鄂爾多斯盆地東北部直羅組砂巖成巖作用特征分析

摘" 要：通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地東北部進(jìn)行野外剖面觀察和樣品采集，運(yùn)用普通薄片、鑄體薄片、物性分析和掃描電鏡等分析方法進(jìn)行測(cè)試，對(duì)直羅組砂巖的成巖作用特征進(jìn)行研究，明確砂巖的巖相學(xué)特征、孔隙特征、物性特征及成巖作用特征，探討鄂爾多斯盆地直羅組砂巖基本特征。結(jié)果表明，研究區(qū)直羅組儲(chǔ)集層巖性以長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖和巖屑砂巖為主。砂巖孔隙類型以粒間孔隙、粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為主，物性特征以特低孔—特低滲為主，成巖作用主要表現(xiàn)為壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地；直羅組；成巖作用；巖石學(xué)；溶孔

中圖分類號(hào)：P618.130.2" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）07-0097-04

煤炭資源是我國(guó)的主體能源[1]，鄂爾多斯盆地是我國(guó)重要的含煤盆地，其侏羅紀(jì)煤炭資源量占全國(guó)的31.9%。砂巖特征關(guān)乎煤炭資源的開采難度以及開采風(fēng)險(xiǎn)，直羅組砂巖作為頂板砂巖的研究極為重要。前人對(duì)盆地直羅組沉積相[2-4]、鈾礦勘探[5-8]以及水害方面[9-12]做了系統(tǒng)的研究。

前人對(duì)鄂爾多斯盆地的研究多從宏觀的沉積角度入手研究侏羅系直羅組砂巖[7，13]，對(duì)于微觀層面通過(guò)成巖作用分析砂巖的研究尚屬空白，亟待進(jìn)一步研究以明確直羅組砂巖的成巖作用特征。故本研究以鄂爾多斯盆地直羅組砂巖為研究對(duì)象，明確成巖作用類型及其對(duì)直羅組砂巖的影響，以期為鄂爾多斯盆地煤炭資源開采提供基礎(chǔ)的地質(zhì)依據(jù)。

1" 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地地處華北克拉通西部。研究區(qū)位置位于鄂爾多斯盆地東北部的陜北斜坡，地理位置位于蒙陜交界地帶。研究區(qū)巖漿活動(dòng)不發(fā)育，多出露中新生代地層，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。

直羅組分為上下2段，下段下部多發(fā)育大型交錯(cuò)層理，見鐵質(zhì)結(jié)核，以塊狀構(gòu)造的灰綠色中粗粒長(zhǎng)石砂巖為主，即“七里鎮(zhèn)砂巖”，下粗上細(xì)的砂巖特征十分明顯；下段上部為砂泥巖互層。上段下部以中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖為主，即“高橋砂巖”；上段上部多為雜色泥巖及砂泥巖互層。

2" 巖石學(xué)特征

2.1" 巖相學(xué)特征

根據(jù)研究區(qū)薄片鑒定資料，研究區(qū)砂巖巖性主要為巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖（圖1）。研究區(qū)直羅組砂巖石英含量12%～33%，平均為27.52%；長(zhǎng)石含量8%～58%，平均為26%；巖屑含量32%～80%，平均為51.79%。填隙物中雜基含量較少，膠結(jié)物類型以碳酸鹽礦物為主，主要為鐵方解石、白云石、鐵白云石，膠結(jié)物總含量在8%～31%，平均含量為19%。研究區(qū)直羅組砂巖主要為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)；磨圓中等，以次棱角狀為主；分選一般，主要為差—中級(jí)別；膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，孔隙發(fā)育基礎(chǔ)環(huán)境較為完善。

