天然气地球科学 >

2024 , Vol. 35 >Issue 8: 1363 - 1374

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2024.05.016

天然气地质学

鄂尔多斯盆地陇东地区太原组含铝岩系储层矿物学微观特征

  • 解丽琴 , 1, 2 ,
  • 李明瑞 2, 3 ,
  • 杨伟伟 , 1, 2 ,
  • 马占荣 2, 3 ,
  • 王慧玲 1, 2
展开
  • 1. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710018
  • 2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 710018
  • 3. 中国石油长庆油田分公司勘探事业部，陕西 西安 710018
杨伟伟（1985-），女，山东菏泽人，博士，正高级工程师，主要从事有机地球化学和石油地质综合研究.E-mail：.

解丽琴（1969-），女，陕西韩城人，硕士，高级工程师，主要从事岩石矿物微观特征研究.E-mail：.

收稿日期: 2024-03-31

  修回日期: 2024-05-31

  网络出版日期: 2024-07-11

收起

Mineralogical microscopic characteristics of bauxite rock series of Taiyuan Formation in Longdong area， Ordos Basin

  • Liqin XIE , 1, 2 ,
  • Mingrui LI 2, 3 ,
  • Weiwei YANG , 1, 2 ,
  • Zhanrong MA 2, 3 ,
  • Huiling WANG 1, 2
Expand
  • 1. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil & Gas Fields，Xi’an 710018，China
  • 2. Exploration and Development Research Institute of Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China
  • 3. Exploration Division of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China

Received date: 2024-03-31

  Revised date: 2024-05-31

  Online published: 2024-07-11

Supported by

The Major Oil and Gas Project of Changqing Oilfield Company,PetroChina(2021-90-5)

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摘要

近年来，长庆油田在二叠系太原组含铝岩系天然气勘探中取得重大突破，改变了以往对含铝岩系不能形成有效储层的传统认识。由于该类储层矿物难以识别，亟需通过系统分析测试探究含铝岩系储层矿物学微观特征、类型及孔隙发育情况。主要应用扫描电子显微镜、X射线衍射能谱仪，结合岩石薄片鉴定、X射线衍射分析等手段，研究了鄂尔多斯盆地陇东地区太原组含铝岩系储层矿物类型及微观特征。结果表明，研究区含铝岩系储层的主要矿物成分为水铝石和黏土矿物，还有锐钛矿、黄铁矿、菱铁矿等。根据矿物类型、含量、产状等特征，可以将含铝岩系储层分为三段：上部为铝土质泥岩和炭质泥岩，中部为铝土岩，下部为铝土质泥岩。上部地层中的黏土矿物主要为高岭石，富Al、Si等元素；中部以水铝石为主，富Al元素，孔隙发育，自生矿物类型多、晶形好；下部黏土矿物类型以伊利石为主，富K元素。矿物成分及结晶程度差异显示了矿物演化过程中的化学作用对储层孔隙的发育起着重要作用。

关键词： 鄂尔多斯盆地; 陇东地区; 铝土岩; 矿物学特征; 太原组

本文引用格式

解丽琴 , 李明瑞 , 杨伟伟 , 马占荣 , 王慧玲 . 鄂尔多斯盆地陇东地区太原组含铝岩系储层矿物学微观特征[J]. 天然气地球科学, 2024 , 35(8) : 1363 -1374 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.05.016

Abstract

Significant breakthroughs have been made in the exploration of natural gas in aluminum-bearing rock series of Permian Taiyuan Formation in Longdong area， Ordos Basin， which has changed the traditional understanding that aluminum-bearing rock series cannot form effective reservoirs. As the minerals are difficult to identify， systematic analysis is necessary to clarify the characteristics and types of micro reservoir minerals and pore development mechanisms. This paper mainly applies scanning electron microscopy X-ray energy spectrometer， combined with rock thin section identification， X-ray diffraction analysis etc. to determine the mineral types and microscopic characteristics of aluminum-bearing rock series reservoirs of Taiyuan Formation. It was shown that the main mineral components of aluminum-bearing rock reservoirs include boehmite， clay minerals， rutile， pyrite， siderite， etc. According to the characteristics of mineral type， content， and occurrence， the aluminum bearing rock reservoir can be divided into three sections， the upper part is composed of bauxite mudstone and carbonaceous mudstone， the middle part is composed of bauxite rock， and the lower part is composed of bauxite mudstone. The upper clay mineral type is mainly kaolinite， rich in elements such as Al and Si. The central part is mainly composed of boehmite， rich in Al， with well-developed pores， multiple types of authigenic minerals， and good crystal shape. The lower clay mineral type is mainly illite， rich in K. The results indicate that the differences in mineral composition and crystallinity indicate that chemical processes during mineral evolution play an important role in the development of reservoir pores.

