2020, Vol. 50
国内外学者通过对陆源碎屑岩和碳酸盐岩百余年的研究已经形成了一套相对成熟的理论体系，而对于陆源碎屑岩和碳酸盐岩混合沉积的研究起步较晚。1980年代，人们才开始注意到陆源碎屑岩和碳酸盐岩混合沉积对于油气勘探开发过程中的地质意义。1984年Mount提出用以表述陆源碎屑岩和碳酸盐岩混合沉积产物的“混合沉积物(Mixed sediments)”一词后[1]，国内外学者对有关混合沉积的定义不断补充和完善，同时开展了对混积岩的分类、混合沉积类型、沉积环境、成岩作用等沉积条件的研究和探讨[2-3]，陆续又开展了对混合沉积主控因素的研究，即构造活动、物源、浊流、海(湖)平面变化等事件作用和气候变化等因素[4-6]。21世纪初国内外学者研究重点主要集中在混合沉积的沉积微相类型识别、混积模式分析、混合沉积机理初步探讨和地震反射特征表征，并对混合沉积岩相分布模式的进行了系统的归纳和总结。近10年来，随着国内外学者对混合沉积研究的加深，混合沉积控制因素的研究更加全面，同时对混积层序和混合沉积的成岩作用研究也进一步加强[7-8]。综合近40年国内外学者对于混合沉积的研究方向和进展发现，混合沉积的研究重点一直集中在混合沉积环境、混积特征、混积类型、混合沉积主控因素和混积机理分析等方面。而对于勘探尚处于起步阶段的渤海湾盆地莱州湾凹陷南部地区而言，综合上述混合沉积的研究思路和经验，首先要总结和归纳研究区目的层段混积岩岩石学特征和成岩作用，为后续开展混合沉积发育规律和各自的控制因素等方面的研究奠定基础。
目前渤海湾盆地各凹陷钻达深层的探井表明，陆上较高程度勘探程度凹陷的古近系孔店组、沙河街组四段至三段深部地层，一般以埋深3 500 m为界。受凹陷结构的控制，古近系发育多种类型的储集体，以砂岩储集体为主，还包括碳酸盐岩、火成岩、砾岩等类型储集体，当凹陷内有中央隆起存在时通常发育有高能浅水碎屑岩和碳酸盐岩储集体。渤海湾盆地深部古近系的地层受到较强烈的成岩作用，具有较高温、高压系统，由于溶蚀-溶解作用形成次生孔隙，其中大量深层(大于3 500 m)碎屑岩一般达到晚成岩B亚期[9]。而莱州湾南部地区古近系沙河街组沙三段的地层沉积之前，渤海湾盆地发生过区域性构造隆升，研究区经历了此次构造抬升。沙三段沉积晚期，研究区南部斜坡带继续被整体抬升，导致沙三下亚段埋藏深度浅(只有-1 050~-1 700 m)，同时研究区发育有碳酸盐岩和陆源碎屑岩混积形成的混积岩，莱州湾南部地区沙三下亚段岩性特征和成岩作用明显区别于渤海湾盆地大部分埋藏较深的古近系沙三段地层[6]。因此，本文结合莱州湾凹陷南部地区岩心、壁心、分析化验等资料，对研究区埋藏深度较浅的沙三下亚段混积岩的岩石学特征和成岩作用进行了研究分析。
1 区域地质概况渤海湾盆地位于华北东部和南部地区(见图 1a)，跨山东、辽宁、河南、河北和山西东部五省及渤海海域，区内广泛发育震旦系、古生界、中生界和新生界地层，经过近60年的油气研究和勘探开发，渤海湾盆地成为我国重要的油气富集陆相盆地之一。其中，莱州湾凹陷南部地区是渤海湾盆地典型的断陷湖盆之一，位于渤海海域南部海域斜坡带高部位(见图 1b)，北侧紧邻莱州湾凹陷北洼，南侧紧邻潍北凸起，东侧紧邻莱州湾凹陷南次洼，西侧紧靠郯庐断裂带，整体受走滑断裂和反向控洼断层共同控制，构造圈闭发育且圈闭形态好，该凹陷是华北板块内部于中生界基底之上发育的新生代凹陷[10]。大量研究成果表明，莱州湾南部构造区靠近物源，储层发育，储盖组合良好，烃源断层与砂岩输导层耦合良好，油气运移通畅，成藏条件优越，是莱州湾凹陷南斜坡带的有利目标。莱州湾凹陷南部地区钻井揭示的地层自上而下为第四系平原组、新近系明化镇组和馆陶组、古近系东营组和沙河街组以及中生界(未穿)。钻井揭示的含油层位有新近系馆陶组和古近系沙三上段、沙三中段、沙三下段、沙四段以及中生界，其中馆陶组和沙三下亚段为主要含油层位，沙河街组沙三下亚段为本次研究的目的层位(见图 1c)。
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图 1 莱州湾凹陷南部区域构造位置及层序地层图 Fig. 1 The map of tectonic location and sequence stratigraphic in the southern region of Laizhouwan Sag |
