劉定坤 李圣 卿元華

摘要：自生綠泥石是碎屑巖儲(chǔ)層中常見的粘土礦物，對(duì)儲(chǔ)層物性的影響較大。通過對(duì)前人的研究成果進(jìn)行總結(jié)歸納，包括自生綠泥石形成的物質(zhì)條件、微觀賦存狀態(tài)、形成時(shí)間與世代、與儲(chǔ)層物性的關(guān)系等。主要結(jié)論有：（1）自生綠泥石形成于富鐵鎂、高孔、高滲的沉積環(huán)境，廣泛分布于濱岸、三角洲以及河流環(huán)境中;（2）自生綠泥石主要有3種賦存狀態(tài)，分別為顆粒包膜、孔隙襯里和孔隙充填，形成的先后順序大致為包膜→襯里→充填;

（3）自生綠泥石對(duì)儲(chǔ)層物性的影響具有兩面性，主要取決于綠泥石的厚度及連續(xù)性、形成時(shí)間及產(chǎn)狀、碎屑顆粒結(jié)構(gòu)、巖屑類型及含量等方面。對(duì)儲(chǔ)層最具建設(shè)性意義的是厚度適中、連續(xù)性好的孔隙襯里綠泥石。

關(guān)鍵詞：砂巖儲(chǔ)層;自生綠泥石;形成條件;賦存狀態(tài);兩面性影響

1.引言

自生綠泥石是碎屑巖儲(chǔ)集層中一種重要的成巖礦物，其對(duì)儲(chǔ)層物性具有控制作用已成為一種共識(shí)[1-2]。自生綠泥石與儲(chǔ)層物性關(guān)系的研究始于20世紀(jì)50年代，Heald（1950）在研究西弗吉尼亞砂巖中自生礦物時(shí)，注意到圍繞碎屑顆?；蚴⒋紊哟笊L的自生綠泥石環(huán)邊，并指出該種綠泥石來源于初始沉積物[3]。20世紀(jì)中后期，國內(nèi)外對(duì)儲(chǔ)層中自生綠泥石的研究側(cè)重于現(xiàn)象的描述。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)綠泥石的產(chǎn)出狀態(tài)、對(duì)儲(chǔ)層物性的影響做了詳細(xì)的研究[4-6]。進(jìn)入21世紀(jì)后，伴隨勘探技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法的進(jìn)步，尤其是致密砂巖油氣勘探所占比例的大幅增加，自生綠泥石對(duì)儲(chǔ)層的影響越來越引起重視。采用綠泥石與砂巖或儲(chǔ)層為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，國內(nèi)外學(xué)者近十幾年的發(fā)文總量是20世紀(jì)的近兩倍，研究主要側(cè)重于自生綠泥石的物質(zhì)來源[7-8]、不同產(chǎn)狀綠泥石的形成機(jī)理[9]、與石英次生加大的關(guān)系[5，10]、對(duì)儲(chǔ)層物性影響的定量化[10-11]等方面。

2.自生綠泥石的形成機(jī)制

自生綠泥石的形成受多種因素控制，其中物質(zhì)基礎(chǔ)和沉積環(huán)境是兩個(gè)最重要的因素[12]。首先，鐵和鎂是自生綠泥石形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，其來源有：

（1）河水中溶解的鐵離子在含有大量電解質(zhì)的堿性環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生絮凝沉淀，可提供綠泥石形成所需的鐵[13]。（2）黑云母、角閃石以及部分火山巖巖屑在成巖過程中蝕變和水解可產(chǎn)生大量鐵[14];（3）泥巖的壓實(shí)脫水[15];（4）外來物質(zhì)的層間流入[16]。其次，自生綠泥石的形成需要一個(gè)有利于溶解物質(zhì)帶入與帶出的相對(duì)高孔、高滲、開放的體系沉積和堿性的成巖環(huán)境[17-19]。因此，自生綠泥石主要發(fā)育在河流、三角洲和濱岸等環(huán)境[20]。最后，在滿足上述兩個(gè)條件的情況下，自生綠泥石主要通過以下方式形成：（1）成巖早期或晚期，由孔隙流體直接沉淀;（2）高嶺石、蒙脫石和伊利石在富鎂、鐵的還原條件下的轉(zhuǎn)變[21];（3）碎屑物質(zhì)的交代。

