鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組伊利石包膜成因及其地質(zhì)意義

田建鋒，高永利，張蓬勃，喻 建，張志國(guó)

（1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065；2.西安石油大學(xué)陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710065；3.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，西安 710065；4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探事業(yè)部，西安 710018；5.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠，銀川 750006）

0 引言

隨著北海地區(qū)侏羅系深埋異常高孔砂巖油氣藏的發(fā)現(xiàn)［1-2］，黏土包膜對(duì)儲(chǔ)層孔隙的保護(hù)作用受到廣大學(xué)者的重視，已成為砂巖儲(chǔ)層研究中不可或缺的部分，特別是綠泥石包膜［3-5］和石英雛晶包膜［6-7］對(duì)石英膠結(jié)的抑制作用，已取得了豐碩的研究成果。高嶺石［8］、蒙脫石［9-10］、伊蒙混層［11］以及伊利石包膜［12-13］也引起了人們的關(guān)注，這4 種包膜中以伊利石相對(duì)最為常見，并對(duì)其成因做了大量研究。挪威中部近海Haltenbanken 地區(qū)Kristin 油田侏羅系Garn組可見伊利石包膜呈等厚狀、蜂窩狀包裹顆粒［12］，單個(gè)伊利石晶體呈垂直顆粒表面的彎曲片狀，中國(guó)川西地區(qū)三疊系須四段［14］和塔里木盆地泥盆系東河砂巖［15-16］中也見到類似的伊利石包膜，依據(jù)其產(chǎn)狀及分布特征，確定其為自生蒙脫石伊利石化的產(chǎn)物；而沙特阿拉伯二疊系Unayzah 組［13，17］、英國(guó)北海中部Ardmore 油田上泥盆系Buchan 組［11］、利比亞中北部Sirt 盆地白堊系［18-19］、立陶宛Southern Permian Basin 盆地二疊系Perlojia［10］和荷蘭Southern Permian Basin 盆地二疊系Rotliegend 組［20］等砂巖中的伊利石包膜厚度分布不均，片狀伊利石晶體大多平行顆粒表面，被確定為滲流蒙脫石包膜伊利石化的產(chǎn)物。伊利石包膜的分布受初始巖石組份［12，21］、沉積相［18-19］、埋深［15］等因素控制，不同地區(qū)伊利石包膜的成因類型及控制因素不同。伊利石包膜可以像綠泥石包膜一樣保護(hù)儲(chǔ)層孔隙［15，22］，在其外層?？梢娭苯咏Y(jié)晶形成的發(fā)絲狀伊利石［12-13］，可大幅降低儲(chǔ)層滲透率。上述這些研究實(shí)例中伊利石包膜內(nèi)均未見綠泥石。

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組砂巖以發(fā)育綠泥石包膜為特征［5］，亦可見伊利石包膜，并與已報(bào)道的研究實(shí)例存在明顯差異。在顯微鏡下，可見延長(zhǎng)組砂巖中伊利石包膜與綠泥石包膜共同組成雙黏土層包膜，綠泥石和伊利石分別位于黏土包膜的內(nèi)層和外層，這種伊利石包膜常被巖礦鑒定人員習(xí)稱為“綠泥石包膜的伊利石化”，鮮有對(duì)延長(zhǎng)組砂巖中伊利石包膜的成因及與綠泥石包膜共存的具體原因開展研究。近年來(lái)，隨著鄂爾多斯盆地長(zhǎng)9 油藏的發(fā)現(xiàn)與開發(fā)，發(fā)現(xiàn)伊利石包膜是長(zhǎng)9 砂巖儲(chǔ)層重要的膠結(jié)物之一，通過(guò)分析其產(chǎn)狀、分布特征及形成機(jī)制，以期為尋找優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地晚三疊紀(jì)延長(zhǎng)期為一大型淡水內(nèi)陸湖泊，形成了一套近千米厚的河、湖三角洲沉積地層［23］，自下而上將延長(zhǎng)組劃分為長(zhǎng)1—長(zhǎng)10 共10 個(gè)油層組，經(jīng)歷的盆地形成、發(fā)展和消亡整個(gè)過(guò)程，其中長(zhǎng)10 期盆地初始沉降，長(zhǎng)9—長(zhǎng)8 期盆地快速發(fā)展，長(zhǎng)7 期為強(qiáng)烈拗陷期，長(zhǎng)6—長(zhǎng)4+5 期盆地逐漸萎縮，至長(zhǎng)3—長(zhǎng)1 期盆地消亡。延長(zhǎng)期在東北、西南、西部等位置形成了一系列三角洲沉積體，水下分流河道和分支河道砂體是延長(zhǎng)組的主要儲(chǔ)集層，主要為細(xì)砂巖和中細(xì)砂巖，其次為細(xì)中砂巖和極細(xì)砂巖，還有少量的粗中砂巖和中粗砂巖。砂巖儲(chǔ)層膠結(jié)物以碳酸鹽和綠泥石為主，其次為高嶺石、濁沸石、伊利石、石膏等，且絕大部分優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層富含綠泥石包膜［5，24］。本次的研究對(duì)象主要為鹽池、靖邊以南的廣大地區(qū)，主體屬于伊陜斜坡。

