謝春安，賈秀容，胡明毅，胡忠貴，閆永芳

（1．中國石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南南陽473132；2．油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室·長江大學）

江漢盆地是中揚子準地臺上發(fā)育起來的晚白堊世－新近紀斷陷鹽湖盆地。盆地分別在晚白堊世－中始新世和晚始新世－新近紀經(jīng)歷了兩次斷裂－坳陷過程［1］。新溝嘴組下段屬于古近系上古新統(tǒng)－下始新統(tǒng)，自下而上劃分為Ⅲ油組、泥隔層、Ⅱ油組、Ⅰ油組和大膏層。馬王廟地區(qū)位于江漢盆地潛江凹陷東南部和岳口低凸起東段（圖1），是江漢盆地新溝嘴組豐度最高、規(guī)模最大，勘探效益最好的油田。關(guān)于江漢盆地新下段的成巖作用前人做了許多工作［2－5］，但從其主要地層及相應沉積環(huán)境出發(fā)進行的研究尚顯薄弱［6］。筆者以沉積學與巖石學特征為基礎，通過薄片鑒定、掃描電鏡及巖心觀察等方法對馬王廟新下段儲層成巖作用進行了研究，認為沉積環(huán)境及其相應的地層水性質(zhì)對成巖作用的影響更大。該認識為深入研究該區(qū)成巖作用規(guī)律奠定了基礎，有助于油區(qū)進一步勘探開發(fā)。

圖1 馬王廟地區(qū)構(gòu)造位置

1 沉積環(huán)境特征

江漢盆地古近系新下段沉積時期湖水屬于弱堿性－堿性、淡－半咸水，湖水鹽度不斷更替［1，7－8］。受氣候－河水補給影響，鹽湖在該區(qū)出現(xiàn)硫酸鹽鹽湖－氯化鹽鹽湖的變換，并沉積蒸發(fā)碎屑巖體系。馬王廟地區(qū)新下段砂巖以粉砂巖為主，結(jié)構(gòu)成熟度較好，主要為長石砂巖，巖屑含量低。大膏層、Ⅰ油組、Ⅲ油組（中、早沉積時期）該區(qū)處于干旱蒸發(fā)－氧化環(huán)境，盆地為硫酸鹽鹽湖，沉積相以灘壩為主，筆者將此類環(huán)境稱為Ⅰ型環(huán)境，沉積的儲層定義為Ⅰ型儲層。泥隔層、Ⅱ油組、Ⅲ油組（晚沉積時期）研究區(qū)處于半干旱－潮濕氣候的弱氧化－弱還原環(huán)境，水體補給較充沛，盆地為氯化鹽鹽湖，沉積相以三角洲前緣為主，筆者將此類環(huán)境稱為Ⅱ型環(huán)境，沉積的儲層定義為Ⅱ型儲層。

2 主要成巖作用

2．1 壓實及壓溶作用

砂巖薄片中可見黑云母等塑性巖屑由于壓實發(fā)生彎曲變形和顆粒呈定向排列的現(xiàn)象，但本區(qū)儲層普遍且多樣的膠結(jié)作用部分抵消了壓實作用的影響，如馬王廟地區(qū)新下段Ⅰ型儲層壓溶作用幾乎不發(fā)生。在Ⅱ型儲層中，壓實作用較明顯且對儲層影響較大，如泥巖因壓實作用向砂巖排水（含后期有機酸）和砂巖因壓實作用產(chǎn)生的壓力差異而排水會對儲層孔隙水產(chǎn)生影響。另外，埋深過程中的砂巖顆粒骨架及成巖后期膏質(zhì)巖等因壓實壓溶作用向鄰近砂巖孔隙排出礦物質(zhì)而影響其孔隙水。

2．2 膠結(jié)作用

通過薄片鑒定和電鏡掃描資料分析表明馬王廟地區(qū)新溝嘴組下段膠結(jié)作用普遍，主要為碳酸鹽、鐵碳酸鹽、石膏、硬石膏膠結(jié)，長石、石英次生加大等較發(fā)育。由于所處鹽湖湖水、氣候等不同，兩型儲層主要膠結(jié)作用也有所差異，Ⅰ型儲層膠結(jié)作用以硬石膏膠結(jié)為主，Ⅱ型以碳酸鹽膠結(jié)為主。

