0 引言
富含铝的氢氧化物沉积岩称铝土岩，当铝土岩中Al2O3质量分数大于40%，且Al2O3的质量分数与SiO2的质量分数的比值大于等于2，称为铝土矿[1-2]。铝土岩是以化学沉积为主的细粒沉积岩石类型，主要矿物包括铝的氢氧化物（三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石3种矿物）、黏土矿物、铁矿物和钛矿物等[2⇓⇓-5]。母岩经过风化淋滤作用，导致碱金属元素、硅元素大量流失和铝元素的残留富集，形成了铝土岩的基础含铝矿物。铝土岩与黏土岩相似，但岩性致密，硬度和密度较大，没有可塑性，常具鲕状、豆状、块状构造[4⇓-6]。根据基岩类型，中国铝土岩主要为喀斯特型（沉积型）和红土型[7-8]，鄂尔多斯盆地铝土岩属于喀斯特型，形成过程包括陆生物理化学风化、表生风化淋滤改造和二次搬运与沉积作用[1⇓-3]。含铝岩系层序受岩溶喀斯特地形和沉积相综合控制，层序变化复杂[4,6,8 -9]。
鄂尔多斯盆地天然气勘探表明，石炭系本溪组底部古风化壳的铝土岩系密度大、物性差，分布较为广泛，具备较强的封盖能力，长期以来仅被认为是区域盖层，未当作储集层段考虑[10-11]。该层段在华北地区普遍发育，一般被命名为G层铝土矿，通常与山西式铁矿伴生[12-13]。传统上，含铝岩系的研究主要集中在铝土矿的矿床成因上[6,10]，以金属找矿为主要目的。随着油气勘探规模扩大，一些探井在该层段出现气测异常，并实现天然气勘探重大突破。2020年，宁古地区NG-3井在该层段获日产气13.44×104 m3[14]；2021年，陇东地区L47井试气获无阻气流67.38×104 m3/d[4-5]；2021年，临兴区块LX41井开展铝土岩天然气试采，日产气量5 013 m3，显示出G层铝土矿层段良好的天然气勘探开发前景[15-16]。
全面系统认识铝土岩储集层特性，是铝土岩天然气勘探开发持续获得突破的重要基础。本文以鄂尔多斯盆地东部河曲、府谷、保德、兴县、临县、柳林、大宁—吉县和韩城地区野外典型露头及2口钻井岩心的石炭系本溪组铝土岩系为研究对象，结合岩心和测井资料，采用手标本观察、岩石薄片、X射线全岩矿物分析、扫描电镜（SEM）、低温液氮吸附、二氧化碳吸附和甲烷等温吸附等实验，系统研究铝土岩系储集层特征，初步明确铝土岩系的矿物成分、岩性分类、结构构造和孔隙特征等，在此基础上系统总结鄂尔多斯盆地和整个华北地台铝土岩储集层的形成过程，明确铝土岩天然气富集特征，以期为华北克拉通铝土岩系天然气勘探提供技术支撑。
1 区域地质背景
鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部（见图1a ），地质构造演化主要经历中晚元古代大陆裂谷形成、早古生代华北克拉通陆表海盆地、晚古生代—中三叠世华北克拉通内拗陷、晚三叠世—白垩纪鄂尔多斯内陆盆地发展和新生代鄂尔多斯盆地周边断陷小盆地形成等阶段[17⇓⇓-20]。奥陶纪末期，受到加里东运动影响，鄂尔多斯盆地区域发生大规模隆起，奥陶系马家沟组灰岩广泛出露地表，经历长达1.3~1.5 Ga强烈的风化和岩溶作用，形成巨厚的碳酸盐岩古风化壳，华北克拉通北部阴山逐步隆起，成为石炭系铝土岩的主要物质来源。上石炭统本溪组沉积期，华北板块再次下降接受沉积，海水自东向西快速侵入，中央古隆起范围逐渐缩小，本溪组由盆地中心向西南及东北方向超覆，形成浅海陆棚、潮坪和潟湖相沉积。华北克拉通上石炭统铝土岩系与下伏奥陶系马家沟组碳酸盐岩古风化壳呈不整合接触，受底部马家沟组碳酸盐岩岩溶差异影响，地层高低起伏，同时由于铝土岩系受到的风化淋滤程度不同，岩性组合和厚度也存在差异（见图1c ）。
