周曉峰, 王建國, 蘭朝利, 代金友

(中國石油大學石油工程教育部重點實驗室,北京 102249)

?

鄂爾多斯盆地延長組綠泥石膜的形成機制

周曉峰, 王建國, 蘭朝利, 代金友

(中國石油大學石油工程教育部重點實驗室,北京 102249)

通過包裹體、鑄體薄片、帶有能譜儀的掃描電鏡技術對鄂爾多斯盆地延長組長8砂巖中的綠泥石膜進行分析測試,研究其形成機制和過程及其與物性的關系。研究表明:綠泥石膜具有雙層膜結構,由骨架顆粒向孔隙方向依次為里層膜和外層膜;等厚的外層膜發(fā)育在壓實作用之后,由孔隙水中析出的綠泥石晶體聚集在骨架顆粒表面形成,由于原生孔隙提供了充足的生長空間,致使生成的綠泥石晶粒大,晶形好,集合體有規(guī)律地排列;在外層膜的雙向阻滯作用下,里層膜開始在骨架顆粒邊緣溶蝕產(chǎn)生的小孔腔中生長,因空間狹小造成綠泥石晶體小,晶形差,集合體雜亂堆積;隨成巖環(huán)境的變化,碎屑石英表面在外層膜形成后,經(jīng)歷了里、外層膜同時生長和停止的反復交替,而碎屑長石表面的里、外層膜則表現(xiàn)為此長彼停的循環(huán)過程;綠泥石膜膠結是一種破壞性成巖作用,其發(fā)育的砂巖物性好僅僅是表象,本質是物性好的砂巖有助于綠泥石膜發(fā)育。

鄂爾多斯盆地; 長8砂巖; 綠泥石膜; 雙層結構; 破壞性成巖作用

綠泥石膜是指砂巖中圍繞顆粒的綠泥石黏土礦物薄膜,又常稱之為顆粒包膜綠泥石、孔隙襯里綠泥石、綠泥石環(huán)邊或環(huán)邊綠泥石[1]。鑒于綠泥石膜的普遍性及綠泥石膜發(fā)育的砂巖物性較好,長期以來諸多學者致力于研究其形成的機制和過程以及其與物性的關系[1-11]。筆者通過細致地顯微觀察,發(fā)現(xiàn)了具有雙層結構的綠泥石膜,以往的研究成果中少見對這種綠泥石膜的相關報道。選取研究程度較高的長8油層組砂巖(長8砂巖)為對象,采用包裹體分析技術、鑄體薄片分析技術和帶有能譜儀的掃描電鏡分析技術對綠泥石膜的賦存狀態(tài)、化學組成、物質來源、形成條件等進行系統(tǒng)分析,結合砂巖的基本特征,從一個新視角研究鄂爾多斯盆地延長組綠泥石膜形成的機制和過程,進而探討其與物性的關系。

1 長8砂巖的基本特征

鄂爾多斯盆地是中國重要的含油氣沉積盆地,三疊系延長組是其主要產(chǎn)油層位。根據(jù)沉積旋回,前人將延長組自上而下劃分為長1—長10 等10個油層組,反映了晚三疊世鄂爾多斯湖形成、發(fā)展和消亡的全過程,形成了一套厚度約1 000 m的河流-三角洲-重力流沉積體系[12]。長8沉積期,鄂爾多斯湖面積大(約4×104km2)、水體淺(水深一般小于5 m),發(fā)育大型淺水三角洲沉積[13-14]。與之對應發(fā)育一系列三角洲前緣水下分流河道砂體,長25～100 km,寬5～20 km,厚15～40 m,形成大面積疊合連片的儲集巖。長8儲集巖與長7油源巖均穩(wěn)定分布,源、儲大面積廣覆式接觸,構成了極佳的成藏組合[15]。

1.1 巖性特征

581個鑄體薄片鑒定結果表明,長8砂巖主要為巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖,碎屑組分成熟度低。碎屑組分統(tǒng)計分析(表1),石英、長石、巖屑、云母的巖石體積分數(shù)依次為32.1%、26.2%、24.0%、7.6%;巖屑主要為火山巖巖屑(10.2%)和石英巖巖屑(8.3%),其次為千枚巖巖屑(4.7%)和板巖巖屑(1.8%)。

根據(jù)物理化學性質,大致可以把碎屑組分劃歸為3類。石英顆粒和石英巖巖屑歸為一類,硬度大,化學性質較為穩(wěn)定,為砂巖的骨架顆粒,但在較強的堿性流體作用下可以發(fā)生溶解[16-17]。長石顆粒自成一類,硬度較大,為砂巖的骨架顆粒;在大氣水或酸性流體環(huán)境中易于溶解,產(chǎn)生溶蝕孔隙,改善砂巖物性[18]。云母、火山巖巖屑、千枚巖巖屑、板巖巖屑等歸為柔性組分,在巖石中通常表現(xiàn)為假雜基,地層水作用下極易發(fā)生水解產(chǎn)生Ca2+、Fe2+、Mg2+等離子[19]。成巖過程中,骨架顆粒是綠泥石膜的寄主,而柔性組分水解則為綠泥石膜的形成提供主要物質來源。

