摘要：通過偏光顯微鏡、掃描電鏡、薄片鑒定資料分析、激光拉曼、激光微區(qū)分析多種手段，對鈉長石膠結(jié)物的微觀特征、分布特征以及成因機制進行系統(tǒng)研究。結(jié)果表明：偏光顯微鏡下鈉長石膠結(jié)物十分干凈，通常以加大邊或長條狀單晶體的形態(tài)發(fā)育，在正交光下常見聚片雙晶。橫向上，鈉長石膠結(jié)物主要分布在克深段南部、大北段西部和南部以及博孜段東部和北部，在大北段北部和克拉3段北部幾乎不發(fā)育；縱向上，鈉長石膠結(jié)物在靠近不整合處含量較高。儲層中的鈉長石膠結(jié)物純度極高，拉曼光譜特征顯示為低溫鈉長石，其微量元素特征與發(fā)生溶解的長石顆粒相似。鈉長石膠結(jié)物的物質(zhì)來源為溶解的長石，親緣流體為大氣淡水。白堊紀末研究區(qū)構(gòu)造抬升期，大氣淡水淋濾溶解了大量長石而富含H4SiO4、Na+、Ca²⁺等物質(zhì)，大氣淡水在越靠近地表的部位作用越強烈，因此在靠近現(xiàn)今不整合處沉淀了較多鈉長石。大氣淡水中的Na+、H+活度比和H4SiO4活度在低地貌地區(qū)較高，有利于鈉長石發(fā)生沉淀，鈉長石膠結(jié)物富集在古地貌較低的地區(qū)。開放環(huán)境下鈉長石含量較低的不整合附近或古地勢較高處為優(yōu)質(zhì)儲層的有利發(fā)育區(qū)。

關鍵詞：鈉長石膠結(jié)物； 成因機制； 巴什基奇克組； 克拉蘇構(gòu)造帶

中圖分類號：TE 122.1"" 文獻標志碼：A

引用格式：楊海軍，王健，莫濤，等.庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶巴什基奇克組儲層中鈉長石膠結(jié)物成因機制［J］.中國石油大學學報（自然科學版），2024，48（6）：15-24.

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Genetic mechanism of albite cements in Bashijiqike Formation

reservoirs of" Kelasu Structural Belt， Kuqa Depression

YANG Haijun1， WANG Jian^2，3， MO Tao1， LI Zhenkun4， ZHU Wenhui1， WANG Shunyu^2，3， DING Haiyan1， RAN Yixuan^2，3

（1.PetroChina Tarim Oilfield Company， Korla 841000， China;

2.State Key Laboratory of Deep Oil and Gas， China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， China;

3.School of Geosciences in China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， China;

4.Geophysical Research Institute， SINOPEC Shengli Oilfield Company， Dongying 257029， China）

Abstract：This paper systematically investigates the microscopic characteristics， spatial distribution， and genetic mechanisms of albite cements using optical microscopy， electron microscopy， thin section analysis， laser Raman， and laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry （LA-ICP-MS） microanalysis. Under an optical microscope， albite cements appear very clean， typically forming as overgrowths or elongated single crystals. Under cross-polarized light， polycrystals are common. Horizontally， albite cements are primarily distributed in the southern Keshen section， the western and southern parts of the Dabei section， and the eastern and northern parts of the Bozi section. However， albite cements are almost absent in the northern parts of the Dabei and Kela 3 section. Vertically， albite cements are more abundant near unconformities. These cements exhibit high purity， and Raman spectroscopy confirms that they are low-temperature albite， with trace element characteristics" similar to those of dissolved feldspar particles. The source material for the albite cements is dissolved feldspar， and the associated fluid is atmospheric freshwater. At the end of Cretaceous， during the tectonic uplift， atmospheric freshwater leached" large amounts of feldspar， becoming enriched in H4SiO4， Na+， Ca²⁺， and other ions. Atmospheric freshwater played a stronger role closer to the surface， leading to the deposition of more albite cements near current unconformities. Higher activity ratios of Na+， H+ ， and H4SiO4 in low-lying areas promoted albite precipitation， resulting in the enrichment of albite cements in areas with lower paleotopography. Conversely， regions near unconformitiesor higher ancient terrains， with low content of albite cements， are the favorable areas for high-quality reservoir development.

