姚涇利 王 琪 張 瑞,3 李樹同

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院 西安 710018; 2.中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730000;3.中國(guó)科學(xué)院研究生院 北京 100049)

鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6砂巖綠泥石膜的形成機(jī)理及其環(huán)境指示意義①

姚涇利1王 琪2張 瑞2,3李樹同2

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院 西安 710018; 2.中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730000;3.中國(guó)科學(xué)院研究生院 北京 100049)

通過薄片鑒定和掃描電鏡等技術(shù)手段,對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組砂巖的成巖現(xiàn)象進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)綠泥石黏土膜為該區(qū)重要的成巖現(xiàn)象。在對(duì)該區(qū)砂巖綠泥石黏土膜的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)特征及與其它成巖礦物之間的關(guān)系等特征分析的基礎(chǔ)上,對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)討論,認(rèn)為綠泥石黏土膜與儲(chǔ)層原生孔隙具有一定的關(guān)聯(lián)作用,其形成與同沉積時(shí)期水動(dòng)力條件關(guān)系更為密切,屬于強(qiáng)水動(dòng)力沉積條件的一種標(biāo)志,主要發(fā)育于三角洲前緣水下分流河道和河口壩等微相中,具有較強(qiáng)的環(huán)境專屬性;綠泥石黏土膜具有雙層結(jié)構(gòu),里層的等厚環(huán)邊膠結(jié)物相對(duì)致密,是早期成巖階段形成的。外層的自生綠泥石垂直于環(huán)邊表層生長(zhǎng),晶形較好,是晚期成巖階段形成的;綠泥石黏土膜保護(hù)砂巖孔隙能力有限。綠泥石黏土膜發(fā)育的砂體物性較好,主要是由于強(qiáng)水動(dòng)力條件下沉積的砂體本身巖石學(xué)特性所決定,與綠泥石黏土膜關(guān)系不大。由此提出綠泥石黏土膜形成模式,認(rèn)為其形成經(jīng)歷了5個(gè)階段:原始顆粒沉積階段、原始顆粒表面黏土吸附成膜階段、顆粒初期壓實(shí)階段、環(huán)邊綠泥石化階段和自生綠泥石形成階段。鑒于此,在華慶地區(qū)延長(zhǎng)組石油勘探過程中,應(yīng)尋找綠泥石黏土膜相對(duì)發(fā)育的強(qiáng)水動(dòng)力條件下的沉積砂巖儲(chǔ)集體。

綠泥石黏土膜 建設(shè)性成巖作用 沉積微相標(biāo)志 鄂爾多斯盆地

0 引言

自生綠泥石廣泛分布于我國(guó)各含油氣盆地,尤其是中新生代陸相含油氣盆地的砂巖類儲(chǔ)層中[1]。其產(chǎn)狀有多種類型,但大多數(shù)是以顆粒環(huán)邊方式產(chǎn)出的[2]。通常,綠泥石黏土膜發(fā)育的砂體物性較好,因此,有關(guān)綠泥石黏土膜對(duì)孔隙保存機(jī)制方面的研究一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。在20世紀(jì)60年代人們就已經(jīng)注意到綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層孔隙的保護(hù)作用。在眾多的研究中,Pittman[3]認(rèn)為等厚連續(xù)的黏土包殼,可以抑制碎屑石英的成核作用,從而抑制石英次生加大;Ehrenberg[4]認(rèn)為挪威大陸架侏羅系砂巖儲(chǔ)層在深埋藏條件下仍能保存異常高的孔隙度,主要是由于綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物導(dǎo)致的;Salman Bloch等[5]人把顆粒環(huán)邊膠結(jié)物、高壓流體及烴類早期侵入視為深埋砂巖油氣藏異常高孔高滲的三個(gè)主要原因;柳益群等[6]在對(duì)陜甘寧盆地上三疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層研究中發(fā)現(xiàn)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的存在可阻礙碎屑顆粒與孔隙水的接觸,從而減少了其它膠結(jié)物的沉淀,使粒間孔得以保存;黃思靜等[1]認(rèn)為以顆粒環(huán)邊方式產(chǎn)出的綠泥石膠結(jié)物是深埋儲(chǔ)層孔隙保存的重要機(jī)制。但也有少部分學(xué)者認(rèn)為綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)孔隙的保存有負(fù)面影響,如劉林玉等[7]認(rèn)為包繞碎屑顆粒的綠泥石膠結(jié)物降低了原生孔隙度,堵塞孔隙喉道,導(dǎo)致了儲(chǔ)層滲透率大幅度降低。

