沉積巖中自生濁沸石的形成、分布及油氣意義
——以鄂爾多斯盆地中—上三疊統(tǒng)延長組為例

王龍，鄧秀芹，楚美娟，張忠義，任肇才，劉廣林，張文靜，齊亞林

1) 中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安，710018；2) 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，西安，710018

內(nèi)容提要: 自生濁沸石礦物在以巖屑長石砂巖和長石砂巖為主的陸相湖盆儲集層中廣泛發(fā)育，我國幾乎所有含油氣盆地都有關(guān)于濁沸石砂巖儲層的報(bào)道，自生濁沸石的特征、分布、成因及油氣意義亟需系統(tǒng)總結(jié)歸納。筆者等在系統(tǒng)梳理前人成果的基礎(chǔ)上，以鄂爾多斯盆地上三疊 統(tǒng)延長組為例，通過野外剖面、巖芯薄片、掃描電鏡、能譜分析等手段，結(jié)合濁沸石成因演化理論模型和鄂爾多斯盆地區(qū)域演化史，明確了延長組濁沸石的巖石學(xué)特征、成巖演化、成因機(jī)制和時(shí)空分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)自生濁沸石是一種容易在低溫堿性成巖環(huán)境下形成的富鈣的水鋁硅酸鹽膠體礦物，相對密度小、抗壓易溶、對成巖環(huán)境敏感，在特定條件下可作為成儲、成藏過程中的示蹤礦物。其次生優(yōu)質(zhì)溶蝕相儲集層時(shí)間上主要處于中成巖期A 階段，空間上主要受控于物源、沉積相帶和鄰近的烴源巖及輸導(dǎo)體溝通下的成巖流體作用。并基于上述認(rèn)識，對鄂爾多斯盆地延長組長10的下步勘探評價(jià)提供了理論依據(jù)和優(yōu)選了有利目標(biāo)。

沸石族礦物是含水的Na、Ca架狀結(jié)構(gòu)鋁硅酸鹽礦物，最早由瑞典礦物學(xué)家克朗斯提在1756年發(fā)現(xiàn)于冰島，因灼燒時(shí)會產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象而得名，截止目前已發(fā)現(xiàn)40余種(Hay，1966，2001)。其中數(shù)種沸石礦物，尤其是濁沸石對儲層甜點(diǎn)的形成和油氣的富集具有重要意義：①濁沸石膠結(jié)與濁沸石化作用導(dǎo)致粒間孔顯著減少，使儲層致密化；②濁沸石含量及溶蝕程度與儲層物性密切相關(guān)，其次生溶孔的形成使一些原本已很致密的儲集巖重獲新生；③濁沸石礦物被認(rèn)為是影響儲層改造和壓裂性能的關(guān)鍵因素之一；④濁沸石對油氣成藏具有一定的指示和示蹤意義(Helmold and Kamp，1984；朱國華，1985；Iijima，2001；付國民等，2010；Wang Jian et al., 2020；Yang Shuai et al., 2021；楊川等，2021)。

盡管關(guān)于沉積層序中自生濁沸石的研究取得了豐碩的成果，但導(dǎo)致其形成、溶解的主控因素仍不清楚，包括初始沉積物組成、滲流條件、地層溫度和壓力、地層水化學(xué)性質(zhì)和濁沸石骨架中硅鋁含量比等(白清華等，2009；Voltolini et al., 2012;Koporulin，2013)。濁沸石對次生優(yōu)質(zhì)儲集層的貢獻(xiàn)，對油氣聚集成藏的影響，對溫度、壓力的敏感性等，不同研究人員所獲結(jié)論差別較大(柳益群，1996；Morrow and Byerlee，2013；Chen Beibei et al., 2020；楊川等，2021)。這影響了對濁沸石次生溶孔型儲層展布范圍的判斷和有利勘探目標(biāo)的預(yù)測(Yanagimoto and Iijima，2004；連麗霞等，2017；Yang Shuai et al., 2021)。

鄂爾多斯盆地中—上三疊統(tǒng)延長組鉆井資料豐富，不同沉積體系、不同層系自生濁沸石的分布、含量及溶蝕程度變化大，為沉積層序中自生濁沸石的成因、展布和與油氣關(guān)系研究奠定了良好條件(朱國華，1985；白清華等，2009；鄧秀芹等，2011；齊世超，2013)。筆者等在系統(tǒng)梳理前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合濁沸石成因演化理論模型和鄂爾多斯盆地區(qū)域演化史，對比分析了延長組自生濁沸石的巖石學(xué)特征、成因機(jī)制和時(shí)空展布規(guī)律，探討了自生濁沸石對成儲、成藏的影響及示蹤意義，為沉積巖中自生濁沸石非均質(zhì)分布和形成提供了新的線索和思考，也為延長組和其他類似盆地濁沸石砂巖的油氣勘探提供了理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地橫跨陜甘寧蒙晉五省區(qū)，又稱陜甘寧盆地，面積約2.5×105km2，是我國第二大沉積盆地。盆地油氣資源豐富，經(jīng)過50年的勘探開發(fā)，2020年建成了我國首個(gè)年產(chǎn)6000萬噸級別的特大型油氣田，開創(chuàng)了中國石油工業(yè)發(fā)展史上的新紀(jì)元(唐大麟和付鎖堂，2021)。三疊系延長組是盆地最主要的含油氣層系之一，其沉積時(shí)期為典型的大型內(nèi)陸坳陷盆地，呈西翼陡窄東翼寬緩的不對稱南北向矩形形態(tài)(圖1)。盆地邊緣構(gòu)造背景復(fù)雜，造成來自盆地周緣不同物源區(qū)的物質(zhì)充填，形成類型多樣的沉積體系，沉積物碎屑成分、重礦物組合等分區(qū)分帶性明顯，主要發(fā)育東北、西南、西北三大沉積體系(鄧秀芹等，2011；圖1)。

在延長組沉積期，湖盆經(jīng)歷了發(fā)生、發(fā)展、全盛、衰退乃至消亡的演化過程，自下而上分為10個(gè)油層組(長10—長1)，3個(gè)成藏組合(圖1)。延長組下組合(長8—長10)為湖盆發(fā)展初期沉積，主要為河流相—湖泊—三角洲相沉積，砂巖粒度相對較粗，長石、巖屑含量高，砂巖類型在盆地范圍內(nèi)的差異性不明顯。延長組中組合(長7—長4+5)為湖盆穩(wěn)定下沉至回返期，其中在長7沉積時(shí)湖盆達(dá)到了全盛，形成了盆地中生界最好的一套生油巖——半深、深湖亞相暗色泥巖和油頁巖，砂巖以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，具有顯著的東西分帶性，東北體系長石含量一般高達(dá)50%以上，西部和西南物源控制區(qū)石英碎屑含量較高(平均44.9%)，長石含量較低(平均17.3%)，見碳酸鹽碎屑。延長組上組合(長3—長1)為湖盆抬升收縮至消亡期，湖水迅速退縮變淺，沉積物沉積速度明顯大于湖盆下降速度，三角洲平原亞相分流河道砂體發(fā)育，砂巖粒度相對較粗，以細(xì)砂巖、中砂巖為主，砂巖類型與中組合相似，殘留湖泊洼地和泛濫沼澤相暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖廣布(鄧秀芹等，2011)。

圖1 鄂爾多斯盆地中—上三疊統(tǒng)延長組沉積體系展布(左圖)及地層綜合柱狀圖(右圖)Fig. 1 Depositional system distribution (left) and comprehensive stratigraphic column (right) of the Middle—Upper Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin

2 濁沸石特征及產(chǎn)狀

沉積巖中自生濁沸石主要發(fā)現(xiàn)于富含火山巖屑和鈣長石的陸相或海相陸源碎屑巖中，以礫巖、含礫砂巖和砂巖為主，粉砂巖和泥巖中少見(Koporulin，2013)。延長組也不例外，自生濁沸石礦物主要賦存于中、細(xì)粒長石砂巖和巖屑長石砂巖中(圖2)。鑒于方便性和自生濁沸石的特殊性，一般將濁沸石含量>0.5%的砂巖統(tǒng)稱為“濁沸石砂巖”，本文采用這一命名方案(盧文忠等，2004)。

由于含鐵的氫氧化物等，濁沸石通常呈粉紅色、紅色，使延長組濁沸石砂巖普遍具有麻斑狀結(jié)構(gòu)，俗稱“愚人花崗巖”，在露頭砂巖中最為明顯(圖2a、b)。鏡下觀察亦表明，這些斑點(diǎn)由濁沸石膠結(jié)物分布不均造成，肉紅色的斑點(diǎn)為濁沸石膠結(jié)部位，而那些非肉紅色的部位則未被濁沸石膠結(jié)(圖2)。濁沸石不僅整體因含量不均而呈麻斑狀，縱向上含量也會因粒度、層理變化而變化，可見濁沸石較富集區(qū)順層狀展布的現(xiàn)象，粒度較粗、分選較好的砂巖中濁沸石含量較高(Wang Jian et al., 2020；圖2b)。

鉆井取心中，濁沸石氧化較弱(圖2c)或未被氧化(圖2d)，砂巖的麻斑狀結(jié)構(gòu)相對不明顯，但砂體若含油往往會呈現(xiàn)出較為明顯的麻點(diǎn)狀或不均勻狀含油特征(圖2e)。這是不均勻分布的濁沸石發(fā)生溶蝕，或雖然濁沸石大面積分布但只是部分溶蝕，形成的特殊的孔隙分布被油氣充注后的呈現(xiàn)：含油麻點(diǎn)部位的濁沸石已強(qiáng)烈溶蝕，其余部位濁沸石未溶、輕微溶蝕或不含濁沸石(朱國華，1985)。麻點(diǎn)狀含油特征在砂巖粒度較細(xì)、物性致密(如陜北長6油層)的情況下明顯，而在物性較好的砂巖儲層中(如陜北長10油層組)則不明顯。

圖2 鄂爾多斯盆地中—上三疊統(tǒng)延長組濁沸石砂巖的宏觀及微觀特征Fig. 2 The macroscopic and microscopic characteristics of laumontite sandstone of the Middle—Upper Triassic Yanchang Formation, Ordos Basin(a)延長組底部大套厚層濁沸石砂巖，因濁沸石含量不均呈麻斑狀(紅色箭頭)，長10，吳堡剖面；(b)圖a的局部放大，整體為麻斑狀結(jié)構(gòu)，可見濁沸石順層狀分布現(xiàn)象(紅色箭頭)；(c)麻斑狀濁沸石砂巖，濁沸石氧化較弱，呈粉紅色(紅色箭頭)，長10，G43井，2412.32 m；(d)麻斑狀濁沸石砂巖，濁沸石未被氧化，長10，W519-27井，1721.27 m；(e)因濁沸石溶蝕導(dǎo)致的麻點(diǎn)狀含油特征(紅色箭頭)，長6，Q14井，1101.13 m；(f)圖c樣品的鏡下照片，濁沸石無色低負(fù)突起，斑狀充填孔隙(紅色箭頭)，單偏光；(g)濁沸石呈連晶狀充填大部分孔隙并交代碎屑(紅色箭頭)，長10，D38井，2427.23 m，正交光；(h)兩種產(chǎn)狀的自生濁沸石，充填孔隙(藍(lán)色箭頭)或交代長石顆粒(紅色箭頭)，長6，Q5井，1083.83 m，正交光 (a) The large set of thick laumontite sandstone appears as porphyritic feature (red arrows) due to the uneven content of laumontite at the bottom of the Yanchang Formation, the Chang-10, Wubao Section; (b) the partial enlargement of porphyritic feature from figure (a), which concentrate along the layer (red arrows); (c) the porphyritic feature of laumontite sandstone which presents as pink due to oxide (red arrows), the Chang-10, the Well G43, 2412.32 m; (d) the porphyritic feature of laumontite sandstone without oxidation, the Chang-10, the Well W519-27, 1721.27 m; (e) the mottled oil-bearing characteristics caused by the partial dissolution of laumontite (red arrows), the Chang-6, the Well Q14, 1101.13 m; (f) the laumontite presents as colorless and low negative protuberance (red arrows) under polarized microscope, filled intergranular pores as porphyritic feature, the Chang-10, the Well G43, 2412.32 m; (g) the joined laumontite crystal fills most pores or replaces debris (red arrows), the Chang-10, the Well D38, 2427.23 m; (h) two different kinds of occurrence of laumontite, filling pores (blue arrows) or replacing feldspar particles (red arrows), the Chang-6, the Well Q5, 1083.83 m

在偏光顯微鏡下，濁沸石呈低負(fù)突起，干涉色一級灰白，發(fā)育兩組近垂直的完全解理(但往往只能觀察到一組)。延長組濁沸石產(chǎn)狀主要有兩種：一是以膠結(jié)物形式充填粒間孔，二是交代長石等碎屑顆粒(圖2f—h)。以膠結(jié)物形式產(chǎn)出的濁沸石，形態(tài)以斑狀和連晶狀最為常見，前者斑塊狀、補(bǔ)丁狀充填孔隙(圖2f)，后者晶體形態(tài)呈沿c軸延長的柱狀、針狀、纖維狀或放射狀集合體，在正交偏光鏡下同時(shí)消光(圖2g)。交代形成的濁沸石產(chǎn)狀主要表現(xiàn)為沿解理交代長石顆粒、火山巖巖屑中的長石斑晶或其他碎屑顆粒，以交代斜長石碎屑最為常見，交代強(qiáng)度從碎屑邊緣輕微交代到整個(gè)顆粒幾乎全被替換不等(圖2h)。當(dāng)濁沸石強(qiáng)烈充填粒間孔、或完全交代碎屑顆粒時(shí)，相鄰孔隙或碎屑顆粒之間的邊界，通常由5～30 μm厚的綠泥石膜標(biāo)記而被識別(圖2f—h)。此外，偶然可見濁沸石作為包裹石英等碎屑顆粒的礦物，以次生加大等方式產(chǎn)出。掃描電鏡下濁沸石呈現(xiàn)板狀或板柱狀—針狀，常表現(xiàn)為鑲嵌狀連生晶體形式，在一些粒度相對偏粗、剩余粒間孔孔徑較大的砂巖中，自生濁沸石的板狀晶形清晰可見。

3 濁沸石成因機(jī)制

濁沸石曾被廣泛當(dāng)作變質(zhì)作用的開始相，成巖作用結(jié)束主要以濁沸石開始出現(xiàn)為標(biāo)志(Hay，1966；柳益群，1996)。20世紀(jì)下半葉以來，國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家發(fā)表了大量關(guān)于沉積層序中自生濁沸石的出版物，對其形成條件的假設(shè)產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性的演變，認(rèn)為沉積巖中自生濁沸石主要作為成巖礦物相而不是變質(zhì)相存在。這些成因假設(shè)包括：①凝灰質(zhì)等火山物質(zhì)的水化蝕變(Hay，1966；白清華等，2009；Wang Jian et al., 2020)；②鋁硅酸鹽的水解及斜長石的鈉長石化(Noh and Boles，1993; 齊世超，2013；李振華等，2014；王朝等，2019)；③成巖流體作用(Iijima，2001；付國民等，2010；Koporulin，2013)；④黏土礦物蝕變(Iijima，2001；Yanagimoto and Iijima，2004；Koporulin，2013)；⑤其他沸石礦物的轉(zhuǎn)化(Iijima，2001；李振華等，2014)；⑥高嶺石與方解石高溫反應(yīng)下形成(黃思靜等，2001；李斌等，2003)。