Keywords： albite cements; genetic mechanism; Bashijiqike Formation; Kelasu structural belt

鈉長石膠結(jié)物是碎屑巖儲層中常見的自生礦物，可以在埋藏深度不同的各個成巖階段形成，按照沉淀溫度的差異可將鈉長石分為低溫鈉長石（沉淀溫度低于300 ℃）^［1］和高溫鈉長石（沉淀溫度高于300 ℃），碎屑巖儲層中的自生鈉長石一般為低溫鈉長石，少見高溫鈉長石。低溫鈉長石的物質(zhì)來源主要為長石碎屑顆粒的溶解（鈉長石化）^［1-5］，高溫鈉長石往往來自深部熱液^［6-7］。碎屑巖中，低溫鈉長石的沉淀常指示長石顆粒的溶蝕或長石蝕變，是良好的長石型溶蝕孔隙發(fā)育的指示標志之一^［2-4］。低溫鈉長石的形成環(huán)境多樣，即可在表生成巖環(huán)境的開放體系之下形成，也可以在埋藏環(huán)境的封閉體系之下形成^［5］。因此，碎屑巖中低溫鈉長石對儲層質(zhì)量的影響具有復雜性。庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶巴什基奇克組是世界上典型的陸上深層—超深層碎屑巖儲層，蘊含著豐富的油氣資源。儲層中鈉長石膠結(jié)物廣泛發(fā)育，在局部體積分數(shù)可達4%，直接影響著儲層質(zhì)量，因此對鈉長石的成因機制進行研究可以在一定程度上指導優(yōu)質(zhì)儲層預測，另外還有助于恢復儲層復雜的成巖演化歷史。目前學界對巴什基奇克組儲層中鈉長石膠結(jié)物的研究還停留在巖相學描述的階段^［8-9］，尚未有學者對其成因機制進行深入討論。筆者通過偏光顯微鏡和掃描電鏡觀察總結(jié)鈉長石膠結(jié)物的微觀特征，并利用大量薄片鑒定資料明確膠結(jié)物的空間分布特征，在此基礎上結(jié)合地球化學特征對儲層中鈉長石膠結(jié)物的成因機制進行討論。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

庫車坳陷是塔里木盆地北部的一個次級構(gòu)造單元，克拉蘇構(gòu)造帶是庫車坳陷內(nèi)油氣最富集的地區(qū)，其為一褶皺沖斷帶，具有“東西分段，南北分帶”的構(gòu)造特點（圖1（a），據(jù)文獻［10，11］，有修改）。自西向東可劃分為5段：阿瓦特段（AW）、博孜段（BZ）、大北段（DB）、克深段（KS）、克拉3段（KL）^［10］。自南向北，以克拉蘇斷裂和克深斷裂為界可劃為3帶：博孜-克拉斷裂帶、克深斷裂帶、拜城斷裂帶（圖1（a））。克拉蘇構(gòu)造帶的沉積蓋層包括上二疊統(tǒng)和中、新生界，研究區(qū)在白堊紀末發(fā)生區(qū)域性地構(gòu)造抬升，白堊系頂部被剝蝕而缺失上白堊統(tǒng)，白堊系整體上是一套陸相“紅層”，其與上部古近系呈不整合接觸^［12-13］。按照巖性特征，研究區(qū)白堊系地層自上而下可劃分為巴什基奇克組（K1bs）、巴西蓋組（K1bx）、舒善河組（K1s）、亞格列木組（K1y），巴什基奇克組是研究區(qū)主要的油氣產(chǎn)層，其沉積相為陸相扇三角洲前緣-辮狀河三角洲前緣^［12-14］（圖1（b），據(jù)文獻［15］，有修改），并與下部三疊系、侏羅系烴源巖以及上覆古近系庫姆格列木群（E1+2m）巨厚膏鹽巖組成了一套十分優(yōu)越的“生儲蓋”組合。白堊紀，巴什基奇克組埋藏深度緩慢增加，晚白堊世，地層在燕山運動作用下發(fā)生抬升剝蝕，進入新生代，受喜山運動的影響，巴什基奇克組埋藏深度迅速增加，最終達到現(xiàn)今的超大埋深（圖1（c），據(jù)文獻［16］，有修改）。

