王建國(guó)周曉峰唐海忠魏 軍韓小松郭 偉

1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院,北京 102249 2.中國(guó)石油 玉門油田分公司 勘探開發(fā)研究院,甘肅 酒泉 735019;3.中國(guó)石油 勘探開發(fā)研究院,北京 100083

0 引言

含油氣砂巖的次生粒間孔隙與原生粒間孔隙都出現(xiàn)在碎屑顆粒之間而難以分辨,這就造成在同一研究對(duì)象的不同研究成果之中對(duì)儲(chǔ)集空間類型的認(rèn)識(shí)不一致。美國(guó)路易斯安那州上志留統(tǒng)塔斯卡盧薩組砂巖的粒間孔隙有原生粒間孔隙和方解石膠結(jié)物溶解形成的次生粒間孔隙之爭(zhēng)(Pittman et al., 1992)。準(zhǔn)噶爾盆地腹部侏羅系三工河組砂巖的儲(chǔ)集空間以原生粒間孔隙為主(張江華和相鵬,2019),或以混合孔隙為主(王建偉等,2006),或以次生粒間孔隙為主(何生等,2009;劉惠民等,2020)。酒泉盆地營(yíng)爾凹陷下溝組砂巖以方解石膠結(jié)物溶解形成的次生粒間孔隙為主(呂成福等,2010)或僅有次生孔隙(唐海忠等,2019)。究其原因,缺乏方解石膠結(jié)和溶解作用的典型巖石學(xué)證據(jù)是儲(chǔ)集空間類型認(rèn)識(shí)不一致的根本原因(遠(yuǎn)光輝等,2015;唐海忠等,2019)。以原生粒間孔隙為主的砂巖油氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)是尋找有利沉積相帶,以次生孔隙為主的砂巖油氣勘探開發(fā)要著力發(fā)現(xiàn)溶蝕流體的指向區(qū)。因此,確定含油氣砂巖的儲(chǔ)集空間類型,不僅是一個(gè)基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題,更關(guān)乎油氣的高效勘探開發(fā)(黃軍平等,2015)。

砂巖中普遍發(fā)育形成于成巖各個(gè)階段的方解石膠結(jié)物,占據(jù)原生粒間孔隙,造成砂巖致密化(Loucks and Dutton, 2019)。但在適宜的成巖地質(zhì)條件下,遇到酸性流體,方解石發(fā)生一致性溶解,形成溶蝕孔隙(Emsbo and Hofstra, 2003)。若溶蝕時(shí)間足夠長(zhǎng),溶蝕強(qiáng)度足夠大,方解石被溶蝕殆盡而形成的次生粒間孔隙與原生粒間孔隙差異較小,但方解石溶蝕所留下的片段記錄較少(Pommer and Sarg, 2019),進(jìn)而造成對(duì)儲(chǔ)集空間類型認(rèn)識(shí)的多解性。因此,只有找到方解石膠結(jié)作用和溶解作用的典型巖石學(xué)證據(jù),提取片段記錄的有效信息,才能確定碎屑顆粒之間的孔隙是原生粒間孔隙還是次生粒間孔隙,進(jìn)而確定砂巖的儲(chǔ)集空間類型。

雅布賴盆地的油氣勘探始于20世紀(jì)60年代,歷經(jīng)多輪勘探思路調(diào)整,先后鉆探20余口井,僅有少數(shù)鉆井經(jīng)壓裂在新河組砂巖中獲得工業(yè)油流,展現(xiàn)出油氣分布的復(fù)雜性。以往對(duì)雅布賴盆地油氣地質(zhì)條件的分析主要集中在中侏羅統(tǒng)新河組的構(gòu)造演化方面(李明杰等,2004;鐘瑋等,2013;楊波等,2018)與油氣成藏方面(吳曉智等,2015;高崗等,2017),而鮮有關(guān)于儲(chǔ)層的研究。文中主要利用鑄體薄片細(xì)致地觀察方解石膠結(jié)和溶解的現(xiàn)象及與其他礦物和碎屑的相互關(guān)系,尋找粒間孔隙與方解石膠結(jié)和溶解的可能信息,正演方解石膠結(jié)和溶解的過(guò)程,明確粒間孔隙的具體歸屬(原生粒間孔隙或次生粒間孔隙)和砂巖儲(chǔ)集空間類型。

