2. 油气资源与工程国家重点实验室, 北京 昌平 102249;
3. 中国石油玉门油田勘探开发研究院, 甘肃 酒泉 735019;
4. 西南石油大学地球科学与技术学院, 四川 成都 610500;
5. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院, 陕西 西安 710018
2. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering, Changping, Beijing 102249, China;
3. Exploration and Development Research Institute of Yumen Oilfield Company, PetroChina, Jiuquan, Gansu 735019, China;
4. School of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum of University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
5. Exploration and Development Research Institute of Changqing Oilfield Company, PetroChina, Xi'an, Shaanxi 710000, China
研究区鄂尔多斯盆地西南部的行政区划隶属于甘肃省庆阳市,构造位置横跨伊陕斜坡带和天环拗陷带(图 1)。三叠系延长组是一套厚逾1 000 m的河流-湖泊相碎屑岩沉积体,自下而上由长
鄂尔多斯盆地延长组低渗透砂岩油藏是中国陆相低渗透油藏的典型代表,其储层致密化与成藏的配置关系长期以来一直受到广泛关注,虽然取得了颇丰的研究成果,但认识并不一致,主要有3种观点:先致密后成藏[4-5]、边致密边成藏[6-8]和先成藏后致密[9-13]。文献调研发现,学者们对成藏时间的认识基本一致,认为其主要发生在中晚侏罗世-早白垩世,因此,砂岩致密与成藏配置多样化的根源在于对砂岩致密时间的认识不一致。
鄂尔多斯盆地延长组砂岩致密化的影响因素众多,概括起来主要有压实作用和胶结作用两个方面。压实作用是砂岩低渗透的主控因素,其导致砂岩原始孔隙度的损失率超过50%;胶结作用造成砂岩孔隙度的损失率超过10%,其是砂岩致密化的关键因素[14]。
根据最新的成岩阶段划分标准[15],鄂尔多斯盆地延长组砂岩目前处在中成岩A期,经历了压实、胶结、溶蚀等成岩作用,(铁)方解石是其体积最大的胶结物,方解石的胶结时间大致对应着砂岩的致密时间[6-14]。鉴于此,弄清楚方解石的胶结时间对于研究鄂尔多斯盆地延长组低渗透砂岩的成因至关重要。
以往的研究成果显示,鄂尔多斯盆地西南部[4-7, 9-11, 13]及与其毗邻的吴起地区[8]和镇泾地区[12]长
王学军、杨伟伟等依据含氮化合物和原油物性分析认为,研究区长
罗晓容等认为,鄂尔多斯盆地西南部长
陕北吴起地区与研究区毗邻,对其延长组下组合(长
鄂尔多斯盆地西南部长
成岩作用序列研究发现,方解石胶结物充填油气充注痕迹的剩余粒间孔,说明其形成在油气成藏之后。碳氧同位素测试数据统计结果显示,δ
综上所述,先致密后成藏的观点认为方解石胶结物形成于早成岩阶段,但这种观点不能解释方解石胶结物充填具有油气充注痕迹的剩余粒间孔隙的现象;边致密边成藏或先成藏后致密的观点则认为方解石胶结时间为中成岩A期,此观点虽然很好地解释了方解石胶结物与油气充注的关系,但与砂岩的显微结构特征矛盾,且此时的钙质来源也是一个谜。