本文通过以下数据和步骤确定了渤海湾盆地莱州湾凹陷南部地区混积岩岩石学特征及成岩作用：(1)运用取心井、钻井、测井和地质背景等资料，更好地了解研究区有利的地质条件。钻井数据包括自然伽马、电阻率和声波时差测井曲线，其中取心井具有沙河街组沙三段部分取心样本、壁心、古生物资料和地球化学分析资料。(2)利用D/max-2500衍射仪FD335203对样品岩屑进行沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X-衍射定量分析，检测依据为粘土矿物和常见非粘土矿物X射线衍射分析方法SY/T5163—2010，检测环境湿度40%，室温25 ℃。(3)利用Vario MICRO cube元素分析仪15084057对样品岩屑进行沉积岩中进行了岩石有机质中碳、氢、氧元素分析，检测依据为GB/T 19143—2003《岩石有机质中碳、氢、氧元素分析方法》。(4)宏观上观察岩心和壁心样品信息以及微观上分析扫描电镜和铸体薄片数据，分析了混积岩岩石学特征及成岩作用。其中，扫描电子显微镜型号为EVO/MA15 15-16-11，岩石样品扫描电子显微镜分析方法依据SY/T 5162—1997，扫描电镜取样时避开砾石；侧重溶蚀现象、粘土矿物类型；偏光显微镜型号为Leica DMLP044142和Leica DMRX226376，样品分析依据《岩石薄片鉴定》 SY/T 5368—2000。
3 结果与讨论 3.1 宏观岩性特征及标志由于莱州湾凹陷南部地区地理位置的局限性，进行大段取心难度很大，因此难以形成对沙三下亚段整体岩性发育特征的直观认识。研究区井壁取心资料比较丰富，可以利用壁心资料进行岩性特征和识别标志分析。通过对研究区沙三下亚段钻探井的井壁取心和有限取心井段观察(见图 2)，将该区沙三下段的岩性简化归为碎屑岩、混积岩和火成岩三种主要类型。同时选取若干块岩石样品进行了普通薄片、染色薄片、铸体薄片、重矿物及微量元素、扫描电镜等实验室微观分析。
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(a: LZ-5, 1 110 m, 粉砂岩，褐灰色；b: LZ-6, 1 222.5 m, 泥质粉砂岩，灰色；c: LZ-5, 1 204 m，细砂岩，褐灰色；d: LZ-9, 1 551 m, 细砂岩，褐灰色；e: LZ-4, 1 054 m, 泥灰岩，灰褐色，成分以方解石为主，部分白云石；f: LZ-4, 1 104 m, 泥灰岩，浅灰色；g: LZ-6, 1 249.5 m, 砂质白云岩，浅灰色，泥晶-粉晶结构，块状构造；h: LZ-6, 1 260 m, 泥灰岩，灰白色，泥晶结构，块状构造，见溶蚀孔洞；i: LZ-9, 1 552.5 m, 荧光玄武岩，灰黑色，隐晶质结构，局部见少量孔洞及微裂缝。a: LZ-5, 1 110 m, siltstone, taupe gray; b: LZ-6, 1 222.5 m, argillaceous siltstone, grey; c: LZ-5, 1 204 m, fine sandstone, brownish grey; d: LZ-9, 1 551 m, fine sandstone, brownish gray; e: LZ-4, 1 054 m, marlstone, taupe, mainly composed of calcite, part of dolomite; f: LZ-4, 1104m, marlite, light gray; g: LZ-6, 1 249.5 m, sandy dolomite, light gray, mud-powder crystal structure, massive structure; h: LZ-6, 1 260 m, marlstone, grayish-white, mud crystal structure, blocky structure, developed dissolution pores; i: LZ-9, 1 552.5 m, fluorescent basalt, gray-black, cryptocrystalline structure, a small number of holes and micro-cracks.) 图 2 莱州湾凹陷南部沙三下亚段岩心及井壁取心 Fig. 2 Core and sidewall coring of Es3l in the southern region of Laizhouwan Sag |