1 地質(zhì)背景

雅布賴盆地地跨內(nèi)蒙古和甘肅兩省,面積約1.5×104km2(圖1),大地構(gòu)造位置處于華北克拉通西緣阿拉善地塊的北部活化帶(翟明國(guó),2019),經(jīng)歷了侏羅紀(jì)—早白堊世斷陷階段及晚白堊世—新近紀(jì)的擠壓坳陷階段,最終形成了現(xiàn)今的構(gòu)造格局及構(gòu)造單元(薛明旺等,2020)。雅布賴盆地由東部隆起和西部坳陷兩個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元組成。東部隆起大面積出露前中生界基底巖系,西部坳陷南部為薩爾臺(tái)凹陷,北部為紅杉湖凹陷。薩爾臺(tái)凹陷自西向東依次劃分為鹽場(chǎng)次凹、黑沙凸起、小湖次凹、紅刺梁凸起和梭托次凹等5個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元。西部坳陷中新生界沖積扇-河流-湖泊相沉積蓋層逾4000 m,由下至上依次為下侏羅統(tǒng)笈笈溝組、中侏羅統(tǒng)青土井組和新河組、上侏羅統(tǒng)沙棗河組、下白堊統(tǒng)廟溝組、上白堊統(tǒng)金剛?cè)M和新生界。

圖1 雅布賴盆地地理位置與構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 Sketch map showing the location and tectonic units of the Yabrai Basin

雅布賴中新生代盆地主要?dú)v經(jīng)兩期成盆作用和兩期盆地改造作用(李明杰等,2004;鐘瑋等,2013;楊波等,2018)。燕山運(yùn)動(dòng)早期,伸展動(dòng)力學(xué)背景下,形成南斷北超的箕狀不對(duì)稱斷陷湖盆,堆積厚達(dá)4000 m的侏羅系。侏羅紀(jì)末期,西伯利亞板塊向南運(yùn)動(dòng)的碰撞造山作用,引起盆地急劇抬升,導(dǎo)致侏羅系剝蝕厚度超過(guò)1000 m。其中,黑沙凸起和紅刺梁凸起剝蝕至新河組,東部隆起出露基底巖系。燕山晚期,受蒙古-鄂霍茨克洋閉合碰撞造山及太平洋板塊北西向俯沖作用的聯(lián)合影響,盆地北部處于強(qiáng)烈伸展?fàn)顟B(tài),而南部處于類前陸盆地的前淵環(huán)境,形成北部強(qiáng)烈斷陷下沉、南部擠壓下沉和中部相對(duì)隆起的山間湖盆。其中,紅杉湖凹陷沉積厚度最大,達(dá)1600 m。喜馬拉雅期,由于印度板塊向北俯沖并與歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng),雅布賴盆地再次抬升,堆積的新生界沖(洪)積紅色粗碎屑厚度不超過(guò)100 m。

新河組沉積時(shí)期是中生代雅布賴湖盆發(fā)育的鼎盛期,發(fā)育有扇三角洲、辮狀河三角洲、湖泊等3種沉積相類型(石英濤等,2015;張少敏等,2016)。烴源巖與儲(chǔ)集層配置較好,成藏條件較好?？碧綄?shí)踐和研究結(jié)果表明,新河組烴源巖是盆地主要的優(yōu)質(zhì)油源巖,有機(jī)質(zhì)類型好、豐度高、熱成熟度適中(王彥博,2014;董義國(guó),2014;都鵬燕,2016;高崗等,2017;都鵬燕等,2018);儲(chǔ)集層以三角洲前緣塊狀砂巖為主。

2 砂巖基本信息

2.1 樣品巖石學(xué)特征

勘探證實(shí),小湖次凹新河組砂巖的油氣顯示最為活躍。鏡下觀察發(fā)現(xiàn),小湖次凹新河組砂巖的成巖作用現(xiàn)象豐富(圖2),具有研究?jī)?chǔ)集空間類型的典型巖石學(xué)證據(jù)。此次研究的砂巖樣品選自小湖次凹新河組砂巖。

