萊州灣凹陷南部地區(qū)淺層沙三下亞段混積巖巖石學特征及成巖作用?

王夢琪， 張 強， 謝 俊， 周亞偉， 段雅君， 楊旭東， 孟子昂

(山東科技大學地球科學與工程學院，山東 青島 266590)

國內(nèi)外學者通過對陸源碎屑巖和碳酸鹽巖百余年的研究已經(jīng)形成了一套相對成熟的理論體系，而對于陸源碎屑巖和碳酸鹽巖混合沉積的研究起步較晚。1980年代，人們才開始注意到陸源碎屑巖和碳酸鹽巖混合沉積對于油氣勘探開發(fā)過程中的地質(zhì)意義。1984年Mount提出用以表述陸源碎屑巖和碳酸鹽巖混合沉積產(chǎn)物的“混合沉積物(Mixed sediments)”一詞后[1]，國內(nèi)外學者對有關(guān)混合沉積的定義不斷補充和完善，同時開展了對混積巖的分類、混合沉積類型、沉積環(huán)境、成巖作用等沉積條件的研究和探討[2-3]，陸續(xù)又開展了對混合沉積主控因素的研究，即構(gòu)造活動、物源、濁流、海(湖)平面變化等事件作用和氣候變化等因素[4-6]。21世紀初國內(nèi)外學者研究重點主要集中在混合沉積的沉積微相類型識別、混積模式分析、混合沉積機理初步探討和地震反射特征表征，并對混合沉積巖相分布模式的進行了系統(tǒng)的歸納和總結(jié)。近10年來，隨著國內(nèi)外學者對混合沉積研究的加深，混合沉積控制因素的研究更加全面，同時對混積層序和混合沉積的成巖作用研究也進一步加強[7-8]。綜合近40年國內(nèi)外學者對于混合沉積的研究方向和進展發(fā)現(xiàn)，混合沉積的研究重點一直集中在混合沉積環(huán)境、混積特征、混積類型、混合沉積主控因素和混積機理分析等方面。而對于勘探尚處于起步階段的渤海灣盆地萊州灣凹陷南部地區(qū)而言，綜合上述混合沉積的研究思路和經(jīng)驗，首先要總結(jié)和歸納研究區(qū)目的層段混積巖巖石學特征和成巖作用，為后續(xù)開展混合沉積發(fā)育規(guī)律和各自的控制因素等方面的研究奠定基礎(chǔ)。

目前渤海灣盆地各凹陷鉆達深層的探井表明，陸上較高程度勘探程度凹陷的古近系孔店組、沙河街組四段至三段深部地層，一般以埋深3 500 m為界。受凹陷結(jié)構(gòu)的控制，古近系發(fā)育多種類型的儲集體，以砂巖儲集體為主，還包括碳酸鹽巖、火成巖、礫巖等類型儲集體，當凹陷內(nèi)有中央隆起存在時通常發(fā)育有高能淺水碎屑巖和碳酸鹽巖儲集體。渤海灣盆地深部古近系的地層受到較強烈的成巖作用，具有較高溫、高壓系統(tǒng)，由于溶蝕-溶解作用形成次生孔隙，其中大量深層(大于3 500 m)碎屑巖一般達到晚成巖B亞期[9]。而萊州灣南部地區(qū)古近系沙河街組沙三段的地層沉積之前，渤海灣盆地發(fā)生過區(qū)域性構(gòu)造隆升，研究區(qū)經(jīng)歷了此次構(gòu)造抬升。沙三段沉積晚期，研究區(qū)南部斜坡帶繼續(xù)被整體抬升，導致沙三下亞段埋藏深度淺(只有-1 050～-1 700 m)，同時研究區(qū)發(fā)育有碳酸鹽巖和陸源碎屑巖混積形成的混積巖，萊州灣南部地區(qū)沙三下亞段巖性特征和成巖作用明顯區(qū)別于渤海灣盆地大部分埋藏較深的古近系沙三段地層[6]。因此，本文結(jié)合萊州灣凹陷南部地區(qū)巖心、壁心、分析化驗等資料，對研究區(qū)埋藏深度較淺的沙三下亞段混積巖的巖石學特征和成巖作用進行了研究分析。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤海灣盆地位于華北東部和南部地區(qū)(見圖1a)，跨山東、遼寧、河南、河北和山西東部五省及渤海海域，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育震旦系、古生界、中生界和新生界地層，經(jīng)過近60年的油氣研究和勘探開發(fā)，渤海灣盆地成為我國重要的油氣富集陸相盆地之一。其中，萊州灣凹陷南部地區(qū)是渤海灣盆地典型的斷陷湖盆之一，位于渤海海域南部海域斜坡帶高部位(見圖1b)，北側(cè)緊鄰萊州灣凹陷北洼，南側(cè)緊鄰濰北凸起，東側(cè)緊鄰萊州灣凹陷南次洼，西側(cè)緊靠郯廬斷裂帶，整體受走滑斷裂和反向控洼斷層共同控制，構(gòu)造圈閉發(fā)育且圈閉形態(tài)好，該凹陷是華北板塊內(nèi)部于中生界基底之上發(fā)育的新生代凹陷[10]。大量研究成果表明，萊州灣南部構(gòu)造區(qū)靠近物源，儲層發(fā)育，儲蓋組合良好，烴源斷層與砂巖輸導層耦合良好，油氣運移通暢，成藏條件優(yōu)越，是萊州灣凹陷南斜坡帶的有利目標。萊州灣凹陷南部地區(qū)鉆井揭示的地層自上而下為第四系平原組、新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組、古近系東營組和沙河街組以及中生界(未穿)。鉆井揭示的含油層位有新近系館陶組和古近系沙三上段、沙三中段、沙三下段、沙四段以及中生界，其中館陶組和沙三下亞段為主要含油層位，沙河街組沙三下亞段為本次研究的目的層位(見圖1c)。