2.2" 孔隙特征

根據(jù)鑄體薄片和掃描電鏡分析，研究區(qū)混合發(fā)育原生孔隙和次生孔隙。該區(qū)砂巖面孔率較大。粒間孔隙、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和鑄?？紫兜仍谘芯繀^(qū)均有分布，其中粒間孔隙占所有孔隙空間的53.21%。次生孔隙占49.54%，主要為粒間溶孔（圖2（a））和粒內(nèi)溶孔（圖2（b）），少見鑄膜孔隙。本區(qū)主要發(fā)育碳酸鹽膠結(jié)溶蝕孔，溶孔之間相對(duì)孤立，較難形成連通的孔隙結(jié)構(gòu)。粒間溶孔邊緣溶蝕現(xiàn)象明顯，與原生粒間孔形成粒間特大孔隙，連通性較好；粒內(nèi)溶孔常呈網(wǎng)格狀或蜂窩狀，增加巖石的孔隙。研究區(qū)直羅組砂巖孔喉均值系數(shù)平均為0.23，喉道分布不均勻；中值孔喉半徑平均值為0.642 μｍ，平均喉道半徑平均值為1.468 μｍ，以特小孔—細(xì)喉為主，滲流連通能力差。結(jié)合薄片觀察得出，研究區(qū)砂巖喉道類型以片狀為主，局部發(fā)育縮頸型。

2.3" 物性特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)直羅組砂巖進(jìn)行宏觀物性分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)厣皫r孔隙度主要為13.20%～23.40%，其中中孔樣品占比36.99%，低孔占比57.80%；滲透率主要為（0.049～594）×10-3 μm2，其中低滲樣品占比15.03%，特低滲占比70.52%，具有中—低孔隙度、特低滲為主、中低滲透率為輔的特征?？紫抖扰c滲透率具有正相關(guān)關(guān)系，其滲透率主要受孔隙及喉道的控制。

3" 成巖作用特征

研究區(qū)直羅組砂巖成巖作用較為明顯，根據(jù)鑄體薄片及掃描電鏡觀察得出，壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用為主要影響研究區(qū)直羅組砂巖的成巖作用。

3.1" 壓實(shí)作用

研究區(qū)直羅組壓實(shí)作用（圖3（a））較為發(fā)育，在鏡下特征表現(xiàn)為：碎屑顆粒緊密排列，以點(diǎn)—線接觸為主，也有部分顆粒間呈凹凸接觸，石英粒內(nèi)出現(xiàn)壓裂縫，長(zhǎng)石雙晶發(fā)生斷裂錯(cuò)位，塑性顆粒多發(fā)生變形。

3.2" 膠結(jié)作用

研究區(qū)直羅組砂巖的薄片鑒定資料表明，研究區(qū)內(nèi)膠結(jié)作用以碳酸鹽膠結(jié)和黏土質(zhì)膠結(jié)為主，同時(shí)存在硅質(zhì)膠結(jié)和鐵質(zhì)膠結(jié)。

碳酸鹽膠結(jié)作用主要表現(xiàn)為連晶式膠結(jié)（圖3（b）），碎屑顆粒呈點(diǎn)—線接觸，主要成分為方解石、鐵方解石、白云石。方解石含量高于鐵方解石與白云石。鐵方解石以斑點(diǎn)狀分布為主。白云石主要為粉晶白云巖膠結(jié)。

黏土礦物膠結(jié)物以高嶺石為主，綠泥石（圖3（c））次之，伊利石發(fā)育程度較低。高嶺石呈書本狀填充于粒間孔隙。綠泥石單體呈葉片狀、針狀，集合體呈絨球狀，抑制石英的次生加大，對(duì)原生孔隙起到保護(hù)作用。伊利石多呈片狀、纖維狀集合體分布，破壞孔隙連通狀態(tài)。

硅質(zhì)膠結(jié)較為發(fā)育，以非晶質(zhì)蛋白石膠結(jié)、晶質(zhì)石英次生加大（圖3（d）、圖3（e））為主。鏡下可見石英次生加大邊，其大小在10～20 μm。