小湖次凹新河組砂巖碎屑顆粒成分以石英、長(zhǎng)石、火山巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑為主,成分成熟度低。巖石碎屑顆粒粒徑不一,細(xì)砂、中砂、粗砂、細(xì)礫等混雜堆積(圖2),結(jié)構(gòu)成熟度低。填隙物以方解石膠結(jié)物為主,鮮見(jiàn)次生長(zhǎng)石加大和次生石英加大。儲(chǔ)集空間類型有粒間孔隙、長(zhǎng)石溶蝕孔隙、巖屑溶蝕孔隙和方解石膠結(jié)物溶蝕孔隙。粒間孔隙中常見(jiàn)星點(diǎn)狀方解石膠結(jié)物(圖2,藍(lán)色箭頭所指處)。

由圖2可知,雅布賴盆地新河組砂巖的結(jié)構(gòu)特征具有5個(gè)特點(diǎn):①碎屑顆粒間的接觸關(guān)系多樣化,表現(xiàn)為點(diǎn)狀、線狀和基底式等接觸關(guān)系共存;②在碎屑顆粒之間呈基底式接觸關(guān)系的微域,碎屑顆粒漂浮在方解石膠結(jié)物之中;③方解石膠結(jié)物發(fā)育的微域,缺乏碎屑顆粒次生加大;④粒間孔隙中通?？梢?jiàn)碎屑顆粒次生加大和星點(diǎn)狀方解石膠結(jié)物,但次生加大發(fā)育處不見(jiàn)方解石,同時(shí)星點(diǎn)狀方解石出現(xiàn)的地方也未見(jiàn)碎屑顆粒次生加大;⑤方解石膠結(jié)物發(fā)育的微域粒間孔隙少,而方解石膠結(jié)物不發(fā)育的微域粒間孔隙多。

圖2 雅布賴盆地新河組砂巖巖石學(xué)特征顯微照片F(xiàn)ig.2 Microscopy photos of petrological characteristics of Xinhe Formation sandstones, Yabrai Basin. (a,b) The Well YT6,2651.57 m; large and small mixed accumulation of quartz, feldspar, volcanic and metamorphic debris. Calcite cements are more than feldspar overgrowths and quartz overgrowths; calcite distributes sporadically in intergranular pores(where the blue arrows point); a is taken under single polar and b is taken under crossed polar. (c,d) The well YT11, 2597.64 m; in the micro domain where the massive calcite cements are developed, the clastic particles are in point contact or basal contact; feldspars overgrow; dotted calcites are distributed in intergranular pores(where the blue arrows point); c is taken under single polar and d is taken under crossed polar.(e) The well YT6, 2651.57 m; there are intergranular pores, feldspar dissolution pores and debris dissolution pores; dotted calcites are distributed in intergranular pores(where the blue arrows point); e is taken under single polar. (f) The well YT7, 2406.62 m;calcite was dyed blue by mixed solution; the dissolution pores of calcite are well developed; f is taken under single polar Q-quartz; F-feldspar; Rv-volcanic debris; Rm-metamorphic debris; Qo-Quartz overgrowth; Fo-feldspar overgrowth; Ca-calcite cement; P-intergranular pore; PF-dissolution pore of feldspar; PRv-dissolution pore of volcanic rock; PCa-dissolution pore of calcite cement

方解石膠結(jié)和溶解兩種現(xiàn)象共存,指示砂巖經(jīng)歷過(guò)堿性和酸性成巖環(huán)境的交替。堿性成巖環(huán)境中,方解石晶體從孔隙流體中沉淀出,結(jié)晶膠結(jié)碎屑顆粒使原始砂質(zhì)沉積物固結(jié)成巖石。酸性成巖環(huán)境中,遇酸容易發(fā)生溶解反應(yīng)的方解石、長(zhǎng)石、巖屑等顆粒遭受溶蝕。長(zhǎng)石和巖屑通常發(fā)生不一致性溶解,形成粒內(nèi)溶蝕孔隙的同時(shí),在溶蝕區(qū)內(nèi)還形成新的礦物,如石英次生加大和長(zhǎng)石次生加大。而方解石通常發(fā)生一致性溶解,僅留下方解石溶蝕孔隙。

2.2 方解石膠結(jié)物賦存狀態(tài)

