙度，但對于不同的滲透率區(qū)間和不同的自生綠泥石含量，獲得相同滲透率所需要孔隙度增加的幅度是不同的［31］。在孔隙度相近的情況下，以孔隙襯里方式產(chǎn)出的綠泥石含量的增加，反而會降低砂巖儲層的質(zhì)量并影響烴類開發(fā)的效果［32］。另外，儲層中的綠泥石是一種富Fe綠泥石，對HCl和富氧系統(tǒng)十分敏感，在進行酸化處理時，綠泥石被HCl溶解并釋放出Fe，當(dāng)HCl耗盡時產(chǎn)生Fe（OH）3膠體沉淀，更易堵塞喉道，從而導(dǎo)致酸敏性油氣層損害［15］。

2伊利石及混層伊利石/蒙皂石的影響

伊利石和混層伊利石/蒙皂石在長6油層組砂巖中分布廣泛，是除自生綠泥石之外相對重要的黏土礦物，也是影響儲層物性的主要因素。大量研究認(rèn)為，伊利石對儲層物性產(chǎn)生負(fù)面影響［13-15，33］。碎屑伊利石是塑性的，受壓實作用易于堵塞孔隙和喉道，降低儲層物性。呈毛發(fā)狀、片絲狀的自生伊利石，通常呈孔隙橋接式分布于粒間孔隙中（圖版Ⅰ-3），把大量的孔隙和喉道切割成微細(xì)的束縛孔隙，從而減小孔喉半徑，降低儲層滲透率，且自生伊利石的絲愈長，其在砂巖孔隙和喉道中彎曲度愈高，與孔隙度、滲透率的負(fù)相關(guān)系數(shù)也愈高，嚴(yán)重時可使砂巖完全喪失儲集性能。雖然有文獻［14，34］指出附著于顆粒表面的自生伊利石包膜可以阻止石英顆粒的次生加大，利于孔隙的保存，但研究區(qū)未見以包膜形式產(chǎn)出的伊利石，根據(jù)伊利石的含量與儲層物性參數(shù)的關(guān)系（表1），認(rèn)為其對儲層物性的影響是負(fù)面的。研究區(qū)混層伊利石/蒙皂石的伊利石化程度較高，且產(chǎn)狀也與伊利石相似（圖版Ⅰ-4），其對儲層的影響同伊利石類似，與儲層物性呈負(fù)相關(guān)。另外，伊利石和混層伊利石/蒙皂石在油氣開采過程中易遷移至孔喉并形成堵塞，對油氣層產(chǎn)生速敏性損害，在油氣開發(fā)過程中應(yīng)予以重視。

3自生高嶺石不發(fā)育的原因分析

自生高嶺石通常是長石等鋁硅酸鹽礦物溶蝕的產(chǎn)物，酸性介質(zhì)是形成自生高嶺石的必要條件。就鄂爾多斯盆地中南部延長組而言，自生高嶺石主要分布在印支期不整合面之下的長1油層組和長2油層組，這些高嶺石的形成是印支期暴露時間間隔中大氣水對長石等鋁硅酸鹽礦物溶蝕作用的結(jié)果，伴生大量次生孔隙［35-36］；長6和長8油層組也存在一定數(shù)量的自生高嶺石，其形成機制與長7油層組（主力烴源巖）有機質(zhì)熱演化過程中產(chǎn)生的有機酸有關(guān)，但其分布具有顯著的局部性和區(qū)域性。XRD分析結(jié)果顯示華慶地區(qū)長6油層組缺乏高嶺石，這是因為華慶地區(qū)長6油層組砂巖位于其上部，與長7油層組之間存在細(xì)結(jié)構(gòu)巖石的分隔，早成巖階段長7油層組烴源巖有機質(zhì)熱演化過程中產(chǎn)生的有機酸受重力作用向下流動影響長8等下部油層組，后期由于流體數(shù)量增大，巖石孔隙減小等使得流體向低壓區(qū)運移，也可能影響到長6油層組下部，如姬塬地區(qū)長6油層組就存在高嶺石。華慶地區(qū)長6油層組砂巖的高雜基含量導(dǎo)致巖石經(jīng)歷較早的壓實作用，長7烴源巖有機質(zhì)熱演化過程中產(chǎn)生的酸性流體出現(xiàn)在液態(tài)烴形成前夕，此時埋藏深度已超過2000m，長6油層組砂巖已經(jīng)歷有效壓實而致密化，缺乏足夠的粒間孔隙體積，而酸性流體的影響又十分有限，從而導(dǎo)致長6油層組砂巖中高嶺石普遍缺乏。

結(jié)論

在各種黏土礦物中，綠泥石的含量最高，主要以孔隙襯里方式產(chǎn)出。伊利石和混層伊利石/蒙皂石則主要以孔隙橋接和孔隙充填方式產(chǎn)出。綠泥石含量與孔隙度和滲透率均呈正相關(guān)，其存在顯著提高了巖石的機械強度和抗壓實能力，并抑制了石英的膠結(jié)作用，顯示其對深埋藏環(huán)境中儲集空間的保護作用。以孔隙橋接式產(chǎn)出的伊利石和混層伊利石/蒙皂石將一些孔隙和喉道切割成微細(xì)的束縛孔隙，減小孔喉半徑，容易堵塞孔隙喉道，降低滲透率，對儲層物性產(chǎn)生負(fù)面影響。華慶地區(qū)長6油層組砂巖中高嶺石不發(fā)育，是因為長7油層組烴源巖熱演化過程中產(chǎn)生的有機酸受重力作用主要向下流動影響長8油層組，后期才影響到長6油層組下部；另一方面，長6油層組砂巖高含量雜基導(dǎo)致其在酸性流體出現(xiàn)之前就已基本完成壓實作用，使其缺乏足夠的粒間孔隙體積和活躍的酸性流體沉淀高嶺石。