圖1 萊州灣凹陷南部區(qū)域構(gòu)造位置及層序地層圖

2 研究材料與方法

本文通過以下數(shù)據(jù)和步驟確定了渤海灣盆地萊州灣凹陷南部地區(qū)混積巖巖石學特征及成巖作用：(1)運用取心井、鉆井、測井和地質(zhì)背景等資料，更好地了解研究區(qū)有利的地質(zhì)條件。鉆井數(shù)據(jù)包括自然伽馬、電阻率和聲波時差測井曲線，其中取心井具有沙河街組沙三段部分取心樣本、壁心、古生物資料和地球化學分析資料。(2)利用D/max-2500衍射儀FD335203對樣品巖屑進行沉積巖中粘土礦物總量和常見非粘土礦物X-衍射定量分析，檢測依據(jù)為粘土礦物和常見非粘土礦物X射線衍射分析方法SY/T5163—2010，檢測環(huán)境濕度40%，室溫25 ℃。(3)利用Vario MICRO cube 元素分析儀15084057對樣品巖屑進行沉積巖中進行了巖石有機質(zhì)中碳、氫、氧元素分析，檢測依據(jù)為GB/T 19143—2003《巖石有機質(zhì)中碳、氫、氧元素分析方法》。(4)宏觀上觀察巖心和壁心樣品信息以及微觀上分析掃描電鏡和鑄體薄片數(shù)據(jù)，分析了混積巖巖石學特征及成巖作用。其中，掃描電子顯微鏡型號為EVO/MA15 15-16-11，巖石樣品掃描電子顯微鏡分析方法依據(jù)SY/T 5162—1997，掃描電鏡取樣時避開礫石；側(cè)重溶蝕現(xiàn)象、粘土礦物類型；偏光顯微鏡型號為Leica DMLP044142和Leica DMRX226376，樣品分析依據(jù)《巖石薄片鑒定》 SY/T 5368—2000。

3 結(jié)果與討論

3.1 宏觀巖性特征及標志

由于萊州灣凹陷南部地區(qū)地理位置的局限性，進行大段取心難度很大，因此難以形成對沙三下亞段整體巖性發(fā)育特征的直觀認識。研究區(qū)井壁取心資料比較豐富，可以利用壁心資料進行巖性特征和識別標志分析。通過對研究區(qū)沙三下亞段鉆探井的井壁取心和有限取心井段觀察(見圖2)，將該區(qū)沙三下段的巖性簡化歸為碎屑巖、混積巖和火成巖三種主要類型。同時選取若干塊巖石樣品進行了普通薄片、染色薄片、鑄體薄片、重礦物及微量元素、掃描電鏡等實驗室微觀分析。

通過對圖2井壁取心照片觀察可知，研究區(qū)沙三下亞段各儲集體中的含油性較好，主要發(fā)育碎屑巖(見圖2a、2b、2c、2d)、混積巖(見圖2e、2f、2g、2h)和火山巖(見圖2i)。沙三下亞段的LZ-2井區(qū)為辮狀河三角洲沉積，LZ-9井區(qū)為扇三角洲沉積，LZ-6井區(qū)位于基底相對隆起形成的碳酸鹽巖臺地上[11]。其中碎屑巖主要為粉砂巖(見圖2a)、泥質(zhì)粉砂巖(見圖2b)和細砂巖(見圖2c、2d)，細砂巖含量居多，顏色為灰色、褐灰色，多為泥質(zhì)膠結(jié)，研究區(qū)受濰北凸起物源影響的東部地區(qū)細砂巖較致密，埋藏深度較深；混積巖主要為泥灰?guī)r(見圖2e、2f、2h)和砂質(zhì)白云巖(見圖2g)，顏色為淺灰色、灰白色，其中泥灰?guī)r含量居多，研究區(qū)中部LZ-4、LZ-6井區(qū)沙三下亞段沉積時期位于碳酸鹽巖臺地上，受墾東凸起和濰北凸起雙重物源的影響，LZ-4、LZ-6井區(qū)混積巖最發(fā)育；而研究區(qū)發(fā)育一小部分火山巖，多為玄武巖(見圖2i)，主要發(fā)育于東部LZ-9井區(qū)，受濰北凸起物源的影響，含量極少，LZ-9井區(qū)主要是碎屑巖和混積巖沉積。因此，結(jié)合井壁取心和巖屑統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，研究區(qū)沙三下亞段混積巖主要發(fā)育層系混積巖和組構(gòu)混積巖，其中層系混積巖為陸源碎屑與碳酸鹽構(gòu)成交替互層或夾層，組構(gòu)混積巖為陸源碎屑與碳酸鹽成分混合。

