发布时间：2020-05-16所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要:通过薄片观察、扫描电镜、电子探针、X衍射等微观分析手段，对鄂尔多斯盆地东南缘延长组发育的浊沸石胶结物进行研究。研究表明，区内发育了受控于东北及南部物源两个方向的沉积体系，浊沸石分布在这两个沉积体系的延长组下组合中的长10，长9油层组中，仅
摘要:通过薄片观察、扫描电镜、电子探针、X衍射等微观分析手段，对鄂尔多斯盆地东南缘延长组发育的浊沸石胶结物进行研究。研究表明，区内发育了受控于东北及南部物源两个方向的沉积体系，浊沸石分布在这两个沉积体系的延长组下组合中的长10，长9油层组中，仅在东北沉积体系浅层长3油层组出现了浊沸石胶结物。结合含浊沸石砂岩的岩石学特征及自生胶结物的赋存状态与其他自生矿物及骨架颗粒之间相互关系，认为研究区延长组浊沸石的形成受控于物源区母岩的特征及成岩流体的演化特征，以此建立浊沸石的成岩模式，明确研究区浊沸石的成因，进一步分析了浊沸石胶结物对延长组储层储集性能的双重影响(即早期堵塞孔隙、晚期因溶蚀而改善储层)，为延长组优质储层的预测提供了依据。
关键词:鄂尔多斯盆地东南缘;延长组;浊沸石;成岩模式;优质储层
浊沸石(CaAl2SiO12·4H2O)是沸石族矿物中的一种重要类型，同时也是很多含油气盆地储层中较为重要的胶结物类型。鄂尔多斯盆地延长组砂岩储层中的浊沸石胶结物常以连晶式孔隙充填及不规则交代斜长石的特征出现[1-11]。浊沸石是架状含水的硅铝酸盐矿物，其成分和晶体结构与斜长石非常相似，它的形成与物质来源、成岩流体演化、渗透条件以及水岩相互作用有着密切的关系[6]。因此，浊沸石具有形成环境不同、分布广、成因复杂的特点。前人对此做了大量的工作[12-16]，例如对浊沸石的形成温度和产出状态[8，17-18]，浊沸石胶结物的溶蚀现象对储层孔隙的影响的研究[19]等。然而，受研究手段及样品质量的限制，储层中浊沸石胶结物的形成时间、温度及其成岩流体特征等重要地质信息并不能准确获取。随着对储层成岩现象的深入研究，在碎屑岩成岩演化过程中，浊沸石的沉淀、胶结和溶蚀对油气储层储集物性具有不同程度的破坏和改善作用，因此，搞清其成因机理成为含浊沸石储层的研究重点。本文以鄂尔多斯盆地东南缘延长组含浊沸石砂岩储层为研究对象，通过从本区延长组浊沸石的物质来源、沉淀温度、时间等条件出发，结合其成岩流体的演化特征及水岩作用模式来明确浊沸石的成因机制及其在成岩过程中的变化对储层性能的影响。
1区域地质背景及浊沸石胶结物的分布
研究范围位于陕北斜坡(南部)与渭北隆起带的过渡带(见图1)。晚三叠世延长期，鄂尔多斯地区为大型的内陆湖盆，厚达400～1400m的延长组是鄂尔多斯盆地南部重要的含油气层系，整体表现出西薄东厚、北薄南厚的沉积特点[20]。研究区延长组受北东向(来自阴山古陆富含长石和黑云母的一套孔慈岩系)及南部物源(来自北秦岭造山带由黑云母斜长片麻岩、斜长角闪岩、石英岩、中酸性火山岩和大理岩组成的物源)的影响，发育了来自不同方向的砂体。盆地东南缘范围内的湖盆发育有三角洲及深湖浊积岩砂体，这些砂岩储集体以长石砂岩及岩屑长石砂岩为主，具有展布面积广、沉积厚度大、储集物性差等特征。
