深层高岭石的发育特点、形成转化机理及其研究意义

46
3
44
30
12
3700.47 Es4 21
35
7
37
30
8
油层
YD341 3709.6 Es4 6
43
3
48
50
10
3712.4 Es4 5
46
3
46
50
23
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2 深层高岭石的形成转化机理
高岭石自身有以下特点[6]：它在酸性成岩场中容易产生和保存；它的转化易受油气充注 的影响，油气充注对其转化具有阻碍作用；随着埋藏深度的增大，温度的升高，以及成岩场 向弱碱性的转变，高岭石容易向伊利石和绿泥石转化。根据这些特点，再结合本地区的成岩 场变化[10，11]，本研究区的高岭石转化大致可以分为四个阶段（图 6）（以渤南洼陷沙四段储 集层为例）：
5
28 33
20
8
4017.2 Es4 39
6
36 19
20
Y172 4019.68 Es4 28 29 29 14
30
4
油层
4
4020.9 Es4 24 14 22 40
20
6
4023.9 Es4 55
5
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0
0
5
4038.4 Es4 44
14 42
0
0
4
4071 Es4 40
18 42
0
0
5
4073.5 Es4 9
通过薄片观察、扫描电镜观察和能谱分析发现（图 2），研究区的深层自生高岭石在岩 心和薄片观察中很难辨别，通过扫描电镜和能谱分析能很好的识别，它的晶形并不完美，常 常出现假六边形晶体扭曲变形、残缺的现象；高岭石的发育一般出现在中细粒到中粗粒的长 石砂岩中，砂岩的粘土矿物总含量低于 10%；高岭石的发育一般伴随着长石的溶蚀、方解 石的溶蚀，石英的次生加大和大量的次生溶蚀孔隙（图 2A-D）；高岭石发育带附近的砂岩层 中(图 2E-F)常见高岭石向伊利石和绿泥石转化的现象，高岭石含量相对变低，并且常常伴生 有自生的碳酸盐晶体。
笔者通过对渤南洼陷深部下第三系碎屑岩储层中的高岭石发育特点进行研究，结合其成 岩场特点进行分析，认为高岭石发育与储层的物性关系密切，并且发现在深部储层中高岭石 的高值带与工业油层有良好的对应关系。
1 深层高岭石的发育特点
渤南洼陷是胜利油区的一个三级负向构造单元，北以埕南断裂带与埕东凸起相接，南 邻陈家庄凸起斜坡带，西以义东、罗西断裂与义和庄凸起相连，东以孤西断层与孤北洼陷、 孤岛凸起相邻，渤南洼陷为一西北陡、东南缓、北东走向的箕状断陷盆地（图 1）。
40 11 40
20
29
3405.64 Es3 2
52
6
40
20
2
3407.6 Es3 3
61
6
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3
3411.2 Es3 8
61
8
23
20
Y942 3417.7 Es3 32
31
6
31
20
2
9
油层
3458.39 Es3 4
53
4
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2
3462.39 Es3 2
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4
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20
3
3699.1 Es4 7
图 6 渤南洼陷下第三系深部碎屑岩储集层中高岭石的形成转化模式图 Fig.6 The modle showing kaolinite from production to tranformation in the Eogene clastic
reservoirs of Bonan sub-sag
2.1 沉积高岭石向伊利石转化阶段
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深层高岭石的发育特点、形成转化机理及其研究意义1
陈鑫 1 ，袁静 1，张善文 2，钟建华 1，聂可可 2
1. 中国石油大学（华东）地球资源与信息学院，山东东营（257061） 2. 中石化股份胜利油田分公司，山东东营（257061）
E-mail：cx_3075@163.com
17
9
57
20
15
3593.21 Es4 12
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5
62
20
20
3594.37 Es4 44
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7
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20
6
油层
3604.46 Es4 2
35
2
61
20
30wk.baidu.com
Y160 3608.93 Es4 16
