2022, Vol. 34
2. 西安石油大学 陕西省油气成藏地质学重点实验室, 西安 710065;
3. 西安石油大学 石油工程学院, 西安 710065;
4. 中国石油长庆油田分公司勘探事业部, 西安 710018;
5. 中国石油长庆油田分公司 第三采油厂, 银川 750006
2. Shaanxi Key Laboratory of Petroleum Accumulation Geology, Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, China;
3. College of Petroleum Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, China;
4. Department of Exploration, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi'an 710018, China;
5. No. 3 Oil Production Plant, PetroChina Changqing Oilfield Company, Yinchuan 750006, China
随着北海地区侏罗系深埋异常高孔砂岩油气藏的发现[1-2], 黏土包膜对储层孔隙的保护作用受到广大学者的重视, 已成为砂岩储层研究中不可或缺的部分, 特别是绿泥石包膜[3-5]和石英雏晶包膜[6-7]对石英胶结的抑制作用, 已取得了丰硕的研究成果。高岭石[8]、蒙脱石[9-10]、伊蒙混层[11]以及伊利石包膜[12-13]也引起了人们的关注, 这4种包膜中以伊利石相对最为常见, 并对其成因做了大量研究。挪威中部近海Haltenbanken地区Kristin油田侏罗系Garn组可见伊利石包膜呈等厚状、蜂窝状包裹颗粒[12], 单个伊利石晶体呈垂直颗粒表面的弯曲片状, 中国川西地区三叠系须四段[14]和塔里木盆地泥盆系东河砂岩[15-16]中也见到类似的伊利石包膜, 依据其产状及分布特征, 确定其为自生蒙脱石伊利石化的产物; 而沙特阿拉伯二叠系Unayzah组[13, 17]、英国北海中部Ardmore油田上泥盆系Buchan组[11]、利比亚中北部Sirt盆地白垩系[18-19]、立陶宛Southern Permian Basin盆地二叠系Perlojia[10]和荷兰Southern Permian Basin盆地二叠系Rotliegend组[20]等砂岩中的伊利石包膜厚度分布不均, 片状伊利石晶体大多平行颗粒表面, 被确定为渗流蒙脱石包膜伊利石化的产物。伊利石包膜的分布受初始岩石组份[12, 21]、沉积相[18-19]、埋深[15]等因素控制, 不同地区伊利石包膜的成因类型及控制因素不同。伊利石包膜可以像绿泥石包膜一样保护储层孔隙[15, 22], 在其外层常可见直接结晶形成的发丝状伊利石[12-13], 可大幅降低储层渗透率。上述这些研究实例中伊利石包膜内均未见绿泥石。
鄂尔多斯盆地延长组砂岩以发育绿泥石包膜为特征[5], 亦可见伊利石包膜, 并与已报道的研究实例存在明显差异。在显微镜下, 可见延长组砂岩中伊利石包膜与绿泥石包膜共同组成双黏土层包膜, 绿泥石和伊利石分别位于黏土包膜的内层和外层, 这种伊利石包膜常被岩矿鉴定人员习称为"绿泥石包膜的伊利石化", 鲜有对延长组砂岩中伊利石包膜的成因及与绿泥石包膜共存的具体原因开展研究。近年来, 随着鄂尔多斯盆地长9油藏的发现与开发, 发现伊利石包膜是长9砂岩储层重要的胶结物之一, 通过分析其产状、分布特征及形成机制, 以期为寻找优质储层提供地质依据。
