萬 歡，黃文輝，王華軍

(中國地質大學，北京 100083)

東營凹陷北部陡坡帶沙河街組四段砂礫巖成巖作用

萬 歡，黃文輝，王華軍

(中國地質大學，北京 100083)

在整理已收集資料的基礎上，對普通和鑄體薄片鏡下觀察認為:東營凹陷北部陡坡帶沙河街組四段巖性主要為砂礫巖，砂巖主要是巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖和長石砂巖，填隙物主要為鈣質、硅質膠結物和泥質雜基，結構和成分成熟度較低。成巖作用類型主要有壓實作用、膠結作用、交代作用和溶蝕作用，其中前2種作用對儲層的孔隙空間破壞很大，而溶蝕作用可以顯著地改善儲層的儲集性能。

成巖作用;砂礫巖;沙河街組;北部陡坡帶;東營凹陷

1 研究區(qū)地質概況

東營凹陷是渤海灣盆地濟陽坳陷的1個次級構造單元，可劃分為多個二級構造，從北到南包括北部陡坡帶、利津洼陷、民豐洼陷、中央隆起帶、博興洼陷和南部緩坡帶，總體上具有“北斷南超”的特征。東營凹陷的北部陡坡帶總體上呈東西走向，位于濱縣凸起以東，陳家莊凸起以南，青坨子凸起以西，利津和民豐洼陷以北，在構造上受到陳南鏟式斷層控制。北部陡坡帶在沙河街組四段沉積時期快速沉積了大套的砂礫巖體，與生油洼陷距離很近，后期的斷裂活動提供了油氣運移通道，成為油氣勘探的有利區(qū)帶［1－3］。

東營凹陷北部陡坡帶內主要可以劃分出2套斷裂系統(tǒng):陳南斷裂帶是控制北部陡坡帶邊界的斷層，也是東營凹陷和陳家莊凸起之間的界線;坨勝永斷裂帶可分為西段的利津斷裂帶和東段的勝永斷裂帶，其中利津斷裂帶活動期較晚，從沙河街組二段地層沉積期開始才活動。從晚中生代至早第三紀，由于陳南斷裂帶和坨勝永斷層帶活動強烈，陳家莊凸起構造抬升，地層被剝蝕，在沙河街組四段沉積時期，風化剝蝕作用更加強烈，形成了大套的沖積扇體。由于北部陡坡帶距離陳家莊凸起非常近，所以主要沉積物是一些近岸沉積，在較高部位主要為扇三角洲沉積物，而底部主要是水下扇沉積物。沉積物的粒度普遍較粗，為1套砂礫巖體。

2 研究區(qū)巖石學特征

根據巖心觀察和描述，東營凹陷北部陡坡帶沙河街組四段的巖性主要是砂礫巖。砂巖內碎屑顆粒的主要成分為長石(平均值為34.75%)、巖屑(平均值為34%)和石英(平均值為31.25%)，主要命名為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖和長石砂巖等(圖1)，總體上成分成熟度低［4－7］。碎屑顆粒的磨圓程度較差，主要為棱角狀和次棱角狀，顆粒分選也較差，主要為不等粒狀，總體上結構成熟度也較低。主要填隙物有膠結物和泥質雜基，膠結物主要類型有鈣質、硅質，和少量硫酸鹽和黃鐵礦等［8－11］。這些特征反映了快速沉積條件和近岸沉積環(huán)境。

礫巖的粒級主要為細礫，但是粒級變化較大，主要填隙物為粒度較細的砂級和一些泥質雜基等，從顯微鏡下薄片觀察中發(fā)現(xiàn)，礫巖的主要成分為長石和石英等，填隙物主要是黑云母，且受到壓實作用的影響，碎屑顆粒表面比較破碎，黑云母發(fā)生變形、破碎并沿著應力作用方向充填粒間孔隙。

圖1 北部陡坡帶沙河街組四段砂巖成分

3 成巖作用研究

3.1 壓實作用

壓實作用是影響深部儲層孔隙度和滲透率的主要成巖作用之一。研究區(qū)內沙河街組四段主要為砂礫巖。礫巖本身抗壓實作用能力較強，表現(xiàn)在顯微照片中的壓實作用現(xiàn)象主要有碎屑顆粒本身沿著其構造薄弱面發(fā)生破裂，形成微裂縫，有些裂縫后期被方解石等其他填隙物充填(圖2);還可見礫巖中的一些塑性填隙物發(fā)生變形和破碎，呈定向排列，并被壓實充填孔隙空間。