那么綠泥石黏土膜到底是一種建設(shè)性成巖作用還是一種破壞性成巖作用?它的形成是否與沉積水動(dòng)力條件有關(guān)?針對(duì)這些問題,本文重點(diǎn)對(duì)鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6砂體儲(chǔ)層的綠泥石黏土膜形成機(jī)理進(jìn)行了研究,提出了其形成模式圖,認(rèn)為綠泥石黏土膜對(duì)儲(chǔ)層孔隙的保護(hù)是有限的,其形成與沉積水動(dòng)力的強(qiáng)弱關(guān)系更緊密,屬于強(qiáng)水動(dòng)力沉積條件的一種標(biāo)志,主要發(fā)育于三角洲前緣水下分流河道、河口壩微相中,具有較強(qiáng)的環(huán)境專屬性。鑒于此,華慶地區(qū)長(zhǎng)6勘探應(yīng)尋找綠泥石相對(duì)發(fā)育的優(yōu)質(zhì)砂體。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地晚三疊紀(jì)延長(zhǎng)期為一大型內(nèi)陸淡水湖盆,呈南陡北緩的“準(zhǔn)箕狀”坳陷形態(tài),其沉降中心在吳旗、華池一帶,主要發(fā)育延長(zhǎng)組,延長(zhǎng)組自上而下分為10個(gè)油層組。其中長(zhǎng)10-長(zhǎng)7期為湖盆形成到發(fā)展的湖進(jìn)期,長(zhǎng)7期湖盆進(jìn)入全盛時(shí)期,沉積了厚度達(dá)數(shù)百米的暗色烴源巖系。長(zhǎng)6-長(zhǎng)1期為湖盆三角洲建設(shè)期,湖水退縮逐漸消亡,平面上各期湖岸線向湖心收斂[8]。

本次研究范圍主要位于伊陜斜坡的中段(在圖1中方框區(qū)),層位是長(zhǎng)6儲(chǔ)層段。延長(zhǎng)世時(shí)期該區(qū)長(zhǎng)期處于比較平緩的坡度背景下,沉積物供給充足,發(fā)育了源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的河流-三角洲-濁流體系。長(zhǎng)6時(shí)期三角洲前緣砂體發(fā)育,物性較好,為該區(qū)主力油層發(fā)育期。在這些三角洲前緣的分流河道砂體中綠泥石黏土膜普遍發(fā)育,成為一種獨(dú)特的成巖現(xiàn)象。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Map of tectonic units in the study area

2 綠泥石黏土膜賦存特征

本文通過鑄體薄片、X衍射和掃描電鏡等技術(shù)手段,對(duì)鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層砂體孔隙中的綠泥石黏土膜的賦存方式進(jìn)行了總結(jié),主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):

a.綠泥石黏土膜通常在三角洲前緣水下分流河道砂體中發(fā)育[2];

b.顆粒表面的綠泥石黏土膜近于等厚(圖版Ⅰ-A);

c.綠泥石黏土膜通常呈雙層結(jié)構(gòu),里層環(huán)邊狀膠結(jié)物致密,外層綠泥石晶形好,呈樹葉狀或針狀,垂直于環(huán)邊層向孔隙中生長(zhǎng)(圖版Ⅰ-A,B);

d.在顆粒接觸處,綠泥石膠結(jié)物較少,或者直接以顆粒之間接觸(圖版Ⅰ-C);

e.綠泥石黏土膜發(fā)育的砂體的顆粒接觸關(guān)系主要為點(diǎn)接觸和線接觸(圖版Ⅰ-D,F);

f.存在綠泥石黏土膜的砂巖,通常具有比較低的壓實(shí)強(qiáng)度(圖版Ⅰ-D,E,F),與經(jīng)歷類似壓實(shí)經(jīng)歷而不發(fā)育綠泥石砂巖顆粒間的線接觸-凹凸接觸形成鮮明對(duì)比;

g.在綠泥石黏土膜發(fā)育的地方,自生石英一般以雛晶形式存在(圖版Ⅰ-G);

h.綠泥石環(huán)邊經(jīng)常在溶解的骨架顆粒的邊界上形成一種綠泥石環(huán)邊包圍孔隙的結(jié)構(gòu)(圖版Ⅰ-H),該特征類似于鑄?？?