通过对图 2井壁取心照片观察可知，研究区沙三下亚段各储集体中的含油性较好，主要发育碎屑岩(见图 2a、2b、2c、2d)、混积岩(见图 2e、2f、2g、2h)和火山岩(见图 2i)。沙三下亚段的LZ-2井区为辫状河三角洲沉积，LZ-9井区为扇三角洲沉积，LZ-6井区位于基底相对隆起形成的碳酸盐岩台地上[11]。其中碎屑岩主要为粉砂岩(见图 2a)、泥质粉砂岩(见图 2b)和细砂岩(见图 2c、2d)，细砂岩含量居多，颜色为灰色、褐灰色，多为泥质胶结，研究区受潍北凸起物源影响的东部地区细砂岩较致密，埋藏深度较深；混积岩主要为泥灰岩(见图 2e、2f、2h)和砂质白云岩(见图 2g)，颜色为浅灰色、灰白色，其中泥灰岩含量居多，研究区中部LZ-4、LZ-6井区沙三下亚段沉积时期位于碳酸盐岩台地上，受垦东凸起和潍北凸起双重物源的影响，LZ-4、LZ-6井区混积岩最发育；而研究区发育一小部分火山岩，多为玄武岩(见图 2i)，主要发育于东部LZ-9井区，受潍北凸起物源的影响，含量极少，LZ-9井区主要是碎屑岩和混积岩沉积。因此，结合井壁取心和岩屑统计数据可知，研究区沙三下亚段混积岩主要发育层系混积岩和组构混积岩，其中层系混积岩为陆源碎屑与碳酸盐构成交替互层或夹层，组构混积岩为陆源碎屑与碳酸盐成分混合。
3.2 矿物组分特征以宏观岩性的观察分析结果为基础，研究区古近系沙河街组沙三下亚段主要发育碎屑岩和碳酸盐岩混合沉积，并利用X-射线衍射和扫描电镜的手段对研究区38件样品进行了全岩和粘土矿物衍射分析，来确定碎屑岩和混积岩的组分特征。莱州湾凹陷南部地区埋深浅的沙三下亚段表 1全岩分析结果显示，样品中矿物主要有石英、斜长石、钾长石、粘土矿物和方解石，部分样品含有白云石、黄铁矿、铁白云石、辉石，经统计混积岩陆源碎屑矿物成分占9%~86%，平均值60.5%；碳酸盐矿物占14.9%~79%，平均值27.2%；粘土矿物占1%~32%，平均值12.2%。
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表 1 莱州湾凹陷南部地区浅层沙三下亚段沉积岩全岩分析 Table 1 Whole rock analysis of sedimentary rocks of Esl 3in the southern region of Laizhouwan Sag |
研究区沙三下亚段粘土矿物总量分析结果显示(见表 2)，伊蒙混层和伊利石是主要的粘土矿物类型，分别占24%~88%和7%~46%，高岭石和绿泥石极少，高岭石含量为2%~17%，绿泥石含量为1%~17%，未检测到对储层伤害最大的水敏性粘土矿物蒙皂石。研究区沙三下亚段的中部地层伊/蒙混层含量相对较高，伊利石含量相对较低；而伊/蒙混层含量一般随埋深加大和温度的升高会变大，研究区中部混积岩含量高的层段伊/蒙混层含量相对较高，伊/蒙混层含量为75%~85%，伊利石含量9%~15%。因此，初步判断研究区组构混积岩储层较单一，碎屑岩储层和碳酸盐岩储层有较强的水敏性，酸敏性较弱。
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表 2 莱州湾凹陷南部地区沙三下亚段泥岩中粘土矿物总量分析 Table 2 Analysis of total amount of clay minerals in mudstone of Esl 3in the southern region of Laizhouwan Sag /% |