2 巴什基奇克組儲層特征

巴什基奇克組儲層的巖石類型主要為長石質(zhì)巖屑砂巖和巖屑質(zhì)長石砂巖^［17］。碎屑顆粒中巖屑和長石的含量很高，平均體積分數(shù)分別為28.8%和24.7%，石英含量較低，平均體積分數(shù)為46.5%。泥質(zhì)雜基含量較低，平均體積分數(shù)小于5%，碎屑顆粒的粒級多為細砂—中砂，分選多為中等—好。儲層中主要發(fā)育的膠結(jié)物有（含鐵）碳酸鹽、石膏/硬石膏、石英、鈉長石、方沸石。儲層孔隙度主要介于2%～6%，平均為4.4%，滲透率主要介于（0.05～5）×10^-3 "μm²，平均為1.5×10^-3 "μm²，屬超低孔超低滲—低孔特低滲儲層。

3 鈉長石膠結(jié)物微觀特征

鈉長石是在巴什基奇克組儲層中普遍發(fā)育的一種自生礦物，其體積分數(shù)最高達4%，平均為0.47%。鈉長石膠結(jié)物絕大部分都發(fā)育在孔隙中（圖2（a）～（e）），少見于裂縫（圖2（f））。單偏光下鈉長石膠結(jié)物十分干凈，包裹體含量極低，常以兩種形態(tài)發(fā)育，一種為加大邊，與長石顆粒共軸生長，兩者之間常有紅—褐色黏土膜分隔（圖2（a）、（e）），另一種為自形良好的長條狀單晶體（圖2（a）～（d）、（f）、（g）），常發(fā)育在長英質(zhì)巖屑顆粒邊緣，在鈉長石膠結(jié)極發(fā)育的部位，加大邊或自形鈉長石緊密接觸呈孔隙充填狀（圖2（a））。在正交光下，鈉長石膠結(jié)物常見聚片雙晶（圖2（a）、（e））。在掃描電鏡下，還可見到鈉長石雛晶在碎屑顆粒表面生長（圖2（h））。常見自形鈉長石發(fā)育在長石碎屑的溶孔中以及長石碎屑顆粒的鈉長石化（圖2（d））。鈉長石膠結(jié)物常常與石英膠結(jié)物共生，可見兩者在同一孔隙中拮抗生長（圖2（e））。目前，僅在DB12井儲層裂縫中見到一些鈉長石膠結(jié)，這些鈉長石均以自形的單晶體形態(tài)發(fā)育，鈉長石附近還可見自形石英（圖2（f））。常見方解石交代鈉長石膠結(jié)物，被交代部分在正交光下顯高級白干涉色（圖2（a））。

4 鈉長石膠結(jié)物分布特征

橫向上，鈉長石膠結(jié)物主要分布在克深段南部、大北段西部和南部以及博孜段東部和北部，KS9地區(qū)其平均體積分數(shù)超過2%，在大北段北部和克拉3段北部幾乎不發(fā)育（圖3），總體上具有“南多北少”的特征。鈉長石膠結(jié)物含量與巴什基奇克組剝蝕量具有一定關聯(lián)，在剝蝕量較低的地區(qū)鈉長石膠結(jié)物含量往往較高，在剝蝕量較高的地區(qū)鈉長石膠結(jié)物含量往往較低，在剝蝕量最高的大北-吐北古隆起以及克拉蘇古隆起附近，鈉長石膠結(jié)物幾乎不發(fā)育（圖3～5，圖4據(jù)文獻［18］，有修改）。縱向上，鈉長石膠結(jié)物的分布與白堊系—古近系不整合具有密切聯(lián)系，在距不整合0～230 m范圍內(nèi)含量較高且較穩(wěn)定，超過230 m鈉長石膠結(jié)物含量降低（圖6）。

5 鈉長石膠結(jié)物成因機制

5.1 物質(zhì)來源和親緣流體

鈉長石膠結(jié)物形成時間較早，常見其被方解石膠結(jié)物交代（圖2（a）），鈉長石單晶被方解石包裹（圖2（b）、（f）），這些證據(jù)表明鈉長石膠結(jié)物早于方解石形成。而方解石在儲層局部常呈基底式膠結(jié)，說明其形成于壓實作用較弱的淺埋藏階段，可推測鈉長石膠結(jié)物也形成于淺埋藏階段。自形鈉長石發(fā)育在長石碎屑的溶孔中（圖2（d））說明鈉長石的沉淀晚于長石的溶解，而學者們普遍認為儲層中長石的溶解主要與白堊紀末構(gòu)造抬升階段的大氣淡水淋濾有關^{［8，19-22］}，因此鈉長石膠結(jié)物在白堊紀末期或之后形成。

