绿泥石沉淀对碎屑岩储层影响作用和研究进展

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绿泥石对碎屑岩储层的影响和研究进展
学院：沉积地质研究院
老师：时志强
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目录
一、研究现状 (1)
二、绿泥石的形成 (3)
2.1 绿泥石形成环境 (3)
2.2 绿泥石形成的主要产状 (4)
三、绿泥石对储层的影响 (5)
3.1环边绿泥石对储层的有利影响 (5)
3.2 绿泥石对储层的影响 (8)
四、结论 (9)
摘要
本学习报告主要通过查阅前人的专著和文献，来了解和学习与“绿泥石对碎屑岩储层的影响”有关的知识。

通过学习我们可以发现，前人对绿泥石的研究由来已久，绿泥石对储层的影响也在生产实践中引起了大家的广泛关注和重视；其次，绿泥石的产出主要有两种形式：垂直于颗粒或孔隙边缘生长的环边绿泥石、自生绿泥石；最后，绿泥石对储层的影响是双方面的，环边绿泥石对储层具有建设性保护作用，而自生的绿泥石则堵塞孔隙和喉道，不利于形成渗透率高的储层。

关键词：绿泥石储层孔隙度渗透率
一、研究现状
早在上世纪六十年代，Healdmt等（1960）就己经注意到了以颗粒包膜形式存在的自生绿泥石对储层孔隙的保护作用。

目前自生绿泥石对储层砂岩孔隙，尤其是对深埋藏条件下砂岩储层中原生孔隙的保护作用的观点逐渐得到越来越多的国外学者的认可（Pittman & Lumsden，1968；Dutton，1977；Thomson，1979；Tillman&Almon，1979；Larese et al.，1984；Dixon et al.，1989；Pittman，1992；Salman et al.，2002；Bloch S et al.，2002；Billault et al.，2003；Bergen et al.，2009；柳益群和文厚，1996；黄思静等，2004a，2004b；田建锋等，2008a，2008b；治雷等，2008；弘等，2008；丁晓琪等，2010），以孔隙衬里、颗粒包膜或环边等形式存在的形成于较早成岩阶段的自生绿泥石可提高岩石的机械强度和抗压实能力以及阻止或抑制石英的胶结作用，从而达到对原始粒间孔隙的保存具有积极作用。

自生绿泥石的研究也是一个非常有“生命力”的课题，一直以来倍受众多学者的青睐，可谓长盛不衰，历久弥新，国外均有新近的有关绿泥石的研究成果。

国外关于绿泥石的最新研究包括：1）Bergen等（2009）关于巴基斯坦Sawan气田白垩系砂岩中绿泥石胶结物对孔隙保护作用的研究；2）Inoue等（2009）探讨了低温三八面体绿泥石在化学地温测量方面的应用；3）Zanazzi等（2009）通过X射线衍射分析进行了有关绿泥石热化学习性的研究；4）Billault等（2003）对于砂岩储层中颗粒包膜绿泥石的毫微岩相学和结构的研究等。

而国近年来对自生绿泥石的关注亦比较多，对绿泥石的物质来源、形成机制以及与储层发育的关系等进行了诸多的研究和探讨，如（1）黄思静等（2004a）总结了鄂尔多斯盆地三叠系延长组和盆地须家河组砂岩中以孔隙衬里方式产出的绿泥石的主要特征，对在砂岩储层发育与演化过程中绿泥石与储层的关系进行了研究，并认为以孔隙衬里形式存在的自生绿泥石从以下三个方面使砂岩的孔隙得以保护：①绿泥石环边的形成会显著提高岩石的机械强度和抗压实能力。

②绿泥石环边的形成抑制石英的胶结作用。

③自生绿泥石将其所占据的粒间孔隙中的一部分转变成了晶间孔隙；（2）治雷等（2008）对“盆地须家河组砂岩储层中自生绿泥石的来源与成岩
演化”进行了研究；（3）田建锋等（2008a，2008b对“自生绿泥石对砂岩储层孔隙的保护机理”以及“砂岩中自生绿泥石的产状、形成机制及其分布规律”的研究；金库等（2009）以川中——川南过渡带包界地区须家河组储层为例对绿泥石环边胶结物对致密砂岩孔隙的保存机制的探讨；（4）丁晓琪等（2010）对鄂南延长组绿泥石环边与储集性能关系研究等。