组构混积岩扫描电镜下的组分特征以及层系混积岩中单一碎屑岩组分特征的研究表明(见图 3)：沙三下亚段岩石样品扫描电镜下观察到大量的粉-细砂级碎屑颗粒，颗粒类型以石英、长石为主，在泥质基底中呈点接触、线接触状分布(见图 3a)，细砂含量主要于30%~ 50%，粒径多大于0.1 mm。受后期溶蚀作用的影响，混积岩储层中方解石与长石颗粒被溶蚀，方解石沿解理溶蚀产生晶内孔隙(见图 3b，绿色箭头指示)，被丝片状伊利石充填(见图 3b)；长石具有不规则的溶蚀边缘和粒内溶蚀孔隙(见图 3c，绿色箭头指示)，长石多呈现蚀变为伊利石的特征。混积岩储层中多发育粒间孔隙(见图 3d、3e、3f)，粘土矿物主要为伊利石和高岭石，充填在粒间孔隙间；碳酸盐矿物白云石含量不高，呈晶状分布均匀(见图 3d、3e)。其中，泥灰岩和灰质砂岩中多为白云石和高岭石胶结充填粒间孔隙(见图 3d)，表面常见丝状伊利石分布(见图 3f)；而砂质白云岩中常见书页状高岭石以及球状黄铁矿胶结(见图 3e)。研究区黄铁矿含量不多但广泛发育，通常为莓粒球状集合体，多与粘土矿物共生充填在孔隙间(见图 3g)，单晶均小于1 μm，集合体大小主要于5~20 μm。综合研究区所有混积岩扫描电镜信息，混积岩储层中粘土矿物主要发育沉积成因的絮状伊/蒙混层(见图 3g)，其次是伊利石、高岭石和绿泥石，并充填在原生粒间孔隙和溶蚀孔隙间。因此，混积岩粘土矿物中的伊/蒙混层矿物通常位于颗粒边缘或粒间，呈丝絮状分布(见图 3h)，多常见书页状的高岭石(见图 3i)，绿泥石含量很少，呈厚度较大的片状或薄板状，多与伊利石等混杂共生。
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(a: LZ-8, 1 495 m, ×500倍，全貌，粒间孔隙发育；b: LZ-9, 1 558.71 m, 碳酸盐岩，×12 000倍，晶内溶蚀孔发育；c: LZ-9, 1 572 m，凝灰质细砂岩，×1 200倍，溶蚀孔发育；d: LZ-6, 1 260 m, 泥灰岩，×1 600倍，粒间孔隙充填；e: LZ-6, 1 238 m, 砂质白云岩，×2 000倍；f: LZ-8, 1 538 m, 泥灰岩，×20 000倍，见一约1 μm溶蚀孔；g: LZ-5, 砂岩，1 145.5 m, ×1 200倍，粒间孔隙；h: LZ-6, 1 243.5 m, 细砂岩，×1 800倍，丝絮状伊蒙混层；i: LZ-5, 1 068.5 m, 砂岩，×1 500倍。a: LZ-8, 1 495 m, ×500 times, the whole picture, intergranular pore development; b: LZ-9, 1 558.71 m, carbonate rock, ×12 000 times, intragranular dissolution pore development; c: LZ-9, 1 572 m, tuffaceous fine sandstone, ×1 200 times, dissolution pore development; d: LZ-6, 1 260 m, marlstone, ×1 600 times, intergranular pore filling; e: LZ-6, 1 238 m, sandy dolomite, ×2 000 times; f: LZ-8, 1 538 m, marlstone, ×20 000 times, see a dissolution hole of about 1 μm; g:LZ-5, sandstone, 145.5 m, ×1 200 times, intergranular pores; h: LZ-6, 1 243.5 m, fine sandstone, × 1 800 times, silk-floc I/S layer; i: LZ-5, 1 068.5 m, sandstone, ×1 500 times.) 图 3 莱州湾凹陷南部沙三下亚段混积岩矿物组分特征 Fig. 3 Mineral composition characteristics of Esl 3mixed rocks in the southern region of Laizhouwan Sag |
以矿物组分特征为基础，借用偏光显微镜对莱州湾凹陷南部地区沙三下亚段的岩石类型进行划分。莱州湾凹陷南部区域沙三下亚段LZ-2井区为辫状河三角洲沉积，LZ-9井区为扇三角洲沉积，LZ-6井区为碳酸盐岩台地上的沉积(见图 4)，沙三下亚段混积岩储层多发育在莱州湾凹陷南部区域LZ-6井区[11]。