1.2 成巖環(huán)境

應用顯微觀察,結合前人的研究成果[20-22],根據(jù)最新的《碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范》[23],確定鄂爾多斯盆地長8砂巖主要處在中成巖階段A期,部分砂巖已進入中成巖階段B期:其最大埋藏深度達到4 000 m,最大古地溫達到140 ℃,Ro為0.8%～1.2%,伊蒙混層比為20%,綠泥石膜發(fā)育,長石溶蝕作用強烈。綠泥石膜和長石溶蝕現(xiàn)象共存于巖石中,指示了長8砂巖是在酸、堿性成巖環(huán)境疊加效應下的產(chǎn)物。在富Fe2+、Mg2+的堿性成巖流體作用下,綠泥石晶體析出,逐漸地聚集在碎屑顆粒表面形成黏土礦物薄膜;在酸性孔隙水環(huán)境中,長石發(fā)生溶蝕的同時,綠泥石膜生長停止并遭受破壞[24],可見成巖環(huán)境演化對研究綠泥石膜的形成機制至關重要。

已有的成巖作用研究[20-22,25]表明,油氣充注過程對鄂爾多斯盆地延長組砂巖的成巖環(huán)境演化具有里程碑意義。中成巖階段,油氣攜帶短鏈有機酸和碳酸流體充注長8砂巖,一方面使孔隙的水溶液轉化為水和烴類兩相溶液,成巖作用受到一定的抑制作用[26-27];另一方面使孔隙的堿性流體環(huán)境逐漸轉化為酸性流體環(huán)境,導致形成綠泥石膜的成巖環(huán)境消失,取而代之以長石溶蝕。這說明油氣充注致使砂巖的成巖環(huán)境發(fā)生了質變,從而改變了成巖作用的方向和強度。

包裹體分析技術是目前國內(nèi)外迅速發(fā)展起來的一項研究油氣充注期次及時間的新技術[28]。根據(jù)鄂爾多斯盆地延長組長8砂巖中包裹體的產(chǎn)狀,在石英和長石顆粒的微裂隙中識別出早、晚2期與油氣充注有關的包裹體:早期包裹體熒光顯示一般為黃色、黃綠色、綠色,晚期包裹體則為藍綠色、藍色、藍白色。從2期包裹體均一溫度統(tǒng)計看,早期包裹體均一溫度主頻在60～90 ℃,晚期包裹體均一溫度主頻在90～120 ℃(圖1)。將包裹體均一溫度數(shù)據(jù)與沉積埋藏史、熱史結合可確定油氣充注的時間[29]。參考前人在鄂爾多斯盆地地層剝蝕厚度[30]和古地溫方面[31]的研究結果,編制長8地層的沉積埋藏史-熱史剖面圖,將包裹體均一溫度投影到埋藏史-熱史剖面圖上,求取石油的充注時間(圖2)。由圖2可以看出,早期石油充注的時間對應中侏羅世末—晚侏羅世,晚期油氣充注的時間為早白堊世,2期油氣充注結束均由地層抬升所致。

圖1 鄂爾多斯盆地長8砂巖中包裹體均一溫度直方圖Fig.1 Homogenization temperature histogram of fluid inclusions in Chang 8 sandstone, Ordos Basin

每期油氣充注停止,砂巖中便失去了酸性流體來源,孔隙水再次轉化為堿性,為綠泥石沉淀創(chuàng)造了有利成巖環(huán)境。

圖2 鄂爾多斯盆地長8地層埋藏史-熱史與油氣充注史Fig.2 Hydrocarbon charging ages projecting on geothermal-burial historical chart in Chang 8 formation, Ordos Basin

2 綠泥石膜的賦存特征

2.1 綠泥石膜具有雙層結構

鄂爾多斯盆地延長組長8砂巖骨架顆粒(石英、長石等)表面的綠泥石膜具有雙層結構:里層膜和外層膜(圖3)。

里層膜中,綠泥石晶體的大小一般不足2 μm,晶形差,集合體以雜亂堆積方式產(chǎn)出;外層膜中,綠泥石晶體普遍大于3 μm,晶形好,呈葉片狀,晶體之間近平行排列,集合體垂直于骨架顆粒表面向孔隙中心方向伸展。外層膜近似等厚,膜厚一般大于5 μm;里層膜的厚度小于2 μm且變化大,通常情況下,骨架顆粒邊緣溶蝕強的區(qū)域膜的厚度較大,而溶蝕弱的地方膜的厚度較小甚至缺失。

圖3 鄂爾多斯盆地長8砂巖中綠泥石膜的雙層結構特征Fig.3 Characteristics of double-layer structures of chlorite films in Chang 8 sandstone, Ordos Basin

