田建锋，喻 建，张庆洲

1.西安石油大学地球科学与工程学院，西安 710065

2.中国石油长庆油田分公司油藏评价处，西安 710021

3.中国石油长庆油田超低渗透油藏研究中心，西安 710018

0 引言

砂岩中呈放射状围绕颗粒表面生长的绿泥石被称为孔隙衬里绿泥石，是自生绿泥石最常见的产出状态；除此之外，还包括颗粒包膜绿泥石（呈包膜状围绕颗粒生长）和孔隙充填绿泥石（不围绕颗粒）［1］。早在20世纪60年代，Heald［2］就已经注意到孔隙衬里绿泥石对砂岩原生孔隙的保护作用，随着挪威陆棚、北海盆地等深层异常高孔砂岩的发现［3－4］，孔隙衬里绿泥石的成因及对储层性能的影响受到国内外广 大 学 者 的 关 注。Ehrenberg［3］、Ryan 等［5］、Grigsby［6］、Billault等［7］、Anjos等［8］、Berger等［9］、Thomas等［10］、Gould等［11］、Ajdukiewicz等［12］先后分析了不同盆地海相砂岩和风成砂岩中孔隙衬里绿泥石的成因，并一致认为，孔隙衬里绿泥石可以抑制石英胶结，是优质储层发育的根本原因，但是孔隙衬里绿泥石对石英胶结的抑制机理还存在争议；我国对孔隙衬里绿泥石的研究，主要集中于鄂尔多斯盆地延长组河湖三角洲沉积砂岩，柳益群等［13］、黄思静等［14－15］、罗静兰等［16］、高辉等［17］、姚泾利等［18］、田建锋等［19－20］对延长组孔隙衬里绿泥石的研究表明，孔隙衬里绿泥石的发育有利于优质储层的发育，但孔隙衬里绿泥石的成因及对储层的影响机理均存在争议。不管是国内还是国外，孔隙衬里绿泥石对储层物性的影响，还主要停留在定性评价上，且没有考虑孔隙衬里绿泥石的成因类型、砂岩组分特征及成岩演化过程等因素的差异，制约了孔隙衬里绿泥石对储层影响的精细评价。为此，在前人研究基础上，笔者对国内、外的研究对象和研究成果进行反复比对和系统分析，以孔隙衬里绿泥石成因分析为基础，结合砂岩组分特征和成岩演化阶段，将现有看似分歧的观点进行了统一化和系统化，提出了定量分析孔隙衬里绿泥石对储层孔隙度影响的评价方法。

1 孔隙衬里绿泥石的主要成因模式

世界上许多盆地都发育孔隙衬里绿泥石砂岩，且均为富铁绿泥石（表1）。丰富的铁质来源是控制孔隙衬里绿泥石形成和分布的关键因素，根据铁质来源，可将国内外孔隙衬里绿泥石的成因分为以下3种类型。

1.1 同沉积黏土膜转化型（转化型）

同沉积黏土膜转化型模式由Ehrenberg［3］正式提出，随后 Ryan等［5］、Grigsby等［6］、Billault等［7］、Anjos等［8］、Gould等［11］对其进行了补充完善。该成因模式可分为4个阶段：①铁泥质絮凝：Ehrenberg［3］在总结前人研究成果及分析挪威大陆架边缘盆地侏罗系自生绿泥石时发现，自生绿泥石的分布受海相三角洲控制，认为铁质主要来源于物源区火山岩碎屑和各种暗色矿物的风化，风化产物以铁的氧化物和氢氧化物的形式通过河流带至入海口，因海水与河水盐度的差异，导致铁质在三角洲前缘发生絮凝；②形成黏土膜：受表层地球化学条件的控制，铁泥质在硫酸盐还原带之上形成包裹颗粒的早期黏土膜（钛云母或磁绿泥石）［11，21］；③形成颗粒包膜绿泥石：随着埋深和温度的增加，在砂岩大量压实发生前，早期黏土膜转化成富铁绿泥石膜［5－7］；④形成孔隙衬里绿泥石：在较大埋深条件下，早期形成绿泥石膜中相对小的颗粒热力学稳定性差，其溶解度比大颗粒大，因此会自发地发生小颗粒溶解和大颗粒长大的过程，即Ostwald熟化过程，将部分颗粒包膜绿泥石转化成孔隙衬里绿泥石［6－7，25］。由于孔隙衬里绿泥石前身黏土膜形成时间早，发生在砂岩大量压实前，因此在颗粒表面（包括颗粒接触处）可见颗粒包膜绿泥石的存在，但孔隙衬里绿泥石仅分布于非颗粒接触处。