1 地质概况鄂尔多斯盆地晚三叠纪延长期为一大型淡水内陆湖泊, 形成了一套近千米厚的河、湖三角洲沉积地层[23], 自下而上将延长组划分为长1-长10共10个油层组, 经历的盆地形成、发展和消亡整个过程, 其中长10期盆地初始沉降, 长9-长8期盆地快速发展, 长7期为强烈拗陷期, 长6-长4+5期盆地逐渐萎缩, 至长3-长1期盆地消亡。延长期在东北、西南、西部等位置形成了一系列三角洲沉积体, 水下分流河道和分支河道砂体是延长组的主要储集层, 主要为细砂岩和中细砂岩, 其次为细中砂岩和极细砂岩, 还有少量的粗中砂岩和中粗砂岩。砂岩储层胶结物以碳酸盐和绿泥石为主, 其次为高岭石、浊沸石、伊利石、石膏等, 且绝大部分优质储层富含绿泥石包膜[5, 24]。本次的研究对象主要为盐池、靖边以南的广大地区, 主体属于伊陕斜坡。
2 延长组伊利石包膜的产状特征延长组砂岩内绿泥石包膜最为常见, 在单偏光镜下为低正突起、淡绿色, 显微弱多色性, 常因吸附大量重质油组份而呈褐色乃至黑色(图 1a-1b), 正交偏光镜下干涉色为一级灰; 扫描电镜下, 绿泥石包膜内单个绿泥石晶体呈竹叶状, 且绿泥石含量越高晶体尺寸越大、厚度越厚[25], 直径为2~10 μm、厚度0.04~0.3 μm, 绿泥石集合体呈纸牌屋状包裹颗粒。而伊利石包膜在单偏光镜下为低正突起、无色(图 1c), 均未吸附重质油, 正交偏光镜下干涉色较绿泥石高, 呈一级黄红(图 1d); 扫描电镜下, 伊利石包膜内单个晶体为弯曲片状, 在片状末端常见毛刺状伊利石(图 1e), 晶体大小与自生伊利石含量无关, 直径主体为10~20 μm, 厚度远小于绿泥石(< 0.05 μm), 集合体呈蜂窝状包裹颗粒(图 1f)。
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下载原图 图 1 鄂尔多斯盆地延长组绿泥石和伊利石包膜特征 (a)绿泥石包膜吸附少量重质油呈褐色, 镇164井, 2 605.7 m; (b)绿泥石包膜吸附较多的重质油呈黑色, 镇277井, 2 460.4 m; (c)伊利石包膜和石英充填胶结, 胡158井, 长9, 2 309.3 m; (d)视域同c, 正交偏光; (e)弯曲片状伊利石, 胡158井, 长9, 2 318.4 m; (f)蜂窝状伊利石, 弯曲片状伊利石边缘末端见"尖刺状"伊利石, 王519井, 1 728.8 m; (g)发育Ⅰ型包膜, 伊利石包膜外侧呈虚化边状, 长石溶蚀边缘可见伊利石包膜保留, 磨制薄片导致黏土膜脱落, 安237井, 长9, 2 147.6 m; (h)视域同图g, 正交偏光镜 Fig. 1 Characteristics of chlorite and illite coatings of Yanchang Formation in Ordos Basin |
这里讨论的伊利石包膜与前人研究的孔隙充填伊利石[26-27]不同, 伊利石包膜与绿泥石包膜关系密切, 从相对含量和产状特征, 可将延长组砂岩中的黏土包膜分为以下4类(前2类为伊利石包膜):
Ⅰ型包膜(含绿泥石伊利石包膜): 以伊利石为主、等厚状包裹颗粒, 在颗粒接触处缺失(图 1g), 长石溶蚀后黏土膜依然保留。在单偏光镜下无色, 正交偏光镜下干涉色为一级黄红(图 1h), 表明主体为伊利石; 扫描电镜下, 伊利石晶体为15 μm左右垂直颗粒表面的弯曲片状, 伊利石晶间孔隙十分发育, 在颗粒接触处附近或伊利石局部不发育区, 可见较伊利石晶体小的竹叶状绿泥石出露, 因绿泥石含量较少、晶体小, 显微镜下难以观察到(图 2a-2b)。