2 延長(zhǎng)組伊利石包膜的產(chǎn)狀特征

延長(zhǎng)組砂巖內(nèi)綠泥石包膜最為常見，在單偏光鏡下為低正突起、淡綠色，顯微弱多色性，常因吸附大量重質(zhì)油組份而呈褐色乃至黑色（圖1a—1b），正交偏光鏡下干涉色為一級(jí)灰；掃描電鏡下，綠泥石包膜內(nèi)單個(gè)綠泥石晶體呈竹葉狀，且綠泥石含量越高晶體尺寸越大、厚度越厚［25］，直徑為2～10 μm、厚度0.04～0.3 μm，綠泥石集合體呈紙牌屋狀包裹顆粒。而伊利石包膜在單偏光鏡下為低正突起、無(wú)色（圖1c），均未吸附重質(zhì)油，正交偏光鏡下干涉色較綠泥石高，呈一級(jí)黃紅（圖1d）；掃描電鏡下，伊利石包膜內(nèi)單個(gè)晶體為彎曲片狀，在片狀末端常見毛刺狀伊利石（圖1e），晶體大小與自生伊利石含量無(wú)關(guān)，直徑主體為10～20 μm，厚度遠(yuǎn)小于綠泥石（<0.05 μm），集合體呈蜂窩狀包裹顆粒（圖1f）。

圖1 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組綠泥石和伊利石包膜特征（a）綠泥石包膜吸附少量重質(zhì)油呈褐色，鎮(zhèn)164 井，2 605.7 m；（b）綠泥石包膜吸附較多的重質(zhì)油呈黑色，鎮(zhèn)277 井，2 460.4 m；（c）伊利石包膜和石英充填膠結(jié)，胡158 井，長(zhǎng)9，2 309.3 m；（d）視域同c，正交偏光；（e）彎曲片狀伊利石，胡158 井，長(zhǎng)9，2 318.4 m；（f）蜂窩狀伊利石，彎曲片狀伊利石邊緣末端見“尖刺狀”伊利石，王519 井，1 728.8 m；（g）發(fā)育Ⅰ型包膜，伊利石包膜外側(cè)呈虛化邊狀，長(zhǎng)石溶蝕邊緣可見伊利石包膜保留，磨制薄片導(dǎo)致黏土膜脫落，安237 井，長(zhǎng)9，2 147.6 m；（h）視域同圖g，正交偏光鏡Fig.1 Characteristics of chlorite and illite coatings of Yanchang Formation in Ordos Basin

這里討論的伊利石包膜與前人研究的孔隙充填伊利石［26-27］不同，伊利石包膜與綠泥石包膜關(guān)系密切，從相對(duì)含量和產(chǎn)狀特征，可將延長(zhǎng)組砂巖中的黏土包膜分為以下4 類（前2 類為伊利石包膜）：

Ⅰ型包膜（含綠泥石伊利石包膜）：以伊利石為主、等厚狀包裹顆粒，在顆粒接觸處缺失（圖1g），長(zhǎng)石溶蝕后黏土膜依然保留。在單偏光鏡下無(wú)色，正交偏光鏡下干涉色為一級(jí)黃紅（圖1h），表明主體為伊利石；掃描電鏡下，伊利石晶體為15 μm 左右垂直顆粒表面的彎曲片狀，伊利石晶間孔隙十分發(fā)育，在顆粒接觸處附近或伊利石局部不發(fā)育區(qū)，可見較伊利石晶體小的竹葉狀綠泥石出露，因綠泥石含量較少、晶體小，顯微鏡下難以觀察到（圖2a—2b）。

圖2 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組伊利石包膜的微觀特征（a）發(fā)育Ⅰ型包膜，伊利石包膜下可見綠泥石出露，安237 井，2 147.6 m；（b）發(fā)育Ⅰ型包膜，伊利石包膜下可見綠泥石出露，安237 井，2 147.6 m；（c）發(fā)育Ⅱ型包膜，具有明顯的雙層結(jié)構(gòu)，外層無(wú)色、內(nèi)層為淡綠色，元333 井，2 324.5 m；（d）視域同圖c，正交偏光鏡下，外層為一級(jí)黃紅、內(nèi)層為一級(jí)暗灰色，元333 井，2 324.5 m；（e）發(fā)育Ⅱ型包膜，內(nèi)層發(fā)育綠泥石，外層以伊利石為主，元333 井，2 324.5 m；（f）發(fā)育Ⅱ型包膜，大的彎曲片狀伊利石和小的竹葉狀綠泥石晶體共同形成孔隙襯里，元333 井，2 325.6 m；（g）發(fā)育Ⅱ型包膜，大的彎曲片狀伊利石和小的竹葉狀綠泥石晶體共同形成孔隙襯里，胡360 井，2 322.8 m；（h）發(fā)育Ⅱ型包膜，緊鄰顆粒接觸處易見綠泥石出露，大孔隙中小的綠泥石晶體被大的伊利石晶體遮擋，胡360 井，2 322.8 mFig.2 Microscopic characteristics of illite coatings of Yanchang Formation in Ordos Basin

