黃河口凹陷萊北斜坡帶玄武巖發(fā)育區(qū)砂巖成巖特征、孔隙流體及儲層控制因素

喬錦楊，張英波，楊香華，王清斌，周心懷，朱紅濤，王　維，李　歡

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢　430074；2.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津　300452)

?

黃河口凹陷萊北斜坡帶玄武巖發(fā)育區(qū)砂巖成巖特征、孔隙流體及儲層控制因素

喬錦楊1，張英波1，楊香華1，王清斌2，周心懷2，朱紅濤1，王維1，李歡2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢430074；2.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津300452)

為探究黃河口凹陷研究區(qū)玄武巖噴發(fā)對相關(guān)砂巖儲層成巖作用的影響，從粘土礦物、沸石及微量元素分析入手，明確萊北斜坡帶古近系不同層位孔隙流體性質(zhì)變化，建立火成巖發(fā)育區(qū)砂巖儲層的成巖—孔隙演化模式：沙一段和沙二段沉積時期，受小規(guī)模玄武巖噴發(fā)與干旱—半干旱氣候條件下堿性水介質(zhì)影響，砂巖中鈉長石化和碳酸鹽巖膠結(jié)普遍，碎屑顆粒表面發(fā)育白云石膜，見石英溶蝕現(xiàn)象；東三段三角洲砂巖儲層受沙一段暗色泥巖中析出的鹵水及陸源淡水輸入影響，疊加后期富鐵鎂質(zhì)孔隙水混合影響，成巖作用以弱堿性水介質(zhì)條件下沸石溶解、粘土礦物轉(zhuǎn)化與鈉長石化為主；東一段和東二段沉積時期玄武巖廣泛發(fā)育，不穩(wěn)定富鐵鎂礦物的強烈水解，導(dǎo)致孔隙流體富含鐵鎂質(zhì)，以低硅沸石的沉淀與溶蝕為特色。與玄武巖噴發(fā)相關(guān)的局部沸石沉淀與溶解以及玄武巖噴發(fā)形成的“工字型”構(gòu)架對東營組砂巖孔隙的保存有利；而沙一段和沙二段沉積時期堿性水介質(zhì)下形成的櫛殼狀白云石抑制了石英的次生加大，堿性水介質(zhì)下的石英溶蝕現(xiàn)象普遍，有利于其砂巖孔隙的保存。

孔隙流體；成巖作用；儲層控制因素；玄武巖

0　引　言

黃河口凹陷萊北斜坡近年成功鉆探BZ-1井，發(fā)現(xiàn)油氣層共計101.9 m，勘探成果斐然。在該井古近系儲層發(fā)育層段，鉆遇多層玄武巖，砂巖的儲集性能普遍比鄰近非火成巖區(qū)同等埋深砂巖好。為了推進(jìn)研究區(qū)下一步油氣勘探部署，必須明確玄武巖噴發(fā)對砂巖成巖作用與儲集性能的影響機理。本文以BZ-1井為例，通過對玄武巖噴發(fā)影響下相關(guān)成巖礦物組合及成巖孔隙流體性質(zhì)演化的特征分析，明確玄武巖噴發(fā)對不同層段儲層孔隙演化的影響，為類似地質(zhì)背景下油氣勘探提供借鑒。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

黃河口凹陷位于渤海灣盆地渤海海域內(nèi)渤中坳陷的東南部，東接廟西凹陷，南部地層與萊北低凸起呈超覆接觸，西南與沾化凹陷毗鄰，北以渤南低凸起與渤中凹陷相連[1]。面積約3 600 km2，是渤海灣盆地重要的油氣產(chǎn)地之一(圖1)。通過鉆井揭示，黃河口凹陷東洼南斜坡火成巖巖性主要為玄武巖和凝灰?guī)r，在BZ-1井東二下亞段、東二上亞段至東一段火成巖發(fā)育，沙三段，沙一、沙二段和東三段火成巖零星分布；而在BZ-2井的沙一、沙二段和東三段，BZ-4井的東二下亞段火成巖也有零星分布。在BZ-1井，東一、東二段火成巖主要分布在東二下亞段，鉆遇厚度約91.7 m，占段內(nèi)地層厚度比例為21.3%，占沙二段到東一段總地層厚度比例為9.61%；東三段火成巖主要分布在地層上部，鉆遇厚度約13 m，占段內(nèi)地層厚度比例為3.98%，占總地層厚度比例為1.36%；沙一、沙二段火成巖主要分布在沙二段的頂?shù)撞?，鉆遇厚度約26 m，占段內(nèi)地層厚度比例為13.16%，占總地層厚度比例為2.72%。