纵观国外与自生绿泥石的研究容和研究成果，目前在储层砂岩的成岩过程中与自生绿泥石有关的研究容主要集中在如下几个方面：
1）自生绿泥石的赋存状态及分布状况；
2）自生绿泥石沉淀流体的来源；
3）自生绿泥石形成的时间或者期次；
4）自生绿泥石对孔隙（尤其是原生孔隙）的保存机制；
5）自生绿泥石的热力学和动力学机制研究。

虽然有关绿泥石的研究一直倍受国外众多学者的青睐和关注，对于绿泥石的研究也一直是国外研究的热点，前人对绿泥石的含量、赋存状态、形成条件、物质来源，及其绿泥石与其它矿物的伴生关系、以及绿泥石对孔隙的保护机理及其影响因素等进行了大量的研究，具有重要的理论意义和实践意义，但是仍有一些问题尚未形成统一的认识，目前关于绿泥石的研究仍然存在有争议或有待解决的问题，如（1）进行储层质量评价时，自生绿泥石对储层质量的影响仍然停留在对孔隙（尤其是原生孔隙）具有保护作用的定性化阶段，而尚未有更深入地定量地探讨自生绿泥石对储层物性以及微观孔隙结构等方面的影响，这也是本文选题的初衷和重要依据之一；（2）虽然以孔隙衬里形式存在的自生绿泥石在保护孔隙（尤其是原生孔隙），改善储层物性方面的重要作用得到越来越多学者的认同，但也有部分学者从渗透率角度认为绿泥石环边对储层具有负面影响，如林玉等（1998）认为绿泥石对孔隙喉道的堵塞，导致了储层渗透率大幅度降低；钟广法等（1996研究认为自生绿泥石主要形成于晚成岩期，缩小孔隙，堵塞喉道，从而导致砂岩储集性特别是渗透性变差；曾伟（1996对强凹陷上侏罗统成岩作用
及储分布研究时也指出，绿泥石主要呈纤维状垂直颗粒生长形成垂直衬垫，其形成与火山岩屑的蚀变有关，绿泥石的生长方式和在孔喉处的桥接，对储层的渗透率有很大影响，使得储层即使有较高孔隙度（20%左右），渗透率仍很低；（3）众多学者均认为自生绿泥石的形成时间较早，而其生长结束的时间一般不应晚于石英的次生加大或碳酸盐的胶结作用。

但对自生绿泥石形成的开始时间，则存在两种观点：一种观点认为是沉积物刚刚沉积下来就有绿泥石的形成；另外也有人认为自生绿泥石形成于经历了初始压实阶段之后（Bergen etal.，2009 ）；（4）很少人质疑绿泥石抑制石英加大的作用，但其机制却存在争议：Ehrenberg （1993）、柳益群和文厚（1996、黄思静等（2004a）认为自生绿泥石从空间上将自生石英的结晶基底（颗粒表面）与孔隙流体隔离，从而抑制了石英次生加大；而Billault （2003）认为绿泥石没有使颗粒表面与孔隙流体隔离，他认为自生石英具有很强的向孔隙生长的性质，只有具有相对充分的空间时才能次生加大，而孔隙衬里绿泥石则通过占据孔隙空间来抑制石英的次生加大。

二、绿泥石的形成
2.1 绿泥石形成环境
绿泥石为富铁、镁硅酸盐矿物，形成于富铁的碱性环境[1]，其成因大致可归纳为以下几种：①富铁、镁矿物的早期水解释放大量铁、镁离子，有利于早期绿泥石的形成；②中晚成岩期粘土矿物在富铁的条件下转化为绿泥石；③黑云母、角闪石等矿物的蚀变形成绿泥石。

