东营凹陷北部陡坡带沙河街组四段砂砾岩成岩作用

万 欢，黄文辉，王华军

(中国地质大学，北京 100083)

东营凹陷北部陡坡带沙河街组四段砂砾岩成岩作用

万 欢，黄文辉，王华军

(中国地质大学，北京 100083)

在整理已收集资料的基础上，对普通和铸体薄片镜下观察认为:东营凹陷北部陡坡带沙河街组四段岩性主要为砂砾岩，砂岩主要是岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩和长石砂岩，填隙物主要为钙质、硅质胶结物和泥质杂基，结构和成分成熟度较低。成岩作用类型主要有压实作用、胶结作用、交代作用和溶蚀作用，其中前2种作用对储层的孔隙空间破坏很大，而溶蚀作用可以显著地改善储层的储集性能。

成岩作用;砂砾岩;沙河街组;北部陡坡带;东营凹陷

1 研究区地质概况

东营凹陷是渤海湾盆地济阳坳陷的1个次级构造单元，可划分为多个二级构造，从北到南包括北部陡坡带、利津洼陷、民丰洼陷、中央隆起带、博兴洼陷和南部缓坡带，总体上具有“北断南超”的特征。东营凹陷的北部陡坡带总体上呈东西走向，位于滨县凸起以东，陈家庄凸起以南，青坨子凸起以西，利津和民丰洼陷以北，在构造上受到陈南铲式断层控制。北部陡坡带在沙河街组四段沉积时期快速沉积了大套的砂砾岩体，与生油洼陷距离很近，后期的断裂活动提供了油气运移通道，成为油气勘探的有利区带［1－3］。

东营凹陷北部陡坡带内主要可以划分出2套断裂系统:陈南断裂带是控制北部陡坡带边界的断层，也是东营凹陷和陈家庄凸起之间的界线;坨胜永断裂带可分为西段的利津断裂带和东段的胜永断裂带，其中利津断裂带活动期较晚，从沙河街组二段地层沉积期开始才活动。从晚中生代至早第三纪，由于陈南断裂带和坨胜永断层带活动强烈，陈家庄凸起构造抬升，地层被剥蚀，在沙河街组四段沉积时期，风化剥蚀作用更加强烈，形成了大套的冲积扇体。由于北部陡坡带距离陈家庄凸起非常近，所以主要沉积物是一些近岸沉积，在较高部位主要为扇三角洲沉积物，而底部主要是水下扇沉积物。沉积物的粒度普遍较粗，为1套砂砾岩体。

2 研究区岩石学特征

根据岩心观察和描述，东营凹陷北部陡坡带沙河街组四段的岩性主要是砂砾岩。砂岩内碎屑颗粒的主要成分为长石(平均值为34.75%)、岩屑(平均值为34%)和石英(平均值为31.25%)，主要命名为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩和长石砂岩等(图1)，总体上成分成熟度低［4－7］。碎屑颗粒的磨圆程度较差，主要为棱角状和次棱角状，颗粒分选也较差，主要为不等粒状，总体上结构成熟度也较低。主要填隙物有胶结物和泥质杂基，胶结物主要类型有钙质、硅质，和少量硫酸盐和黄铁矿等［8－11］。这些特征反映了快速沉积条件和近岸沉积环境。

砾岩的粒级主要为细砾，但是粒级变化较大，主要填隙物为粒度较细的砂级和一些泥质杂基等，从显微镜下薄片观察中发现，砾岩的主要成分为长石和石英等，填隙物主要是黑云母，且受到压实作用的影响，碎屑颗粒表面比较破碎，黑云母发生变形、破碎并沿着应力作用方向充填粒间孔隙。

图1 北部陡坡带沙河街组四段砂岩成分

3 成岩作用研究

3.1 压实作用

压实作用是影响深部储层孔隙度和渗透率的主要成岩作用之一。研究区内沙河街组四段主要为砂砾岩。砾岩本身抗压实作用能力较强，表现在显微照片中的压实作用现象主要有碎屑颗粒本身沿着其构造薄弱面发生破裂，形成微裂缝，有些裂缝后期被方解石等其他填隙物充填(图2);还可见砾岩中的一些塑性填隙物发生变形和破碎，呈定向排列，并被压实充填孔隙空间。