Ⅱ型包膜（綠泥石-伊利石包膜）：綠泥石和伊利石一起形成等厚狀黏土包膜，在顆粒接觸處缺失（圖2c）。偏光顯微鏡下該類包膜具有明顯的雙層結(jié)構(gòu)，單偏光鏡下包膜外層無(wú)色、內(nèi)層為淡綠色，均未吸附重質(zhì)油（圖2c），正交偏光鏡下外層干涉色為一級(jí)黃紅、內(nèi)層為一級(jí)暗灰色（圖2d），表明外層為伊利石，而內(nèi)層以綠泥石為主；掃描電鏡下，伊利石為15 μm 左右垂直顆粒表面的彎曲片狀，伊利石晶間孔隙十分發(fā)育，在顆粒接觸處附近或伊利石局部不發(fā)育區(qū)，可見較伊利石小的竹葉狀綠泥石出露（圖2e—2h）。

Ⅲ型包膜（含伊利石綠泥石包膜）：以綠泥石為主，含少量伊利石。偏光顯微鏡下，因伊利石含量少，這類包膜和常見的綠泥石包膜一樣，常吸附較多的重質(zhì)油而呈褐色乃至黑色；在掃描電鏡下，綠泥石包膜表面偶然可見少量伊利石晶體，伊利石為15 μm 左右的彎曲片狀，但伊利石并非生長(zhǎng)于綠泥石晶體之上，而是扎根于綠泥石包膜內(nèi)，以顆粒表面為基底垂直生長(zhǎng)（圖3a—3b）。

Ⅳ型包膜（綠泥石包膜）：全部為綠泥石，是延長(zhǎng)組最常見的黏土包膜，綠泥石吸附較多的重質(zhì)油，以等厚狀包裹顆粒，在顆粒接觸處缺失。掃描電鏡下，綠泥石包膜內(nèi)單個(gè)綠泥石晶體呈竹葉狀（圖3c），直徑2～10 μm、厚度0.04～0.30 μm，綠泥石集合體呈紙牌屋狀包裹顆粒。

圖3 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組伊利石和綠泥石微觀特征及共生關(guān)系（a）發(fā)育Ⅲ型包膜，孔隙襯里綠泥石發(fā)育，其上可見大的彎曲片狀伊利石扎根于綠泥石包膜內(nèi)，高64 井，1 931.6 m；（b）發(fā)育Ⅲ型包膜，綠泥石包膜上可見彎曲片狀伊利石，塞156 井，1 057.8 m；（c）自形片狀、紙牌屋狀綠泥石，池360 井，2 444.7 m；（d）伊利石包膜外可見纖維狀伊利石，胡158，2 318.4 m；（e）伊利石包膜十分薄，形態(tài)與自生蒙脫石“根部帶”相同，鎮(zhèn)381 井，2 412.5 m；（f）顆粒接觸處附近可見綠泥石，離顆粒接觸處遠(yuǎn)的地方只見伊利石，胡360 井，2 322.8 mFig.3 Microscopic characteristics and paragenetic relationship of illite and chlorite of Yanchang Formation in Ordos Basin

3 延長(zhǎng)組伊利石包膜的分布特征

根據(jù)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)7 365 塊砂巖鑄體薄片的鑒定結(jié)果，其中3 874 塊薄片發(fā)育綠泥石包膜，33塊薄片發(fā)育Ⅰ型伊利石包膜，59 塊薄片可見Ⅱ型伊利石包膜。這些伊利石包膜主要出現(xiàn)于長(zhǎng)9 油層組，其次為長(zhǎng)8 油層組（表1）。在平面上，伊利石包膜在姬塬地區(qū)最為發(fā)育，其次為鎮(zhèn)北地區(qū)。

表1 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組砂巖薄片中伊利石包膜數(shù)量統(tǒng)計(jì)Table 1 Numbers of thin sections with illite coatings of Yanchang Formation in Ordos Basin

除極細(xì)砂巖外，其他砂巖均可見伊利石包膜，由于延長(zhǎng)組砂巖受東北物源、西南物源和西部物源體系控制，不同油層組和地區(qū)，巖性差異較大，從巖性三角分類圖來(lái)看（圖4a），含不同類型黏土包膜的砂巖，在巖性分類上無(wú)明顯差異，主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖，其次為長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖。在現(xiàn)今殘余巖屑組成上，含不同類型黏土包膜的砂巖也無(wú)明顯區(qū)別（圖4b），均以變質(zhì)巖巖屑為主，其次為噴出巖、花崗巖等巖漿巖巖屑，沉積巖巖屑難見，含有較多的云母碎屑。