3.2 礦物組分特征

以宏觀巖性的觀察分析結(jié)果為基礎(chǔ)，研究區(qū)古近系沙河街組沙三下亞段主要發(fā)育碎屑巖和碳酸鹽巖混合沉積，并利用X-射線衍射和掃描電鏡的手段對研究區(qū)38件樣品進行了全巖和粘土礦物衍射分析，來確定碎屑巖和混積巖的組分特征。萊州灣凹陷南部地區(qū)埋深淺的沙三下亞段表1全巖分析結(jié)果顯示，樣品中礦物主要有石英、斜長石、鉀長石、粘土礦物和方解石，部分樣品含有白云石、黃鐵礦、鐵白云石、輝石，經(jīng)統(tǒng)計混積巖陸源碎屑礦物成分占9%～86%，平均值60.5%；碳酸鹽礦物占14.9%～79%，平均值27.2%；粘土礦物占1%～32%，平均值12.2%。

研究區(qū)沙三下亞段粘土礦物總量分析結(jié)果顯示(見表2)，伊蒙混層和伊利石是主要的粘土礦物類型，分別占 24%～88%和7%～46%，高嶺石和綠泥石極少，高嶺石含量為2%～17%，綠泥石含量為1%～17%，未檢測到對儲層傷害最大的水敏性粘土礦物蒙皂石。研究區(qū)沙三下亞段的中部地層伊/蒙混層含量相對較高，伊利石含量相對較低；而伊/蒙混層含量一般隨埋深加大和溫度的升高會變大，研究區(qū)中部混積巖含量高的層段伊/蒙混層含量相對較高，伊/蒙混層含量為75%～85%，伊利石含量9%～15%。因此，初步判斷研究區(qū)組構(gòu)混積巖儲層較單一，碎屑巖儲層和碳酸鹽巖儲層有較強的水敏性，酸敏性較弱。

組構(gòu)混積巖掃描電鏡下的組分特征以及層系混積巖中單一碎屑巖組分特征的研究表明(見圖3)：沙三下亞段巖石樣品掃描電鏡下觀察到大量的粉-細砂級碎屑顆粒，顆粒類型以石英、長石為主，在泥質(zhì)基底中呈點接觸、線接觸狀分布(見圖3a)，細砂含量主要于 30%～50% ，粒徑多大于0.1 mm。受后期溶蝕作用的影響，混積巖儲層中方解石與長石顆粒被溶蝕，方解石沿解理溶蝕產(chǎn)生晶內(nèi)孔隙(見圖3b，綠色箭頭指示)，被絲片狀伊利石充填(見圖3b)；長石具有不規(guī)則的溶蝕邊緣和粒內(nèi)溶蝕孔隙(見圖3c，綠色箭頭指示)，長石多呈現(xiàn)蝕變?yōu)橐晾奶卣??；旆e巖儲層中多發(fā)育粒間孔隙(見圖3d、3e、3f)，粘土礦物主要為伊利石和高嶺石，充填在粒間孔隙間；碳酸鹽礦物白云石含量不高，呈晶狀分布均勻(見圖3d、3e)。其中，泥灰?guī)r和灰質(zhì)砂巖中多為白云石和高嶺石膠結(jié)充填粒間孔隙(見圖3d)，表面常見絲狀伊利石分布(見圖3f)；而砂質(zhì)白云巖中常見書頁狀高嶺石以及球狀黃鐵礦膠結(jié)(見圖3e)。研究區(qū)黃鐵礦含量不多但廣泛發(fā)育，通常為莓粒球狀集合體，多與粘土礦物共生充填在孔隙間(見圖3g)，單晶均小于1 μm，集合體大小主要于5～20 μm。綜合研究區(qū)所有混積巖掃描電鏡信息，混積巖儲層中粘土礦物主要發(fā)育沉積成因的絮狀伊/蒙混層(見圖3g)，其次是伊利石、高嶺石和綠泥石，并充填在原生粒間孔隙和溶蝕孔隙間。因此，混積巖粘土礦物中的伊/蒙混層礦物通常位于顆粒邊緣或粒間，呈絲絮狀分布(見圖3h)，多常見書頁狀的高嶺石(見圖3i)，綠泥石含量很少，呈厚度較大的片狀或薄板狀，多與伊利石等混雜共生。

