于景維,鄭榮才,柳 妮,李 云,文華國

[1.中國石油大學(xué)(北京) 克拉瑪依校區(qū),新疆 克拉瑪依 834000； 2.成都理工大學(xué),四川 成都 610059]

準噶爾盆地東部阜東斜坡帶頭屯河組粘土礦物特征

于景維1,鄭榮才2,柳 妮1,李 云2,文華國2

[1.中國石油大學(xué)(北京) 克拉瑪依校區(qū),新疆 克拉瑪依 834000； 2.成都理工大學(xué),四川 成都 610059]

準噶爾盆地東部阜東斜坡帶中侏羅統(tǒng)頭屯河組儲集層受敏感性影響比較大。影響敏感性的主要因素為粘土礦物類型及其含量，因而有必要利用巖石薄片、鑄體薄片、X-衍射和掃描電鏡等多種分析手段，對多口井的儲集砂巖粘土礦物各項特征及其對儲層敏感性的影響展開深入研究。結(jié)果表明：①頭屯河組儲集砂巖的粘土礦物類型多樣,同時發(fā)現(xiàn)粘土薄膜厚度與產(chǎn)能有一定關(guān)系；②物源決定研究區(qū)粘土礦物成分，沉積背景、氣候變化以及后期斷裂構(gòu)造為儲集層中粘土礦物的轉(zhuǎn)化及保存創(chuàng)造條件；③異常壓力影響了粘土礦物分布；④頭屯河組儲集砂巖的敏感性以水敏為主，其次為速敏和酸敏，敏感性程度和粘土礦物含量有關(guān)。上述認識為阜東斜坡帶頭屯河組鉆、注、采工藝實施提供有關(guān)儲層保護和改造的地質(zhì)依據(jù)。

儲層敏感性；粘土礦物；頭屯河組；阜東斜坡帶；準噶爾盆地

準噶爾盆地為我國西部重要的陸相含油氣盆地[1]，阜康凹陷屬于該盆地東部的次級構(gòu)造單元，研究區(qū)為其西部北西-南東走向的斜坡帶，長度為15～30 km，寬度為10～20 km，面積約500 km2(圖1)。2010年開始，在該斜坡帶中侏羅統(tǒng)頭屯河組屢獲工業(yè)油氣流，凸顯巨大勘探前景。頭屯河組埋藏深度為2 100～3 500 m，東淺西深。前人對研究區(qū)頭屯河組沉積相特征的研究已較為深入，認為頭屯河組屬于辮狀河三角洲沉積體系，油藏類型為受辮狀河三角洲沉積體系中分流河道砂體控制的巖性油藏和地層-巖性復(fù)合油藏[2-7]。在油藏鉆探與開發(fā)工程中，儲層敏感性對單井產(chǎn)量影響很大，已成為頭屯河組油藏高效勘探開發(fā)的瓶頸，然而在已有的研究成果中，很少涉及頭屯河組儲層砂巖的敏感性特征及其控制因素。因此，有必要對儲層敏感性的主要控制因素進行深入研究，為提高產(chǎn)量及后期開發(fā)方式的選擇提供理論指導(dǎo)。

圖1 準噶爾盆地東部阜東斜坡帶區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Location of the study area in the Fudong slope area of the eastern Juggar Basin

