縫合線有機(jī)質(zhì)富集及流體運(yùn)移意義
——以鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖為例

高崗，王軒，張維維，董巖，王程程，李佳燁

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249

2 中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院, 克拉瑪依 834000

縫合線有機(jī)質(zhì)富集及流體運(yùn)移意義
——以鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖為例

高崗1*，王軒1，張維維1，董巖2，王程程1，李佳燁1

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249

2 中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院, 克拉瑪依 834000

本文選取鄂爾多斯盆地中東部含縫合線的奧陶系海相碳酸鹽巖樣品，分別對(duì)縫合線和基質(zhì)進(jìn)行了巖石鑄體薄片、熒光薄片鏡下觀察、有機(jī)碳含量測(cè)試、熱解分析、全巖X-射線衍射礦物成分以及掃描電鏡等一系列實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試，以分析碳酸鹽巖縫合線對(duì)有機(jī)質(zhì)富集與油氣運(yùn)移的作用。研究表明，縫合線有機(jī)質(zhì)豐度比基質(zhì)高，含油性比其周圍的基質(zhì)要好，但二者母質(zhì)類型相近。縫合線中有含量相對(duì)較多的黏土、石英、白云石、黃鐵礦、黑色瀝青、有機(jī)質(zhì)和含量相對(duì)較少的方解石?？p合線物質(zhì)顆粒之間一般呈基底膠結(jié)、雜基支撐，其孔隙發(fā)育程度、孔隙類型和孔隙密集程度要好于基質(zhì)，利于油氣的運(yùn)移?？傮w表明縫合線對(duì)于低有機(jī)質(zhì)豐度碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)富集、油氣生成和流體運(yùn)移都具有積極作用。