本文中對自形鈉長石、鈉長石加大邊以及儲層中具有溶解現(xiàn)象的長石顆粒進行了激光原位微區(qū)分析，結(jié)果表明自形鈉長石和鈉長石加大邊的Na2O含量極高，CaO和K2O的含量近乎為0，將質(zhì)量分數(shù)換算成鈉長石（Ab）、鈣長石（An）和鉀長石（Or）的物質(zhì)的量分數(shù)，Ab的占比可高于97%（表1），Ab、An、Or端元組分投點高度集中在Ab端元（圖7），因此巴什基奇克組儲層中的鈉長石膠結(jié)物為純度極高的鈉長石。

前人研究表明可以通過拉曼光譜特征來區(qū)分高溫鈉長石和低溫鈉長石，高溫鈉長石拉曼峰少，主要有476和512 cm^-1兩個峰，而低溫鈉長石的拉曼譜峰明顯多于高溫鈉長石，有293、329、407和457cm^-1等特征非常明顯的尖峰^［23］。本地區(qū)自形鈉長石和鈉長石加大邊的拉曼光譜均具有非常明顯的4個特征峰（圖8），因此可以判斷其為低溫鈉長石。而低溫鈉長石的沉淀對溫度沒有特殊要求，其在0～300℃范圍內(nèi)均可發(fā)生沉淀^{［1，5］}。如圖9，低溫鈉長石的沉淀需要溶液中H4SiO4的活度較高且Na+/H+活度比值較高（H4SiO4為酸性—弱堿性溶液中Si的離子形態(tài)^［24］，活度與濃度具正相關關系），H+濃度較低，即偏堿性的環(huán)境有利于低溫鈉長石沉淀。

儲層中鈉長石膠結(jié)物的微量元素含量很低，常出現(xiàn)0值，因此本文中對相同類型樣品的測試結(jié)果取平均值并用球粒隕石標準化得到微量元素蛛網(wǎng)圖，結(jié)果表明自形鈉長石、鈉長石加大邊以及發(fā)生溶解的長石顆粒三者的蛛網(wǎng)圖曲線形態(tài)相似，但鈉長石膠結(jié)物的微量元素含量整體低于發(fā)生溶解的長石（圖10）。自形鈉長石和長石顆粒分別有1個樣品的稀土元素含量較高，可以得到較完整的REE+Y配分模式，兩者配分模式曲線的形態(tài)接近，均呈輕稀土（LREE）相對富集的右傾狀，并具有明顯的EuSN負異常（曲線在Eu處為“谷”）和GdSN正異常（曲線在Eu處為“峰”），自形鈉長石還具有明顯的CeSN負異常，鈉長石膠結(jié)物的REE+Y含量整體也低于發(fā)生溶解的長石（圖11）。另外，可見自形鈉長石充填長石粒內(nèi)溶孔，說明鈉長石膠結(jié)晚于長石溶解（圖2（d））。以上證據(jù)說明儲層中鈉長石膠結(jié)物的物質(zhì)來源很可能為溶解的長石。

鈉長石膠結(jié)物的親緣流體可能為大氣淡水，在靠近白堊系—古近系不整合處鈉長石膠結(jié)物含量較高（圖6），說明其親緣流體的運移路徑是自上而下的，與大氣淡水的運移特點相符。鈉長石膠結(jié)物的CeSN負異常也反應了親緣流體的氧化性較強^［26］。另外，鈉長石膠結(jié)物常常與石英膠結(jié)物共生（圖2（e）、（f）），而學者們多認為儲層中的石英膠結(jié)物和白堊紀末大氣淡水淋濾溶解長石有關^{［8，19-20］}。

