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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成都理工大學沉積地質研究院2成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室

主要黏土礦物的賦存狀態

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。結合掃描電鏡，進一步查明了研究區砂巖中主要黏土礦物的顯微形貌特征及其賦存狀態。

1綠泥石

研究區長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”）方式產出（圖版Ⅰ-1），也有少數綠泥石以充填孔隙形式存在。掃描電鏡分析表明，研究區自生綠泥石多呈薄膜結構覆蓋于顆粒表面（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

研究區存在少量的混層伊利石/蒙皂石礦物，是蒙皂石向伊利石轉化的中間產物。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，已非常靠近伊利石端元。掃描電鏡分析進一步表明混層伊利石/蒙皂石的產狀與伊利石相似，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

在研究區長8油層組的樣品中高嶺石的賦存狀態為孔隙充填式，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物，薄片觀察顯示其晶間孔隙發育（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

黏土礦物質點微小、比表面積大，是低滲透砂巖儲層中重要的膠結物，其存在和發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］。過去人們常認為黏土礦物與自生硅質、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，黏土礦物的膠結作用（主要是綠泥石的膠結作用）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，當外來流體浸入地層時，黏土易與之接觸并發生各種物理或化學反應，對油藏開發具有極大的影響［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，較為經典的是Pittman［20］和Ehrenberg［21］認為：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］也將顆粒環邊膠結物、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］在鏡下觀察發現，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，并認為自生石英具有很強的向孔隙生長的性質，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空間來抑制石英的發育，但其抑制機制尚無定論。之后眾多學者［18，24-30］研究認為以顆粒包膜方式產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環境與占據石英結晶基底來共同抑制石英的次生加大。然而，也有學者［13］認為綠泥石包膜堵塞孔隙喉道，導致儲層的滲透率大幅度降低，對孔隙的保存產生負面影響。華慶地區長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）。對研究區黏土礦物的定量分析顯示，圍繞顆粒呈孔隙襯里產出的綠泥石（尤其是早成巖階段沉淀的綠泥石）對孔隙發育的影響是正面的，其含量與孔隙度和滲透率均呈正相關（圖2）。結合前人研究成果，筆者認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，發育綠泥石環邊的砂巖具有較低的顆粒接觸強度，顆粒接觸關系主要為點接觸和線接觸（圖版Ⅰ-1）。綠泥石環邊膠結可以支撐顆粒，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生長，并持續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作用。自生綠泥石和自生石英同為早成巖階段的產物，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晶基底（顆粒表面）占據顆粒表面的空間，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，使綠泥石膠結作用發生的地方，很少有自生石英生長，并從化學角度利于孔隙的保存。隨成巖作用的繼續，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育的巖石中，石英的次生加大現象顯著少于自生綠泥石不發育的巖石。雖然綠泥石對深埋藏砂巖的孔隙具有顯著的保護作用，但只有當規則、連續的綠泥石包膜達到一定厚度時，才有助于改善深埋儲層的質量［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，以孔隙襯里方式產出的綠泥石含量的增加，反而會降低砂巖儲層的質量并影響烴類開發的效果［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HCl耗盡時產生Fe（OH）3膠體沉淀，更易堵塞喉道，從而導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。大量研究認為，伊利石對儲層物性產生負面影響［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、滲透率的負相關系數也愈高，嚴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，但研究區未見以包膜形式產出的伊利石，根據伊利石的含量與儲層物性參數的關系（表1），認為其對儲層物性的影響是負面的。研究區混層伊利石/蒙皂石的伊利石化程度較高，且產狀也與伊利石相似（圖版Ⅰ-4），其對儲層的影響同伊利石類似，與儲層物性呈負相關。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，對油氣層產生速敏性損害，在油氣開發過程中應予以重視。

3自生高嶺石不發育的原因分析

自生高嶺石通常是長石等鋁硅酸鹽礦物溶蝕的產物，酸性介質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）有機質熱演化過程中產生的有機酸有關，但其分布具有顯著的局部性和區域性。XRD分析結果顯示華慶地區長6油層組缺乏高嶺石，這是因為華慶地區長6油層組砂巖位于其上部，與長7油層組之間存在細結構巖石的分隔，早成巖階段長7油層組烴源巖有機質熱演化過程中產生的有機酸受重力作用向下流動影響長8等下部油層組，后期由于流體數量增大，巖石孔隙減小等使得流體向低壓區運移，也可能影響到長6油層組下部，如姬塬地區長6油層組就存在高嶺石。華慶地區長6油層組砂巖的高雜基含量導致巖石經歷較早的壓實作用，長7烴源巖有機質熱演化過程中產生的酸性流體出現在液態烴形成前夕，此時埋藏深度已超過2000m，長6油層組砂巖已經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，從而導致長6油層組砂巖中高嶺石普遍缺乏。

結論

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出。綠泥石含量與孔隙度和滲透率均呈正相關，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作用，顯示其對深埋藏環境中儲集空間的保護作用。以孔隙橋接式產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，對儲層物性產生負面影響。華慶地區長6油層組砂巖中高嶺石不發育，是因為長7油層組烴源巖熱演化過程中產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致其在酸性流體出現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。