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下载原图 图 2 鄂尔多斯盆地延长组伊利石包膜的微观特征 (a)发育Ⅰ型包膜, 伊利石包膜下可见绿泥石出露, 安237井, 2 147.6 m; (b)发育Ⅰ型包膜, 伊利石包膜下可见绿泥石出露, 安237井, 2 147.6 m; (c)发育Ⅱ型包膜, 具有明显的双层结构, 外层无色、内层为淡绿色, 元333井, 2 324.5 m; (d)视域同图c, 正交偏光镜下, 外层为一级黄红、内层为一级暗灰色, 元333井, 2 324.5 m; (e)发育Ⅱ型包膜, 内层发育绿泥石, 外层以伊利石为主, 元333井, 2 324.5 m; (f)发育Ⅱ型包膜, 大的弯曲片状伊利石和小的竹叶状绿泥石晶体共同形成孔隙衬里, 元333井, 2 325.6 m; (g)发育Ⅱ型包膜, 大的弯曲片状伊利石和小的竹叶状绿泥石晶体共同形成孔隙衬里, 胡360井, 2 322.8 m; (h)发育Ⅱ型包膜, 紧邻颗粒接触处易见绿泥石出露, 大孔隙中小的绿泥石晶体被大的伊利石晶体遮挡, 胡360井, 2 322.8 m Fig. 2 Microscopic characteristics of illite coatings of Yanchang Formation in Ordos Basin |
Ⅱ型包膜(绿泥石-伊利石包膜): 绿泥石和伊利石一起形成等厚状黏土包膜, 在颗粒接触处缺失(图 2c)。偏光显微镜下该类包膜具有明显的双层结构, 单偏光镜下包膜外层无色、内层为淡绿色, 均未吸附重质油(图 2c), 正交偏光镜下外层干涉色为一级黄红、内层为一级暗灰色(图 2d), 表明外层为伊利石, 而内层以绿泥石为主; 扫描电镜下, 伊利石为15 μm左右垂直颗粒表面的弯曲片状, 伊利石晶间孔隙十分发育, 在颗粒接触处附近或伊利石局部不发育区, 可见较伊利石小的竹叶状绿泥石出露(图 2e-2h)。
Ⅲ型包膜(含伊利石绿泥石包膜): 以绿泥石为主, 含少量伊利石。偏光显微镜下, 因伊利石含量少, 这类包膜和常见的绿泥石包膜一样, 常吸附较多的重质油而呈褐色乃至黑色; 在扫描电镜下, 绿泥石包膜表面偶然可见少量伊利石晶体, 伊利石为15 μm左右的弯曲片状, 但伊利石并非生长于绿泥石晶体之上, 而是扎根于绿泥石包膜内, 以颗粒表面为基底垂直生长(图 3a-3b)。
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下载原图 图 3 鄂尔多斯盆地延长组伊利石和绿泥石微观特征及共生关系 (a)发育Ⅲ型包膜, 孔隙衬里绿泥石发育, 其上可见大的弯曲片状伊利石扎根于绿泥石包膜内, 高64井, 1 931.6 m; (b)发育Ⅲ型包膜, 绿泥石包膜上可见弯曲片状伊利石, 塞156井, 1 057.8 m; (c)自形片状、纸牌屋状绿泥石, 池360井, 2 444.7 m; (d)伊利石包膜外可见纤维状伊利石, 胡158, 2 318.4 m; (e)伊利石包膜十分薄, 形态与自生蒙脱石"根部带"相同, 镇381井, 2 412.5 m; (f)颗粒接触处附近可见绿泥石, 离颗粒接触处远的地方只见伊利石, 胡360井, 2 322.8 m Fig. 3 Microscopic characteristics and paragenetic relationship of illite and chlorite of Yanchang Formation in Ordos Basin |
Ⅳ型包膜(绿泥石包膜): 全部为绿泥石, 是延长组最常见的黏土包膜, 绿泥石吸附较多的重质油, 以等厚状包裹颗粒, 在颗粒接触处缺失。扫描电镜下, 绿泥石包膜内单个绿泥石晶体呈竹叶状(图 3c), 直径2~10 μm、厚度0.04~0.30 μm, 绿泥石集合体呈纸牌屋状包裹颗粒。
