黑云母向绿泥石转化过程中微观形态及光性特征X伍 英 (大庆油田有限责任公司勘探开发研究院, 黑龙江 大庆 163712)摘 要: 通过偏光显微镜和扫描电子显微镜对砂岩样品的观察, 对比研究了黑云母及绿泥石的光学 特征及微观形态特征, 发现了黑云母向绿泥石蚀变转化过程中光学特征及微观形态特征的变化, 有明显 波状消光现象 认为通常所见黑云母的波状消光现象可能是由中成岩阶段的矿物交代作用引起的, 即叶 片状绿泥石交代片状黑云母所致为砂岩成岩阶段及孔隙演化史划分提供了新的依据 关键词: 黑云母; 绿泥石; 波状消光; 矿物交代1 引言 实验综合应用偏光显微镜和扫描电镜, 研究砂 岩中黑云母转化为绿泥石过程中微观形态及光学特 征的变化, 尤其是波状消光的发生机理, 以探讨它与 砂岩所处成岩作用阶段的关系, 为研究砂岩储层的 孔隙发育历史提供实验观察依据 2 观察实验描述2. 1 偏光显微镜下的特征( 照片 1) : 蚀变程度不同 的黑云母矿物颗粒或同一颗粒的不同部位, 在偏光 显微镜下的特征显示出明显的差异性颜色由黑褐 色到黄绿色不等, 其干涉色也由二级黄到一级灰白 不等半透明到透明一组极完全解理由清晰可见 到无法识别。
其消光性质的变化为: 由十分规则的平 行消光过渡到典型的波状消光突出特征是在正交偏光下表现为波状消光 2. 2 扫描电镜下的特征( 照片2) : “ 黑云母” 颗粒中 被解理分开的每一层( 在偏光显微镜下能识别的最 小单元) , 都是由极薄的薄片构成的片状集合体; 其 发生蚀变比较严重的部分, 这些薄片之间的间距明 显加大变宽, “ 黑云母” 颗粒的体积也明显膨胀; 原先 的黑云母片状结构体被一个个紧密排列的针叶状绿泥石晶体所取代这些细小的绿泥石晶体大致按照 原黑云母的解理面的延伸方向展布, 其彼此相接的 单个晶体的长轴方向与原黑云母解理方向夹角呈现 出规律性的渐变: 绿泥石晶体延伸方向与原解理面 延伸方向的夹角从0 到90 度不等, 但以夹角小于± 45 度并且倾向一致的居多, 可将其称作绿泥石晶体 的规则半定向排列 3 讨论实验观察中发现“ 黑云母” 矿物颗粒已明显膨 胀、 变形, 原来呈片状集合体的晶体已经被针叶状的 晶体所取代; 显然, 它们已经变成绿泥石( 照片2) 下 面将从光学性质、 形态特征、 转化过程以及波状消光 发生机理等四个方面予以讨论: 3. 1 光学性质 在实验所观察的样品中, 黑云母矿物颗粒正处于向绿泥石转化的进程中, 其光学特征与纯粹的黑 云母或绿泥石都有所不同。
黑云母” 颗粒在偏光显 微镜下的特征显示出规律性的变化( 照片 1- A. B. C) , 随着蚀变进程的深入, 黑云母的颜色由黑褐色 到黄褐色再到淡绿色渐变, 其干涉色也由二级黄向 一级灰白渐变它们的一组极完全解理由清晰可辨 一直到无法识别其消光性从规则的平行消光渐变到典型的波状消光: 在正交光下, 未发生蚀变的黑云 母的颗粒表现为平行消光[ 1], 而蚀变严重的“ 黑云 母” 颗粒则表现为波状消光 3. 2 形态特征 黑云母的单晶体不多见, 常以片状或鳞片集合 体的形态产出 绿泥石则常呈鳞片状、 针叶状集合体 产出[ 1]研究发现, 部分黑云母颗粒发生了一定程度的 变形, 其变形的原因可能是多方面的: 首先, 黑云母 从地层水中吸收结构水, 必然造成其体积的膨胀, 而 这种吸水作用的不均一, 自然会造成其颗粒不同部 位的膨胀率有所差异, 进而导致其片状晶体发生弯 曲( 图 1) ; 其次, 黑云母转化而来的绿泥石晶体的重 新排列也会导致上述变形作用的发生; 此外, 成岩过 程中的各种机械应力也会导致矿物颗粒的变形[ 5]5 2009 年第10 期 内蒙古石油化工X收稿日期: 2009- 02- 23基金项目: 国家“ 十五” 重大科技攻关项目( 2003BA613A)资助。
作者简介: 伍英(1976—) , 女, 硕士, 主要从事石油地质学研究绿泥石化相对严重的部分, 原来的片状黑云母晶体已经转化为紧密排列的针叶状绿泥石晶体图 1 黑云母吸水变形示意图 3. 3 黑云母向绿泥石蚀变过程扫描电镜下的观察发现, 黑云母颗粒的一部分 ( 左) 已基本转化为绿泥石, 而其右半部分则未见明 显蚀变( 照片2A. B) 黑云母沉积后由于受到温度、 压力及流体等多 种成岩作用因素的影响, 尤其是地层水的作用, 很容 易发生不同程度的变化[ 2]这些黑云母的颗粒在温 度和地层水( 或高矿化度地层水) 的作用下, 沿着自身的解理缝吸收水分, 同时还与( 高矿化度) 地层水 发生化学反应, 进行物质交换, 导致黑云母成分和结 构变化实验所观察的黑云母矿物, 其化学式为 K {( Mg, Fe)3[ AlSi3O10] ( OH)2}, 当它们受到富含Mg2+的地层水作用时, 一方面Mg2+离子取代晶体中的K+和Fe2+离子, 另一方面一定量的地层水进入其晶体中成为结构水, 从而使黑云母蚀变为绿泥石 ( Mg5[ AlSiO10〗( OH)6)[ 1- 3]据中国石油行业标准( SY/ T 5477—2003) , 黑 云母的绿泥石化发生在中成岩阶段A 期以后, 此时 岩石已经固结, 颗粒多呈线状- 缝合状接触, 砂岩储 层的孔隙减少, 并出现裂缝。
