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      廣安地區(qū)侏羅系涼高山組粘土礦物研究

      2014-12-08 06:43:20王永生朱國華王瑩
      四川地質(zhì)學(xué)報 2014年3期
      關(guān)鍵詞:粘土礦伊利石高嶺石

      王永生,朱國華,王瑩

      (中國石油 杭州地質(zhì)研究院,碳酸巖鹽重點(diǎn)實(shí)驗室,杭州 310023)

      圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造示意圖

      粘土礦物是沉積巖中分布最豐富的礦物,在沉積巖石學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)以及油氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用越來越廣。在石油工業(yè)中,粘土礦物的研究涉及地殼結(jié)構(gòu)運(yùn)動和盆地構(gòu)造發(fā)展史研究、地層沉積和成巖作用研究及油氣的生成、運(yùn)移、富集和鉆井工程、油層保護(hù)油田開發(fā)、三次采油、煉油等各個方面,與油氣勘探開發(fā)的各個環(huán)節(jié)都有著十分密切的關(guān)系[1]。粘土礦物一般存在礫巖、砂巖、粉砂巖等陸源碎屑巖中,常見粘土礦物有蒙皂石、伊利石、高嶺石、綠泥石,以及伊蒙混層和綠蒙混層等,其組成、含量、物理化學(xué)性質(zhì)和成巖變化特征以及它們在儲層孔隙中的分布特征等;不僅對沉積盆地內(nèi)油氣的運(yùn)移和聚集起著重要作用,而且對油氣勘探開發(fā)過程也有著重要影響。廣安地區(qū)涼高山組儲集層巖性為一套細(xì)砂巖-粉砂巖夾黑色泥巖與泥質(zhì)粉砂巖呈條紋或帶狀互層,巖石類型主要為長石巖屑砂巖,其孔隙度為一般1%~5%,平均2%左右;滲透率平均 0.055×10-3μm2,屬于特低滲透儲層,該類儲層一般無自然產(chǎn)能需要人工壓裂,本文對該區(qū)開展粘土礦物特征研究,并探討了該區(qū)儲集層的成巖階段及粘土礦物與孔隙結(jié)構(gòu)的相關(guān)性。

      圖2 川中地區(qū)涼高山組生儲蓋組合綜合柱狀圖

      1 研究區(qū)的地質(zhì)背景

      研究區(qū)(圖1)區(qū)域構(gòu)造位置處于四川盆地川中古隆起平緩構(gòu)造區(qū),行政位置位于四川省南充市、廣安市境內(nèi)。地理位置包括南充以東,營山以南、華鎣山以西和合川以北,共5 100km2。根據(jù)前人的研究成果對涼高山組進(jìn)行了地層對比與劃分,將涼高山組分為涼上、涼下兩段(圖2),涼上段再細(xì)分為涼I、涼I~I(xiàn)I及涼II三層[2],涼高山組是繼大安寨末湖盆萎縮后又一次大規(guī)模的湖侵的沉積產(chǎn)物,為內(nèi)陸淡水湖泊沉積環(huán)境。依據(jù)12口井的50個粘土礦物x衍射分析、全巖x衍射、物性和掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)圖像對涼高山組粘土礦物特征進(jìn)行綜合分析。

      2 粘土礦物含量及對孔隙度的影響

      表1從上到下:各井在平面上從北東到西南向分布,粘土在全巖礦物中的含量增加,從7.7%到35.7%,孔隙度則具降低趨勢?;颈憩F(xiàn)為,粘土含量≤21% ,孔隙度>2.5%;粘土含量>21%,孔隙度<2%。

      表1 涼高山組巖石成分及孔隙度數(shù)據(jù) (單位:%)