圖4 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組含不同類型黏土包膜砂巖的碎屑組份特征Fig.4 Triangular diagram of sandstone composition with different types of clay coatings of Yanchang Formation in Ordos Basin

伊利石包膜（Ⅰ型包膜和Ⅱ型包膜）在三角平原和三角洲前緣砂體中均可見，不受沉積相控制；同一套成因疊置砂體，在砂體的上部、中部、下部均可出現(xiàn)伊利石包膜（Ⅰ型包膜和Ⅱ型包膜），且這兩類薄膜與Ⅳ型包膜常相伴、相間出現(xiàn)（圖5），綠泥石包膜（Ⅳ型包膜）和伊利石包膜（Ⅰ型包膜和Ⅱ型包膜）的出現(xiàn)與所處砂體部位無(wú)明顯關(guān)系。

圖5 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組不同類型黏土包膜在砂體中的垂向分布特征Fig.5 Vertical distribution characteristics of different types of clay coatings in sand bodies of Yanchang Formation in Ordos Basin

4 延長(zhǎng)組伊利石包膜化學(xué)成分特征

延長(zhǎng)組Ⅱ型伊利石包膜在掃描電鏡能譜面分析下，可見包膜外層為富K 的伊利石，而內(nèi)側(cè)為富Fe 的綠泥石（圖6）。包膜外層伊利石主要為彎曲片狀，片狀外側(cè)邊緣常為毛刺狀伊利石（圖2e—2f），在包膜外部分樣品中可見發(fā)絲狀伊利石（圖3d）。通過(guò)掃描電鏡下的能譜分析發(fā)現(xiàn)（表3），這些彎曲片狀伊利石Fe 的原子摩爾分?jǐn)?shù)為0～5.28%，平均值為1.49%；Mg 的原子摩爾分?jǐn)?shù)為0～2.06%，平均值為0.72%；片狀伊利石中Fe/（Fe+Mg）摩爾比為0.57，有的Fe 原子摩爾分?jǐn)?shù)大于Mg，有的小于Mg，包膜內(nèi)側(cè)伊利石中的Fe，Mg 原子摩爾分?jǐn)?shù)較外側(cè)高；K的原子摩爾分?jǐn)?shù)為1.25～7.26%，平均值為2.95%，部分樣品還含有少量的Ca 和Na；Si/Al 摩爾比為1.27～3.11，主要為1.3～1.7。伊利石包膜外的發(fā)絲狀伊利石中Mg 的原子摩爾分?jǐn)?shù)為0～1.35%，平均值為0.74%，但不含F(xiàn)e；發(fā)絲狀伊利石K 原子摩爾分?jǐn)?shù)為3.08～9.78%，平均值為5.13%，部分樣品有少量的Na，Si/Al 摩爾比為1.40～2.18。與彎曲片狀伊利石相比，發(fā)絲狀伊利石中Fe，Mg 含量低，但K含量更高（表2）。

表2 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)9 油層組伊利石和綠泥石包膜成分掃描電鏡能譜分析原子摩爾比Table 2 Atomic molar ratio of illite and chlorite envelope composition of Chang 9 by SEM nergy spectrum analysis in Ordos Basin

圖6 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組Ⅱ型伊利石包膜掃描電鏡下的成分分布特征（元333 井，2 324.5 m）Fig.6 Energy spectrum analysis diagram of type-Ⅱillite coatings under scanning electron microscope of Yanchang Formation in Ordos Basin

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)9 油層組綠泥石包膜中Fe 的原子摩爾分?jǐn)?shù)為8.86～27.96%，平均值為13.63%；Mg 的原子摩爾分?jǐn)?shù)為4.89～7.82%，平均含量6.95%；Fe/（Fe+Mg）摩爾比為0.64，與盆地其余地區(qū)延長(zhǎng)組內(nèi)的綠泥石相同［28-29］，均屬于典型的富鐵綠泥石，Si/Al 摩爾比為0.99～1.29，平均值為1.11。伊利石包膜中的綠泥石Fe，Mg 原子含量遠(yuǎn)小于綠泥石包膜內(nèi)的綠泥石，但Fe 的含量依然比Mg 高；Si/Al 摩爾比為1.41～1.76，比綠泥石包膜內(nèi)的綠泥石高，與伊利石包膜內(nèi)的伊利石相似。