许多研究表明早期绿泥石的生成与早期微咸水—半咸水环境密切相关，而河流向微咸湖泊推进的三角洲前缘是早期绿泥石形成的有利部位[2]。

元素分析结果表明，富铁、镁泥岩在粘土矿物脱水期排出的流体富含Fe2+、Mg2+离子，而这些离子是储集层中绿泥石形成的重要物质条件。

测试资料表明，研究区沙四段储层为强超压系统，压力系数可达到 1.7，研究区异常高压的成因主要是欠压实、粘土矿物脱水和有机质生烃作用[3]，而较好的泥岩封盖条件也是储集层超高压形成的重要条件[4]。

在超高压的封闭成岩
系统，由于富含有机质的酸性水与富铁镁的火山岩岩屑反应所产生的Fe2+、Mg2+等金属离子不能被有效迁出系统，导致铁、镁等金属离子的富集，从而改变了孔隙介质组成和性质，而富铁、镁的碱性环境有利于绿泥石的形成，也有利于高岭石、蒙脱石等粘土矿物向绿泥石转化。

2.2 绿泥石形成的主要产状
根据自生绿泥石晶体的排列方式及其与颗粒的接触关系，可以将绿泥石分为三种，即颗粒包膜绿泥石、孔隙衬里绿泥石和玫瑰花状泥绿石（Jeffry and Grigshy，2001）。

1、颗粒包膜绿泥石
这种产状的绿泥石厚度小，主要分布于颗粒表面，在孔隙接触处，垂直或斜交于颗粒表面，而在颗粒与颗粒接触处，平行与颗粒表面（Billaultet al ，2003），由于其晶体小，仅在衬里绿泥石脱落处可见（图la）。

2、孔隙衬里绿泥石
是大多数绿泥石的产出形式，呈栉壳状包裹颗粒（图la），只生长于孔隙接触的颗粒表面。

这种绿泥石晶体呈竹叶状垂直于颗粒表面向孔隙中心方向生长，越接近孔隙，自形程度越好，叶片越疏，研究区衬里绿泥石的厚度普遍在3—8um，个别可达10um。

3、玫瑰花状绿泥石
这种产状的绿泥石常见，但含量并不多，直接覆盖在颗粒表面或衬里绿泥石表面，自形程度高，呈玫瑰花状集合体，常分布在大孔隙中（图1b）。

图1b．玫瑰花状绿泥石
图1a．在孔隙衬里绿泥石脱落处可见颗粒包
膜绿泥石晶粒小，晶型差
三、绿泥石对储层的影响
3.1环边绿泥石对储层的有利影响
1、阻止其他胶结物在孔隙中沉淀
薄片观察发现，绿泥石环边胶结的孔隙后期胶结物含量少，且无石英加大现象和晚期碳酸盐胶结现象。

绿泥石环边胶结物可抑制石英次生加大，其原理主要是通过阻止富含Si02的孔隙流体在碎屑石英表面成核，进而阻止共轴再生胶结物的形成（图2）。

有绿泥石环边胶结发育的储层，其粒间亦不发育方解石胶结，但并不意味着没有可沉淀的碳酸盐胶结物在储层流体中出现。

通过薄片观察，发现绿泥石环边保护的储层，部分长石被晚期铁方解石交代（图3a）。

图2 川西坳陷须家河组绿泥石与次生硅质特征
a.CG561井，4992.5m，单偏光，对角线长1.44mm；
b.CG561井，4993.4m，单偏光，对角线
长1.44mm
2、缓解压实作用并抑制压溶作用
绿泥石作为早期压实作用较弱时沉淀的自生矿物，可以在一定程度上缓解后期的压实作用，但效果有限，其主要贡献在于阻止了压溶作用。