Key words： Ordos Basin; Longdong area; Bauxite rocks; Mineralogical characteristics; Taiyuan Formation

0 引言

铝土岩（铝土矿），岩石致密，是一种富含铝质矿物的化学沉积岩，主要矿物成分为一水铝石和三水铝石，常具鲕状、豆状、块状、多孔状结构构造［1-4］。成因多样，主要是由铝硅酸盐类矿物受强烈化学风化、半风化带出溶解的氧化铝、高岭石等搬运至岩溶洼地、湖泊、海湾及潟湖盆地，直接沉积或经陆解作用而成［1-4］。传统认识认为铝土岩（或铝土质泥岩）分布广、密度大、物性差，是良好的区域盖层，不能形成有效储层［5-14］。然而中国石油长庆油田分公司勘探实践证实鄂尔多斯盆地上古生界铝土岩层具有良好的油气显示，尤其在2021年盆地西南缘陇东地区L47井铝土岩气藏获得67.38×104 m3 /d高产气流，初步落实铝土岩气勘探面积为7 000 km2，实现了铝土岩气藏勘探的重大突破［15-16］。
但是，铝土岩系是母岩在地表红土化作用的产物［8-11，17-23］，并非碎屑岩系列，属于一套全新的储集类型，其岩石学特征、储集空间特征和分布、优质储层控制因素和分布规律等均不能按照普通碎屑岩的研究方法进行，需要从铝土岩系的物质来源、结构构造、矿物成分及形成过程等进行探讨，进而为铝土岩系的储层研究和评价奠定基础，最终为铝土岩气藏勘探目标优选提供依据。

1 区域地质概况

研究区位于鄂尔多斯盆地西南缘。受早期构造运动控制，鄂尔多斯盆地西南缘早古生代形成了“L”形中央古隆起，研究区主要为陆表海碳酸盐岩沉积［16］。在奥陶纪末期，受加里东运动影响，盆地整体抬升，中央古隆起隆升遭受强烈剥蚀，进而在中奥陶世至晚石炭世经历了长达1.3亿年的物理与化学风化作用，形成了巨厚的古风化壳，成为含铝物质的主要物质来源。自晚石炭世开始，盆地开始整体沉降，海水自东向西侵入，中央古隆起面积逐渐减小，至早二叠世太原期，中央古隆起逐渐向南退入水下，太原组开始沉积，沉积相以潮坪和潟湖相为主，潮间亚相中沉积了一套铝土岩系地层［15］。
陇东地区古生界地层钻井深度介于3 800~4 200 m之间，自下而上为寒武系徐庄组、张夏组、三山子组，二叠系太原组、山西组、石盒子组、石千峰组［5-6］。太原组深度为4 000 m左右，平均厚度为30 m，与下伏下古生界碳酸盐岩古风化壳呈平行不整合接触，与上覆二叠系山西组呈整合接触。太原组岩性主要为灰色铝土质泥岩、浅灰色铝土岩、深灰色泥岩、黑色炭质泥岩及煤层，是本文研究的主要目的层段。

2 样品选取及实验方法

本文研究选取鄂尔多斯盆地陇东地区L47、L58、L98、HT1等10口井太原组铝土岩系的岩心样品60余块［图1（a）］，埋深范围为4 033~4 472 m。样品首先采用岩石薄片鉴定方法进行分析研究，确定其岩石学特征，然后采用扫描电子显微镜、X射线衍射能谱进行分析，选取样品的新鲜自然断面观察，明确各种矿物的产状形态特征及成分，并将岩石薄片放置于扫描电子显微镜下，进一步观察，结合X射线衍射数据确定矿物名称。
图1 鄂尔多斯盆地太原组铝土岩样品选取位置(a)及L58井单井柱状剖面(b)

Fig.1 Distribution of well locations for selecting bauxite samples of Taiyuan Formation (a) and lithological column profile of Well L58 (b) in the Ordos Basin

本文研究主要涉及的实验方法为扫描电子显微镜、能谱测试、X射线衍射、岩石薄片等，采用的标准依次为《岩石样品扫描电子显微镜分析方法》（SYT 5162—2021）、《岩石矿物能谱定量分析方法》（SYT 6189—2018）、《沉积岩黏土矿物和常见非黏土矿物X射线衍射分析方法》（SYT 5163—2018）与《岩石薄片鉴定》（SYT 5368—2016），使用的仪器设备依次为Quanta FEG 450场发射扫描电子显微镜、Quantax 200X射线能谱仪、D8 Focus X-衍射仪和Leica DM4P 偏光显微镜。

3 结果与讨论

3.1　岩石学特征

根据岩心观察、薄片鉴定及全岩矿物成分定量分析，研究区太原组铝土岩系岩性表现为三段式结构特征：上部和下部均以铝土质泥岩为主，其中上部黏土矿物类型主要为高岭石，下部黏土矿物类型主要为伊利石；中部主要发育铝土岩，可见大量溶蚀孔隙，为主要储集段（表1）。现以L58井太原组铝土岩系为例，具体特征表现为：
表1 陇东地区L58井太原组铝土岩系样品全岩矿物成分定量分析测试结果