      3 粘土礦物類型與孔隙結(jié)構(gòu)及孔隙度的關(guān)系

      本區(qū)粘土礦物主要由高嶺石、伊利石、伊/蒙混層及綠泥石四種礦物組成,以伊/蒙混層為主,其次為綠泥石、伊利石和高嶺石(表2)。

      粘土礦物種類在研究區(qū)內(nèi)沒有明顯的差異,比較明顯特征的是伊蒙混層含量普遍較高,多為有序混層;同一口井隨著深度的增加,伊蒙混層中的蒙脫石混層比下降,有序度變好,在蒙皂石伊利石化是通過固態(tài)轉(zhuǎn)變途徑[3],該途徑涉及伊利石對蒙皂石的形衍替代(固態(tài)反應(yīng)轉(zhuǎn)變),替代過程中伊利石的Reichweite有序、多型、大小和形態(tài)均逐步變化,且在顆粒大小和形態(tài)上繼承了先前的蒙皂石。高嶺石和綠泥石變化不明顯,含量較高,可能與取樣的井深覆蓋的范圍有關(guān),規(guī)律性不強(qiáng)。隨著伊利石、伊蒙混層在粘土礦物中的相對含量降低,綠泥石、高嶺石在粘土礦物中的相對含量增加,巖石孔隙結(jié)構(gòu)變好,儲集層物性也有所改善。

      表2 粘土礦物類型與孔隙度對比表

      4 粘土礦物分布狀態(tài)與孔喉特征

      該區(qū)的粘土礦物種類有主要由高嶺石、伊利石、伊/蒙混層及綠泥石等四種礦物,粘土礦物主要作為膠結(jié)物和雜基形式存在于巖石組構(gòu)中。通過掃描電鏡對粘土礦物的微觀形態(tài)觀察:

      1)高嶺石的產(chǎn)狀為:①粒間孔隙充填:呈分散質(zhì)點(diǎn)狀、書狀集合體,晶粒一般5μm,見圖3a;②粒間孔充填蠕蟲狀高嶺石,個別呈絨球狀,晶形完好,粒徑可達(dá)10μm,見圖3b;

      2)伊利石的產(chǎn)狀有:①粒間孔充填:呈彎片狀,邊緣略卷曲,或絲狀與綠泥石共生;②交代式:伊利石交代長石;③薄膜式:包圍顆粒表面,晶片平行顆粒表面排列(切線方向),在本區(qū)較普遍;

      3)伊/蒙間層的產(chǎn)狀有:①顆粒包殼(包被),對于間層比>30%的樣品常見,呈類似蜂窩狀到不規(guī)則的破網(wǎng)狀,如圖3c;②粒間孔隙充填,與綠泥石、高嶺石、伊利石等共存,見圖3f;

      4)綠泥石的產(chǎn)狀有:①包殼或襯邊:晶體近于垂直顆粒表面排列,大小為 2~5μm,②粒間孔隙中充填的綠泥石:呈片狀,與伊利石共生,晶體<5μm,見(圖3d、3e);③絨球狀或扇形:為深層系的綠泥石主要產(chǎn)狀,晶片10~15μm ,集合體 10~30μm,④絮團(tuán)狀:由<5μm 的綠泥石構(gòu)成的集合體,絮團(tuán)形狀不規(guī)則,其內(nèi)微孔發(fā)育。

      該區(qū)粘土礦物對孔隙的影響是雙重的,一方面隨著粘土礦物含量的增加,原生孔隙被充填,導(dǎo)致原生孔隙和喉道的進(jìn)一步減少和降低,另一方面粘土礦物中的微孔和次生變化形成的晶間孔和高嶺石、綠泥石等在成巖過程中形成的收縮孔等增加了有效孔隙和喉道,改善了儲層的儲集性能。研究表明,該區(qū)粘土礦物內(nèi)微孔和粒內(nèi)溶孔較發(fā)育,對儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)有改善作用,其余孔隙不發(fā)育,因而對該區(qū)而言,粘土礦物內(nèi)的微孔值得重視,需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究,無論對于儲層研究還是油田開發(fā)等都有著深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

      圖3 粘土礦物微觀形態(tài)圖

      5 粘土礦物種類與成巖作用

      一定的礦物組合與一定的成巖環(huán)境密切相關(guān),該區(qū)的礦物組合為高嶺石(K)、伊利石(I)、伊/蒙混層(I/S)及綠泥石(C);I(伊利石)和I/S(伊/蒙混層)含量基本大于70%,K(高嶺石)和 C(綠泥石)含量之和一般小于 30%,按照王行信[4]等人根據(jù)粘土礦物組合對成巖階段的劃分,應(yīng)歸于晚成巖階段A亞期砂泥巖(尤其是泥巖)典型的粘土礦物組合,一般與有機(jī)質(zhì)低成熟-成熟階段相對應(yīng),這和對該區(qū)的鏡質(zhì)體反射率(RO)介于0.7~1.2之間相吻合。