充分利用單偏光下孔隙最為清晰,正交光下各種顆粒容易分辨,低倍鏡下現(xiàn)象豐富,高倍鏡下細(xì)節(jié)信息量大等特點(diǎn)來(lái)取全、取準(zhǔn)微觀現(xiàn)象。鑒別出小湖次凹新河組砂巖方解石膠結(jié)物具有4種賦存狀態(tài):浸染狀、團(tuán)塊狀、斑塊狀及星點(diǎn)狀(圖3)。

Ca1—浸染狀方解石膠結(jié)物,Ca2—團(tuán)塊狀方解石膠結(jié)物,Ca3—斑塊狀方解石膠結(jié)物,Ca4—星點(diǎn)狀方解石膠結(jié)物a、b—雅探6井,2654.75 m,浸染狀方解石膠結(jié)物,形成鈣質(zhì)砂巖,a為單偏光,b為正交偏光;c、d—雅探1井,2914.71 m,團(tuán)塊狀方解石膠結(jié)物,與粒間孔隙接觸處方解石膠結(jié)物溶蝕成港灣狀,c為單偏光,d為正交光;e—雅探6井,2653.34 m,斑塊狀方解石膠結(jié)物,邊緣參差不齊,單偏光;f—雅探6井,2651.82 m,星點(diǎn)狀和斑塊狀方解石附著在粒間孔隙壁面上,方解石表面凹凸不平,單偏光圖3 雅布賴盆地新河組砂巖方解石膠結(jié)與溶解顯微照片F(xiàn)ig.3 Microscopy photos of caltite cementation and dissolution in Xinhe Formation sandstones, Yabrai Basin. (a,b) The well YT6,2654.75 m; disseminated calcite cements form calcareous sandstones, a is taken under single polar and b is taken under crossed polar.(c,d) The well YT1, 2914.71 m; the massive calcite cements next to intergranular pores are dissolved into a harbor, c is taken under single polar and d is taken under crossed polar. (e) The well YT6, 2653.34 m; the edge of patchy calcite cements are uneven,e is taken under single polar. (f) The well YT6, 2651.82 m; the dotted and patchy calcites adhere to the walls of intergranular pores,and the surface of calcites are uneven; f is taken under single polar.Ca1-disseminated calcite cement; Ca2-massive calcite cement; Ca3-patchy calcite cement; Ca4-dotted calcite cement

浸染狀方解石占巖石體積的15%以上,全部充填于碎屑顆粒之間的孔隙,造成砂巖致密,形成鈣質(zhì)砂巖(圖3a、3b)。鈣質(zhì)砂巖的碎屑顆粒之間以點(diǎn)狀接觸為主,常見(jiàn)線狀接觸和基底式接觸。方解石完全充填原生粒間孔隙的膠結(jié)作用方式,有效地抵抗機(jī)械壓實(shí)作用,阻止砂巖的體積減小,為后期方解石一致性溶解形成次生粒間孔隙準(zhǔn)備了物質(zhì)基礎(chǔ)和空間基礎(chǔ)(Pettijohn et al.,1972)。

團(tuán)塊狀方解石通常膠結(jié)數(shù)個(gè)碎屑顆粒組成一個(gè)致密的微域,在多孔隙砂巖中常見(jiàn)且極易辨別(圖3c、3d)。單偏光下,這個(gè)微域的體積明顯大于圍巖碎屑顆粒的體積。正交光下,團(tuán)塊狀方解石顯艷麗的金屬色,與碎屑顆粒的接觸關(guān)系更加清晰。該微域中,碎屑顆粒之間以點(diǎn)狀接觸為主,常見(jiàn)線狀接觸和基底式接觸。團(tuán)塊狀方解石與粒間孔隙接觸處多呈港灣狀,標(biāo)示方解石膠結(jié)物曾經(jīng)有過(guò)溶蝕。

斑塊狀方解石體積較小,一般情況下膠結(jié)的碎屑顆粒數(shù)目不超過(guò)3個(gè)(圖3e)。該微域的碎屑顆粒間接觸關(guān)系類似于團(tuán)塊狀微域的碎屑顆粒間接觸關(guān)系,點(diǎn)狀、線狀和基底式等接觸關(guān)系共存。方解石的邊緣參差不齊,說(shuō)明溶蝕現(xiàn)象豐富。