表2為應用帶有能譜儀的掃描電鏡技術測試碎屑石英和長石表面的里、外層膜化學組分的質量分數(shù)數(shù)據(jù)。由表2可知,碎屑石英顆粒表面的綠泥石膜中,里層膜的SiO2質量分數(shù)明顯高于外層膜,而外層膜的FeO、MgO、Al2O3質量分數(shù)則高于里層膜;鉀長石顆粒表面的綠泥石膜中,里層膜的K2O、Al2O3、SiO2質量分數(shù)明顯高于外層膜,而外層膜的FeO、MgO質量分數(shù)則高于里層膜;鉀長石顆粒和石英顆粒的里層膜的化學組分質量分數(shù)差異大,而外層膜的化學組分質量分數(shù)相近。結合石英和長石顆粒的化學組分,認為里層膜的形成有其所依附的骨架顆粒提供的物質來源,而外層膜的化學組分則受孔隙流體組分的控制。

表2 鄂爾多斯盆地長8砂巖骨架顆粒表面綠泥石膜的化學組分的質量分數(shù)

2.2 綠泥石膜的形成

光學顯微鏡下,綠泥石膜因遭受瀝青質浸染呈原生孔隙的黑褐色或黑色環(huán)邊,而在顆粒相互接觸的位置缺乏綠泥石膜(圖4(a))。電子顯微鏡下,在骨架顆粒相互接觸的位置,可以觀察到零星分布著平行于顆粒表面的綠泥石晶體(圖4(b)(黃色箭頭所指處));由顆粒相互接觸的位置向孔隙方向,則轉化為綠泥石膜垂直生長在顆粒表面(圖4(b)(紅色箭頭所指處))。

根據(jù)不同位置的綠泥石的賦存方式變化規(guī)律,可以推斷綠泥石膜形成于壓實作用之后。在壓實作用初期,顆粒之間為點接觸,少量綠泥石晶體從孔隙流體中析出,零星地散布在顆粒表面并向著孔隙方向生長。壓實過程中,顆粒之間的接觸關系由點接觸發(fā)展為點—線接觸甚至線接觸,造成部分孔隙空間消失,致使生長在該部分孔隙中的綠泥石晶體受到擠壓力,相應地其產(chǎn)狀被迫由垂直于顆粒變?yōu)槠叫杏?緊貼)顆粒。壓實作用之后,在殘留的原生孔隙中綠泥石晶體繼續(xù)生長,逐漸地在顆粒表面聚集成膜。

圖4 鄂爾多斯盆地長8砂巖中綠泥石膜與壓實作用的關系Fig.4 Relatoinship between chlorite films and compaction in Chang 8 sandstone, Ordos Basin

2.3 原生孔隙數(shù)量對綠泥石膜含量的影響

鄂爾多斯盆地延長組長8砂巖中,每一個原生孔隙都伴生著一個綠泥石環(huán)邊(綠泥石膜)。顆粒粗、分選好的砂巖原生孔隙數(shù)量多,綠泥石環(huán)邊的數(shù)量就多,相應地綠泥石膜所占的巖石體積分數(shù)就高(圖5(a))。顆粒大小混雜、分選較差的砂巖,原生孔隙數(shù)量相對較少,綠泥石環(huán)邊的數(shù)量就少,綠泥石膜的巖石體積分數(shù)就偏低(圖5(b))。顆粒分選差、塑性組分含量高的砂巖,原生孔隙欠發(fā)育,則不存在綠泥石膜(圖5(c))。

圖5 鄂爾多斯盆地長8砂巖中綠泥石膜與原生孔隙的關系Fig.5 Relationship between chlorite films and primary pores in Chang 8 sandstone, Ordos Basin

3 綠泥石膜形成機制

3.1 外層膜形成機制

外層膜為前人描述的綠泥石膜。綜觀前人研究,鄂爾多斯盆地延長組砂巖的外層膜形成機制存在較大爭議。黃思靜等[7]和張霞等[8]認為,綠泥石膜為同沉積黏土膜轉化而來,由顆粒表面向孔隙方向逐漸轉化,至早成巖階段B期完成轉化。田建鋒等[9]認為,綠泥石從孔隙水中直接結晶,在顆粒表面聚集成膜的時間為早成巖階段A期。姚涇利等[10]則認為,綠泥石膜具有“里層膜”和“外層膜”雙層結構,“里層膜”為同沉積黏土膜在早成巖階段轉化而來,“外層膜”是中成巖階段由孔隙水中結晶的綠泥石形成。這幾種觀點普遍認為,綠泥石膜或其前身形成于早成巖階段A期或之前,即壓實作用之前,那么目前的壓實作用狀態(tài)下顆粒接觸處應該發(fā)育綠泥石膜,但鏡下觀察并未發(fā)現(xiàn)顆粒接觸處發(fā)育綠泥石膜(圖4)。對這種現(xiàn)象有兩種解釋:①黏土礦物是柔性組分,在擠壓受力的地方綠泥石晶體發(fā)生流動,導致顆粒接觸處黏土膜缺失[10];②綠泥石膜中相對小的晶粒熱力學穩(wěn)定性差,溶解度比大晶粒大,隨著埋深和溫度的增加,自發(fā)地發(fā)生小晶粒溶解和大晶粒長大,導致顆粒間相互接觸的位置缺乏綠泥石膜[4-5]。

