绿泥石及其对中国四川盆地西南部上沙溪庙组致密砂岩储层性质的影响

《Journal of Asian Earth Sciences》：Chlorite and associated influence on reservoir properties in tight sandstones of the Upper Shaximiao Formation, SW Sichuan Basin, China

次生绿泥石广泛分布于四川盆地沙溪庙组上段致密砂岩储层中，其形成机制与储层质量关系密切。通过研究揭示绿泥石呈现三种形貌类型：颗粒包覆型（Mg-绿泥石）、孔隙衬垫型（Mg-或Al-绿泥石，主导类型）和孔隙充填型，并区分了不同成岩阶段（ syndiagenesis至eodiagenesis A期、eodiagenesis B期、晚中成岩作用A期）的成因差异。绿泥石对储层具有双重效应：颗粒包覆型和致密衬垫型可增强砂岩强度并抑制次生石英生长，而厚衬垫型和充填型会降低孔隙度和渗透率。研究成果为致密砂岩甜点区预测提供地质依据。

　　在西南部四川盆地的上沙溪庙组中，自生绿泥石广泛分布，是致密砂岩储层中的重要矿物成分。对这类绿泥石的成因及其对储层质量的影响进行深入研究，对于天然气勘探具有重要意义。本文系统地探讨了自生绿泥石的分布特征、形成机制及其对储层质量的影响。研究中识别出三种主要的绿泥石形态：粒间包膜型、孔隙衬里型（占主导地位）以及孔隙填充型。化学成分分析表明，粒间包膜型绿泥石主要由镁绿泥石组成，而孔隙衬里型和孔隙填充型则主要由镁绿泥石或铝绿泥石构成。自生绿泥石的形成条件通常是在中低温和低氧/硫逸度环境下进行的。粒间包膜型绿泥石的形成发生在同沉积至早成岩A期，其形成机制包括在高能水动力条件下，绿泥石前驱体通过吸附沉淀作用在碎屑颗粒表面沉积，或是由蒙脱石转化而来。孔隙衬里型绿泥石则主要形成于早成岩B期，其铁和镁来源于黑云母和基性碎屑颗粒的分解。孔隙填充型绿泥石则形成于晚期中成岩A期，其来源与孔隙衬里型相似，同时还表现出直接伊利石转化的路径。自生绿泥石对储层性质的影响具有双重性，粒间包膜型绿泥石以及薄而连续的孔隙衬里型绿泥石有助于增强砂岩的强度并抑制次生石英的生长，而厚层的孔隙衬里型绿泥石和孔隙填充型绿泥石则通过占据孔隙空间而降低孔隙度和渗透率。通过研究自生绿泥石的形成与储层演化之间的关系，本文为预测上沙溪庙组致密砂岩储层中的优质区域提供了科学依据。

随着全球对油气资源需求的不断上升，非常规致密砂岩储层因其巨大的资源潜力而受到石油公司和研究人员的广泛关注。这类储层通常具有高异质性和显著的储层质量变化，因此，准确评估其储层特性对于油气勘探和开发至关重要。许多研究表明，富含自生绿泥石的致密砂岩储层往往表现出更好的储层质量，并被认为是油气勘探中的理想“甜点”区域。因此，理解自生绿泥石的存在、成因及其对储层质量的影响成为当前研究的重要方向。尽管已有大量研究关注自生绿泥石在砂岩储层中的形态类型，包括粒间包膜型、孔隙衬里型和孔隙填充型，但不同阶段形成的绿泥石对储层质量的具体影响仍存在争议。例如，早期形成的孔隙衬里型绿泥石可能有助于缓解压实作用并抑制石英次生胶结，而晚期形成的绿泥石则可能通过占据孔隙空间而降低储层的渗透性。这种差异性可能源于对自生绿泥石成因机制的不完全理解。自生绿泥石的形成涉及多种机制，包括黏土矿物转化、富含铁和镁矿物的再结晶以及富含铁和镁的孔隙流体的流入。此外，不同成岩阶段形成的绿泥石对储层质量的影响也各不相同。因此，对自生绿泥石进行全面而系统的分析，有助于更准确地预测优质储层区域，从而降低油气勘探的风险。