星點(diǎn)狀方解石出現(xiàn)在粒間孔隙的壁面上,體積微小,多為孤立的小點(diǎn)(圖3f)。星點(diǎn)狀方解石在單偏光下常常被忽略,只有在正交光下高倍放大才能發(fā)現(xiàn)其蛛絲馬跡。利用單偏光與正交光的反復(fù)切換觀察顯示,雅布賴盆地小湖次凹新河組砂巖的粒間孔隙中星點(diǎn)狀方解石膠結(jié)物普遍存在(圖2,藍(lán)色箭頭所指處)?？傮w上看,星點(diǎn)狀方解石表面多凹凸不平,標(biāo)示方解石膠結(jié)物發(fā)生過(guò)溶蝕現(xiàn)象。

從國(guó)內(nèi)外城市發(fā)展歷程來(lái)看，城市蔓延在城市建設(shè)發(fā)展初期會(huì)帶來(lái)有利方面，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①有效引導(dǎo)及疏散大城市繁華商業(yè)街周邊居住區(qū)的人口，改善了中心區(qū)市民的居住和生態(tài)環(huán)境；②分散不適合在城市中心區(qū)發(fā)展的工業(yè)企業(yè)，保護(hù)了城市中心居民的居住環(huán)境；③土地的無(wú)止境的擴(kuò)張對(duì)城市郊區(qū)的發(fā)展起到了拉動(dòng)作用，土地利用效率也有了顯著提高。但隨著城市不斷發(fā)展，城市蔓延產(chǎn)生如耕地銳減、土地利用效率低下、城市環(huán)境污染、城市開發(fā)成本投資過(guò)高等諸多弊端。

由圖2、圖3可知,團(tuán)塊狀、斑塊狀、星點(diǎn)狀方解石雜亂無(wú)章地分布在粒間孔隙發(fā)育的儲(chǔ)層砂巖中,而浸染狀方解石膠結(jié)形成致密的鈣質(zhì)砂巖。

3 儲(chǔ)集空間類型

研究區(qū)新河組砂巖的儲(chǔ)集空間有粒間孔隙、長(zhǎng)石溶蝕孔隙、火山巖屑溶蝕孔隙和方解石膠結(jié)物內(nèi)溶蝕孔隙等4種類型(圖2,圖3)。后三者是次生粒內(nèi)(包括碎屑顆粒和膠結(jié)物顆粒內(nèi))孔隙,這一點(diǎn)無(wú)異議。無(wú)法準(zhǔn)確判斷粒間孔隙是原生粒間孔隙還是次生粒間孔隙的原因在于難于判別星點(diǎn)狀方解石是晚期膠結(jié)物還是早期膠結(jié)物的溶解殘余。若是早期方解石膠結(jié)物的溶解殘余,那么粒間孔隙是次生孔隙;若是晚期膠結(jié)物,則粒間孔隙是原生孔隙。于是,儲(chǔ)集空間類型的識(shí)別就轉(zhuǎn)化為對(duì)星點(diǎn)狀方解石膠結(jié)和溶解的識(shí)別。

為了充分有效地識(shí)別粒間孔隙是原生孔隙還是次生孔隙,先假設(shè)兩種情況,即星點(diǎn)狀方解石是晚期膠結(jié)物或早期膠結(jié)物溶蝕殘余,然后從鏡下觀察入手,以成巖作用序列為主線將微觀現(xiàn)象有機(jī)地聯(lián)系起來(lái),進(jìn)而分析哪一種假設(shè)更具有客觀真實(shí)性。文中將油氣成藏之前、之時(shí)和之后的砂巖成巖過(guò)程分別稱之為成巖早期、成巖中期和成巖晚期。雅布賴盆地構(gòu)造演化史分析表明,新河組砂巖油藏的形成時(shí)間為晚侏羅世中后期,之后,埋藏深度變淺,烴源巖停止生烴,油氣成藏活動(dòng)基本結(jié)束(吳曉智等,2015;高崗等,2017)。

