目前，硅质胶结物在石油地质方面的应用研究主要侧重于含烃包裹体对成藏的分析，而盐水包裹体资料对成岩过程、对储层演化的众多意义仍有待深入探讨。这一问题在东海西湖凹陷同样存在，尤其在勘探进入深部储层预测阶段。

西湖凹陷硅质胶结物中盐水包裹体温度范围在100~ 160℃，各构造区块，各钻井变化很大(图 1，图 2)。有的样品温度段跨度仅10 ℃，有的达到65℃，如果以现今西湖凹陷地温梯度换算，深度跨度从三百米至两千米。温度段跨度大，深度跨度大，必然经历了成岩中期全过程甚至到晚期成岩阶段(根据石油天然气行业标准SY/T 5477— 2003)，经历了酸性到碱性的成岩环境变化。这一过程覆盖了烃源岩成熟、高成熟乃至湿气阶段，从协同成岩作用看^[1]，在砂泥岩交互地层中，硅质胶结作用既受到泥岩夹层中有机质热演化过程影响，也参与了这一温度范围所对应深度的储层演化，而这一深度范围正是目前深层勘探的主要目标层段，因此，硅质胶结物成因机制研究将有助于深部储层评价及成藏预测。

从取芯样品电镜、阴极发光以及薄片资料看，自生石英极为常见。在成岩过程中，自生石英既有胶结颗粒、堵塞孔喉的作用，也能固化岩石、提高抗压实能力。但是，按照目前技术手段，还无法定量检测自生石英含量；因此，岩石埋藏过程中压实与抗压实两因素如何影响物性发展，已成为深部储层预测的难点。

前人文献中，砂岩中硅质来源复杂、成因机制多种，其形成温度及深度跨度很大，从酸性成岩环境到碱性成岩环境均有发育^[2-5]。且深层储层或存在高压背景^[6]，或存在油气充注影响^[7]。因此，硅质胶结物的成因机制研究必须结合具体资料进行具体分析。西湖凹陷的钻井资料中(图 2)，硅质胶结物包含了硅质来源、成岩环境多重信息，也包含成岩过程所涉及的物性演变、地质活动等内容。

1 区域地质概况

西湖凹陷是东海陆架盆地东部中北段的一个狭长型新生代沉积凹陷(图 2)，构造演化由古新世断陷，始新世断坳转换，演化至渐新世—中新世坳陷阶段，本文所探讨地层为中上始新统平湖组和渐新统花港组。

关于西湖凹陷主要勘探目的层始新统、渐新统的岩相问题，前人探讨很多^[8-13]。中上始新统平湖组发育在断坳转换背景之下，海陆过渡相的半封闭海湾沉积，记录了平湖组逐步海退的总特征。海平面升降周期中的退积—进积过程，形成了横向上砂质潮道、潮汐三角洲与泥质潮坪、泻湖沼泽体系呈指状交互，垂向上灰质泥岩为主，夹灰质粉砂岩、砂岩和沥青质煤的互层关系。平湖组也是西湖凹陷主力生油岩系和储油岩系。

渐新统花港组发育在坳陷阶段，主要由陆相沉积环境的湿地扇、扇三角洲、湖泊沉积体系组成。西湖凹陷渐新统花港组的岩性由下部粗砂岩，上部灰色、杂色泥岩为特征的下粗上细两个旋回组成，它们分别与花港组下段及花港组上段相对应。由于坳陷晚期发生区域性构造挤压(龙井运动)，渐新统—中新统挤压反转，坳陷中部地带现已形成中央背斜带。

2 硅质来源与成因机制分析

早在1989年就有关于砂岩中硅质胶结物的硅质来源的探讨^[14-15]。西湖凹陷的砂岩样品(平湖组和花港组)的电镜、薄片、阴极发光、盐水包裹体、X衍射，以及能谱资料，主要指证4种基本来源：长石溶蚀，岩屑溶蚀，黏土转化，石英碱性溶蚀，以及少量压溶现象。

2.1 长石溶蚀

扫描电镜下观察西湖凹陷中上始新统平湖组砂岩、渐新统花港组砂岩都可见长石颗粒广泛存在的不同程度的溶蚀现象。通常沿解理发生初步溶蚀，形成栅格状、蜂窝状溶孔(图 3a，3b，3c)。作为不稳定造岩物质，长石是孔隙溶液中硅质的重要来源，其有利溶蚀环境为酸性环境。

理论上，有机质热演化R_o达到0.5%即出现大量有机酸排放。从西湖凹陷钻井统计资料看，保俶斜坡大约2 700 m，中央背斜带2 000 m深度以下即进入酸性溶蚀环境^[1]。