Table 1 Quantitative analysis and testing results of the mineral composition of the entire rock of the Taiyuan Formation bauxite rock series samples from Well L58 in Longdong area

序号 深度/m 矿物含量/% 定名
石英 钾长石 绿泥石、高岭石 伊利石、伊/蒙混层 黄铁矿 锐钛矿 水铝石
1 4 040.00 0.6 0.4 59.3 35.0 1.6 3.1 铝土质泥岩
2 4 040.62 0.4 0.79 47.2 27.6 7.3 2.3 14.3
3 4 041.74 0.8 0.54 11.0 5.7 2.2 1.9 78.0 铝土岩
4 4 042.54 0.2 0.54 0.9 2.1 2.2 94.0
5 4 042.97 0.2 0.38 19.5 29.8 3.0 47.1 铝土质泥岩
6 4 044.99 0.0 0.53 0.7 3.4 1.8 93.6 铝土岩
7 4 044.99 0.1 0.37 0.2 0.8 1.6 96.9
8 4 045.24 0.1 0.60 0.1 1.1 2.1 96.1
9 4 045.90 0.1 0.51 0.1 1.0 1.9 96.4
10 4 047.40 0.1 0.69 0.1 0.8 1.8 96.5
11 4 048.25 0.1 0.96 0.1 1.3 2.2 95.4
12 4 049.58 0.1 0.94 0.1 0.7 2.5 95.6
13 4 050.76 0.6 1.39 4.3 14.6 5.7 73.5
14 4 051.10 0.3 0.67 1.9 8.9 2.7 85.7
15 4 051.71 1.3 1.19 8.3 31.9 6.3 51.0 铝土质泥岩
16 4 052.39 7.9 1.10 6.0 48.8 5.5 30.8
17 4 053.29 11.6 1.85 2.2 62.5 5.2 16.6
18 4 053.99 11.6 1.8 2.2 62.6 5.2 16.5
19 4 055.26 5.5 1.1 1.7 39.0 4.5 48.0
下部为灰黑色铝土质泥岩，具有块状构造，可见不规则纹层，常与上部不规则的碎屑岩层相接触，碎屑成分单一，主要为浅灰色黏土矿物，黏土矿物以高岭石为主（图2）。常见有团块状、星点状或条带状黄铁矿，可见大小不一的菱铁矿鲕粒或鲕粒层。陇东地区太原组铝土岩系的下部灰黑色铝土质泥岩普遍发育，但厚度不一，与铝土岩系中部的豆鲕碎屑状铝土岩呈逐渐过渡或突变接触关系。
图2 L58井太原组含铝岩系上部代表性岩心照片

（a）L58井，4 040.00 m，铝土质泥岩，水铝石3.1%，伊利石35.0%，高岭石59.3%；（b）L58井，4 040.62 m，铝土质泥岩，水铝石14.3%，伊利石27.6%，高岭石47.2%；（c）L58井，4 040.00 m，铝土质泥岩，铁质侵染高岭石隐晶团块状，水铝石隐晶为主；（d）L58井，4 040.12 m，铝土质泥岩，高岭石隐晶质分布（正交光）

Fig.2 Representative cores photos of the upper part of the bauxite series from Taiyuan Formation in Well L58

中部为浅灰色豆鲕碎屑状铝土岩，孔洞发育，物性较好，鲕粒大都为圈层构造（图3）。碎屑常呈不规则状，既有棱角分明的角砾，也有与基质界线不清晰的呈拉长撕裂状的角砾，角砾成分多为铝土岩。豆鲕状铝土岩中的豆鲕和碎屑常具有向上部粒径变大的趋势，然后突变为铝土质泥岩，由此组成多个由铝土质泥岩到豆鲕碎屑状铝土矿的岩性序列。全区范围内，铝土岩层厚度变化较大，总体表现为铝土岩系厚度越大，该层厚度就越大。
图3 L58井太原组含铝岩系中部代表性岩心照片

（a）L58井，4 048.01 m，铝土岩，孔洞发育；（b）L58井，4 048.45 m，铝土岩；（c）L58井，4 048.01 m，铝土岩，含豆鲕状结构，基质和颗粒水铝石重结晶好，晶间溶蚀孔隙发育；（d）L58井，4 040.12 m，铝土质泥岩，高岭石隐晶质分布（正交光）

Fig.3 Representative cores photos of the middle part of the bauxite series from Taiyuan Formation in Well L58

上部主要为灰黑色铝土质泥岩，黏土矿物类型中伊利石含量明显较高。常见条带状或团块状菱铁矿，部分菱铁矿内部被黄铁矿交代，有时见有植物碎屑。该层普遍存在，厚度一般>1 m，上覆地层一般为黑色炭质泥岩或黑色粉砂质泥岩（图4）。
图4 L58井太原组含铝岩系下部代表性岩心照片