表1 孔隙衬里绿泥石的主要成分Table 1 The composition of pore-lining chlorite

1.2 富铁镁物质溶蚀再结晶型（溶蚀结晶型）

Berger等［9］在研究巴基斯坦Indus盆地白垩系Goru组砂岩时发现，颗粒接触处无绿泥石存在，且X－衍射分析未发现可能存在磁绿泥石或钛云母结构的信息，表明孔隙衬里绿泥石形成于砂岩大量压实之后；同时孔隙衬里绿泥石与自生石英和方解石的接触关系表明，孔隙衬里绿泥石形成于石英胶结和方解石胶结之前，铁质来源于成岩阶段火山物质、角闪石、黑云母等富铁镁物质的溶蚀。即孔隙衬里绿泥石在砂岩大量压实之后，由富铁镁物质溶蚀再结晶形成，室内实验已经证实了该转化过程的存在［26］。

1.3 转化与直接结晶混合型（混合型）

该成因类型为上述2种模式的综合。Gould等［11］通过对Scotian盆地上白垩统Missisauga组砂岩研究认为，包裹颗粒的绿泥石大多具有双层结构，靠近颗粒的自生绿泥石自形程度差，是早期沉积时期形成黏土膜转化的产物，而向孔隙延伸、自形程度高的孔隙衬里绿泥石是富铁镁物质溶蚀再结晶的产物，且铁镁物质溶蚀提供的铁质是其主要来源。

2 孔隙衬里绿泥石对储层性能的影响方式

挪威大陆架中下侏罗统孔隙衬里绿泥石发育的砂岩孔隙度比预测的高10%～15%［3］；巴基斯坦Indus盆地白垩系Goru组孔隙衬里绿泥石发育的砂岩，在埋深3 000m以上、温度175℃的条件下，孔隙度高达20%［9］；巴西Santos盆地白垩系砂岩埋深在4 000m以上，富孔隙衬里绿泥石砂岩仍保留20%的孔隙［8］；加拿大东部Scotian盆地早白垩世Missisauga组砂岩，孔隙衬里绿泥石发育的砂岩物性明显偏好［11］；鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩中，孔隙衬里绿泥石发育的砂岩大多属于相对优质储层［14，19－20］。可见孔隙衬里绿泥石的发育与优质储层具有一定的内在联系，但是孔隙衬里绿泥石究竟如何影响储层性能，却存在较大争议。其主要有抑制石英生长、提高抗压能力、指示早期碱性溶蚀发育程度、堵塞孔喉等几种观点。

2.1 抑制石英生长

国外海相或海陆过渡相大量研究实例表明［3，6，9，11］：相同条件下，孔隙衬里绿泥石发育的砂岩中硅质胶结少，物性好；而缺少孔隙衬里绿泥石的砂岩中石英次生加大强烈，物性差。可见孔隙衬里绿泥石对石英胶结具有明显的抑制作用。但是孔隙衬里绿泥石对石英的抑制机理却一直存在争议：Ehrenberg［3］、Hillier等［27］、Aagaard等［28］、黄思静等［14］认为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，从而抑制了石英自生加大；而Billault等［7］发现孔隙衬里绿泥石晶体间存在大量的晶间孔，它不能真正地将孔隙流体与颗粒表面分开，而是通过占据石英加大的生长空间抑制其发育；田建锋等［19］认为孔隙衬里绿泥石是通过占据石英的结晶基底并保持孔隙流体和颗粒表面的碱性条件来抑制石英颗粒的次生加大的，因为孔隙衬里绿泥石占据的仅是部分孔隙，如果孔隙流体适宜于石英胶结，大量的原生孔内可以形成自生石英雏晶。总之，不管孔隙衬里绿泥石对石英的抑制机理如何，孔隙衬里绿泥石能够抑制石英次生加大的形成是一个不争的事实。

2.2 提高储层抗压能力

黄思静等［14］、丁晓琪等［29］、兰叶芳等［30］发现，孔隙衬里绿泥石发育的砂岩与类似埋藏深度的其他砂岩相比，通常具有较低的颗粒接触强度，并据此认为是孔隙衬里绿泥石提高储层抗压能力的结果［14，29－30］，除此之外，尚无进一步的证据。对于准同生期形成的黏土膜，在早成岩阶段砂岩整体压实弱的情况下，可起到提高砂岩抗压实能力的作用。但由于绿泥石的摩氏硬度低（2～3），随着埋深的加大、压实作用的加强，该积极因素难以在砂岩中得到保留；同样，颗粒大量压实之后形成的溶蚀结晶型孔隙衬里绿泥石，对砂岩抗压实能力的提高也十分有限。