3.1 假設(shè)星點(diǎn)狀方解石為晚期膠結(jié)物

假設(shè)星點(diǎn)狀方解石為成巖晚期的膠結(jié)物,則粒間孔隙為原生粒間孔隙。

浸染狀方解石膠結(jié)的砂巖,碎屑顆粒間的接觸關(guān)系通常表現(xiàn)為點(diǎn)狀或基底式接觸,標(biāo)示其形成于成巖早期,這種認(rèn)識(shí)已被廣泛接受。在團(tuán)塊狀和斑塊狀方解石發(fā)育的微域中,碎屑顆粒之間也通常表現(xiàn)為點(diǎn)狀或基底式接觸關(guān)系,說(shuō)明團(tuán)塊狀和斑塊狀方解石也形成于成巖早期。

陸相砂巖中,碎屑顆粒次生加大的物源通常是長(zhǎng)石和富長(zhǎng)石質(zhì)碎屑溶蝕所產(chǎn)生的流體,而長(zhǎng)石和富長(zhǎng)石質(zhì)碎屑顆粒的溶蝕需要酸性流體作為溶蝕劑。一般情況下,酸性溶蝕流體有3個(gè)來(lái)源:有機(jī)酸流體、大氣水和深源CO2流體(Shanley and Cluff, 2015)。分析具體地質(zhì)情況可知,新河組砂巖經(jīng)歷過(guò)構(gòu)造抬升,但并未曾到達(dá)地表遭受過(guò)大氣水淋濾。雖然發(fā)育基底斷裂,但目前仍未發(fā)現(xiàn)有深源CO2流體對(duì)新河組砂巖溶蝕的跡象。因此,有機(jī)酸流體是砂巖遇到酸性溶蝕流體的唯一機(jī)會(huì),這已經(jīng)被構(gòu)造演化(鐘瑋等,2013;楊波等,2018)和油氣成藏研究所證實(shí)(吳曉智等,2015;高崗等,2017)。

綜合微觀現(xiàn)象分析,推斷雅布賴盆地新河組砂巖的成巖作用序列為:成巖早期的浸染狀、團(tuán)塊狀、斑塊狀方解石膠結(jié)物→成巖中期油氣充注→成巖早期的方解石膠結(jié)物溶解→長(zhǎng)石和火山巖巖屑溶蝕→碎屑顆粒次生加大→成巖晚期星點(diǎn)狀方解石膠結(jié)→團(tuán)塊狀、斑塊狀和星點(diǎn)狀方解石溶解。但基于這種假設(shè)的成巖作用序列分析有以下3點(diǎn)不足之處。

(1)上已述及,成巖中期的有機(jī)酸是砂巖遇到酸性溶蝕流體的唯一機(jī)會(huì),因此,成巖晚期的星點(diǎn)狀方解石膠結(jié)物錯(cuò)過(guò)了有機(jī)酸對(duì)其進(jìn)行改造的時(shí)間。那么,星點(diǎn)狀方解石的溶蝕流體誰(shuí)提供的說(shuō)不清楚。

(2)成巖早期能夠形成體積較大的團(tuán)塊狀和斑塊狀方解石,為何不在鄰近的原生粒間孔隙中沉淀體積較小的星點(diǎn)狀方解石。這顯然難以給出合理的回答。

(3)點(diǎn)狀方解石膠結(jié)的微域,原生粒間孔隙多,碎屑顆粒間的接觸關(guān)系也常見(jiàn)點(diǎn)接觸和基底式接觸,表明壓實(shí)作用較弱,這顯然不符合一般地質(zhì)規(guī)律。浸染狀、團(tuán)塊狀、斑塊狀方解石發(fā)育的微域,因方解石形成于成巖早期,具有抗壓實(shí)作用,碎屑顆粒之間點(diǎn)狀和基底式接觸是符合常理的。而粒間孔隙發(fā)育的微域,在成巖中期埋深曾超過(guò)3000 m的情況下,碎屑顆粒間仍能保持點(diǎn)狀和基底式接觸關(guān)系是令人難以接受的。

3.2 假設(shè)星點(diǎn)狀方解石為早期膠結(jié)物的溶解殘余

成巖中期的有機(jī)酸是新河組砂巖遭遇酸性溶蝕流體的唯一機(jī)會(huì),那么,具有溶蝕現(xiàn)象的團(tuán)塊狀、斑塊狀和星點(diǎn)狀方解石是浸染狀方解石的溶蝕殘余的解釋最為令人信服,其典型成巖作用序列為:成巖早期浸染狀方解石膠結(jié)→成巖中期油氣充注→浸染狀方解石溶解為團(tuán)塊狀、斑塊狀及星點(diǎn)狀殘余→長(zhǎng)石和火山巖巖屑溶蝕→碎屑顆粒次生加大,成巖晚期沒(méi)有發(fā)生過(guò)明顯的成巖現(xiàn)象(圖4)。