(a: LZ-5, 1 110 m, 粉砂巖，褐灰色；b: LZ-6, 1 222.5 m, 泥質(zhì)粉砂巖，灰色；c: LZ-5, 1 204 m，細砂巖，褐灰色；d: LZ-9, 1 551 m, 細砂巖，褐灰色；e: LZ-4, 1 054 m, 泥灰?guī)r，灰褐色，成分以方解石為主，部分白云石；f: LZ-4, 1 104 m, 泥灰?guī)r，淺灰色；g: LZ-6, 1 249.5 m, 砂質(zhì)白云巖，淺灰色，泥晶-粉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；h: LZ-6, 1 260 m, 泥灰?guī)r，灰白色，泥晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，見溶蝕孔洞；i: LZ-9, 1 552.5 m, 熒光玄武巖，灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部見少量孔洞及微裂縫。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.)

圖2 萊州灣凹陷南部沙三下亞段巖心及井壁取心

表1 萊州灣凹陷南部地區(qū)淺層沙三下亞段沉積巖全巖分析

續(xù)表1

樣品號Samplenumber深度Depth/m層位油組Oil group樣品巖性Lithology成分含量 Component content石英石Qz鉀長石Kfs斜長石Pl方解石Cal白云石Dol粘土礦物Clay黃鐵礦Py菱鐵礦Sd硬石膏Anh鐵白云石Ank輝石Aug重晶石Brt石鹽Hl鈣芒硝Gla瑩石Fl石膏GpLZ-6-41238E2s3l-II砂質(zhì)白云巖22209130000000000LZ-6-51260E2s3l-III泥灰?guī)r311186764000000000LZ-6-61265E2s3l-III灰質(zhì)細砂巖1423720331022601000LZ-6-71281E2s3l-III泥質(zhì)粉砂巖522057320000200000LZ-6-81282E2s3l-III灰質(zhì)頁巖10009540000000000LZ-7-11244E2s3l-I細砂巖4410242040004912000LZ-7-21257E2s3l-I灰質(zhì)粉砂巖39111730111203511060LZ-8-11440E2s3l-I泥質(zhì)粉砂巖43112010150002410300LZ-8-21442E2s3l-I泥質(zhì)粉砂巖479510310030310000LZ-8-31449E2s3l-I砂礫巖5611700310020020000LZ-8-41464E2s3l-I粉砂巖39111940740022100200LZ-8-51491E2s3l-II含礫細砂巖729123010003000000LZ-8-61496E2s3l-II泥質(zhì)粉砂巖2127353061004000300LZ-8-71507E2s3l-II泥質(zhì)粉砂巖1674130231001033200LZ-8-81538E2s3l-III泥灰?guī)r722203320051000100LZ-9-11557E2s3l-I凝灰?guī)r5860130550011200000LZ-9-21558E2s3l-I泥巖18150104800031400001LZ-9-31559E2s3l-I碳酸鹽巖851640180031000000LZ-9-41559E2s3l-I碳酸鹽礫石34079060080000000LZ-9-51557E2s3l-I凝灰質(zhì)泥巖201012102051041800000LZ-9-61557E2s3l-I凝灰質(zhì)泥巖43187040001000000LZ-9-71558E2s3l-I凝灰?guī)r2371305100031200000LZ-10-11644E2s3l-I硅質(zhì)細砂巖721090022003200000LZ-10-21652E2s3l-I硅質(zhì)細砂巖741070012002400000LZ-10-31661E2s3l-II硅質(zhì)細砂巖74960032002400000LZ-10-41667E2s3l-II硅質(zhì)細砂巖78780012001300000LZ-10-51673E2s3l-II硅質(zhì)細砂巖86550011001100000LZ-10-61685E2s3l-II凝灰質(zhì)礫巖47144002110021100000LZ-11-11810E2s3l-II長石砂巖33231400610041801000LZ-11-21835E2s3l-II長石砂巖372110001110031511000

表2 萊州灣凹陷南部地區(qū)沙三下亞段泥巖中粘土礦物總量分析

3.3 混積巖結(jié)構(gòu)特征與巖石類型

以礦物組分特征為基礎(chǔ)，借用偏光顯微鏡對萊州灣凹陷南部地區(qū)沙三下亞段的巖石類型進行劃分。萊州灣凹陷南部區(qū)域沙三下亞段LZ-2井區(qū)為辮狀河三角洲沉積，LZ-9井區(qū)為扇三角洲沉積，LZ-6井區(qū)為碳酸鹽巖臺地上的沉積(見圖4)，沙三下亞段混積巖儲層多發(fā)育在萊州灣凹陷南部區(qū)域LZ-6井區(qū)[11]。