5 砂巖中伊利石包膜的成因類型

縱觀國(guó)內(nèi)外砂巖中伊利石包膜研究實(shí)例（表3），可將伊利石包膜成因分為3 種類型：

5.1 滲濾蒙脫石包膜的伊利石化

沉積期或剛沉積后，富泥水的下滲-蒸發(fā)作用，在顆粒表面形成不等厚包裹顆粒的機(jī)械滲流黏土包膜，稱為滲濾包膜。滲濾包膜主要由蒙脫石組成，剛形成時(shí)黏土大多平行顆粒表面，僅在連橋處垂直顆粒表面［30-32］，整體常呈新月狀，反復(fù)的滲濾-蒸發(fā)作用還可形成多層紋層狀黏土膜［10］。滲流包膜在河流、沙漠、濱岸潮汐等環(huán)境中均可發(fā)育［33-35］，且砂巖粒度越粗、水中懸浮物越多、水位波動(dòng)越頻繁、二次搬運(yùn)越少，越有利于滲濾黏土的形成和保留。一般辮狀河比曲流河更易形成滲濾蒙脫石包膜［36］，河流和沙漠環(huán)境形成的黏土膜常呈新月形［37］，而濱岸潮汐環(huán)境常呈紋層狀。

富含蒙脫石的滲濾包膜隨著埋深的增加，在有K+供給、溫度達(dá)到50～95 ℃［38］，蒙脫石將發(fā)生伊利石化形成伊蒙混層或伊利石，同時(shí)釋放Fe2+、Mg2+、Si4+等離子，其轉(zhuǎn)化過(guò)程可分為固態(tài)反應(yīng)和溶解-沉淀反應(yīng)兩種形式［39-41］。固態(tài)反應(yīng)過(guò)程中蒙皂石層始終保持結(jié)構(gòu)完整，反應(yīng)由Al3+替換四面體中的Si4+，再由K+替換其他陽(yáng)離子，屬于一個(gè)交代過(guò)程。固態(tài)反應(yīng)形成的伊利石保留了很多先存蒙脫石包膜的特征，由原生蒙脫石形成的伊利石分布于粒間孔隙內(nèi)，常呈它形分散片狀，而由自生蒙脫石形成的伊利石則呈蜂窩狀，同時(shí)由于交代程度的非均質(zhì)性，伊利石的成分常具有不均一性［26］。而溶解-沉淀反應(yīng)是通過(guò)溶解2∶1 的蒙皂石層，再形成新的伊利石層，因而形成的伊利石包膜很難保留先存黏土膜的產(chǎn)狀或成份信息。

從沙特阿拉伯二疊系［13，17］、英國(guó)北海中部Ard‐more 油田上泥盆系Buchan 組［11］、利比亞中北部Sirt盆地白堊系［18-19］、立陶宛南部二疊系盆地［10］、荷蘭南部二疊系盆地［20］等地區(qū)的研究實(shí)例來(lái)看（表3），滲濾蒙脫石轉(zhuǎn)化形成的伊利石包膜常具雙層結(jié)構(gòu)，以內(nèi)層為主，內(nèi)層包膜厚度分布不均，孔喉處厚度大，在顆粒凹坑處更厚，顆粒接觸處亦可見，且內(nèi)層伊利石為薄片狀、平行顆粒表面連續(xù)分布，淺埋處成份為伊蒙混層，深埋處為伊利石；外層伊利石包膜分布于內(nèi)層片狀晶體邊緣末端，呈纖維狀和條帶狀伊利石，含量相對(duì)較少。由此可見，內(nèi)層滲濾蒙脫石主要通過(guò)伊蒙混層逐漸伊利石化，保留了先存蒙脫石的產(chǎn)狀和分布特征，與蒙脫石固態(tài)反應(yīng)過(guò)程對(duì)應(yīng)；而包膜外層伊利石是直接結(jié)晶的產(chǎn)物，物質(zhì)可能來(lái)源于先存蒙脫石的溶蝕，也可能來(lái)自鉀長(zhǎng)石溶蝕或外來(lái)流體。

表3 典型伊利石包膜成因及分布特征Table 3 Genesis types and distribution characteristics of typical illite coatings

5.2 自生蒙脫石包膜的伊利石化

淺埋階段火山物質(zhì)通過(guò)水解-溶蝕-結(jié)晶，可形成等厚狀自生蒙脫石膜，呈彎曲片狀、蜂窩狀。其形成過(guò)程可分為四個(gè)階段［42］，首先在顆粒表面成核，呈束狀生長(zhǎng)，其結(jié)晶方向隨機(jī)分布；接著晶體繼續(xù)長(zhǎng)大，呈大的片狀晶體、近平行顆粒表面包裹顆粒，成為“根部帶”；然后進(jìn)一步長(zhǎng)成不封閉的多邊箱型，并最終生長(zhǎng)成致密蜂窩狀。這類蒙脫石分布較廣泛，在南極洲Victoria Land 盆地下漸新統(tǒng)［9］、柴達(dá)木盆地冷湖構(gòu)造帶下侏羅系［43-44］和哈薩克斯坦Chu-Saryssu 盆地始新統(tǒng)［45］等地區(qū)均可見。