砂岩中由于长石、岩屑等脆性塑性组分含量较高，而且结构成熟度较低，其抗压实作用能力较差。特别是埋藏深度在3 000 m以上的地层中，可观察到压实作用对储层储集空间减小起到了重要的影响，从显微镜下观察可以发现下列相关现象:碎屑颗粒之间呈点线接触至线接触，颗粒排列略具有定向性，少量泥质杂基被挤压充填孔隙空间(图2)。

3.2 胶结作用

胶结作用是此次研究的砂砾岩体中最重要的成岩作用，对次生孔隙的发育与破坏、储层物性的改善和恶化起到了重要的作用。根据胶结物类型，可分为碳酸盐胶结、硅质胶结、硫酸盐胶结等。

碳酸盐胶结物在砂砾岩中具有不同的产状，既有早期成岩中形成的围绕碎屑颗粒的泥晶包壳，也有充填孔隙空间的呈微晶状或嵌晶状的方解石胶结物(图3)，还有充填压实作用或构造运动产生的裂缝的微晶方解石胶结物(图2)。作为砂砾岩中最重要的胶结物类型，早期成岩作用中形成的方解石胶结物可以保护储层内孔隙空间尽可能少受压实作用影响，为后期的溶蚀创造了物质条件;而后期成岩作用中形成的方解石呈嵌晶状和微晶状大量充填孔隙空间，导致储层孔隙度和渗透率迅速下降。

图2 盐227井3 753.8 m显微照片

图3 坨134井3 186.51 m显微照片

另一种较为常见的胶结物类型是硅质胶结物，主要是石英次生加大边，砂砾岩内的石英颗粒普遍具有次生加大边现象，有的次生加大边宽且连续，达到Ⅱ至Ⅲ级加大边的程度，在镜下观察中，识别次生加大边的重要标志是石英颗粒本身和次生加大边之间常存在一层很薄的“脏边”(黏土矿物)。另外储层内还有长石的次生加大边，比较少见，可以反映当时的成岩流体呈碱性。识别标志是:长石颗粒本身可能经历蚀变高岭石化等，颗粒表面比较浑浊，而其次生加大边由于形成较晚，表面比较明亮;有的次生加大边继承了长石颗粒本身的光性特征(图4)。

研究区沙河街组四段砂砾岩中硫酸盐胶结物，例如硬石膏等，也比较常见，含量较低。初步判断硬石膏是通过连接深部膏盐层的深大断裂的流体活动带来，流体中Ca2+和SO42－的含量较高，为硫酸盐胶结物沉淀提供重要的物质来源，硬石膏主要呈嵌晶状充填孔隙空间，少量可交代长石、石英等碎屑颗粒边缘(图5)。

图4 坨720井3 535.7 m显微照片

3.3 交代作用

碳酸盐矿物和硫酸盐矿物对碎屑颗粒的交代作用主要有2种方式:一种方式是通过碎屑颗粒边缘或者沿着较薄弱部位侵入交代，例如硬石膏交代石英颗粒边缘或长石颗粒的解理面等，长石颗粒被交代后边缘呈“锯齿状”(图5);另一种方式是方解石等完全交代整个碎屑颗粒，在镜下观察中，仅能通过碎屑颗粒残余的轮廓形状和光性特征来判断(图6)。

图5 坨123井2 523.1 m显微照片

3.4 溶蚀作用

溶蚀作用可改善深部储层的储集性能，一般来说，深部储层经历了压实作用、胶结作用等破坏性成岩作用后，储层孔隙度和渗透率急剧下降，很可能失去了储集性能。但是由于存在溶蚀作用，可以大大改善储集性能，甚至形成1个次生孔隙发育带，使得储层孔隙度和渗透率迅速上升。东营凹陷北部陡坡带沙河街组四段砂砾岩由于靠近南部的生油洼陷，并且有大量断裂发育，作为流体流动通道，使得生油洼陷内有机质成熟后排出的大量有机酸等酸性流体进入储层内，利于长石、岩屑和碳酸盐胶结物等填隙物溶解，形成新的储集空间。

图6 坨123井2 623.1 m显微照片

在砾岩中，黑云母常沿着其解理薄弱面发生溶蚀，然后被烃类物质充填，有的黑云母甚至只剩残余环边，砾屑主要是长石等颗粒沿着裂缝或其解理薄弱面被部分溶蚀，形成粒内溶蚀孔隙，裂缝常被部分充填石英和方解石，有时被烃类物质充填(图7)。