將鄂爾多斯盆地延長組物質(zhì)來源、成巖流體性質(zhì)和溫壓條件等與上述6種成因?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，其中成因④～⑥明顯與延長組地質(zhì)特征及儲層熱演化史不相符，例如高嶺石與方解石反應(yīng)形成濁沸石溫度需要>160℃，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了延長組熱演化溫度，也未發(fā)現(xiàn)大量蒙脫石黏土礦物或方沸石等其他沸石礦物，可用來蝕變轉(zhuǎn)化形成濁沸石。成因①～③對延長組濁沸石的形成都有貢獻(xiàn)，但斜長石的鈉長石化和堿性成巖流體占據(jù)主導(dǎo)作用，兩者相輔相成共同作用，造成了現(xiàn)今延長組自生濁沸石的分布格局。

3.1 火山物質(zhì)蝕變

延長組凝灰質(zhì)等火山物質(zhì)對濁沸石的形成有一定貢獻(xiàn)(圖3)。在佳縣佳蘆河剖面，可以直接觀察到長7底部凝灰?guī)r層濁沸石化現(xiàn)象(圖3a)，蝕變后的凝灰?guī)r呈粉紅色，并局部下滲膠結(jié)長8砂巖，使長8頂部砂巖也呈粉紅色(圖3b)。在巖芯薄片中也能觀察到濁沸石呈連晶狀基底式膠結(jié)的現(xiàn)象，碎屑顆粒呈飄浮狀或點(diǎn)狀接觸、壓實(shí)程度低，記錄了火山物質(zhì)在早成巖早期的溶解和水化，為濁沸石早期沉淀提供了物質(zhì)來源(圖3c)。

雖然火山物質(zhì)對延長組濁沸石的形成有貢獻(xiàn)，但并非主要因素。大量的巖礦觀察表明，延長組凝灰質(zhì)的濁沸石化作用發(fā)生在局部和有限范圍內(nèi)，凝灰?guī)r等厚圖與濁沸石分布圖也不存在明顯的耦合關(guān)系(圖4)。晚三疊世，盆地南緣發(fā)生了一系列強(qiáng)烈的構(gòu)造活動，同時(shí)伴生的火山作用導(dǎo)致盆地凝灰?guī)r廣泛發(fā)育(白清華等，2009；Wang Jian et al., 2020)。從平面分布來看，盆地西南部及姬塬地區(qū)凝灰?guī)r層較厚較為發(fā)育，但濁沸石相對不發(fā)育；從層系來看，凝灰?guī)r作為同期構(gòu)造火山活動的沉積產(chǎn)物，在長7油層組中最為發(fā)育，但該層并未觀察到濁沸石的大量分布。考慮到長7油層組凝灰?guī)r與泥頁巖頻繁互層分布，有機(jī)質(zhì)演化過程中低PH值的酸性流體可能阻礙了濁沸石的沉淀，我們選取凝灰?guī)r和濁沸石都較為發(fā)育的長9油層，繪制了兩者的平面分布圖，同樣未能觀察到明顯的耦合關(guān)系(圖4)。

圖3 鄂爾多斯盆地中—上三疊統(tǒng)延長組凝灰質(zhì)和火山物質(zhì)水化蝕變形成濁沸石Fig. 3 The formation of laumontite by alteration of tuffaceous and volcanic materials, the Middle—Upper Triassic Yanchang Formation, Ordos Basin(a)延長組長73頁巖底部凝灰?guī)r濁沸石化，長8頂部砂巖局部也被影響，佳縣剖面；(b)為圖(a)的局部放大，濁沸石因鐵的氫氧化物存在而呈粉紅色；(c)濁沸石基底式膠結(jié)，顆粒漂浮狀，Q3井，長10(a) The laumontitization of tuff at the bottom of the shale Chang 73 Member, and the sandstone at the top of the Chang 8 is also partially affected, the Yanchang Formation, Jiaxian section; (b) the laumontite sandstone shows pink due to the presence of iron hydroxide, from the partial enlargement of figure (a); (c) the clastic particles present as floating state due to basal cementation of laumontite, the Well Q3, Chang-10

圖4 鄂爾多斯盆地中—上三疊統(tǒng)延長組長9油層組凝灰?guī)r(a)及濁沸石(b)平面分布圖Fig. 4 The distribution of tuff (a) and laumontite (b) of the Chang-9 oil layer, Yanchang Formation, in Ordos Basin

3.2 斜長石鈉長石化作用

延長組濁沸石對斜長石的交代，以及鈣長石、鈉長石與濁沸石共生現(xiàn)象普遍，且濁沸石的分布與長石砂巖伴生，表明斜長石的鈉長石化作用是形成濁沸石的主要原因(圖2，5)。濁沸石的形成需要高濃度的SiO2和堿性離子。在成巖作用的早期，富含長石的砂巖化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，尤其是斜長石，在低溫下就能水解蝕變，為濁沸石的形成提供物質(zhì)來源(Lander and Bonnell，2010)。有關(guān)濁沸石形成的化學(xué)反應(yīng)常常以理想的端元長石礦物作為反應(yīng)物進(jìn)行計(jì)算，但沉積巖中的斜長石大多為中間相，其形成按以下反應(yīng)式進(jìn)行：

yCaAl2Si4O12·4H2O(濁沸石)+xNaAlSi3O8(鈉長石)

(1)

圖5 鄂爾多斯盆地中—上三疊統(tǒng)延長組斜長石濁沸石化現(xiàn)象Fig. 5 The laumontitization of detrital plagioclase from the Yanchang Formation in Ordos Basin(a)濁沸石充填粒間孔和交代斜長石，斜長石碎屑正在濁沸石化(黃色圈)，左邊已轉(zhuǎn)化為濁沸石，光性特征與充填粒間孔的濁沸石膠結(jié)物一致，右邊保留了斜長石礦物特征，D28井，長9，2162.60 m；(b)與濁沸石伴生的斜長石鈉長石化，圖(c)、(d)為圖(b)紅色十字標(biāo)記處的能譜分析，B42井，長9，2497.13 m(a) The laumontite filled intergranular pores and replaced plagioclase can be observed, and the laumontitization of the detrital plagioclase is in progress (yellow circle), noting that the left part has been transformed into laumontite which optical characteristics are consistent with the laumontite cement filled with intergranular pores, but the right remains mineral characteristics of plagioclase, the Well D28, the Chang-9, 2162.60 m; (b) the albitization of plagioclase associated with laumontitization; figures (c) and (d) are the energy spectrum analysis at the red cross marked in Figure (b). the Well B42, the Chang-9, 2497.13 m

鄂爾多斯盆地延長組砂巖的長石碎屑含量與濁沸石分布具有較高的一致性。決定延長組長石碎屑含量最主要的因素是物源，并受古構(gòu)造、氣候條件等影響，最終導(dǎo)致東北和西南兩大沉積體系的長石含量及類型差別最為明顯(圖1)。延長組沉積時(shí)期，東北物源較西南物源，長石碎屑含量明顯要高，長石中斜長石含量也較鉀長石高，自生濁沸石更為發(fā)育。具體而言，在延長組沉積早期，盆地初始形成，砂巖粒度較粗，顆粒主要呈次棱角狀；碎屑沉積物成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低，長石含量高，自生濁沸石在全盆地范圍都有發(fā)育(圖6)。延長組沉積后期，長石含量明顯變低，但東北體系仍廣泛發(fā)育結(jié)構(gòu)成熟度較高，成分成熟度較低的巖屑長石砂巖和長石砂巖，碎屑中長石含量接近一半，其結(jié)果是濁沸石無論含量還是分布層系都較西南體系都更高、更普遍(圖6)。