2.3 指示早期碱性溶蚀程度

田建锋等［20］通过对延长组砂岩孔隙结构、岩石组分和孔隙衬里绿泥石化学成分等方面的研究认为，鄂尔多斯盆地延长组火山物质（火山灰杂基和火山岩岩屑）发育，它们的溶蚀是孔隙衬里绿泥石形成的主要原因，孔隙衬里绿泥石的含量指示火山物质早期碱性溶蚀的程度。大量火山物质溶蚀可能才是该类砂岩颗粒接触强度较低的原因。巴基斯坦Indus盆地白垩系Goru组孔隙衬里绿泥石发育的砂岩中火山物质也十分丰富，Berger等［9］认为孔隙衬里绿泥石是早成岩A期大量火山物质溶蚀的产物，却将相对优质储层的形成全部归功于孔隙衬里绿泥石对自生石英生长的抑制作用，而未考虑溶蚀作用本身的积极意义。

2.4 堵塞孔喉

Patrick等［31］通过对世界上54个公开报道较详细的自生绿泥石发育区的统计发现，43个实例发育孔隙衬里绿泥石，且孔隙衬里绿泥石均抑制了石英生长，但其中20个实例绿泥石通过占据孔喉对储层性能有一定的负面影响。因为不管是何种胶结物，其形成过程就是占据一定孔喉的过程，如不考虑后期对石英生长的抑制作用和形成时期其他物质的溶蚀，孔隙衬里绿泥石形成过程本身就是堵塞孔喉、降低储层性能的过程。

3 孔隙衬里绿泥石对储层性能影响过程分析

通过上述分析表明：孔隙衬里绿泥石对储层影响较大的方式主要为抑制石英生长、指示早期碱性溶蚀程度和堵塞孔喉3种；不同地区孔隙衬里绿泥石对储层影响程度和方式均不同，甚至部分地区孔隙衬里绿泥石对储层的影响还存在明显争议，主要是因为现今还没有充分认识到，不同成因孔隙绿泥石对储层性能的影响方式不同，相同成因孔隙衬里绿泥石所处的成岩阶段不同，对储层性能的影响方式和程度均不同。因此，需依据成因分类，按成岩演化阶段分析孔隙衬里绿泥石对储层性能的影响。因混合型孔隙衬里绿泥石是前2种绿泥石形成过程的综合，下面重点讨论前2种孔隙衬里绿泥石对储层性能的影响过程。

3.1 转化型孔隙衬里绿泥石对储层性能的影响

砂岩沉积时期形成铁质絮凝物，占据了部分原生孔隙，导致砂岩原始沉积孔隙度偏小；同生成岩期，絮凝物转化为早期黏土包膜，此时对沉积物的孔隙度无明显影响，但堵塞了部分沉积物喉道，降低了储层渗透率；早成岩A期，砂岩发生大量压实，但早期黏土膜的形成增加了沉积物的抗压能力，有利于原生孔隙保存；早成岩B期，早期黏土膜发生绿泥石化，形成颗粒包膜绿泥石，但该过程对储层性能整体无明显影响；中成岩A期，有机酸进入储层砂体，导致长石及部分岩屑发生酸性溶蚀，颗粒包膜绿泥石转化为孔隙衬里绿泥石，常可见长石部分溶蚀或溶蚀殆尽而残余孔隙衬里绿泥石，该过程中孔隙衬里绿泥石对石英生长具有很强的抑制能力，但此时石英胶结整体不发育，与无孔隙衬里绿泥石的砂岩相比，其对石英生长的抑制程度较低，但压实作用较强；中成岩B期－晚成岩期，随着埋深加大，温度、压力升高，在缺少孔隙衬里绿泥石的地方，石英胶结不断加强（图1A），而孔隙衬里绿泥石发育的地方，其抑制石英生长的能力得到充分发挥，抑制程度越来越明显（图1B）。