先存自生蒙脫石隨溫度升高同樣將發(fā)生伊利石化，從挪威中部近海侏羅系［12］、塔里木盆地東河塘組［20-21］和川西地區(qū)須四段［14］等地區(qū)的研究結(jié)果來(lái)看，伊利石包膜呈等厚狀連續(xù)分布，但在顆粒接觸處無(wú)，伊利石晶體呈彎曲片狀垂直顆粒表面，集合體呈蜂窩狀、搭橋狀，常含有一定量的Fe、Mg，在片狀晶體末端常為發(fā)絲狀，且伊利石包膜欠發(fā)育區(qū)的特征與自生蒙脫石的“根部帶”完全相同（圖4e），這些特征表明蒙脫石主要通過(guò)固態(tài)反應(yīng)形式形成伊利石包膜。

這類伊利石包膜的形成受物源控制，而不受沉積相控制。火山物質(zhì)溶蝕可以直接形成蒙脫石包膜和綠泥石包膜，富Fe 時(shí)的溶蝕產(chǎn)物常為綠泥石包膜，當(dāng)Fe 不足時(shí)則形成蒙脫石包膜［12］。因而，中酸性火山物質(zhì)溶蝕易形成先存蒙脫石包膜，隨埋深增加逐步轉(zhuǎn)化為伊利石包膜，如塔里木盆地的東河砂巖［15-16］；當(dāng)然，也并非所有的蒙脫石膜都將發(fā)生伊利石化，只有二八面體型蒙脫石易于伊利石化，三八面體型伊利石常發(fā)生綠泥石化，如印度尼西亞North Sumatra 盆地中新統(tǒng)Keutapang 組砂巖［46］、埃及尼羅河三角洲盆地上中新統(tǒng)Abu Madi 組［47］、二疊系Rotliegend 砂巖（英國(guó)北海、荷蘭北部、德國(guó)北部）［48-54］中的蒙脫石包膜都已轉(zhuǎn)化為綠泥石包膜。而中基性火山物質(zhì)溶蝕將直接形成綠泥石包膜，如瑪湖凹陷的下烏爾禾組砂巖［55］。

5.3 直接結(jié)晶形成的伊利石

火山物質(zhì)、鉀長(zhǎng)石、高嶺石、云母等物質(zhì)溶蝕，或者外來(lái)富K 流體的加入，在適宜的物化條件下可直接結(jié)晶形成伊利石包膜。以高嶺石溶蝕形成的伊利石最為常見，當(dāng)砂巖溫度超過(guò)120 ℃時(shí)，砂巖中的鉀長(zhǎng)石和高嶺石將發(fā)生反應(yīng)形成伊利石［56］，反應(yīng)過(guò)程十分迅速［57］，直到鉀長(zhǎng)石或高嶺石消耗殆盡為止［13，58-60］。這類伊利石的形成受先存高嶺石、鉀長(zhǎng)石或外來(lái)富K 流體控制，常呈發(fā)絲狀、纖維狀、條帶狀和搭橋狀，化學(xué)成分均一，一般不含F(xiàn)e、Mg。很難形成完整的伊利石包膜，大多在前兩類伊利石包膜形成后，在片狀伊利石末端形成尖刺狀、發(fā)絲狀伊利石。

6 延長(zhǎng)組伊利石包膜的成因

6.1 伊利石包膜由先存自生蒙脫石轉(zhuǎn)化而來(lái)

延長(zhǎng)組伊利石包膜在掃描電鏡下單晶體為彎曲片狀、集合體呈蜂窩狀；薄片中呈等厚孔隙襯里狀包裹顆粒，顆粒接觸處缺失；在伊利石包膜欠發(fā)育處，掃描電鏡下可見伊利石具有和自生蒙脫石根部帶相同的特征，且這些彎曲片狀伊利石常含有一定量的Fe、Mg，這些特征均表明伊利石包膜是先存自生蒙脫石通過(guò)固態(tài)反應(yīng)機(jī)理伊利石化的產(chǎn)物。

蒙脫石在溫度超過(guò)60 ℃之后將發(fā)生伊利石化，并伴隨著鉀長(zhǎng)石或巖屑的溶蝕［10，61］，從鏡下觀察和能譜分析來(lái)看，伊利石包膜發(fā)育區(qū)，發(fā)生溶蝕的長(zhǎng)石絕大多數(shù)為堿性長(zhǎng)石。同時(shí)延長(zhǎng)組砂巖均富含火山物質(zhì)，具有形成先存自生蒙脫石包膜的條件。