鄂尔多斯盆地东部上古生界是当前深部煤层气和致密气开发的重点地区，同时发育铝土岩、海陆过渡相页岩等多类型含天然气的岩层。盆地东部跨伊盟隆起、伊陕斜坡、晋西挠褶带和渭北隆起4个构造单元（见图1b ），地层由西向东逐渐进入盆地内部，地层埋深加大，倾角变缓。
2 本溪组铝土岩的岩矿组成及分类
2.1 岩矿组成
依据SY/T 5163—2018“沉积岩中黏土矿物和常见非黏土矿物X射线衍射分析方法”[21]，应用日本理学公司生产的TTRⅢ多功能X射线衍射仪，对鄂尔多斯盆地东部铝土岩系17个样品进行全岩和黏土矿物组分分析。结果表明矿物以一水硬铝石、一水软铝石和黏土矿物为主，含有部分铁质矿物和钛矿物，石英、长石和方解石含量很低（见表1 ）。富铁层段赤铁矿含量高达85.9%，黏土矿物含量较低；含铝层段的黏土矿物含量高，同时含有较多铝的氢氧化物（一水硬铝石、一水软铝石），而赤铁矿、针铁矿和锐钛矿含量较低；铝土矿层段以一水硬铝石和一水软铝石这两种含铝矿物为主，两者含量之和占比超过40%，其次是黏土矿物、赤铁矿和锐钛矿。马家沟组碳酸盐岩经历风化淋滤，铁离子先滤出，含铝溶液搬运进入潟湖、潮坪等半封闭还原环境洼地，形成黄铁矿，氧化后形成赤铁矿，因而铝土岩地层底部常出现赤铁矿富集的现象[22]。
表1 鄂尔多斯盆地东部上石炭统铝土岩系岩性组合、全岩矿物含量及孔渗特征 |
| 样品 编号 | 所属层段 | 样品岩性 | 全岩矿物含量/% | 黏土矿物含量/% | 孔隙 度/% | 渗透率/ 10−3 μm2 | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 石英 | 钾长 石 | 斜长 石 | 方解 石 | 一水硬 铝石 | 一水软 铝石 | 赤铁 矿 | 针铁 矿 | 锐钛 矿 | 黏土 矿物 | 蒙脱石 | 伊蒙混层 | 伊利 石 | 高岭 石 | 绿泥 石 | |||||
| L-1 | 含铝层段 | 高岭石泥岩 | 6.4 | 0.5 | 0.6 | 0 | 7.0 | 0 | 2.7 | 0 | 0 | 82.8 | 0 | 23 | 12 | 59 | 6 | 3.7 | 0.367 |
| L-2 | 含铝层段 | 铝质泥岩 | 1.4 | 0.5 | 0.8 | 0 | 43.4 | 0 | 8.6 | 0 | 3.7 | 41.6 | 7 | 0 | 43 | 0 | 50 | 7.8 | 0.604 |
| L-3 | 铝土矿层段 | 泥质铝土岩 | 2.5 | 0 | 0.9 | 0 | 46.4 | 0 | 20.0 | 0 | 0 | 30.2 | 0 | 0 | 93 | 0 | 7 | 6.7 | 0.528 |
| L-4 | 含铝层段 | 铝质绿泥石泥岩 | 0 | 0 | 0 | 1.6 | 33.6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 64.8 | 23 | 0 | 0 | 0 | 77 | 3.8 | 0.458 |
| X-1 | 含铝层段 | 高岭石泥岩 | 0 | 0.6 | 0 | 0 | 10.2 | 0 | 3.0 | 0 | 4.2 | 82.0 | 0 | 4 | 5 | 75 | 16 | 1.8 | 0.161 |
| X-2 | 含铝层段 | 高岭石泥岩 | 0.5 | 1.4 | 0 | 0 | 2.8 | 0 | 0.7 | 0 | 0 | 94.6 | 0 | 4 | 3 | 74 | 19 | 2.1 | 0.192 |
| X-3 | 含铝层段 | 铝质高岭石泥岩 | 0.3 | 1.7 | 0 | 0 | 16.7 | 5.1 | 1.0 | 0 | 5.2 | 70.0 | 0 | 4 | 3 | 75 | 18 | 1.6 | 0.173 |