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图 4 莱州湾凹陷南部地区沙三下亚段Ⅱ油组地层沉积亚相分布平面图 Fig. 4 Sedimentary subfacies distribution plane of Es3l-Ⅱ oilgroup in the southern region of Laizhouwan Sag |
LZ-2井区储层岩性以细粒岩屑长石砂岩为主，其次为泥晶云岩和泥晶灰岩，其中砂岩矿物成分主要为石英、长石、岩屑(见图 5a)；泥晶灰岩岩石成分主要为泥晶方解石，见少量泥质和陆源碎屑。LZ-9井区岩性主要为岩屑长石、长石岩屑砂岩，矿物成分主要为石英、长石、岩屑(见图 5b)，碎屑颗粒分布较均匀，颗粒磨圆较好，呈次圆状，点或游离状接触，凝灰质过渡支撑，岩屑成分主要见花岗岩岩块，见少量凝灰岩岩块、石英和钾长石。
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(a: LZ-1, 1 035 m, 单偏光25倍，细粒岩屑长石砂岩，次圆状-次棱角状，点接触为主；b: LZ-11, 1 787 m, 单偏光25倍，中粒长石岩屑砂岩，次棱角状，凹凸接触为主；c: LZ-5, 1 110 m，单偏光25倍，云质粉砂岩；d: LZ-6, 1 213.5 m, 单偏光50倍，灰质粗粉砂岩；e: LZ-6, 1 262 m, 单偏光50倍，含灰质凝灰质中-细砂岩，填隙物主要为白云石，隐晶结构；f: LZ-8, 1 448.5 m, 单偏光100倍，白云质细粒岩屑长石砂岩，填隙物主要为白云石；g: LZ-10, 1 777.5 m单偏光25倍，云质细粒岩屑长石砂岩；h: LZ-8, 1 495 m, 单偏光100倍，砂质白云岩；i: LZ-9, 1 575 m, 单偏光25倍，陆屑泥灰岩。a: LZ-1, 1 035 m, single polarized light 25 times, fine-grained feldspar sandstone, sub-circular, sub-angular, main point contact; b: LZ-11, 1 787 m, single polarized 25 times, medium grain feldspar lithic sandstone, sub-angular, concave-convex contact; c: LZ-5, 1 110 m, single polarization 25 times, dolomitic siltstone; d: LZ-6, 1 213.5 m, single polarization 50 times, limestone coarse sandstone; e: LZ-6, 1 262 m, single polarized light 50 times, limestone tuffaceous medium-fine sandstone, interstitial mainly dolomite, cryptocrystalline structure; f: LZ-8, 1 448.5 m, single polarized light 100 times, dolomitic fine-grained lithic feldspar sandstone, interstitial mainly dolomite; g: LZ-10, 1 777.5 m single polarized light 25 times, dolomitic fine-grained lithic feldspar sandstone; h: LZ-8, 1 495 m, single polarized light 100 times, sandy dolomite; i: LZ-9, 1 575 m, 25 times single polarized light, terrigenous clastic marlstone.) 图 5 莱州湾凹陷南部沙三下亚段岩石类型特征 Fig. 5 Characteristics of Es3l rock types in the southern region of Laizhouwan Sag |