（a）L58井，4 040.00 m，铝土质泥岩，水铝石3.1%，伊利石35.0%，高岭石59.3%；（b）L58井，4 040.62 m，铝土质泥岩，水铝石14.3%，伊利石27.6%，高岭石47.2%；（c）L58井，4 040.00 m，铝土质泥岩，铁质侵染高岭石隐晶团块状，水铝石隐晶为主；（d）L58井，4 040.12 m，铝土质泥岩，高岭石隐晶质分布（正交光）

Fig.4 Representative cores photos of the lower part of the bauxite series from Taiyuan Formation in Well L58

3.2　矿物类型

通过薄片鉴定、扫描电子显微镜原位分析，结合全岩矿物、主量元素等定量分析，陇东地区太原组铝土岩的矿物组成可以分为铝质矿物、钛铁质矿物、黏土矿物及其他矿物类型等四大类。

3.2.1　铝质矿物

铝质矿物主要指水铝石矿物，水铝石是铝土岩系中最重要的一种矿物，主要有一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石，由于其特殊性，在电镜能谱分析中非典型形态一般不易区分，所以统称为水铝石。水铝石主要分布在铝土岩、铝土质泥岩及泥质铝土岩中，基质水铝石一般主要呈隐晶质，无明显形态［图5（a）］，基质水铝石可见重结晶，晶形结晶较好［图5（a）］，在铝土质泥岩中常常呈团块状，裂缝充填状及与泥质混杂［图5（b），图5（c）］，结晶度较高，自形较好的水铝石主要为孔隙充填的水铝石，其形态完整，主要呈短柱状、长柱状、六方柱状及假六方板状［图5（d）—图5（i）］。
图5 扫描电子显微镜下铝质矿物形态特征

（a）C3-25-11井，3 806.65 m，铝土岩，水铝石重结晶；（b）L47井，4 104.0 m，铝土质泥岩，水铝石团块状、裂隙充填状；（c）图（b）水铝石能谱；（d）L47井，4 107.0 m，铝土岩，孔隙中充填六方柱状水铝石；（e）图（d）六方柱状水铝石能谱；（f）L58井，4 038.16~4 038.30 m，铝土岩，短柱状水铝石；（g）L58井，4 049.50 m，铝土岩，柱状水铝石；（h）L58井，4 045.90 m，铝土岩，假六方板状水铝石；（i）假六方板状水铝石能谱

Fig.5 Morphological characteristics of bauxite minerals under scanning electron microscopy

在部分铝土岩样品中可见针状［图1（a）—图1（e），图6（g）］及长柱状矿物［图1（d）—图1（f）］，针状矿物较普遍，长柱状少量，结晶较好，自形程度高，能谱分析测试表明，这2种矿物与基质水铝石，短柱状、六方板状等水铝石Al2O3含量明显有差别（表2），这些水铝石的Al2O3含量多在95%以上，甚至可达100%，SiO2含量多小于5%，而针状水铝石的Al2O3含量多为60%~80%，SiO2含量多为10%~20%，其中FeO含量多在10%以下，而柱状水铝石中Al2O3含量多为40%~60%，SiO2含量多为30%~40%，其中FeO含量多在10%~20%之间（图7）。
图6 扫描电子显微镜下多种矿物形态特征（1）

（a）L58井，4 047.40 m，铝土岩，针状水铝石；（b）图（a）针状水铝石能谱；（c）L58井，4 049.84 m，铝土岩，自生锐钛矿及针状水铝石；（d）L58井，4 047.40 m，铝土岩，柱状、针状水铝石及锐钛矿；（e）图（d）柱状水铝石能谱；（f）L58井，4 047.10 m，铝土岩，自生金红石及针状、柱状水铝石；（g）环探1井，4 459.14 m，泥质铝土岩，菱铁矿及与铝石环带及黄铁矿团块；（h）L47井，4 107.0 m，铝土岩，绿泥石、菱铁矿、黄铁矿及少量磷灰石共生；（i）图（h）菱铁矿能谱

Fig.6 Morphological characteristics of multi minerals under scanning electron microscopy（1）