20
27
37
20
9
3612.02 Es4 20 13 33 34
20
9
油层
3613.02 Es4 12 25 17 46
摘 要：通过对渤南洼陷下第三系沙三段和沙四段的岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜、粘土 矿物 X—衍射、岩心物性和含油级别分析测试，发现深部碎屑岩储层中的高岭石主要是由长 石的溶蚀产生的，高岭石的发育是高物性储层和饱和油层出现的重要标志。深部碎屑岩储层 中的高岭石形成于酸性流体和长石相互作用的酸性成岩场中，保存在油气充注形成的惰性成 岩场中，在弱碱性成岩场中迅速向伊利石和绿泥石转化。深部碎屑岩储层中的高岭石研究有 利于油气的勘探和开发，有利于动态分析油气成藏和成岩场。 关键词：渤南洼陷，下第三系，高岭石特征，形成转化机理，研究意义
26
3
53
20
14
3448.34 Es4 26
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44
L67 3448.87 Es4 95
1
2
2
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4 油层
3450.77 Es4 39
17
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3559 Es4 40 15 10 35
20
10
XYSh9 3559.25 Es4 20
16
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55
20
13 油层
3563.3 Es4 17
1本课题得到国家“十五”科技攻关项目(2001BA605A09)的资助。 -1-
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图 1 渤南洼陷区域位置图及研究钻井分布 Fig.1 The location of the Bonan sub-sag and well distribution
1.1 深层高岭石的形成转化特点
Fig.5 Relationship between kaolinite and oil-bearing level in the Eogene clastic reservoirs of Bonan sub-sag
1.3 深层高岭石发育是工业油层出现的重要标志
通过粘土矿物 X-衍射资料和试油资料的对比研究发现，在研究区的下第三系深部碎屑 岩储集层中，相对于上、下层段，高岭石含量出现相对高值的储集层与工业油层有很好的对 应关系（表 1）；并且发现，高岭石相对含量越高的地层含油级别越高，出现富含油和油浸 的现象越多（图 5）。
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2.2 自生高岭石大量产生阶段
随着埋深的增加，有机质进入生物化学生气阶段，在生物化学气产生的过程中，一方 面产生了大量的羧酸和 CO2，另一方面导致烃源岩内部的压力急剧增加，形成异常高压带。 此时由于 “成岩耗水作用”[5]的影响，在储集层砂岩中表现为异常低压。在烃源岩和储集层 之间存在较大的压力差，溶解有羧酸和 CO2 的酸性孔隙流体[13]在压力作用下很容易进入储 集层，使储集层中的成岩场逐渐转变成酸性。本研究区酸性孔隙流体对储集层的影响通常可 以分为以下 4 个带（图 7）：
图 4 渤南洼陷下第三系深部碎屑岩储集层中 高岭石含量与粘土矿物总含量之间的关系 Fig.4 Relationship between kaolinite and clay mineral in the Eogene clastic reservoirs of Bonan sub-sag
图 5 渤南洼陷下第三系深部碎屑岩储集层 中高岭石含量与含油级别之间的关系
高岭石是砂岩储层中最常见的自生粘土矿物之一，通常出现在溶蚀孔隙或溶蚀裂缝中， 其发育程度与储层物性和油气聚集关系密切，受到了石油地质学家和矿物学家的普遍关注 [l]。但迄今为止，这方面的观点仍是众说纷纭。有学者认为，它的出现往往会导致岩石粒间 孔隙被充填，使得储层物性变差[2-3] ；但也有学者指出，作为砂岩储层中长石的蚀变产物[4-5]， 高岭石的出现意味着溶蚀作用的发生，所以是有利储集层发育的标志[6-7]；还有学者认为， 高岭石的存在对砂岩储集层物性无明显影响[8]；甚至有学者在联系动态环境的基础上提出， 高岭石在流体活动强度大、渗流速度高时易于迁移使储层物性得到改善，反之高岭石则倾向 于原地沉淀，储层物性变差[9]。笔者认为出现以上多种观点的原因一方面可能是不同地区在 不同埋藏深度上高岭石所处的成岩场不同，另一方面可能是流体在流动的过程中对高岭石的 产生和聚集有不同的影响。
reservoirs of Bonan sub-sag