目前国内外关于混积岩的命名和分类尚未统一标准，大多借鉴碎屑岩和碳酸盐岩的分类方法，目前混积岩类型划分以张雄华[12]提出的粘土、陆源碎屑和碳酸盐作为三端元法和董桂玉[13]提出的陆源碎屑(包括粘土矿物)和碳酸盐作为两端元法为代表，本文采用董桂玉提出的两端元法将碎屑矿物和粘土矿物归为一类，经统计研究区陆源碎屑占30.1%~77.3%，平均为60.5%，碳酸盐矿物占10.2%~49.5%，平均为28.2%，从成分上看，莱州湾凹陷南部沙三下亚段混积岩主要为碳酸盐质-陆源碎屑岩，其次为陆源碎屑质-碳酸盐岩。相对渤海湾盆地渤中等凹陷的混积岩岩石类型，莱州湾凹陷组构混积岩中陆源碎屑颗粒含量较高，碎屑颗粒分布较均匀，分选中等，磨圆度次圆~次棱状，颗粒支撑，颗粒线接触，见少量石英岩岩块和斜长石，填隙物为泥质、泥晶白云石，白云石呈带状相间富集分布(见图 5c)。结合岩心、井壁取心、荧光薄片与铸体薄片鉴定，将研究区沙三下亚段组构混积岩分为三类：灰/云质砂岩、砂质白云岩/灰岩、泥灰岩/灰质泥岩。
(1) 灰/云质砂岩：碎屑颗粒主要成分为石英、长石和少量花岗岩岩块及石英岩岩块，颜色一般为灰色，块状构造，细-粉砂结构，碎屑颗粒分选较好，次棱—次圆状，孔隙填隙物主要为方解石/(铁)白云石，成因多为研究区滨浅湖环境富灰泥砂质沉积物因灰泥白云石化而固结成岩。其中，灰质砂岩中陆源碎屑含量50%~86%，方解石含量21%~36%(见图 5d、5e)，其中混杂泥质，镜下可以观察到部分灰质砂岩中含生物化石及其碎片，种类主要为介形虫和螺类化石(见图 5d)，部分火成岩屑含量很高，蚀变严重，部分呈假杂基充填颗粒间，大部分火成岩屑蚀变为粘土矿物吸附有机质(见图 5e)。云质砂岩中陆源碎屑含量60%~92%，白云石含量10%~22%(见图 5f、5g)，点接触为主，次棱角状，长石颗粒普遍可见解理缝(见图 5f)，粒间胶结物主要为斑块状白云石，泥晶集合体呈斑块状胶结、交代碎屑颗粒(见图 5g)，孔隙发育差，仅局部发育部分溶蚀颗粒孔和溶蚀粒间孔。部分云质砂岩掺杂少量凝灰质，其中凝灰质呈隐晶质分布粒间，部分凝灰质已被泥化或绿泥石化，(铁)白云石胶结交代碎屑颗粒(见图 5f)。
(2) 砂质白云岩/灰岩：由泥晶白云岩/灰岩、岩屑和少量陆源碎屑石英、长石等构成，两类岩石均含有内碎屑、生物碎屑等，滴稀盐酸起泡较剧烈，未见明显生物化石，颜色一般为灰色，部分砂质白云岩为浅棕褐色，陆源碎屑分布不均，多与泥晶方解石/白云岩混杂分布，可见局部富集，陆源碎屑含量11%~30%，白云石/方解石含量高达52%~75%，岩石孔隙不发育，主要见基质内溶孔和构造裂缝，一般形成于浅湖环境，碳酸盐岩易于形成，受到波浪和湖流作用微弱的双重改造[14]。图 5h为典型砂质白云岩，显微晶白云石呈团块状集中分布，碎屑集中处为石英和长石颗粒，颗粒间充填泥质杂基，孔隙主要为分布于颗粒间的残余粒间孔和泥质微孔隙中。
(3) 泥灰岩/灰质泥岩：泥灰岩岩石成分主要为方解石(40%~70%)、泥质(15%~45%)和陆源碎屑(20%~40%)组成，颜色一般为灰色、褐灰色，方解石呈泥晶状，泥质与方解石混杂分布(见图 5i)，部分纹层状泥灰结构中泥晶方解石和泥质均呈条带状定向分布，陆源碎屑主要见花岗岩岩块，以及少量石英、长石和流纹岩岩块，部分泥质有向鳞片状伊利石转化的现象。灰质泥岩以富含有机质的泥岩为主，颜色一般为灰色，泥质含大于45%，其次为陆源泥质碳酸盐岩碎屑，含少量石英、长石等陆源碎屑。两种岩石发育水平层理，一般形成于水动力条件较弱的静水地区，指示湖相环境[11]。
3.4 混积岩层系主要成岩作用在岩石学特征研究的基础上，本文通过对研究区碎屑岩和混积岩储层的铸体薄片、扫描电镜、荧光薄片等分析结果表明，沙三下亚段混积岩储层主要经历了压实、压溶作用、溶蚀作用和胶结交代作用，其中胶结交代作用弱，而研究区沙三下亚段埋藏深度较浅，其压实、压溶作用对比渤海湾盆地大部分埋藏较深的古近系地层都弱，碎屑岩颗粒间多呈点、线接触(见图 6a)。不同的成岩作用对混积岩储层的储集性能存在不同程度的影响，由上述组构混积岩结构特征的分析可知，组构型碎屑质-碳酸盐质混积岩储层(砂质灰岩/白云岩、泥灰岩)较致密，孔隙发育差，而溶蚀作用有利于其储层孔隙的建设，发育部分溶蚀颗粒孔和溶蚀粒间孔。