3.自生綠泥石的產(chǎn)出狀態(tài)

自生綠泥石在砂巖儲(chǔ)層中主要有3種賦存狀態(tài)[22-26，28]：（1）顆粒包膜。晶體呈針狀、片狀或蜂窩狀，以薄膜的形式垂直顆粒表面生長并包裹整個(gè)顆粒，厚度通常不足1μm，在顆粒接觸處會(huì)因擠壓而平行于顆粒分布;（2）孔隙襯里。晶體呈針狀或竹葉狀，垂直于顆粒表面或顆粒包膜呈等厚櫛殼狀結(jié)晶生長，集合體厚約為5μm～10μm;（3）孔隙充填。晶體形態(tài)呈絨球狀、玫瑰花狀或分散片狀，不像前兩者那樣有規(guī)律的生長而是呈分散質(zhì)點(diǎn)的形式分布在孔隙里。三種產(chǎn)出狀態(tài)中，孔隙襯里最為普遍。

顆粒包膜綠泥石和孔隙襯里綠泥石的區(qū)別在于顆粒包膜可生長在顆粒接觸處而孔隙襯里則不能，且孔隙襯里晶體較大，較厚。部分學(xué)者未將孔隙襯里綠泥石與顆粒包膜綠泥石進(jìn)行區(qū)分，而是把孔隙襯里、綠泥石環(huán)邊、綠泥石包殼（或包膜）統(tǒng)稱為孔隙襯里[4，27]。但鑒于二者形成于不同成巖階段，筆者認(rèn)為有必要進(jìn)行概念上的區(qū)分。

4.自生綠泥石的形成時(shí)間與世代

自生綠泥石的形成時(shí)間可以根據(jù)綠泥石與顆粒的空間關(guān)系來確定[29]。顆粒包膜綠泥石通常形成于機(jī)械壓實(shí)作用廣泛發(fā)生之前。而孔隙襯里綠泥石僅存在于孔隙邊緣，在骨架顆粒接觸處消失，說明其形成晚于主壓實(shí)作用。前人依據(jù)鐵、鎂離子來源、溫度及成因?qū)⒆陨G泥石劃分為三個(gè)世代[15，25]：（1）在堿性的孔隙環(huán)境中沉淀出的早期綠泥石為第一世代綠泥石，表現(xiàn)為覆蓋于顆粒表面或包裹整個(gè)顆粒，晶體小而密集且自形程度低、鐵含量較高;（2）第二世代自生綠泥石形成溫度較第一世代高，主要為孔隙襯里綠泥石，晶體較第一時(shí)代大且自形程度高、鐵含量較低;（3）第三世代自生綠泥石晶體最大、自形程度最高，主要表現(xiàn)為孔隙充填綠泥石。

5.自生綠泥石對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層物性的影響

自生綠泥石對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層物性的影響具有兩面性，建設(shè)性主要體現(xiàn)在提高巖石抗壓能力、抑制壓溶作用、促進(jìn)溶蝕作用、抑制石英加大等方面;而破壞性為會(huì)堵塞吼道。

5.1提高巖石抗壓能力

部分學(xué)者認(rèn)為[11，12，23]，自生綠泥石雖占據(jù)了部分孔隙空間，但可以抵消一部分上覆地層壓力，且相同深度下，發(fā)育孔隙襯里綠泥石的砂巖層段比不發(fā)育的層段受壓實(shí)作用影響更弱，顆粒之間更松散，原生孔隙更多。但也有學(xué)者持不同觀點(diǎn)[30，31，32]，認(rèn)為自生綠泥石的硬度和密度均較低，抗壓實(shí)能力有限，發(fā)育自生綠泥石的砂巖物性較好主要是由砂體自身特性決定的。