(a: LZ-8, 1 495 m, ×500倍，全貌，粒間孔隙發(fā)育；b: LZ-9, 1 558.71 m, 碳酸鹽巖，×12 000倍，晶內(nèi)溶蝕孔發(fā)育；c: LZ-9, 1 572 m，凝灰質(zhì)細砂巖，×1 200倍，溶蝕孔發(fā)育；d: LZ-6, 1 260 m, 泥灰?guī)r，×1 600倍，粒間孔隙充填；e: LZ-6, 1 238 m, 砂質(zhì)白云巖，×2 000倍；f: LZ-8, 1 538 m, 泥灰?guī)r，×20 000倍，見一約1 μm溶蝕孔；g: LZ-5, 砂巖，1 145.5 m, ×1 200倍，粒間孔隙；h: LZ-6, 1 243.5 m, 細砂巖，×1 800倍，絲絮狀伊蒙混層；i: LZ-5, 1 068.5 m, 砂巖，×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.)

圖3 萊州灣凹陷南部沙三下亞段混積巖礦物組分特征

LZ-2井區(qū)儲層巖性以細粒巖屑長石砂巖為主，其次為泥晶云巖和泥晶灰?guī)r，其中砂巖礦物成分主要為石英、長石、巖屑(見圖5a)；泥晶灰?guī)r巖石成分主要為泥晶方解石，見少量泥質(zhì)和陸源碎屑。LZ-9井區(qū)巖性主要為巖屑長石、長石巖屑砂巖，礦物成分主要為石英、長石、巖屑(見圖5b)，碎屑顆粒分布較均勻，顆粒磨圓較好，呈次圓狀，點或游離狀接觸，凝灰質(zhì)過渡支撐，巖屑成分主要見花崗巖巖塊，見少量凝灰?guī)r巖塊、石英和鉀長石。

目前國內(nèi)外關(guān)于混積巖的命名和分類尚未統(tǒng)一標準，大多借鑒碎屑巖和碳酸鹽巖的分類方法，目前混積巖類型劃分以張雄華[12]提出的粘土、陸源碎屑和碳酸鹽作為三端元法和董桂玉[13]提出的陸源碎屑(包括粘土礦物)和碳酸鹽作為兩端元法為代表，本文采用董桂玉提出的兩端元法將碎屑礦物和粘土礦物歸為一類，經(jīng)統(tǒng)計研究區(qū)陸源碎屑占30.1%～77.3%，平均為60.5%，碳酸鹽礦物占10.2%～49.5%，平均為28.2%，從成分上看，萊州灣凹陷南部沙三下亞段混積巖主要為碳酸鹽質(zhì)-陸源碎屑巖，其次為陸源碎屑質(zhì)-碳酸鹽巖。相對渤海灣盆地渤中等凹陷的混積巖巖石類型，萊州灣凹陷組構(gòu)混積巖中陸源碎屑顆粒含量較高，碎屑顆粒分布較均勻，分選中等，磨圓度次圓～次棱狀，顆粒支撐，顆粒線接觸，見少量石英巖巖塊和斜長石，填隙物為泥質(zhì)、泥晶白云石，白云石呈帶狀相間富集分布(見圖5c)。結(jié)合巖心、井壁取心、熒光薄片與鑄體薄片鑒定，將研究區(qū)沙三下亞段組構(gòu)混積巖分為三類：灰/云質(zhì)砂巖、砂質(zhì)白云巖/灰?guī)r、泥灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖。

圖4 萊州灣凹陷南部地區(qū)沙三下亞段II油組地層沉積亞相分布平面圖

(a: LZ-1, 1 035 m, 單偏光25倍，細粒巖屑長石砂巖，次圓狀-次棱角狀，點接觸為主；b: LZ-11, 1 787 m, 單偏光25倍，中粒長石巖屑砂巖，次棱角狀，凹凸接觸為主；c: LZ-5, 1 110 m，單偏光25倍，云質(zhì)粉砂巖；d: LZ-6, 1 213.5 m, 單偏光50倍，灰質(zhì)粗粉砂巖；e: LZ-6, 1 262 m,單偏光50倍，含灰質(zhì)凝灰質(zhì)中-細砂巖，填隙物主要為白云石，隱晶結(jié)構(gòu)；f: LZ-8, 1 448.5 m, 單偏光100倍，白云質(zhì)細粒巖屑長石砂巖，填隙物主要為白云石；g: LZ-10, 1 777.5 m單偏光25倍，云質(zhì)細粒巖屑長石砂巖；h: LZ-8, 1 495 m, 單偏光100倍，砂質(zhì)白云巖；i: LZ-9, 1 575 m, 單偏光25倍，陸屑泥灰?guī)r。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.)