| X-4 | 含铝层段 | 铝质高岭石泥岩 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 10.9 | 13.8 | 0.6 | 0 | 4.2 | 70.0 | 0 | 0 | 0 | 89 | 11 | 2.7 | 0.268 |
| X-5 | 含铝层段 | 高岭石泥岩 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10.0 | 10.0 | 0 | 0 | 0 | 80.0 | 0 | 0 | 0 | 91 | 9 | 1.5 | 0.153 |
| B-1 | 富铁层段 | 铁岩（沉积铁矿） | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 85.9 | 10.9 | 0 | 3.2 | 0 | 0 | 100 | 0 | 0 | 1.1 | 0.135 |
| B-2 | 含铝层段 | 铝质高岭石泥岩 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30.0 | 6.0 | 6.0 | 0 | 0 | 58.0 | 0 | 10 | 16 | 67 | 7 | 2.6 | 0.355 |
| B-3 | 铝土矿层段 | 泥质铝土岩 | 0.8 | 0 | 0 | 0 | 15.0 | 55.2 | 0 | 0 | 0 | 29.0 | 0 | 0 | 0 | 35 | 65 | 5.5 | 0.539 |
| H-1 | 含铝层段 | 高岭石泥岩 | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 2.0 | 0 | 15.3 | 0 | 3.7 | 77.0 | 0 | 0 | 8 | 84 | 8 | 1.8 | 0.182 |
| H-2 | 含铝层段 | 高岭石泥岩 | 0 | 0 | 1.0 | 0 | 0 | 0 | 22.1 | 0 | 0 | 76.9 | 0 | 0 | 8 | 83 | 9 | 1.3 | 0.133 |
| F-1 | 含铝层段 | 高岭石泥岩 | 0 | 0 | 0 | 5.0 | 0 | 0 | 1.0 | 0 | 3.5 | 90.5 | 0 | 0 | 12 | 78 | 10 | 1.9 | 0.264 |
| F-2 | 含铝层段 | 高岭石泥岩 | 0.8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10.2 | 0 | 3.3 | 85.7 | 0 | 3 | 21 | 70 | 6 | 1.6 | 0.248 |
| F-3 | 含铝层段 | 高岭石泥岩 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10.9 | 0 | 0 | 89.1 | 0 | 0 | 3 | 90 | 7 | 1.5 | 0.178 |
2.2 铝土岩分类
鄂尔多斯盆地东部铝土岩系岩石可见致密块状、豆鲕状、多孔状（或称土状、半土状）和碎屑状构造。致密块状铝土矿一般呈灰色、灰黄色，致密坚硬，具有泥质结构，有时可见沉积层理，以黏土矿物为主，风化壳产物搬运至低能环境中沉积形成，为原地残积或快速坡积形成（见图2a ）。豆鲕状铝土矿为灰红色，具有豆粒和碎屑结构，以一水硬铝石和黏土矿物为主，内部纹层不发育（见图2b ）。多孔状铝土矿为红色，土状结构，质地松散，表面多孔，经历过强烈的淋滤作用（见图2c ）。碎屑状铝土矿一般呈现灰色和浅红色，具有碎屑结构，碎屑颗粒多为细粒结构，分选和磨圆度较好，由残坡积物中的原生碎屑进一步风化而成（见图2d ）。此外研究区铝土岩底部出现赤铁矿的高度富集形成铁岩，呈红色、灰红色，具有块状构造，铁质矿物富集。
