川西前陆盆地深层致密砂岩储层中自生高岭石差异胶结成因机制研究——以上三叠统须家河组三段为例

川西前陆盆地须三段（Xu3 Member）致密砂岩储层存在南北区域自生高岭石（kaolinite）胶结差异现象。研究人员通过铸体薄片、SEM-XRD-CL联用、流体包裹体均一温度及碳氧同位素等技术，揭示高岭石两期胶结成因：早期源自含煤地层腐殖酸溶解长石/岩屑，晚期受有机酸脱羧作用驱动。研究发现南北差异主因钾长石含量与碳酸盐胶结对K+、Fe2+、Mg2+的分配调控，为前陆盆地深层优质储层预测提供理论依据。

　　

在油气勘探领域，前陆盆地（foreland basin）因其丰富的烃类资源被称为"油气聚宝盆"，但深埋藏条件下的致密砂岩储层（tight sandstone reservoirs）却如同"密匣"般难以破解。川西前陆盆地（WSFB）须家河组三段（Xu3 Member）储层埋深普遍超过4500米，其自生高岭石（authigenic kaolinite）的"南北分异"现象长期困扰勘探人员——北部高岭石晶形完整如"书册堆叠"，南部却多见伊利石（illite）和绿泥石（chlorite）的"改头换面"。这种差异究竟受何种地质密码操控？中国石油勘探开发研究院的Mingjie Liu团队在《Marine and Petroleum Geology》发表的研究，如同地质侦探般揭开了这一谜团。

研究采用多尺度技术联合作战：铸体薄片（cast thin section）和阴极发光（CL）锁定矿物空间分布，扫描电镜（SEM）捕捉高岭石"容貌特征"，X射线衍射（XRD）定量矿物组成，流体包裹体均一温度（homogenization temperatures）测定成岩"体温"，碳氧同位素（C—O isotopes）追溯流体来源，微量元素（trace elements）解析离子迁移轨迹。

岩性特征揭示南北储层"基因差异"：北部以岩屑砂岩（litharenite）为主，钾长石（K-feldspar）含量不足2%，碳酸盐胶结（carbonate cement）占比高达18.7%；南部岩屑-亚岩屑砂岩（sublitharenite）钾长石含量达4.5%，碳酸盐胶结仅9.3%。这种差异如同为后续成岩反应埋下"化学定时炸弹"。

自生高岭石期次通过包裹体测温被解码为两幕大戏：早期（90-110°C）高岭石与石英加大边（quartz overgrowths）共生，对应晚三叠世煤系地层（coal-bearing strata）腐殖酸（humic acids）对长石的溶解；晚期（130-150°C）高岭石与铁白云石（ankerite）伴生，受控于有机质成熟释放的有机酸（organic acids）。

差异胶变成因机制的破译堪称地质版"蝴蝶效应"：南部富钾长石溶解释放海量K⁺离子，而贫碳酸盐胶结导致Fe²⁺/Mg²⁺滞留流体，促使高岭石"华丽转身"为伊利石/绿泥石；北部因钾长石匮乏且碳酸盐胶结"吞噬"Fe²⁺/Mg²⁺，使高岭石得以"容颜永驻"。这种离子浓度（K⁺/Fe²⁺/Mg²⁺）的微摩尔级差异，最终造就储层物性（porosity-permeability）的千米尺度分异。

该研究如同为致密砂岩储层装上"预测导航"：北部高岭石富集区因次生孔隙（secondary porosity）发育更可能成为"甜点区"，而南部伊利石化（illitization）区域需警惕孔隙堵塞风险。这一发现不仅解开前陆盆地深层"矿物分异密码"，更为全球类似盆地（如加拿大西部前陆盆地）的深层勘探提供"地质罗盘"。正如研究者所言，深埋藏储层中看似微小的成岩反应（diagenetic alteration），实则是控制万亿立方米天然气能否"破茧成藏"的关键钥匙。