表2 不同形态水铝石能谱分析结果

Table 2 Energy spectrum analysis results of different forms of boehmite

类型 样品编号 井深/m 测点 Na2O/% MgO/% Al2O3/% SiO2/% TiO2/% FeO/%
水铝石 L58-4 4 047.1 4-1 / / 96.81 1.74 1.45 /
4-2 / / 98.59 1.41 / /
4-3 / / 95.24 3.37 1.39 /
4-4 / / 96.66 1.07 2.27 /
4-5 / / 100 / / /
4-6 / 0.72 94.59 3.26 1.43 /
4-7 / / 95.18 1.37 3.45 /
4-8 / / 97.73 2.27 / /
4-9 / / 96.45 2.02 1.53 /
4-10 / / 95.49 2.95 1.56 /
4-11 / / 94.28 2.85 2.87 /
L58-1 4 044.99 1-1 / / 96.49 2.2 1.31 /
1-2 / / 95.13 3.63 1.24 /
1-3 / / 95.49 1.6 2.91 /
1-4 / / 94.53 3.53 1.94 /
1-5 / / 96.76 1.89 1.35 /
L58-6 4 048.16~4 048.30 6-1 / / 95.03 2.42 2.55 /
6-2 / / 98.25 1.75 / /
6-3 / / 95.18 1.89 2.93 /
6-4 / 1.34 97.09 2.91 / /
针状水铝石 L58-4 4 047.10 4-12 / 1.8 71.12 15.99 5.18 5.91
4-13 / 2 69.02 19.6 2.82 6.56
L58-1 4 044.99 1-6 / 2.35 69.77 19.43 4.34 4.11
L58-4 4 047.10 4-14 / 3.43 66.15 20.43 6.71 3.28
4-15 / 2.47 64.21 21.83 5.84 5.65
4-16 / 2.42 73.85 17.54 1.87 4.32
4-17 1.08 2.67 67.26 20.26 3.43 4.92
4-18 0.56 2.27 68.91 18.85 4.22 5.19
4-19 / 2.56 62.89 20.88 7.00 6.67
4-20 1 / 65.84 21.5 6.12 5.54
4-21 / / 66.35 22.27 4.99 6.39
4-22 / / 72.57 16.1 6.21 5.12
L58-6 4 048.16~4 048.30 6-5 / 2.87 67.41 22.02 2.9 4.8
6-6 / / 69.83 21.57 3.88 4.72
L58-1 4 044.99 1-7 / 2.2 72.05 18.4 3.48 3.87
1-8 / 1.62 74.62 16.82 2.52 4.42
1-9 / 2.89 74.1 18.03 0.99 2.79
1-10 / 4.84 65.98 23.79 1.92 3.47
1-11 / 2.38 68.95 19.95 4.61 4.11
1-12 / 2.14 73.87 18.08 2.13 3.78
柱状水铝石 L58-4 4 047.10 4-23 1.92 5.07 46.74 36.52 0.53 9.22
4-24 1.61 8.45 51.59 32.04 3.44 2.87
4-25 1.76 8.52 46.61 31.91 5.75 5.45
4-26 1.94 8.16 51.28 32.45 1.79 4.38
4-27 1.76 8.52 46.61 31.91 5.75 5.45
4-28 1.82 5.14 46.33 36.98 0.92 8.81
4-29 1.94 8.16 51.28 32.45 1.79 4.38
L58-3 4 045.9 3-1 1.03 4.08 49.49 34.86 / 10.54
L58-6 4 048.16~4 048.30 6-7 0.89 4.24 47.48 34.11 1.82 11.47
6-8 1.85 5.06 46.93 37.13 1.32 7.7
L58-4 4 047.10 4-30 1.64 4.95 47.47 35.32 0.91 9.71
L58-2 4 045.24 2-1 1.47 3.53 50.87 33.81 1.05 9.27
L58-5 4 047.40 4-31 1.31 3.63 43.63 37.54 2.53 11.36
L58-6 4 038.16~4 038.30 6-9 0.65 3.69 42.41 34.13 4.01 15.11
6-10 1.43 3.37 45.34 38.63 0.29 10.95
6-11 0.69 2.72 45.31 31.75 5.04 14.5
6-12 0.34 3.61 46.89 31.17 4.61 12.97
6-13 1.44 3.39 47.93 35.29 0.79 11.16
6-14 1.09 3.22 50.57 34.1 0.57 10.45
L58-2 4 045.24 2-2 2.06 5.11 49.33 34.84 0.79 7.87
图7 不同类型水铝石元素含量分布

Fig.7 Distribution figures for element content of different types of bauxite

3.2.2　钛铁质矿物

钛铁质矿物在铝土岩系中分布比较广泛，主要包括锐钛矿、金红石、菱铁矿及黄铁矿，这些矿物在铝土岩、铝土质泥岩、泥质铝土岩中均可见，常常混杂其中，呈分散状，有时富集呈脉状、条带状穿插其中［图6（e），图6（f）］，其晶形较小，或自形较差，不易识别，但能谱成分明显，主要为TiO2，含量接近100%，在孔隙中常常可见自形较好的锐钛矿［图6（c），图6（d），图10（b），图10（g）—图10（i）］、金红石充填［图6（f）］。
图8 扫描电子显微镜下多种矿物形态特征（2）

（a）L58井，4 045.24 m，铝土岩，草莓状黄铁矿及天青石；（b）图（a）天青石能谱；（c）L47井，4 107.0 m，铝土岩，绿泥石晶间孔中黄铁矿；（d）L58井，4 041.74 m，泥岩，黄铁矿团块中包裹水铝石团块；（e）图（d）中水铝石能谱；（f）L47井，4 107.0 m，不同形态黄铁矿及柱状水铝石；（g）城3-25-11井，3 808.11 m，泥质铝土岩，斑状高岭石黏土矿物；（h）环探7，4 446.18 m，铝土岩，高岭石黏土矿物；（i）图（h）高岭石能谱