5.2抑制壓溶作用

在孔隙襯里綠泥石發(fā)育的地方，碎屑顆粒呈縫合線接觸的情況較少，因此孔隙襯里能有效地抑制壓溶作用[31，32]。

5.3促進(jìn)溶蝕作用

砂巖中孔隙襯里綠泥石含有大量的晶間孔，可以在深埋條件下為酸性水介質(zhì)流動(dòng)提供運(yùn)移通道，促進(jìn)后期溶蝕作用進(jìn)行，形成次生孔隙[23，33]。

5.4抑制石英次生加大

國內(nèi)外大量的研究和實(shí)踐表明[1-2，17，27]，孔隙襯里綠泥石的發(fā)育對(duì)石英次生加大有較強(qiáng)的抑制作用。但其抑制的機(jī)理還沒有定論，主要有以下幾種觀點(diǎn)[1，3，23，24，27，32]：（1）早期形成的孔隙襯里綠泥石抑制了砂巖中的石英壓溶作用，這在一定程度上限制了SiO2的來源;（2）自生綠泥石的存在和生長占據(jù)了自生石英的生長空間;（3）自生綠泥石阻止了自生石英在碎屑石英表面成核;（4）通常發(fā)育自生綠泥石的高孔滲、開放、堿性環(huán)境不利于自生石英的生長。

5.5堵塞喉道

自生綠泥石作為一種膠結(jié)物，它本身的存在就占據(jù)了一定的孔隙空間。任何產(chǎn)狀的自生綠泥石，當(dāng)其含量達(dá)到一定程度后都會(huì)引起孔喉堵塞[10，34]。

6.綠泥石影響儲(chǔ)層物性的主要控制因素

總體來說，自生綠泥石對(duì)儲(chǔ)層物性起何種影響主要取決于綠泥石和砂巖儲(chǔ)層本身的性質(zhì)，包括厚度及連續(xù)性、形成時(shí)間及產(chǎn)狀、碎屑顆粒結(jié)構(gòu)、巖屑類型及含量等方面。

6.1自生綠泥石的厚度及連續(xù)性

只有自生綠泥石達(dá)到一定厚度且連續(xù)分布時(shí)，才能有效抑制石英次生加大的成核生長，從而有利于儲(chǔ)集空間的保存。然而統(tǒng)計(jì)表明[30]，綠泥石膜厚度在5μm～8μm時(shí)對(duì)孔隙保存具有積極作用，當(dāng)厚度>8μm時(shí)將嚴(yán)重堵塞孔隙喉道，降低儲(chǔ)層物性。

6.2自生綠泥石的形成時(shí)間及產(chǎn)狀

成巖早期形成的綠泥石襯里厚度適中，能抵抗部分壓實(shí)作用和抑制石英的次生加大，有利于原生孔隙保存;綠泥石包膜的貢獻(xiàn)則十分有效;孔隙充填綠泥石往往只堵塞孔喉。而成巖晚期形成的綠泥石對(duì)孔隙保存方面起的作用同樣極其有限。

6.3碎屑顆粒結(jié)構(gòu)

粗顆粒比細(xì)顆粒具有更小的比表面積，覆蓋顆粒表面需要較少的綠泥石，進(jìn)而石英次生加大的抑制能力相對(duì)較強(qiáng)，進(jìn)而有利于孔隙的保存。

6.4巖屑類型以及含量

含鐵、鎂礦物的巖漿巖巖屑的蝕變和水解是形成綠泥石的重要物質(zhì)來源之一。但是，當(dāng)火成巖巖屑含量很高，而石英顆粒含量很低時(shí)，壓實(shí)作用明顯較大，則不利于原生孔隙的保存。