      6 粘土礦物與成巖階段的劃分

      粘土礦物及其演化一直作為碎屑巖成巖作用中重要的“序參量”加以研究,特別是蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化反應(yīng)受到石油地質(zhì)家的極大關(guān)注,混層粘土礦物I/S的混層比參數(shù)%S可以作為成巖階段劃分的重要標(biāo)志,該區(qū)的研究表明,隨著深度的增加,成巖作用加強(qiáng),巖石中蒙皂石已經(jīng)消失,轉(zhuǎn)化為間層礦物,間層礦物先增加后減少,伊/蒙混層中蒙脫石層(S)含量減少且由無序向有序轉(zhuǎn)變,最終轉(zhuǎn)化成伊利石,參照張一偉[5]等的粘土礦物轉(zhuǎn)化帶劃分,對本區(qū)的粘土礦物的演化進(jìn)行分析:1)蒙皂石帶:伊蒙混層中的蒙脫石含量高于70%,離散狀分布,結(jié)合粘土X衍射和掃描電鏡微區(qū)分析,本區(qū)未發(fā)現(xiàn)。2)蒙脫石間變帶:埋深1 800~2 000m,伊蒙混層中的蒙脫石含量50%~70%,有機(jī)質(zhì)未成熟,RO<0.5%,相當(dāng)于早成巖B期[6]。3)第一迅速轉(zhuǎn)化帶:埋深2 200~2 620m, 伊蒙混層中的蒙脫石含量35%~50%,對有機(jī)質(zhì)的催化起著重要作用,促進(jìn)了干酪根的熱裂解,產(chǎn)生的短鏈羧酸和二氧化碳?xì)怏w,改變了酸堿環(huán)境,同時有機(jī)酸的產(chǎn)生加速了長石等鋁硅酸鹽的溶解,本區(qū)的粘土礦物部分處于該階段,是生油的重要階段。4)第二迅速轉(zhuǎn)化帶:埋深>2 650m, 伊蒙混層中的蒙脫石含量約小于 35%,次生孔隙局部發(fā)育,對應(yīng)與晚成巖階段,生油的高峰期階段,結(jié)合其它手段研究表明,涼高山組正處于生油高峰期階段。5)伊利石帶:伊蒙混層中的蒙脫石含量約小于10%,伊利石大量出現(xiàn),本區(qū)基本未見。

      7 結(jié)論

      1)本區(qū)涼高山組粘土礦物主要由高嶺石、伊利石、伊/蒙混層及綠泥石四種礦物組成,以伊/蒙混層為主,混層比中蒙脫石含量低于50%,其次為綠泥石、伊利石和高嶺石。

      2)研究表明,涼高山組目前正處于生油高峰期,RO介于0.7%~1.2%之間。

      3)該區(qū)粘土礦物中的微孔對改善儲層的儲集性能有較大的貢獻(xiàn),值得進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

      [1]王行信. 我國油氣勘探開發(fā)中粘土礦物研究的現(xiàn)狀與建議[J]. 石油勘探與開發(fā),1997,24(6):99~100.

      [2]唐大海. 川中東部侏羅系涼高山組儲層特征研究[J]. 天然氣勘探與開發(fā),2002,23(4):25~29

      [3]AltanerSP,Yla ganrf.com.parison of structural model of mixed-layer illite-smectite and reaction mechanisms of smectite illitization[J].clays and clayminerals,1997,45:517-533

      [4]王行信. 韓守華,中國含油氣盆地砂泥巖黏土礦物的組合類型[J]. 石油勘探與開發(fā),2002,8(12):36~38

      [5]張一偉. 熊綺華,王志章, 等. 陸相油藏描述[M]. 北京:石油工業(yè)出版社,1997, 99~120

      [6]劉蒙慧. 碎屑巖儲層成巖演化模式[M]. 北京. 中國石油大學(xué)出版社,1993.

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