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(a: LZ-8, 1 501.5 m, 单偏光50倍，细粒岩屑长石砂岩；b: LZ-6, 1 265 m, 单偏光25倍，含泥质凝灰质细砂岩；c: LZ-8, 1 495 m, 单偏光25倍，含高岭石砂质细砾岩；d: LZ-8, 1 495 m, 单偏光25倍，砂质细砾岩，线接触，次圆-次棱角状；e: LZ-6, 1 238 m, 100倍，砂质白云岩，全貌，溶蚀微孔隙均匀分布；f: LZ-8, 1 452 m, 正交偏光50倍，细粒岩屑长石砂岩；g: LZ-8, 1 464 m, 单偏光25倍，白云质细粒岩屑长石砂岩；h: LZ-8, 1 182.7 m, 单偏光25倍，泥质细粒岩屑长石砂岩；i: LZ-9, 1 575 m, 单偏光50倍，粉砂岩；j: LZ-9, 1 575 m, 单偏光25倍，钙质细粒长石砂岩；k: LZ-5, 1 112 m, 15 00倍，砂岩；l: LZ-6, 1 262 m, 2 000倍，细砂岩。a: LZ-8, 1 501.5 m, single polarized light 50 times, fine-grained feldspar sandstone; b: LZ-6, 1 265 m, single polarized light 25 times, muddy tuffaceous fine sandstone; c: LZ-8, 1 495 m, single polarized light 25 times, sandy fine conglomerate containing kaolinite; d: LZ-8, 1 495 m, single polarized light 25 times, sandy fine conglomerate, line contact, sub-circle, sub-angular shape; e: LZ-6, 1 238 m, 100 times, sandy dolomite, overall appearance, uniform distribution of dissolved micropores; f: LZ-8, 1 452 m, orthogonal polarized light 50 times, fine-grained feldspar sandstone; g: LZ-8, 1 464 m, single polarized light 25 times, dolomitic fine-grained feldspar sandstone; h: LZ-8, 1 182.7 m, single polarized light 25 times, argillaceous fine-grained feldspar sandstone; i: LZ-9, 1 575 m, 50 times single polarized light, siltstone; j: LZ-9, 1 575 m, single polarized light 25 times, calcareous fine-grained feldspar sandstone; k: LZ-5, 1 112 m, 1 500 times, sandstone; l: LZ-6, 1 262 m, 2 000 times fine sandstone.) 图 6 莱州湾凹陷沙三下亚段岩石铸体薄片和扫描电镜分析 Fig. 6 Analysis of rock casting sheet and scanning electron microscope of Es3l in the Laizhouwan Sag |
由于莱州湾凹陷南部沙三下亚段埋藏深度浅，且混积岩中石英等刚性矿物的含量高于塑性矿物的含量，压实作用相对较弱，根据扫描电镜和薄片鉴定可知，研究区沙三下亚段混积岩压实作用主要表现为矿物颗粒呈点、线接触(见图 6a)、部分样品长石和石英破裂(见图 6a)和假杂基化(见图 6b)。压溶作用主要表现为颗粒边缘经历强压实后出现线状、缝合线接触(见图 6c)，部分石英边缘会出现港湾状溶蚀边[15]。随着埋深增大，研究区沙三下亚段底部和顶部混积岩储层压实、压溶作用效果变化不显著，底部储层矿物颗粒定向排列程度变大，颗粒致密度中等，未造成原生孔隙大量丧失，粒间孔隙仍为主要的储集空间。