3 延长组伊利石包膜的分布特征根据鄂尔多斯盆地延长7 365块砂岩铸体薄片的鉴定结果, 其中3 874块薄片发育绿泥石包膜, 33块薄片发育Ⅰ型伊利石包膜, 59块薄片可见Ⅱ型伊利石包膜。这些伊利石包膜主要出现于长9油层组, 其次为长8油层组(表 1)。在平面上, 伊利石包膜在姬塬地区最为发育, 其次为镇北地区。
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下载CSV 表 1 鄂尔多斯盆地延长组砂岩薄片中伊利石包膜数量统计 Table 1 Numbers of thin sections with illite coatings of Yanchang Formation in Ordos Basin |
除极细砂岩外, 其他砂岩均可见伊利石包膜, 由于延长组砂岩受东北物源、西南物源和西部物源体系控制, 不同油层组和地区, 岩性差异较大, 从岩性三角分类图来看(图 4a), 含不同类型黏土包膜的砂岩, 在岩性分类上无明显差异, 主要为岩屑长石砂岩, 其次为长石砂岩和长石岩屑砂岩。在现今残余岩屑组成上, 含不同类型黏土包膜的砂岩也无明显区别(图 4b), 均以变质岩岩屑为主, 其次为喷出岩、花岗岩等岩浆岩岩屑, 沉积岩岩屑难见, 含有较多的云母碎屑。
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下载原图 图 4 鄂尔多斯盆地延长组含不同类型黏土包膜砂岩的碎屑组份特征 Fig. 4 Triangular diagram of sandstone composition with different types of clay coatings of Yanchang Formation in Ordos Basin |
伊利石包膜(Ⅰ型包膜和Ⅱ型包膜)在三角平原和三角洲前缘砂体中均可见, 不受沉积相控制; 同一套成因叠置砂体, 在砂体的上部、中部、下部均可出现伊利石包膜(Ⅰ型包膜和Ⅱ型包膜), 且这两类薄膜与Ⅳ型包膜常相伴、相间出现(图 5), 绿泥石包膜(Ⅳ型包膜)和伊利石包膜(Ⅰ型包膜和Ⅱ型包膜)的出现与所处砂体部位无明显关系。
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下载原图 图 5 鄂尔多斯盆地延长组不同类型黏土包膜在砂体中的垂向分布特征 Fig. 5 Vertical distribution characteristics of different types of clay coatings in sand bodies of Yanchang Formation in Ordos Basin |
延长组Ⅱ型伊利石包膜在扫描电镜能谱面分析下, 可见包膜外层为富K的伊利石, 而内侧为富Fe的绿泥石(图 6)。包膜外层伊利石主要为弯曲片状, 片状外侧边缘常为毛刺状伊利石(图 2e-2f), 在包膜外部分样品中可见发丝状伊利石(图 3d)。通过扫描电镜下的能谱分析发现(表 3), 这些弯曲片状伊利石Fe的原子摩尔分数为0~5.28%, 平均值为1.49%;Mg的原子摩尔分数为0~2.06%, 平均值为0.72%;片状伊利石中Fe/(Fe+Mg)摩尔比为0.57, 有的Fe原子摩尔分数大于Mg, 有的小于Mg, 包膜内侧伊利石中的Fe, Mg原子摩尔分数较外侧高; K的原子摩尔分数为1.25~7.26%, 平均值为2.95%, 部分样品还含有少量的Ca和Na; Si/Al摩尔比为1.27~3.11, 主要为1.3~1.7。伊利石包膜外的发丝状伊利石中Mg的原子摩尔分数为0~1.35%, 平均值为0.74%, 但不含Fe; 发丝状伊利石K原子摩尔分数为3.08~9.78%, 平均值为5.13%, 部分样品有少量的Na, Si/Al摩尔比为1.40~2.18。与弯曲片状伊利石相比, 发丝状伊利石中Fe, Mg含量低, 但K含量更高(表 2)。