四川盆地是中国最大的天然气储量和产量区域之一，其西南部地区集中了多个气田。盆地内的天然气储层跨越了震旦纪至早侏罗纪多个地层，其中，中侏罗纪沙溪庙组的致密砂岩中最近发现了高产的工业天然气储量，使其成为西南部四川盆地天然气勘探的重要目标。自生绿泥石在这些储层中广泛分布，并在塑造储层性质方面发挥了关键作用。因此，对自生绿泥石的分布、成因及其对储层质量影响的详细研究，对于评估储层潜力和识别优质储层区域具有迫切的需求。

本文研究了西南部四川盆地上沙溪庙组砂岩中的自生绿泥石，重点分析了以下三个方面：（1）自生绿泥石的形态特征；（2）不同成岩阶段形成的自生绿泥石的成因机制；（3）不同类型的自生绿泥石对储层性质的具体影响。通过揭示不同绿泥石类型形成的机制及其对储层质量的影响，本文旨在加深对储层质量的理解，并为预测“甜点”分布提供科学支持，从而降低勘探风险。

从地质背景来看，四川盆地位于中国西南部，地质构造上处于扬子地块的西部。自三叠纪以来，四川盆地先后受到印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动的影响，形成了现今被外围造山带环绕的构造格局。根据区域断层和构造形态，盆地内部可以划分为六个次级构造单元。这些构造单元在不同地质时期经历了复杂的沉积和构造演化过程，为研究自生绿泥石的形成提供了良好的地质条件。上沙溪庙组砂岩主要分布于盆地的西南部，其沉积环境多为浅水湖泊或三角洲，具有较高的沉积速率和复杂的沉积相组合。这种特殊的沉积环境为自生绿泥石的形成提供了丰富的物质来源和适宜的成岩条件。

在采样与方法部分，研究团队通过对上沙溪庙组砂岩的现场观察，发现其具有典型的槽状交错层理结构，表明其沉积环境可能为河流或三角洲沉积。砂岩的颜色在不同位置存在差异，上部和下部呈现浅白色，而中部则为灰黑色，这可能反映了沉积物来源的变化或氧化还原条件的差异。此外，沥青在裂缝中呈带状分布，表明该区域可能存在油气渗流的路径。同时，砂岩的层面上还保存有大量植物化石，进一步支持了其沉积环境的多样性。研究过程中，采集了多个岩芯样品，并通过薄片观察和岩石全岩X射线衍射分析（XRD）等方法，对砂岩的矿物组成和结构特征进行了系统研究。这些方法不仅有助于识别绿泥石的类型，还能揭示其与其他矿物之间的相互作用关系。

在砂岩的岩石学特征方面，研究发现上沙溪庙组砂岩主要由长石砂岩和岩屑长石砂岩组成，其粒度较细，颗粒形状不规则，分选性较差。碎屑矿物主要由石英和长石构成，同时含有少量绿泥石、黑云母和白云母等黏土矿物。石英的平均含量约为40%，颗粒呈现次棱角至棱角状，部分颗粒显示出次生胶结的特征。长石则主要由钾长石和斜长石组成，其含量相对较低，但对储层的矿物组成和物性特征具有重要影响。此外，研究还发现砂岩中含有一定量的黏土矿物，其中自生绿泥石的含量较高，表明其在成岩过程中起到了重要作用。黏土矿物的种类和含量不仅影响储层的孔隙结构，还可能对储层的渗透性和脆性产生影响。因此，对这些矿物的分布和演化规律进行深入研究，有助于更全面地理解储层的形成机制。