6.2 自生蒙脫石和綠泥石同時(shí)形成于大量壓實(shí)之后

伊利石與綠泥石一起組成Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型黏土膜，在偏光顯微鏡下，Ⅰ型包膜表現(xiàn)為伊利石特征，Ⅱ型包膜內(nèi)層表現(xiàn)為綠泥石、外層為伊利石，Ⅲ型包膜表現(xiàn)為綠泥石特征；在掃描電鏡下，Ⅰ型、Ⅱ型包膜主體為蜂窩狀伊利石包膜，綠泥石晶體僅在顆粒接觸處附近或伊利石欠發(fā)育的地方可見，彎曲片狀伊利石和竹葉狀綠泥石大多以顆粒表面為基底，相間無(wú)規(guī)律垂直生長(zhǎng)，即使含有少量伊利石的Ⅲ型黏土膜，伊利石也扎根于綠泥石包膜內(nèi)，與顆粒表面直接接觸。造成Ⅰ型、Ⅱ型黏土膜電鏡下主要為伊利石的原因，是因?yàn)橐晾w片比綠泥石晶體大、厚度薄，大的伊利石晶體遮掩了綠泥石，這也是Ⅱ型包膜在偏光顯微鏡下外層僅顯示為綠泥石的原因，只有顆粒接觸處附近，因空間限制伊利石無(wú)法形成大的片狀（圖4f），或者伊利石晶體雖大但含量少，不能完全遮擋綠泥石的出露。Ⅱ型包膜內(nèi)層僅表現(xiàn)為綠泥石，是因?yàn)槠瑺钜晾直?、晶間孔隙又特別發(fā)育，而綠泥石晶體片相對(duì)厚、晶間孔相對(duì)小的多，包膜內(nèi)層伊利石的鏡下特征被綠泥石掩蓋。Ⅲ型包膜在偏光顯微鏡下難見伊利石特征，主要是伊利石含量低、晶間孔過(guò)于發(fā)育。

顆粒接觸處4 類黏土膜均不發(fā)育，前3 類黏土膜中可見綠泥石和伊利石均以顆粒表面為基底，共同垂直生長(zhǎng)，其分布無(wú)明顯規(guī)律，表明先存自生蒙脫石與自生綠泥石開始形成時(shí)間相同，均發(fā)生于砂巖大量壓實(shí)之后，溫度大約為40～60 ℃［62］。

伊利石易吸附水而綠泥石易吸附油，Ⅱ型包膜內(nèi)的綠泥石和伊利石均未吸附重質(zhì)油，表明伊利石的形成早于油氣的充注。另外，從鏡下可見黏土膜明顯晚于碳酸鹽膠結(jié)。

6.3 伊利石的形成和分布受初始巖屑組份控制

宏觀上，伊利石包膜縱向上以長(zhǎng)9 最為發(fā)育，平面上以姬塬地區(qū)最為常見，這些特征表明伊利石包膜的發(fā)育與物源組份直接相關(guān)，從Ⅱ型伊利石包膜中的綠泥石中的Fe、Mg 含量較Ⅳ型包膜中的綠泥石低的多可見，溶蝕的火山物質(zhì)存在較明顯的差異。而發(fā)育4 類黏土膜的砂巖在巖性、顆粒組份、沉積相等方面卻沒有明顯差異，主要是因?yàn)榛鹕轿镔|(zhì)大多溶蝕殆盡，現(xiàn)今的巖性和顆粒組份不能準(zhǔn)確反映黏土包膜形成時(shí)的特征。同一物源、同一砂體黏土膜卻不同，是火山物質(zhì)在搬運(yùn)、沉積過(guò)程中造成不均一性的結(jié)果，就像同一物源體系砂體，不同樣品中重礦物的組成和含量也存在一定的差異。

6.4 伊利石包膜的形成過(guò)程

綜上成因分析，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)伊利石包膜的形成過(guò)程如下：

含火山物質(zhì)的的砂巖在河流、三角洲環(huán)境沉積，形成河道、分支河道、水下分流河道等砂體；隨著埋深增加，溫度不斷升高，砂巖經(jīng)歷大量壓實(shí)，40～60 ℃時(shí)火山物質(zhì)變的不穩(wěn)定，富Fe、Mg 的中基性火山物質(zhì)溶蝕形成綠泥石，貧Fe、Mg 而富Al、Si 的中酸性火山物質(zhì)溶蝕形成蒙脫石；蒙脫石和綠泥石初始形成階段，晶體生長(zhǎng)受幾何淘汰律控制［63］，形成晶體小、致密的根部帶，僅垂直顆粒表面生長(zhǎng)的晶體可以繼續(xù)長(zhǎng)大；根部帶形成之后，垂直顆粒表面的綠泥石晶體和蒙脫石晶體不斷長(zhǎng)大，由于蒙脫石單晶體較綠泥石大，且呈彎曲片狀，形成晶間孔隙十分發(fā)育的蜂窩狀，而綠泥石晶體小被蜂窩狀蒙脫石遮擋而不易看到，僅在顆粒接觸處附近蒙脫石晶體小或蒙脫石不發(fā)育的地方可見；隨著溫度的不斷升高，受到含有機(jī)酸流體的干擾，蒙脫石、綠泥石停滯生長(zhǎng)，蒙脫石隨溫度升高發(fā)生伊利石化，同時(shí)伴隨著鉀長(zhǎng)石的溶蝕以及石英膠結(jié)；鉀長(zhǎng)石、巖屑等物質(zhì)的溶蝕產(chǎn)物，在蒙脫石片邊緣結(jié)晶形成尖刺狀、發(fā)絲狀伊利石。