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下载原图 图 6 鄂尔多斯盆地延长组Ⅱ型伊利石包膜扫描电镜下的成分分布特征(元333井, 2 324.5 m) Fig. 6 Energy spectrum analysis diagram of type-Ⅱ illite coatings under scanning electron microscope of Yanchang Formation in Ordos Basin |
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下载CSV 表 2 鄂尔多斯盆地长9油层组伊利石和绿泥石包膜成分扫描电镜能谱分析原子摩尔比 Table 2 Atomic molar ratio of illite and chlorite envelope composition of Chang 9 by SEM nergy spectrum analysis in Ordos Basin |
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下载CSV 表 3 典型伊利石包膜成因及分布特征 Table 3 Genesis types and distribution characteristics of typical illite coatings |
鄂尔多斯盆地长9油层组绿泥石包膜中Fe的原子摩尔分数为8.86~27.96%, 平均值为13.63%; Mg的原子摩尔分数为4.89~7.82%, 平均含量6.95%; Fe(/Fe+Mg)摩尔比为0.64, 与盆地其余地区延长组内的绿泥石相同[28-29], 均属于典型的富铁绿泥石, Si/Al摩尔比为0.99~1.29, 平均值为1.11。伊利石包膜中的绿泥石Fe, Mg原子含量远小于绿泥石包膜内的绿泥石, 但Fe的含量依然比Mg高; Si/Al摩尔比为1.41~1.76, 比绿泥石包膜内的绿泥石高, 与伊利石包膜内的伊利石相似。
5 砂岩中伊利石包膜的成因类型纵观国内外砂岩中伊利石包膜研究实例(表 3), 可将伊利石包膜成因分为3种类型:
5.1 渗滤蒙脱石包膜的伊利石化沉积期或刚沉积后, 富泥水的下渗-蒸发作用, 在颗粒表面形成不等厚包裹颗粒的机械渗流黏土包膜, 称为渗滤包膜。渗滤包膜主要由蒙脱石组成, 刚形成时黏土大多平行颗粒表面, 仅在连桥处垂直颗粒表面[30-32], 整体常呈新月状, 反复的渗滤- 蒸发作用还可形成多层纹层状黏土膜[10]。渗流包膜在河流、沙漠、滨岸潮汐等环境中均可发育[33-35], 且砂岩粒度越粗、水中悬浮物越多、水位波动越频繁、二次搬运越少, 越有利于渗滤黏土的形成和保留。一般辫状河比曲流河更易形成渗滤蒙脱石包膜[36], 河流和沙漠环境形成的黏土膜常呈新月形[37], 而滨岸潮汐环境常呈纹层状。
富含蒙脱石的渗滤包膜随着埋深的增加, 在有K+供给、温度达到50~95℃[38], 蒙脱石将发生伊利石化形成伊蒙混层或伊利石, 同时释放Fe2+、Mg2+、Si4+等离子, 其转化过程可分为固态反应和溶解-沉淀反应两种形式[39-41]。固态反应过程中蒙皂石层始终保持结构完整, 反应由Al3+替换四面体中的Si4+, 再由K+替换其他阳离子, 属于一个交代过程。固态反应形成的伊利石保留了很多先存蒙脱石包膜的特征, 由原生蒙脱石形成的伊利石分布于粒间孔隙内, 常呈它形分散片状, 而由自生蒙脱石形成的伊利石则呈蜂窝状, 同时由于交代程度的非均质性, 伊利石的成分常具有不均一性[26]。而溶解-沉淀反应是通过溶解2:1的蒙皂石层, 再形成新的伊利石层, 因而形成的伊利石包膜很难保留先存黏土膜的产状或成份信息。