1 儲層基本特征

1.1 儲層巖石學(xué)特征

研究區(qū)頭屯河組自下而上分為頭一段(J2t1)、頭二段(J2t2)和頭三段(J2t3)。由于頭三段沉積后期受構(gòu)造隆升活動影響，剝蝕量較大，地層保存不全,厚度較薄而儲層不發(fā)育，主力產(chǎn)層主要為頭一段和頭二段，因此，本文主要針對頭一段及頭二段儲層砂巖的敏感性特征及其影響和控制因素進行研究。頭屯河組儲層砂巖的沉積微相以辮狀河三角洲沉積體系中的水下分流河道為主，巖性主要為細粒巖屑砂巖，砂巖中石英的含量為7%～35%，平均為18.63%；長石含量為8%～35%，平均為21.51%；巖屑含量為20%～67%，平均為51.97%，巖屑組分以凝灰?guī)r為主，其次為泥巖、粉砂巖、千枚巖、安山巖和歸入巖屑單元的云母碎屑；砂巖的粒度在0.125～0.5 mm，平均為0.18 mm，以次棱角狀-次圓狀為主，少量為棱角狀，分選系數(shù)平均為2.56，分選性中等-好，雜基含量變化為1%～10%，一般為3%～5%，成分以粘土為主。碎屑顆粒以點-線接觸為主，少量為點接觸，表明成巖過程中經(jīng)歷了中等強度的壓實作用，巖石的膠結(jié)類型主要為壓嵌和孔隙-壓嵌式，膠結(jié)物含量為1%～3%，除鈣質(zhì)、硅質(zhì)之外，含有少量自生綠泥石、高嶺石和黃鐵礦等。儲層砂巖總體上具有成分成熟度低而結(jié)構(gòu)成熟度高的特點，并且砂巖中粘土礦物含量較高，類型很豐富。砂巖的儲集空間以原生粒間孔和剩余原生粒間孔為主，少量為粒間和粒內(nèi)溶孔，鑄模孔?？紫抖葹?.69%～28.88%，平均為14.98%；滲透率為(0.01～790)×10-3μm2，平均為26.08×10-3μm2。儲層的孔隙度與滲透率具有較好正相關(guān)性，屬于典型的中孔-中低滲孔隙型儲集類型[7]。

1.2 粘土礦物特征

1.2.1 粘土礦物類型

通過對33口井232塊樣品的X-衍射及掃描電鏡資料分析，阜東斜坡帶頭屯河組砂巖中的粘土礦物絕對含量平均僅為5%，但類型豐富,可識別出蒙脫石、伊/蒙混層、綠泥石、伊利石、高嶺石和少量綠蒙混層等類型。含量以伊/蒙混層為主，綠泥石為輔(表1)。

1.2.2 粘土礦物賦存狀態(tài)

頭屯河組砂巖中類型豐富的粘土礦物賦存狀態(tài)各不相同，自生伊/蒙混層呈不規(guī)則彎曲片狀、似花朵狀包繞碎屑，也往往呈包裹顆粒的薄膜狀膠結(jié)物產(chǎn)出，部分沿孔隙周緣以孔隙襯墊的形式出現(xiàn)，屬于早成巖階段稍晚期的產(chǎn)物(圖2a—c)。自生綠泥石呈葉片狀、絨球狀分布于碎屑顆粒表面，呈包裹顆粒的薄膜狀膠結(jié)物或沿孔隙周緣形成孔隙襯墊的形式出現(xiàn)，屬于早成巖階段早期的產(chǎn)物(圖2d，g)。自生伊利石多呈不規(guī)則片狀、絲狀分布于碎屑顆粒表面，屬于中成巖階段早期的產(chǎn)物(圖2e，f)。自生高嶺石呈假六方片狀、板狀、書頁狀集合體或蠕蟲狀充填于碎屑之間或溶孔之中，屬于中成巖階段稍晚期的產(chǎn)物(圖2h，i)。

資料表明，自生粘土礦物包膜，特別是伊/蒙混層包膜在阜東斜坡帶頭屯河組儲層砂巖中普遍發(fā)育，其產(chǎn)狀特點為伊/蒙混層粘土礦物圍繞碎屑垂直顆粒表面，或向孔隙中心定向生長，形成近于等厚的環(huán)邊(圖2a，c，d)。通過對包膜狀膠結(jié)物厚度測量(圖2)和統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)包膜厚度分布在12～26 μm，平均為17 μm。有意義的是,伊/蒙混層粘土包膜的平均厚度越大(>20 μm)，對應(yīng)的儲集層物性越好(表2)，而在后期的油氣開采過程中，包膜厚度較小的(<20 μm)儲層段自然產(chǎn)能反而變好。反映粘土礦物包膜是原生孔隙得以保存并影響自然產(chǎn)能的主要因素之一。究其原因，是因為早期粘土礦物包膜膠結(jié)作用對成巖和成藏過程中的原生孔隙起重要保護作用，而在后期勘探開發(fā)過程中，因伊/蒙混層粘土礦物的嚴重水敏性，越厚的包膜膨脹體積越大，對儲層孔隙結(jié)構(gòu)的傷害也越強烈，因而其自然產(chǎn)能也越低。