如果第一種解釋真實地發(fā)生在砂巖中,流動的黏土膜會在顆粒接觸位置的前端匯集和增厚,由顆粒向孔隙方向就會依次出現(xiàn)垂直于顆粒表面生長的原地綠泥石膜、流動而來的雜亂堆積的異地綠泥石膜,但鏡下并未觀察到這種微觀現(xiàn)象。這說明綠泥石膜形成于早成巖階段A期或之前的假設從理論上來說成立,但與實際情況不符合。

第二種解釋所需要的條件更為苛刻。如果自發(fā)地發(fā)生小晶粒溶解和大晶粒長大,筆者觀察到的里層膜就會發(fā)生溶解而已經(jīng)消失,顆粒接觸位置附近的小晶粒也會發(fā)生溶解而消失,但事實并非如此。這也說明綠泥石膜形成于早成巖階段A期或之前的假設缺乏說服力。

通過鏡下系統(tǒng)地觀察和分析,在梳理各種可能的形成機制的基礎上,給出較為可信的外層膜形成機制:早成巖階段A期,砂巖中豐富的柔性組分(火山巖、云母、千枚巖、板巖等巖屑)持續(xù)水解形成大量的Fe2+、Mg2+等離子,使孔隙水逐漸轉化為堿性,并為綠泥石的形成提供了充足的物質來源;綠泥石從孔隙水中沉淀,依附在顆粒表面生長;由于原生孔隙提供了充足的空間,致使形成的綠泥石晶粒粗大,晶形好,集合體有規(guī)律地排列;隨著時間推移至早成巖階段B期,綠泥石在骨架顆粒表面聚集成外層膜,此時壓實作用已進行到導致顆粒間目前的接觸關系,外層膜則表現(xiàn)為原生孔隙的環(huán)邊。這一形成機制合理地解釋了鏡下觀察到的各種微觀現(xiàn)象。

3.2 里層膜形成機制

中成巖階段伊始,油氣攜帶酸性物質進入砂巖,孔隙水介質由堿性轉化為酸性。在酸性環(huán)境里,長石顆粒表面差異溶蝕,在外層膜和顆粒之間慢慢地形成了溶蝕小孔腔。由于外層膜的雙向阻滯作用,小孔腔得不到原生孔隙中酸性流體的及時補給,而長石溶出的K+、Al3+、Si4+等離子又不能及時地排出,逐漸地小孔腔形成了一個堿性流體微域,引起綠泥石晶體沉淀。小孔腔狹小,致使析出的綠泥石晶粒小,晶形差,集合體雜亂堆積;外源的Fe2+、Mg2+離子相對短缺,內(nèi)源的K+、Si4+、Al3+等物質則相對過剩,造成綠泥石晶體相對貧FeO、MgO，而富K2O、Al2O3、SiO2(表2)。

地層抬升階段,油氣充注停止,砂巖失去了酸性物質來源,孔隙水由酸性又轉化為堿性,石英顆粒開始溶蝕,產(chǎn)生的溶蝕小孔腔為里層膜的生長提供了空間和物質來源。石英顆粒表面的里層膜形成機制與上述長石顆粒表面的里層膜形成機制相似,在此不再贅述。

4 綠泥石膜的形成過程

通過形成機制剖析,結合砂巖的基本特征,恢復了綠泥石膜的形成過程(圖6)。自晚三疊世以來,延長組經(jīng)歷了3次抬升過程(圖2),每次抬升都未曾使長8地層受到大氣淡水的影響而進入表生成巖階段,故本文將之稱為抬升成巖階段。

圖6 鄂爾多斯盆地長8砂巖中綠泥石膜的形成過程Fig.6 Diagenetic sequence of chlorite films in Chang 8 sandstone, Ordos Basin

由圖6可知,在抬升和沉降的轉化過程中,原生孔隙中的流體和顆粒表面的成巖微域也發(fā)生著酸、堿性交替,相應地在物理化學性質不同的骨架顆粒表面的綠泥石膜形成過程差異明顯。碎屑石英顆粒表面的綠泥石膜形成過程為:外層膜形成、停止生長、雙向生長(外層膜向孔隙方向生長的同時,里層膜向著顆粒中心方向生長)、再停止生長、再雙向生長。而碎屑長石顆粒表面的綠泥石膜形成過程為:外層膜形成、里層膜生長、外層膜再生長、里層膜再生長、外層膜第三次生長,表現(xiàn)出外層膜和里層膜交替著生長。

5 綠泥石膜與砂巖物性的關系

5.1 外層膜與砂巖物性的關系

學者們普遍認為綠泥石膜(外層膜)發(fā)育的砂巖物性好,其主要依據(jù)為:綠泥石膜的含量高,砂巖的物性就好;綠泥石膜的含量較低,砂巖的物性就差;綠泥石膜欠發(fā)育,則砂巖致密。這種觀察結果的表述看似直觀地解釋了綠泥石膜與物性之間的關系。