从沙特阿拉伯二叠系[13, 17]、英国北海中部Ard- more油田上泥盆系Buchan组[11]、利比亚中北部Sirt盆地白垩系[18-19]、立陶宛南部二叠系盆地[10]、荷兰南部二叠系盆地[20]等地区的研究实例来看(表 3), 渗滤蒙脱石转化形成的伊利石包膜常具双层结构, 以内层为主, 内层包膜厚度分布不均, 孔喉处厚度大, 在颗粒凹坑处更厚, 颗粒接触处亦可见, 且内层伊利石为薄片状、平行颗粒表面连续分布, 浅埋处成份为伊蒙混层, 深埋处为伊利石; 外层伊利石包膜分布于内层片状晶体边缘末端, 呈纤维状和条带状伊利石, 含量相对较少。由此可见, 内层渗滤蒙脱石主要通过伊蒙混层逐渐伊利石化, 保留了先存蒙脱石的产状和分布特征, 与蒙脱石固态反应过程对应; 而包膜外层伊利石是直接结晶的产物, 物质可能来源于先存蒙脱石的溶蚀, 也可能来自钾长石溶蚀或外来流体。
5.2 自生蒙脱石包膜的伊利石化浅埋阶段火山物质通过水解-溶蚀-结晶, 可形成等厚状自生蒙脱石膜, 呈弯曲片状、蜂窝状。其形成过程可分为四个阶段[42], 首先在颗粒表面成核, 呈束状生长, 其结晶方向随机分布; 接着晶体继续长大, 呈大的片状晶体、近平行颗粒表面包裹颗粒, 成为"根部带"; 然后进一步长成不封闭的多边箱型, 并最终生长成致密蜂窝状。这类蒙脱石分布较广泛, 在南极洲Victoria Land盆地下渐新统[9]、柴达木盆地冷湖构造带下侏罗系[43-44]和哈萨克斯坦Chu-Saryssu盆地始新统[45]等地区均可见。
先存自生蒙脱石随温度升高同样将发生伊利石化, 从挪威中部近海侏罗系[12]、塔里木盆地东河塘组[20-21]和川西地区须四段[14]等地区的研究结果来看, 伊利石包膜呈等厚状连续分布, 但在颗粒接触处无, 伊利石晶体呈弯曲片状垂直颗粒表面, 集合体呈蜂窝状、搭桥状, 常含有一定量的Fe、Mg, 在片状晶体末端常为发丝状, 且伊利石包膜欠发育区的特征与自生蒙脱石的"根部带"完全相同(图 4e), 这些特征表明蒙脱石主要通过固态反应形式形成伊利石包膜。
这类伊利石包膜的形成受物源控制, 而不受沉积相控制。火山物质溶蚀可以直接形成蒙脱石包膜和绿泥石包膜, 富Fe时的溶蚀产物常为绿泥石包膜, 当Fe不足时则形成蒙脱石包膜[12]。因而, 中酸性火山物质溶蚀易形成先存蒙脱石包膜, 随埋深增加逐步转化为伊利石包膜, 如塔里木盆地的东河砂岩[15-16]; 当然, 也并非所有的蒙脱石膜都将发生伊利石化, 只有二八面体型蒙脱石易于伊利石化, 三八面体型伊利石常发生绿泥石化, 如印度尼西亚North Sumatra盆地中新统Keutapang组砂岩[46]、埃及尼罗河三角洲盆地上中新统Abu Madi组[47]、二叠系Rotliegend砂岩(英国北海、荷兰北部、德国北部)[48-54]中的蒙脱石包膜都已转化为绿泥石包膜。而中基性火山物质溶蚀将直接形成绿泥石包膜, 如玛湖凹陷的下乌尔禾组砂岩[55]。
5.3 直接结晶形成的伊利石火山物质、钾长石、高岭石、云母等物质溶蚀, 或者外来富K流体的加入, 在适宜的物化条件下可直接结晶形成伊利石包膜。以高岭石溶蚀形成的伊利石最为常见, 当砂岩温度超过120℃时, 砂岩中的钾长石和高岭石将发生反应形成伊利石[56], 反应过程十分迅速[57], 直到钾长石或高岭石消耗殆尽为止[13, 58-60]。这类伊利石的形成受先存高岭石、钾长石或外来富K流体控制, 常呈发丝状、纤维状、条带状和搭桥状, 化学成分均一, 一般不含Fe、Mg。很难形成完整的伊利石包膜, 大多在前两类伊利石包膜形成后, 在片状伊利石末端形成尖刺状、发丝状伊利石。