1.2.3 粘土礦物分布特征

由于阜東斜坡帶頭屯河組砂巖中粘土礦物特征各異，有必要對其縱向及平面分布特征進行探討,有利于后期針對其分布特點，在開發(fā)過程中選擇合適方案對儲層進行保護。

以位于研究區(qū)中南部阜東081井為例(圖3a)，砂巖中的粘土礦物類型主要包括蒙脫石、伊/蒙混層、綠泥石、伊利石和高嶺石。粘土礦物在縱向分布上的變化趨勢為：伊/蒙混層含量隨深度增加逐漸減少，伊利石、高嶺石以及綠泥石含量則逐漸增加，三者含量呈正相關(guān)趨勢，而與伊/蒙混層含量呈負相關(guān)趨勢。伊/蒙混層平均含量占到粘土礦物總量的70%以上，伊利石、高嶺石以及綠泥石平均含量分別為7.5%、3.6%和10.2%，粘土礦物含量的重大變化往往發(fā)生在儲集砂體底部沖刷面附近。沖刷面附近伊蒙混層含量往往增大，綠泥石等其它類型粘土礦物含量劇烈減少。

圖4反映研究區(qū)靠近剝蝕線附近北62井儲集砂巖中主要粘土礦物含量縱向變化特征(圖3b)。其中蒙脫石平均含量為70%以上，伊利石和綠泥石平均含量分別為6.2%和5.3%，高嶺石平均含量16.5%。粘土礦物總體變化趨勢：蒙脫石、伊利石和綠泥石含量總體隨深度逐漸呈現(xiàn)減小趨勢，高嶺石含量變化趨勢同前三者相反，可能與流體介質(zhì)的酸堿度變化有關(guān)。粘土礦物含量重大變化發(fā)生在儲集砂體底部沖刷面附近，蒙脫石和高嶺石含量幅度很大。埋深2 455 m附近粘土含量發(fā)生變化(圖3紅線部分)，巖心資料證實該位置是后期水道對前期水道沖刷面。

表1 研究區(qū)頭屯河組粘土礦物平均相對含量Table 1 Relative content(average)of clay minerals in the Toutunhe Formation of the study area

總體來講，粘土礦物中最主要礦物的含量往往達到70%以上，礦物之間的轉(zhuǎn)化可能使主要與次要礦物含量縱向變化趨勢相反，而且變化部位往往出現(xiàn)于沖刷面附近。

頭一段粘土礦物平面分布特征，首先按主粘土礦物類型(含量占50%以上)進行分區(qū)，一區(qū)以伊/蒙混層為主的粘土礦物，主要分布于中部地區(qū)，伊/蒙混層含量最高可達93%，向四周逐漸降低，二區(qū)以蒙脫石為主的粘土礦物，蒙脫石平均含量達到65%以上。其次依據(jù)次粘土礦物含量將兩個區(qū)域分別進一步劃分。一區(qū)中西部高嶺石平均含量達到20%，粘土礦物組合為伊蒙混層+高嶺石，東南部伊利石含量達到36%，粘土礦物組合為伊蒙混層+伊利石。周緣地區(qū)粘土礦物組合為伊蒙混層+綠泥石，綠泥石平均含量為10%，二區(qū)東北部高嶺石平均含量為17%，粘土礦物組合為蒙脫石+高嶺石。周緣地區(qū)為蒙脫石+伊利石組合，伊利石平均含量為15.5%(圖4)。

圖2 研究區(qū)頭屯河組粘土礦物的賦存狀態(tài)Fig.2 Occurrence patterns of clay minerals in the Toutunhe Formation of the study areaa.細粒巖屑砂巖,阜東11井，埋深2 944.35 m;b.粒表包裹的似蜂巢狀伊/蒙混層礦物，阜東8井，埋深2 521.5 m，掃描電鏡；c.細粒巖屑砂巖,阜東081井，埋深2 708.43 m；d.細粒巖屑砂巖,滋泉1井，埋深3 711.88 m；e.粒間孔與粒表生長的絲片狀伊利石，阜東7井，埋深2 826.48 m，掃描電鏡；f.粒間絲管狀伊利石，阜東5井，埋深3 007.11 m，掃描電鏡；g.粒間充填的綠泥石集合體，阜東051井，埋深3 053 m，掃描電鏡；h.細粒砂巖，粒間孔 先后被薄膜狀分布的泥質(zhì)雜基和蠕蟲狀高嶺石充填膠結(jié)，阜東5井，埋深2 994.50 m；i.不規(guī)則狀高嶺石，北82井，埋深2 999.66 m，掃描電鏡表2 研究區(qū)鉆井儲層中伊/蒙混層粘土礦物包膜厚度與物性數(shù)據(jù)和試油數(shù)據(jù)關(guān)系Table 2 Relationship of clay membrane thickness with properties and well testing data in the reservoirs of some wells in the study area