在自生绿泥石的类型及其元素替代机制方面，研究团队对绿泥石的化学成分和结构进行了详细分析。早期的绿泥石分类主要基于其化学成分，但这种方法逐渐被放弃，因为其命名体系过于复杂，缺乏遗传和结构信息。目前，更科学的分类方法结合了绿泥石的结构和化学成分特征。根据Zane和Weiss（1998）提出的绿泥石分类图（图11a），粒间包膜型绿泥石属于三八面体镁绿泥石，而孔隙衬里型和孔隙填充型绿泥石则属于镁绿泥石或铝绿泥石。绿泥石的元素替代机制主要涉及Tschermak替代，即铝（Al）替代硅（Si）和镁（Mg）或铁（Fe）的结合。这种替代过程不仅影响绿泥石的化学成分，还可能改变其物理性质，如晶体结构和表面电荷特性，从而对储层的孔隙和渗透性产生不同的影响。研究还发现，不同类型的绿泥石在形成过程中可能经历了不同的替代路径，例如镁绿泥石可能通过铁的替代形成，而铝绿泥石则可能通过镁的替代形成。这些替代过程的差异可能与成岩环境中的流体化学条件、温度和压力变化密切相关。

从成因机制来看，自生绿泥石的形成主要与成岩阶段的环境条件有关。粒间包膜型绿泥石形成于同沉积至早成岩A期，其形成机制包括在高能水动力条件下，绿泥石前驱体通过吸附沉淀作用在碎屑颗粒表面沉积，或是由蒙脱石转化而来。孔隙衬里型绿泥石则主要形成于早成岩B期，其铁和镁来源于黑云母和基性碎屑颗粒的分解。孔隙填充型绿泥石形成于晚期中成岩A期，其来源与孔隙衬里型相似，但还可能通过直接伊利石转化形成。这些不同阶段形成的绿泥石对储层质量的影响也存在显著差异。例如，早期形成的粒间包膜型绿泥石和薄层孔隙衬里型绿泥石有助于增强砂岩的强度并抑制次生石英的生长，从而改善储层的渗透性和孔隙度。然而，厚层孔隙衬里型绿泥石和孔隙填充型绿泥石则可能通过占据孔隙空间而降低储层的渗透性，进而影响油气的储集和流动能力。因此，对不同成岩阶段形成的绿泥石类型进行区分，并分析其对储层的具体影响，对于优化油气勘探策略具有重要意义。

此外，研究还发现，自生绿泥石的形成不仅受到成岩环境的影响，还与原始沉积物的矿物组成密切相关。例如，粒间包膜型绿泥石的形成可能与碎屑颗粒表面的化学反应和流体的化学条件有关，而孔隙衬里型和孔隙填充型绿泥石的形成则可能受到孔隙空间中流体化学成分和矿物转化路径的影响。这些因素共同作用，决定了绿泥石的分布模式和对储层质量的影响程度。因此，在研究自生绿泥石的成因时，需要综合考虑沉积环境、成岩阶段、流体条件以及原始矿物组成等多个方面。

在实际勘探中，自生绿泥石的分布和形态特征往往与储层的物性特征密切相关。例如，粒间包膜型绿泥石的存在可能表明该区域经历了较为活跃的水动力条件，而孔隙衬里型和孔隙填充型绿泥石的广泛分布则可能与流体的化学条件和成岩阶段的变化有关。因此，通过识别和分析不同类型的自生绿泥石，可以为储层质量的评估提供重要的依据。例如，薄层孔隙衬里型绿泥石可能有助于保持储层的原始孔隙结构，从而提高其渗透性和储集能力；而厚层孔隙衬里型和孔隙填充型绿泥石则可能通过占据孔隙空间而降低储层的渗透性，进而影响油气的流动和开采效率。因此，在油气勘探过程中，需要对自生绿泥石的类型和分布进行详细研究，以便更准确地预测优质储层区域。

综上所述，自生绿泥石在西南部四川盆地上沙溪庙组致密砂岩储层中具有重要的地质意义和工程价值。其形态特征、成因机制以及对储层质量的影响，不仅反映了成岩环境的变化，还可能对油气的储集和流动产生关键作用。因此，深入研究自生绿泥石的分布、成因及其对储层的影响，对于优化油气勘探策略、提高勘探成功率具有重要意义。未来的研究应进一步结合高分辨率成像技术、地球化学分析和流体动力学模拟，以更全面地理解自生绿泥石的形成机制及其对储层的多方面影响。这不仅有助于提高对储层质量的预测能力，还可能为油气田的开发和管理提供科学依据。