圖6 鄂爾多斯盆地東北、西南體系延長組不同層系長石與濁沸石分布圖Fig. 6 The distribution of feldspar and laumontite in the Chang-1 to Chang-10 oil-layer groups, the Yanchang Formation, from northeast and southwest depositional systems in Ordos Basin

作為參與形成濁沸石的反應(yīng)物之一，只有當(dāng)長石端元的含量在碎屑中的含量超過32% 時(shí)才能形成濁沸石。但較高的長石含量是濁沸石形成的必要而非充分條件，延長組東北體系砂巖中長石含量幾乎都超過了這個(gè)閥值，但濁沸石膠結(jié)物分布差異大，長石含量與濁沸石含量也沒有明顯的正比關(guān)系(圖6)。這是因?yàn)闈岱惺男纬蛇€與溫度、壓力、PH值、有機(jī)酸、金屬和堿金屬離子濃度、火山碎屑等不穩(wěn)定組分的水化蝕變和黏土礦物的轉(zhuǎn)化等因素有關(guān)。

3.3 成巖流體作用

在封閉成巖環(huán)境中，主要是固體相態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，斜長石中的鈣長石分子容易遭受分解，發(fā)生鈉長石化即可生成自生沸石類礦物(式(1)；圖5，圖7a)。但延長組中濁沸石更多的是以膠結(jié)物的形式充填粒間，反映了水—巖之間較強(qiáng)的相互作用(圖7b—f)。如果成巖流體為富含Na+的開放環(huán)境，濁沸石的鈉長石化過程按以下反應(yīng)式進(jìn)行：

2NaAlSi3O8(鈉長石)+Ca2++ CaAl2Si4O12·4H2O(濁沸石)

(2)

作為鈉、鈣以任意比例混溶的固溶體，斜長石的水解和鈉長石化作用會使其向鈉長石端元轉(zhuǎn)變(交代作用為主，圖5)，提高孔隙水中鈣離子的濃度。同時(shí)，鋁硅酸鹽的水解形成大量溶解陽離子和膠體狀二氧化硅，這些離子從溶液中重組后再次沉淀，形成濁沸石膠結(jié)物和少量自生鈉長石礦物(7b)。在這種堿性水介質(zhì)條件下，因Ca2+的富余，濁沸石不再是唯一的含鈣自生礦物(膠結(jié)物為主)，方解石等鈣質(zhì)成巖礦物將與濁沸石一起以膠結(jié)物的形式沉淀，呈共生現(xiàn)象(見下式和圖7c)：

(3)

因而，濁沸石的形成不僅需要堿性的成巖環(huán)境，還需要綜合考慮各組分的競爭平衡關(guān)系，較高的pH 值、較低的CO2分壓條件，富Na+、高pH值的孔隙水條件有利于濁沸石的沉淀(Dutton，2008；黃可可等，2016)。濁沸石的沉淀限制了自生碳酸鹽和石英的生成，使得濁沸石較為發(fā)育的儲層中碳酸鹽膠結(jié)物和自生石英相對不發(fā)育，所以整體來看濁沸石與方解石膠結(jié)物往往“此消彼長”。

早成巖晚期至中成巖A期，隨著埋深的增大和地層溫度的升高，有機(jī)質(zhì)逐漸成熟并發(fā)生干酪根裂解去羥基作用，成巖環(huán)境由堿性向酸性轉(zhuǎn)化，同時(shí)脂肪酸和脂類在分解時(shí)釋放出大量的CO2，使得成巖環(huán)境中CO2分壓增加，熱力學(xué)計(jì)算表明濁沸石溶解平衡所需的CO2分壓要遠(yuǎn)大于方解石溶解平衡時(shí)所需要的CO2分壓，因而成巖環(huán)境剛進(jìn)入酸性的階段，濁沸石開始溶蝕并伴隨著高嶺石和方解石等碳酸鹽的沉淀(式(4)；圖7d；黃思靜等，2001；袁珍等，2020)：

Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+ CaCO3+2SiO2(硅質(zhì))+2H2O

(4)

圖7 鄂爾多斯盆地延長組與濁沸石形成相關(guān)的微觀現(xiàn)象Fig. 7 The microscopic phenomena related to the formation of laumontite in the Yanchang Formation in Ordos Basin(a)長石的濁沸石化(紅色箭頭)，長7，延河剖面；(b)濁沸石砂巖鏡下見綠泥石膜包裹碎屑顆粒，顆粒間見微晶鈉長石(藍(lán)色箭頭)，Y480井，2232.90 m；(c)呈孔隙式膠結(jié)的濁沸石(藍(lán)色箭頭)和方解石(紅色箭頭)，長6，延河剖面；(d)濁沸石與方解石充填孔隙，濁沸石交代方解石(藍(lán)色箭頭)，長10，X77井，2120.72 m；(e)濁沸石充填粒間孔，局部溶蝕并伴生微晶石英，B42井，2498.40 m；(f)綠泥石膜包裹碎屑顆粒，顆粒間見自生濁沸石、微晶石英及伊利石黏土等，Y480井，2260.17 m。注：圖(a)、(c)為正交光；圖(d)為單偏光；圖(b)，(e)，(f)為掃描電鏡，各圖電子探針打點(diǎn)處見紅色十字標(biāo)記處(a) The laumontitization of feldspar (red arrows), the Chang-7, Yanhe section; (b) the grains are emphasized by chlorite crustification rims and the authigenic albite (blue arrows) can be found between grains in the laumontite sandstone, the Well Yuan 480, 2232.90 m; (c) the porous cementation of laumontite (blue arrows) and calcite (red arrows), the Chang-6, Yanhe section; (d) the calcite is associated and replaced by laumontite (blue arrows), the Chang-10, the Well X77, 2120.72 m; (e) the laumontite filled intergranular pores is partial dissolved associated with formation of microcrystalline quartz, the Well Bai 42, 2498.40 m; (f) the grains are emphasized by chlorite rims, and the authigenic laumontite, microcrystalline quartz and illite clay can be found between grains, the Well Yuan 480, 2260.17 m. Note: the figures (a) and (c) are under crossed polarized microscope, the figure (d) is under single polarized microscope, and the figures (b), (e), (f) are SEM pictures in which the red crosses mark electron probe

當(dāng)延長組埋深至1700 m左右進(jìn)入生烴門限后(羅靜蘭等，2001)，干酪根熱降解脫羧形成的酸性水經(jīng)承壓驅(qū)替進(jìn)入砂層，極大地降低了孔隙水的pH值，濁沸石開始溶蝕并伴隨著高嶺石和硅質(zhì)的沉淀(式5；圖7e)。如果地層埋深較大且為富K+流體，濁沸石的溶蝕則伴隨著伊利石和硅質(zhì)的沉淀(式6；圖7f)。總而言之，濁沸石的溶解與沉淀是一個(gè)可逆反應(yīng)，對溫度、壓力、pH值、有機(jī)酸、金屬和堿金屬離子濃度等敏感，地層水中K+活度越大，Ca2+活度越小，pH值越小，logK越小，濁沸石的溶解反應(yīng)越容易發(fā)生(黃可可等，2016)。

Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+2SiO2(硅質(zhì))+3H2O+ Ca2+

(5)

2KAl3Si3O10(OH)2(伊利石)+6SiO2(硅質(zhì))+3Ca2++12H2O

(6)

3.4 討論

圖8 鄂爾多斯盆地延長組濁沸石與其他礦物的共生關(guān)系Fig. 8 The paragenetic relationship between laumontite and other minerals of the Yanchang Formation in Ordos Basin(a)濁沸石斑狀嵌晶充填粒間孔，粒間孔微殘余，C149井，2298.40 m；(b)圖(a)局部放大，碎屑顆粒表面包裹綠泥石膜，粒間充填沸石膠結(jié)物，濁沸石發(fā)育區(qū)綠泥石膜厚度變小或消失(紅色箭頭)；(c)石英加大Ⅱ～Ⅲ級，粒間孔大多被沸石等填隙物充填，略有殘余，長10，W481井，2192.24 m；(d)成巖礦物生長序列為：綠泥石膜—石英加大—濁沸石充填，綠泥石膜很薄，具粒間孔和濁沸石、長石溶孔，長10，L79井， 2645.40 m；(e)濁沸石充填孔隙或交代長石，普遍溶蝕；綠泥石膜厚度不均一，有濁沸石溶蝕殘余部位略薄，長6，WJ16-155井，1049.94 m；(f)鐵方解石及濁沸石充填孔隙，濁沸石微溶，顆粒普遍被綠泥石膜包裹，濁沸石發(fā)育區(qū)綠泥石膜較薄，鐵方解石發(fā)育區(qū)綠泥石膜則相對要厚，長6，L16井，1611.72 m；(g)綠泥石膜極薄，濁沸石、鐵方解石充填孔隙或交代碎屑，長10，G56井，2280.00 m；(h)碎屑表面包裹綠泥石膜，粒間孔充填沸石及嵌晶方解石膠結(jié)物，B42井，2498.60 m；(i)碎屑顆粒表面積及粒間見沸石、伊利石、綠泥石黏土和微晶石英，仍有粒間孔殘余，長10，W481井，2175.49 m。注：圖(a)，(b)，(c)，(h)及(i)為掃描電鏡照片，其中圖(b)，(h)右上角為各自十字標(biāo)記處的電子探針圖，剩余圖片為單片光鏡照片(a) The porphyritic distribution of laumontite between intergranular pores which little remained, the Well C149, 2298.40 m; (b) the partial enlargement of figure (a), the grains are emphasized by chlorite crustification rims and the laumontite can be found between grains, noting that the chlorite rims usually become thinner or disappear where laumontite cement exists (red arrows); (c) the cementation includes quartz Ⅱ～Ⅲ growth and laumontite cement filled intergranular pores with a little residue, the Chang-10, the Well W481, 2192.24 m; (d) the diagenetic sequence: chlorite rims (very thin)—quartz secondary outgrowth rims—laumontite filling, with intergranular pores remained, as well as some solution pores in laumontite and feldspar, the Chang-10, the Well L79, 2645.40 m; (e) the laumontite fills pores or replaces feldspar, which is generally dissolved; the thickness of chlorite rims is uneven, and it is slightly thinner where laumontite cement exists, the Chang-6, the Well WJ16-155, 1049.94 m; (f) the grains are emphasized by chlorite crustification rims and the pores are filled with iron calcite and laumontite; the chlorite rims are thinner where laumontite cement exists while thicker where iron calcite presents, the Chang-6, the Well L16, 1611.72 m; (g) the cements include very thin chlorite rims, laumontite and iron calcite, the Chang-10, the Well G56, 2280.00 m; (h) the grains are emphasized by chlorite rims and the pores are filled with calcite and laumontite, the Well B42, 2498.60 m; (i) the cements include laumontite, illite, chlorite clay and microcrystalline quartz with intergranular pore residues, the Chang-10, the Well W481, 2175.49 m. Note: figures (a), (b), (c), (h) and (i) are SEM pictures in which the red crosses mark electron probe, and the remaining pictures are under single polarized microscope

截止目前，所有報(bào)道的濁沸石發(fā)育層系都以巖屑砂巖或長石砂巖為主，這是因?yàn)樯皩又谢瘜W(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的長石、火山物質(zhì)、易變巖屑等為濁沸石的形成提供了基本的物質(zhì)基礎(chǔ)。二疊紀(jì)鄂爾多斯盆地北部陰山褶皺帶的形成伴隨著強(qiáng)烈的火山噴發(fā)，這些巖漿活動一直持續(xù)到三疊紀(jì)。在早成巖階段，隨著埋深的增加，火山物質(zhì)水化蝕變，析出Ca2+, Mg2+, K+, Na+等堿性陽離子，為濁沸石的形成提供了可能的物質(zhì)來源。但延長組火山物質(zhì)(包括凝灰質(zhì)和火山碎屑)的貢獻(xiàn)有限，鋁硅酸鹽(斜長石為主)的水解才是形成堿性孔隙水最重要的過程。前人研究表明，斜長石在低溫下是不穩(wěn)定的，而鉀長石在高溫下不穩(wěn)定，因此成巖作用早期以斜長石的溶解為主(Lander and Bonnell，2010)。作為鈣鈉固溶體，斜長石中的鈣長石的溶解速率又比鈉長石快兩倍，導(dǎo)致延長組在早成巖晚期至中成巖期，斜長石發(fā)生了強(qiáng)烈的鈉長石化作用，伴隨著濁沸石的交代和沉淀。值得注意的是，表達(dá)式②反映了斜長石的鈉長石過程，并不代表“一定量的斜長石蝕變作用形成的產(chǎn)物中，有2份鈉長石和1份濁沸石，也就是延長組砂巖中除了含有濁沸石，而且還應(yīng)該存在比濁沸石更豐富的鈉長石(李榮西等，2012)”。大量鏡下觀察表明，延長組不存在自生鈉長石含量比濁沸石豐富的現(xiàn)象，反之，濁沸石晶體內(nèi)可見長石的殘余物，或者呈現(xiàn)長石向濁沸石過渡的結(jié)構(gòu)與光性，說明濁沸石沉淀與斜長石的鈉長石化幾乎同時(shí)發(fā)生(圖5，圖7)。

斜長石等鋁硅酸鹽的水解并不必然伴隨著濁沸石的沉淀，還取決于適合的地層水介質(zhì)條件。較低的CO2分壓條件，較高的pH值、富Ca2+、Na+貧K+的成巖流體有利于濁沸石的形成穩(wěn)定，反之則發(fā)生濁沸石的溶解反應(yīng)。從這個(gè)角度而言，無論富鋁硅酸鹽巖石還是貧鋁硅酸鹽巖石，只要地層水?dāng)y帶足夠的Ca、Si、Al、Na、Fe等離子，都能促使?jié)岱惺恋?。所以在極少的情況下，砂巖碳酸鹽結(jié)核中也有自生濁沸石沉淀(Koporulin，2013)。就鄂爾多斯多斯盆地而言，延長組沉積期構(gòu)造穩(wěn)定、地層平緩、巖性致密，成巖流體滯留效應(yīng)明顯，孔隙流體難以大規(guī)模遷移，鋁硅酸鹽(斜長石為主)的水解和堿性成巖流體的形成相輔相成，共同造就了現(xiàn)今濁沸石的分布格局(魏新善等，2018)。

