鄂尔多斯盆地东北部太原组储层砂岩中粘土矿物特征及成因

摘要

运用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析、偏光显微镜等手段，对鄂尔多斯盆地东北部太原组储层砂岩中粘土矿物进行了综合讨论。研究结果表明，富岩屑贫长石的岩石骨架颗粒特征（即岩石基本类型）是该区自生粘土矿物成岩演化后的最终物质表现。研究区储层砂岩中可识别的粘土矿物主要有伊利石、高岭石两种。薄片观察发现高岭石存在两种赋存状态：多种形态紧密堆积于粒间呈假杂基状，呈分散质点的板片状、书页状分布于次生孔隙；自生伊利石主要有网状伊利石（包括粒内粘土和网状粘土）、丝缕状、书页状，赋存于次生孔隙之中。 58个XRD分析数据与396个薄片鉴定数据均显示有三种粘土矿物组合方式：单一伊利石组合、伊利石+高岭石组合和单一高岭石组合。根据更有统计意义的396个薄片鉴定数据，单一自生伊利石组合是研究区太原组储层砂岩中最主要的粘土矿物组合（占总数的71.46％）。 研究区内粘土矿物的平面分布表现出北部井主要发育高岭石+伊利石组合，南部井主要发育单一伊利石组合的趋势，但部分井与趋势不和，表明了除沉积相控制因素外，成岩作用也影响了粘土矿物分布；粘土矿物的纵向分布特征说明了：研究区太原组储层砂岩中粘土矿物具有与上部地层不同的沉积、成岩作用过程。 在总结前人研究成果的基础上，从成岩系统的反应物、埋藏条件、热力学（部分动力学）控制等角度出发，根据扫描电镜图片、薄片照片及能谱分析得出：研究区太原组储层砂岩中高岭石主要形成于早成岩阶段，少量残余粒间孔中的高岭石形成时间相对较晚，在储层物性相对较好的环境，存在部分高岭石向地开石转化，但高岭石伊利石化过程阻止了地开石的继续生长。 深埋藏封闭体系中，钾长石+高岭石—→伊利石+硅质的反应过程是自生伊利石形成的主要机制，这个反应必须分为两个阶段完成：首先为钾长石溶解提供钾离子，然后钾离子与高岭石发生反应生成伊利石和石英。而钾长石溶解提供钾离子的也有两个途径：钾长石+H+—→高岭石+K++Si4+，钾长石+H+—→伊利石+K++Si4+，且热力学分析表明这两个途径的ΔG值差别很小，因而都可以为高岭石伊利石化提供钾离子的来源。基于上述分析，考虑成岩作用的复杂性，认为无论钾长石供应充分与否，钾长石+高岭石—→伊利石+硅质的反应过程不仅产生单一伊利石的粘土组合，也有可能产生高岭石+伊利石的粘土矿物组合，形成现今的研究区太原组储层砂岩的粘土矿物组合类型。 根据粘土矿物组合主要为单一伊利石的组合特征（71.46％）及储层砂岩中极其贫乏长石的岩石学特征，认为钾长石+高岭石—→伊利石+硅质的反应过程是研究区太原组储层砂岩自生伊利石形成的主要机制。结合自生伊利石与面孔率之间的关系的讨论，认为自生伊利石的形成促进了次生孔隙的发育，自生伊利石形成过程中伴随的钾长石溶解是研究区太原组储层砂岩次生孔隙形成的主要机制。