鄂爾多斯盆地延長組砂巖的物性受沉積作用和成巖作用的共同影響[6-10]。沉積物在進入埋藏成巖環(huán)境后,其物性演化受各種成巖作用的控制,原始沉積物的內(nèi)在特征也在不同程度上制約著成巖作用的發(fā)生和發(fā)展,進而影響物性的演化進程。采用沉積作用和成巖作用的發(fā)展過程綜合研究外層膜對砂巖物性的影響,將控制物性的主要因素按發(fā)生的時間順序均考慮進去,可更加客觀地評價綠泥石膜對物性演化的影響。

鄂爾多斯盆地延長組長8發(fā)育大型淺水三角洲[13-14],在較強水動力條件下,沉積下來的砂巖粒度粗、分選好,柔性組分相對較少,原始粒間孔隙極為發(fā)育。經(jīng)歷壓實作用后,保留下來的孔隙多、孔徑大、連通性好,為外層膜生長提供了足夠的空間和暢通的物質供應通道。綠泥石膜形成后,每一個孔隙的部分體積被綠泥石膜占據(jù),造成綠泥石膜所占的巖石體積分數(shù)相對較高,但對于原生孔隙的孔徑,綠泥石膜較薄,占據(jù)的孔隙空間較小,對孔隙度的負面影響較弱,砂巖物性依然較好(圖5(a))。

隨著水下分流河道向前推進,在湖水的頂托作用下,水動力減弱,形成的砂巖分選較差,柔性組分增多,原始粒間孔隙較少。壓實作用下,柔性組分擠壓變形成為假雜基,占據(jù)了大量的粒間孔隙,致使原生孔隙數(shù)量銳減,且保留下來的孔隙的孔徑較小,為綠泥石膜生長提供的空間減小,相應地形成的綠泥石膜所占巖石體積分數(shù)相對偏低(圖5(b))。但對原生孔隙的孔徑來說,綠泥石膜占據(jù)孔隙空間的比例增加,使物性明顯變差。

在三角洲前緣水下分流河道末梢或前三角洲,水動力弱,沉積下來的砂巖顆粒細,柔性組分含量高,原始粒間孔隙欠發(fā)育。壓實作用下,原生孔隙喪失殆盡,綠泥石來不及淀出砂巖就已經(jīng)致密(圖5(c))。

通過以沉積和成巖作用為主線對外層膜形成的正演,還原綠泥石膜發(fā)育的砂巖物性好的成因機制,即沉積時的水動力條件好是砂巖物性好的最根本原因。原始物質組成是水動力環(huán)境的沉積記錄,原生孔隙的數(shù)量、外層膜的含量等僅僅是原始物質組成的內(nèi)在特征制約成巖強度和成巖作用進程的外在表現(xiàn)形式。壓實作用后保留下來的原生孔隙是外層膜的主要生長空間,原生孔隙數(shù)量多、孔徑大、物性好的砂巖,則外層膜含量高。但是從每一個孔隙的角度看,外層膜較薄,占據(jù)的孔隙體積較小,對物性的負面影響有限。由此可見，綠泥石膜發(fā)育的砂巖物性好僅僅是表象,本質是物性好的砂巖發(fā)育綠泥石膜。

5.2 里層膜與砂巖物性的關系

研究表明,綠泥石膜通過抑制石英膠結來保護原生孔隙,但對抑制機制認識不清。有些學者[2,4-5,7-8]認為,綠泥石膜阻止了碎屑石英的壓溶,減少了硅質來源,導致石英膠結欠發(fā)育。部分學者[3,6]認為,綠泥石膜隔絕了碎屑石英顆粒與孔隙流體,一是造成顆粒表面缺乏成巖流體,二是導致富含SiO2的孔隙流體缺少結晶基底,從而抑制石英膠結。田建峰等[32]認為,綠泥石膜晶間微區(qū)的堿性環(huán)境抑制了石英膠結。也有學者[10-11]認為,綠泥石膜不能保護原生孔隙。

里層膜的發(fā)現(xiàn)提供了一個研究綠泥石膜抑制石英膠結的新視角。里層膜的生長空間為顆粒溶蝕產(chǎn)生的小孔腔,形成時間為外層膜形成之后。外層膜橫亙在原生孔隙和溶蝕小孔腔之間,成為二者間流體交換的阻滯帶。在外層膜的雙向阻滯作用下,顆粒溶蝕產(chǎn)生的富SiO2流體滯留在了小孔腔中,為里層膜形成提供了物質來源。里層膜的形成消耗了這些富SiO2的滯留流體,引起原生孔隙中SiO2的供給量不足而難以形成大量的石英膠結。即鄂爾多斯盆地延長組綠泥石膜通過自身對SiO2流體的“自產(chǎn)自銷”來抑制石英膠結,從而保護原生孔隙。但是里層膜的形成也有不利的一面,其填塞了溶蝕小孔腔,減少了次生孔隙。由此可見，里層膜的形成是一種保持性成巖作用,對砂巖的物性影響不大。

綜合分析里層膜和外層膜與砂巖物性的關系,認為綠泥石膜膠結是破壞性成巖作用。

6 結 論

(1)鄂爾多斯盆地延長組長8砂巖中發(fā)現(xiàn)了具有雙層結構的綠泥石膜。里層膜晶粒小,晶形差,集合體雜亂堆積;其厚度變化大,在顆粒邊緣溶蝕強度大的區(qū)域厚度也大,在溶蝕強度弱的地方厚度小甚至缺失。等厚的外層膜中,晶體大,晶形好,集合體垂直顆粒表面。