7 地質(zhì)意義

（1）宏觀上，伊利石包膜和綠泥石包膜在相同沉積相、同一砂體內(nèi)可同時(shí)出現(xiàn)；微觀上，綠泥石和伊利石可同時(shí)以同一顆粒表面為基底，共同相間生長(zhǎng)，均具有火山物質(zhì)溶蝕結(jié)晶的成因特征，從側(cè)面表明延長(zhǎng)組砂巖內(nèi)的綠泥石包膜，與富Fe 膠體在三角洲環(huán)境下的絮凝產(chǎn)物無(wú)明顯關(guān)系。

（2）伊利石包膜是先存自生蒙脫石包膜伊利石化的結(jié)果，先存蒙脫石是火山物質(zhì)早成巖階段溶蝕的產(chǎn)物，伊利石包膜的發(fā)育一方面指示早成巖階段發(fā)生了一定規(guī)模的火山物質(zhì)溶蝕，另一方面，由于早期形成的黏土膜為蒙脫石，而非普遍可見的綠泥石，表明溶蝕的火山物質(zhì)貧Fe，以中酸性為主。另外，早期先存蒙脫石包膜的發(fā)育指示一定的規(guī)模的火山物質(zhì)溶蝕，后期蒙脫石的伊利石化常導(dǎo)致鉀長(zhǎng)石的溶蝕［10，61］，因而，伊利石包膜的發(fā)育有利于巖屑和長(zhǎng)石溶蝕孔的形成。

（3）不管是綠泥石包膜還是伊利石包膜，均可抑制石英加大，有利于原生粒間孔隙的保留。同時(shí)，伊利石包膜本身晶間孔比例極高，且邊緣尖刺狀和發(fā)絲狀伊利石的發(fā)育，對(duì)原生孔隙的普遍充填分割，使粒間孔復(fù)雜化，大大降低了儲(chǔ)層的滲透率［64-65］。

（4）綠泥石包膜易吸附重質(zhì)油，導(dǎo)致孔隙度降低，同時(shí)導(dǎo)致巖石潤(rùn)濕性表現(xiàn)為弱親油［66］，不利于油氣的開采；而伊利石具有較強(qiáng)的離子交換能力，大量吸附水附著在顆粒表面，使之具有親水或弱親水特征［65，67-68］，有利于油氣的開發(fā)，這是慶城長(zhǎng)7 致密油開發(fā)優(yōu)于陜北新安邊長(zhǎng)7致密油的重要因素。

8 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組砂巖中發(fā)育Ⅰ型-Ⅳ型4 種黏土包膜，其中Ⅰ型主要為伊利石，Ⅱ型包膜內(nèi)、外層分別以綠泥石和伊利石為主，Ⅳ型全部為綠泥石。伊利石包膜中彎曲片狀伊利石與發(fā)絲狀伊利石相比，具有低Fe、Mg，而高K 的特征；Ⅱ型包膜中的綠泥石與Ⅳ型包膜中綠泥石相比，具有Fe、Mg 含量低，Si/Al 高的特征，與共存的片狀伊利石相似。

（2）鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組砂巖中的伊利石包膜是自生蒙脫石通過(guò)固態(tài)反應(yīng)伊利石化的產(chǎn)物，其分布不受沉積相控制，與物源組份直接相關(guān)，物源體系的差異和沉積過(guò)程造成的不均一性，是形成不同類型黏土包膜的主要原因。

（3）鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組砂巖40～60 ℃時(shí)，貧Fe、Mg 的火山物質(zhì)發(fā)生水解溶蝕，同時(shí)形成彎曲片狀自生蒙脫石和竹葉狀綠泥石包膜，自生蒙脫石伊利石化后，單個(gè)的片狀伊利石晶體及晶間孔遠(yuǎn)大于綠泥石，是造成Ⅱ型黏土包膜在顯微鏡下內(nèi)、外層分別表現(xiàn)為綠泥石和伊利石的主要原因。

（4）鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組伊利石包膜的發(fā)育表明可能發(fā)生了早期火山物質(zhì)的溶蝕和后期蒙脫石伊利石化導(dǎo)致的鉀長(zhǎng)石溶蝕，這兩期溶蝕均與有機(jī)酸導(dǎo)致的酸性溶蝕無(wú)直接關(guān)系。伊利石包膜不僅可以抑制石英加大，還能導(dǎo)致巖石具有親水或弱親水的特征。同時(shí)，伊利石包膜對(duì)原生孔隙的分割與改造，大大降低了儲(chǔ)層的滲透率。