井號深度/m層位試油物性包膜厚度/μm油/(t·d-1)氣/(m3·d-1)水/(t·d-1)孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)最大值最小值平均值阜東112944.4J2t217.829.8070.7311.4923.48阜東123362.0J2t226.2216.09.5423.1410.6215.46阜東0523048.0J2t29.950.0417.81.3921.2412.8016.27阜東0523047.5J2t29.950.04116.07.0120.1610.7015.29阜東0812708.4J2t10.5320.8312.0034.3413.6426.61

圖3 研究區(qū)阜東081井(a)和北62井(b)頭一段和頭二段粘土礦物相對含量縱向變化Fig.3 Vertical changes in relative content of the main clay minerals in the first and the second members of the Toutunhe Formation in well FD081(a) and B62(b) in thestudy area

圖4 研究區(qū)頭一段(a)和頭二段(b)主要粘土礦物相對含量Fig.4 Horizontal distribution of relative content of the main clay minerals in the first(a) and the second(b) members of the Toutunhe Formation in the study area

按上述劃分方法，將研究區(qū)頭二段粘土礦物平面分布劃為3個區(qū)。一區(qū)、二區(qū)和三區(qū)分別以/伊蒙混層、蒙脫石和綠泥石為主。一區(qū)可分為四個類:一類為西北區(qū)，以伊/蒙混層+綠泥石組合為主;二類為中部-中北部區(qū)，伊蒙混層礦物含量最高，其他3個主要粘土礦物含量相似；三類以阜東081和阜東082井為代表，粘土礦物組合為伊/蒙混層+蒙脫石；四類以北34井為代表，粘土礦物組合為伊/蒙混層+伊利石。二區(qū)可分為3類：一類為中部以北地區(qū)，粘土礦物組合為伊蒙混層+高嶺石為主，北部高嶺石含量可達到42%；二類為北東部地區(qū)，粘土礦物組合混雜；三類以北49井為代表，粘土礦物組合為蒙脫石+伊利石。三區(qū)范圍較小，以滋泉1井位代表，粘土礦物組合為綠泥石+伊利石(圖4)。

整體來看，一區(qū)分布面積廣，其邊緣粘土礦物組合有特點，其中北部，尤其是北部邊緣多以伊/蒙混層+綠泥石組合為主，中西部邊緣多以伊蒙混層+高嶺石組合為主，東南部邊緣以伊/蒙混層+伊利石為主，中部地區(qū)伊/蒙混層礦物含量最高，剩余3個主要粘土礦物含量相似；二區(qū)多以條帶狀沿剝蝕線附近分布，其中北部地區(qū)礦物組合多為蒙脫石+高嶺石，東南部粘土礦物組合復(fù)雜，不具有規(guī)律性；三區(qū)樣品分布極少，在此不做探討。

2 粘土礦物分布控制因素

2.1 異常壓力

筆者2015年在準東地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)普遍存在異常壓力，并對其成因進行探討[8]。通過對研究區(qū)多口井頭屯河組聲波時差曲線分析，普遍表現(xiàn)出異常高值，最大值可達到112 μm/s[7]。根據(jù)阜東地區(qū)多口井地層壓力系數(shù)，結(jié)合本地對壓力級別的劃分，制成該區(qū)異常壓力分布圖(圖5)。可看出研究區(qū)北部出現(xiàn)小范圍常壓帶，大部分地區(qū)處于高壓區(qū)，在阜東7井以及阜東071井區(qū)附近出現(xiàn)超壓區(qū)，在阜東9井以及北38井區(qū)附近甚至出現(xiàn)強超壓區(qū)。