圖5 萊州灣凹陷南部沙三下亞段巖石類型特征

(1)灰/云質(zhì)砂巖：碎屑顆粒主要成分為石英、長石和少量花崗巖巖塊及石英巖巖塊，顏色一般為灰色，塊狀構(gòu)造，細-粉砂結(jié)構(gòu)，碎屑顆粒分選較好，次棱—次圓狀，孔隙填隙物主要為方解石/(鐵)白云石，成因多為研究區(qū)濱淺湖環(huán)境富灰泥砂質(zhì)沉積物因灰泥白云石化而固結(jié)成巖。其中，灰質(zhì)砂巖中陸源碎屑含量 50%～86%，方解石含量 21%～36%(見圖5d、5e)，其中混雜泥質(zhì)，鏡下可以觀察到部分灰質(zhì)砂巖中含生物化石及其碎片，種類主要為介形蟲和螺類化石(見圖5d)，部分火成巖屑含量很高，蝕變嚴重，部分呈假雜基充填顆粒間，大部分火成巖屑蝕變?yōu)檎惩恋V物吸附有機質(zhì)(見圖5e)。云質(zhì)砂巖中陸源碎屑含量 60%～92%，白云石含量 10%～22%(見圖5f、5g)，點接觸為主，次棱角狀，長石顆粒普遍可見解理縫(見圖5f)，粒間膠結(jié)物主要為斑塊狀白云石，泥晶集合體呈斑塊狀膠結(jié)、交代碎屑顆粒(見圖5g)，孔隙發(fā)育差，僅局部發(fā)育部分溶蝕顆?？缀腿芪g粒間孔。部分云質(zhì)砂巖摻雜少量凝灰質(zhì)，其中凝灰質(zhì)呈隱晶質(zhì)分布粒間，部分凝灰質(zhì)已被泥化或綠泥石化，(鐵)白云石膠結(jié)交代碎屑顆粒(見圖5f)。

(2)砂質(zhì)白云巖/灰?guī)r：由泥晶白云巖/灰?guī)r、巖屑和少量陸源碎屑石英、長石等構(gòu)成，兩類巖石均含有內(nèi)碎屑、生物碎屑等，滴稀鹽酸起泡較劇烈，未見明顯生物化石，顏色一般為灰色，部分砂質(zhì)白云巖為淺棕褐色，陸源碎屑分布不均，多與泥晶方解石/白云巖混雜分布，可見局部富集，陸源碎屑含量11%～30%，白云石/方解石含量高達52%～75%，巖石孔隙不發(fā)育，主要見基質(zhì)內(nèi)溶孔和構(gòu)造裂縫，一般形成于淺湖環(huán)境，碳酸鹽巖易于形成，受到波浪和湖流作用微弱的雙重改造[14]。圖5h 為典型砂質(zhì)白云巖，顯微晶白云石呈團塊狀集中分布，碎屑集中處為石英和長石顆粒，顆粒間充填泥質(zhì)雜基，孔隙主要為分布于顆粒間的殘余粒間孔和泥質(zhì)微孔隙中。

(3)泥灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖：泥灰?guī)r巖石成分主要為方解石(40%～70%)、泥質(zhì)(15%～45%)和陸源碎屑(20%～40%)組成，顏色一般為灰色、褐灰色，方解石呈泥晶狀，泥質(zhì)與方解石混雜分布(見圖5i)，部分紋層狀泥灰結(jié)構(gòu)中泥晶方解石和泥質(zhì)均呈條帶狀定向分布，陸源碎屑主要見花崗巖巖塊，以及少量石英、長石和流紋巖巖塊，部分泥質(zhì)有向鱗片狀伊利石轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象?；屹|(zhì)泥巖以富含有機質(zhì)的泥巖為主，顏色一般為灰色，泥質(zhì)含大于45%，其次為陸源泥質(zhì)碳酸鹽巖碎屑，含少量石英、長石等陸源碎屑。兩種巖石發(fā)育水平層理，一般形成于水動力條件較弱的靜水地區(qū)，指示湖相環(huán)境[11]。

3.4 混積巖層系主要成巖作用

在巖石學特征研究的基礎(chǔ)上，本文通過對研究區(qū)碎屑巖和混積巖儲層的鑄體薄片、掃描電鏡、熒光薄片等分析結(jié)果表明，沙三下亞段混積巖儲層主要經(jīng)歷了壓實、壓溶作用、溶蝕作用和膠結(jié)交代作用，其中膠結(jié)交代作用弱，而研究區(qū)沙三下亞段埋藏深度較淺，其壓實、壓溶作用對比渤海灣盆地大部分埋藏較深的古近系地層都弱，碎屑巖顆粒間多呈點、線接觸(見圖6a)。不同的成巖作用對混積巖儲層的儲集性能存在不同程度的影響，由上述組構(gòu)混積巖結(jié)構(gòu)特征的分析可知，組構(gòu)型碎屑質(zhì)-碳酸鹽質(zhì)混積巖儲層(砂質(zhì)灰?guī)r/白云巖、泥灰?guī)r)較致密，孔隙發(fā)育差，而溶蝕作用有利于其儲層孔隙的建設(shè)，發(fā)育部分溶蝕顆?？缀腿芪g粒間孔。