2 新发现及认识 2.1 新发现:方解石表面的绿泥石膜岩芯观察发现,根据颜色长
灰褐色砂岩的方解石胶结物显紫色、浅蓝色和淡蓝色等多种颜色(图 3b)。一个方解石单体可以是一种色,也可以显多色,不同颜色之间界限模糊,过渡自然。方解石占岩石的体积分数一般小于8%,具有细-中晶结构和半自形或自形形貌,以斑块状或星点状散布在碎屑颗粒之中。在方解石胶结物发育的区域,碎屑颗粒之间的接触关系和胶结类型与灰白色砂岩相似;在方解石胶结的区域以外,骨架颗粒间点状-线状接触,胶结类型主要为孔隙式胶结。方解石胶结物和碎屑颗粒之间或粒间孔隙和碎屑颗粒之间,通常发育有近似等厚的暗色环带,厚度一般在3
扫描电镜下进一步观察发现,包裹着方解石胶结物的暗色环带是生长在其表面的绿泥石黏土矿物薄膜(图 3c)。由图 3c可以看出,绿泥石晶体小,一般在3
图 3e和图 3f为粒间孔隙和碎屑颗粒之间的暗色环带,可见,暗色环带是生长在碎屑颗粒表面的绿泥石膜,膜中晶体大,晶形好,垂直颗粒表面近平行排列;向着颗粒表面,晶体变差,集晶密度增加,晶间孔减少。
由上述分析可知,碎屑颗粒与方解石胶结物表面的绿泥石膜的赋存状态明显不同。
表 1为能谱仪测定的绿泥石膜的化学组成数据(测点位置见图 3e,图 3f),可知,方解石胶结物表面绿泥石膜的化学组分中有丰富的钙质(以氧化钙表述),而骨架颗粒表面的绿泥石膜中未检测出钙元素,说明这两种绿泥石膜可能形成于不同的成岩环境。
传统观点认为,方解石胶结物和碎屑颗粒之间或粒间孔隙和碎屑颗粒之间的暗色环带均为骨架颗粒表面的绿泥石膜遭受油气浸染所致[4-13, 15]。本文通过扫描电镜的进一步观察证实,这两种暗色环带是不同赋存方式的绿泥石膜,碎屑颗粒表面的绿泥石膜即就是文献中所指的绿泥石膜[16-17],而方解石胶结物表面的绿泥石膜是一种新类型的绿泥石膜,目前国内外尚无相关报道。
2.2 新认识 2.2.1 砂岩致密的时间为早成岩A期浸染状均匀分布方解石胶结物的砂岩的碎屑颗粒间接触关系和胶结类型(图 3a),指示了这些方解石胶结物形成于早成岩A期的压实作用过程中。
富含钙质组分的绿泥石膜生长在方解石胶结物表面的成岩现象充分说明,方解石胶结在先,绿泥石膜出现在后。进一步推断,富含钙质组分的绿泥石膜出现之前,孔隙中是被方解石全填充的。将砂岩恢复到富含钙质组分的绿泥石膜出现之前时,在方解石胶结物斑块状或星点状分布的区域,碎屑颗粒之间线状-点状接触;但在方解石胶结的区域之外,残余粒间孔隙发育,颗粒间点状-线状接触,压实程度强于方解石胶结的区域。即使是在目前状态下,方解石胶结物充填的粒间孔隙仍普遍大于残余粒间孔隙(图 3b)。两个区域的结构差异表明,这种方解石胶结物形成于早成岩A期的压实作用过程中。
由此可见,无论是灰白色砂岩中的浸染状方解石胶结物,还是灰褐色含油砂岩中的斑块状或星点状方解石胶结物,它们都形成于早成岩A期的压实作用过程中,也就是说,砂岩致密的时间为早成岩A期,其与成藏的配置关系为“先致密后成藏”。
2.2.2 方解石胶结物的原地溶解-沉淀反应通过对方解石胶结物的岩石学特征的解剖和对其表面绿泥石膜的化学组分的分析认为,暗色环带包裹的方解石胶结物为斑块状或星点状方解石胶结物经原地溶解-沉淀反应形成。
为了论述方便,文中将浸染状方解石胶结物称之为Ⅰ型方解石胶结物,将表面生长绿泥石膜的方解石胶结物称之为Ⅱ型方解石胶结物,将Ⅱ型方解石胶结物的前身称之为Ⅱ
Ⅰ型和Ⅱ
溶解-沉淀反应包括原岩固相、溶解物液相和结晶沉淀形成新固相的三相变化[18]。鄂尔多斯盆地延长组砂岩中的方解石胶结物溶解-沉淀反应中,Ⅱ
中成岩A期,油气携带酸性流体进入Ⅱ