火山噴發(fā)與巖漿活動是盆地形成與演化過程中常見的一種地質(zhì)現(xiàn)象，近年來，圍繞火成巖發(fā)育對油氣生成、運移、聚集成藏的研究層出不窮。譬如，火成巖伴隨的熱液作用加速有機質(zhì)轉(zhuǎn)化，火山通道及相關(guān)構(gòu)造運動為油氣運移提供通道，致密火成巖可以作為優(yōu)質(zhì)蓋層，火成巖本身也可以作為儲層，貯存油氣，而關(guān)于火成巖發(fā)育對相關(guān)砂巖儲層的影響一般指其應(yīng)力及熱液對圍巖產(chǎn)生的作用。此次研究通過相關(guān)技術(shù)手段，探討火成巖影響下，砂巖儲層的孔隙流體演化特征及相關(guān)成巖作用，研究火成巖對砂巖儲層的影響，確定有利勘探方向。

2　成巖特征分析

通過典型成巖現(xiàn)象分析，可以了解火成巖相關(guān)的水巖反應(yīng)機理及其對儲層孔隙的影響因素，有利于深刻揭示研究區(qū)儲層的成巖孔隙演化特征。本次通過光學(xué)顯微鏡鏡下鑒定、陰極發(fā)光、背散射分析及測井資料分析，明確黃河口凹陷南部斜坡帶儲集砂巖的成巖特征，探討壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕和交代作用等對儲層物性的影響。研究區(qū)溶蝕和交代作用有沸石的形成與溶蝕、石英的溶解、長石的溶蝕以及鈉長石化，膠結(jié)作用有碳酸鹽巖和白云石膠結(jié)，壓實作用相對較弱也是研究區(qū)儲集砂巖的典型成巖特征。將渤海石油研究院對BZ-1井巖石薄片鏡下鑒定報告資料進(jìn)行礦物顆粒含量整理(表1)，發(fā)現(xiàn)砂巖中鉀長石含量較高，火成巖巖屑含量較高，分選中等—好，體現(xiàn)了特殊的物源條件與古地理背景。

2.1沸石形成與溶解

沸石是一種含水的堿金屬和堿土金屬的架狀鋁硅酸鹽礦物，無論是外生成因還是內(nèi)生成因產(chǎn)生的沸石，其本質(zhì)上均由大部分非晶質(zhì)火山玻璃在一定溫度和壓力條件下與水(堿性或中性)作用生成[2]。沸石可以形成于不同的環(huán)境，如鹽堿湖、近地表開放水文系統(tǒng)、土壤、高熱流和火山活動區(qū)域等等，通常沸石形成的環(huán)境是中性-堿性水，pH值多為7～10[3]。沸石化只發(fā)育在各種類型巖石的火山玻璃中，而晶屑、巖屑則沒有沸石化，酸性火山玻璃是主要成礦物質(zhì)，它具有較高的自由能，易于通過脫?；D(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的沸石礦物[4]。絕大多數(shù)沸石的形成與凝灰?guī)r和火山玻璃的蝕變相關(guān)聯(lián)，并且在鹽堿環(huán)境中最為豐富，堿性介質(zhì)為沸石的形成提供了SiO2和Al2O3來源。

圖1　黃河口凹陷東洼構(gòu)造圖Fig.1　Structure map of eastern depression in Huanghekou sag

地層水介質(zhì)在經(jīng)過玄武巖地層時，溶解玄武巖中的K+、Na+、Ca2+、Al3+、Fe2+、Mg2+，使地層水介質(zhì)呈堿性環(huán)境，pH升高，富含鐵鎂礦物，有利于貧硅沸石的形成。受堿性水解質(zhì)的水化作用，火成巖中的火山玻璃蝕變形成沸石礦物[5-8]。在成巖作用后期埋藏階段，隨著埋深的增加和地層溫度的升高，烴源巖熱演化階段羧酸排出，導(dǎo)致流體水介質(zhì)pH值降低，呈酸性環(huán)境，致使沸石溶蝕。

表1　BZ-1井砂巖巖礦組成特征

通過中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室采用的X’Pert PRO DY2198儀器，對BZ-1井的砂巖樣品進(jìn)行X-射線衍射分析，測得BZ-1井不同層段沸石、粘土礦物及其他礦物百分含量，如圖2所示。

從圖中礦物的離散曲線圖可以看出沸石主要發(fā)育在東營組東一段和東二段，含量較高，反映東一段和東二段時期是一種富含鎂鐵質(zhì)的水介質(zhì)環(huán)境，究其原因是東營組東一、東二段砂巖儲層受玄武巖噴發(fā)影響，玄武巖中的鎂鐵質(zhì)溶解，形成富含鎂鐵質(zhì)的水介質(zhì)環(huán)境，利于沸石的形成。東營組東三段，受火成巖影響較小，沸石含量較低(圖3a-f)。在成巖作用后期，埋藏階段烴源巖熱演化時期羧酸的排出，使孔隙流體性質(zhì)發(fā)生變化，沸石發(fā)生溶蝕，在偏光顯微鏡下觀察東一、東二段孔隙以粒間孔、沸石溶蝕孔、杏仁體溶蝕孔為主；東營組東三段砂巖孔隙以粒間孔、溶蝕孔為主(圖3g-i)。