6 延长组伊利石包膜的成因 6.1 伊利石包膜由先存自生蒙脱石转化而来延长组伊利石包膜在扫描电镜下单晶体为弯曲片状、集合体呈蜂窝状; 薄片中呈等厚孔隙衬里状包裹颗粒, 颗粒接触处缺失; 在伊利石包膜欠发育处, 扫描电镜下可见伊利石具有和自生蒙脱石根部带相同的特征, 且这些弯曲片状伊利石常含有一定量的Fe、Mg, 这些特征均表明伊利石包膜是先存自生蒙脱石通过固态反应机理伊利石化的产物。
蒙脱石在温度超过60℃之后将发生伊利石化, 并伴随着钾长石或岩屑的溶蚀[10, 61], 从镜下观察和能谱分析来看, 伊利石包膜发育区, 发生溶蚀的长石绝大多数为碱性长石。同时延长组砂岩均富含火山物质, 具有形成先存自生蒙脱石包膜的条件。
6.2 自生蒙脱石和绿泥石同时形成于大量压实之后伊利石与绿泥石一起组成Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型黏土膜, 在偏光显微镜下, Ⅰ型包膜表现为伊利石特征, Ⅱ型包膜内层表现为绿泥石、外层为伊利石, Ⅲ型包膜表现为绿泥石特征; 在扫描电镜下, Ⅰ型、Ⅱ型包膜主体为蜂窝状伊利石包膜, 绿泥石晶体仅在颗粒接触处附近或伊利石欠发育的地方可见, 弯曲片状伊利石和竹叶状绿泥石大多以颗粒表面为基底, 相间无规律垂直生长, 即使含有少量伊利石的Ⅲ型黏土膜, 伊利石也扎根于绿泥石包膜内, 与颗粒表面直接接触。造成Ⅰ型、Ⅱ型黏土膜电镜下主要为伊利石的原因, 是因为伊利石晶体片比绿泥石晶体大、厚度薄, 大的伊利石晶体遮掩了绿泥石, 这也是Ⅱ型包膜在偏光显微镜下外层仅显示为绿泥石的原因, 只有颗粒接触处附近, 因空间限制伊利石无法形成大的片状(图 4f), 或者伊利石晶体虽大但含量少, 不能完全遮挡绿泥石的出露。Ⅱ型包膜内层仅表现为绿泥石, 是因为片状伊利石十分薄、晶间孔隙又特别发育, 而绿泥石晶体片相对厚、晶间孔相对小的多, 包膜内层伊利石的镜下特征被绿泥石掩盖。Ⅲ型包膜在偏光显微镜下难见伊利石特征, 主要是伊利石含量低、晶间孔过于发育。
颗粒接触处4类黏土膜均不发育, 前3类黏土膜中可见绿泥石和伊利石均以颗粒表面为基底, 共同垂直生长, 其分布无明显规律, 表明先存自生蒙脱石与自生绿泥石开始形成时间相同, 均发生于砂岩大量压实之后, 温度大约为40~60℃[62]。
伊利石易吸附水而绿泥石易吸附油, Ⅱ型包膜内的绿泥石和伊利石均未吸附重质油, 表明伊利石的形成早于油气的充注。另外, 从镜下可见黏土膜明显晚于碳酸盐胶结。
6.3 伊利石的形成和分布受初始岩屑组份控制宏观上, 伊利石包膜纵向上以长9最为发育, 平面上以姬塬地区最为常见, 这些特征表明伊利石包膜的发育与物源组份直接相关, 从Ⅱ型伊利石包膜中的绿泥石中的Fe、Mg含量较Ⅳ型包膜中的绿泥石低的多可见, 溶蚀的火山物质存在较明显的差异。而发育4类黏土膜的砂岩在岩性、颗粒组份、沉积相等方面却没有明显差异, 主要是因为火山物质大多溶蚀殆尽, 现今的岩性和颗粒组份不能准确反映黏土包膜形成时的特征。同一物源、同一砂体黏土膜却不同, 是火山物质在搬运、沉积过程中造成不均一性的结果, 就像同一物源体系砂体, 不同样品中重矿物的组成和含量也存在一定的差异。
6.4 伊利石包膜的形成过程综上成因分析, 鄂尔多斯盆地延长伊利石包膜的形成过程如下:
含火山物质的的砂岩在河流、三角洲环境沉积, 形成河道、分支河道、水下分流河道等砂体; 随着埋深增加, 温度不断升高, 砂岩经历大量压实, 40~ 60℃时火山物质变的不稳定, 富Fe、Mg的中基性火山物质溶蚀形成绿泥石, 贫Fe、Mg而富Al、Si的中酸性火山物质溶蚀形成蒙脱石; 蒙脱石和绿泥石初始形成阶段, 晶体生长受几何淘汰律控制[63], 形成晶体小、致密的根部带, 仅垂直颗粒表面生长的晶体可以继续长大; 根部带形成之后, 垂直颗粒表面的绿泥石晶体和蒙脱石晶体不断长大, 由于蒙脱石单晶体较绿泥石大, 且呈弯曲片状, 形成晶间孔隙十分发育的蜂窝状, 而绿泥石晶体小被蜂窝状蒙脱石遮挡而不易看到, 仅在颗粒接触处附近蒙脱石晶体小或蒙脱石不发育的地方可见; 随着温度的不断升高, 受到含有机酸流体的干扰, 蒙脱石、绿泥石停滞生长, 蒙脱石随温度升高发生伊利石化, 同时伴随着钾长石的溶蚀以及石英胶结; 钾长石、岩屑等物质的溶蚀产物, 在蒙脱石片边缘结晶形成尖刺状、发丝状伊利石。
7 地质意义(1) 宏观上, 伊利石包膜和绿泥石包膜在相同沉积相、同一砂体内可同时出现; 微观上, 绿泥石和伊利石可同时以同一颗粒表面为基底, 共同相间生长, 均具有火山物质溶蚀结晶的成因特征, 从侧面表明延长组砂岩内的绿泥石包膜, 与富Fe胶体在三角洲环境下的絮凝产物无明显关系。
(2) 伊利石包膜是先存自生蒙脱石包膜伊利石化的结果, 先存蒙脱石是火山物质早成岩阶段溶蚀的产物, 伊利石包膜的发育一方面指示早成岩阶段发生了一定规模的火山物质溶蚀, 另一方面, 由于早期形成的黏土膜为蒙脱石, 而非普遍可见的绿泥石, 表明溶蚀的火山物质贫Fe, 以中酸性为主。另外, 早期先存蒙脱石包膜的发育指示一定的规模的火山物质溶蚀, 后期蒙脱石的伊利石化常导致钾长石的溶蚀[10, 61], 因而, 伊利石包膜的发育有利于岩屑和长石溶蚀孔的形成。
(3) 不管是绿泥石包膜还是伊利石包膜, 均可抑制石英加大, 有利于原生粒间孔隙的保留。同时, 伊利石包膜本身晶间孔比例极高, 且边缘尖刺状和发丝状伊利石的发育, 对原生孔隙的普遍充填分割, 使粒间孔复杂化, 大大降低了储层的渗透率[64-65]。
(4) 绿泥石包膜易吸附重质油, 导致孔隙度降低, 同时导致岩石润湿性表现为弱亲油[66], 不利于油气的开采; 而伊利石具有较强的离子交换能力, 大量吸附水附着在颗粒表面, 使之具有亲水或弱亲水特征[65, 67-68], 有利于油气的开发, 这是庆城长7致密油开发优于陕北新安边长7致密油的重要因素。
8 结论(1) 鄂尔多斯盆地延长组砂岩中发育Ⅰ型-Ⅳ型4种黏土包膜, 其中Ⅰ型主要为伊利石, Ⅱ型包膜内、外层分别以绿泥石和伊利石为主, Ⅳ型全部为绿泥石。伊利石包膜中弯曲片状伊利石与发丝状伊利石相比, 具有低Fe、Mg, 而高K的特征; Ⅱ型包膜中的绿泥石与Ⅳ型包膜中绿泥石相比, 具有Fe、Mg含量低, Si/Al高的特征, 与共存的片状伊利石相似。
(2) 鄂尔多斯盆地延长组砂岩中的伊利石包膜是自生蒙脱石通过固态反应伊利石化的产物, 其分布不受沉积相控制, 与物源组份直接相关, 物源体系的差异和沉积过程造成的不均一性, 是形成不同类型黏土包膜的主要原因。
(3) 鄂尔多斯盆地延长组砂岩40~60℃时, 贫Fe、Mg的火山物质发生水解溶蚀, 同时形成弯曲片状自生蒙脱石和竹叶状绿泥石包膜, 自生蒙脱石伊利石化后, 单个的片状伊利石晶体及晶间孔远大于绿泥石, 是造成Ⅱ型黏土包膜在显微镜下内、外层分别表现为绿泥石和伊利石的主要原因。
(4) 鄂尔多斯盆地延长组伊利石包膜的发育表明可能发生了早期火山物质的溶蚀和后期蒙脱石伊利石化导致的钾长石溶蚀, 这两期溶蚀均与有机酸导致的酸性溶蚀无直接关系。伊利石包膜不仅可以抑制石英加大, 还能导致岩石具有亲水或弱亲水的特征。同时, 伊利石包膜对原生孔隙的分割与改造, 大大降低了储层的渗透率。
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