基于结构-构造特征对铝土矿的分类不能充分反映铝土矿的岩石学和矿物学特征，也不能适应天然气勘探开发对储集层岩石的分类需求。当前岩石常见命名方案中并没有明确提出铝土岩系的岩石类型，通常采用富铝矿物和富铁矿物等约束命名，但是“富”字本身并不包含严格的含量定义。基于此，结合岩石学中常用某种矿物含量10%，25%，50%的命名习惯，编制针对铝土岩系的铁矿物端元、铝的氢氧化物及钛矿物端元、黏土矿物及其他矿物端元三角图（见图3 ）。其中，铝的氢氧化物主要为三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石，钛矿物主要为锐钛矿，铁矿物主要为赤铁矿、针铁矿和褐铁矿，黏土矿物主要为高岭石、伊利石、蒙脱石和绿泥石。在铝土岩系中其他矿物含量占比相对较小，因此将其他矿物与黏土矿物合并为第3个端元。命名规则为，矿物含量为10%~25%的为含矿物类型，25%~50%的为矿物质类型，大于50%为主要矿物类型。同时在泥岩端元若黏土矿物单矿物含量大于50%，以一种黏土矿物命名为主，如高岭石泥岩；如果由两种或两种以上黏土矿物组成，采用复合命名，如高岭石-伊利石泥岩（见图3a ）。同时为进一步简化相关描述，将铝质岩与铝土岩、泥质岩与泥岩等合并描述，便于直观认识岩石的矿物组成（见图3b ）。根据矿物学结果及三端元图，可以将铝土岩系岩石划分为9种类型，包括铝土岩、泥质铝土岩、铁质铝土岩、泥岩、铝质泥岩、铁质泥岩、铁岩、泥质铁岩和铝质铁岩。其中研究区铝土岩主要为泥质铝土岩、泥质铝质岩、铝质泥岩、含铝泥岩、含铁泥岩、泥岩和铁岩（见图3a ）。进一步按照简化的分类方案，研究区铝土岩系可划分为泥岩、铝质泥岩、泥质铝土岩和铁岩4种类型（见图3b ）。
3 储集层孔隙结构及物性特征
3.1 孔隙类型及特征
薄片和扫描电镜显示研究区铝土岩系孔隙类型主要为晶间孔、溶蚀孔和粒间孔，发育微裂缝（见图4 ）。溶蚀孔主要分布于一水硬铝石微晶集合体，并且发育黏土矿物溶蚀孔（见图4a ）。晶间孔和溶蚀孔是铝土岩系的主要储集空间，在黏土矿物、一水硬铝石、赤铁矿和锐钛矿晶体之间，孔径较小，一般是纳米级孔隙（见图4a —图4c ）。粒间孔可见于相对较大的碎屑颗粒中间，发育相对较少（见图4d ）。铝土岩系中微裂缝发育，可见于铝土岩和含铝泥岩中（见图4e 、图4f ）。
3.2 孔隙结构特征
液氮吸附和CO2吸附测试使用ASAP 2020全自动比表面积及孔径分析仪。铝土岩系样品的氮气吸附/解吸曲线整体呈反S型，与IUPAC所定义的Ⅳ型等温吸附曲线类似[23]。相对压力（吸附压力与饱和蒸气压的比）小于0.45时，吸附曲线缓慢上升，向上微凸，与脱附曲线基本重合。随着压力上升，相对压力大于0.45时，吸附曲线逐渐上升，并且与解吸曲线开始分离，形成明显的滞后环，氮气分子在孔隙表面发生毛细凝聚，表明样品中存在介孔孔隙，当相对压力大于0.8时，吸附曲线急速上升，呈近直立状态（见图5 ）。根据IUPAC的分类标准，不同的滞后环形状可以识别出4种类型，分别对应不同的孔隙结构，即两端开放孔（H1）、细瓶颈状孔或墨水瓶孔（H2）、板状孔-楔形孔（H3）和狭缝孔（H4）[24-25]。研究区铝土岩系样品的滞后回环形状为H3、H4和两者混合型，其中泥质铝土岩L-3和高岭石泥岩X-1为H3型，高岭石泥岩F-3为H4型，铝质绿泥石泥岩L-4、铁岩B-1和高岭石泥岩H-2为H3和H4混合型，表明样品中存在较多的板状孔-楔形孔和狭缝孔。