溶解-沉淀反应过程中,方解石胶结物“粒缘”溶孔为绿泥石膜的生长提供了空间。溶蚀初期由于空间狭窄,为绿泥石膜提供的生长空间有限,形成的绿泥石晶体小,晶形差,集晶杂乱堆积。随着反应的持续进行,溶孔增大,绿泥石晶体随之增大,晶形变好,晶间孔增多。加之溶解物液相为油水两相,对绿泥石晶体的生长速度有一定的抑制作用[19],这对绿泥石膜的增大以及集合体变稀疏有一定的贡献[20]。由此可知,绿泥石膜向着方解石胶结物生长,伴生“有根”、“无根”和“悬浮”等现象。伴随着这种绿泥石膜的形成,溶解物液相中的原油吸附在其表面和晶间孔中。
3 讨论 3.1 中成岩A期形成的方解石胶结物有限已有研究成果表明,砂岩中方解石胶结物的物质来源可以分为外源和内源两大类,外源包括浓缩的海(湖)水[21]、泥岩压释水[21-24]、碳酸盐岩层的溶解[25]和断裂沟通的富碳酸钙流体[26]等,内源为生物碎屑[27]、火山灰填隙物[28]、碳酸盐岩屑[29]和先期方解石胶结物[30]等。
鄂尔多斯盆地延长期为一个淡水湖[31-32],湖水中钙质极为有限。砂岩中,碳酸盐岩屑、生物碎屑、泥质内碎屑等内源物质少见[33]。延长组及其上下地层均为砂泥岩地层,因此,没有碳酸盐岩向砂岩提供碳酸钙流体。中生代以来,盆地构造稳定,盆内缺乏断裂,不可能出现大规模垂向流动的富碳酸钙流体。根据鄂尔多斯盆地延长组的具体地质情况推断,Ⅰ型和Ⅱ
中成岩A期,地层压实作用已经基本结束,相邻泥岩已不可能再向砂岩中提供足够的压释水,要形成方解石胶结物需要其他的钙质和碳源。此阶段碳源可由有机质脱羟基提供,因此,能否形成方解石胶结物取决于钙源的富足程度。早期的方解石胶结物可以提供钙源,但Ⅰ型方解石胶结物缺少溶解物液相而不可能发生大规模溶解,Ⅱ
鄂尔多斯盆地西南部长
王大锐[36]在对大量文献调研的基础上,强调低渗透岩石的方解石胶结物经历溶解-沉淀反应后碳氧同位素未发生明显变化的情况并不少见,但这种现象目前仍未找到令人信服的解释。因此,应用稳定同位素资料研究方解石胶结物的成因需要慎重。
3.3 流体包裹体均一温度数据应慎用流体包裹体是矿物生长过程中被捕获在矿物晶格内并未与外界发生物质交换的那一部分古流体,其作为一个独立的地球化学系统,能够真实地反映成岩成矿时的流体性质,包括温度、压力、pH值等,在成藏史和成岩作用研究等油气地质领域得到了广泛应用[37]。
鄂尔多斯盆地西南部长
综上所述,虽然研究区砂岩中方解石胶结物在成岩过程中变化复杂,但仍保留了丰富的早成岩时期的岩石学证据,如碎屑颗粒间的接触关系、胶结类型、方解石胶结物表面的绿泥石膜等,通过这些证据能够很好地恢复方解石胶结的过程。而地球化学参数和包裹体资料可以作为辅助手段,它们的应用必须服从于岩石显微结构特征[20]。
3.4 方解石胶结物的形成过程通过对鄂尔多斯盆地西南部长
第一阶段为Ⅱ
第二阶段为碎屑颗粒表面绿泥石膜形成阶段。早成岩B期,在富铁、镁的碱性流体作用下,粒间孔隙的颗粒表面沉淀绿泥石膜,不同颗粒表面的绿泥石膜相互衔接起来,形成孔隙的绿泥石环边。
第三阶段为Ⅱ型方解石胶结物发育阶段。中成岩A期伊始,酸性流体随油气一起排入砂岩,在酸性流体作用下,Ⅱ
(1) 鄂尔多斯盆地西南部长
(2) 方解石胶结物有两种基本类型,Ⅰ型为与碎屑颗粒直接接触的浸染状均匀分布的方解石胶结物,Ⅱ型为暗色环带包裹的方解石胶结物,其是由斑块状或星点状散布的Ⅱ
(3) 方解石胶结物碳氧同位素和流体包裹体信息的应用要慎重,它们应服从于方解石胶结物的显微结构特征。
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