5.2 成因模式

白堊紀末庫車坳陷發(fā)生構(gòu)造抬升，巴什基奇克組遭受到大氣淡水的強烈剝蝕、淋濾^［27-29］，其或直接向下滲入儲層中，或在地表或地下匯集后流入儲層，大氣淡水將儲層中殘留的堿性沉積水驅(qū)替掉使成巖環(huán)境變?yōu)樗嵝裕瑑拥拈L石和巖屑含量很高，這些長石顆粒和巖屑中的長石礦物在酸性環(huán)境中容易發(fā)生溶解，使大氣淡水富含H4SiO4、Na+、Ca²⁺、K+等物質(zhì)，當H4SiO4活度與Na+、H+活度比值均較高時，鈉長石發(fā)生沉淀（圖12）。鈉長石膠結(jié)物的形態(tài)可能與生長基質(zhì)有關，其可以長石顆粒為基質(zhì)生長形成加大邊，也可以巖屑中的細小礦物顆粒為基質(zhì)生長形成條狀自形鈉長石?？v向上，大氣淡水在越靠近地表的部位作用越強烈，結(jié)果便是在靠近現(xiàn)今的不整合處沉淀了較多的石英和鈉長石。橫向上，大氣淡水無論在地表還是地下均從高地貌地區(qū)（巴什基奇克組剝蝕量較高的地區(qū)）流向低地貌地區(qū)（剝蝕量較低的地區(qū)），在高地貌地區(qū)大氣淡水中溶解物質(zhì)較少，Na+、H+活度比和H4SiO4活度均較低，未達到鈉長石沉淀的條件，在流動的過程中，大氣淡水不斷溶解長石，到地貌較低部位Na+、H+活度比和H4SiO4活度升高到鈉長石沉淀的要求（地貌較低處可能富集了較多堿性沉積水，OH^-將H+中和掉使Na+、H+活度比大大增加），因而在低地貌地區(qū)沉淀了較多鈉長石膠結(jié)物。南天山在二疊紀海西晚期褶皺沖斷成山，此后，克拉蘇構(gòu)造帶在整體上一直保持著北高南低的地貌格局，大氣淡水總體從北向南流動，但在靠北的地區(qū)Na+、H+活度比和H4SiO4活度較低，未達到鈉長石沉淀的條件，最終使鈉長石膠結(jié)物呈“南多北少”的分布特點。

5.3 鈉長石膠結(jié)物的儲層指示意義

庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶巴什基奇克組鈉長石膠結(jié)物含量與長石（含長英質(zhì)巖屑）溶蝕孔隙含量具有顯著的負相關關系（圖13（a）），由此說明鈉長石的沉淀區(qū)與長石溶蝕孔隙發(fā)育區(qū)不在同一位置，這與前述鈉長石膠結(jié)物的形成與表生成巖環(huán)境下大氣水淋濾作用密切相關一致。受大氣水淋濾作用影響，靠近不整合面處的長石顆粒和長英質(zhì)巖屑大量溶蝕，但溶蝕產(chǎn)物隨大氣水向下遷移，在遠離不整合處碎屑巖孔隙內(nèi)沉淀。因此靠近不整合處長石顆粒及長英質(zhì)巖屑的溶蝕產(chǎn)物從溶蝕區(qū)遷出，溶蝕作用在此處有效增加儲層儲集空間。隨著距不整合距離增加，溶蝕作用減弱，鈉長石膠結(jié)物含量逐漸增高，導致鈉長石膠結(jié)物含量與溶蝕孔隙含量呈負相關關系。受鈉長石膠結(jié)物分布特征影響，其含量與儲層孔隙度具有顯著的負相關關系（圖13（b））。鈉長石膠結(jié)物的富集一定程度上破壞了儲層儲集空間。因此靠近不整合、地勢較高處等鈉長石含量相對較低的位置是巴什基奇克組優(yōu)質(zhì)儲層的有利發(fā)育區(qū)。

6 結(jié)束語

巴什基奇克組儲層鈉長石膠結(jié)物的物質(zhì)來源為溶解的長石，親緣流體為大氣淡水。白堊紀末研究區(qū)構(gòu)造抬升期，大氣淡水淋濾溶解了大量長石而富含H4SiO4、Na+、Ca²⁺等物質(zhì)，大氣淡水在越靠近地表的部位作用強烈，因此在靠近現(xiàn)今不整合處沉淀了較多鈉長石。大氣淡水中的Na+、H+活度比和H4SiO4活度在低地貌地區(qū)較高，有利于鈉長石的沉淀，因此鈉長石膠結(jié)物富集在古地貌較低的地區(qū)。鈉長石膠結(jié)物的富集一定程度上破壞了儲層儲集空間，開放環(huán)境下鈉長石含量較低的不整合附近或古地勢較高處為優(yōu)質(zhì)儲層的有利發(fā)育區(qū)。

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（編輯 修榮榮）