3. 4 关于“ 黑云母” 发生波状消光现象 黑云母和绿泥石的晶体都属二轴晶, 并且多数情况下都表现为负光性, 图 2A、 B 分别代表它们的 单晶体的某一切片方位的光率体椭圆模型黑云母 呈平行消光, 绿泥石则为平行或近于平行消光图 2 黑云母蚀变前后光率体模型对比图图版说明6内蒙古石油化工 2009 年第10 期 照片1A: 黑云母( Bi) 与上下偏光斜交, 不消光, 呈褐黄色, 一组极完全解理依稀可辨 新疆乌恰煤矿下侏罗统扬叶组, 岩屑砂岩单偏光, ×20照片1B: 黑云母( Bi) 与上下偏光平行, 消光同照片1A, 顺时针旋转约40 度正交偏光, ×20照片1C: “ 黑云母( Bi) ” 膨胀、 变形, 已明显蚀变, 整个颗粒断裂为左右两部分样品同上正交偏光, ×20照片2A: 显示向绿泥石蚀变的“ 黑云母” , 针叶状的绿泥石晶体取代了黑云母的片状晶体, 右上部尚残留着一些片状的晶体新疆乌恰煤矿下侏罗统扬叶组, 岩屑砂岩照片2B: 照片2A 局部放大细小的针叶状绿泥石晶体呈的展布方向与原始解理缝的走向大致相同图 2C 反映的是未发生蚀变的黑云母集合体的光率体的简单模型, 黑云母单晶体的光率体椭圆的长短半径( 图中Ng 和Np) 的延伸方向基本一致, 从而它们的消光位也基本相同, 这是矿片中黑云母颗粒通常表现为平行消光的内在原因。
图2D 反映的是本次实验中蚀变为绿泥石的“ 黑云母” 集合体的光率体的简单模型 绿泥石微小晶体的规则半定向排列,其光率体椭圆的长短半径的延伸方向也表现为规则的变化, 其消光位自然也就表现出有规律的渐变, 从而导致这一蚀变了的“ 黑云母” 晶体颗粒的不同部位消光性的差异性, 这便导致了“ 波状消光” 现象的出现一般来讲, 波状消光现象可能由两方面的原因引起: ¹ 应力或是吸水膨胀的作用使得黑云母晶体发生了弯曲变形, 这是为人所熟知的[ 1- 3]; º 蚀变后的“ 黑云母” 晶体按照一定规则的重新排列, 或黑云母颗粒发生的绿泥石化前一种黑云母的机械变形多发生在早成岩阶段, 而后一种黑云母被绿泥石的交代则发生在中成岩阶段以后4 结论与建议4. 1 黑云母颗粒发生变形, 除机械压实以外, 主要是由两方面的原因造成的: a. 黑云母颗粒吸水膨胀导致变形; b. 黑云母蚀变为绿泥石后矿物晶体及其排列方式随之改变4. 2 黑云母的绿泥石化应该是其发生波状消光的一个原因蚀变后“ 黑云母” 的波状消光现象主要是由绿泥石晶体的规则半定向排列造成的4. 3 研究砂岩中黑云母的波状消光的成因对划分其所处成岩阶段有借鉴意义, 也可为研究碎屑岩储层的孔隙演化阶段提供一个新的依据。
4. 4 建议借助SEM 及原子力显微镜等先进设备,加强对油气储层及烃源岩进行直观的微观- 超微观形态学研究, 以探寻划分孔隙或有机质演化阶段新的有效途径[ 参考文献][ 1] 北京大学地质学系岩矿教研室. 光性矿物学.北京: 地质出版社, 1979.[ 2] 冯增昭主编. 沉积岩石学( 第二版) . 北京: 石油工业出版社, 1993.[ 3] 沈明道. 粘土矿物及微组构与石油勘探. 成都:电子科技大学出版社, 1993.OPTICS AND MICRO-SHAPE CHARACTERS IN THE PROCESS OF BIOTITE TRANSFORMING TO CHLORITEWU Ying( Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilfield Company Ltd, Daqing, 163712)Abstracts: With the polarizing microscope and the scanning electron microscope( SEM) , we observedthe sandstone sample, and contrasted optics and micro- shape characters of biotite and chlorite. We foundthat the biotite, which had been transforming to the chlorite, had some changes of optics and micro -shape characters, especially its showing wavy extinction under crossed polar. Wavy extinction may becaused by mineral replacement in middle diagenetic stage,or replacement of biotite by chlorite. Newevidence was advanced for partition of diagenetic stage and porosity evolution history.Key words: biotite, chlorite, wavy extinction, mineral replacement7 2009 年第10 期 伍英 黑云母向绿泥石转化过程中微观形态及光性特征。