(2)骨架顆粒是綠泥石膜的寄主,柔性組分水解為綠泥石膜的形成提供了主要物質來源。外層膜發(fā)育在壓實作用之后,由孔隙水中析出的綠泥石晶體聚集在骨架顆粒表面形成;在外層膜的雙向阻滯作用下,里層膜開始在骨架顆粒邊緣溶蝕產(chǎn)生的小孔腔中生長。隨成巖環(huán)境的變化,碎屑石英表面在外層膜形成后,經(jīng)歷了里、外層膜同時生長和停止的反復交替,而碎屑長石表面的里、外層膜則表現(xiàn)為此長彼停的循環(huán)過程。

(3)綠泥石膜膠結是一種破壞性成巖作用,其外層膜占據(jù)原生孔隙,里層膜充塞溶蝕小孔腔,導致砂巖物性變差。綠泥石膜發(fā)育的砂巖物性好僅僅是表象,本質是物性好的砂巖有助于綠泥石膜發(fā)育。

[1] DOWEY P J,HODGSON D M,WORDEN R H. Pre-requisites,processes,and prediction of chlorite grain coatings in petroleum reservoirs:a review of subsurface examples [J]. Marine and Petroleum Geology,2012,32(1):63-75.

[2] HEALD M T,ANDEREGG R C. Differential cementation in the Tuscarora sandstone [J]. Journal of Sedimentary Petrology,1960,30(4):568-577.

[3] EHRENBERG S N. Preservation of anomalously high porosity in deeply buried sandstones by grain-coating chlorite:examples from the Norwegian Continental Shelf [J]. AAPG Bulletin,1993,77(7):1260-1286.

[4] GRIGSBY J D. Origin and growth mechanism of authigenic chlorite in sandstones of the lower Vicksburg Formation,south Texas [J]. Journal of Sedimentary Research,2001,71(1):27-36.

[5] BILLAULT V,BEAUFORT D,BARONNET A,et al. A nanopetrographic and textural study of grain-coating chlorites in sandstone reservoirs [J]. Clay Minerals,2003,38(3):315-328.

[6] 柳益群,李文厚. 陜甘寧盆地東部上三疊統(tǒng)含油長石砂巖的成巖特點及孔隙演化 [J]. 沉積學報,1996,14(3):87-96.

LIU Yiqun,LI Wenhou. Diagenetic characteristics and porosity evolution of the oil-bearing arkoses in the Upper Triassic in the eastern Shaan-Gan-Ning Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica,1996,14(3):87-96.

[7] 黃思靜,謝連文,張萌,等. 中國三疊系陸相砂巖中自生綠泥石的形成機制及其與儲層孔隙保存的關系 [J]. 成都理工大學學報(自然科學版),2004,31(3):273-281.

HUANG Sijing,XIE Lianwen,ZHANG Meng,et al. Formation mechanism of authigenic chlorite and its relation to preservation of porosity in nonmarine Triassic reservoir sandstones, Ordos Basin and Sichuan Basin, China [J]. Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition),2004,31(3):273-281.

[8] 張霞,林春明,陳召佑. 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇區(qū)塊上三疊統(tǒng)延長組砂巖中綠泥石礦物特征 [J]. 地質學報,2011,85(10):1659-1671.

ZHANG Xia,LIN Chunming,CHEN Zhaoyou. Characteristics of chlorite minerals from Upper Triassic Yanchang Formation in the Zhenjing area,Ordos Basin[J]. Acta Geologica Sinica,2011,85(10):1659-1671.

[9] 田建鋒,劉池洋,王桂成,等. 鄂爾多斯盆地三疊系延長組砂巖的堿性溶蝕作用 [J]. 地球科學——中國地質大學學報,2011,36(1):103-110.

TIAN Jianfeng,LIU Chiyang,WANG Guicheng,et al. Alkaline dissolution of sandstone in the Triassic Yanchang Formation in the Ordos Basin[J]. Earth Science—Journal of China University of Geosciences,2011,36(1):103-110.

[10] 姚涇利,王琪,張瑞,等. 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)延長組長6砂巖綠泥石膜的形成機理及其環(huán)境指示意義 [J]. 沉積學報,2011,29(1):72-79.

YAO Jingli,WANG Qi,ZHANG Rui,et al. Forming mechanism and their environmental implications of chlorite-coatings in Chang 6 sandstone(Upper Triassic) of Hua-Qing area, Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica,2011,29(1):72-79.

[11] 楊威,魏國齊,趙杏媛,等. 碎屑巖儲層中自生綠泥石襯邊能抑制石英次生加大嗎?:以四川盆地須家河組砂巖儲層為例 [J]. 石油學報,2013,34(增1):128-135.

YANG Wei,WEI Guoqi,ZHAO Xingyuan,et al. Can authigenic pore-lining chlorite restrain quartz overgrowth in clastic reservoir?:a case study of sandstone reservoir in Xujiahe formation,Sichuan basin[J]. Acta Petrolei Sinica,2013,34(sup1):128-135.