压溶作用是在石英颗粒接触面上发生的一种物理化学反应，而绿泥石环边的存在使得石英颗间接触面积大大降低，从而抑制了压溶作用的发生。

从颗粒间的接触关系可以看出，含有绿泥石环边的储层，其颗粒间接触关系主要表现为点—线接触（图4），而不发育绿泥石环边的储层则普遍表现为凹凸的线—线接触（图3b）。

压溶的石英会以某种方式沉淀在孔隙中，绿泥石环边由此减少了次生硅质沉淀的原料供给，在这种既减少了压溶、减孔又抑制了胶结作用的双重保护下，使得原生孔隙得以保存。

图3 川西坳陷须家河组绿泥石环边与不含绿泥石环边储层对比
a.CG561井，4992.5m，单偏光，对角线长1.44mm；
b.CG561井，5001.0m，单偏光，对角线
长1.44mm
3、促进溶蚀作用
在致密砂岩储层中，当溶蚀流体大量生成时多数储层己较为致密，孔隙不发育，储层流通性差，溶蚀流体无法顺利进入储层。

但在原生孔发育的绿泥石环边储层中，溶蚀流体可以顺利通过原生粒间孔及绿泥石晶间孔进入储层，并对其进行改造，镜下观察发现，绿泥石环边胶结的储层中，次生溶孔发育，部分长石被完全溶蚀只留下了绿泥石包壳（图4b）。

图4 川西坳陷须家河组储层绿泥石特征
a.CG561井，4991.3m，单偏光，对角线长0.75mm；
b.CG561井，4992.1m，单偏光，对角线
长1.44mm
3.2 绿泥石对储层的影响
钟广法[5]等研究认为，自生绿泥石主要形成于晚成岩期，多以孔隙衬边形式出现，既缩小孔隙又堵塞喉道，从而导致砂岩储层物性变差，尤其使渗透性变差，其含量与渗透率呈弱的负相关性；曾伟[6]研究认为，绿泥石垂直颗粒生长，其形成与火山碎屑的蚀变有关，其生长方式以及与孔喉处的桥接对储层渗透率有很大的负而影响；林玉[7]等研究认为，绿泥石包绕碎屑颗粒，使喉道直径减小，导致碎屑岩渗透率大幅度降低；兰叶芳[8]等排除孔隙构成、粘土矿物类型、粘土矿物含量、孔隙度变化等影响因素，通过研究表征孔隙结构的各参数变化情况认为，由于绿泥石含量增加而使孔隙度升高的砂岩具有显著低的渗透率，自生绿泥石含量和渗透率之间呈明显的负相关关系。

原因是随着砂岩中自生绿泥石含量的增加，喉道分选性变好，粗喉道的数量减少，以孔隙衬里形式存在的自生绿泥石会堵塞或减小喉道。

影响储层渗透率的因素较多，为了排除其他因素的影响，可以通过研究相同孔隙度条件下，绿泥石含量不同的储层其渗透率的变化，来确定绿泥石对渗透率的影响。

如图5所示，绿泥石多出现在孔隙度较大的样品中，这也说明绿泥石对孔隙具有保护作用。

当孔隙度小于9%时，绿泥石的含量与渗透率变化的关系不
图5 绿泥石含量与渗透率关系
明显；然而，当孔隙度大于9%，在孔隙度分别为9%—10%，10%—11%，11%—12%时，绿泥石的含量越高，渗透率越低，说明绿泥石具有降低渗透率的作用，其含量与渗透率呈负相关性。

虽然，绿泥石胶结物有利于原生孔隙的保存，但作为颗粒包膜的绿泥石在抑制石英次生加大而保留更多原生孔隙空间的同时，也占据了喉道的空间，从而使储层的渗透率降低，这就最终造成虽然提升了孔隙度却降低了渗透率。

四、结论
本文通过查阅他人文献和资料，了解到了有关绿泥石对碎屑岩储层影响作用的一下几点结论：
1、首先，绿泥石对储层储集性能的影响包括两个方面，一方面是对储层孔隙具有建设性的影响；另一方面是不利于形成良好的储集空间。

2、绿泥石对储层的建设性影响主要是通过环边绿泥石抑制其它胶结物沉淀（如：抑制石英的次生加大）、增强颗粒的抗压实能力和给流体提供更好的流动空间来实现的。

3、绿泥石对储层的破坏主要是因为自身绿泥石对通道的堵塞，而降低了孔隙之间的连通性，从而降低了渗透率。

参考文献
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