3.4.1 壓實、壓溶作用 由于萊州灣凹陷南部沙三下亞段埋藏深度淺，且混積巖中石英等剛性礦物的含量高于塑性礦物的含量，壓實作用相對較弱，根據(jù)掃描電鏡和薄片鑒定可知，研究區(qū)沙三下亞段混積巖壓實作用主要表現(xiàn)為礦物顆粒呈點、線接觸(見圖6a)、部分樣品長石和石英破裂(見圖6a)和假雜基化(見圖6b)。壓溶作用主要表現(xiàn)為顆粒邊緣經(jīng)歷強壓實后出現(xiàn)線狀、縫合線接觸(見圖6c)，部分石英邊緣會出現(xiàn)港灣狀溶蝕邊[15]。隨著埋深增大，研究區(qū)沙三下亞段底部和頂部混積巖儲層壓實、壓溶作用效果變化不顯著，底部儲層礦物顆粒定向排列程度變大，顆粒致密度中等，未造成原生孔隙大量喪失，粒間孔隙仍為主要的儲集空間。

3.4.2 溶蝕作用 通過對研究區(qū)鏡質(zhì)體反射率及流體包裹體均一溫度分析表明混積巖儲層目前已達到早成巖A期和B期，可以有效地使長石等礦物顆粒發(fā)生溶蝕作用，有效地改善儲層孔隙之間的連通性。根據(jù)掃描電鏡和薄片鑒定可知，研究區(qū)沙三下亞段混積巖溶蝕作用主要表現(xiàn)為長石沿解理縫溶蝕形成粒內(nèi)溶孔(見圖6d)和長石解理淋濾溶蝕微孔隙發(fā)育(見圖6e)。研究區(qū)組構(gòu)混積巖儲層中，原生孔隙相對不發(fā)育，以粒間孔為主，沙三下亞段頂部儲層碎屑顆粒含量相對高，易形成大量的溶蝕孔隙，有效改善儲集空間；底部儲層碳酸鹽巖顆粒含量相對高，較致密，同時原生孔隙大量被填充，溶蝕孔隙不發(fā)育。研究區(qū)混積巖儲層中灰質(zhì)/云質(zhì)砂巖溶蝕作用較強，砂質(zhì)灰?guī)r/云巖次之，泥灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖最差。同時，當碳酸鹽-陸源碎屑混積巖儲層中白云石含量小于23% 時，易發(fā)育溶蝕作用，改善儲層孔隙之間的連通性，相對其他類型混積巖儲層物性較好。

3.4.3 膠結(jié)交代作用 膠結(jié)交代作用主要是碳酸鹽、長石礦物顆粒承壓部位發(fā)生壓力溶解作用，溶解物重新分布并沉淀形成膠結(jié)物，或充填粒間孔隙，或交代部分溶蝕礦物顆粒。根據(jù)掃描電鏡和薄片鑒定可知，研究區(qū)沙三下亞段混積巖膠結(jié)作用為鐵質(zhì)(如：黃鐵礦、白鐵礦、鐵白云石)膠結(jié)、泥質(zhì)膠結(jié)(粘土礦物膠結(jié))、方解石/白云石膠結(jié)以及硫酸鹽(如石膏、重晶石)膠結(jié)等，其中以鐵質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)為主。研究區(qū)鐵質(zhì)膠結(jié)中巖石填隙物主要為鐵方解石(見圖6f，藍色箭頭處)和鐵白云石膠結(jié)物(見圖6g，染色為淺藍色，箭頭指示鐵白云石)，呈小斑塊狀膠結(jié)并交代顆粒。泥質(zhì)膠結(jié)中部分填隙物主要為部分長石和巖屑蝕變的粘土礦物，充填在粒間孔隙間(見圖6h)；或為部分凝灰質(zhì)已被泥化或綠泥石化，偶見生物碎屑，生物碎屑已被鐵方解石完全交代(見圖6i，藍色箭頭指示)。方解石/白云石膠結(jié)中孔隙填隙物主要為方解石，方解石致密膠結(jié)并交代碎屑顆粒(見圖6j，粉色為方解石，藍色箭頭指示交代)。進一步在掃描電鏡下觀察膠結(jié)填充物可知，研究區(qū)多為黃鐵礦和絲片狀伊利石膠結(jié)充填粒間孔隙(見圖6k)或書頁狀高嶺石、絲片狀伊蒙混層、黃鐵礦單晶和白云石充填粒間孔隙(見圖6k)，多重因素影響孔隙。同時，研究區(qū)膠結(jié)交代作用發(fā)育廣泛，對混積巖儲層的物性起到一定制約作用。