碳酸鹽巖；縫合線；基質(zhì)；有機(jī)質(zhì)富集；流體運(yùn)移

0 引言

作為全球油氣重要的烴源巖類型之一，碳酸鹽巖在海相、陸相沉積地層中均有分布，但海相沉積中更為廣泛?？p合線作為碳酸鹽巖的地質(zhì)特征之一[1]，其有機(jī)質(zhì)富集特征對(duì)于碳酸鹽巖，尤其是低有機(jī)質(zhì)豐度的碳酸鹽巖的有機(jī)質(zhì)富集、成烴與流體輸導(dǎo)特征的認(rèn)識(shí)均具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義[2]。有關(guān)碳酸鹽巖縫合線的分布特征、類型與成因、物質(zhì)組成、流體輸導(dǎo)和油氣儲(chǔ)層意義及其與沉積、構(gòu)造的關(guān)系前人已做了大量工作[3-5]，但對(duì)縫合線有機(jī)質(zhì)的富集特征、地化特征與流體輸導(dǎo)特征僅做過少量前期工作。鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)豐度總體較低[6-8]，常見縫合線發(fā)育，但對(duì)縫合線與基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)豐度、礦物組成、孔隙結(jié)構(gòu)、有機(jī)巖石學(xué)特征及其與油氣生成和運(yùn)移特征的對(duì)比還未進(jìn)行過相應(yīng)研究工作。關(guān)于縫合線對(duì)碳酸鹽巖烴類的生成、運(yùn)移和聚集意義，前人已取得一定研究成果。高崗等發(fā)現(xiàn)縫合線已生烴量和排烴量均高于基質(zhì)，并且它們的有機(jī)質(zhì)豐度具有良好的繼承性[9]；Koepnick發(fā)現(xiàn)在縫合線形成之后的漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史時(shí)期，其本身可以向儲(chǔ)滲空間演化，形成大量沿縫合線分布的溶蝕孔隙[10]；次生改造作用使得縫合線對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層油氣聚集與輸導(dǎo)具有重要作用[2]；周大志等認(rèn)為縫合線的壓溶成因機(jī)理對(duì)儲(chǔ)層滲透率有改善作用[11]；Dunnington認(rèn)為在縫合線形成過程中被溶解的碳酸鹽隨流體運(yùn)移，同時(shí)碳酸鹽巖中產(chǎn)生的烴類也可隨流體運(yùn)移[12]；譚欽銀等通過泥巖與碳酸鹽巖對(duì)比研究認(rèn)為致密碳酸鹽巖主要是以縫合線作為通道向外排烴[13]?？梢?，縫合線不單能富集有機(jī)質(zhì)和生成一定量的烴類，而且可以為油氣的儲(chǔ)集和流體運(yùn)移創(chuàng)造良好條件，有利于初次排烴作用的進(jìn)行。本次選取鄂爾多斯盆地宜11、宜13、陜21、龍?zhí)?等鉆井(見圖1)中發(fā)育縫合線的奧陶系海相碳酸鹽巖，主要從礦物巖石學(xué)、有機(jī)質(zhì)巖石學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)等方面系統(tǒng)分析碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)賦存關(guān)系、縫合線巖石學(xué)特征與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系以及縫合線流體輸導(dǎo)特征，探究碳酸鹽巖縫合線對(duì)于地下地質(zhì)過程中有機(jī)質(zhì)富集、儲(chǔ)集和油氣運(yùn)移的作用。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)西部，是一個(gè)發(fā)育了早古生代海相、晚古生代海陸過渡相-陸相、中新生代陸相沉積的多旋回疊合盆地[6,14]。盆地內(nèi)的奧陶系海相沉積平均厚度為500～1 500 m，總體表現(xiàn)為臺(tái)地碳酸鹽巖沉積，發(fā)育開闊海、云坪、膏云坪、膏鹽湖、灘等[14-15]。研究區(qū)位于盆地中東部的陜北斜坡地區(qū)(圖1)，奧陶系從下到上依次發(fā)育冶里組、亮甲山組與馬家溝組。冶里組和亮甲山組巖性主要為含燧石白云巖、泥質(zhì)白云巖和竹葉狀白云巖(圖1)。主要勘探目的層位馬家溝組可分六段，分別構(gòu)成了三套海進(jìn)—海退層序(圖1)，其中馬一段至馬三段為第一套旋回，馬四段和馬五段為第二套旋回，馬六段為第三套旋回[16-17]。從馬一期到馬六期，海侵規(guī)模逐漸增強(qiáng)；馬一、馬三、馬五段以蒸發(fā)巖類為主，多為準(zhǔn)同生白云巖、膏巖和鹽巖；馬二、馬四、馬六段以灰?guī)r沉積為主，主要為泥晶石灰?guī)r。上述沉積旋回在橫向上非常穩(wěn)定，在整個(gè)盆地中東部地區(qū)都可以對(duì)比?？傮w上表現(xiàn)為盆地西部以開闊海為主，中部和東部以云坪為主，含膏沉積則主要位于陜北一帶[14]。

縫合線的形成是多種因素共同作用的結(jié)果，包括巖石巖性特征、上覆負(fù)荷應(yīng)力、溫度、流體參與、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等[18-20]。鄂爾多斯盆地馬家溝組灰?guī)r經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化，成巖現(xiàn)象復(fù)雜，白云石化作用、溶蝕作用和破裂作用等都有發(fā)生，因此該地區(qū)縫合線特別發(fā)育[21]?？p合線與基質(zhì)相比，明顯顏色較深，主要為灰色或灰黑色，肉眼觀察較為均質(zhì)，在巖心上有的連續(xù)性好，有的連續(xù)性較差，而基質(zhì)的均質(zhì)性總體較強(qiáng)。下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五段為本次研究采樣的主要目的層段，巖性主要為海相碳酸鹽巖。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置-構(gòu)造單元?jiǎng)澐峙c奧陶系巖性柱狀簡(jiǎn)圖(據(jù)謝錦龍等)[14]Fig. 1 The structure location, geological unit division and stratigraphic schematic column in the study area (according to XIE JinLong[14])

2 樣品與分析方法

本次研究主要采集鄂爾多斯盆地宜11、宜13、陜21、龍?zhí)?等鉆井的奧陶系含有縫合線的碳酸鹽巖巖心樣品8塊。首先制備巖石鑄體薄片和熒光薄片進(jìn)行顯微鏡觀察。然后從巖心樣品中利用特制的手工鉗和鑷子等工具從樣品中剝離出縫合線樣品。分別在研缽中研磨縫合線與巖石基質(zhì)樣品，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩出縫合線與巖石基質(zhì)樣品。對(duì)獲得的縫合線與基質(zhì)樣品分別進(jìn)行總有機(jī)碳(TOC)、總碳(TC)、總硫(TS)含量測(cè)試和熱解(Rock-Eval)等一系列分析測(cè)試。