盡管愈來愈多的案例顯示沉積層序中自生濁沸石的成因是復(fù)雜而多樣的，濁沸石的形成因素仍無定論，需要就事論事具體分析，但綜合前人成果及延長組濁沸石成因，一些共同的成因要素可以得到歸納，包括初始沉積物組成富含火山物質(zhì)或長石類礦物、滲流條件良好、堿性孔隙水等。而原來一些認(rèn)為比較重要的因素，如地層溫度和壓力的升高，并不是形成濁沸石的必要條件，該礦物可以形成于30℃以上很寬泛的溫壓范圍內(nèi)，且能經(jīng)受較大的埋深和較高的溫度，在大約300℃的范圍內(nèi)是穩(wěn)定的(黃思靜等，2001；Koporulin，2013)。

4 濁沸石時(shí)空分布

受控于成因機(jī)制，延長組濁沸石多期發(fā)育、早成巖晚期為主，濁沸石的分布平面上受物源影響，縱向上受成巖流體演化影響，相帶主要發(fā)育在距離烴源巖或泥巖較遠(yuǎn)的水下分流河道微相。

4.1 成巖期次

較早的濁沸石膠結(jié)物沉淀于碎屑顆粒綠泥石環(huán)邊開始生長后不久，表現(xiàn)在綠泥石膜的厚度變化上。當(dāng)粒間孔充填沸石膠結(jié)物時(shí)，孔壁的綠泥石膜厚度變小或消失(圖8b—f)。濁沸石的不均勻充填造成了綠泥石薄膜薄厚不均的變化，表現(xiàn)出兩者同期生長的特征。薄片觀察發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象雖然普遍但不絕對，在不少砂巖中濁沸石充填與綠泥石環(huán)邊毗鄰發(fā)育，但綠泥石膜的厚度差異不大，表明這些濁沸石的生成時(shí)間相對綠泥石膜要晚。

較晚的濁沸石膠結(jié)物的形成時(shí)間稍晚于石英Ⅱ—Ⅲ級的次生加大，但稍早于鐵方解石等晚期碳酸鹽巖膠結(jié)物的沉淀，并且與這兩者的形成時(shí)間有交叉。表現(xiàn)在濁沸石充填在石英加大邊之后或限制了石英的次生加大(圖8d)，濁沸石與(鐵)方解石常常共生但又相互排斥，兩者總是各自分片出現(xiàn)或者含量上往往此消彼長(圖8f—h；付國民等，2010)。還有極少數(shù)濁沸石充填在長石粒內(nèi)溶孔，或者與伊利石等黏土礦物一起雜亂分布，同樣反映出這部分濁沸石相對較晚的形成時(shí)間(圖8i)。

4.2 平面及層系分布

對14921個(gè)樣品的薄片分析表明，延長組濁沸石平面上主要分布于東北沉積體系，縱向上主要分布于下部層系。延長組從下往上，盆地自東北向西南，濁沸石的含量明顯減少至消失(圖1，圖9)。自生濁沸石膠結(jié)物廣泛分布于鄂爾多斯盆地延長組長10、長9油層，在部分地區(qū)如北部馬家灘—鹽池地區(qū)長8砂巖中也較為普遍，其他層位含量很少或基本未見濁沸石。但在盆地以東北方向物源為主的陜北沉積區(qū)(吳起—安塞地區(qū))，濁沸石的分布從長10油層可向上延續(xù)至長6油層，個(gè)別可至長4+5，甚至長2油層。鄂爾多斯盆地延長組長10、長9油層和陜北地區(qū)長6油層中自生濁沸石含量異常高(圖9)。

具體而言，東北體系陜北地區(qū)、西北體系姬塬地區(qū)和湖盆中部南梁—華池地區(qū)長10油層中濁沸石平均含量都可達(dá)6%以上，最高23.9%，即便含量較少的西南體系隴東地區(qū)，濁沸石平均含量也到3.34%。長9油層中濁沸石含量也相對較高，不同沉積體系平均含量1.42%～3.85%，最高18.1%。東北體系陜北地區(qū)長6油層中濁沸石含量異常高，是除長10、長9油層外唯一濁沸石平均含量達(dá)3.0%以上的層系，個(gè)別膠結(jié)致密的砂巖中濁沸石含量甚至可達(dá)40%。值得說明的是，濁沸石含量的統(tǒng)計(jì)工作主要依據(jù)現(xiàn)今殘余量，陜北地區(qū)長6油層的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)大多來自安塞、靖安油田，該區(qū)濁沸石溶蝕作用強(qiáng)烈(濁沸石溶孔一般可達(dá)1%以上，最高8.2%)，所以油層中濁沸石含量的總體趨勢雖然沒有問題，但局部強(qiáng)溶蝕區(qū)如陜北長6儲層中的濁沸石含量會被低估(圖9)。

圖9 鄂爾多斯盆地延長組不同沉積體系、不同層段自生濁沸石的平均含量柱狀圖(樣品數(shù)量N=14921)Fig. 9 The histogram of average content of authigenic laumontite in different depositional systems and different layers of the Yanchang Formation in Ordos Basin (the number of samples is 14921)

4.3 與沉積相帶的關(guān)系

不同沉積相帶和微相的儲集層具有不同的砂體類型、物性和孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而通過影響成巖流體而造成成巖礦物和成巖作用的不同，最終表現(xiàn)為濁沸石在不同沉積微相和砂體結(jié)構(gòu)中分布與含量規(guī)律性的變化(圖10)。延長組三角洲平原及前緣亞相廣泛發(fā)育，由于河流帶來豐富的溶解鐵、鈣等離子，有利于綠泥石膜和濁沸石等膠結(jié)物的形成。三角洲環(huán)境形成的單砂體呈窄小條帶狀，平面及垂向上變化快，由于區(qū)域沉積碎屑組分的差異以及內(nèi)部縱向或平面泥質(zhì)隔層、成巖物性隔層的遮擋，成巖流體滯留效應(yīng)等(魏新善等，2018)，形成了時(shí)空上鈣堿性成巖環(huán)境的差異分隔，含濁沸石砂巖與不含濁沸石的砂巖常呈互層狀分布。而且，無論是米級尺度的野外剖面、厘米級尺度的巖芯、還是毫米—微米尺度的鏡下薄片，濁沸石膠結(jié)物的分布表現(xiàn)出斑點(diǎn)狀特征或明顯的不連續(xù)性(圖10)。

具體而言，延長組濁沸石主要分布在三角洲平原河道微相和三角洲前緣水下分流河道中，河口壩和決口扇次之，分流河道間灣等微相中濁沸石相對不發(fā)育，沉積微相與濁沸石膠結(jié)物含量及溶蝕程度的變化匹配良好(圖10)。分流河道主體部位濁沸石膠結(jié)物廣泛發(fā)育，如果后期發(fā)生溶解產(chǎn)生次生孔隙，形成的次生孔隙連通性好，儲集巖的孔隙度相對高，孔隙之間的喉道變寬從而使?jié)B透率也得到改善，孔隙度一般大于11.0%，滲透率一般大于5.0×10-3μm2。如果分流河道中上部雖然濁沸石膠結(jié)物依然發(fā)育，但是溶蝕強(qiáng)度相對較弱，孔隙度一般小于11%，滲透率一般介于(1.0～5.0)×10-3μm2。分流河道上部顆粒表面發(fā)育綠泥石薄膜，部分綠泥石圍繞長石顆?；蛟谄鋬?nèi)部形成次生綠泥石集合體，濁沸石含量大大較少，儲集空間以少量殘余粒間孔為主，尤其是與泥巖互層的薄砂巖，往往被方解石等碳酸鹽膠結(jié)物致密充填。分流河道邊緣或分流間灣，主要是綠泥石薄膜、伊利石及伊蒙混層等黏土礦物膠結(jié)，分布于顆粒表面，在自生礦物晶間多發(fā)育部分微孔隙、超微孔隙，儲層物性差。