据IUPAC所提出的孔隙分类方案，孔径小于2 nm为微孔，2~50 nm为介孔，大于50 nm为宏孔[26]。低温液氮吸附可以揭示1.7~200.0 nm的孔径分布，孔径分布曲线均呈现单峰型，以介孔为主，2~5 nm的孔隙含量最高，贡献了主要的孔容和比表面积。CO2吸附实验可以揭示0.4~1.1 nm孔径分布，孔径分布曲线呈多峰型，0.5~0.7 nm的孔隙含量最高，其中铝质泥岩与泥岩孔容与比表面积均小于泥质铝土岩与铁岩，说明泥质铝土岩与铁岩微孔含量最高。铝土岩系样品中介孔提供主要的孔容和比表面积，是气体储集最主要的场所，而微孔对比表面积具有一定贡献，也会贡献一定气体存储空间（见图6 ）。
3.3 物性特征
依据GB/T 29172—2012[27]，应用VINCI Technology孔隙度及渗透率测定仪测试17个样品的孔渗特征。结果显示泥岩孔隙度为1.3%~3.7%，渗透率为（0.133~0.367）×10−3 μm2；铝质泥岩孔隙度主体为1.6%~3.8%，渗透率为（0.173~0.458）×10−3 μm2，样品L-2孔隙度为7.8%，渗透率为0.604×10−3 μm2，受较高的含铝矿物影响；泥质铝土岩孔隙度总体相对较高，在5.5%~6.7%，渗透率为（0.528~0.539）×10−3 μm2（见表1 ）。孔隙度与渗透率存在较好的正相关。总体上泥质铝土岩物性相对较好，铝质泥岩与高岭石泥岩物性次之，铝质泥岩中存在较高含铝矿物的物性也会相对较好。泥质铝土岩中碎屑颗粒相对发育，且部分样品具多孔构造，可见微裂隙，储集层物性相对较好。铝质泥岩与高岭石泥岩具泥质/豆鲕构造，以溶蚀孔和晶间孔为主，在含有微裂隙的储集层中物性也会改善。
4 铝土岩系形成演化
铝土岩系的形成是多因素综合作用的结果，主要受构造演化、海平面变化及古地貌等因素影响[3,28⇓⇓ -31]。风化暴露面的成矿物质随地表水、地下水等流动向下迁移，在平台处形成潜穴/漏斗充填式沉积，在缓坡处形成透镜状沉积，在低洼处形成潟湖和沼泽环境的层状及块状沉积（见图7a ）。平台处铝土岩主要分布在地势较高地区，发生垂向淋滤作用且淋滤作用强，地下水渗流过程中在地层内部出现矿层旋回性变化，铝土岩构造以原生的豆鲕构造及多孔状构造为主；缓坡处铝土矿物经短距离搬运，豆鲕在搬运过程中破碎，伴随砂砾级的泥质碎屑物质出现；低洼处沉积位置不高于地下水位，以碎屑状及致密状结构为主（见图7a ）。地势相对高的平台、缓坡等古地貌单元，溶蚀改造作用强，孔隙发育，铝土岩储集层厚度大，物性较好。
系统对比整个华北地区野外露头及岩心资料，认为华北地区铝土岩系的剖面结构和岩石类型具有相似性，综合来看从下到上分为5段（见图1c 、图7b ），依次为：①A段，富铁层段，山西式铁矿层，矿物成分以赤铁矿、针铁矿等为主，蜂窝状结构，结晶细小；②B段，含铝层段，铝质泥岩，纹层发育，矿物成分以高岭石、伊利石、绿泥石和一水硬铝石等为主；③C段，铝土矿层段，铝土岩/泥质铝土岩，以多孔、豆鲕状和块状构造为主，矿物成分以一水硬铝石和一水软铝石为主；④D段，含铝层段，铝质泥岩，含碎屑，一般为泥质结构，矿物成分以高岭石、伊利石、绿泥石等黏土矿物为主，有时可见石英矿物颗粒和其他碎屑颗粒；⑤E段，暗色泥岩段，暗色泥岩和煤层沉积，反映沉积后期海侵环境下的泥炭沼泽化环境。A段在部分地区发育，一般称之为山西式铁矿层，受海侵和海退背景下的水位深度波动影响，B、C和D段可发育一个或多个旋回。
从成矿机制上来看，可将铝土岩系的成矿过程概括为3个阶段。第1个阶段为岩溶作用及物源输入阶段，母岩在风化作用下被分解破坏，发生了碱土金属的迁移淋失，为矿物形成及元素富集提供物质基础，铁、铝等离子与硅离子尚未发生浸出过程，铝质矿物的大量富集，为后期在表生淋滤作用下形成厚度较大的铝土岩层提供了物质基础；第2个阶段为成矿物质迁移—就位阶段，碱土金属（主要是K+）在风化作用进一步增强后被淋滤，铁铝等离子随地表水和地下水向下迁移导致底部沉积物活性较高，有利于形成铁铝氧化物，母岩中的钾长石和其他原生矿物在风化过程中转变为伊利石，随着碱金属离子的析出后转变为高岭石，是富铝原始沉积物的迁移堆积过程；第3阶段为表生淋滤及后期改造成岩阶段，包括表生风化淋滤、晚期成岩及可能发生的变质作用与再硅化作用等[22]。淋滤作用下会形成纯度更高的铝土岩，铁矿物（赤铁矿、针铁矿等）相对比重更大，在风化淋滤过程中，随着潜水面逐渐降低，含铁矿物逐渐氧化形成。