3.4.2 溶蚀作用通过对研究区镜质体反射率及流体包裹体均一温度分析表明混积岩储层目前已达到早成岩A期和B期，可以有效地使长石等矿物颗粒发生溶蚀作用，有效地改善储层孔隙之间的连通性。根据扫描电镜和薄片鉴定可知，研究区沙三下亚段混积岩溶蚀作用主要表现为长石沿解理缝溶蚀形成粒内溶孔(见图 6d)和长石解理淋滤溶蚀微孔隙发育(见图 6e)。研究区组构混积岩储层中，原生孔隙相对不发育，以粒间孔为主，沙三下亚段顶部储层碎屑颗粒含量相对高，易形成大量的溶蚀孔隙，有效改善储集空间；底部储层碳酸盐岩颗粒含量相对高，较致密，同时原生孔隙大量被填充，溶蚀孔隙不发育。研究区混积岩储层中灰质/云质砂岩溶蚀作用较强，砂质灰岩/云岩次之，泥灰岩/灰质泥岩最差。同时，当碳酸盐-陆源碎屑混积岩储层中白云石含量小于23%时，易发育溶蚀作用，改善储层孔隙之间的连通性，相对其他类型混积岩储层物性较好。
3.4.3 胶结交代作用胶结交代作用主要是碳酸盐、长石矿物颗粒承压部位发生压力溶解作用，溶解物重新分布并沉淀形成胶结物，或充填粒间孔隙，或交代部分溶蚀矿物颗粒。根据扫描电镜和薄片鉴定可知，研究区沙三下亚段混积岩胶结作用为铁质(如：黄铁矿、白铁矿、铁白云石)胶结、泥质胶结(粘土矿物胶结)、方解石/白云石胶结以及硫酸盐(如石膏、重晶石)胶结等，其中以铁质胶结和泥质胶结为主。研究区铁质胶结中岩石填隙物主要为铁方解石(见图 6f，蓝色箭头处)和铁白云石胶结物(见图 6g，染色为浅蓝色，箭头指示铁白云石)，呈小斑块状胶结并交代颗粒。泥质胶结中部分填隙物主要为部分长石和岩屑蚀变的粘土矿物，充填在粒间孔隙间(见图 6h)；或为部分凝灰质已被泥化或绿泥石化，偶见生物碎屑，生物碎屑已被铁方解石完全交代(见图 6i，蓝色箭头指示)。方解石/白云石胶结中孔隙填隙物主要为方解石，方解石致密胶结并交代碎屑颗粒(见图 6j，粉色为方解石，蓝色箭头指示交代)。进一步在扫描电镜下观察胶结填充物可知，研究区多为黄铁矿和丝片状伊利石胶结充填粒间孔隙(见图 6k)或书页状高岭石、丝片状伊蒙混层、黄铁矿单晶和白云石充填粒间孔隙(见图 6k)，多重因素影响孔隙。同时，研究区胶结交代作用发育广泛，对混积岩储层的物性起到一定制约作用。
3.4.4 主要控制因素及意义沙三下亚段混积岩储层中灰/云质砂岩样品中主要成岩作用为压实、压溶作用，其次为溶蚀作用和胶结交代作用，随着长石以及灰质/云质含量的变大溶蚀作用加强；砂质白云岩/灰岩样品中主要成岩作用为溶蚀作用；泥灰岩/灰质泥岩样品致密均匀，主要受压实、压溶作用。研究区混合沉积的沉积相类型以及陆源碎屑和碳酸盐矿物的混合方式，主要控制了混积岩的成岩作用类型。一方面，碳酸盐矿物易发生溶蚀改善了储集层；另一方面，研究区样品中普遍存在方解石、白云石、铁方解石胶结充填，同时很大程度上使储集层物性变差。
4 结论(1) 莱州凹陷南部地区沙三下亚段时期，由于湖水深度较大，陆源碎屑供给减少，水动力减弱，发育了一套浅湖湖相的陆源碎屑岩-碳酸盐岩沉积。根据陆源碎屑颗粒与碳酸内碎屑的统计表明，沙三下亚段混积岩主要为碳酸盐质-陆源碎屑岩，其次为陆源碎屑质-碳酸盐岩，其中，陆源碎屑为长石和石英、火成岩岩块；碳酸盐为泥晶状白云岩和灰岩。根据岩心、井壁取心、荧光薄片与铸体薄片鉴定，将研究区沙三下亚段组构混积岩分为灰/云质砂岩、砂质白云岩/灰岩、泥灰岩/灰质泥岩三类。
(2) 根据扫描电镜和岩石薄片显示，层系混积岩孔隙类型主要为粒间孔，少量溶蚀粒间孔和溶蚀颗粒孔，颗粒表面溶蚀，粒间孔隙被高岭石、伊利石、伊/蒙混层和菱铁矿充填。X射线衍射分析显示，粘土矿物以伊/蒙混层为主，其次为高岭石、伊利石和绿泥石。组构混积岩泥晶灰岩、灰质砂岩泥晶白云岩等孔隙不发育，可见垂直于纹层分布的微裂隙发育。
(3) 沙三下亚段混积岩储层主要经历了压实、压溶作用、溶蚀作用和胶结交代作用。其中，胶结交代作用较强，以铁质胶结和泥质胶结为主；研究区沙三下亚段压实、压溶作用对比渤海湾盆地大部分古近系深部地层都弱；溶蚀作用有效改善了组构混积岩储层，其中灰质/云质砂岩溶蚀作用较强，砂质灰岩/云岩次之，泥灰岩/灰质泥岩最差。
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