通过对鄂尔多斯盆地延长组储层研究成果的统计发现，浊沸石平面上主要分布在盆地中南部靖安、子长、姬塬、安塞、坪北、崂山、七里村、华庆、陇东、富县、正宁东等地(见图1);纵向上，长2，长3，长4+5，长6及长7油层组中均见浊沸石，但从含量上来看，其主要分布在长3，长6油层组中[1，5-7，21-23]。研究区延长组自下而上的5段(T3y1～T3y5)共10个油层组(长1～长10)中有长3，长9，长10油层组中发育有浊沸石胶结物，平面上浊沸石胶结物较多地分布在受东北方向物源控制的富县—黄陵三角洲砂体中(见图1)。因此，浊沸石分布表现为纵向上的分布不连续及平面上的分带性。
2浊沸石胶结物赋存状态及形成条件
2.1赋存状态
在盆地内部，含浊沸石的砂岩中，浊沸石的胶结在垂向上是不连续的，有些钻井剖面，延长组砂岩中含浊沸石砂岩与不含浊沸石的砂岩呈互层状分布。镜下观察，浊沸石以胶结物的形式产出，呈斑状、板状、柱状、大片连晶状充填于粒度较粗、分选性较好和杂基含量少的砂岩中;浊沸石表面解理发育，且见沿解理缝形成的大量次生溶蚀孔;在一些粒度相对偏粗，剩余粒间孔孔径较大的砂岩中，自生浊沸石的板状晶形都清晰可见。由于受其晶体生长习性的影响，一些粒间孔可能部分被孔隙充填式的浊沸石充填，而部分则未被充填成为剩余粒间孔(见图2A～F)，有少量以交代长石或火山碎屑的形式出现(见图G)。不同地区及不同层位浊沸石胶结物的含量变化较大(见表1)，统计发现，鄂尔多斯盆地东南缘浊沸石胶结物主要分布在受东北物源控制的长3，长9及长10油层组中，其中以长3油层组中浊沸石含量最高(最高质量分数可达15.8%)，平均质量分数1.35%，且浊沸石胶结物的含量具有自北东(6.9%)向南西(0.51%)逐渐减少的趋势;受南部物源控制的地区仅在长10油层组中发育浊沸石胶结物，其含量明显较其他地区、其他油层组的含量高，平均质量分数达到了3.67%;受混源影响的地区仅在长9油层组中发育浊沸石胶结物，其平均质量分数为0.53%。
电子探针数据表明(见表2)，浊沸石的化学成分在研究区的不同地方比较一致，SiO2质量分数均在50%以上，AL2O3质量分数在21%左右，CaO质量分数在11%左右，与浊沸石中各元素的理论值较接近。数据也表明，浊沸石中，Na2O与CaO之间呈负相关关系(相关系数R2=0.5923)，浊沸石中K2O与CaO之间几乎无任何相关关系。
2.2形成条件
1)关于浊沸石的形成，从早期的变质相矿物到自生铝硅酸盐矿物理论的提升，加上沸石形成条件的热力学阐释以及沸石演化序列的认识，学者对于浊沸石的成因从多个角度进行了阐释。然而，因浊沸石所处区域的地质背景不同使得浊沸石的成因模式有所差异。目前，浊沸石的成因可以概括为4种:方解石与石英反应生成浊沸石[21-22]、火山物质(中基性火山岩岩屑及凝灰岩岩屑)水化、斜长石蚀变[1，5，23-24]、方沸石与片沸石转化生成浊沸石[11]。结合黄思静等学者[18，25]对浊沸石形成的热力学温度计算的结果，分析上述成因后发现，岩石中原始物质的组成、地层中孔隙水的组分、物理(温压)及其化学性质等因素控制了自生浊沸石的形成。概括来说，浊沸石的形成有以下3种情况:第一，含有较多火山玻璃、火山碎屑即富钙的沉积物提供浊沸石所需的物质来源;第二，具有强碱性的流体介质环境(pH值在9.5～12.0。研究认为，一些黏土矿物在pH值小于9.5的流体介质环境中易于形成，而当流体介质环境pH值大于12时则易于沉淀钠长石[26]);第三，若成岩环境为碱性，则碳酸盐更易形成。当成岩环境中CO2分压持续保持较低的条件下，才利于浊沸石的形成，否则只会沉淀碳酸盐胶结物[27];第四，浊沸石不易形成于超高压的成岩环境，因此相对较开放的成岩环境下可以形成较为平衡的压力体系，并带来丰富的物质来源，使得成岩环境较易形成浊沸石。另外，浊沸石是不稳定的易溶矿物，当孔隙水的化学性质由碱性向酸性转化时，浊沸石受到不同程度的溶蚀，因此，浊沸石的易形成于有机质成熟之前[22]。