Fig.8 Morphological characteristics of multi minerals under scanning electron microscopy（2）

图9 扫描电子显微镜下多种矿物形态特征（3）

（a）L58井，4 059.63 m，泥质铝土岩，斑状伊利石黏土；（b）L47井，4 107.0 m，铝土岩，孔隙充填充填板状绿泥石及菱铁矿；（c）图b绿泥石能谱；（d）L47-1C井，4 145.80 m，铝土质泥岩，菱铁矿溶孔充填板状绿泥石；（e）L58井，4 048.16~4 048.30 m，铝土岩，石膏充填孔隙；（f）图（e）石膏能谱；（g）L58井，4 048.16~4 048.30 m，自生纤维状天青石；（h）图（g）天青石能谱；（i）L58井，4 049.84 m，铝土岩，斑状石膏

Fig.9 Morphological characteristics of multi minerals under scanning electron microscopy（3）

图10 扫描电子显微镜下多种矿物形态特征（4）

（a）L58井，4 048.16~4 048.30 m，黄铁矿及天青石充填孔隙；（b）L58井，4 049.50 m，岩盐矿物及锐钛矿；（c）图（b）岩盐能谱；（d）L58井，4 050.76 m，铝土质泥岩，片状高铝叶腊石；（e）图（d）高铝叶腊石能谱；（f）L47井，4 116.0 m，铝土岩，黄铁矿与磷灰石形态；（g）L58井，4 044.99 m，铝土岩，短柱状水铝石及针状水铝石、锐钛矿、黄铁矿共生；（h）L58井，4 047.10 m，铝土岩，锐钛矿包裹水铝石；（i）图（h）锐钛矿能谱

Fig.10 Morphological characteristics of multi minerals under scanning electron microscopy（4）

菱铁矿在铝土岩系中分布较广泛，呈团块状分布［图6（g），图9（d）］，甚至含量高而形成菱铁矿岩，在孔隙中常常可见自生充填状［图6（h）—图6（i），图9（b）］，菱面体形态完整。丰富的菱铁矿部分可见溶蚀产生的溶孔［图9（d）］。
黄铁矿相对于菱铁矿来说含量有所下降，少量团块状，大多自形较好，形态丰富多样，呈单晶分散状或以草莓状集合体形式出现［图6（g）—图6（h），图8（a），图8（c）—图8（d），图8（f），图10（a），图10（f）—图10（g）］，在铝土岩系的泥岩、铝土质泥岩及铝土岩中都可见到。

3.2.3　黏土矿物

黏土矿物在铝土岩系中分布较普遍，主要类型有高岭石［图8（g）—图8（i）］、绿泥石［图6（h），图8（c），图9（b），图9（d）］及伊利石［图9（a）］。铝土岩系中常常可见高岭石、伊利石含量较高，形成高岭石、伊利石黏土岩。黏土矿物在铝土质泥岩中含量较高，常常呈隐晶状，结晶较差，形态上不易识别，隐晶质的黏土矿物常常可见重结晶，晶形结晶较好，晶间孔隙发育。而在铝土岩中黏土含量降低，但其结晶较好，形态完整，自生充填状在孔隙中生长。

3.2.4　其他矿物

其他类型矿物主要包括硫酸盐矿物、磷酸盐矿物及岩盐矿物［图10（f）］等。硫酸盐矿物在铝土岩系中常可见到，含量相对较低，主要包括石膏［图9（e）—图9（f），图5（i）］及天青石［图8（a），图9（g）—图9（h），图9（a）］，磷酸盐矿物主要为磷酸钙［图6（h），图10（f）］，含量较低，多呈自生形态充填孔隙中［图6（e）］。另外常常可以见到形态上疑似绿泥石黏土［图10（c），图10（e）］的矿物，但能谱成分上不符合绿泥石的特征，差别较大，Al2O3含量远大于SiO2含量，其中所含主要元素上与高岭石、叶腊石相似，但高岭石黏土中Al2O3与SiO2含量几乎相等，而叶腊石中SiO2含量远远大于Al2O3（表2），该种矿物可能是成岩过程中间过渡类型，也就是高岭石脱硅中间产物，也可能是叶腊石，暂归于高铝叶腊石类型［图10（d）—图10（e）］。

3.3　矿物学变化特征

通过矿物微观特征分析，可见铝土岩系中无论是铝土质泥岩还是豆鲕状铝土矿，矿物基本由水铝石、黏土矿物、锐钛矿、黄铁矿及菱铁矿等组成，但不同矿物之间含量差异明显。结晶程度差异显著，可分为结晶相对较差的部分和较好的部分。
结晶相对较差的部分颜色偏暗，铁、锰质含量较高，较为致密，呈块状结构，其中发育有大小不一、边缘参差不平的孔洞。同一层位中此类矿物成分差别不大，但在不同层位中，结晶较差的矿物成分差异明显，表现为下部铝土质泥岩中的矿物以伊利石和/或高岭石为主，中部豆鲕状铝土岩则以硬水铝石为主，而上部铝土质泥岩以高岭石为主。
结晶相对较好的部分颜色较浅，铁、锰质含量比较低，较为疏松，孔洞发育，可呈分散状、条带状或环带状，主要发育在豆鲕的核部和边缘，其次为豆鲕（碎屑）状铝土矿的基质与铝土质泥岩中。结晶较好的矿物成分多样，主要为硬水铝石、伊利石和高岭石，晶体形态良好，并普遍含锐钛矿、绿泥石等矿物。这些现象说明矿物演化过程中存在着化学作用，且对孔隙发育有着重要影响。