圖4 雅布賴盆地新河組砂巖方解石膠結(jié)與溶解成巖作用過(guò)程圖解Fig.4 Diagenesis process of caltite cementation and dissolution in the Xinhe Formation sandstones, Yabrai Basin

成巖早期,泥質(zhì)沉積物壓實(shí)作用的強(qiáng)度大于砂質(zhì)沉積物壓實(shí)作用的強(qiáng)度,砂、泥質(zhì)沉積物中的流體產(chǎn)生壓差,于是泥質(zhì)沉積物中的碳酸鈣過(guò)飽和壓釋水源源不斷地進(jìn)入相鄰砂巖,方解石在碎屑顆粒之間沉淀下來(lái),形成浸染狀方解石膠結(jié)物,砂質(zhì)沉積物轉(zhuǎn)化為致密的鈣質(zhì)砂巖(圖4a)。

成巖中期,有機(jī)質(zhì)達(dá)到熱成熟,開始生成油氣并產(chǎn)生有機(jī)酸。在生烴增壓作用下,油源巖與砂巖之間產(chǎn)生壓力差,油氣攜帶有機(jī)酸進(jìn)入砂巖。浸染狀方解石遇到有機(jī)酸發(fā)生一致性溶解,產(chǎn)生方解石溶孔,賦存狀態(tài)轉(zhuǎn)化為團(tuán)塊狀,并使部分碎屑顆粒有機(jī)會(huì)與流體接觸。長(zhǎng)石和火山巖巖屑遇到有機(jī)酸發(fā)生非一致性溶解,產(chǎn)生次生粒內(nèi)孔隙,并在就近的碎屑顆粒表面形成次生加大(圖4b)。

隨著油氣持續(xù)充注,方解石繼續(xù)發(fā)生一致性溶解,團(tuán)塊狀方解石大多轉(zhuǎn)化為斑塊狀和星點(diǎn)狀方解石,方解石溶蝕孔隙轉(zhuǎn)化為次生粒間孔隙,物性得到明顯改善,流體運(yùn)移通道暢通,長(zhǎng)石和火山巖屑溶蝕產(chǎn)生的流體能夠及時(shí)地移出,它們的溶蝕作用由非一致性溶解轉(zhuǎn)化為一致性溶解,碎屑顆粒的次生加大作用停止(圖4c)。成巖中期末,由于構(gòu)造抬升,油源巖生烴作用停止,油氣充注活動(dòng)結(jié)束,砂巖油藏形成。

成巖晚期,砂巖的孔隙空間幾乎全被石油占據(jù),成巖作用停止。

從兩種假設(shè)的對(duì)比分析可以看出,星點(diǎn)狀方解石為成巖早期浸染狀方解石的溶解殘余的說(shuō)法更為合理,成巖環(huán)境演化和成巖作用序列脈絡(luò)清晰,所有微觀現(xiàn)象都能夠得到很好地解釋。

