于景維,鄭榮才,柳 妮,李 云,文華國(guó)

[1.中國(guó)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(zhǔn)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(guó)2

[1.中國(guó)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(zhǔn)噶爾盆地東部阜東斜坡帶中侏羅統(tǒng)頭屯河組儲(chǔ)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(lèi)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(duì)多口井的儲(chǔ)集砂巖粘土礦物各項(xiàng)特征及其對(duì)儲(chǔ)層敏感性的影響展開(kāi)深入研究。結(jié)果表明：①頭屯河組儲(chǔ)集砂巖的粘土礦物類(lèi)型多樣,同時(shí)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(chǔ)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(chǔ)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(rèn)識(shí)為阜東斜坡帶頭屯河組鉆、注、采工藝實(shí)施提供有關(guān)儲(chǔ)層保護(hù)和改造的地質(zhì)依據(jù)。

儲(chǔ)層敏感性；粘土礦物；頭屯河組；阜東斜坡帶；準(zhǔn)噶爾盆地

準(zhǔn)噶爾盆地為我國(guó)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(jí)構(gòu)造單元，研究區(qū)為其西部北西-南東走向的斜坡帶，長(zhǎng)度為15～30 km，寬度為10～20 km，面積約500 km2(圖1)。2010年開(kāi)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(duì)研究區(qū)頭屯河組沉積相特征的研究已較為深入，認(rèn)為頭屯河組屬于辮狀河三角洲沉積體系，油藏類(lèi)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(kāi)發(fā)工程中，儲(chǔ)層敏感性對(duì)單井產(chǎn)量影響很大，已成為頭屯河組油藏高效勘探開(kāi)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(chǔ)層砂巖的敏感性特征及其控制因素。因此，有必要對(duì)儲(chǔ)層敏感性的主要控制因素進(jìn)行深入研究，為提高產(chǎn)量及后期開(kāi)發(fā)方式的選擇提供理論指導(dǎo)。

圖1 準(zhǔn)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(chǔ)層基本特征

1.1 儲(chǔ)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(dòng)影響，剝蝕量較大，地層保存不全,厚度較薄而儲(chǔ)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(duì)頭一段及頭二段儲(chǔ)層砂巖的敏感性特征及其影響和控制因素進(jìn)行研究。頭屯河組儲(chǔ)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(xì)粒巖屑砂巖，砂巖中石英的含量為7%～35%，平均為18.63%；長(zhǎng)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(diǎn)-線(xiàn)接觸為主，少量為點(diǎn)接觸，表明成巖過(guò)程中經(jīng)歷了中等強(qiáng)度的壓實(shí)作用，巖石的膠結(jié)類(lèi)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(chǔ)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(diǎn)，并且砂巖中粘土礦物含量較高，類(lèi)型很豐富。砂巖的儲(chǔ)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?？??？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(chǔ)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(chǔ)集類(lèi)型[7]。

1.2 粘土礦物特征

1.2.1 粘土礦物類(lèi)型

通過(guò)對(duì)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(duì)含量平均僅為5%，但類(lèi)型豐富,可識(shí)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(lèi)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(lèi)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(shū)頁(yè)狀集合體或蠕蟲(chóng)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(chǔ)層砂巖中普遍發(fā)育，其產(chǎn)狀特點(diǎn)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(zhǎng)，形成近于等厚的環(huán)邊(圖2a，c，d)。通過(guò)對(duì)包膜狀膠結(jié)物厚度測(cè)量(圖2)和統(tǒng)計(jì)，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(duì)應(yīng)的儲(chǔ)集層物性越好(表2)，而在后期的油氣開(kāi)采過(guò)程中，包膜厚度較小的(<20 μm)儲(chǔ)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?yàn)樵缙谡惩恋V物包膜膠結(jié)作用對(duì)成巖和成藏過(guò)程中的原生孔隙起重要保護(hù)作用，而在后期勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，因伊/蒙混層粘土礦物的嚴(yán)重水敏性，越厚的包膜膨脹體積越大，對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的傷害也越強(qiáng)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(duì)其縱向及平面分布特征進(jìn)行探討,有利于后期針對(duì)其分布特點(diǎn)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中選擇合適方案對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行保護(hù)。

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(lèi)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(shì)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(shì)，而與伊/蒙混層含量呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。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(chǔ)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(lèi)型粘土礦物含量劇烈減少。