5 油氣地質(zhì)意義

5.1 成儲作用

鄂爾多斯盆地三疊系延長組主要為低滲透、致密儲層，溶蝕作用是改變延長組砂巖物性的重要成巖事件，形成的次生孔隙占總孔隙度的40%左右，發(fā)生溶蝕的礦物主要是長石和濁沸石等(鄧秀芹等，2011)。對濁沸石砂巖而言，盡管其他酸敏性組份如長石、碳酸鹽及少量巖屑與濁沸石同時(shí)發(fā)生溶蝕，但濁沸石的溶蝕意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大。這是因?yàn)楦鶕?jù)物質(zhì)守恒定律，溶蝕后的物質(zhì)必然要占據(jù)空間并在其他地方以自身或其他形式的礦物沉淀，所以儲層要形成規(guī)模性的次生孔隙帶必然要求有一個(gè)開放的成巖環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)成巖流體的轉(zhuǎn)移。但延長組地層分布平緩、巖性致密，成巖流體滯留效應(yīng)明顯，難以大規(guī)模遷移(魏新善等，2018)。

濁沸石晶體結(jié)構(gòu)類似斜長石，為架狀結(jié)構(gòu)鋁硅酸鹽，但骨架遠(yuǎn)比長石疏松，相對密度只有2.25～2.36。在早成巖期，濁沸石交代鈣質(zhì)斜長石，相應(yīng)的固體體積增加了約40%(Savage et al., 1993)，保持甚至增加了巖層的整體體積，為后期次生溶蝕的形成奠定了基礎(chǔ)。至中成巖期，濁沸石若發(fā)生溶蝕，無需開放環(huán)境來實(shí)現(xiàn)成巖流體的轉(zhuǎn)移，巖層體積會整體減小，規(guī)模性次生孔隙帶形成。濁沸石形成過程的增體積效應(yīng)和溶解過程的減體積效應(yīng)，使得儲層無論當(dāng)時(shí)處于開放還是封閉的成巖環(huán)境，濁沸石的膠結(jié)—溶蝕轉(zhuǎn)變都能實(shí)現(xiàn)儲層整體增孔。這對成巖流體存在滯留效應(yīng)的延長組低滲透砂巖儲層至關(guān)重要。

盡管濁沸石溶蝕區(qū)具有良好的物性，但延長組濁沸石大面積的溶蝕作用并不普遍，很多濁沸石砂體是隔夾層而不是儲層。前文已經(jīng)討論了砂巖中濁沸石3種主要溶解作用過程(式(4)～(6))，延長組砂巖中長石和濁沸石普遍溶蝕的區(qū)域，往往未見大量方解石、高嶺石等填隙物的伴生出現(xiàn)(圖11)，原因很可能是溶解長石、濁沸石的流體以有機(jī)酸性流體為主，而非無機(jī)酸性流體。干酪根熱降解脫羧形成的酸性水經(jīng)承壓驅(qū)替進(jìn)入鄰近烴源巖或具有輸導(dǎo)體系溝通的砂層，極大地降低了孔隙水的PH值，地層水中K+活度增大，Ca2+活度變小，pH值小，logK小，濁沸石開始大量溶蝕，讓原本已很致密的砂巖重獲新生。因而其次生優(yōu)質(zhì)溶蝕相儲集層時(shí)間上主要處于中成巖期A 階段，空間上主要受控于物源、沉積相帶和鄰近的烴源巖及輸導(dǎo)體溝通下的成巖流體作用。

圖11 鄂爾多斯盆地延長組濁沸石溶蝕現(xiàn)象Fig. 11 The phenomena related dissolution of laumontite of the Yanchang Formation in Ordos Basin(a)濁沸石及長石溶蝕(藍(lán)色箭頭)，伴隨著鐵方解石沉淀(黃色箭頭)，成因見反應(yīng)式(4)，長10，Q38井，1161.04 m；(b)濁沸石溶蝕(藍(lán)色箭頭)，高嶺石充填孔隙(黃色箭頭)，成因見反應(yīng)式(5)。S546井，長6，1805.10 m；(c)濁沸石部分發(fā)生溶蝕(藍(lán)色箭頭)，伴隨混層黏土或伊利石沉淀，成因見反應(yīng)式(6)，長6，WJ16井，1166.29 m；(d)延長組最常見的濁沸石溶蝕部分溶蝕現(xiàn)象(藍(lán)色箭頭)，溶蝕孔未見大量其他填隙物沉淀，長10，S100井，1828.0 m；(e)掃描電鏡下濁沸石的溶蝕現(xiàn)象，長6，Y43井，1510.4 m；(f)濁沸石強(qiáng)烈溶孔，長9,A272井，2594.02 m；圖(a)—(d)為單偏光，圖(e)、(f)為掃描電鏡照片 (a) The dissolution of laumontite and feldspar (blue arrows) accompanied by iron calcite precipitation (yellow arrows), the genesis expression shows as chemical equation(4), the Chang-10, the Well Q38, 1161.04 m; (b) the dissolution of laumontite dissolution (blue arrows) accompanied by kaolinite precipitation (yellow arrows), the genesis expression shows as chemical equation (5), the Chang-6, the Well S546, 1805.10 m; (c) the partial dissolution of laumontite (blue arrows) accompanied by mixed layer clay or illite precipitation, the genesis expression shows as chemical equation (6), the Chang-6, the Well WJ16, 1166.29 m; (d) the common partial phenomenon of laumontite dissolution developed in the Yanchang Formation (blue arrows), with little other cements in the dissolution pores, the Chang-10, the Well S100, 1828.0 m; (e) the phenomenon of laumontite dissolution under scanning electron microscope, the Chang-6, the Well Y43, 1510.4 m; (f) the strong dissolution of laumontite, the Chang-9, the Well A272, 2594.02 m; Figures (a)—(d) are polarized microscope photos, while figures (e) and (f) are SEM photos

5.2 成藏示蹤作用

延長組濁沸石形成與斜長石的鈉長石化關(guān)系密切，多期發(fā)育、早成巖晚期為主，溶蝕作用則往往與烴源巖排烴過程相耦合，主要形成時(shí)期正好發(fā)生在大規(guī)模油氣充注前，烴源巖大規(guī)模排烴前干酪根熱降解脫羧或有機(jī)質(zhì)分解形成有機(jī)酸是造成濁沸石溶蝕最主要的原因。因而濁沸石砂巖發(fā)育區(qū)是潛在的次生優(yōu)質(zhì)溶蝕相儲集層，在時(shí)間上主要處于中成巖期A 階段，在空間上受控于鄰近的烴源巖及輸導(dǎo)體的溝通。反之亦然，延長組濁沸石較大范圍的溶蝕作用，往往預(yù)示著這個(gè)區(qū)域儲層甜點(diǎn)的存在和油氣充注的發(fā)生。以長10油層組G52井區(qū)為例，相對高滲儲層濁沸石膠結(jié)物含量普遍較高，次生孔隙以濁沸石溶孔為主，且儲層物性直接控制著油層物性的好壞和含油性的變化(圖12)。

圖12 鄂爾多斯盆地G52井區(qū)延長組長10相對高滲、高產(chǎn)井膠結(jié)物含量統(tǒng)計(jì)直方圖Fig. 12 The statistical histogram of cement content from relatively high permeability and high yield well of the Block Well G52, the Chang-10 oil layer, Yang Chang Formation in Ordos Basin