i.綠泥石黏土膜發(fā)育的砂體粒間孔隙中能夠發(fā)育連晶狀分布的濁沸石(圖版Ⅰ-E)和碳酸鹽膠結(jié)物(圖版Ⅰ-D,F);

j.綠泥石可圍繞自生石英生長(zhǎng),并逐漸包裹石英,說明綠泥石環(huán)邊形成后繼續(xù)生長(zhǎng)的時(shí)間至少持續(xù)到了自生石英沉淀作用開始以后的成巖階段[1]。

3 綠泥石黏土膜的形成機(jī)理

根據(jù)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組三角洲砂巖中綠泥石黏土膜的賦存狀態(tài)、巖石學(xué)特征,本文對(duì)綠泥石黏土膜的形成機(jī)理以及對(duì)砂巖孔隙保存方面影響及其主要控制因素加以詳細(xì)討論。

3.1 綠泥石黏土膜是強(qiáng)水動(dòng)力條件的相標(biāo)志

Baker等[9]指出以孔隙襯里產(chǎn)出的自生綠泥石是海水影響下的三角洲(如分流河道)沉積環(huán)境的良好標(biāo)志。劉金庫(kù)等[2]在研究川中-川南包界地區(qū)須家河組砂體時(shí)發(fā)現(xiàn)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的發(fā)育受沉積環(huán)境控制較為明顯,主要發(fā)育在三角洲前緣的水下分流河道和河口壩區(qū)域,類似的研究成果在新疆彩南侏羅系辮狀河三角洲儲(chǔ)層和川西三疊系須家河組三角洲砂體中也有報(bào)道[10,11]。

在本次研究中也發(fā)現(xiàn)沉積相與綠泥石黏土膜具有一定的耦合關(guān)系。綠泥石黏土膜最發(fā)育的砂體,沉積相基本都是三角洲前緣分流河道微相,因?yàn)榍熬壦路至骱拥朗侨侵耷熬壍貐^(qū)水動(dòng)力條件最強(qiáng)的地方,在這種環(huán)境下極細(xì)的黏土顆粒無(wú)法沉淀下來(lái),但可以在顆粒表面發(fā)生吸附,慢慢形成一層薄薄的等厚環(huán)邊層,其形成機(jī)理類似于碳酸鹽臺(tái)地邊緣鮞粒灰?guī)r中顆粒鮞的形成,在強(qiáng)水動(dòng)力攪動(dòng)環(huán)境中,陸源碎屑顆?；蛏锘w粒表面可以吸附細(xì)微的膠體物質(zhì),粘結(jié)黏土或碳酸鹽微粒,并逐漸形成等厚環(huán)邊層,形成同心圓狀環(huán)邊結(jié)構(gòu)。此外,三角洲前緣帶是河水和湖水介質(zhì)交匯的地方,由于兩種水介質(zhì)中電解質(zhì)、膠體性質(zhì)和載荷物質(zhì)組成的差異,很容易使陸源黏土物質(zhì)以化學(xué)方式吸附在顆粒表面,形成初期的黏土質(zhì)膜,這類現(xiàn)象在鄂爾多斯盆地三疊系三角洲砂巖中屢見不鮮。這個(gè)等厚環(huán)邊層是綠泥石黏土膜形成的基礎(chǔ),主要構(gòu)成黏土膜的里層。如果水動(dòng)力較弱時(shí),黏土顆粒會(huì)直接沉淀下來(lái),形成黏土雜基并充填于顆粒之間的孔隙中。由此可見,較強(qiáng)的水動(dòng)力應(yīng)該是形成綠泥石黏土膜的必要條件,在此可以認(rèn)定綠泥石黏土膜是強(qiáng)水動(dòng)力條件的微觀相標(biāo)志。

3.2 綠泥石黏土膜的形成時(shí)間

黃思靜等[1]認(rèn)為綠泥石黏土膜是一種近于等厚的環(huán)邊,因而其沉淀作用應(yīng)發(fā)生在沉積期后而不是沉積階段或沉積作用以前。筆者認(rèn)為綠泥石黏土環(huán)邊層是顆粒在強(qiáng)水動(dòng)力下,黏土顆粒逐漸吸附在顆粒表面,形成的一層薄膜。如果水動(dòng)力較弱,黏土顆粒會(huì)發(fā)生直接沉淀形成黏土雜基。碳酸鹽中的砂屑鮞粒結(jié)構(gòu)就是在較強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境下形成的砂巖顆粒表面等厚的環(huán)邊,是較強(qiáng)水動(dòng)力條件的標(biāo)志。