圖4反映研究區(qū)靠近剝蝕線(xiàn)附近北62井儲(chǔ)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(shì)：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(shì)，高嶺石含量變化趨勢(shì)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(chǔ)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(xiàn)部分)，巖心資料證實(shí)該位置是后期水道對(duì)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(duì)含量Table 1 Relative content(average)of clay minerals in the Toutunhe Formation of the study area

總體來(lái)講，粘土礦物中最主要礦物的含量往往達(dá)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(shì)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(lèi)型(含量占50%以上)進(jìn)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(dá)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(dá)到65%以上。其次依據(jù)次粘土礦物含量將兩個(gè)區(qū)域分別進(jìn)一步劃分。一區(qū)中西部高嶺石平均含量達(dá)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(dá)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(xì)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(xì)粒巖屑砂巖,阜東081井，埋深2 708.43 m；d.細(xì)粒巖屑砂巖,滋泉1井，埋深3 711.88 m；e.粒間孔與粒表生長(zhǎng)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(xì)粒砂巖，粒間孔 先后被薄膜狀分布的泥質(zhì)雜基和蠕蟲(chóng)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(chǔ)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(hào)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(duì)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(duì)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(gè)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(gè)類(lèi):一類(lèi)為西北區(qū)，以伊/蒙混層+綠泥石組合為主;二類(lèi)為中部-中北部區(qū)，伊蒙混層礦物含量最高，其他3個(gè)主要粘土礦物含量相似；三類(lèi)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(lèi)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(lèi)：一類(lèi)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(dá)到42%；二類(lèi)為北東部地區(qū)，粘土礦物組合混雜；三類(lèi)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(lái)看，一區(qū)分布面積廣，其邊緣粘土礦物組合有特點(diǎn)，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(gè)主要粘土礦物含量相似；二區(qū)多以條帶狀沿剝蝕線(xiàn)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(zhǔn)東地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)普遍存在異常壓力，并對(duì)其成因進(jìn)行探討[8]。通過(guò)對(duì)研究區(qū)多口井頭屯河組聲波時(shí)差曲線(xiàn)分析，普遍表現(xiàn)出異常高值，最大值可達(dá)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(duì)壓力級(jí)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(qiáng)超壓區(qū)。

王芙蓉等人認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地異常壓力抑制蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化過(guò)程[9]，因此蒙脫石和伊蒙混層的含量會(huì)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(qiáng)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(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)達(dá)到強(qiáng)超壓時(shí)，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(shí)可看出較高含量的伊利石幾乎都在剝蝕線(xiàn)附近，遠(yuǎn)離剝蝕線(xiàn)范圍的粘土礦物中伊利石含量很低。縱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(lái)講，高嶺石的生成基本上同鉀長(zhǎng)石與鈉長(zhǎng)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(jìn)行流動(dòng)，鉀長(zhǎng)石以及鈉長(zhǎng)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?xiàng)l件下長(zhǎng)

石溶解所形成的高嶺石，在封閉系統(tǒng)內(nèi)，會(huì)同長(zhǎng)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(dòng)性會(huì)突然增強(qiáng)，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(shí)含量會(huì)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(lèi)型以及重礦物組合等方法對(duì)研究區(qū)物源方向進(jìn)行分析(已做他文另討)，認(rèn)為研究區(qū)物源有3個(gè)：東北部奇臺(tái)凸起(克拉美麗山)，南部博格達(dá)山和東部北三臺(tái)凸起。其對(duì)粘土礦物的影響主要分兩個(gè)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(jī)構(gòu)，中侏羅世博格達(dá)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(duì)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(guò)程中釋放二氧化硅，會(huì)在顆粒表面產(chǎn)生自生石英[12]。在成巖過(guò)程中，伴隨著長(zhǎng)石溶解釋放出大量的K+，蒙脫石開(kāi)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(shí)凝灰質(zhì)巖屑早期水解對(duì)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(shí)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(zhǔn)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(dòng)，綠泥石不會(huì)于高溫條件下生成。在頭屯河組重礦物類(lèi)型中識(shí)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(shì)同高嶺石變化趨勢(shì)相反(圖3)。遠(yuǎn)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(shì)同高嶺石變化趨勢(shì)相似(圖3)。

