【专家技术贴】粘土矿物的表征结果该怎么用？

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常见的粘土矿物类型

一般来说，常见的粘土矿物主要有高岭石、伊利石、绿泥石、蒙脱石以及伊蒙、绿蒙混层等。

高岭石：硅铝酸盐矿物，是长石的蚀变产物。单晶呈假六方板状；聚合体呈叠层状、蠕虫状、书本状。分子式为Al4[Si4O10](OH)8，产出环境为酸性，氧化环境。形成温度70℃，随温度升高（130--150℃）可转化为绿泥石及伊利石。多以孔隙填充的形式存在于粒间孔隙，晶间结构比松，在流体冲刷下容易随流体移动，堵塞、分割孔隙和喉道，尤其在细小喉道中，影响很大，是重要的速敏矿物。

绿泥石：硅铝酸盐矿物，常与自生石英共生。在电镜扫描下，在孔隙中产状有孔隙衬垫及孔隙充填，有时也可见其杂乱堆积状态。一般针叶状绿泥石多为孔隙衬垫包于颗粒表面，绒球状和玫瑰花状的则充填在孔隙中。绿泥石可由黑云母、角闪石、蒙脱石等矿物转化而来，自生绿泥石一般富含高价铁离子，与钻井液中的HCL等酸液作用容易产生沉淀，而造成储层伤害，是酸敏性矿物。

伊利石：硅铝酸盐矿物。往往在孔隙中形成搭桥式生长或构成丝缕状、发丝状网络。片状等微晶把孔隙分割成许多小孔隙，增加了迂曲度；发丝状的容易被水冲移，堵塞孔隙和喉道，降低孔隙度和渗透率。

蒙脱石：硅铝酸盐矿物。属于蒙皂石(Smectite)族二八面体亚族，形态为鳞片状、蜂巢状、棉絮状。分布于埋藏较浅、成岩作用较弱的地层中，随加埋藏深、成岩作用加强趋于消失，并伴随混层矿物的出现。

粘土矿物间的转化

由于泥岩在成岩过程中受外来流体影响较小，因此，泥岩的成岩作用和砂岩相比相对简单，主要表现在各种粘土矿物，如蒙皂石或伊/蒙混层矿物，随埋深增加向伊利石转化，而自生高岭石、自生伊利石、自生绿泥石等形成的可能性较小。

（1）蒙皂石向伊利石的转化：

蒙皂石转化为伊利石的过程主要受温度、时间和介质条件的影响。在成岩压实过程中，随埋深和地温的增加，粘土矿物中的蒙皂石不断析出层间水，从介质中吸收K+和Al3+,经I/S混层转化为伊利石，从而使得蒙皂石层在I/S混层中所占的比例S%越来越小。

（2）蒙皂石向绿泥石的转化

在富Mg2+的环境中蒙皂石经绿蒙混层C/S，转化为绿泥石，我国仅在柴达木盆地旱二井发现了这一转化。

（3）高岭石向伊利石的转化

在成岩过程中随埋深增加，介质条件由酸性变化为碱性时，高岭石会向伊利石或绿泥石转化。在富K+的环境中高岭石向伊利石转化。

粘土矿物在成岩演化过程中，特别是蒙脱石向伊利石转化过程中析出的Na+，Ca2+，Fe3+，Mg2+，Si4+等离子，除部分（如Fe3+，Mg2+）参与泥岩粘土矿物成岩反应形成新的组分外，其余可以呈各种无机阳离子或呈各种有机络合物形式，随着压实流体与CO2和有机酸一起进入砂岩孔隙，直接影响砂岩的胶结作用。

基于粘土矿物特征的应用

由上述分析可看出，粘土矿物转化可导致砂岩中一系列成岩作用的发生，如石英次生加大、早期泥碳酸盐岩胶结、晚期铁方解石和白云石的形成等，在碎屑岩的成岩作用中起着主导作用。另外，由于粘土矿物的类型不同，其内部孔隙发育程度也存在差异。以往对粘土矿物的分析着重于精确分析粘土矿物的成分和晶体结构，但对其形态特征、分布方式以及粘土矿物晶间孔发育程度难以深入研究。而现状利用扫描电镜（SEM）分析可以弥补这一不足，例如利用扫描电镜对某一致密砂岩样品中的高岭石及绿泥石充填部分分别进行扫描和图像分割，可以定量识别到两者的面孔率之差达到了近21%

高岭石充填部分，面孔率5.61%

绿泥石充填部分，面孔率26.97%

在丰富了研究手段之后，结合多学科一体化的研究方式，对于以往比较棘手的问题也诞生出了相应的对策予以解决。例如下图为科吉思公司应用数字岩心技术识别低阻油层测井响应特征的案例。某油田某井水层电阻率约为5.8ohm.m，而部分油层电阻率则低于4ohm.m。利用常规手段难以对这部分低阻油层进行有效识别。

常规手段难以对低阻油层进行很好的识别通过对井壁取心进行筛选和扫描发现，这部分低阻油层内部存在孔隙结构复杂，矿物种类尤其是粘土矿物成分多样等特征。利用行业标准数字岩石分析系统PerGeos对图像进行定量化孔隙和喉道分析分析后发现，孔喉等效半径、孔喉分布面积均值、孔喉均一性、孔喉分布形态是影响岩石导电性主要因素。

基于定量化的微观孔隙结构及粘土矿物特征的认识，进而重新建立了新的测井解释图版和计算饱和度计算方法，精准识别了常规油层及低阻油层，为后期开发方案的调整提供了有力的支撑。

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