從粉末樣品中稱取 100 mg 在950 ℃下用Leco CS-230 碳硫測(cè)定儀上測(cè)定總碳(TC)。接下來(lái)稱取100 mg 左右縫合線或基質(zhì)粉末樣品置于瓷坩堝中，將坩堝放入50 ml燒杯中，加入25 ml 5%的鹽酸溶液，浸泡3～4小時(shí)后，將燒杯放在水浴鍋上加熱(溫度控制在100 ℃以下)，使燒杯中的液體慢慢蒸發(fā)40分鐘，取出冷卻到室溫，將坩堝放在抽濾器上，用蒸餾水洗至中性(用5%的AgNO3試驗(yàn))，小心取出盛樣坩堝放在烘箱內(nèi)60～80 ℃烘干，時(shí)間為6～8小時(shí)，取出放入干燥器內(nèi)準(zhǔn)備分析測(cè)定。在Leco CS-230 碳硫測(cè)定儀上測(cè)定有機(jī)碳(TOC)與硫(TS)含量。 稱取100 mg待測(cè)的縫合線或基質(zhì)樣品利用油氣評(píng)價(jià)工作站(OGE-Ⅱ熱解儀)對(duì)縫合線與巖石基質(zhì)進(jìn)行熱解分析，獲取S1[kg(烴)/t(巖石)]、S2[kg(烴)/t(巖石)]和Tmax(℃)參數(shù)。儀器工作環(huán)境溫度為10～30 ℃，濕度為RH≤80%；高純氦氣壓力為0.20～0.30 MPa，空氣壓力為0.30～0.40 MPa；氫氣壓力為0.20～0.30 MPa；交流電為220±10 V，50±3 Hz。

利用全巖X-射線衍射實(shí)驗(yàn)分析樣品中礦物含量及差異。實(shí)驗(yàn)主要在Bruker D2 PHASERX射線衍射儀上進(jìn)行。將樣品縫合線與基質(zhì)分別碎樣后再用小研缽研磨成粉末，裝入特定的容器后送入儀器進(jìn)行測(cè)試，儀器測(cè)定功率為3 kW，測(cè)量準(zhǔn)確度為0.000 1°，測(cè)角儀掃描范圍為1°～160°。檢查溫度為26 ℃，濕度為RH≤30%，測(cè)試條件為Cu靶，陶瓷X光管，Kα輻射；30 Kv管壓，10 mA管流；發(fā)射狹縫為0.6 mm，接收狹縫為8 mm；采用LynxEyeTM一維陣列探測(cè)器。

3 結(jié)果與討論

3.1 碳酸鹽巖縫合線與有機(jī)質(zhì)富集的關(guān)系研究

3.1.1 巖石熒光薄片特征對(duì)比

利用石油的熒光性可鑒定巖石中是否含油以及含油性的好壞[21]。對(duì)研究區(qū)碳酸鹽巖樣品制備熒光薄片，在熒光顯微鏡下觀察其熒光性，鑒定縫合線與其周圍基質(zhì)中微量石油和瀝青質(zhì)類物質(zhì)的含量差異。圖2為本次實(shí)驗(yàn)所選取的典型熒光薄片鏡下照片，每組照片左邊為正常透射光的巖石薄片照片，右邊為反射光下的熒光照片，共選取4組典型的巖石樣品薄片在鏡下用不同倍數(shù)進(jìn)行對(duì)比觀察。