王芙蓉等人認為準噶爾盆地異常壓力抑制蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化過程[9]，因此蒙脫石和伊蒙混層的含量會隨著深度的加深而增加。以蒙脫石為主的粘土礦物在平面圖中多分布于強超壓帶附近，而以伊蒙混層為主的粘土礦物則分布于超壓帶附近。因而當?shù)貙訅毫ο禂?shù)達到強超壓時，蒙脫石基本上不向伊利石轉(zhuǎn)化，隨著壓力系數(shù)減小，大量蒙脫石轉(zhuǎn)化成伊蒙混層。同時可看出較高含量的伊利石幾乎都在剝蝕線附近，遠離剝蝕線范圍的粘土礦物中伊利石含量很低?？v向上可看出隨著深度的增加，伊利石含量整體增加，但幅度極小，從側(cè)面反映出異常壓力限制了蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)化。

一般來講，高嶺石的生成基本上同鉀長石與鈉長石的溶解有關(guān)[10]，在“流體壓力封存箱”中酸性流體介質(zhì)很難進行流動，鉀長石以及鈉長石的溶解比較有限，因此研究區(qū)高嶺石的含量較低；亦或是地表條件下長

石溶解所形成的高嶺石，在封閉系統(tǒng)內(nèi)，會同長石溶蝕形成的二氧化硅和K+轉(zhuǎn)化為蒙脫石[11]。在“箱”底部或頂部，流體活動性會突然增強，在“箱”中很難形成的粘土礦物例如伊利石、高嶺石以及綠泥石，此時含量會突然增加許多(圖3)。

2.2 物源

根據(jù)碎屑組分特征、粘土礦物類型以及重礦物組合等方法對研究區(qū)物源方向進行分析(已做他文另討)，認為研究區(qū)物源有3個：東北部奇臺凸起(克拉美麗山)，南部博格達山和東部北三臺凸起。其對粘土礦物的影響主要分兩個方面討論,即碎屑成分和物源影響范圍。

2.2.1 碎屑成分

克拉美麗山受海西期斷裂控制發(fā)育大量火山機構(gòu)，中侏羅世博格達山沉積碎屑組分受火山頻發(fā)影響發(fā)生重大改變，使得本區(qū)占50%以上的砂巖巖屑主要以凝灰質(zhì)為主，而凝灰質(zhì)對于粘土礦物的形成起到關(guān)鍵性作用。在埋藏早期偏堿性的環(huán)境中，凝灰質(zhì)巖屑極易向蒙脫石轉(zhuǎn)化，并在蝕變的過程中釋放二氧化硅，會在顆粒表面產(chǎn)生自生石英[12]。在成巖過程中，伴隨著長石溶解釋放出大量的K+，蒙脫石開始向伊蒙混層轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)化成伊利石，因此在研究區(qū)可普遍看到伊/蒙混層礦物表面發(fā)育自生石英。

圖5 研究區(qū)頭屯河組地層壓力系數(shù)Fig.5 Distribution of pressure coefficient in the Toutunhe Formation of the study area

同時凝灰質(zhì)巖屑早期水解對綠泥石的形成起到重要影響，它為孔隙溶液中注入大量Mg2+，F(xiàn)e2+和Al3+,使得埋藏早期偏堿性的環(huán)境中綠泥石以孔隙襯里的方式形成。蒙脫石轉(zhuǎn)化成伊利石的同時釋放鈣、鐵、鎂和硅等離子，在高溫條件下有利于向綠泥石轉(zhuǎn)化。但準噶爾盆地的地溫梯度范圍為17.3～25.0 ℃/km[13]，是大多數(shù)湖盆中最低的，加上超壓環(huán)境中流體被限制流動，綠泥石不會于高溫條件下生成。在頭屯河組重礦物類型中識別出少量黑云母，其風(fēng)化程度依次為綠泥石—蒙脫石—高嶺石[14]，推斷自生綠泥石也有部分是風(fēng)化作用的產(chǎn)物。受南部物源影響，在頭二段西南部出現(xiàn)綠泥石富集現(xiàn)象，但總體綠泥石含量在粘土礦物中所占比例不大。近物源區(qū)域中，綠泥石主要為黑云母蝕變形成，縱向上變化趨勢同高嶺石變化趨勢相反(圖3)。遠物源區(qū)域中，綠泥石成因還包括成巖早期火山物質(zhì)水解，縱向上變化趨勢同高嶺石變化趨勢相似(圖3)。