有人認(rèn)為在顆粒接觸點(diǎn)通常沒有綠泥石黏土膜,因此認(rèn)為其是后期形成。本次研究認(rèn)為黏土膜在地下埋藏環(huán)境相對(duì)高溫高壓狀態(tài)下是塑性的,早期形成的黏土膜會(huì)在后期上覆壓力下使得顆粒支撐點(diǎn)的黏土膜會(huì)發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)移,造成受力處的黏土膜缺失。

鑄體薄片鏡下可以觀察到綠泥石黏土膜包裹的顆粒發(fā)生溶蝕,形成粒內(nèi)孔(圖版Ⅰ-H),有些甚至部分顆粒溶蝕殆盡,只剩下綠泥石黏土膜殼,說明綠泥石黏土膜應(yīng)該在溶蝕作用發(fā)生之前就已經(jīng)形成。鑄體薄片鏡下還可以看到綠泥石黏土膜發(fā)育的砂巖孔隙中濁沸石和晚期碳酸鹽膠結(jié)物呈連晶狀分布,說明綠泥石黏土膜應(yīng)該在濁沸石和晚期碳酸鹽膠結(jié)物沉淀之前就已經(jīng)形成(圖版Ⅰ-E,F)。

掃描電鏡下可以觀察到綠泥石黏土膜具有雙層結(jié)構(gòu),里層的等厚環(huán)邊層和外層呈樹葉狀或針狀的自生綠泥石層,其成分稍有不同。史基安等[12]對(duì)該盆地西峰油田儲(chǔ)層砂巖中的綠泥石膜進(jìn)行電鏡和探針分析表明,靠近碎屑顆粒的早期綠泥石較為富鐵,自形程度較低?？拷紫哆吘壍木G泥石含鐵量相對(duì)較低,自形程度較高。緊挨顆粒邊緣的等厚環(huán)邊狀綠泥石膠結(jié)物層,基本沒有結(jié)晶,比較致密。它是在強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境下極細(xì)的黏土微粒,因無(wú)法沉淀下來(lái),只能吸附在顆粒表面,慢慢形成一層薄薄的等厚環(huán)邊層,然后在后期富Fe離子流體作用下發(fā)生綠泥石化而形成的,因此綠泥石黏土膜的等厚環(huán)邊層主要是在同沉積階段形成的,后期的成巖作用只是對(duì)其加以不斷的改造。自生綠泥石層晶形較粗,呈樹葉狀或針狀向孔隙中生長(zhǎng)。晚期自生綠泥石在環(huán)邊綠泥石層發(fā)育的砂體中,由于環(huán)邊綠泥石層和自生綠泥石性質(zhì)相似,晚期自生綠泥石就吸附在里邊表層,向孔隙中生長(zhǎng);在環(huán)邊狀綠泥石膠結(jié)物不發(fā)育的孔隙中,自生綠泥石通常呈絨球狀存在孔隙中,因此這些晶形較好的自生綠泥石層是中成巖A-B時(shí)期的產(chǎn)物。

從上分析可知,綠泥石黏土膜的形成是一個(gè)復(fù)雜的過程,其里層主要屬于同沉積時(shí)期產(chǎn)物,然后不斷接受后期的改造;外層的自生綠泥石層主要屬于中成巖A-B時(shí)期形成。

3.3 Fe離子的來(lái)源

綠泥石黏土膜的形成需要有大量的鐵離子,前人研究表明其主要來(lái)源有三個(gè):曾偉[13]認(rèn)為火山巖巖屑蝕變能夠產(chǎn)生大量的鐵離子;Jefhy D G[14]認(rèn)為黑云母水解作用可生成大量鐵離子;Sruoga P等[15]認(rèn)為在河流進(jìn)入海洋的交界處,由于水體的鹽度改變,顯弱堿性和弱還原性,河水中溶解的鐵離子會(huì)在這種條件下產(chǎn)生絮凝沉淀,這將為綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成提供豐富的鐵來(lái)源。

在研究區(qū)內(nèi)砂巖巖石成分中,巖屑以火山巖巖屑為主,溶蝕現(xiàn)象比較普遍,在溶蝕過程中,可能產(chǎn)生大量的鐵離子;巖石中云母含量較高,基本以黑云母為主,其水解可能產(chǎn)生大量的鐵離子。由于鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)期湖盆是淡水湖,因此在河流進(jìn)入湖泊時(shí)水體的鹽度改變很小,河水中溶解的鐵離子可能不會(huì)大量產(chǎn)生絮凝沉淀,因此從研究區(qū)的地質(zhì)情況來(lái)看,認(rèn)為Fe離子的來(lái)源主要來(lái)自火山巖蝕變和黑云母水解過程。