3浊沸石胶结物与其他矿物的伴生关系
3.1与绿泥石的关系
由薄片鉴定及扫描电镜(见图2，表1)可以看出，研究区延长组中含浊沸石的砂岩中绿泥石膜都非常发育，镜下照片中多见浊沸石与薄膜状的绿泥石共存;由接触关系可以看出，浊沸石的形成略晚于绿泥石薄膜的形成，表现为自生浊沸石呈细晶状充填生长于剩余粒间孔中(见图2H～J)、出现浊沸石充填的孔隙中，测得呈栉壳状生长在颗粒表面的绿泥石膜厚度约为6μm，未被浊沸石充填的剩余粒间孔其孔壁的绿泥石膜厚度达20μm(见图2J)。显微镜下普遍表现出绿泥石膜的厚度与浊沸石的沉淀呈负相关的关系，因此，可根据含浊沸石砂岩中绿泥石膜厚度的变化来区分剩余粒间孔和由浊沸石完全溶蚀所形成的粒间次生溶孔。前人研究[26-27]认为，绿泥石的大量形成与北东方向物源富含铁、镁的硅酸盐矿物有关(即源自盆地北部阴山造山带的自大青山及附近的太古代及早元代变质岩及火成岩碎屑)。绿泥石属于富铁(镁)的层状硅酸盐矿物，常形成于富含二价铁且pH值在7～9的碱性还原环境下。出现在有机质成熟之前的孔隙衬里的绿泥石和浊沸石的形成条件有很多相似之处，两者的形成都与火山物质来源有关，且成岩环境背景是一个相对低压的、开放的碱性成岩环境，但浊沸石的形成条件较孔隙衬里绿泥石更为苛刻(如浊沸石易形成于pH值在9.5～12的碱性成岩环境中，而绿泥石形成于pH值低于9的碱性成岩环境中)，因此镜下观察到孔隙衬里绿泥石出现的地方不一定发育浊沸石，但浊沸石发育的地方一般都可见绿泥石发育。
随着有机质的成熟，有机酸大量产生，CO2分压逐渐增大，pH值将会下降，成岩环境转变为酸性环境，出现浊沸石的溶蚀或者被碳酸盐交代的成岩现象。浊沸石对pH值的降低比绿泥石敏感，因此，镜下常见到与溶蚀浊沸石伴生的绿泥石一般没有明显变化(见图2K～M)。
3.2与碳酸盐胶结物的关系
鄂尔多斯盆地东南部延长组储层中碳酸盐胶结物以方解石及铁方解石为主，几乎不含白云石。大量的薄片观察发现，在含浊沸石砂岩的层段，浊沸石与方解石这种碳酸盐胶结物常共生(见图2N，O)，即便浊沸石含量不高，也可见浊沸石与方解石“穿插”生长;这种“伴生”现象的出现与两者的生成条件非常相似有关:这两种矿物沉淀时会对Ca2+进行争夺，另外形成均受成岩系统中的Pco2控制。统计发现(见表1)，研究区延长组中含浊沸石砂岩中，浊沸石胶结物含量与碳酸盐胶结物含量有明显的“此消彼长”的关系。碳酸盐胶结物在成岩早期和中后期都可以形成。成岩早期，与方解石相比，浊沸石具有更高的标准摩尔自由吉布斯能[28]，因此，此阶段Ca2+更易参与到浊沸石的形成中来。成岩过程中，随着斜长石向钠长石转化以及有机质中大量的脂肪酸和脂类在分解时释放出的大量CO2，使得成岩环境中CO2分压增加。通过前人对方解石和浊沸石溶解的热力学计算表明，浊沸石溶解平衡所需的CO2分压要远大于方解石溶解平衡时所需要的CO2分压，且在浊沸石发生溶解的过程中也可沉淀方解石:CaAl2Si4O12·4H2O+CO2(g)=CaCO3+Al2Si2O5(OH)4+2SiO2+2H2O(当平衡常数>1时，反应向右进行，沉淀方解石)。可见，伴随着CO2分压的增加(即随着成岩作用的进行)，会出现浊沸石与方解石共生、浊沸石溶解方解石沉淀及方解石溶解的3个阶段的成岩现象，这样的理论解释了镜下出现的方解石沉淀浊沸石溶解(甚至未见)的成岩现象。