（B）高岭石大量产生和迁移带，镜下观察发现研究区的储集层多为长石砂岩和长石质
岩屑砂岩，而碱性长石在酸性成岩场的影响下很容易蚀变形成高岭石[5,6,14,15]：
3KAlSi3O8+2CO2+3H2O=Al2Si2O5(OH)4(高岭石)+2K++2HCO3-+4SiO2
1.2 深层高岭石发育是高物性储层的重要标志
通过岩心物性分析和粘土矿物 X-衍射分析对比（图 3）发现，垂向上研究区的高岭石 的含量高低和孔隙度、渗透率的大小具有明显的对应关系；高岭石含量和伊利石的含量呈互
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补趋势；高岭石和绿泥石的峰值具有明显的对应关系；高岭石相对含量与粘土矿物总含量具 有明显的负相关关系（图 4）。这与前人对本地区研究中提到的[10] “高岭石的大量出现是孔 隙度发育的一个标志”相符。
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表 1 渤南洼陷下第三系深部碎屑岩储集层中高岭石出现异常高值的统计结果 Tab.1 Statistics of abnormal high kaolinite in the Eogene clastic reservoirs of Bonan sub-sag
图 3 渤南洼陷下第三系深部碎屑岩储集层中高岭石含量与物性、伊利石、绿泥石之间的垂向对比图 Fig.3 Comparision of physical property, illite, chlorite and kaolinite in the Eogene clastic reservoirs of Bonan sub-sag
(a)
2KAlSi3O8+2CH3COO-+2H2O+2H+=Al2Si2O5(OH)4+4SiO2+2CH3COOK
（A）过滤带，在靠近烃源岩的储集层中，由于成岩场的变化，孔隙流体中的泥质胶体 很容易发生沉淀，薄片观察中常常发现颗粒表面有泥质薄膜状泥晶套出现。在这个区域中， 长石被泥质膜状胶结物包裹溶蚀较少，高岭石产生较少，而且这个区带孔隙流体流动速率高， 流体的搬运能力强，高岭石也易于被迁移。
图 7 酸性成岩场中高岭石的形成和迁移模式图 Fig.7 The modle showing kaolinite from preduce to migration in the Eogene clastic
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图 2 渤南洼陷下第三系深部碎屑岩储集层中高岭石的微观特征 Fig.2 Microcosmic characteristic of kaolinite in the Eogene clastic reservoirs of Bonan sub-sag
层 高岭 伊利 绿泥 伊蒙 伊蒙混层 粘土 试油
井号
井深 位 石
石 石 混层
比
总量 结果
3264.5 Es4 22
29
4
45
20
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3265.7 Es4 26
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4
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20
10 油层
BG1 3266.4 Es4 25
24
6
45
20
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3267.4 Es4 34
21
4
41
20
9
3268.2 Es4 18
20
16
2999.3 Es4 12
51
4
33
20
29
Y171 3031.25 Es4 52
30
2
16
20
9
油层
3033.8 Es4 13
53
4
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30
3997.2 Es4 51
1
33 15
20
6
4014.5 Es4 37
3
31 29
20
5
4016 Es4 38
8
33 21
15
7
4016.7 Es4 34
研究区在沙四段沉积期受早期弱碱性成岩场主导，通过岩心观察可以发现，该区沙四 段上亚段广泛发育膏岩层，沉积环境属于干旱的深盆浅水的蒸发环境[12]，在蒸发环境下孔 隙水一般表现为弱碱性。这种弱碱性成岩场不利于高岭石的产生和保存，沉积形成的高岭石 比较少，并且容易向伊利石转化。通过实际的薄片观察、扫描电镜观察、岩心物性分析和粘 土矿物 X—衍射分析表明，高岭石一般发育在粘土矿物含量较少，原始物性较好的长石砂岩 和长石质岩屑砂岩中；在粘土矿物含量较高的杂砂岩中，伊利石占主导地位。因而，认为沉 积形成的高岭石在早期的弱碱性成岩场影响下已经转化为伊利石，本地区目前所观察到的高 岭石是成岩作用过程中产生的。