觀察表明，不同地區(qū)不同巖石樣品中雖然藍(lán)色熒光部分的發(fā)光程度和范圍有所不同，代表含油性有差異，但是總體呈現(xiàn)出的特征是一致的，即黑色的縫合線充填物均比其周圍基質(zhì)所呈現(xiàn)出來(lái)的熒光性更強(qiáng)(圖2a,b,d,f,h中縫合線熒光性明顯)，基質(zhì)中除了個(gè)別部位(如圖2b,c中基質(zhì))外基本不含熒光，這與普通巖石薄片下觀察到的縫合線中有機(jī)質(zhì)富集而基質(zhì)中黑色有機(jī)質(zhì)只零散分布的特征具有一致性。有些地區(qū)巖石熒光薄片在低倍數(shù)顯微鏡下縫合線的熒光觀測(cè)效果不佳，對(duì)其同一部位放大20倍后觀察，均發(fā)現(xiàn)縫合線中藍(lán)色熒光分布范圍大，普遍熒光性較好，個(gè)別部位熒光強(qiáng)度很大，這說明碳酸鹽巖縫合線中含油性比其周圍基質(zhì)要好，應(yīng)該與縫合線在地質(zhì)歷史過程中運(yùn)移的外來(lái)烴有關(guān)，其含油性也相應(yīng)更好。

3.1.2 巖石總有機(jī)碳、總硫和熱解參數(shù)特征

有機(jī)碳含量測(cè)試結(jié)果顯示，縫合線TOC值除陜21井高達(dá)25.1%之外，其余樣品介于0.067%～1.30%之間，均值為0.487%；基質(zhì)TOC值介于0.003%～0.126%之間，均值為0.043%。同一樣品的對(duì)比可見，縫合線的有機(jī)碳含量均高于基質(zhì)(圖3A)，這表明了縫合線中的有機(jī)質(zhì)比基質(zhì)更豐富。同樣，熱解結(jié)果顯示，除陜21井為147.67 kg(烴)/t(巖石)外，其余樣品縫合線的生烴潛力(S1+S2) 值介于0.09～9.31 kg(烴)/t(巖石)之間，均值為2.25 kg(烴)/t(巖石)；基質(zhì)的(S1+S2)值介于0.03～3.23 kg(烴)/t(巖石)之間，均值為0.838 kg(烴)/t(巖石)。同一樣品的對(duì)比明顯可以看出縫合線的S1+S2值要比基質(zhì)高得多(圖3B)?？p合線與基質(zhì)的總硫含量分別在0.147%～4.73%和0.059%～0.401%，均值分別為2.774%和0.235%(圖3C); 縫合線與基質(zhì)的熱解S1值分別分布在0.04～20.03 kg(烴)/t(巖石)和0.01～2.37 kg(烴)/t(巖石)之間，均值分別為5.93 kg(烴)/t(巖石)和0.60 kg(烴)/t(巖石)。通過同一樣品的對(duì)比可見(圖3D)，縫合線中有比基質(zhì)更多的總硫含量和可溶烴含量。

圖2 研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)熒光顯微鏡下照片(a) 陜21井樣品縫合線與基質(zhì)(5倍)；(b) 陜21井樣品縫合線與基質(zhì)(5倍)；(c) 龍?zhí)?井樣品縫合線與基質(zhì)(5倍)；(d) 龍?zhí)?井樣品縫合線局部(20倍)；(e) 宜11井樣品縫合線與基質(zhì)(10倍)；(f) 宜11井樣品縫合線局部(20倍)；(g) 宜13井樣品縫合線與基質(zhì)(10倍)；(h) 宜13井樣品縫合線局部(20倍)Fig. 2 Photos of stylolite and matrix samples of the Ordovician carbonate rocks under fl uorescence microscope in the study area(a) Stylolite and matrix of Well Shan21 samples (5X); (b) Stylolite and matrix of Well Shan21 samples (5X); (c) Stylolite and matrix of Well Longtan1 samples (5X); (d) Stylolite part of Well Longtan1 samples (20X); (e) Stylolite and matrix of Well Yi11 samples (10X); (f) Stylolite part of Well Yi11 samples (20X); (g) Stylolite and matrix of Well Yi13 samples (10X); (h) Stylolite part of Yi13 samples (20X)