調(diào)研相關(guān)研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),對(duì)方解石膠結(jié)物形成時(shí)間的看法目前仍然比較混亂,主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:①以賦存狀態(tài)確定形成時(shí)間,將浸染狀、團(tuán)塊狀、斑塊狀及星點(diǎn)狀方解石視為不同時(shí)期從孔隙流體中沉淀的,認(rèn)為星點(diǎn)狀方解石所在的粒間孔隙為原生孔隙(譚先鋒等,2015;沈健,2020);②認(rèn)為浸染狀方解石形成于成巖早期,其他賦存狀態(tài)的方解石為成巖中期或成巖晚期的膠結(jié)物(鐘金銀等,2011,李陽(yáng)等,2018;陳秀艷等,2020);③依據(jù)地球化學(xué)(如碳氧同位素、流體包裹體)分析測(cè)試數(shù)據(jù)確定形成時(shí)間,認(rèn)為各種賦存狀態(tài)的方解石形成于成巖中期或成巖晚期(Sun et al.,2014;付鎖堂等,2015;王曄桐等,2020)。這些認(rèn)識(shí)的不足之處有6點(diǎn):①實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,體積1 cm×50 cm×50 cm、孔隙度40%、含3倍過(guò)飽和海水的砂層只能沉淀一個(gè)直徑約1.25 mm的方解石球粒(Pettijohn et al., 1972),因此要形成砂巖中的方解石膠結(jié)物需要有足夠的過(guò)飽和碳酸鈣流體源源不斷地供給,除泥巖壓釋水外,還有哪種流體可以持續(xù)不斷地向砂巖提供如此多的過(guò)飽和碳酸鈣?②成巖中期,油氣攜帶有機(jī)酸進(jìn)入砂巖,砂巖總體處于酸性流體中,不適宜方解石沉淀;③成巖后期,孔隙中通常是可流動(dòng)油氣和束縛水,總體表現(xiàn)為惰性成巖場(chǎng),不可能形成大量方解石或其他碳酸鹽膠結(jié)物;④不同賦存狀態(tài)方解石發(fā)育的微域,碎屑顆粒之間的接觸關(guān)系通常極為相似,以基底式接觸、點(diǎn)接觸和線接觸共存,這表明它們大致形成于同一時(shí)間;⑤碳氧同位素和流體包裹體分析測(cè)試數(shù)據(jù)多解性強(qiáng),對(duì)它們的解釋必須服從于巖石學(xué)證據(jù)(Pettijohn et al., 1972;王大銳,2000;周曉峰等,2018);⑥方解石有溶蝕現(xiàn)象的情況下,往往難以弄清楚溶蝕流體來(lái)自哪里。

綜上分析可知,精細(xì)解剖微觀現(xiàn)象,以成巖環(huán)境演化和成巖作用序列為主線,重視方解石的物質(zhì)和溶蝕流體來(lái)源研究,弄清楚方解石的膠結(jié)和溶解過(guò)程,合理地解釋各種微觀現(xiàn)象的相互關(guān)系,才能有效地識(shí)別儲(chǔ)集空間類型。此次研究查明,雅布賴盆地新河組砂巖中的粒間孔隙為次生孔隙,儲(chǔ)集空間類型由次生粒間孔隙和次生粒內(nèi)孔隙組成,次生粒間孔隙是浸染狀方解石膠結(jié)物一致性溶解的產(chǎn)物,次生粒內(nèi)孔隙包括長(zhǎng)石粒內(nèi)溶蝕孔隙、巖屑粒內(nèi)溶蝕孔隙和方解石膠結(jié)物溶蝕孔隙。

4 結(jié)論

(1)方解石通常是含油氣砂巖體積最大、賦存方式多樣化的膠結(jié)物,成巖信息豐富,其中粒間孔隙中星點(diǎn)狀方解石成因(膠結(jié)或溶解)的認(rèn)識(shí)對(duì)查明粒間孔隙的類型進(jìn)而指導(dǎo)油氣勘探有重要意義。星點(diǎn)狀方解石為成巖晚期的膠結(jié)物則粒間孔隙為原生孔隙,而星點(diǎn)狀方解石為成巖早期方解石的溶蝕殘余則粒間孔隙為次生孔隙。

(2)雅布賴盆地方解石膠結(jié)物具有浸染狀、團(tuán)塊狀、斑塊狀及星點(diǎn)狀等賦存方式,浸染狀方解石形成于成巖早期,而團(tuán)塊狀、斑塊狀及點(diǎn)狀方解石是浸染狀方解石膠結(jié)物的溶蝕殘余,溶蝕流體為成巖中期的有機(jī)酸流體,溶蝕類型為一致性溶解,形成的粒間孔隙為次生孔隙。

(3)含油氣砂巖中粒間孔隙是原生孔隙還是次生孔隙的認(rèn)識(shí)仍不一致,推薦以星點(diǎn)狀方解石的成因(膠結(jié)或溶解)研究作為含油氣砂巖粒間孔隙類型研究的突破口,研究過(guò)程中強(qiáng)調(diào)以巖石學(xué)特征作為第一手資料,以成巖環(huán)境演化和成巖序列分析為主線,重視方解石膠結(jié)物的賦存狀態(tài)與物質(zhì)來(lái)源和溶蝕流體來(lái)源的配置關(guān)系。