铝土岩储集层形成的3个演化阶段可简化概括为：①源岩物质经过搬运形成富Al、Si、Fe风化残积物或胶体；②同生期随海侵海退近距离搬运堆积半固结，形成豆鲕、碎屑结构的沉积物；③表生期暴露大气淡水淋滤，Si流失形成多孔状结构，成岩期孔隙流体沉淀形成自生矿物胶结。
本溪组沉积期海退后潟湖水位下降，在还原潜水型半封闭地区中形成的铝质沉积物受到地表水的淋滤作用，发生富铁铝化，大量易溶组分流失形成溶蚀孔隙，形成了有效的铝土岩储集层[3,32]。岩溶平台、缓坡一方面有利于沉积厚层铝质沉积物，另一方面，地势较高利于地表水淋滤，岩溶改造作用更强，铝质矿物格架内易发生淋滤作用，易溶部分流失，溶蚀孔隙发育，提供较多的储集空间。因而在岩溶平台处铝土岩储集层发育较厚，溶蚀孔隙发育，物性好。缓坡处铝土岩储集层发育厚度受到岩溶洼地的控制，厚度减薄，物性较好。低洼处铝土岩储集层发育厚度较大且相对连续稳定，但以泥岩或铝质泥岩（碎屑状及致密块状结构）为主，后期经压实作用厚度减小，物性较差。
5 天然气富集特征
石炭系本溪组铝土岩储集层之上发育煤和泥岩，不仅可以为铝土岩储集层提供气源，也可作为区域性盖层有效阻挡气体向上逸散。根据研究区本溪组铝土岩测井曲线特征可知，储集层电阻率整体偏低，铝土岩系具有三高两低的测井响应特征，即超高自然伽马、高铀含量、高钍含量、低声波时差和低钾含量。由于表生淋滤程度不同，铝土岩在区域分布上的类型和渗透能力存在差异。研究区整体上为东高西低的单斜构造，铝土岩储集层在良好封盖条件，形成连续型天然气藏[15]。铝土岩经历过强烈的风化淋滤作用，储集空间良好，孔隙类型以溶蚀孔为主。煤系烃源岩与铝土岩层直接或间接接触，断层和裂缝进一步改善了储集层的输导能力，形成源岩-储集层-裂缝三者耦合控制的上生下储式铝土岩天然气藏[12]，具有一定的勘探开发潜力（见图8 ）。
6 结论
基于铝土岩系常见典型矿物组合提出以铁矿物、铝的氢氧化物及钛矿物、黏土矿物及其他矿物三端元铝土岩系岩石学命名分类方案，主要包括铝土岩、泥质铝土岩、铁质铝土岩、泥岩、铝质泥岩、铁质泥岩、铁岩、泥质铁岩和铝质铁岩共9种岩石类型。鄂尔多斯盆地东部铝土岩系主要为泥岩、铝质泥岩、泥质铝土岩和铁岩。
研究区铝土岩系中富铁层段赤铁矿含量高达85.9%，黏土矿物含量较低；含铝层段黏土矿物含量高，同时含有较多铝的氢氧化物；铝土矿层段中铝的氢氧化物含量之和最高，总体占比超过40%，其次是黏土矿物、赤铁矿和锐钛矿。铝质泥岩主要为致密块状和碎屑状，泥质铝土岩多呈致密块状、豆状、鲕状、多孔状和碎屑状。铝土岩系储集层孔隙度一般小于10%，且以泥质铝土岩物性较好，主要发育溶蚀孔和晶间孔，可见微裂缝，介孔是气体主要储集空间。
研究区和华北铝土岩系剖面结构和岩石类型从下到上分为A段—E段共5段，即富铁层段、含铝层段、铝土矿层段、含铝层段和暗色泥岩段，受构造演化、海平面变化及古地貌等因素影响，个别层段可能有所缺失。
铝土岩系在岩溶平台处形成潜穴/漏斗充填式沉积，在缓坡处形成透镜状沉积，在低洼处形成潟湖和沼泽环境的层状及块状沉积。铝土岩系的形成及矿物演化过程需经历物源输入、成矿物质迁移—就位阶段和表生淋滤及后期改造成岩阶段。古地貌控制了铝土岩类型，岩溶平台和斜坡处发育相对厚层泥质铝土岩，缓坡处以泥岩和铝质泥岩为主。铝土岩系天然气富集受源岩-储集层-裂缝三者综合控制。