酸性环境中普遍出现的转化：钾长石+高岭石→伊利石+SiO₂+H₂O

这一转化前人文献已确认当温度＞90 ℃时即可出现^[16-18]。黄思静进一步认为：古地温大于120~ 140 ℃时，这一转化系深层略显封闭的环境中硅质的主要来源，其依据即是深部地层中常见石英、伊利石共生现象^[19]。但笔者认为：深部封闭条件下孔隙溶液中滞留一定含量K⁺，才是钾长石伊利石化的有利条件。

2.2 岩屑溶蚀

电镜下岩屑溶蚀现象突出(图 3d)，薄片中有岩屑含量平均17% ~20%，其中有许多火山岩岩屑，如HXT构造3%~ 10%，JG构造3%~8%，KQT构造3% ~15%，GZZ构造3%~19%，YQ构造5%~18%。这些岩屑中的暗色矿物(角闪石、辉石)的成岩反应，也是硅质主要来源^[20]。

岩屑溶蚀最常出现钠长石、高岭石、伊利石共生现象，以及广泛存在的岩屑伊利石化、云母化(图 3e)、高岭石化现象。

根据热力学计算推断^[21]：酸性介质条件下，铁镁矿物质岩屑比钾长石、钠长石、斜长石更容易溶蚀，从而产生次生孔隙。而铁镁暗色矿物(如角闪石、辉石)黏土化过程中，云母、绿泥石容易生成。如果有钾离子供应，则更容易转化成伊利石。

2.3 黏土转换

参与黏土转化的黏土来源呈多样性。既有以杂基方式，或颗粒薄膜方式保存的原生黏土，也有泥岩夹层中的大量黏土，还有岩屑成岩蚀变的转化黏土。

普遍存在的蒙脱石向伊利石、绿泥石转化，是提供硅质来源的重要方式。早在1994年，张立飞就探讨过蒙脱石向伊利石转化的三种机制^[22]，Berger等人则强调：蒙脱石向伊利石转化则是伴随钾长石溶蚀的自发过程，这一过程有两个相互依赖的伴生反应^[23]：

钾长石+H⁺+H₂O →高岭石+SiO₂+2K⁺

蒙脱石+K⁺+Al³⁺ →伊利石+Na⁺+Ca²⁺+Fe³⁺+ Mg²⁺+Si⁴⁺

杨起等认为：这一耗钾反应过程起始温度大致60 ℃左右，而在120~140 ℃基本停止^[24]。而在蒙脱石向伊利石转化的过程中，同时有Ca²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Si⁴⁺等阳离子析出，为蒙脱石向绿泥石转化提供了条件。因此，蒙脱石向伊利石转化的同时，绿泥石的含量也有增加趋势。这一机理似乎可以解释西湖凹陷X衍射统计资料中60~150℃对应深度域(按YQ构造现今地温梯度推算)内伊利石与绿泥石之间的正相关关系(图 4a)，而超出该深度域的情况正好相反(图 4b)。显然，西湖凹陷砂岩X衍射资料表明：蒙脱石向伊利石的转化过程与温度有关。

车启鹏(1995)曾提出酸性环境下伊利石向高岭石转化也有硅质析出^[25]。黄思静等^[19]提出的深层封闭环境下的钾长石—高岭石—伊利石转化系统(大于140℃)，也是黏土矿物转化析出硅质的一种方式，可以解释深部自生石英的成因机制。

2.4 碱性溶蚀

理论上，SiO2的溶解度随pH值的增大而增高^[27]。

由于孔隙溶液中各种碱金属、碱土金属离子水解后促使孔隙溶液碱性增强；并且，随着H⁺消耗、弱酸根水解，孔隙水pH值势必升高；因此，孔隙水始终存在着从酸性转向碱性的趋势。孔隙溶液碱性增强，将逐步形成了有利于方解石沉淀的条件。刘宝珺认为：方解石的沉淀需要pH值较高的碱性环境，其pH值大于8~9。因此，西湖凹陷花港组、平湖组砂岩阴极发光资料中大量云灰质交代石英现象即说明碱性环境下石英稳定性减弱(图 3f，阴极发光)。

由于碱性环境多在深部封闭条件下，因此，碱性溶蚀成为深部致密砂岩物性改造的研究热点，这一方面的研究范例很多^[28-30]。西湖凹陷的阴极发光资料中，碳酸盐胶结物与石英碎屑接触处呈港湾状；电镜下，自生石英晶面破损处沉淀伊利石，都是碱性溶蚀现象(图 3h)。