研究區(qū)頭屯河組長(zhǎng)石含量占20%以上，成分主要是鉀長(zhǎng)石。高嶺石的轉(zhuǎn)化依據(jù)鏡下特征主要有兩種類(lèi)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(diǎn)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(zhǎng)石的蝕變而形成，其鏡下主要表現(xiàn)為書(shū)頁(yè)狀、蠕蟲(chóng)狀充填于孔隙之中[11]。這兩種類(lèi)型都與碎屑中鉀長(zhǎng)石含量有重要關(guān)系。因此有些近剝蝕線(xiàn)區(qū)域高嶺石含量較高，推斷主要是碎屑高嶺石組成，遠(yuǎn)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(shí)期，研究區(qū)存在兩個(gè)物源方向，分別為北東向和南部方向，兩個(gè)物源形成的三角洲相對(duì)獨(dú)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(shí)期，研究區(qū)可能存在3個(gè)物源方向，主物源方向依然是東北方向的奇臺(tái)凸起為主，但是此時(shí)由于南面博格達(dá)山逐漸隆起，南部物源對(duì)于研究區(qū)砂體分布影響較大，北三臺(tái)主體已隆起是不爭(zhēng)的事實(shí)[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(lái)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(rèn)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(xiàn)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(zhǎng)石以及凝灰質(zhì)巖屑的溶解促進(jìn)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(zhǎng)石的溶解，但是水上環(huán)境中流體流動(dòng)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(zhǎng)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(duì)閉塞，同時(shí)構(gòu)造環(huán)境相對(duì)平穩(wěn)，湖平面變化主要受到氣候影響。頭一段沉積時(shí)期，研究區(qū)主要是潮濕氣候，湖平面大幅上升，此時(shí)物源供給較充分。大多巖心顏色為灰色-淺灰色，判斷此時(shí)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(qiáng)，堿金屬等元素較易遷移，在成巖早期形成大量蒙脫石?？拷鼊兾g線(xiàn)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(lái)看，由于頭一段沉積時(shí)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(qiáng)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(shí)期，氣候變化相對(duì)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(shí)更多的物源供給使得發(fā)育進(jìn)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(shí)長(zhǎng)石含量的增多、云母類(lèi)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(duì)容易。

2.5 后期構(gòu)造活動(dòng)

研究區(qū)中部斷裂較發(fā)育(圖7a)，是后期構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物[1]。雖然規(guī)模較小，但是其對(duì)于改善砂體物性有重要影響，進(jìn)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(dá)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(jī)酸或者是大氣水通過(guò)斷層進(jìn)入砂體內(nèi)部，使流體酸度增加，流體流動(dòng)性增強(qiáng)，為高嶺石的富集提供環(huán)境。而阜東12井周?chē)鷺?gòu)

造平穩(wěn)，基本無(wú)斷裂，頭二段高嶺石相對(duì)含量要低很多。

斷裂的出現(xiàn)使得地層壓力會(huì)發(fā)生一定程度的改變，Hillier認(rèn)為鄰地層壓力差異會(huì)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(lái)講，粘土礦物類(lèi)型、相對(duì)含量、相互轉(zhuǎn)化、橫向及縱向上分布的差異同上述各個(gè)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(duì)儲(chǔ)層敏感性影響

不同類(lèi)型粘土礦物對(duì)于儲(chǔ)集層物性會(huì)產(chǎn)生不同傷害，利用掃描電鏡資料，分析研究區(qū)不同類(lèi)型粘土礦物對(duì)儲(chǔ)集層敏感性的影響，并探討其相對(duì)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(shí)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(duì)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(huì)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(shí)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(duì)含量呈正相關(guān)(圖8b)。

研究區(qū)單個(gè)高嶺石晶體在掃描電鏡下呈六方板狀,集合體呈蠕蟲(chóng)狀,儲(chǔ)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(huì)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(duì)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(chǔ)集層主要粘土礦物相對(duì)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(duì)儲(chǔ)集層的潛在影響主要表現(xiàn)為微粒運(yùn)移。研究區(qū)速敏損害率與伊利石相對(duì)含量呈正相關(guān)(圖8d)。