研究區(qū)頭屯河組長石含量占20%以上，成分主要是鉀長石。高嶺石的轉(zhuǎn)化依據(jù)鏡下特征主要有兩種類型：一種是碎屑高嶺石，是由于物源中鋁硅礦物的風(fēng)化作用而形成，其鏡下特點是不規(guī)則片狀集合體分布于孔隙之中；另一種是自生高嶺石，是成巖后期鉀長石的蝕變而形成，其鏡下主要表現(xiàn)為書頁狀、蠕蟲狀充填于孔隙之中[11]。這兩種類型都與碎屑中鉀長石含量有重要關(guān)系。因此有些近剝蝕線區(qū)域高嶺石含量較高，推斷主要是碎屑高嶺石組成，遠物源區(qū)域高嶺石含量較高主要是成巖后自生高嶺石組成。

2.2.2 物源影響范圍

頭屯河組一段沉積時期，研究區(qū)存在兩個物源方向，分別為北東向和南部方向，兩個物源形成的三角洲相對獨立，可看出粘土礦物的分布特征主要受到東北部物源影響；頭屯河組二段沉積時期，研究區(qū)可能存在3個物源方向，主物源方向依然是東北方向的奇臺凸起為主，但是此時由于南面博格達山逐漸隆起，南部物源對于研究區(qū)砂體分布影響較大，北三臺主體已隆起是不爭的事實[1]。在沉積相平面圖中可看到，研究區(qū)東南部砂體呈現(xiàn)混合狀態(tài)，粘土礦物含量多變，從蒙脫石含量角度來看，順物源方向的蒙脫石含量逐漸減少，在中部偏南附近，蒙脫石含量較多的原因可能是物源混積的結(jié)果。

2.3 沉積背景

結(jié)合頭屯河組一、二段沉積相(圖6)，認為順著主水道方向，蒙脫石基本上全部轉(zhuǎn)化成為伊/蒙混層，表示水上環(huán)境或離剝蝕線較近區(qū)域蒙脫石在粘土礦物中的含量較大，水下環(huán)境伊/蒙混層的含量較高。

伊/蒙混層為主的粘土礦物主要發(fā)育在三角洲平原亞相，三角洲前緣亞相中粘土礦物主要以蒙脫石為主。這是由于湖水頻繁沖刷入侵，長石以及凝灰質(zhì)巖屑的溶解促進蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化，另一方面，雖然水上環(huán)境中砂體物性要好于水下砂體物性，易于接受大氣水或酸性流體充注，更有利于長石的溶解，但是水上環(huán)境中流體流動迅速，使蒙脫石缺乏伊利石化條件。高嶺石也隨著主河道方向含量逐漸降低，這和早期鉀長石風(fēng)化形成的碎屑高嶺石有關(guān)。

圖6 研究區(qū)頭屯河組一段(a)及二段(b)沉積相平面展布Fig.6 Horizontal distribution of sedimentary facies in the first and the second members of the Toutunhe Formation in the study area

2.4 氣候變化

由于研究區(qū)相對閉塞，同時構(gòu)造環(huán)境相對平穩(wěn)，湖平面變化主要受到氣候影響。頭一段沉積時期，研究區(qū)主要是潮濕氣候，湖平面大幅上升，此時物源供給較充分。大多巖心顏色為灰色-淺灰色，判斷此時水下環(huán)境為弱還原-還原環(huán)境，反映大氣水淋濾作用較強，堿金屬等元素較易遷移，在成巖早期形成大量蒙脫石。靠近剝蝕線附近地層接近地表，受到大氣淡水淋濾溶蝕，有利于高嶺石沉淀(圖4)。總體來看，由于頭一段沉積時期整體處于水下環(huán)境，成巖早期大量蒙脫石轉(zhuǎn)化以及強烈母巖風(fēng)化是伊蒙混層和綠泥石含量較高的原因。頭二段沉積時期，氣候變化相對頻繁，氧化環(huán)境與還原環(huán)境頻繁交替，湖平面隨之上升與下降頻繁變化，此時更多的物源供給使得發(fā)育進積型辮狀河三角洲，沉積物可能經(jīng)常暴露。頭二段早期主要為季節(jié)性干旱氣候環(huán)境，沉積水體的流量變化大，水上環(huán)境的出現(xiàn)使得蒙脫石含量大量增加，此時長石含量的增多、云母類礦物含量的減少為高嶺石和伊利石含量的升高以及綠泥石含量降低提供原始條件，而水體介質(zhì)pH值降低使自生高嶺石形成相對容易。