4 綠泥石黏土膜形成模式

通過對(duì)綠泥石黏土膜的成因機(jī)理剖析,本文提出了綠泥石黏土膜的形成模式。該模式試圖對(duì)各種鏡下微觀現(xiàn)象給予合理的解釋。該模式主要分為5個(gè)階段,下面就每個(gè)階段給予圖解及說明(圖2)。

圖2 綠泥石黏土膜形成過程分析圖Fig.2 Map showing formation process of chlorite coating

第Ⅰ階段為原始顆粒沉積階段 在較強(qiáng)水動(dòng)力條件下,沉積下來(lái)的砂體粒度較粗,分選和磨圓相對(duì)較好,雜基較少,粒間原始孔隙很發(fā)育。

第Ⅱ階段為原始顆粒表面黏土吸附成膜階段:在水動(dòng)力條件較強(qiáng)的沉積環(huán)境下,極細(xì)的黏土微粒無(wú)法沉淀下來(lái),但可以在顆粒表面發(fā)生吸附,慢慢形成一層薄薄的等厚環(huán)邊層。由于壓實(shí)作用較小,顆粒之間接觸面積很小,因此顆粒表面絕大部分都形成了等厚的薄膜層。環(huán)邊結(jié)構(gòu)就是現(xiàn)在的綠泥石黏土膜雙層結(jié)構(gòu)中的里層或襯底。該階段粒間孔隙變小,但由于環(huán)邊膜很薄,占據(jù)的粒間孔隙很有限。如果水動(dòng)力較弱時(shí),黏土微粒會(huì)直接沉淀下來(lái),形成黏土雜基。從第Ⅰ階段和第Ⅱ階段來(lái)看,較強(qiáng)的水動(dòng)力是形成綠泥石黏土膜的必要條件。

第Ⅲ階段為顆粒初期壓實(shí)階段:該階段粒間孔隙大幅減小。由于黏土礦物是塑性的,所以在成巖早期,由于上覆地層的壓力,顆粒之間接觸處受力會(huì)加大,使得顆粒之間受力處的黏土膜會(huì)發(fā)生流動(dòng),造成顆粒接觸處沒有黏土膜或不發(fā)育。當(dāng)然,隨著上覆壓力的不斷增大,這種壓實(shí)作用使黏土膜流動(dòng)的趨勢(shì)會(huì)一直存在。

第Ⅳ階段為環(huán)邊綠泥石化階段:在后期富含鐵離子的粒間孔隙流體作用下,顆粒表面環(huán)邊膠結(jié)物中的黏土礦物會(huì)發(fā)生綠泥石化。由于綠泥石化作用沒有產(chǎn)生晶間孔,因此該階段粒間孔隙基本沒有變化。如果孔隙流體中Fe2+一直較豐富,則環(huán)邊膠結(jié)物中黏土礦物綠泥石化的活動(dòng)會(huì)持續(xù)進(jìn)行下去。

第Ⅴ階段為自生綠泥石形成階段:后期形成的自生綠泥石會(huì)在環(huán)邊表面發(fā)生吸附,形成晶粒粗大的針葉狀綠泥石晶體。由于在環(huán)邊上形成的自生綠泥石體積占據(jù)的粒間孔隙很小,因此粒間孔隙在該階段基本沒有變化。在這個(gè)過程中可以有石英雛晶的形成。而碳酸鹽膠結(jié),濁沸石膠結(jié)和溶蝕作用等成巖作用,都應(yīng)該是在這個(gè)階段以后發(fā)生。當(dāng)然,自生綠泥石也可以通過水-巖反應(yīng)在沒有黏土膜的骨架顆?；蜃陨⒈砻姘l(fā)生沉淀,但不能形成黏土膜,只能形成絨球狀集合體充填在粒間孔中,成為破壞性成巖作用。這時(shí)該階段已經(jīng)進(jìn)入成巖晚期。

自生綠泥石的形成與顆粒骨架的成分、孔隙水化學(xué)成份、成巖時(shí)溫度、壓力等諸因素有關(guān)。通過地質(zhì)背景分析,可推測(cè)該區(qū)自生綠泥石主要是由鉀長(zhǎng)石蝕變而成。在弱堿性(弱還原)孔隙流體作用下,鉀長(zhǎng)石與孔隙流體中的Fe2+、Mg2+等離子結(jié)合,從而沉淀出了綠泥石和石英,化學(xué)反應(yīng)式如下[14]:

這類成因綠泥石的最大特點(diǎn)就是與自生石英共生,掃描電鏡下經(jīng)?？梢杂^察到葉片狀綠泥石黏土膜表面或葉片之間分布著自形的石英小晶體,二者之間沒有穿插、交代等現(xiàn)象。

5 綠泥石黏土膜與儲(chǔ)層關(guān)系

綠泥石黏土膜與物性的關(guān)系一直以來(lái)備受爭(zhēng)議,但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為綠泥石黏土能夠保護(hù)砂巖孔隙,但本次研究認(rèn)為綠泥石黏土膜保護(hù)砂巖孔隙的能力是有限的,而物性較好的砂巖主要受由其本身的巖石學(xué)特征控制。

5.1 綠泥石黏土膜對(duì)砂巖孔隙的保護(hù)有限

5.1.1 綠泥石黏土膜不會(huì)顯著提高巖石抗壓實(shí)能力

黏土礦物不容易發(fā)生溶蝕,但長(zhǎng)石和火山巖屑則容易與酸性流體發(fā)生溶蝕。如果綠泥石黏土膜包裹的顆粒是長(zhǎng)石和火山巖屑,則在充分溶蝕后會(huì)留下一個(gè)綠泥石黏土膜包殼,形成類似于鑄模孔的溶蝕孔。黃思靜等[1]認(rèn)為這種鑄?？讻]有垮塌,說明綠泥石黏土膜具有一定的支持作用,能提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力。筆者認(rèn)為黏土膜鑄?？讻]有垮塌,是由于周邊的顆粒承擔(dān)了上覆壓力的原因,不能作為綠泥石黏土膜能提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力的證據(jù)。因?yàn)榫G泥石屬于黏土礦物,在地下高溫高壓條件下相對(duì)于其它顆粒是塑性的,因此黏土膜的支撐能力很有限。研究區(qū)延長(zhǎng)組中砂巖壓實(shí)作用較強(qiáng),塑性火山巖屑和泥質(zhì)巖屑往往發(fā)生壓實(shí)變形,甚至假雜基化都很常見,因此綠泥石黏土膜的出現(xiàn)能夠顯著提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力的說法,缺乏巖石學(xué)和礦物學(xué)方面的依據(jù)。

5.1.2 綠泥石黏土膜不能夠抑制石英的膠結(jié)作用

前人研究認(rèn)為,孔隙襯里的環(huán)邊綠泥石通過分隔孔隙水與石英顆粒的表面來(lái)阻止自生石英膠結(jié)物在碎屑石英的表面成核,從而導(dǎo)致在綠泥石膠結(jié)作用發(fā)生的地方,很少有自生石英生長(zhǎng)的現(xiàn)象。如果綠泥石黏土膜能夠阻止通過減少顆粒表面的成核數(shù)來(lái)阻止自生石英的形成,那么綠泥石黏土膜肯定也能通過類似的機(jī)理來(lái)阻止碳酸鹽膠結(jié)物和濁沸石膠結(jié)物的進(jìn)行。但鏡下經(jīng)常可以看到連晶狀的碳酸鹽膠結(jié)物和濁沸石膠結(jié)物發(fā)生,因此前人對(duì)綠泥石黏土膜能夠阻止自生石英膠結(jié)物的形成的機(jī)理的解釋和鏡下的成巖現(xiàn)象矛盾。這說明綠泥石黏土膜能夠抑制石英膠結(jié)作用進(jìn)行的機(jī)理假設(shè)從理論上來(lái)說成立,但是和實(shí)際不符合。

本次研究認(rèn)為綠泥石環(huán)邊不能抑制石英的膠結(jié)作用,主要證據(jù)有如下:

①在成分成熟度較低的陸源碎屑巖中,硅質(zhì)膠結(jié)物含量一般都不高,多分布在2%～5%之間,因此,即使不存在綠泥石黏土膜,硅質(zhì)膠結(jié)物對(duì)孔隙度的影響也非常有限。此外,在弱堿性孔隙流體環(huán)境中,長(zhǎng)石類碎屑顆粒與孔隙流體中Fe2+和Mg2+離子反應(yīng)可以同時(shí)形成自生綠泥石和石英,說明二者是共生關(guān)系,因此,綠泥石不可能抑制石英的沉淀。