4 結(jié)論

1) 準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡帶儲(chǔ)集層巖性主要為近物源的細(xì)粒巖屑砂巖，成分成熟度低而結(jié)構(gòu)成熟度高，儲(chǔ)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(chǔ)層。儲(chǔ)層砂巖的粘土礦物類(lèi)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(duì)20 μm來(lái)講)與儲(chǔ)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(duì)含量在縱向和平面差別很大。物源中相對(duì)含量較多的凝灰質(zhì)巖屑和鉀長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)改變砂體內(nèi)部流體介質(zhì)酸堿度以及流體活動(dòng)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(dòng)，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(duì)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(duì)含量呈正相關(guān)。重點(diǎn)解決普遍存在的水敏傷害問(wèn)題，蒙皂石相對(duì)含量較多儲(chǔ)集層相應(yīng)考慮防膨脹問(wèn)題。對(duì)于研究區(qū)粘土礦物相對(duì)含量較復(fù)雜儲(chǔ)集層，酸化并不能解決問(wèn)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(kāi)發(fā)效果提高。

[1] 魯兵，張進(jìn)，李濤，等.準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造格架分析[J].新疆石油地質(zhì)，2008，29(3)：283-289. Lu Bing,Zhang Jin,Li Tao,et al.Analysis of tectonic framework in Junggar Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology，2008，29(3):283-289

[2] 朱筱敏，張義娜，楊俊生，等.準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系辮狀河三角洲沉積特征[J].石油與天然氣地質(zhì)，2008，29(2)：244-251. Zhu Xiaoming, Zhang Yina,Yang Junsheng,et al.Sedimentary chara-cteristics of the shallow Jurassic braided river delta,the Junggar Basin[J].Oil & Gas GEOLOGY，2008，29(2):244-251.

[3] 于景維，鄭榮才，劉自軍，等.準(zhǔn)噶爾東部阜東及西泉地區(qū)頭屯河組沉積特征及相模式[J].新疆地質(zhì)，2014，32(2)：225-230. Yu Jingwei,Zheng Rongcai,Liu Zijun,et al.Sedimentary characteristic and model of Toutunhe Formation in east of Fukang Slope and Xiquan area,east of Jungar Basin[J].Xinjiang Geology，2014，32(2):225-230.

[4] 于景維，鄭榮才，祁利祺，等.準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷東部斜坡帶中侏羅統(tǒng)頭屯河組高分辨層序與沉積微相精細(xì)分析[J].地質(zhì)論評(píng)，2014，60(6)：1337-1347. Yu Jingwei,Zheng Rongcai,Qi Liqi,et al.Precise analysis on high-resolution sequence stratigraphy and micro-facies of Toutunhe Formation of Middle Jurassic in the east slope zone,Fukang Sag,Junggar basin[J].Geologic Review，2014，60(6):1337-1347.

[5] 于景維，鄭榮才，殷新花，等.準(zhǔn)東阜東斜坡區(qū)頭屯河組儲(chǔ)集層非均質(zhì)性綜合研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，41(5)：567-576. Yu Jingwei,Zheng Rongcai,Yin Xinhua,et al.A comprehensive research on reservoir heterogeneity of Toutunhe Formation in slope area，east of Fukang sag,Junggar Basin,Xinjiang,China[J].Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition)，2014，41(5):567-576.

[6] 柳妮，文華國(guó)，于景維，等.準(zhǔn)噶爾阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組高分辨層序地層格架內(nèi)儲(chǔ)集層宏觀非均質(zhì)性研究[J].地質(zhì)論評(píng)，2014，60(5)：1158-1166. Liu Ni,Wen Huaguo,Yu Jingwei,et al.Analysis of macroscopic heterogeneity within high resolution sequence stratigraphic framework in Toutunhe Formation of Middle Jurassic in east of Fukang slope zone，Junggar Basin[J].Geological Review，2014，60(5):1158-1166.

[7] 于景維，李璐璐，祁利祺，等.阜東斜坡帶頭屯河組二段儲(chǔ)集層控制因素[J].新疆石油地質(zhì)，2014，35(1)：34-38. Yu Jingwei,Li Lulu,Qi Liqi,et al.Reservoir controlling factors of Toutunhe No.2 Member in Fudong slope zone in Eastern Junggar Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology，2014，35(1):34-38.

[8] 于景維，任偉，王武學(xué)，等.阜東斜坡中侏羅統(tǒng)頭屯河組異常高壓形成機(jī)理[J].新疆石油地質(zhì)，2015，36(5)：521-525. Yu Jingwei,Ren Wei,Wang Wuxue,et al.Generation of abnormal pressure in Toutunhe Formation of Middle Jurassic in Fudong slope area[J].Xinjiang Petroleum Geology，2015，36(5):521-525.