2．2．1 碳酸鹽膠結(jié)作用

研究區(qū)Ⅰ、Ⅱ型儲層均可見碳酸鹽膠結(jié)。早期主要為泥晶、粉晶或細晶，少量中晶結(jié)構(gòu)，多以孔隙充填式；后期方解石膠結(jié)為中晶－連晶鑲嵌方式，白云石膠結(jié)為連晶鑲嵌方式。據(jù)前人研究成果［9］，鑒于湖水及早期地層水特點認為碳酸鹽膠結(jié)物早期為薩布哈模式，以泥晶－微晶膠結(jié)，晚期的碳酸鹽膠結(jié)物相對結(jié)晶程度較高，直到地層水轉(zhuǎn)為酸性時停止膠結(jié)。

2．2．2 鐵碳酸鹽及鐵的化合物膠結(jié)作用

馬王廟油田含鐵化合物含量較凹陷其他地區(qū)高，Ⅰ、Ⅱ型儲層中分別形成不同的含鐵膠結(jié)物。Ⅰ型為氧化環(huán)境，鐵離子氧化為赤鐵礦、褐鐵礦膠結(jié)于顆粒之間，造成Ⅰ型地層普遍呈紅到棕色。Ⅱ型環(huán)境為弱氧化－還原環(huán)境，鐵離子主要以黃鐵礦膠結(jié)于顆粒之間，電鏡下多呈粒狀，少量為草莓狀。研究區(qū)Ⅰ、Ⅱ型儲層鐵碳酸鹽膠結(jié)最為普遍，尤其Ⅱ型儲層更為發(fā)育。早期地層水的高含鐵及后期長石的溶解生成部分鐵離子在弱堿性還原及較高溫度條件下與Ca2＋、Mg2＋、CO32－生成鐵碳酸鹽膠結(jié)物［10－12］。鏡下可見晶形較完好的自形鐵白云石充填于碳酸鹽、長石溶孔內(nèi)，說明鐵白云石形成晚于碳酸鹽及長石的溶蝕且遭后期侵蝕少。

2．2．3 硬石膏膠結(jié)作用

馬王廟油田硬石膏含量相對于潛江凹陷其他地區(qū)較高，Ⅰ型儲層尤為發(fā)育，多為連晶鑲嵌式、斑塊狀分布，少量以微晶狀充填孔隙。呈斑塊狀分布時，局部多形成基底型膠結(jié)；硬石膏分布不均時形成凝塊型膠結(jié)，碎屑顆粒多呈漂浮或點接觸。硬石膏多具交代碎屑顆粒現(xiàn)象，且交代作用強烈。硬石膏含量高時，對孔隙的形成不利。綜合前人分析［9］認為Ⅰ型儲層由于早期干旱蒸發(fā)環(huán)境，為泥晶到微晶石膏膠結(jié)；后期由于溫度、壓力的升高，石膏或重結(jié)晶或脫水形成各種結(jié)構(gòu)的硬石膏膠結(jié)物且與絮狀芒硝集合體伴生。Ⅱ型儲層石膏膠結(jié)物則主要是后期在偏酸性條件下，由于壓實壓溶作用、顆粒溶解等造成地層水的含量、濃度的變化或下伏地層硫酸鹽沿裂縫運移隨溫壓的減小而生成。另外，裂縫內(nèi)見石膏膠結(jié)物充填，且石膏膠結(jié)很少見后期破壞。

2．2．4 其他膠結(jié)作用

從電鏡掃描中可看出研究區(qū)Ⅱ型儲層中石鹽膠結(jié)作用較廣泛存在，Ⅱ型環(huán)境湖水中Cl－豐富，石鹽晶體在半干旱條件下蒸發(fā)膠結(jié)形成，部分晶體后期溶解呈骨骸狀。鏡下觀察顯示，研究區(qū)長石（主要是斜長石）大部分有Ⅲ級次生加大邊，自生長石（主要是鈉長石）在研究區(qū)儲層中雖然含量少，但也經(jīng)常出現(xiàn)。壓溶作用、泥巖壓實向儲層排水、蒙脫石轉(zhuǎn)化、長石溶解等可為長石的生成創(chuàng)造條件。同時鏡下還可觀察到石英顆粒大部分也有Ⅲ級次生加大邊，本區(qū)壓溶作用及豐富的溶解作用為石英生成提供了有利條件。