鐵質(zhì)膠結(jié)（圖3（f））較少，呈斑點(diǎn)狀分布，表明研究區(qū)直羅組以還原環(huán)境為主。

3.3" 溶蝕作用

溶蝕作用在研究區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，主要為碎屑顆粒和膠結(jié)物的溶蝕，碎屑顆粒溶蝕發(fā)育較為普遍，膠結(jié)物溶蝕以點(diǎn)蝕狀、淋斑狀溶蝕為主。

3.4" 交代作用

研究區(qū)直羅組砂巖交代作用表現(xiàn)為碳酸鹽礦物、黏土質(zhì)礦物交代碎屑顆粒，主要礦物為方解石交代。

4" 討論

4.1" 巖石學(xué)特征與砂巖孔隙的關(guān)系

碎屑顆粒的粒度大小對(duì)砂巖原生孔隙起到控制性的作用，碎屑粒徑越大，其孔隙越大，滲透率也受其影響增大，如圖4所示，砂巖粒度與孔隙度、滲透率均為正相關(guān)。

研究區(qū)砂巖成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度較低，受后期沉積、成巖作用影響大。石英含量增加一定程度上保護(hù)了孔隙，長(zhǎng)石及云母的含量變化提高孔隙復(fù)雜程度，填隙物對(duì)孔隙起到破壞作用，如圖5所示，填隙物的增加過(guò)程中砂巖孔隙度及滲透率不斷下降。

4.2" 成巖作用對(duì)砂巖孔隙的關(guān)系

壓實(shí)作用會(huì)致使巖石體積縮小，孔隙降低，對(duì)于砂巖孔隙主要起破壞性作用。根據(jù)薄片觀察，在壓實(shí)作用下，顆粒間的分布更加緊密，點(diǎn)—線接觸較多；巖屑及碎屑顆粒按定向排列。壓實(shí)作用降低了直羅組砂巖的物性，且隨著埋藏深度變深，壓實(shí)作用變小。

研究區(qū)成巖作用對(duì)孔隙的影響如圖6所示，膠結(jié)作用下孔隙度不斷降低。碳酸鹽膠結(jié)對(duì)孔隙起到改造作用，增加孔隙度。黏土質(zhì)膠結(jié)大多會(huì)導(dǎo)致孔隙發(fā)育變差，增加了孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。硅質(zhì)膠結(jié)過(guò)程中蛋白石發(fā)生膠結(jié)，石英出現(xiàn)次生加大，堵塞孔隙，使孔隙度進(jìn)一步降低，同時(shí)殘余粒間孔，對(duì)孔隙起到建設(shè)性作用。成巖作用晚期形成的鐵質(zhì)膠結(jié)，多分布在粒間孔隙或較大顆粒附近，降低研究區(qū)砂巖孔隙度。

溶蝕作用對(duì)于孔隙具有很大程度的建設(shè)作用，研究區(qū)直羅組在成巖作用晚期溶蝕作用較為明顯，同時(shí)，巖石內(nèi)部的孔隙增加，次生孔隙比重提高，喉道連通作用得到改善，對(duì)于直羅組砂巖的孔隙屬于建設(shè)性成巖作用，原生孔隙的流通通道在溶蝕過(guò)程中奠定了基礎(chǔ)，使巖石孔隙更加發(fā)育。溶蝕作用形成的粒內(nèi)溶孔與粒間溶孔相連接，擴(kuò)大孔隙體積，進(jìn)一步改善孔隙連通性，滲透率得以提高。

綜上所述，各種成巖作用都在影響孔喉的分布，使孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

4.3" 成巖作用下煤礦防治手段

通過(guò)對(duì)研究區(qū)直羅組砂巖巖石學(xué)特征及物性特征分析得知，研究區(qū)直羅組砂巖富水性較低，水害發(fā)生概率較低，為研究區(qū)煤礦安全開采防治提供了良好的地質(zhì)基礎(chǔ)，降低了研究區(qū)礦區(qū)內(nèi)水害防控難度。緊緊抓住直羅組成巖作用的特點(diǎn)，可采取以預(yù)防為主的防控措施，切斷地下水持續(xù)徑流通道，從源頭上消除礦井安全隱患。