2.2石英溶解

長期以來，石英被認(rèn)為是化學(xué)成分相對穩(wěn)定的礦物，除石英次生加大外，基本不參與其他的化學(xué)成巖反應(yīng)，但是隨著研究的深入，越來越多的學(xué)者認(rèn)為石英的顆粒及其加大邊溶蝕在成巖作用中存在。石英溶蝕與孔隙流體性質(zhì)密切相關(guān)，對深部儲層孔隙演化有重要影響[9]。本研究區(qū)，通過鏡下分析，發(fā)現(xiàn)研究層段石英顆粒存在兩種溶蝕現(xiàn)象：(1)石英顆粒邊緣和內(nèi)部的溶蝕，邊緣溶蝕呈港灣狀，內(nèi)部溶蝕成孔洞；(2)石英顆粒沿內(nèi)部裂縫溶蝕，溶蝕現(xiàn)象沿著顆粒的內(nèi)裂縫發(fā)生。成巖作用后期的壓實作用可使石英破裂產(chǎn)生裂縫，說明在成巖晚期也發(fā)育有石英顆粒的溶蝕(圖4)。研究區(qū)石英顆粒的溶蝕主要發(fā)生在沙一段和沙二段沉積時期，說明成巖作用時期為堿性的水介質(zhì)環(huán)境，同時在東三段早期，受沙一段時期水介質(zhì)影響，也發(fā)生有石英的溶蝕現(xiàn)象。

2.3鈉長石化

鈉長石是成巖反應(yīng)的重要自生礦物，該礦物的形成反映了堿性水介質(zhì)環(huán)境，在本研究區(qū)發(fā)育的鈉長石化成巖現(xiàn)象主要是鉀長石的鈉長石化，鈉長石沿裂隙、解理交代鉀長石以及自生鈉長石的形成。鉀長石的鈉長石化反應(yīng)，可以看作是鈉離子對鉀離子的置換。

Na++KAlSi2O8=NaAlSi3O8+ K+

鉀長石鈉長石

(1)

盡管鈉長石對鉀長石的交代為等體積反應(yīng)，但鉀長石的溶解在程度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鈉長石的沉淀。前者表現(xiàn)為大量的粒間、粒內(nèi)溶孔及高嶺石產(chǎn)物，而后者僅為掃描電鏡下見到的微粒自形晶以及碎屑長石中的微條紋。據(jù)此可以認(rèn)為，成巖過程中鈉長石化減少了砂巖中高嶺石(抗壓強度最低)的含量，抗壓強度增加，對儲層孔隙保存有利[10-11]。

結(jié)合環(huán)境掃描電鏡和場發(fā)射掃面電鏡(背散射)進(jìn)行分析，研究區(qū)的鈉長石化主要發(fā)育在沙一段和沙二段地層中，在東三段時期也見有該現(xiàn)象，說明在沙一段和沙二段時期是堿性的成巖環(huán)境，東三段時期也存在較弱的堿性環(huán)境。鈉長石化主要有沿著鉀長石解理縫、鉀長石邊緣的鈉長石化和自生鈉長石(圖5)。

圖3　研究區(qū)與玄武巖噴發(fā)相關(guān)的沸石成巖現(xiàn)象與沸石溶蝕孔Fig.3　The phenomenon of zeolite diagenetic related to basalt eruption and the zeolite dissolved poresa.裂隙中片沸石(Zeo)垂直玄武巖巖屑(BR)生長，BZ-1井，E3d1，2 259 m，黃色砂巖，單偏光；b.粒間填充沸石，BZ-1井，E3d1，2 265 m，黃色細(xì)砂巖，單偏光；c.沸石廣泛發(fā)育，綠泥石液壓形成綠泥石粘土膜(CCC)，BZ-1井，E3d1，2 351 m，黃色細(xì)砂巖，單偏光；d.沸石局部發(fā)育，BZ-1井，E3d1，2 356 m，黃色細(xì)砂巖，單偏光；e.局部發(fā)育沸石，BZ-1井，E3d1，2 362 m，黃色細(xì)砂巖，單偏光；f.少量沸石發(fā)育，BZ-1井，E3d3，2 944 m，黃色細(xì)砂巖，單偏光；g.沸石溶蝕孔隙(ZDP)、綠泥石粘土膜(CCC)、玄武巖巖屑(BR)，BZ-1井，E3d1，2 280 m，泥質(zhì)粉砂巖，單偏光；h.沸石杏仁體溶蝕孔隙(ZDP)與殘留玄武巖巖屑(BR)，BZ-1井，E3d1，2 280 m，泥質(zhì)粉砂巖，單偏光；i.發(fā)育溶蝕孔隙，BZ-1井，E3d1，2 280 m，泥質(zhì)粉砂巖，單偏光