从成岩环境从酸性转向碱性，成岩作用的特点是：首先自生石英停止生长，并出现溶蚀；其次晚期碳酸盐胶结。综合这两点，自生石英盐水包裹体温度的最高温度点即标志着成岩环境酸碱性转化；而碱性溶蚀所析出硅质如果通过孔隙溶液迁移，可能在相邻偏酸性地区继续沉淀自生石英。毕竟成岩环境酸碱性转化在同一砂层内也从来不是统一的。目前，碱性溶蚀已成为储层成因研究的新领域，也是孔隙溶液中硅质的又一来源。

2.5 压溶

西湖凹陷薄片中反映最强压实作用的是凹凸、线—凹凸接触关系，缝合线接触很少(图 3g)。西湖凹陷平湖组、花港组作为新生代地层，压溶作用并不强烈，因此，所能提供的硅质极为有限。

3 盐水包裹体资料分析

尽管自生石英形成于多种机制，宏观上或与特定的地质因素相关，但盐水包裹体所记录的自生石英生长温度(图 1)，却是对应着最有利于石英发育的物理化学条件。

3.1 酸性成岩环境有利于石英次生生长

以KQT构造为例，4 000~ 4 400 m范围内的石英次生加大边盐水包裹体温度资料呈现出箱型温度段特点(120~145℃)，其箱体顶部最大温度与现今地温梯度线相切，箱体底部最大温度已经偏离现今地温梯度线(图 5a)。如果按现今地温梯度换算，120~145℃对应的深度范围是3 475~4 215 m，从R^o资料看(图 5b)，这一深度镜煤反射率在0.57~0.87之间，有机质演化正趋近成熟高峰。结合盐水包裹体与R^o资料，KQT构造盐水包裹体所呈现的箱型温度段指证了与有机质成熟相关的酸性溶蚀作用。这表明KQT构造石英次生生长于酸性环境中，随着埋深成岩环境转向碱性后，石英次生生长结束。

(2) 盐水包裹体资料中的构造活动信息

西湖凹陷中新世末龙井运动挤压形成了沿凹陷长轴分布的中央背斜带，而中央背斜带中部YQ构造渐新统花港组包裹体资料则记录了这一构造变动对地层温度的影响。

从YQ-3井石英次生加大边包裹体资料看，最高温度连线与最低温度连线，均与现今地温梯度线平行，表明三线能够相互验证，代表着特定时期的地层温度(图 6a)。

最高温度连线与最低温度连线之间温差35 ℃，按照现今温度梯度转换，对应深度差达1 700 m。而这一深度差，在YQ构造T25界面深度图上(T25界面系花港组上下段地层分界面)，与构造高点(YQ-3井)与背斜侧翼最低点之间的高差很接近(图 6b)。

这一事实表明，构造抬升引发地层降温从而启动了低温过饱和石英自生机制。

4 自生石英生长因素探讨

从硅质供给到盐水包裹体分析，可以看出：自生石英的生长控制因素既有微观方面孔隙溶液的物理化学条件，也有宏观方面地质因素。

4.1 物理化学条件

西湖凹陷平湖组、花港组硅质胶结物有次生加大和自生石英两种方式，前者围绕碎屑石英颗粒而生长，后者与自生黏土矿物共生在粒间孔、溶蚀孔以及喉道中。

国内外的众多学者曾对石英的溶蚀现象做过大量研究，早期认为石英多在碱性条件下发生溶解^[31-33]。随着研究的深入，发现在酸性条件下，石英也能溶解，尤其是有机酸，在盐的参与下，能够与石英发生化学溶解反应^[34-36]。看似矛盾的前人资料反映了自生石英的生长受到多重因素综合影响，从石英结晶的物理化学环境看，影响因素集中在pH值、溶解度、温度三要素上。

Blatt等^[37](1972)提出的SiO₂与CaCO₃共存体系，揭示了SiO₂在pH体系中的动态变化。碱性环境中，石英通常不稳定；如果孔隙溶液中存在过量Ca²⁺和HCO₃^-，最终将导致方解石强烈交代石英。这一研究支持了于均民等关于中性—弱碱性含盐孔隙水仍有利于石英再生长的观点^[38]。

但是，温度变化同样影响着SiO₂在孔隙溶液中的溶解度。实验证明，在21~22 ℃的平衡条件下的溶液中，SiO₂溶解度连续70 d保持在100~ 150 ppm；但温度升高至150℃时，溶解度超过600 ppm^[27]。

综上讨论，孔隙溶液从碱性转向酸性，从高温转向低温，必然导致过饱和沉淀机制。另外，过饱和机制还可以在各种供硅机制中引发的孔隙水矿化度变化中启动。因此，正是pH、温度、溶解度三要素相互作用启动过饱和机制主导了自生石英生长。