②埋藏成巖過程中一些與增加孔隙水硅離子有關(guān)的成巖反應(yīng)將不斷發(fā)生,如蒙皂石向伊利石的轉(zhuǎn)化作用(K++Al3++蒙皂石→伊利石+Si4+)、長(zhǎng)石的溶解作用(鉀長(zhǎng)石→高嶺石+K++Si4+¨或鈉長(zhǎng)石→高嶺石+Si4++Na+)和石英顆粒之間的壓溶作用等都將造成成巖流體中溶解硅的活動(dòng)性不斷增加。如果流體中溶解硅的過飽和持續(xù)存在,即便由于綠泥石環(huán)邊的原因不能沿著石英顆粒邊緣發(fā)生次生加大,也會(huì)在顆粒之間沉淀形成連晶狀硅質(zhì)膠結(jié)物。

③綠泥石黏土膜與碳酸鹽和濁沸石膠結(jié)物伴生現(xiàn)象非常普遍。從成巖結(jié)構(gòu)關(guān)系分析,碳酸鹽和濁沸石膠結(jié)物形成明顯晚于綠泥石黏土膜。這類膠結(jié)物的形成與硅質(zhì)膠結(jié)物類似,也應(yīng)該是從結(jié)晶核中心慢慢長(zhǎng)大。碳酸鹽和濁沸石膠結(jié)物能夠在綠泥石黏土膜發(fā)育的砂巖粒間孔隙中呈連晶狀分布的現(xiàn)象也很普遍(圖版Ⅰ-D,E,F),說明綠泥石黏土膜能夠分隔孔隙水來(lái)抑制膠結(jié)物形成的機(jī)理缺乏說服力。

5.1.3 自生綠泥石具有晶間孔隙,但對(duì)孔隙度影響有限

Hurst和Nadeau利用BES(背散射電子顯微鏡)研究了自生黏土礦物的晶間孔隙,自生綠泥石存在平均值為51%的晶間孔隙,這些晶間孔隙中的一部分可能是有效的儲(chǔ)集空間。自生綠泥石本身將占據(jù)部分粒間孔隙,導(dǎo)致孔隙度的減少。從綠泥石黏土膜形成模式圖中可以看出,其形成的晶間孔體積與粒間孔相比,可以說微不足道,因此自生綠泥石晶間孔隙不能增加有效孔隙度,就更不用說保護(hù)粒間孔隙。統(tǒng)計(jì)分析表明,綠泥石黏土膜厚度在5～8μm時(shí)對(duì)砂巖孔隙保存有一定的積極作用,但厚度過大時(shí)(特別是超過10μm)將嚴(yán)重堵塞孔隙喉道,導(dǎo)致滲透率的快速下降。

通過上述分析可知,綠泥石黏土膜不能阻止成巖作用的進(jìn)行,也不能提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力,因此綠泥石黏土膜能保護(hù)砂巖孔隙的說法也就無(wú)從談起,相反綠泥石黏土膜能夠縮小孔隙,堵塞喉道,使得孔隙度和滲透率降低。由于綠泥石黏土膜比較薄,含量很低,因此對(duì)孔隙度的影響也比較有限。

5.2 綠泥石黏土膜砂體物性主要受巖石學(xué)特點(diǎn)控制

雖然綠泥石黏土膜能降低孔隙度和滲透率,但綠泥石黏土膜發(fā)育的砂體具有良好的物性條件,這一客觀地質(zhì)事實(shí)的確普遍存在。筆者認(rèn)為這主要受綠泥石黏土膜發(fā)育的砂體巖石學(xué)特點(diǎn)所決定。從綠泥石黏土膜的形成過程可知,黏土膜的發(fā)育明顯受沉積環(huán)境控制,主要發(fā)育在三角洲前緣的水下分流河道和河口壩。這些區(qū)域的巖石學(xué)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在顆粒粒度較粗、分選較好、磨圓度較高、雜基含量相對(duì)較少等,即結(jié)構(gòu)成熟度較高,這些特點(diǎn)才應(yīng)該是砂巖孔隙度得以保存的主控因素。

①粒度較粗,砂巖初始孔隙度較高,經(jīng)過相同的壓實(shí)過程,其剩余孔隙度也會(huì)較高;分選較好,磨圓較好,顆粒間支撐面積大,抗壓實(shí)能力就會(huì)增強(qiáng);

②雜基含量較低。由于水動(dòng)力較強(qiáng),細(xì)粉砂和黏土雜基沉積較少,卸載的基本都是較粗的顆粒,雜基含量較低,砂巖較純,缺乏壓實(shí)作用發(fā)生的潤(rùn)滑劑;