2.5 后期構(gòu)造活動

研究區(qū)中部斷裂較發(fā)育(圖7a)，是后期構(gòu)造活動的產(chǎn)物[1]。雖然規(guī)模較小，但是其對于改善砂體物性有重要影響，進而改變砂體內(nèi)部流體介質(zhì)酸堿度。以北82井和阜東12井頭二段為例(圖7)。北82井南部有一條中等規(guī)模正斷層，其斷裂深度直達中-下侏羅統(tǒng)西山窯以及三工河組，這兩組被證明是侏羅系較好烴源巖[15]，其生烴產(chǎn)生的大量有機酸或者是大氣水通過斷層進入砂體內(nèi)部，使流體酸度增加，流體流動性增強，為高嶺石的富集提供環(huán)境。而阜東12井周圍構(gòu)

造平穩(wěn)，基本無斷裂，頭二段高嶺石相對含量要低很多。

斷裂的出現(xiàn)使得地層壓力會發(fā)生一定程度的改變，Hillier認為鄰地層壓力差異會導(dǎo)致綠泥石的富集，研究區(qū)北部斷層附近鉆井巖心中頭一、頭二段綠泥石富集可能是這一原因?？傮w來講，粘土礦物類型、相對含量、相互轉(zhuǎn)化、橫向及縱向上分布的差異同上述各個因素緊密相連，是多種因素共同作用的結(jié)果。

3 粘土礦物對儲層敏感性影響

不同類型粘土礦物對于儲集層物性會產(chǎn)生不同傷害，利用掃描電鏡資料，分析研究區(qū)不同類型粘土礦物對儲集層敏感性的影響，并探討其相對含量與敏感性傷害率的關(guān)系。

研究區(qū)伊/蒙混層單體在掃描電鏡下普遍呈彎曲片狀,集合體呈蜂窩狀。伊/蒙混層具有較高的親水性、膨脹性及非常高的比表面,其損害主要表現(xiàn)為水敏。主要原因是蒙脫石遇淡水發(fā)生膨脹,堵塞孔喉，同時混層粘土由于膨脹層而解體,分散遷移堵塞孔喉,降低地層滲透率[16-17]。研究區(qū)水敏損害率與蒙脫石、伊/蒙混層相對含量呈正相關(guān)(圖8a)。

研究區(qū)自生綠泥石在掃描電鏡下呈葉片狀、花朵狀、絨球狀分布于碎屑顆粒表面，薄膜式膠結(jié)，沿孔隙周緣形成孔隙襯墊。雖不具膨脹性,但綠泥石具有酸敏性,易形成沉淀物。在酸性溶液中,綠泥石受反應(yīng)溫度以及酸濃度影響會析出Fe3+,Mg2+等離子,同砂巖石英和高嶺石釋放的Si4+結(jié)合形成難溶硅酸鹽沉淀；同時pH值升高形成絮狀氫氧化物，致使巖石的物性降低[18]。研究區(qū)酸敏損害率與綠泥石相對含量呈正相關(guān)(圖8b)。

研究區(qū)單個高嶺石晶體在掃描電鏡下呈六方板狀,集合體呈蠕蟲狀,儲集層的危害表現(xiàn)為不穩(wěn)定性,由于晶間結(jié)構(gòu)較疏松,遇到流體沖刷會伴隨其遷移,堵塞孔喉,影響很大,是重要的速敏礦物[19]。研究區(qū)速敏損害率與高嶺石相對含量呈正相關(guān)(圖8c)。

圖7 研究區(qū)北82井(a)及阜東12井(b)頭二段地震剖面Fig.7 Seismic profiles of the secondary member of the Toutunhe Formation in Well B82(a) and FD12(b) in the study area

圖8 研究區(qū)頭屯河組儲集層主要粘土礦物相對含量與敏感性損害率關(guān)系Fig.8 Relationships between relative content of the main clay minerals and damage levels of sensibility in the Toutunhe Formation of the study area