縫合線的氫指數(shù)(HI)值介于54～509 kg (烴)/t (TOC)之間，均值為269 kg (烴)/t (TOC)；而基質(zhì)HI值介于108～683 kg (烴)/t (TOC)之間，均值為458 kg (烴)/t (TOC)。在Tmax-氫指數(shù)關(guān)系圖(圖4B)中，縫合線樣品的HI和Tmax數(shù)據(jù)分布相對(duì)較為正常，基質(zhì)的HI數(shù)據(jù)分布基本正常，但其Tmax數(shù)據(jù)要么過低，要么過高，顯示出明顯的差異。通過進(jìn)一步的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，縫合線和基質(zhì)的熱解S1數(shù)值分別主要介于0.04～20.03 kg (烴)/t (巖石)和0.01～2.37 kg (烴)/ t (巖石)之間，均值分別為5.93 kg (烴)/t (巖石)和 0.603 kg (烴)/t (巖石)。如果把基質(zhì)與縫合線統(tǒng)一考慮，則樣品的Tmax值有隨總硫含量和熱解S1數(shù)值增加而降低的趨勢(shì)(圖4A，B)。顯然，縫合線中總體有較多的已生成的烴和硫含量，基質(zhì)中有相對(duì)較低的硫含量和S1值，它們對(duì)Tmax產(chǎn)生了影響。

3.2 碳酸鹽巖縫合線與油氣儲(chǔ)集條件的關(guān)系研究

3.2.1 巖石鑄體薄片特征分析

選取3組典型的縫合線及基質(zhì)巖石鑄體薄片進(jìn)行鏡下對(duì)比觀察(圖5a-b；c-d；e-f)，判斷礦物成分和有機(jī)質(zhì)充填情況。觀察發(fā)現(xiàn)，縫合線的主要礦物成分是白云石，并且含有大量黑色瀝青、土黃色的泥質(zhì)以及有機(jī)質(zhì)等充填物，顆粒之間一般呈基底膠結(jié)、雜基支撐的特點(diǎn)。偏光顯微鏡下發(fā)現(xiàn)縫合線內(nèi)富含黃鐵礦顆粒。縫合線周圍的基質(zhì)主要礦物成分為方解石，白云石、黑色的有機(jī)質(zhì)和瀝青等則較少，顆粒之間一般呈接觸膠結(jié)或鑲嵌膠結(jié)，呈線接觸、凹凸接觸的特點(diǎn)，此外基質(zhì)中黃鐵礦含量很少。

圖3 研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖基質(zhì)與縫合線樣品TOC、TS、S1與S1+S2值對(duì)比圖Fig. 3 Histogram ofTOC,TS,S1andS1+S2for stylolite and matrix samples in the Ordovician carbonate rocks of the study area

圖4 研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)樣品TS、HI、S1與Tmax關(guān)系圖Fig. 4 Cross diagram ofTmaxversusTS,HI,S1for stylolite and matrix samples in the Ordovician carbonate rocks in the study area

巖石鑄體薄片中不管縫合線還是基質(zhì)，被藍(lán)色染料填充的區(qū)域均較少，代表未被充填的孔隙總體較少(圖5)。但從顆粒接觸關(guān)系與壓實(shí)程度來(lái)看，基質(zhì)中的方解石結(jié)晶程度高，比縫合線的致密性更強(qiáng)，均質(zhì)性較強(qiáng)，孔隙相互孤立分布，而縫合線展布有一定方向性和延續(xù)性，其充填物中的微孔隙發(fā)育(圖5)，應(yīng)比基質(zhì)有更優(yōu)越的流體運(yùn)移條件。

圖5 研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖巖石樣品鑄體薄片鏡下照片F(xiàn)ig. 5 Microscopic casting thin section of the Ordovician carbonate rock samples in the study area