[9] 王芙蓉，何生，楊智，等.蒙脫石粘土礦物不正常轉(zhuǎn)化的研究——以準(zhǔn)噶爾盆地為例[J].油氣地質(zhì)與采收率，2006，13(4)：25-27. Wang Furong,He Sheng,Yang Zhi,et al.A study on abnormal transformation of smectite clay minerals—taking Junggar Basin as an Example[J].Petroleum Geology and Recovery Effciency，2006，13(4):25-27.

[10] 梁瑞.鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)白254等7口井延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組砂巖的巖石學(xué)特征研究[D].成都：成都理工大學(xué)，2011. Liang Rui.Ordos basin HuaQing areas such as white 254 seven Wells 8 reservoir sandstone of extended leader petrology features study[D].Chengdu:Chengdu University of Technology，2011.

[11] 伏萬(wàn)軍，劉文彬.塔里木盆地碎屑巖中鉀長(zhǎng)石的蝕變作用[J].沉積學(xué)報(bào)，1996，14(增刊)：84-89 Fu Wanjun,Liu Wenbin.Study on the alteration of feldspar from clastic rock in Tarim Basin[J].Acta Sedimentologica Sinica，1996，14(S1):84-89.

[12] 王宏語(yǔ)，樊太亮，肖瑩瑩，等.凝灰質(zhì)成分對(duì)砂巖儲(chǔ)集性能的影響[J].石油學(xué)報(bào)，2010，31(3)：432-439. Wang Hongyu,Fan Tailiang,Xiao Yingying,et al.Effect of tuffaceous components on physical property of sandstone reservoir[J].Acta Petrolei Sinica，2010，31(3):432-439.

[13] 薛叔浩，劉雯林，薛良清，等.湖盆沉積地質(zhì)與油氣勘探[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002：40-41. Xue Shuhao,Liu Wenlin,Xue Liangqing, et al.Sedimentary geology of lake basin and oil-gas exploration[M].BeiJing:Petroleum Industry Press，2002:40-41.

[14] 趙杏媛.粘土礦物與粘土礦分析[M].北京：海洋出版社，1990：58-59. Zhao Xingyuan.Analysis of clay minerals content and clay minerals[M].BeiJing:China Ocean Press，1990:58-59.

[15] 況昊.準(zhǔn)噶爾盆地白家海地區(qū)侏羅系地層巖性油氣藏成藏規(guī)律研究[D].武漢：長(zhǎng)江大學(xué)，2012. Kuang Hao.Accumulation Regularity of Lithology reservoirs in Jurassic Baijiahai area,Jungar Basin[D].Wuhan:Yangtze University，2012.

[16] Hillier S,Fallick A E.Matter Alorigin of pore-lining chlorite in the Aeolian Rotliegend of northern Germany[J].Clay Minerals，1996，31:153-1711.

[17] 曾偉，董明，孔令明，等.鄂爾多斯盆地蘇里格氣田中、下二疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)集層敏感性影響因素分析[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2011，34(3)：31-38. Zeng Wei,Dong Ming,Kong Lingming,et al.Influencing factors of reservoir sensitivity in Middle and Lower Permian Sandstone，Sulige gasfield，Ordos Basin[J].Natural Gas Exploration & Development，2011，34(3):31-38.

[18] 鄧杰，王震亮，高潮，等.定邊張韓地區(qū)長(zhǎng)2低滲儲(chǔ)集層敏感性分析[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，41(2)：285-290. Deng Jie,Wang Zhengliang,Gao Chao,et al.Estimation of sensitivity of Chang 2 reservoir in Zhanghan area[J].Journal of Northwest University(Natural Science Edition)，2011，41(2):285-290.

[19] 謝俊，孟寧寧，于江濤，等.長(zhǎng)春嶺地區(qū)泉四段儲(chǔ)集層敏感性傷害評(píng)價(jià)[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2011，30(4)：39-44. Xie Jun,Meng Ningning,Yu Jiangtao,et al.The evaluation on the sensitivity damages of the Quan 4 Formation in Changchunling District[J].Journal of Shandong University of Science and Technology(Natural Science Edition)，2011，30(4):39-44.

(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(chǔ)層沉積學(xué)。E-mail:liuni_smile@aliyun.com。

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2011ZX05001-005-01)。

0253-9985(2015)06-0945-10

10.11743/ogg20150609

TE122.2

A