4浊沸石成岩模式探讨
有关浊沸石成因的研究在文献报道中多有提及[21-23，27，29-31]。在中国，其成因基本围绕着方解石火山物质水化、斜长石钠长石化、方解石与高岭石反应以及片沸石的脱水反应这4种成因来进行研究的。在研究区，来自砂岩的岩石学、矿物学等证据以及对本区浊沸石胶结物分布特征的研究，认为鄂尔多斯盆地东南缘浊沸石的成因表现为多来源特征，这种多元成因可以用下面的成因模式来诠释(见图3):晚三叠世早期，华北陆台解体，鄂尔多斯盆地进入了台内拗陷阶段，形成了闭塞、半闭塞的内陆湖盆，整个延长组(长10～长1)，整个湖盆经历了发生、发展到消亡的过程。在盆地东南缘分别发育了受北部阴山古陆物源控制的东北沉积体系与受南部北秦岭物源控制的西南湖泊三角洲沉积体系，自生浊沸石在延长组中的分布可以概括为，平面上的分布受物源控制，成岩流体演化决定浊沸石胶结物在纵向上的分布。鄂尔多斯盆地东南缘延长组浊沸石的形成受到多种因素的影响，受成岩环境的变化(例如温度、压力、成岩流体pH值等)，许多因素在浊沸石形成的过程中都很难保持稳定，这对于研究自生浊沸石胶结物是难点。本文认为，研究区延长组中自生浊沸石的形成是一个长期且不连续的过程。
1)东北沉积体系中，自生浊沸石胶结物纵向上不均匀的分布在长10，长9及长3油层组三角洲前缘砂体上。平面上，浊沸石分布的优势区位于垂向上互相叠置的水下分流河道主体中，这种类型的砂体原生孔隙保存多，孔隙连通性好，介质流体易于流动，因此易于形成浊沸石。综合所述，东北沉积体系浊沸石的形成有两种模式:①为上述地层中长10，长9，长3提供物源的是来自盆地北部的阴山古陆，母岩由乌拉尔山群变基性火山岩、钾长糜棱岩、花岗闪长岩及片麻状花岗岩组成[32]，贡献了大量的钙碱性火山物质，富含长石和黑云母。丰富的火成岩和变质岩碎屑在水下分流河道等环境中沉积并发生水化作用，在蚀变成蒙脱石、伊利石、绿泥石等矿物时释放出Ca2+，Fe2+，Mg2+等，为早成岩晚期期浊沸石胶结提供了丰富的钙质、高pH值和SiO2高度化学活动性流体环境，这个阶段形成的浊沸石成板柱状充填在粒间孔隙中，常与成岩早期形成的方解石伴。②长3油层组等浅部层位，火山碎屑含量较深部层位少(变质岩岩屑含量较高)，又缺乏凝灰质，因此火山物质水化对浊沸石的沉淀贡献有限。另一方面，长3油层组的长石砂岩中富含斜长石(质量分数约为42.5%)，镜下见浊沸石交代长石的现象，且来自本区电子探针分析结果的证据显示，研究区长3油层组含浊沸石砂岩中的长石碎屑以钠长石为主[27，31]。这些现象表明，成岩流体曾经出现过富含Na+的碱性成岩环境，来自火山物质中具有环带构造的富钙斜长石在这种环境中会出现蚀变:蚀变的过程中，位于环带状中心的Ca2+会被选择性的交代，环带边部的Na+会在水解作用下溶于水被带走，碱性成岩环境中Ca2+比Na+容易先沉淀形成浊沸石，而Na+会进入斜长石的晶格中形成钠长石:
相关期刊推荐：《西北大学学报：自然科学版》JournalofNorthwestUniversity(NaturalScienceEdition)(双月刊)1913年创刊，是反映理工类科研成果的自然科学综合性学术理论期刊。本刊主要发表数学、物理学、化学、生物学、地质学、地理学、计算机科学、化学工程和科学技术史等基础研究方面的学术论文。
SCISSCIAHCI