图7 盐227井3 845.73 m显微照片

砂岩中主要不稳定成分是长石。从显微镜下观察可以发现长石颗粒可以被溶蚀形成粒内和粒间次生孔隙，主要有以下几种类型:长石常发生蚀变、高岭土化或绿泥石化，然后沿着其解理面形成粒内“串珠状或条带状”溶蚀孔隙(图8)，如果长石颗粒被裂缝穿过，则沿着裂缝，其内部更发育大量粒内溶孔;有的长石颗粒甚至被完全溶蚀，只有一些残余结构和外形可以识别出原始碎屑颗粒。另外石英颗粒边缘常被方解石或硬石膏等发生交代作用，由于方解石等碳酸盐胶结物和硬石膏等硫酸盐胶结物在酸性流体中很不稳定会溶解，然后形成粒间溶蚀孔隙，镜下可识别的主要特征是其锯齿状等的颗粒边缘(图9)。砂岩储层中的泥质杂基等填隙物也会被溶蚀，但是形成的孔隙太小，显微镜下无法观察，但是它们数量很多，而且可以作为喉道，提高储层的渗透率。这类微孔隙在裂缝发育的地方尤其发育。

图8 坨168井3 096.85 m显微照片

裂缝在溶蚀作用中起到了非常重要的作用。溶蚀作用的发生离不开2个要素:流体和通道。其中裂缝就是作为流体流动的通道，将外来流体引入储层内，改变储层的储集性能。在显微镜下可以观察到:裂缝经过的颗粒内部都发生了溶蚀作用，形成“串珠状或条带状”粒内溶孔(图8);经过颗粒的边缘也会溶蚀形成“锯齿状”或沿着裂缝的扩大粒间溶孔(图9);甚至经过区域的泥质杂基填隙物内也会发育大量微孔隙。

图9 坨719井3 399.2 m显微照片

4 结论

(1)研究区内破坏性成岩作用主要是压实作用和胶结作用。压实作用贯穿于整个成岩过程，并且在埋藏较浅的阶段对储层物性的影响尤其巨大，而胶结作用取决于成岩流体的性质。研究区储层经历了多期不同流体活动，包括酸性流体、碱性流体和烃类流体，各种流体对储层的胶结作用都有重要影响。

(2)研究区内建设性成岩作用主要是溶蚀作用，溶蚀作用在宏观上主要受区域构造背景控制，在构造运动强烈的断裂带附近，储层内可形成大量裂缝，作为流体通道，促进溶蚀作用的发生;在微观上主要受岩性控制，储层内不稳定矿物含量越高，后期成岩作用改造过程中越容易溶蚀形成次生孔隙。

(3)砾岩中主要的成岩作用有压实作用和胶结作用，压实作用表现为砾屑颗粒本身破碎和颗粒之间的黑云母破碎，胶结作用主要可见颗粒内裂缝中充填方解石等胶结物，和颗粒内碳酸盐等胶结物的充填。砂岩中主要的成岩作用有压实作用、胶结作用和溶蚀作用。

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Glutenite diagenesis in the fourth member of Shahejie formation in the north slope of Dongying depression

WAN Huan，HUANG Wen－hui，WANG Hua－jun
(China University of Geosciences，Beijing100083，China)

Based on available data and cast thin section observation，it is found that glutenite is the dominant lithology in the fourth member of Shahejie formation in the north slope of Dongying depression;sandstone mainly includes lithic arkose，feldspathic litharenite and arkose;interstitial materials are mainly calcareous and siliceous cements and muddy matrix;and both texture maturity and compositional maturity are low.The types of diagenesis include compaction，cementation，metasomatism and dissolution，of which the first two types damage reservoir pore space，while dissolution can significantly improve reservoir property.

diagenesis;glutenite;Shahejie formation;north slope;Dongying depression

TE122.3

A

1006－6535(2012)03－0039－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.009

20110919;改回日期:20120302

国家重大专项“油气勘探新领域地层地质与油气评价”(2009ZX05009－005)

万欢(1984－)，女，2009年毕业于中国地质大学(北京)能源学院矿产普查与勘探专业，获硕士学位，现为该校矿产普查与勘探专业在读博士研究生，主要从事储层成岩作用和储层评价等研究工作。

编辑林树龙