3.2.2 全巖X-射線衍射分析

為分析碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)礦物組成的差異，補(bǔ)充選取了碳酸鹽巖中縫合線較寬的樣品進(jìn)行了縫合線與基質(zhì)的剝離，然后將質(zhì)純的縫合線充填物與基質(zhì)物質(zhì)進(jìn)行了全巖X-射線衍射分析。主要的礦物成分包括黏土、石英、斜長(zhǎng)石、方解石、白云石和黃鐵礦，其中縫合線和基質(zhì)的黏土礦物含量分別分布在12.1%～28.7%和2.8%～16.9%，均值分別為18.4%和7.2%?？p合線和基質(zhì)的石英和斜長(zhǎng)石含量分別分布在10.3%～17.9%、4.4%～7.2%、1.8%～2.9%和1.4%～2.7%，均值依次為13.4%、5.6%、2.4%和2.2%?？p合線與基質(zhì)的方解石和白云石含量分別為25.9%～38.4%、63.4%～78.1%、18.3%～29.1%和 3.2%～17.9%，均值依次為30.7%、71.1%、24.3%和10.8%?？p合線黃鐵礦含量介于8.9%～13.1%之間，均值為10.7%，基質(zhì)的黃鐵礦含量介于1.8%～5.7%之間，均值為3.1%。可見，縫合線中的黏土、石英、白云石和黃鐵礦明顯高于基質(zhì)，而方解石含量低于基質(zhì)，二者的斜長(zhǎng)石含量相近(圖6)。這與巖石鑄體薄片觀察中得出縫合線中更富集黃色泥質(zhì)條帶和黃鐵礦、白云石含量更高而方解石含量偏低的觀察結(jié)果基本一致。

上述礦物組成差異主要與縫合線的壓溶成因有關(guān)[22-31]，沉積期后碳酸鹽巖中顆粒發(fā)生壓溶作用，溶解的碳酸鹽流體會(huì)沿著縫合線向縫合線周圍基質(zhì)或其它更遠(yuǎn)部位運(yùn)移，不溶的黏土等礦物和有機(jī)質(zhì)殘留富集形成縫合線；而流體攜帶溶解的碳酸鹽礦物離子在條件變化時(shí)會(huì)發(fā)生重結(jié)晶而起到膠結(jié)作用，從而使得縫合線周圍基質(zhì)孔隙度降低，巖性變得更加致密[25,29]。所以，縫合線形成之后的壓溶作用使得基質(zhì)愈加致密，地質(zhì)流體理應(yīng)沿著縫合線運(yùn)移而非致密的基質(zhì)層，后續(xù)如果發(fā)生溶蝕作用，縫合線中溶蝕孔洞比基質(zhì)要更容易發(fā)育[28-30]。此外，縫合線白云石相比方解石晶粒增大、晶間孔徑變大，會(huì)使碳酸鹽巖中白云石含量更高的縫合線中孔隙度和滲透率增加，對(duì)孔滲性可以起到改善作用。

圖6 研究區(qū)碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)樣品的礦物組成對(duì)比圖Fig. 6 Mineral composition comparison of stylolite and matrix samples in carbonate rocks in the study area

3.2.3 縫合線與基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)分析

選取富含縫合線的碳酸鹽巖樣品進(jìn)行掃描電鏡觀察，分別剝離出質(zhì)純、平整、大小合適的縫合線與基質(zhì)巖塊，切出自然新鮮斷面。由于自然斷面表面粗糙，還常伴有脫落的碎屑覆蓋，因此用氬離子拋光處理新鮮斷面的表面，這樣去除樣品表面的凹凸不平的部分及附著物。然后將氬離子拋光好的巖塊用導(dǎo)電膠固定在樣品臺(tái)上，噴金處理后即可得到適合實(shí)驗(yàn)觀察的光滑平整的斷面。將制備好的巖塊通過SU8010冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行微米/納米級(jí)孔隙及微裂縫的形狀、大小和分布等特征觀察，考慮到樣品挑選的隨機(jī)性和宏觀性，從研究區(qū)內(nèi)不同采樣地區(qū)分別選取3組典型的縫合線與基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)比照片(圖7)。