4.2 地质要素

宏观地质要素主导着微观成岩环境变化。

(1) 成分成熟度

长石溶蚀、岩屑溶蚀、黏土转化所提供硅质的多少与沉积环境碎屑岩成分成熟度有关；西湖凹陷以岩屑砂岩、长石砂岩为主，深部砂岩在酸性溶蚀条件下也能提供一定量的次生孔隙，为深部成藏提供有利条件。

(2) 流体势

流体势主导着砂岩中孔隙流体流动方向与渗流能力，而构造活动往往改变区域流体势。前文所探讨的封闭体系、开放体系即是渗流能力的一种表述。

(3) 烃源岩成熟窗口

这一窗口决定了成岩环境整体转入酸性，也是长石、岩屑溶蚀、黏土转换最活跃阶段。烃源岩成熟窗口取决于砂泥岩互层结构中泥岩属性及热演化过程^[1]。

(4) 泥岩脱水

砂泥岩互层地层结构中，泥岩层脱水既向砂岩补充孔隙流体，也是硅质的重要来源，西湖凹陷泥岩脱水问题已有文献探讨^[1]。

4.3 主控因素分析

西湖凹陷硅质胶结物发育机制中，主控因素有两点。

(1) 成分成熟度

大量岩石薄片统计分析认为：砂岩中大量存在的不稳定矿物(长石、岩屑)为成岩阶段的矿物转化提供了物质基础，溶蚀交代提供了流体活动空间。西湖凹陷平湖组、花港组砂岩岩石学分类基本属于长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩，石英(稳定矿物)相对含量仅少量超过75%，这样的成分成熟度既保证了岩石骨架抗压实能力，又为成岩阶段各种矿物转化提供了条件。

(2) 有机相

大量硅质胶结发生在酸性成岩环境中，而成岩环境整体转入酸性是与砂泥岩交互地层中泥岩夹层的有机质热演化排酸机制密切相关^[1]。硅质胶结的强弱与孔隙溶液中硅质供给有关，因此，也与长石、岩屑溶蚀有关。这一相关关系既决定了岩石骨架抗压实能力，也反映在储层物性中，尤其决定了超深层储层物性。对比GZZ构造花港组与KQT构造平湖组超深层储层物性(图 7)，我们发现：4 000 m深度以下超深层物性对比中，KQT构造明显好于GZZ构造。

平湖组、花港组有机相特征差异明显^[39]。平湖组泥岩主要发育在潮坪及海湾，有机相主要为脂镜富氢相，相带中泥岩有机质丰度普遍较高。渐新统花港组上段泥岩大部分有机碳含量低，属非生油岩系；花港组下段的泥岩为河、湖相沉积，泥岩属脂镜富氢相、镜质贫氢相，有机质丰度中等—低。

对比有机相，意在强调砂泥岩交互地层中泥岩夹层的有机质热演化对相邻砂岩储层酸性成岩环境的主导作用。砂岩盐水包裹体仅仅记录了酸性成岩环境的持续范围，但不能刻画这一成岩环境下溶蚀作用以及硅质胶结的强度。而超深层物性资料对比则从另一个侧面触及了这一问题。

5 认识与建议

综上分析，硅质胶结物研究有助于三方面认识提升：

(1) 深部甜点预测

深部储层物性取决于岩石抗压实能力，也取决于溶蚀作用强度。酸性成岩环境既有利于不稳定矿物溶蚀，也有利于石英次生加大。

(2) 成岩事件论证

由于自生石英的生长机制贯穿整个成岩过程，三个主控要素(pH，温度，溶解度)综合反应了不断变化的成岩环境物理化学条件，既可以独立主导石英生长，又可以相互消解影响，改变石英生长或溶蚀的过程和演化方向。

既然自生石英的生长机制贯穿整个成岩过程，必然受到埋藏阶段地质变动的影响，记录了成岩过程重大成岩事件的一些信息。这些事件包括了有机质成熟演化，黏土脱水、酸性环境向碱性环境的转化，孔隙开放体系与封闭体系的转化，等等。

(3) 解读重大地质变动

自生石英发育在孔隙、喉道之中，量微且无法精确计量，但其作用又不可忽视。

包裹体起始温度、终结温度，以及温度段宽度，深度分布的变化，均有一定条件的约束，结合自生石英生长机制中所反映的物理化学条件，地质影响因素，逆向推演地质变动，意义重大。

前人研究中，往往从成藏机制分析角度重视烃包裹体研究。而硅质胶结研究及大量盐水包裹体资料，对深部储层物性研究提供了新的视角，只要重视这些资料的挖掘消化，将有助于深部甜点预测。