圖4　石英顆粒的溶蝕現(xiàn)象Fig.4　The phenomenon of quartz particles corrosiona.石英顆粒溶蝕，粒間孔隙較發(fā)育，BZ-1井，E2s1，3 037 m，黃色細(xì)砂巖，環(huán)境掃描電鏡分析；b.石英的港灣狀溶蝕形態(tài)(黑色點線部分)，BZ-1井，E2s1，3 037 m，黃色細(xì)砂巖，單偏光；c.石英的邊緣溶蝕、內(nèi)部溶蝕、沿裂縫溶蝕(黑色點線內(nèi))，BZ-1井，E3d3，2 944 m，黃色細(xì)砂巖，場發(fā)射掃描電鏡(背散射)分析

2.4其他成巖現(xiàn)象

圖5　研究區(qū)鈉長石化及鈉長石發(fā)育Fig.5　Albitization and albite developmenta.鉀長石(Kf, 淺灰色)的鈉長石化(Ab, 深灰色)，沿解理交代鉀長石，BZ-1井，E3d3，2 944 m，黃色細(xì)砂巖，場發(fā)射掃描電鏡(背散射)分析；b.自生鈉長石(Ab)在淋濾溶蝕的鉀長石粒表附著，BZ-1井，E2s1，3 037 m，黃色細(xì)砂巖，環(huán)境掃描電鏡分析；c.鈉長石(Ab, 深灰色)沿邊緣交代鉀長石(Kf, 淺灰色)，伴有溶蝕，BZ-1井，E2s1，3 037 m，黃色細(xì)砂巖，場發(fā)射掃描電鏡(背散射)分析

圖6　長石的溶蝕孔隙和白云石包殼Fig.6　Feldspar dissolved pores and dolomite claddinga.鉀長石(Kf)的溶蝕，BZ-1井，E2s1，3 037 m，黃色細(xì)砂巖，單偏光；b、c.白云石膠結(jié)物沿顆粒周圍呈櫛殼狀分布，殘留部分粒間孔隙，BZ-1井，E2s2，3 084 m，黃色細(xì)砂巖，b為場發(fā)射掃描電鏡分析，c為正交偏光；d、e.白云石包裹石英顆粒形成鮞粒，BZ-1井，E2s1，3 037 m，黃色細(xì)砂巖， d為場發(fā)射掃描電鏡(背散射)分析，e為SEM；f.白云巖巖屑(白色虛線內(nèi)部)，外部為櫛殼狀的白云石包殼，BZ-1井，E2s2，3 084 m，黃色細(xì)砂巖，場發(fā)射掃描電鏡(背散射)分析

受火成巖發(fā)育及分布的影響，本地區(qū)的成巖作用還有長石的溶蝕、白云石包殼和碳酸鹽巖的膠結(jié)。長石溶蝕是在成巖作用后期，埋藏階段烴源巖熱演化使羧酸排出，導(dǎo)致了長石的溶蝕，在研究區(qū)整個地層均有發(fā)育。白云石膠結(jié)主要發(fā)育在研究區(qū)的沙一段和沙二段，該時期火成巖零星分布，對地層影響小，壓實作用中等，含鐵白云石沿顆粒周圍呈櫛殼狀分布，包括巖屑內(nèi)部發(fā)育櫛殼狀白云石包殼和白云石包裹石英形成的表皮鮞(圖6)。白云石的形成反映了高溫背景下，高鹽、高鎂鈣比和高pH值的成巖水介質(zhì)環(huán)境[12]，說明在沙一、沙二段時期水介質(zhì)為一種高鹽、堿性的環(huán)境。碳酸鹽巖膠結(jié)在研究區(qū)沙一段和沙二段礦物晶間孔較為發(fā)育，膠結(jié)物堵塞粒間孔隙；在粒間孔中還充填有白云石和粘土礦物，碳酸鹽巖巖屑，偶見黃鐵礦，反映堿性的沉積環(huán)境。

3　孔隙流體演化特征

3.1微量元素分析

沉積巖中的微量元素與形成環(huán)境密切相關(guān)。不同沉積環(huán)境的水介質(zhì)有不同的物理化學(xué)條件，元素的分散與聚集規(guī)律也不相同，通過對沉積巖中微量元素及相關(guān)元素比值含量及分布的研究，可以推斷當(dāng)時的沉積環(huán)境，反演沉積時期的水介質(zhì)條件[13-16]。

微量元素分析是渤海石油研究院通過ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜分析儀 ELAN DRC-e測試，測試方法與依據(jù)為GB/T 14506.30—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第30部分：44個元素量測定》，溫度為20 ℃，相對濕度為30%。此次研究通過分析BZ-1井不同層段微量元素含量及比值，揭示沉積環(huán)境水介質(zhì)的性質(zhì)。