5" 結(jié)論

1）研究區(qū)直羅組儲(chǔ)集層巖性主要為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖和巖屑砂巖，表現(xiàn)為低成分成熟度和高結(jié)構(gòu)成熟度，膠結(jié)方式主要為孔隙式膠結(jié)。

2）研究區(qū)的主要成巖作用有壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用。研究區(qū)孔隙以粒間孔隙為主、次之為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。物性特征表現(xiàn)為中—低孔隙度、特低滲或中低滲透率，非均質(zhì)強(qiáng)。

3）研究區(qū)砂巖成巖作用及物性特點(diǎn)表明礦區(qū)防治問(wèn)題應(yīng)以預(yù)防為主，保證煤礦開采安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭睿娥.煤炭資源分布特征與勘查開發(fā)前景研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2021（1）：203-204.

[2] 李文厚，張倩，陳強(qiáng)，等.鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)早古生代沉積演化[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，50（3）：456-479.

[3] 趙俊峰，劉池洋，趙建設(shè)，等.鄂爾多斯盆地侏羅系直羅組沉積相及其演化[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（3）：480-486.

[4] 陳庸勛，戴東林.山西省大同地區(qū)侏羅系的沉積相[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，1962（3）：321-336，354.

[5] 樊愛(ài)萍，楊仁超，李義軍.成巖作用研究進(jìn)展與發(fā)展方向[J].特種油氣藏，2009，16（2）：1-8，103.

[6] 柳益群，馮喬，楊仁超，等.鄂爾多斯盆地東勝地區(qū)砂巖型鈾礦成因探討[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006（5）：761-767，787-788.

[7] 陳全紅，李文厚，胡孝林.鄂爾多斯盆地晚古生代沉積巖源區(qū)構(gòu)造背景及物源分析[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，86（7）：1150-1162.

[8] 謝惠麗，李西得，汪洪強(qiáng)，等.騰格爾坳陷寶力根套海地區(qū)鈾儲(chǔ)層沉積特征及找礦方向[J].沉積與特提斯地質(zhì)，2017，37（2）：103-111.

[9] 易超，韓效忠，李西得，等.鄂爾多斯盆地東北部直羅組砂巖巖石學(xué)特征與鈾礦化關(guān)系研究[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2014，20（2）：185-197.

[10] 楊建，劉洋，劉基.基于沉積控水的鄂爾多斯盆地侏羅紀(jì)煤田防治水關(guān)鍵層研究[J].煤礦安全，2018，49（4）：34-37.

[11] 馬國(guó)逢，劉洋，楊建，等.蒙陜深埋煤層首采工作面頂板富水性和涌水量差異研究[J].煤炭工程，2024，56（2）：87-91.

[12] 范立民，馬雄德，李永紅，等.西部高強(qiáng)度采煤區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀與防控技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2017，42（2）：276-285.

[13] 張志軍.鄂爾多斯盆地東北部下三疊統(tǒng)劉家溝組砂巖巖石學(xué)特征研究[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2022，34（9）：18-26.

Abstract： Through field section observation and sample collection in the northeastern part of the Ordos Basin， and testing using ordinary thin slices， cast thin slices， physical property analysis and scanning electron microscopy， the diagenesis characteristics of the Zhiluo Formation sandstone are studied to clarify the petrographic characteristics， pore characteristics， physical properties and diagenesis characteristics of the sandstone， and discuss the basic characteristics of the Zhiluo Formation sandstone in the Ordos Basin. The results show that the reservoir lithology of Zhiluo Formation in the study area is dominated by lithic sandstone and lithic sandstone. The pore types of sandstone are mainly intergranular pores， intergranular dissolved pores and intragranular dissolved pores， and the physical characteristics are mainly ultra-low porosity and ultra-low permeability. The diagenesis is mainly manifested by compaction， cementation and dissolution.

作者簡(jiǎn)介：孟恩慧（2000-），女，碩士研究生。研究方向?yàn)閹r石學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)。