2．3 溶蝕作用

溶蝕作用是研究區(qū)新下段儲層巖石中次生孔隙形成的主要原因，主要為碳酸鹽及長石溶蝕，其次為石英溶蝕。碳酸鹽溶蝕以方解石溶解普遍發(fā)育，Ⅱ型儲層中更常見，鏡下可見方解石溶解留下的殘余及形成溶孔被瀝青及后期生成礦物充填現(xiàn)象。長石（主要是鉀長石）溶蝕在該區(qū)也普遍發(fā)育，生成港灣狀－蜂窩狀、甚至鑄模次生孔隙，為次生孔隙的另一主要來源。Ⅱ型儲層中鉀長石溶蝕尤為普遍，K＋的存在有利于粘土礦物向伊利石轉(zhuǎn)化，導致伊利石相對含量較多。關(guān)于江漢盆地新下段石英的溶解前人很少提及，但通過鏡下觀察筆者認為本區(qū)石英溶蝕現(xiàn)象也較常見，主要為先前碳酸鹽交代石英，后期碳酸鹽溶解而造成港灣狀溶蝕痕跡。

2．4 交代作用

研究區(qū)交代作用也非常普遍，形式多樣，主要有碳酸鹽交代顆粒、硬石膏交代顆粒及碳酸鹽等，是孔隙度減小的原因之一。鏡下顯示碳酸鹽交代顆粒（石英、長石）及自生加大邊較普遍，局部可交代成港灣狀或鋸齒狀。硬石膏交代碳酸鹽也常見，特別在Ⅰ型儲層中，明顯見碳酸鹽交代殘余，說明石膏的膠結(jié)要晚于碳酸鹽膠結(jié)。酸堿度對膠結(jié)和交代作用的發(fā)生起著十分重要的作用［13］，硬石膏對碳酸鹽的交代說明此時地層水受酸性物質(zhì)的影響。此外，硬石膏交代顆粒在Ⅰ、Ⅱ型儲層都比較普遍，以交代顆粒邊和加大邊為主。

3 泥巖對儲層成巖作用的影響

泥巖對儲層成巖作用影響較大，主要有泥巖中有機質(zhì)的成熟向砂巖排烴和由于壓實壓溶作用向儲層排水和礦物離子，但兩型儲層其影響有差異。Ⅰ型沉積環(huán)境下，泥巖為非烴源巖，但由于在新上段－荊沙組沉積期盆地斷裂活動，下部的油氣沿斷裂帶、微裂縫向上運移進入儲層，形成酸性條件，所以Ⅰ型儲層較Ⅱ型進入酸性時間要晚。Ⅱ型沉積環(huán)境本身有較好的烴源巖，當有機質(zhì)進于生油窗后由于脫羧酸作用形成油氣，并向儲層排有機酸及油氣。但是第一期油氣由于荊沙組時期斷裂運動可能散失，本期油氣與碳酸鹽膠結(jié)物的溶解有關(guān)。同時由于斷裂活動，下部油氣繼續(xù)向上垂向運移形成第二期油氣，第二期是油藏形成的關(guān)鍵［2］。同時因為溫壓的增加可造成長石的溶蝕，鏡下顯示有瀝青充填于長石、膠結(jié)物溶孔，溶孔見瀝青包裹鐵方解石顆粒；裂縫內(nèi)見瀝青充填，可見油氣的生成晚于碳酸鹽、自生長石的形成，鐵碳酸鹽的生成晚于長石溶解。泥巖除了向儲層中排烴外，還因壓實壓溶作用向儲層中排水、補充礦物離子。早期在蒸發(fā)碎屑巖的泥巖（膏質(zhì)泥巖、云質(zhì)泥巖）未固結(jié)之前由于地下水的淋濾作用向儲層排出含礦物離子的層間水，再在砂巖中側(cè)向運移或斷層垂向運移至地表［14］。后期因泥巖中膏質(zhì)等的壓溶作用及粘土礦物的轉(zhuǎn)化向儲層排K＋、Ca2＋、Na＋等離子而改變孔隙水濃度可對儲層造成影響。

4 成巖階段的劃分及其演化

應鳳詳（1984）將成巖作用劃分為：早成巖期，中成巖A期、B期，晚成巖期［15］。另外同生－準同生階段的膠結(jié)作用對成巖有重要的影響，本文也將做重點闡述。對研究區(qū)Ⅰ－Ⅲ油組生油巖分析研究表明，Ro一般0．53%～0．88%，平均0．71%［16］，電鏡下伊利石呈片狀，相對含量大于50%，說明此時期地層達到中成巖晚期階段，局部達到晚成巖期。下面分述兩型儲層成巖作用演化規(guī)律。