[12] 楊俊杰. 鄂爾多斯盆地構造演化與油氣分布規(guī)律 [M]. 北京:石油工業(yè)出社,2002:50-56.

[13] 劉化清,李相博,完顏容,等. 鄂爾多斯盆地長8油層組古地理環(huán)境與沉積特征 [J]. 沉積學報,2011,29(6):86-95.

LIU Huaqing,LI Xiangbo,WAN Yanrong,et al. Ancient geographical environment and sedimentary characteristics in the Chang 8 reservoir area in Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica,2011,29(6):86-95.

[14] 朱筱敏,鄧秀芹,劉自亮,等. 大型坳陷湖盆淺水辮狀河三角洲沉積特征及模式:以鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組為例 [J]. 地學前緣,2013,20(2):19-28.

ZHOU Xiaomin, DENG Xiuqin, LIU Ziliang, et al. Sedimentary characteristics and model of shallow braided delta in lacustrine: an example from Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin[J]. Earth Science Frontiers,2013,20(2):19-28.

[15] 郭彥如,劉俊榜,楊華,等. 鄂爾多斯盆地延長組低滲透致密巖性油藏成藏機理 [J]. 石油勘探與開發(fā),2012,39(4):417-425.

GUO Yanru, LIU Junbang, YANG Hua, et al. Hydrocarbon accumulation mechanism of low permeable tight lithologic oil reservoir in the Yanchang Formation,Ordos Basin,China [J]. Petroleum Exploration and Development,2012,39(4):417-425.

[16] 邱隆偉,姜在興,陳文學. 一種新的儲層孔隙成因類型:石英溶解型次生孔隙 [J]. 沉積學報,2002,20(4):621-627.

QIU Longwei,JIANG Zaixing,CHEN Wenxue. A new type reservoir dissolved pore types-quartz secondary porosity [J]. Acta Sedimentologica Sinica,2002,20(4):621-627.

[17] 陳忠,羅蜇潭,沈明道,等. 由儲層礦物在堿性驅替劑中的化學行為到砂巖儲層次生孔隙的形成 [J]. 西南石油學院學報,1996,18(2):15-19.

CHEN Zhong, LUO Zhetan, SHEN Mingdao, et al. Study of secondary pore formation on the basis of chemical behavior of minerals in alkaline-flooding agents [J]. Journal of Southwest Petroleum Institute,1996,18(2):15-19.

[18] 李汶國,張曉鵬,鐘玉梅.長石砂巖次生溶孔的形成機理 [J]. 石油與天然氣地質,2005,26(2):220-223.

LI Wenguo, ZHANG Xiaopeng, ZHONG Yumei. Formation mechanism of secondary dissolved pores in arcose [J]. Oil and Gas Geology,2005,26(2):220-223.

[19] WHETTEN J T,HAWKINS J W. Diagenetic origin of graywacke matrix minerals [J]. Sedimentology,1970,15(3):347-361.

[20] 史基安,王金鵬,毛明陸,等. 鄂爾多斯盆地西峰油田三疊系延長組長6-8段儲層砂巖成巖作用研究 [J]. 沉積學報,2003,21(3):373-379.

[21] 張金亮,司學強,梁杰,等. 陜甘寧盆地慶陽地區(qū)長8油層砂巖成巖作用及其對儲層性質的影響 [J]. 沉積學報,2004,22(2):225-233.

ZHANG Jinliang, SI Xueqiang, LIANG Jie, et al. Diagenesis of lacustrine deltaic sandstones and its impact on reservoir quality [J]. Acta Sedimentologica Sinica,2004,22(2):225-233.

[22] 李紅,柳益群,劉林玉. 鄂爾多斯盆地西峰油田延長組長81低滲透儲層成巖作用 [J]. 石油與天然氣地質,2006,27(2):209-217.

LI Hong,LIU Yiqun,LIU Linyu. Diagenesis of Chang 81reservoir with low permeability in Xifeng Oilfield,Ordos Basin[J]. Oil and Gas Geology,2006,27(2):209-217.

[23] 應鳳祥,何東博,龍玉梅,等.碎屑巖成巖階段劃分:SY/T5477-2003[S]. 北京:國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會,2003.

[24] 楊國棟,李義連,馬鑫,等. 綠泥石對CO2-水-巖石相互作用的影響 [J]. 地球科學——中國地質大學學報,2014,39(4):462-472.

YANG Guodong, LI Yilian, MA Xin, et al. Effect of chlorite on CO2-water-rock interaction [J]. Earth Science—Journal of China University of Geosciences,2014,39(4):462-472.

[25] 羅靜蘭,劉小洪,林潼,等. 成巖作用與油氣侵位對鄂爾多斯盆地延長組砂巖儲層物性的影響 [J]. 地質學報,2006,80(5):664-671.

LUO Jinglan, LIU Xiaohong, LIN Tong, et al. Impact of diagenesis and hydrocarbon emplacement on sandstone reservoir quality of the Yanchang Formation(Upper Triassic) in the Ordos Basin[J]. Acta Geologica Sinica,2006,80(5):664-671.