沉積巖中(泥質(zhì))硼的含量與古湖盆水介質(zhì)條件密切相關(guān)，不同地區(qū)和不同環(huán)境下硼的含量相差甚遠(yuǎn)。COUCH認(rèn)為，水體中B的含量與水體中的鹽度存在線性關(guān)系，即水體鹽度越高，B含量就越大，沉積物吸附的B離子就越多[17-18]。

圖7　BZ-1井泥巖中的B元素含量與B/Ga元素比值Fig.7　Content of element B and B/Ga element ratios in mudstone in BZ-1 well

BZ-1井微量元素顯示沙一、沙二段，東三段，東一、東二段呈現(xiàn)明顯的三段式(圖7)，從沙河街組到東營組B含量階梯狀降低。Es1+2，微量元素含量最高，32.6～46.6 μg/g，均值38.16 μg/g，顯示該層段沉積時期水介質(zhì)鹽度高；至Ed3，B含量降低，變化于15.4～33.9 μg/g，均值26.8 μg/g，顯然受陸源三角洲稀釋，湖盆水介質(zhì)鹽度下降；Ed1+2沉積時期，玄武巖大量發(fā)育，而鹽度進(jìn)一步降低，為5.51～26.5 μg/g，均值降至10.7 μg/g。

B/Ga比值也是提供認(rèn)識古鹽度的一種證據(jù)[19-20]，比值隨著水介質(zhì)鹽度的升高而增大，B、Ga是兩種化學(xué)性質(zhì)不同的元素，硼酸鹽溶解度大，能遷移，只有當(dāng)水蒸發(fā)后才析出，Ga的活動性低，易于沉淀。BZ-1井微量元素B/Ga比值顯示，在沙一、沙二段，東三段，東一、東二段具有明顯的變化趨勢。從圖中可以看出從沙二段到東一段，比值呈較明顯的階梯減小，與硼元素含量變化趨勢相同，說明了水介質(zhì)鹽度的降低。

圖8　BZ-1井泥巖段粘土礦物含量Fig.8　The content of clay minerals of mudstone in BZ-1 well

3.2粘土礦物X衍射分析

在沉積巖中利用X衍射研究粘土礦物已被廣泛應(yīng)用，通過X衍射對BZ-1井泥巖段粘土礦物含量及其變化進(jìn)行分析(圖8)得出如下結(jié)果。

沙一、沙二段沉積時期，粘土礦物主要以伊利石及伊蒙混層為主，整體趨勢為干旱氣候下，堿性環(huán)境內(nèi)K+富集，伊蒙混層向伊利石轉(zhuǎn)化，同時隨著深度增加，溫度壓力增大，高嶺石也向伊利石轉(zhuǎn)化。

東三段的上部伊蒙混層隨深度增加遞增，中下部高嶺石含量明顯升高，顯示受陸源淡水影響加強，而伊蒙混層含量迅速降低，伴隨伊利石含量持續(xù)增加，兩者鏡像關(guān)系明顯。顯然，在東三段上部零星及東一、東二段大范圍玄武巖噴發(fā)后，成巖水介質(zhì)受到富鐵鎂礦物溶解影響，同時也受該時期發(fā)育的辮狀河三角洲及河流淡水的影響。

東一、東二段典型特點是綠蒙混層含量突增。凝灰?guī)r和噴出巖巖屑在成巖早期發(fā)生了強烈的水化水解作用，形成大量的自生蒙皂石[21-23]。蒙皂石在富鉀的水介質(zhì)條件下向伊利石/蒙皂石(I/S)混層粘土礦物轉(zhuǎn)化，最終演變?yōu)橐晾?；在富鎂的水介質(zhì)條件下向綠泥石/蒙皂石(C/S)混層轉(zhuǎn)化，最后演變?yōu)榫G泥石。玄武巖中不穩(wěn)定富鐵鎂礦物的強烈水解，如輝石、橄欖石等，產(chǎn)生大量Fe2+、Mg2+。孔隙流體中富含鐵鎂質(zhì)，為綠泥石生成創(chuàng)造了條件，致使附近的碎屑巖中，綠蒙混層突然增加。

結(jié)合研究區(qū)儲層成巖特征和相關(guān)流體性質(zhì)分析，明確研究區(qū)孔隙流體性質(zhì)主要分為三個階段(圖9)：沙一、沙二段，東三段，東一、東二段。