縫合線與基質(zhì)中的孔隙結(jié)構(gòu)主要是微米級(jí)的粒間溶蝕孔隙(圖7a-f均有大量分布)，主要發(fā)育在礦物顆粒之間呈蜂窩狀分布(圖7a)或零星分布(圖7c,e)，在鏡下呈橢圓狀(圖7a)、溶蝕港灣狀(圖7e,d)及不規(guī)則形狀等(圖7b,c,e,f)。主要呈不規(guī)則狀的粒內(nèi)溶蝕孔隙(圖7c,d,f)和棱角狀的晶間孔隙(圖7b)，微裂縫含量相對(duì)較少(圖7e)，并呈零星分布。對(duì)蓮33井樣品的孔隙結(jié)構(gòu)分析顯示，縫合線中密集發(fā)育大量蜂窩狀粒間溶蝕孔，基質(zhì)中也有大量粒間溶蝕孔呈零星分布，以及少量棱角狀的晶間孔發(fā)育(圖7a,b)。對(duì)宜11井樣品的孔隙結(jié)構(gòu)分析顯示，縫合線與基質(zhì)中均零星分布不規(guī)則狀及溶蝕港灣狀的粒間溶蝕孔，以及少量粒內(nèi)溶蝕孔，縫合線孔隙的發(fā)育程度要比基質(zhì)中更高(圖7c,d)。對(duì)桃10井樣品的孔隙結(jié)構(gòu)分析表明，縫合線中大量發(fā)育粒間溶蝕孔隙，主要呈溶蝕港灣狀和不規(guī)則狀零星分布，并且在右下角有一條狹長(zhǎng)的微裂縫發(fā)育，基質(zhì)中孔隙發(fā)育程度明顯要稀少一些(圖7e,f)。

綜合判斷，不同地區(qū)采集的碳酸鹽巖樣品中的縫合線孔隙雖然大小相比基質(zhì)樣品中的孔隙不存在明顯優(yōu)勢(shì)，但是其發(fā)育程度、發(fā)育種類和密集程度則均遠(yuǎn)比基質(zhì)樣品要更好，孔徑主要分布在1～5 μm，微裂縫直徑主要分布在0.1～1 μm，均大于甲烷分子直徑(0.414 nm)和石油流體分子平均直徑(10 nm)。因此，縫合線樣品中微米級(jí)的溶蝕孔、粒內(nèi)孔、粒間孔、晶間孔和微裂縫等均有利于流體的運(yùn)移。

3.3 碳酸鹽巖縫合線對(duì)油氣運(yùn)移的作用研究

本次研究采用烴指數(shù)HCI[HCI=S1/TOC, kg(烴)/ t(有機(jī)碳)] 來(lái)反映縫合線與基質(zhì)的生烴特征。由于同一巖樣的縫合線與基質(zhì)有機(jī)質(zhì)類型相近，成熟度一致，HCI大小則與巖石的排烴有關(guān)；HCI越小代表排烴越多，反之則排烴相對(duì)要少。依此原理，利用烴指數(shù)HCI的大小來(lái)對(duì)比縫合線與基質(zhì)的排烴效率差異。選用研究區(qū)內(nèi)不同深度段巖樣中縫合線充填物與基質(zhì)物質(zhì)的烴指數(shù)HCI數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比(圖8)?？p合線的HCI值分布在43～276 kg(烴)/t(有機(jī)碳)之間，除一個(gè)樣品HCI值高達(dá)1 881 kg(烴)/t(有機(jī)碳)外，其余基質(zhì)的HCI值在54～322 kg(烴)/t(有機(jī)碳)之間?？梢娭饕獦悠返目p合線HCI值都低于基質(zhì)(圖8)。這實(shí)際表明了縫合線中相對(duì)于TOC已生成的烴類更少，更多的烴類已排出了縫合線，說明了縫合線有更好的油氣運(yùn)移條件[32-33]。

圖7 研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖樣品縫合線與基質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)掃描電鏡二次電子圖像(a) 蓮33井樣品縫合線(放大2 000倍)；(b) 蓮33井樣品基質(zhì)(放大2 000倍)；(c)宜11井樣品縫合線(放大5 000倍)；(d) 宜11井樣品基質(zhì)(放大5 000倍)；(e) 桃10井樣品縫合線(放大5 000倍)；(f) 桃10井樣品基質(zhì)(放大5 000倍)Fig. 7 Secondary electron images of SEM for stylolite and matrix of the Ordovician carbonate rocks in study area(a) Stylolite of Well Lian33 samples (2 000X); (b) Matrix of Well Lian33 samples (2 000X); (c) Stylolite of Well Yi11 samples (5 000X); (d) Matrix of Well Yi11 samples (5 000X); (e) Stylolite of Well Tao10 samples (5 000X); (f) Matrix of Well Tao10 samples (5 000X)

圖8 研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)HCI值對(duì)比圖Fig. 8 Comparison diagram ofHCIvalues for stylolite and matrix samples in the Ordovician carbonate rocks