[26] 葛云錦,陳勇,周瑤琪. 不同成巖條件下油氣充注對碳酸鹽巖成巖作用的影響 [J]. 中國石油大學學報(自然科學版),2009,33(1):18-22.

GE Yunjin, CHEN Yong, ZHOU Yaoqi. Effects of hydrocarbon emplacement to diagenesis of carbonatite in different conditions:evidences from synthetic oil(hydrocarbon)-bearing inclusions [J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2009,33(1):18-22.

[27] 李茹,葛云錦,陳勇,等. 儲層石英生長影響因素的實驗證據(jù) [J]. 中國石油大學學報(自然科學版),2010,34(2):13-18.

LI Ru, GE Yunjin, CHEN Yong, et al. Experimental evidence of influential factor of quartz growth in reservoir [J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2010,34(2):13-18.

[28] 侯建國,任麗華,董春梅. 有機包裹體技術在油氣運移與聚集中的應用研究 [J]. 石油實驗地質,2005,27(4):409-413.

HOU Jianguo, REN Lihua, DONG Chunmei. Application of organic inclusions technology to the study of oil-gas migration and accumulation [J]. Petroleum Geology and Experiment,2005,27(4):409-413.

[29] 陳紅漢,吳悠,肖秋茍,等. 昌都盆地古油藏的流體包裹體證據(jù) [J]. 地質學報,2010,84(1):1457-1469.

CHEN Honghan, WU You, XIAO Qiugou, et al. Fluid inclusion evidence of paleo-oil reservoir in the Changdu Basin[J]. Acta Geologica Sinica,2010,84(1):1457-1469.

[30] 何自新. 鄂爾多斯盆地演化與油氣 [M]. 北京:石油工業(yè)出版社,2003:88-173.

[31] 任戰(zhàn)利,劉麗,崔軍平,等. 盆地構造熱演化史在油氣成藏期次研究中的應用 [J]. 石油與天然氣地質,2008,29(4):503-506.

REN Zhanli, LIU Li,CUI Junping, et al. Application of tectonic-thermal evolution history to hydrocarbon accumulation timing in sedimentary basins [J]. Oil and Gas Geology,2008,29(4):503-506.

[32] 田建鋒,陳振林,楊友運. 自生綠泥石對砂巖儲層孔隙的保護機理 [J]. 地質科技情報,2008,27(4):49-54.TIAN Jianfeng, CHEN Zhenlin, YANG Youyun. Protection mechanism of authigenic chlorite on sandstone reservoir pores [J]. Geological Science and Technology Information,2008,27(4):49-54.

(編輯 徐會永)

Forming mechanisms of chlorite films in Yanchang Formation, Ordos Basin

ZHOU Xiaofeng, WANG Jianguo, LAN Chaoli, DAI Jinyou

(MOEKeyLaboratoryofPetroleumEngineeringinChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

Using inclusion analysis, casting slice, scanning electron microscope analysis with energy disperse spectroscopy, the chlorite films in Chang 8 sandstones of the Yanchang Formation in the Ordos Basin were observed and probed, in order to analyze the forming mechanisms and processes of the films and the relationship between the films and the physical property. The results show that the chlorite films have double layers, referred to as the inside layer film and the outside layer film from the surface of the grain to the pore, respectively. The outside layer film with the isopachous feature was developed after the compaction，whose chlorite crystals precipitated from the pore fluid and densely cover the grain. The primary porosity provides enough space for the outside layer film, which leads to large chlorite crystals with uniform shape and regular accumulation. Owing to bi-directional blocking of the outside layer film, the inside layer film was developed in the small cavity formed by the dissolution of the framework grain. The cavity is narrow which leads to small chlorite crystals of the inside layer with irregular shape and chaotic mélange. With the change of the diagenetic environment, the inside and outside films around the quartz fragment simultaneously grow and cease repeatedly after the first formation of the outer layer, but the growth of the inside layer alternates with the growth of the outside layer around the felspar fragment. The cementation of the chlorite films is a destructive diagenesis process, such that the formation of the chlorite films does not lead to good physical properties in sandstones; on the contrary the good physical properties of sandstones facilitate formation of chlorite films.

Ordos Basin; Chang 8 sandstone; chlorite film; double layer structure; destructive diagenesis

2016-01-23

國家科技重大專項(2011ZX05013-006);中國石油大學(北京)科研基金項目(KYJJ2012-02-46)

周曉峰(1973-),男,講師,博士,研究方向為油氣田地質學。E-mail: zhouxf@cup.edu.cn。

1673-5005(2016)04-0020-09

10.3969/j.issn.1673-5005.2016.04.003

P571

A

周曉峰,王建國,蘭朝利,等. 鄂爾多斯盆地延長組綠泥石膜的形成機制 [J]. 中國石油大學學報(自然科學版),2016,40(4):20-28.

ZHOU Xiaofeng, WANG Jianguo, LAN Chaoli,et al. Forming mechanisms of chlorite films in Yanchang Formation, Ordos Basin[J]. Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), 2016,40(4):20-28.