(a: LZ-8, 1 501.5 m, 單偏光50倍，細粒巖屑長石砂巖；b: LZ-6, 1 265 m, 單偏光25倍，含泥質(zhì)凝灰質(zhì)細砂巖；c: LZ-8, 1 495 m, 單偏光25倍，含高嶺石砂質(zhì)細礫巖；d: LZ-8, 1 495 m, 單偏光25倍，砂質(zhì)細礫巖，線接觸，次圓-次棱角狀；e: LZ-6, 1 238 m, 100倍，砂質(zhì)白云巖，全貌，溶蝕微孔隙均勻分布；f: LZ-8, 1 452 m, 正交偏光50倍，細粒巖屑長石砂巖；g: LZ-8, 1 464 m, 單偏光25倍，白云質(zhì)細粒巖屑長石砂巖；h: LZ-8, 1 182.7 m, 單偏光25倍，泥質(zhì)細粒巖屑長石砂巖；i: LZ-9, 1 575 m, 單偏光50倍，粉砂巖；j: LZ-9, 1 575 m, 單偏光25倍，鈣質(zhì)細粒長石砂巖；k: LZ-5, 1 112 m, 15 00倍，砂巖；l: LZ-6, 1 262 m, 2 000倍，細砂巖。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.)

圖6 萊州灣凹陷沙三下亞段巖石鑄體薄片和掃描電鏡分析

3.4.4 主要控制因素及意義 沙三下亞段混積巖儲層中灰/云質(zhì)砂巖樣品中主要成巖作用為壓實、壓溶作用，其次為溶蝕作用和膠結(jié)交代作用，隨著長石以及灰質(zhì)/云質(zhì)含量的變大溶蝕作用加強；砂質(zhì)白云巖/灰?guī)r樣品中主要成巖作用為溶蝕作用；泥灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖樣品致密均勻，主要受壓實、壓溶作用。研究區(qū)混合沉積的沉積相類型以及陸源碎屑和碳酸鹽礦物的混合方式，主要控制了混積巖的成巖作用類型。一方面，碳酸鹽礦物易發(fā)生溶蝕改善了儲集層；另一方面，研究區(qū)樣品中普遍存在方解石、白云石、鐵方解石膠結(jié)充填，同時很大程度上使儲集層物性變差。

4 結(jié)論

(1)萊州凹陷南部地區(qū)沙三下亞段時期，由于湖水深度較大，陸源碎屑供給減少，水動力減弱，發(fā)育了一套淺湖湖相的陸源碎屑巖-碳酸鹽巖沉積。根據(jù)陸源碎屑顆粒與碳酸內(nèi)碎屑的統(tǒng)計表明，沙三下亞段混積巖主要為碳酸鹽質(zhì)-陸源碎屑巖，其次為陸源碎屑質(zhì)-碳酸鹽巖，其中，陸源碎屑為長石和石英、火成巖巖塊；碳酸鹽為泥晶狀白云巖和灰?guī)r。根據(jù)巖心、井壁取心、熒光薄片與鑄體薄片鑒定，將研究區(qū)沙三下亞段組構(gòu)混積巖分為灰/云質(zhì)砂巖、砂質(zhì)白云巖/灰?guī)r、泥灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖三類。

(2)根據(jù)掃描電鏡和巖石薄片顯示，層系混積巖孔隙類型主要為粒間孔，少量溶蝕粒間孔和溶蝕顆?？?，顆粒表面溶蝕，粒間孔隙被高嶺石、伊利石、伊/蒙混層和菱鐵礦充填。X射線衍射分析顯示，粘土礦物以伊/蒙混層為主，其次為高嶺石、伊利石和綠泥石。組構(gòu)混積巖泥晶灰?guī)r、灰質(zhì)砂巖泥晶白云巖等孔隙不發(fā)育，可見垂直于紋層分布的微裂隙發(fā)育。

(3)沙三下亞段混積巖儲層主要經(jīng)歷了壓實、壓溶作用、溶蝕作用和膠結(jié)交代作用。其中，膠結(jié)交代作用較強，以鐵質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)為主；研究區(qū)沙三下亞段壓實、壓溶作用對比渤海灣盆地大部分古近系深部地層都弱；溶蝕作用有效改善了組構(gòu)混積巖儲層，其中灰質(zhì)/云質(zhì)砂巖溶蝕作用較強，砂質(zhì)灰?guī)r/云巖次之，泥灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖最差。