沙一、沙二段時期，為干旱氣候條件下堿性水介質(zhì)，加上玄武巖富鐵鎂礦物水解，致使沙一段暗色泥巖富含Na、K鹵水元素，B元素含量高，粘土礦物以富K的伊利石、伊蒙混層礦物為主；東三段時期，為河流淡水輸入與鐵鎂礦物水解，玄武巖噴發(fā)期后混合水介質(zhì)環(huán)境成巖模式。玄武巖噴發(fā)后，成巖水介質(zhì)主要受玄武巖富鐵鎂礦物溶解、河流淡水輸入與沙一段暗色泥巖中排出的富含Na、K鹵水的交互影響形成了弱堿的水介質(zhì)環(huán)境，致使局部發(fā)育高嶺石等；東一、東二段時期，主要為鐵鎂礦物強烈水解，河流淡水輸入較弱?；鸪蓭r噴發(fā)期鐵鎂質(zhì)水介質(zhì)環(huán)境成巖模式，主要受玄武巖中不穩(wěn)定富鐵鎂礦物輝石、橄欖石水解，孔隙流體中富含鐵鎂質(zhì)。

4　儲層發(fā)育有利因素分析

砂巖儲層孔隙演化與不同水介質(zhì)條件下成巖礦物組合密切相關(guān)[24-26]。由于水介質(zhì)性質(zhì)的差異，長石溶蝕作用、石英自生加大作用、沸石沉淀與溶蝕的強度明顯不同。研究區(qū)砂巖成巖作用受控于玄武巖水解、河流淡水輸入及干旱氣候條件下的堿性水介質(zhì)的共同影響。同時，特殊的火山結(jié)構(gòu)，減緩了砂巖的壓實程度。研究區(qū)儲層發(fā)育的有利控制因素包括沸石的沉淀與溶解、火山結(jié)構(gòu)的支撐作用、白云石包殼對石英加大的抑制作用、早期成巖階段長石蝕變的抑制作用等。

4.1與玄武巖噴發(fā)相關(guān)的早期沸石沉淀

孔隙流體流經(jīng)玄武巖地層，溶解火成巖中的Fe3+、Mg2+離子，形成鐵鎂質(zhì)的水介質(zhì)環(huán)境，出現(xiàn)方沸石、濁沸石等礦物，這些沸石在晶間縫隙形成，在埋藏后期烴源巖熱演化階段羧酸排出后發(fā)生溶蝕，形成次生孔隙 (圖3g-i)。因此，既有砂體發(fā)育的物源條件，又有受富鐵鎂質(zhì)礦物強烈水解影響的地質(zhì)背景，是有利于砂巖孔隙發(fā)育的區(qū)帶，例如辮狀河三角洲發(fā)育區(qū)與玄武巖噴發(fā)區(qū)的過渡帶等。

圖9　研究區(qū)孔隙流體性質(zhì)劃分Fig.9　Division of pore fluid property

4.2壓實作用對儲層的影響

大量勘探實踐表明壓實作用是導(dǎo)致砂巖儲層原生孔隙減少的主要因素，因此，有效地抑制壓實作用對孔隙保存最為顯著。本區(qū)火山巖分布廣泛，在BZ-1井及BZ-2井目的層?xùn)|三段上下各分布一套火成巖，再加上兩套火成巖之間大量玄武巖火山通道的支撐作用，有效降低了東三段砂巖儲層的有效應(yīng)力，使得本區(qū)的砂巖壓實作用表現(xiàn)相對較弱，為優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育提供了良好的地質(zhì)條件。研究區(qū)沙河街組到東營組的火山噴發(fā)不僅形成特殊性質(zhì)的孔隙流體，而且火山噴發(fā)的火山通道相和火山溢流相組成了一個“工字型”的火山結(jié)構(gòu)，火山通道相支撐溢流相火成巖形成一個頂板支撐作用，減弱了研究區(qū)地層壓實作用，使得地層孔隙度較高，儲層物性較好。

4.3抑制中深層石英加大邊發(fā)育的地質(zhì)條件

石英的次生加大是中深層儲層孔隙降低的主要因素，僅1%的石英加大邊生成，就會導(dǎo)致10%的孔隙損失[27]，因此中深層孔隙的保存可以通過抑制石英的化學(xué)壓實來實現(xiàn)。研究區(qū)沙一、沙二段砂巖中的石英顆粒表面往往發(fā)育堿性水介質(zhì)下的櫛殼狀白云石膜，這些白云石膜(Dol)與石英加大邊呈互為消長的關(guān)系，能夠有效抑制石英次生加大邊的生長(圖6d)，從而使得孔隙被較好地保留下來。

5　結(jié)　論

(1)研究區(qū)古近系砂巖儲層成巖作用與火山活動及其相關(guān)的水介質(zhì)密切相關(guān)，相關(guān)的成巖現(xiàn)象包括砂巖中沸石的形成與溶蝕、白云石包殼，以及泥巖中高含量的綠蒙混層礦物。這些都與玄武巖水解相關(guān)的富含F(xiàn)e2+、Mg2+的弱堿性水介質(zhì)環(huán)境有關(guān)。