③壓實(shí)作用影響較小,保留下來(lái)的孔隙較多,可為后期酸性水介質(zhì)流動(dòng)提供運(yùn)移通道,有利于后期溶蝕作用的不斷進(jìn)行和溶解物質(zhì)的搬運(yùn),從而改善砂巖孔隙體系的連通性。

綜上所述,綠泥石黏土膜發(fā)育的砂體物性較好,主要是由于強(qiáng)水動(dòng)力條件下沉積的砂體巖石學(xué)特點(diǎn)決定,與綠泥石黏土膜關(guān)系不大。因此,鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組儲(chǔ)層中尋找高效儲(chǔ)層的勘探部署應(yīng)注意尋找強(qiáng)水動(dòng)力條件下形成的砂體。

6 結(jié)論

(1)綠泥石黏土膜主要發(fā)育在較強(qiáng)水動(dòng)力條件下的沉積微相中,是較強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境的沉積相標(biāo)志之一。

(2)綠泥石黏土膜具有雙層結(jié)構(gòu),里層的等厚環(huán)邊膠結(jié)物相對(duì)致密,是早期成巖階段形成的;外層的自生綠泥石垂直于環(huán)邊表層生長(zhǎng),晶形較好,是晚期成巖階段形成的。

(3)綠泥石黏土膜形成主要經(jīng)歷5個(gè)階段,分別是原始顆粒沉積階段、原始顆粒表面黏土吸附成膜階段、顆粒初期壓實(shí)階段、環(huán)邊綠泥石化階段和自生綠泥石形成階段。

(4)綠泥石黏土膜保護(hù)砂巖孔隙能力有限。綠泥石黏土膜發(fā)育的砂體物性較好,主要是由于強(qiáng)水動(dòng)力條件下沉積的砂體本身巖石學(xué)特性所決定,與綠泥石黏土膜關(guān)系不大。

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Form ing M echanism and Their Environmental Im plications of Chlorite-coatings in Chang 6 Sandstone(Upper Triassic) of Hua-Qing Area,Ordos Basin

YAO Jing-li1WANG Qi2ZHANG Rui2,3LIShu-tong2
(1.Research Institute of Exp loration and Development,PetroChina Changqing Oilfield Com pany,Xi'an 710021; 2.Key Laboratory of Petroleum Resources Research,Chinese Academ y of Sciences,Lanzhou 730000; 3.Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049)

With thin section analysis and scanning electronmicroscopic analysis,the diagenetic phenomenon of Yanchan Formation sandstone in the Ordos basin were systematically studied,and it shows that chlorite film was the important diagenetic phenomenon in this area.Depending on the studies relevant to the features including occurrence, structural characteristics,relations between other diageneticminerals of sandstones in this area,the formation mechanism was discussed in detail.Chlorite rim had some relevance with the original porosity of reservoirs,its formation had more closely relationship with hydrodynamic conditions during the contemporaneous deposition.They belonged to amark of water power conditions for they occurmainly in the subaqueous distributary channel and mouth bar in the deltaic front,and had strong environmental specificity;chlorite rim had double layer structure in which isopachous rim cement of internal layer was relative dense,and formed during the early diagenetic stage.Outerlayer authigenic chlorite grown on the rim surface vertically with better crystal form was formed during the late diagenetic stage;chlorite film was of a limited ability to protect the sandstone porosity.The reason for this is that the porosity of sandstones with chlorite clay rim was bettermainly depended on the petrological characteristics of sedimentary sandstones under strong hydrodynamic condition.It had little relation with the chlorite clay rim.So the formationmodel of chlorite clay rim was put forward.Itwas considered that the formation of the chlorite film experienced five steps:sedimentary stage of original particles,stage of clay adsorption and film formation on the surface of original particles,early compaction stage of particles,stage of rim chloritization,authigenic chlorite forming stage;In view of this,the sedimentary sandstone reservoirs that had chlorite clay rims under strong hydrodynamic conditions should be the target in the process of oil exploration.

chlorite rim;constructive diagenesis;microfaciesmark;Ordos basin

姚涇利 男 1964年出生 博士 高級(jí)工程師 石油地質(zhì)

P512.2

A

1000-0550(2011)01-0072-08

①國(guó)家科技重大專項(xiàng)《大型油氣田及煤層氣開發(fā)》示范工程項(xiàng)目(編號(hào):2008ZX05044、2008ZX05008-003-04和2008ZX05025-006-01-01)與中國(guó)科學(xué)院西部之光聯(lián)合學(xué)者項(xiàng)目聯(lián)合資助。

2010-04-05;收修改稿日期:2010-08-09