4 结论

（1）鄂尔多斯盆地陇东地区太原组含铝岩系储层的主要矿物成分包括水铝石、黏土矿物、锐钛矿、黄铁矿、菱铁矿等。其中：硬水铝石可以在整个铝土岩系中出现，但在铝土质泥岩中含量较少，结晶程度差，豆鲕(碎屑)状铝土矿中硬水铝石含量高，结晶程度较好；黏土矿物普遍存在于铝土岩系中，但豆鲕（碎屑）状铝土矿中含量较少。在垂向上，上部高岭石含量高，下部伊利石含量较高；黄铁矿普遍存在于铝土岩系中，在铝土岩系的局部具有富集的特征；锐钛矿在铝土岩系中普遍存在但含量较少，尤其存在于豆鲕（碎屑）状铝土矿中；菱铁矿在铝土岩系广泛分布，在铝土岩系的局部地层中具有富集并成层状分布的特征。
（2）陇东地区太原组含铝岩系储层可分为三段：上部为铝土质泥岩和炭质泥岩，中部为铝土岩，下部为铝土质泥岩。上部铝土质泥岩和炭质泥岩中黏土矿物以高岭石为主，富Al、Si等元素；中部铝土岩中矿物以水铝石矿物为主，富Al元素，自生矿物类型多、晶形好；下部铝土质泥岩中黏土矿物以伊利石为主，富K元素。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
1
吴国炎， 姚公一， 吕夏， 等. 河南铝土矿床［M］. 北京：冶金工业出版社，1996：113-140.

WU G Y，YAO G Y， LÜ X， et al. Bauxite Deposits in Henan Province［M］. Beijing：Metallurgical Industry Press，1996：113-140.

2
王庆飞， 邓军， 刘学飞， 等. 铝土矿地质与成因研究进展［J］. 地质与勘探， 2012，48（3）：430-448.

WANG Q F，DENG J，LIU X F， et al. Review on research of bauxite geology and genesis in China［J］. Geology and Exploration，2012，48（3）：430-448.

3
刘学飞，王庆飞， 李中明， 等. 河南铝土矿矿物成因及其演化序列［J］. 地质与勘探，2012，48（3）：449-459.

LIU X F， WANG Q F， LI Z M， et al. Mineral genesis and evolutionary sequence of the bauxite deposits in Henan Province［J］. Geology and Exploration，2012，48（3）：449-459.

4
高兰， 王登红， 熊晓云， 等.中国铝矿成矿规律概要［J］.地质学报，2014，88（12）：2284-2295.

GAO L，WANG D H， XIONG X Y， et al. Summary on aluminum ore deposits minerogenetic regulation in China［J］. Acta Geologica Sinica， 2014，88（12）：2285-2295.

5
戴金星， 夏新宇. 长庆气田奥陶系风化壳气藏、气源研究［J］. 地学前缘， 1999， 6（增刊1）： 195-203.

DAI J X， XIA X Y. Research on source rock correlation of the Ordovician reservoir，Changqing Gasfield［J］.Earth Science Fro-ntiers， 1999， 6（S1）： 195-203.

6
付金华. 鄂尔多斯盆地古生界盖层封盖性研究［J］. 天然气工业，1991，11（6）：6-11.

FU J H. A study of the sealing properties of the Paleozoic caprocks in Ordos Basin［J］. Natural Gas Industry，1991，11（6）：6-11.

7
王高平， 王震亮， 赵雪娇，等 . 鄂尔多斯盆地延安地区奥陶系风化壳古地貌恢复［J］. 沉积学报 ， 2013， 31（4）： 563-570.

WANG G P， WANG Z L， ZHAO X J， et al. Palaeogeomorphology restoring of Ordovician weathering crust in Yan'an area，Ordos Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2013，31（4）： 563-570.

8
曹高社，杜新. 华北陆块本溪组含铝岩系形成机理［M］.北京：科学出版社，2020.

CAO G S， DU X. Formation Mechanism of the Aluminiferous Rock Series in Benxi Formation， North China Block［M］. Beijing：Science Press， 2020.

9
BÁRDOSSY G， ALEVA G J J. Lateritic Bauxites［M］. Akademéai Kiadó， Budapest（joint with Elsevier Science Publishers， Amsterdam），1990：1-552.

10
BÁRDOSSY G. Karst Bauxites（Bauxite deposits on carbonate rocks）［M］. New York：Elsevier Scientific Publishing Company，1982：1-441.