7.結(jié)論

（1）自生綠泥石形成的兩個(gè)關(guān)鍵因素為物質(zhì)來源和沉積環(huán)境，其主要分布于具有富含鐵鎂、高孔、高滲的濱岸相、三角洲相以及河流相砂體中。（2）自生綠泥石在碎屑儲(chǔ)層中主要呈顆粒包膜、孔隙襯里、孔隙充填三中微觀賦存狀態(tài)。不同產(chǎn)出狀態(tài)的自生綠泥石形成于不同成巖階段：顆粒包膜綠泥石形成于機(jī)械壓實(shí)作用廣泛發(fā)生之前;孔隙襯里綠泥石形成于主壓實(shí)作用之后;孔隙充填綠泥石形成一般晚于前兩者。（3）自生綠泥石對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層物性的影響具有兩面性，主要取決于綠泥石和砂巖儲(chǔ)層本身的性質(zhì)，包括厚度及連續(xù)性、形成時(shí)間及產(chǎn)狀、碎屑顆粒結(jié)構(gòu)、巖屑類型及含量等方面。對(duì)儲(chǔ)層最具建設(shè)性意義的是厚度適中、連續(xù)性好的孔隙襯里綠泥石。

參考文獻(xiàn)：

[1]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(jī)制及其與儲(chǔ)層孔隙保存的關(guān)系[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，31（03）：273-281.

[2]?田建鋒，陳振林，凡元芳，等.砂巖中自生綠泥石的產(chǎn)狀、形成機(jī)制及其分布規(guī)律[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2008，27（02）：200-205.

[3] ?Heald M T. Authigenesis in West Virginia Sandstones[J]. Journal of Geology， 1950， 58（06）：624-633.

[4] ?Pittman E D， Lumsden D N. Relationship between chlorite coat- ings on quartz grains and porosity， Spiro Sand， Oklahoma[J]. Jour- nal of Sedimentary Research， 1968， 38（02）：668-670.

[5] Wilson E D P M D. Authigenic Clays in Sandstones： Recognition and Influence on Reservoir Properties and Paleoenvironmental Anal- ysis[J]. Journal of Sedimentary Research， 1977， Vol. 47（01）：3-31.

[6]?陳樹躍，龍海驤.砂巖儲(chǔ)層中粘土礦物對(duì)儲(chǔ)滲特性的影響[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，1983（03）：39-47.

[7] ?Hillier S， Velde B. Chlorite Interstratified with a 7 ? Mineral： An Example from Offshore Norway and Possible Implications for the Interpretation of the Composition of Diagenetic Chlorites[J]. Clay Minerals， 1992， 27（04）：475-486.

[8] Hillier S. Pore-Lining Chlorites in Siliciclastic Reservoir Sand- stones： Electron Microprobe， SEM and XRD Data， and Implica- tions for Their Origin[J]. Clay Minerals， 1994， 29（04）：665-679.

[9]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(jī)制[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，40（04）：20-28.

[10]Dowey P J， Hodgson D M， Worden R H. Pre-requisites， process- es， and prediction of chlorite grain coatings in petroleum reservoirs： A review of subsurface examples[J]. Marine & Petroleum Geology， 2012， 32（01）：63-75.

[11]朱平，黃思靜，李德敏，等.粘土礦物綠泥石對(duì)碎屑儲(chǔ)集巖孔隙的保護(hù)[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，31（02）：153-156.

[12]胡作維，李云，黃思靜，等.顆粒包膜在深埋藏砂巖儲(chǔ)層原生孔隙保存中的意義[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2012，31（06）：640-648.

[13]劉金庫，彭軍，劉建軍，等.綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)致密砂巖孔隙的保存機(jī)制——以川中-川南過渡帶包界地區(qū)須家河組儲(chǔ)層為例[J].石油與天然氣地質(zhì)，2009，30（01）：53-58.

[14]Remy R R. Porosity reduction and major controls on diagenesis of Cretaceous- Paleocene volcaniclastic and arkosic sandstone， Middle Park Basin， Colorado[J]. Journal of Sedimentary Research， Section A： Sedimentary Petrology and Processes; （United States）， 1994， 64：4 （4）：797-806.

[15]孫治雷，黃思靜，張玉修，等.四川盆地須家河組砂巖儲(chǔ)層中自生綠泥石的來源與成巖演化[J].沉積學(xué)報(bào)，2008，26（03）：459-468.