(2)沙一、沙二段沉積時期，氣候相對干旱，發(fā)育堿性水介質(zhì)湖泊，導(dǎo)致碎屑石英顆粒表面白云石膜的發(fā)育，有效地抑制了深埋階段石英加大邊的發(fā)育；同時，堿性水介質(zhì)條件下，同沉積時期長石的蝕變較弱，對其機械強度的破壞較弱；與堿性孔隙流體相關(guān)的成巖作用還有鉀長石的鈉長石化與石英的溶蝕。該時期較弱的火山活動對水介質(zhì)環(huán)境的影響有限。

(3)研究區(qū)孔隙流體性質(zhì)主要分為三個階段：沙河街組沙一、沙二段中主要為堿性湖盆水介質(zhì)成巖模式，發(fā)育堿性水介質(zhì)成巖環(huán)境；東營組三段為玄武巖噴發(fā)間期成巖模式，發(fā)育混合水介質(zhì)成巖環(huán)境；東營組東一、東二段發(fā)育玄武巖噴發(fā)期成巖模式，發(fā)育鐵鎂質(zhì)水介質(zhì)成巖環(huán)境。

(4)研究區(qū)沸石的沉淀及其后期溶蝕，白云石包殼抑制石英次生加大，石英顆粒的溶蝕，“工字型”火成巖結(jié)構(gòu)的支撐作用，鉀長石的鈉長石化及晚期長石的溶蝕等對儲層孔隙的發(fā)育、保存具有積極的作用。

[1]強昆生，呂修祥，周心懷，等. 渤海海域黃河口凹陷油氣成藏條件及其分布特征[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2012，26(4)：792-800.

[2]陳淦. 克拉瑪依油田儲集層中的沸石礦物及其與油氣關(guān)系[J]. 石油學(xué)報，1992，13(3)：44-51.

[3]朱世發(fā)，朱筱敏，王緒龍，等. 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系沸石礦物成巖作用及對油氣的意義[J]. 中國科學(xué)：地球科學(xué)，2011,41(11)：1602-1612.

[4]岳邦江，呂軍，王建民，等. 黑龍江省嫩江縣大石砬子沸石礦地質(zhì)特征及形成機理[J]. 地質(zhì)與資源，2004,13(2)：103-108.

[5]李紅，柳益群，梁浩，等. 三塘湖盆地二疊系陸相熱水沉積方沸石巖特征及成因分析[J]. 沉積學(xué)報，2012,30(2)：205-218.

[6]蘇明迪，戴長祿. 中國東部中生代火成巖中沸石巖的地質(zhì)特征和成因[J]. 地質(zhì)科學(xué)，1983(2)：116-125.

[7]楊慧寧，蕭緒琪，吳必豪. 太平洋中部沉積物中的沸石礦物[J]. 海洋學(xué)報，1994，16(5)：68-74.

[8]韓守華，余和中，斯春松，等. 準(zhǔn)噶爾盆地儲層中方沸石的溶蝕作用[J]. 石油學(xué)報，2007，28(3)：51-54.

[9]韓登林，李忠，李維峰. 庫車坳陷白堊系砂巖儲層石英溶蝕非均質(zhì)性特征及其主控因素[J]. 地質(zhì)學(xué)報，2011，85(2)：256-261.

[10]葉瑛，沈忠悅，鄭麗波，等. 塔里木庫車坳陷中新生界儲層砂巖成巖期鈉長石化[J]. 高校地質(zhì)學(xué)報，1999，5(3)：251-259.

[11]楊桂芳，卓勝廣，牛奔，等. 松遼盆地白堊系砂巖長石碎屑的鈉長石化作用[J]. 地質(zhì)論評，2003，49(2)：155-161.

[12]藺軍，周芳芳，袁國芬.塔河地區(qū)寒武系儲層深埋藏白云石化特征[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，2010，31(1)：13-21.

[13]鄭榮才，柳梅青.鄂爾多斯盆地長6油層組古鹽度研究[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，1999，20(1)：20-25.

[14]苗耀，桑樹勛，陳世悅，等. 濟陽坳陷石炭二疊系暗色泥巖微量元素賦存特征及其地質(zhì)意義[J]. 地球化學(xué)，2009，38(1)：57-67.

[15]朱志軍，陳洪德，林良彪，等. 川東南-湘西地區(qū)志留系小河壩組砂巖微量元素地球化學(xué)特征及意義[J]. 地質(zhì)科技情報，2010，29(2)：24-30.

[16]CULLERS R L.The controls on the major and trace element variation of shales, siltstones, and sandstones of Pennsylvanian-Permian age from uplifted continental blocks in Colorado to platform sediment in Kansas, USA[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1994, 58(22)：4955-4972.

[17]COUCH E L. Calculation of paleosalinities from boron and clay mineral data [J]. AAPG Bulletin，1971，55：1829-1837.