3.2 溶蚀结晶型孔隙衬里绿泥石对储层性能的影响

沉积时期，富铁镁物质与其他颗粒一起沉积，形成初始颗粒骨架。早成岩A期，砂岩发生大量压实，开始生成孔隙衬里绿泥石，原生孔隙大幅减少；因整体压实强度较弱，富铁镁物质含量的多少对沉积物物性无明显影响。早成岩B期，达到富铁镁物质溶蚀的高峰，形成了大量溶蚀孔和孔隙衬里绿泥石［20］，同时降低了砂岩的抗压实能力并占据了部分孔喉；由于此成岩阶段砂岩物性好、流体活动通畅，大量溶蚀产物被带出，溶蚀作用的积极意义大于绿泥石胶结的消极影响，但压实作用导致的孔隙损失相对较大。中成岩A期，溶蚀结晶型孔隙衬里绿泥石对储层的影响与转化型孔隙衬里绿泥石相同，但压实作用相对更强。中成岩B期－晚成岩期，在缺少孔隙衬里绿泥石的地方石英胶结不断加强，而孔隙衬里绿泥石发育的地方，其抑制石英生长的能力一样得到充分发挥，抑制程度越来越明显；但是形成该类孔隙衬里绿泥石的砂岩中，长石、岩屑等塑性组分含量一般较高，且因早期溶蚀导致砂岩抗压能力下降，晚成岩阶段机械压实作用相对十分强烈，即使孔隙衬里绿泥石发育的砂岩，物性也较差（图1C）。

图1 孔隙衬里绿泥石的形成及对储层性能的影响过程示意图Fig.1 The pore-lining chlorite formation process and its influence on reservoir quality

3.3 典型地区孔隙衬里绿泥石对储层的影响分析

3.3.1 挪威大陆架中下侏罗统转化型孔隙衬里绿泥石对储层的影响

据Ehrenberg［3］报道，该区最高成岩演化阶段为中成岩B期，发育5%左右的转化型孔隙衬里绿泥石，孔隙衬里绿泥石发育区石英胶结物体积分数平均为2%左右，而绿泥石不发育区自生石英加大平均达16%，可见孔隙衬里绿泥石对石英生长的抑制作用为14%，减除孔隙衬里绿泥石占据的孔隙，孔隙衬里绿泥石的实际贡献为9%（表2）。该区绿泥石发育区孔隙度较不发育区平均高11%，表明孔隙衬里绿泥石的发育是该区储层物性好的主要原因，但不是唯一原因。因为孔隙衬里绿泥石一般发育于粒度粗、分选好、杂基含量低的砂岩中，砂岩结构较绿泥石不发育区优越［18］，还可能存在差异溶蚀作用，这些因素的影响以前也常被归功于绿泥石的保护作用。同时国外孔隙衬里绿泥石发育区石英颗粒含量一般较高（表1），抗压实能力强，是晚成岩阶段依然具有较高孔隙度的重要保证。

3.3.2 鄂尔多斯盆地延长组溶蚀结晶型孔隙衬里绿泥石对储层的影响

鄂尔多斯盆地延长组成岩演化的最高阶段为中成岩A期，发育3%的溶蚀结晶型孔隙衬里绿泥石，绿泥石的形成过程中产生了8%的碱性溶蚀孔，孔隙衬里绿泥石发育区石英胶结物为1.1%，而绿泥石不发育区为1.6%，可见孔隙衬里绿泥石对石英的抑制量仅为0.5%（成岩演化程度低的缘故），孔隙衬里绿泥石对储层的实际贡献值为5.5%［20］（表2）。而实际孔隙衬里绿泥石发育的砂岩孔隙度仅比不发育绿泥石的砂岩高3%（表2），这是由于碱性溶蚀作用发生在早成岩阶段［20］，大量火山物质的溶蚀降低了砂岩的抗压实能力，碱性溶蚀产生的孔隙因后期压实作用而未能全部保留，同时可能还有差异溶蚀和其他胶结物不均匀分布的影响。

表2 孔隙衬里绿泥石对储层孔隙度的影响Table 2 The influence of pore-lining chlorite on the porosity of sandstone reservoir

4 结论

1）依据孔隙衬里绿泥石形成的铁质来源，可将其划分为同沉积黏土膜转化型、富铁镁物质溶蚀再结晶型和转化与直接结晶混合型3种类型。

2）孔隙衬里绿泥石可以通过抑制石英生长、提高抗压实能力、指示早期碱性溶蚀发育程度和堵塞孔喉等4种方式影响储层性能。转化型孔隙衬里绿泥石同生成岩期占据孔喉，早成岩阶段提高抗压能力，中成岩A期抑制少量石英生长，中成岩B期－晚成岩阶段对石英加大的抑制量愈来愈大；溶蚀结晶型孔隙衬里绿泥石早成岩阶段指示火山物质碱性溶蚀程度，中成岩阶段－晚成岩阶段的作用与转化型孔隙衬里绿泥石一致，但机械压实作用更强。

3）孔隙衬里绿泥石是否指示碱性溶蚀程度，由绿泥石的成因决定；而是否抑制石英生长及抑制石英生长量的多少，受砂岩成岩演化阶段影响。评价孔隙衬里绿泥石对储层性能的影响时，需充分考虑砂岩的成分和结构特征，才能客观评价孔隙衬里绿泥石对储层性能的影响。

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