4 結(jié)論

通過對(duì)研究區(qū)海相碳酸鹽巖中縫合線與基質(zhì)進(jìn)行一系列有機(jī)地化實(shí)驗(yàn)研究以及鏡下觀察分析，最終得出結(jié)論如下：

1)巖石熒光薄片、有機(jī)碳與熱解分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)豐度總體不高，但縫合線有機(jī)質(zhì)豐度高于基質(zhì)，其母質(zhì)類型與基質(zhì)相近；由于有相對(duì)較多的外來(lái)運(yùn)移烴和溶解殘余物的聚集，縫合線的有機(jī)質(zhì)豐度和含油性比其周圍的基質(zhì)要好，說明縫合線有利于有機(jī)質(zhì)的富集，這些對(duì)于研究區(qū)高演化低有機(jī)質(zhì)豐度的碳酸鹽烴源巖的天然氣生成是有利的。

2)巖石鑄體薄片與全巖X-射線衍射分析表明縫合線比基質(zhì)有更多的相對(duì)穩(wěn)定的礦物如黏土、石英、白云石、黃鐵礦與黑色瀝青、有機(jī)質(zhì)等，而方解石含量低于基質(zhì)?？p合線物質(zhì)顆粒之間一般呈基底膠結(jié)、雜基支撐；基質(zhì)顆粒之間一般呈接觸膠結(jié)或鑲嵌膠結(jié)，呈線接觸、凹凸接觸。從巖性角度和成巖角度分析，均表明基質(zhì)更加致密，縫合線孔滲性更好，更有利于油氣的儲(chǔ)集。

3)掃描電鏡觀察顯示了碳酸鹽巖縫合線孔隙發(fā)育程度、孔隙類型和孔隙密集程度均遠(yuǎn)比基質(zhì)樣品要好，而且縫合線本身生烴能力比基質(zhì)更強(qiáng)，油氣運(yùn)移動(dòng)力更大；綜合表明縫合線比基質(zhì)更利于碳酸鹽巖流體的運(yùn)移。

4)通過對(duì)鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組的碳酸鹽巖縫合線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)縫合線對(duì)于巖石中有機(jī)質(zhì)富集、油氣的儲(chǔ)集和運(yùn)移都有促進(jìn)作用，可見，縫合線對(duì)于油氣的生成、排烴運(yùn)移及油氣開發(fā)等都具有積極意義。

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Significance of stylolite on organic matter enrichment and fluid migration: A case study on stylolite in the Ordovician carbonate rocks of Ordos Basin

GAO Gang1, WANG Xuan1, ZHANG Weiwei1, DONG Yan2, WANG Chengcheng1, LI Jiaye1
1 State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China 2 Exploration & Development Institute, Xinjiang Oil Field Company, PetroChina, Karamay, 834000, China

In this paper, Ordovician stylolite-bearing marine carbonate rock samples in the eastern-middle part of the Ordos Basin were selected and analyzed. A series of analytical experiments such as observation of casting thin section and fl uorescent thin section, TOC test, Rock-Eval pyrolysis, X-ray diffraction of whole rock, and scanning electron microscopy were conductedto analyze the effect of stylolites in carbonate rocks on organic matter enrichment and hydrocarbon migration. It is indicated in the study that the stylolites represent higher TOC content and better oil-bearing properties than that of the neighboring matrix; however, the two contain similar kerogen type. The stylolite contains a relatively higher content of clay, quartz, dolomite, pyrite, and black bitumen; but relatively lower content of calcite. The grains in the stylolite generally represent basal cementation and matrix supported features. The pore developmental degree, pore types, and pore developmental density are better than that of the matrix, favoring the migration of hydrocarbon. In general, the stylolite demonstrates a positive effect on the organic matter enrichment, hydrocarbon generation, and fl uid in carbonate rock with low organic matter abundance.

carbonate rocks; stylolite; matrix; organic matter enrichment; fl uid migration

10.3969/j.issn.2096-1693.2017.01.001

(編輯 付娟娟)

*通信作者, gaogang2819@sina.com

2016-08-16

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《碳酸鹽巖縫合線有機(jī)質(zhì)富集與油氣運(yùn)移作用研究》(41372142)資助

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