[16]伏萬軍.粘土礦物成因及對(duì)砂巖儲(chǔ)集性能的影響[J].古地理學(xué)報(bào)，2000，2（03）：59-68.

[17]Grigsby J D. Origin and Growth Mechanism of Authigenic Chlo- rite in Sandstones of the Lower Vicksburg Formation， South Texas [J]. Journal of Sedimentary Research， 2001， 71（01）：654-656.

[18]Ryan P C， Reynolds R C. The origin and diagenesis of grain- coating serpentine-chlorite in Tuscaloosa Formation sandstone， U. S. Gulf Coast[J]. American Mineralogist， 1996， 81（1-2）：213-225.

[19]Worden R H， Morad S. Chlorite Authigenesis and Porosity Preser- vation in the Upper Cretaceous Marine Sandstones of the Santos Basin， Offshore Eastern Brazil[M]// Clay Mineral Cements in Sandstones. Blackwell Publishing Ltd. 2009：289-316.

[20]Spoetl C， Houseknecht D W， Longstaffe F J. Authigenic chlorites in sandstones as indicators of high-temperature diagenesis， Arkoma Foreland Basin， USA[J]. Journal of Sedimentary Research， 1994， 64 （3）：553-566.

[21]劉林玉，曲志浩.新疆鄯善油田碎屑巖中的粘土礦物特征[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1998（05）：443-446.

[22]田建鋒，喻建，張慶洲.孔隙襯里綠泥石的成因及對(duì)儲(chǔ)層性能的影響[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2014，44（03）：741-748.

[23]丁曉琪，張哨楠，葛鵬莉，等.鄂南延長組綠泥石環(huán)邊與儲(chǔ)集性能關(guān)系研究[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，16（02）：247-254.

[24]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（03）：315-328.

[25]陳寶赟，李榮西，梁積偉，等.自生綠泥石及其對(duì)儲(chǔ)層物性影響研究——以鄂爾多斯盆地西南緣延長組為例[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2014，33（03）：389-394.

[26]田建鋒，陳振林，楊友運(yùn).自生綠泥石對(duì)砂巖儲(chǔ)層孔隙的保護(hù)機(jī)理[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2008，27（04）：49-54.

[27]Ehrenberg S N. Preservation of anomalously high porosity in deeply buried sandstones by grain-coating chlorite： Examples from the Nor- wegian Continental Shelf[J]. Aapg Bulletin， 1993， 77（07）：1260-1286.

[28]王清斌，李建平，臧春艷，等.遼中凹陷A21構(gòu)造沙四段儲(chǔ)層自生綠泥石產(chǎn)狀、富集因素及對(duì)儲(chǔ)層物性的影響[J].中國海上油氣，2012，24（05）：11-15.

[29]向芳，馮欽，張得彥，等.綠泥石環(huán)邊的再研究——來自鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組砂巖的證據(jù)[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016（01）：59-67.

[30]楊巍，陳國俊，張銘杰，等.鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長8油層組自生綠泥石對(duì)儲(chǔ)層物性的影響[J].巖性油氣藏，2012，24（03）：27-32.

[31]公繁浩，鮑志東，范正平，等.自生綠泥石對(duì)砂巖儲(chǔ)集層影響的新認(rèn)識(shí)[J].新疆石油地質(zhì)，2011（04）：338-341.

[32]孫全力，孫晗森，賈趵，等.川西須家河組致密砂巖儲(chǔ)層綠泥石成因及其與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層關(guān)系[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012，33（05）：751-757.

[33]劉成林，朱筱敏，朱玉新，等.不同構(gòu)造背景天然氣儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化特點(diǎn)[J].石油與天然氣地質(zhì)，2005，26（06）：746-753.

[34]鐘廣法，林社卿，侯方浩.泌陽凹陷核三下亞段砂巖成巖作用及儲(chǔ)集性[J].礦物巖石，1996（02）：40-46.