研究區(qū)自生伊利石在掃描電鏡下呈不規(guī)則片狀、絲狀分布于碎屑顆粒表面，它對儲集層的潛在影響主要表現(xiàn)為微粒運移。研究區(qū)速敏損害率與伊利石相對含量呈正相關(guān)(圖8d)。

4 結(jié)論

1) 準噶爾盆地阜東斜坡帶儲集層巖性主要為近物源的細粒巖屑砂巖，成分成熟度低而結(jié)構(gòu)成熟度高，儲集空間主要為原生粒間孔，孔喉分選一般，為典型的孔隙型儲層。儲層砂巖的粘土礦物類型豐富，主體以伊/蒙混層為主。伊/蒙混層和綠泥石多形成于早期成巖階段，而伊利石和高嶺石多多形成于中-晚期成巖階段。粘土礦物包膜厚度(相對20 μm來講)與儲集層原生孔隙度成正比，與后期自然產(chǎn)能成反比。

2) 研究區(qū)主要粘土礦物相對含量在縱向和平面差別很大。物源中相對含量較多的凝灰質(zhì)巖屑和鉀長石，為成巖早期蒙脫石、伊/蒙混層和綠泥石以及成巖后期高嶺石的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。辮狀河三角洲沉積背景限制了粘土礦物平面分布，伊/蒙混層為主的粘土礦物主要發(fā)育在三角洲平原亞相，三角洲前緣亞相中粘土礦物主要以蒙脫石為主。氣候變化以及后期構(gòu)造運動改變砂體內(nèi)部流體介質(zhì)酸堿度以及流體活動性，為成巖后期高嶺石和伊利石的轉(zhuǎn)化提供必要條件；普遍存在的異常壓力環(huán)境，限制砂體內(nèi)部流體流動，抑制粘土礦物的轉(zhuǎn)變，尤其是蒙脫石的伊利石化，是粘土礦物分布差異的關(guān)鍵性因素。

3) 研究區(qū)水敏損害率與蒙脫石、伊/蒙混層相對含量呈正相關(guān)。酸敏損害率與綠泥石含量呈正相關(guān)；速敏損害率與高嶺石、伊利石相對含量呈正相關(guān)。重點解決普遍存在的水敏傷害問題，蒙皂石相對含量較多儲集層相應(yīng)考慮防膨脹問題。對于研究區(qū)粘土礦物相對含量較復(fù)雜儲集層，酸化并不能解決問題，主要還是采取壓裂方法，優(yōu)化工藝措施，采用高壓射流徑向水平鉆孔技術(shù)，結(jié)合N2泡沫壓裂液，有利于后期開發(fā)效果提高。

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(編輯 董 立)

Characterization of clay minerals in Toutunhe Formation of Fudong slope area in eastern Junggar Basin

Yu Jingwei1，Zheng Rongcai2，Liu Ni1，Li Yun2，Wen Huaguo2

(1.KaramayCampusofChinaUniversityofPetroleum,Karamay,Xinjiang834000,China;2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

The Toutunhe Formation of the Middle Jurassic is the main exploration layer in Fudong slope area in Junggar Basin，where reservoirs are greatly influenced by sensitivity to clay minerals.Contents and types of clay minerals of the reservoirs are the major factors that influence sensitivity,thus were studied through cast thin section，rock thin section，X-ray diffraction and SEM.The result shows that ①various types of clay minerals can be observed and the thickness of clay membrane is related to some extent with productivity;②components of the clay minerals were determined by provenance,and sedimentary setting,climate change and later faulting helped transformation and preservation of the clay minerals;③abnormal pressure affects the distribution of the clay minerals;④the reservoirs are mostly water-sensitive and also acid-and speed-sensitive to some extent.The degree of sensitivity depends on the content of different types of clay minerals.The above understanding has been used as geologic basis for reservoir protection and modification during drilling,injection and production operation in the Formation.

reservoir sensitivity,clay mineral,Toutunhe Formation,Fudong slope area,Juggar Basin

2014-07-21;

2015-10-30。

于景維(1985—)，男，博士、講師，沉積學(xué)。E-mail:yyjjww-1985@163.com。

柳妮(1985—)，女，博士、講師，儲層沉積學(xué)。E-mail:liuni_smile@aliyun.com。

國家科技重大專項(2011ZX05001-005-01)。

0253-9985(2015)06-0945-10

10.11743/ogg20150609

TE122.2

A