砂巖中由于長石、巖屑等脆性塑性組分含量較高，而且結構成熟度較低，其抗壓實作用能力較差。特別是埋藏深度在3 000 m以上的地層中，可觀察到壓實作用對儲層儲集空間減小起到了重要的影響，從顯微鏡下觀察可以發(fā)現(xiàn)下列相關現(xiàn)象:碎屑顆粒之間呈點線接觸至線接觸，顆粒排列略具有定向性，少量泥質雜基被擠壓充填孔隙空間(圖2)。

3.2 膠結作用

膠結作用是此次研究的砂礫巖體中最重要的成巖作用，對次生孔隙的發(fā)育與破壞、儲層物性的改善和惡化起到了重要的作用。根據膠結物類型，可分為碳酸鹽膠結、硅質膠結、硫酸鹽膠結等。

碳酸鹽膠結物在砂礫巖中具有不同的產狀，既有早期成巖中形成的圍繞碎屑顆粒的泥晶包殼，也有充填孔隙空間的呈微晶狀或嵌晶狀的方解石膠結物(圖3)，還有充填壓實作用或構造運動產生的裂縫的微晶方解石膠結物(圖2)。作為砂礫巖中最重要的膠結物類型，早期成巖作用中形成的方解石膠結物可以保護儲層內孔隙空間盡可能少受壓實作用影響，為后期的溶蝕創(chuàng)造了物質條件;而后期成巖作用中形成的方解石呈嵌晶狀和微晶狀大量充填孔隙空間，導致儲層孔隙度和滲透率迅速下降。

圖2 鹽227井3 753.8 m顯微照片

圖3 坨134井3 186.51 m顯微照片

另一種較為常見的膠結物類型是硅質膠結物，主要是石英次生加大邊，砂礫巖內的石英顆粒普遍具有次生加大邊現(xiàn)象，有的次生加大邊寬且連續(xù)，達到Ⅱ至Ⅲ級加大邊的程度，在鏡下觀察中，識別次生加大邊的重要標志是石英顆粒本身和次生加大邊之間常存在一層很薄的“臟邊”(黏土礦物)。另外儲層內還有長石的次生加大邊，比較少見，可以反映當時的成巖流體呈堿性。識別標志是:長石顆粒本身可能經歷蝕變高嶺石化等，顆粒表面比較渾濁，而其次生加大邊由于形成較晚，表面比較明亮;有的次生加大邊繼承了長石顆粒本身的光性特征(圖4)。

研究區(qū)沙河街組四段砂礫巖中硫酸鹽膠結物，例如硬石膏等，也比較常見，含量較低。初步判斷硬石膏是通過連接深部膏鹽層的深大斷裂的流體活動帶來，流體中Ca2+和SO42－的含量較高，為硫酸鹽膠結物沉淀提供重要的物質來源，硬石膏主要呈嵌晶狀充填孔隙空間，少量可交代長石、石英等碎屑顆粒邊緣(圖5)。

圖4 坨720井3 535.7 m顯微照片

3.3 交代作用

碳酸鹽礦物和硫酸鹽礦物對碎屑顆粒的交代作用主要有2種方式:一種方式是通過碎屑顆粒邊緣或者沿著較薄弱部位侵入交代，例如硬石膏交代石英顆粒邊緣或長石顆粒的解理面等，長石顆粒被交代后邊緣呈“鋸齒狀”(圖5);另一種方式是方解石等完全交代整個碎屑顆粒，在鏡下觀察中，僅能通過碎屑顆粒殘余的輪廓形狀和光性特征來判斷(圖6)。

圖5 坨123井2 523.1 m顯微照片

3.4 溶蝕作用

溶蝕作用可改善深部儲層的儲集性能，一般來說，深部儲層經歷了壓實作用、膠結作用等破壞性成巖作用后，儲層孔隙度和滲透率急劇下降，很可能失去了儲集性能。但是由于存在溶蝕作用，可以大大改善儲集性能，甚至形成1個次生孔隙發(fā)育帶，使得儲層孔隙度和滲透率迅速上升。東營凹陷北部陡坡帶沙河街組四段砂礫巖由于靠近南部的生油洼陷，并且有大量斷裂發(fā)育，作為流體流動通道，使得生油洼陷內有機質成熟后排出的大量有機酸等酸性流體進入儲層內，利于長石、巖屑和碳酸鹽膠結物等填隙物溶解，形成新的儲集空間。

圖6 坨123井2 623.1 m顯微照片

在礫巖中，黑云母常沿著其解理薄弱面發(fā)生溶蝕，然后被烴類物質充填，有的黑云母甚至只剩殘余環(huán)邊，礫屑主要是長石等顆粒沿著裂縫或其解理薄弱面被部分溶蝕，形成粒內溶蝕孔隙，裂縫常被部分充填石英和方解石，有時被烴類物質充填(圖7)。