11
廖士范.我国铝土矿成因及矿层沉积过程［J］. 沉积学报， 1986，4（1）.1-8.

LIAO S F. The genesis and sedimentary process of bauxite deposits in China［J］.Acta Sedimentologica Sinica，1986，4（1）.1-8.

12
廖士范， 梁同荣， 等. 中国铝土矿地质学［M］. 贵阳： 贵州科技出版社， 1991： 1-277.

LIAO S F， LIANG T R， et al. Geology of Chinese Bauxite Mines［M］. Guiyang： Guizhou Science and Technology Publishing House， 1991： 1-277.

13
廖士范.铝土矿矿床成因与类型（及亚型）划分的新意见［J］.贵州地质，1998（2）：139-144.

LIAO S F. New opinions on the genesis and classification （and subtypes） of bauxite deposits［J］. Guizhou Geology，1998（2）： 139-144

14
吕夏. 河南省中西部石炭系铝土矿中硬水铝石的矿物学特征研究［J］. 地质论评， 1988， 34（4）： 293-301.

LÜ X. A study on the mineralogical characteristics of hard water alumina in the Carboniferous bauxite deposits in central and western Henan Province［J］ Geological Review，1988，34（4）： 293-301

15
付金华， 李明瑞， 张雷， 等. 鄂尔多斯盆地陇东地区铝土岩天然气勘探突破与油气地质意义探索［J］. 天然气工业， 2021， 41（11）： 1-11.

FU J H， LI M R， ZHANG L， et al. Breakthrough in the exploration of bauxite gas reservoir in Longdong area of the Ordos Basin and its petroleum geological implications［J］. Natural Gas Industry， 2021， 41（11）： 1-11.

16
姚泾利， 石小虎， 杨伟伟，等. 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩系储层特征及勘探意义［J］. 沉积学报：1-20［2023-08-20］. DOI：10.14027/j.issn.1000-0550. 2022. 034.

YAO J L， SHI X H， YANG W W， et al. Reservoir characteristics and exploration significance of the bauxite rock series of Permian Taiyuan Formation in the Longdong Area of the Ordos Basin［J］. Acta Sedimentologica Sinica： 1-20［2023-08-20］. DOI：10.14027/j.issn.1000-0550. 2022. 034.

17
BERGER G， LACHARPAGNE J C， VELDE B， et al. Kinetic constraints on illitization reactions and the effects of organic diagenesis in sandstone/shale sequences［J］. Applied Geochemistry， 1997， 12（1）： 23-35.

18
LANSON B， BEAUFORT D， BERGER G， et al. Authigenic kaolin and illitic minerals during burial diagenesis of sandstones： A review［J］. Clay Minerals， 2002， 37（1）： 1-22.

19
刘恩法， 曹高社， 邢舟， 等.豫西偃龙地区本溪组含铝岩系的原岩恢复及其地质意义［J］.河南理工大学学报（自然科学版），2022，41（3）：57-65.

LIU E F， CAO G S， XING Z， et al. Protolith restoration and its geological significance of the aluminiferous rock series of the Benxi Formation in the Yanlong area，Western Henan［J］.Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science），2022，41（3）：57-65.

20
曹高社， 张松， 徐光明， 等. 豫西偃师龙门地区上石炭统本溪组含铝岩系矿物学特征及其原岩分析［J］. 地质论评， 2016， 62（5）： 1300-1314.

CAO G S， ZHANG S， XU G M， et al. Mineralogical characteristics and original rock analysis of Al-bearing rock series in Upper Carboniferous Benxi Formation in Longmen District，Yanshi，Western Henan［J］. Geological Review，2016，62（5）： 1300-1314.

21
曹高社， 刘凌之， 邢舟， 等. 河南省巩义地区本溪组铝土矿成矿物质来源——来自碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb 年龄的证据［J］.河南理工大学学报（自然科学版），2018，37（6）：55-65.

CAO G S， LIU L Z， XING Z， et al. Material sources analysis of Karstic bauxite of Benxi Formation in Gongyi area，Henan Province：Evidences from LA-ICP-MS U-Pb dating of detrital zircons［J］. Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science） ，2018，37（6）：55-65.

22
曹高社， 邢舟， 毕景豪， 等. 豫西偃龙地区本溪组铝土矿成矿物质来源分析［J］.地质学报，2018，92（7）：1507-1523.

CAO G S， XING Z，BI J H， et al. Material sources analysis of the Benxi Formation bauxite in the Yanshi-Longmen area， western Henan［J］. Acta Geologica Sinica， 2018，92（7）：1507-1523.

23
褚丙武， 赵春芳. 河南支建铝土矿的矿物学特征研究［J］. 矿产与地质， 2000， 14（4）： 251-254.

ZHU B W， ZHAO C F. Study on the mineralogical characteristics of Henan supporting bauxite mine［J］.Minerals and Geology， 2000， 14（4）： 251-254.

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