Ⅰ型儲層成巖作用演化：同生－準同生階段由于干旱蒸發(fā)氧化環(huán)境，膠結(jié)及氧化作用明顯，生成膏質(zhì)、鈣質(zhì)殼的碎屑蒸發(fā)巖，膠結(jié)物主要為泥晶到微晶的方解石、白云石、石膏等［8，12］，赤鐵礦或褐鐵礦發(fā)育。早成巖階段地層為堿性條件，壓實作用逐漸明顯，泥巖的排水（包括蒸發(fā)碎屑巖淋漓作用）補充了孔隙水的濃度，碳酸鹽膠結(jié)物繼續(xù)生成，呈亮晶膠結(jié)，長石（斜長石）、石英次生加大邊開始出現(xiàn)，隨埋深的加大，碳酸鹽也開始交代顆粒及次生加大邊。中成巖早期隨著埋深的加大，溫度、壓力繼續(xù)增加，顆粒間出現(xiàn)壓溶，加劇了次生加大邊，碳酸鹽繼續(xù)交代顆粒，被交代過程向地層水中補充 K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Fe2＋和硅酸根等離子，長石、石英可局部膠結(jié)形成自生加大邊、自生長石。中成巖晚期－晚成巖期斷裂活動帶來的油氣及硫酸根離子和早期石膏重結(jié)晶形成硬石膏及芒硝礦膠結(jié)物，并交代顆粒、加大邊和早期的碳酸鹽膠結(jié)物。另外，油氣運移帶來的酸性條件也可局部溶蝕長石、碳酸鹽膠結(jié)物，形成少量次生孔隙帶。

Ⅱ型儲層成巖作用演化：同生－準同生階段由于沉積物孔隙水擴散和上覆沉積物壓實，地層水部分離子結(jié)晶形成白云質(zhì)、灰質(zhì)及膏質(zhì)泥巖和粉砂巖，膠結(jié)物以微晶為主。由于還原環(huán)境，含鐵物質(zhì)還原成菱鐵礦。早成巖階段壓實作用加大，泥巖排水和砂泥巖的滲濾作用補充了孔隙水濃度［14］，地層水堿性條件變強，長石、石英次生加大邊出現(xiàn)，碳酸鹽呈亮晶繼續(xù)膠結(jié)并交代顆粒及次生加大邊。中成巖階段泥巖有機質(zhì)開始成熟并向地層排出有機酸和S2－，長石、碳酸鹽膠結(jié)物開始溶蝕溶解，并有黃鐵礦生成。中成巖晚期隨著油氣大量進入，早期長石溶蝕往地層水補充的 K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Fe2＋和硅酸根等離子濃度增大，以及鐵離子的濃度隨著地層水在砂巖中向地表排水的側(cè)向運移及砂巖的滲濾作用濃度更大，隨著埋深的加大，特別到晚成巖期，地層水開始往弱堿性變化，出現(xiàn)鐵方解石、鐵白云石膠結(jié)。在地層水運移過程中，長石、二氧化硅沉淀形成自生加大邊及自生長石。地層水中Ca2＋離子在中－晚成巖期隨著泥巖及斷裂活動帶來的硫酸根離子生成硬石膏膠結(jié)，并交代顆粒、加大邊及早期的碳酸鹽膠結(jié)物（圖2）。

5 結(jié)論

（1）馬王廟地區(qū)新下段時期發(fā)育了兩型儲層。其成巖作用差異較大，Ⅰ型儲層以膠結(jié)作用為主，多為硬石膏膠結(jié)，對儲層孔隙起破壞作用；Ⅱ型儲層中溶解作用更為顯著，以處于中成巖早期成巖相為代表，對儲層具有建設性作用，儲層物性相對較好，溶解作用不僅增加了儲層孔隙度，也為后期各種成巖作用提供物質(zhì)來源。

圖2 馬王廟地區(qū)新下段成巖類型及其階段

（2）泥巖對儲層成巖作用和油氣成藏影響較大，對各型儲層的影響有差異。Ⅰ型儲層泥巖由于壓實壓溶為儲層成巖作用過程中提供了物質(zhì)來源，其主要油氣在斷裂帶附近；Ⅱ型儲層泥巖不僅提供了物質(zhì)來源，泥巖中有機質(zhì)的成熟還改變儲層地層水的酸堿度，為各種溶解作用提供酸性條件并生成次生孔隙，其物性較好，成藏面積廣。

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