圖7 鹽227井3 845.73 m顯微照片

砂巖中主要不穩(wěn)定成分是長石。從顯微鏡下觀察可以發(fā)現(xiàn)長石顆?？梢员蝗芪g形成粒內和粒間次生孔隙，主要有以下幾種類型:長石常發(fā)生蝕變、高嶺土化或綠泥石化，然后沿著其解理面形成粒內“串珠狀或條帶狀”溶蝕孔隙(圖8)，如果長石顆粒被裂縫穿過，則沿著裂縫，其內部更發(fā)育大量粒內溶孔;有的長石顆粒甚至被完全溶蝕，只有一些殘余結構和外形可以識別出原始碎屑顆粒。另外石英顆粒邊緣常被方解石或硬石膏等發(fā)生交代作用，由于方解石等碳酸鹽膠結物和硬石膏等硫酸鹽膠結物在酸性流體中很不穩(wěn)定會溶解，然后形成粒間溶蝕孔隙，鏡下可識別的主要特征是其鋸齒狀等的顆粒邊緣(圖9)。砂巖儲層中的泥質雜基等填隙物也會被溶蝕，但是形成的孔隙太小，顯微鏡下無法觀察，但是它們數(shù)量很多，而且可以作為喉道，提高儲層的滲透率。這類微孔隙在裂縫發(fā)育的地方尤其發(fā)育。

圖8 坨168井3 096.85 m顯微照片

裂縫在溶蝕作用中起到了非常重要的作用。溶蝕作用的發(fā)生離不開2個要素:流體和通道。其中裂縫就是作為流體流動的通道，將外來流體引入儲層內，改變儲層的儲集性能。在顯微鏡下可以觀察到:裂縫經過的顆粒內部都發(fā)生了溶蝕作用，形成“串珠狀或條帶狀”粒內溶孔(圖8);經過顆粒的邊緣也會溶蝕形成“鋸齒狀”或沿著裂縫的擴大粒間溶孔(圖9);甚至經過區(qū)域的泥質雜基填隙物內也會發(fā)育大量微孔隙。

圖9 坨719井3 399.2 m顯微照片

4 結論

(1)研究區(qū)內破壞性成巖作用主要是壓實作用和膠結作用。壓實作用貫穿于整個成巖過程，并且在埋藏較淺的階段對儲層物性的影響尤其巨大，而膠結作用取決于成巖流體的性質。研究區(qū)儲層經歷了多期不同流體活動，包括酸性流體、堿性流體和烴類流體，各種流體對儲層的膠結作用都有重要影響。

(2)研究區(qū)內建設性成巖作用主要是溶蝕作用，溶蝕作用在宏觀上主要受區(qū)域構造背景控制，在構造運動強烈的斷裂帶附近，儲層內可形成大量裂縫，作為流體通道，促進溶蝕作用的發(fā)生;在微觀上主要受巖性控制，儲層內不穩(wěn)定礦物含量越高，后期成巖作用改造過程中越容易溶蝕形成次生孔隙。

(3)礫巖中主要的成巖作用有壓實作用和膠結作用，壓實作用表現(xiàn)為礫屑顆粒本身破碎和顆粒之間的黑云母破碎，膠結作用主要可見顆粒內裂縫中充填方解石等膠結物，和顆粒內碳酸鹽等膠結物的充填。砂巖中主要的成巖作用有壓實作用、膠結作用和溶蝕作用。

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Glutenite diagenesis in the fourth member of Shahejie formation in the north slope of Dongying depression

WAN Huan，HUANG Wen－h(huán)ui，WANG Hua－jun
(China University of Geosciences，Beijing100083，China)

Based on available data and cast thin section observation，it is found that glutenite is the dominant lithology in the fourth member of Shahejie formation in the north slope of Dongying depression;sandstone mainly includes lithic arkose，feldspathic litharenite and arkose;interstitial materials are mainly calcareous and siliceous cements and muddy matrix;and both texture maturity and compositional maturity are low.The types of diagenesis include compaction，cementation，metasomatism and dissolution，of which the first two types damage reservoir pore space，while dissolution can significantly improve reservoir property.

diagenesis;glutenite;Shahejie formation;north slope;Dongying depression

TE122.3

A

1006－6535(2012)03－0039－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.009

20110919;改回日期:20120302

國家重大專項“油氣勘探新領域地層地質與油氣評價”(2009ZX05009－005)

萬歡(1984－)，女，2009年畢業(yè)于中國地質大學(北京)能源學院礦產普查與勘探專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)為該校礦產普查與勘探專業(yè)在讀博士研究生，主要從事儲層成巖作用和儲層評價等研究工作。

編輯林樹龍