[18]劉剛，周東升. 微量元素分析在判別沉積環(huán)境中的應(yīng)用——以江漢盆地潛江組為例[J].石油實驗地質(zhì)，2007，29(3)：307-310.

[19]POTTER P E，SHIMP N F，WITTER J，Trace element in marine and fresh-water argillaceous sediments [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta， 1963， 27(6)：669-694.

[20]DEGENS E T，WILLIANS E G，KEITH M L，Environmental studies of carboniferous sediments. Part Ⅰ. Geochemical criteria for differentiating marine and fresh-water shales[J]. AAPG Bulletin，1957,41：2427-2455.

[21]BETTISON-VARGA L，MACKINNON I D R. The role of randomly mixed-layered chlorite/smectite in the transformation of smectite to chlorite[J]. Clays and Clay Minerals， 1977，45(4)： 506-516.

[22]LINDGREEN H，DRITS V A，SAKHAROV B A, et al. The structure and diagenetic transformation of illite-smectite and chlorite-smectite from North Sea Cretaceous-Tertiary chalk[J]. Clay Minerals，2002，37：429-450.

[23]徐深謀，林春明，王鑫峰，等. 鄂爾多斯盆地大牛地氣田下石盒子組盒2-3段儲層成巖作用及其對儲層物性的影響[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2011，25(5)：909-916.

[24]曠紅偉，牛世忠，陳曉龍. 塔里木盆地大宛齊油田康村組成巖作用及其控制因素[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2003，17(2)：211-216.

[25]操應(yīng)長，賈艷聰，王艷忠，等. 渤南洼陷北帶沙四上亞段儲層成巖流體演化[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，2014，28(1)：197-207.

[26]王峰，田景春，陳蓉，等. 蘇里格地區(qū)上古生界盒8砂巖儲層控制因素[J]. 成都理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，36(4)：367-372.

[27]PAXTON S T，SZABO J O，AJDUKIEWICZ J M，et al. Construction of an intergranular volume compaction curve for evaluating and predicting compaction and porosity loss in rigid-grain sandstone reservoirs [J].AAPG Bulletin，2002，86：2047-2067.

Diagenesis, Pore Fluid and Controlling Factors of Reservoir Quality in the Basalt Area of Laibei Slope Zone, Huanghekou Sag

QIAO Jin-yang1, ZHANG Ying-bo1，YANG Xiang-hua1, WANG Qing-bin2, ZHOU Xin-huai2,ZHU Hong-tao1, WANG Wei1, LI Huan2

(1.FacultyofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China;2.TianjinBranch,CNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

In order to explore the influence of basalt eruption on reservoir diagenesis in Huanghekou sag, clay mineral, zeolite and trace elements in the Laibei slope zone were studied to make it clear that the pore fluid changes in different formation of Paleogene and then to establish the reservoir diagenesis and pore evolution model in igneous rocks area. In the period of the first and second members of the Shahejie Formation, under the influence of alkaline water medium formed in the small-scale basalt eruption environment and arid-semiarid climate, albitization and carbonate cementation developed universally and dolomite coat grew on grain surface, also we can see the phenomena of quartz dissolution. In the third member of the Dongying Formation, the delta reservoir was influenced by the brine precipitation in dark mudstones of the first member of Shahejie Formation and terrestrial freshwater input, also late rich mafic pore water mixing effect, so the main diagenesis are zeolite dissolution, clay mineral transformation and albitization in alkalescence water medium conditions. In the period of the first and second members of the Dongying Formation, it is characterized by extensive eruption basalt, strong hydrolysis of minerals rich in iron and magnesium element which led to the pore fluid rich in mafic, and the precipitation and dissolution of low silica zeolite. The local precipitate and dissolution of zeolite and “I-shaped” framework associated with basalt eruption is in favour of sandstone pore preservation of Dongying Formation. During the deposition of the first and second members of Shahejie Formation, pectinate dolomite coat which inhibited the quartz overgrowth under the alkaline water medium and the phenomena of quartz dissolution is beneficial to the preservation of the sandstone pore.

pore fluid; diagenesis; controlling factor of reservoir quality; basalt

2015-05-17；改回日期：2015-07-20；責(zé)任編輯：孫義梅。

國家科技重大專項“近海富烴凹陷資源潛力再評價和新區(qū)、新領(lǐng)域勘探方向”(2008ZX05023-001)。

喬錦楊，男，碩士研究生，1990年出生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，主要從事沉積學(xué)、層序地層與儲層地質(zhì)學(xué)方面的研究工作。Email：qjy1990cug@163.com。

楊香華，男，教授，1964年出生，沉積學(xué)專業(yè)，主要從事沉積學(xué)、層序地層學(xué)及儲層預(yù)測方向的教學(xué)與科研工作。Email：xhyang111@vip.sina.com。

TE122.2

A

1000-8527(2016)01-0209-11