值得注意的是，麻斑狀含油是濁沸石不均勻溶蝕的必然產(chǎn)物，往往是次生孔隙砂體的重要標(biāo)志，代表了溶蝕通道和連通性良好的孔隙空間，不能與沉積非均質(zhì)性導(dǎo)致的斑狀含油混同，進(jìn)而認(rèn)為含油級別低，油層不好(朱國華，1985)。例如延長組S333井長6油層，F(xiàn)21井長9油層，巖芯斑狀含油，似乎充注不飽滿，但試油試采效果良好(圖13)。同時(shí)，由于濁沸石物理性質(zhì)和次生溶孔分布結(jié)構(gòu)的特殊性，濁沸石砂巖儲層水層高阻、致密層低密度現(xiàn)象較為普遍，用常規(guī)方法判斷往往會失誤，在甩開勘探區(qū)需要重點(diǎn)關(guān)注。

5.3 討論

20世紀(jì)80年代，延長組長6油層組發(fā)現(xiàn)了我國首個(gè)濁沸石次生溶孔具有重要貢獻(xiàn)的油田——安塞油田。經(jīng)過40多年勘探，延長組上部層系的勘探已進(jìn)入成熟階段，亟需尋找新的儲量接替層系。根據(jù)區(qū)域演化史、已有的勘探實(shí)踐和沉積特征，盆地范圍內(nèi)延長組長10濁沸石含量都相對較高，其溶蝕相是下步重要的勘探方向之一。與長6相比，該層自生濁沸石的分布與演化對延長組石油勘探意義有何異同？

延長組濁沸石砂巖次生溶孔主要形成時(shí)期正好發(fā)生在大規(guī)模油氣充注前，使其成巖—成儲—成藏演化序列以先致密，后成藏的過程為主。就長6儲層而言，前三角洲和深湖區(qū)烴源巖是烴類和有機(jī)酸的來源區(qū)(Surdam et al., 1989)，而三角洲前緣分流河道微相則是有利于濁沸石發(fā)育的潛在成藏區(qū)。濁沸石溶解最重要的是酸性成巖流體的存在，在早白堊世末大量油氣生成階段，干酪根脫羧作用形成的有機(jī)酸性地層水進(jìn)入緊挨烴源巖的或優(yōu)勢運(yùn)移通道下的濁沸石砂體，濁沸石大量溶蝕，部分曾被充填過的粒間孔得到恢復(fù)，儲層孔隙度平均回升1%～2%，極大地改善了砂體的儲集性能。離烴源巖或優(yōu)勢運(yùn)移通道較遠(yuǎn)有機(jī)酸未能達(dá)到的砂體邊緣，濁沸石依然致密膠結(jié)而在上傾方向形成遮擋，由濁沸石自身差異溶蝕作用形成的巖性圈閉，從而形成“近源多點(diǎn)面狀充注模式”。烴源巖的距離從近到遠(yuǎn)依次形成強(qiáng)溶蝕區(qū)、輕溶蝕區(qū)和微溶蝕區(qū)，并充注形成規(guī)模性巖性油藏(圖14)。

圖14 陜北地區(qū)延長組長61濁沸石溶孔、殘留濁沸石含量與探明儲量分布圖(修改自朱國華，1985)Fig. 14 The distribution of laumontite dissolved pores, residual laumontite content and proved reserves of the Chang-61 oil layer, Yanchang Formation, Northern Shaanxi area (modified from Zhu Guohua, 1985&)

以濁沸石為線索，從沉積來看，長10沉積期湖平面升降變化頻繁，“洪水一片，枯水一線”，分流河道砂體與淺湖相、泛濫沼澤相泥巖大面積交叉毗鄰發(fā)育，突變接觸。而三角洲平原向前緣過渡的古湖岸線附近砂體交會的地方，受湖浪的淘洗和河流的射流作用，也是濁沸石集中分布的區(qū)域(圖10)。從儲層來看，長10為湖盆演化的初期階段，主要受東北沉積體系的控制，巖石類型以灰色、灰褐色長石砂巖、巖屑長石砂巖為主，物源區(qū)中酸性斜長石含量高，并含一定量的火山碎屑或火山灰，這些低成分成熟度的砂巖在早成巖期蝕變沉淀濁沸石，延緩了壓實(shí)作用并保留了儲層體積，為中晚成巖期形成濁沸石次生溶孔奠定了物質(zhì)和空間基礎(chǔ)。從烴源巖來看，目前關(guān)于長10油層自身烴源巖是否發(fā)育還存在爭議，距離長7區(qū)域性優(yōu)質(zhì)烴源巖較遠(yuǎn)，因而不同于長6近源多點(diǎn)面狀充注成藏模式，干酪根脫羧形成的有機(jī)酸沿輸導(dǎo)砂體遠(yuǎn)距離排到長10砂體，無法像陜北長6烴源巖的距離依次形成強(qiáng)溶蝕區(qū)、輕溶蝕區(qū)和微溶蝕區(qū)，呈點(diǎn)狀而非面狀充注，形成“一砂一藏”或“濁沸石溶蝕甜點(diǎn)”，油藏規(guī)模小、油水關(guān)系復(fù)雜。

綜合以上特征，筆者等將與濁沸石次生溶蝕有關(guān)的潛在的長10油藏發(fā)育區(qū)分為3類，以期為下一步勘探評價(jià)提供有利目標(biāo)區(qū)。Ⅰ類有利區(qū)主要分布在志丹—安塞之間與吳起南北兩側(cè)，Ⅱ類有利區(qū)主要分布在Ⅰ類有利區(qū)周緣砂體變薄或烴源巖發(fā)育情況變差的區(qū)域，Ⅲ類儲集層分布在長10最大湖岸線邊界附近或烴源巖邊界附近(圖15)。

圖15 鄂爾多斯盆地延長組長10油層組濁沸石次生溶蝕相預(yù)測及有利勘探目標(biāo)優(yōu)選Fig. 15 The prediction of laumontite dissolution areas and preferred exploration targets of the Chang-10 oil layer, Yanchang Formation, Ordos Basin

6 結(jié)論

(1)砂巖碎屑中化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的長石、火山物質(zhì)、易變巖屑等為濁沸石的形成提供了基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，碎屑中長石含量越高，長石中斜長石含量越高，斜長石中鈣長石含量越高，越有利于濁沸石的形成；成巖流體較高的pH 值、較低的CO2分壓條件，富Na+、Ca+，高pH值的孔隙水條件為濁沸石的沉淀提供了有利條件。

(2)延長組濁沸石多期發(fā)育、早成巖晚期為主，平面上受物源影響，縱向上受成巖流體演化影響，相帶主要發(fā)育在距離烴源巖或泥巖較遠(yuǎn)的水下分流河道微相。綜合作用的結(jié)果使延長組從下往上，盆地自東北向西南，濁沸石的含量明顯減少至消失。

(3)濁沸石形成過程的增體積效應(yīng)和溶解過程的減體積效應(yīng)，使得儲層無論當(dāng)時(shí)處于開放還是封閉的成巖環(huán)境，膠結(jié)—溶蝕轉(zhuǎn)變都能實(shí)現(xiàn)儲層整體增孔，早成巖晚期的膠結(jié)作用和中成巖早期的溶蝕作用是濁沸石砂巖形成相對高滲儲層的關(guān)鍵。

(4)自生濁沸石是一種容易在低溫堿性環(huán)境下形成的富鈣的水鋁硅酸鹽膠體礦物，易變性強(qiáng)，對溫度、壓力、pH值、有機(jī)酸、金屬和堿金屬離子濃度等敏感。濁沸石的這種不穩(wěn)定性和環(huán)境敏感性，使其在特定條件下可作為成儲、成藏過程中的示蹤礦物。

致謝：文章中很多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自長慶油田和低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，在此一并表示感謝。