鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界含煤地層晚成巖作用階段劃分標(biāo)志異常及其成因

余 威,魏新善,楊兆林,桂小軍,田景春,王 峰,劉寶珺,弓 俐

(1.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院,四川 成都 610059;2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,陜西 西安 710021;3.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710021)

中國(guó)含煤地層多數(shù)地層時(shí)代較老,經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用,儲(chǔ)層趨向于致密的特點(diǎn)。如庫(kù)車坳陷白堊系煤系低孔致密砂巖埋深大于6 000 m,煤成氣藏儲(chǔ)層經(jīng)歷了膠結(jié)作用、表生溶蝕作用、壓實(shí)-溶蝕作用、壓實(shí)-擠壓作用以及膠結(jié)充填作用的沉積作用過(guò)程,成巖作用期次處于中成巖A期階段[1]。川西南上三疊統(tǒng)煤成氣藏儲(chǔ)層埋深4 000 m,成巖作用處于中成巖B期階段[2]。深層成巖作用強(qiáng)度與埋藏深度、地溫場(chǎng)和埋藏時(shí)間3者有著密切的關(guān)系[3],且成巖過(guò)程中多期次水巖反應(yīng)相互影響和疊加,從而導(dǎo)致不同成巖階段成巖礦物組合共生,甚至導(dǎo)致成巖標(biāo)志異常倒轉(zhuǎn),給成巖階段劃分帶來(lái)了困難。

石炭—二疊系是鄂爾多斯盆地主要含煤地層,其沉積環(huán)境特征主要為海陸交互相-陸相沉積,氣藏為III型干酪根生成的煤成氣[4-5],且具有與煤系烴源巖伴生的特點(diǎn),其地質(zhì)條件在我國(guó)致密氣藏中具有代表意義[6]。石炭紀(jì)海陸過(guò)渡相與二疊紀(jì)山西期陸相沉積的含煤地層形成的烴源巖為煤成氣的廣泛分布提供了重要物質(zhì)基礎(chǔ)[7]。

隨著慶陽(yáng)氣田的發(fā)現(xiàn),隴東地區(qū)含煤地層成巖演化與成藏條件分析研究越來(lái)越被重視。劉新社等[8]通過(guò)分析鄂爾多斯盆地砂巖包裹體和盆地?zé)崾焚Y料,認(rèn)為上古生界成巖演化階段為中成巖階段。閆建萍等[9]利用埋藏史、包裹體溫度與鏡質(zhì)體反射率等方法分析認(rèn)為鄂爾多斯盆地南部山2段—盒8段成巖階段處于中成巖階段。劉小洪等[10]對(duì)盒8、山1段儲(chǔ)層包裹體均一溫度、黏土礦物組合、氧化物特征以及熱演化程度等分析,確定盒8、山1段儲(chǔ)層處于中-晚成巖階段。何明倩等[11]對(duì)盆地南部含煤地層中致密砂巖進(jìn)行研究,認(rèn)為其成巖作用階段為中成巖階段。付金華等[12]對(duì)隴東地區(qū)慶陽(yáng)氣田深層煤成氣研究發(fā)現(xiàn),慶陽(yáng)氣田上古生界成巖階段特點(diǎn)為深埋藏、高熱演化的晚成巖階段。

筆者通過(guò)對(duì)含煤地層成巖演化特征研究,分析含煤地層成巖階段劃分標(biāo)志與標(biāo)志異常成因,以期對(duì)隴東地區(qū)上古生界含煤地層儲(chǔ)層致密化成因及天然氣富集規(guī)律與成藏研究起到指導(dǎo)作用。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是一個(gè)穩(wěn)定沉降、坳陷遷移、構(gòu)造穩(wěn)定的大型多旋回沉積盆地,整體具有盆大、坡緩、水淺、多源的特點(diǎn)[13],是中國(guó)第二大盆地,總面積超過(guò)300 000 km2,礦產(chǎn)資源豐富。區(qū)域上自本溪期發(fā)生海侵接受沉積,發(fā)育一套含煤砂泥巖夾數(shù)套薄層灰?guī)r沉積[14]。到太原期發(fā)育至陸表海沉積階段,海侵作用繼續(xù)擴(kuò)大,末期海水開(kāi)始退出盆地[15],至山西期,海水基本完全退出盆地,僅在盆地東南局部地區(qū)殘存陸緣近海盆地保留少量海相地層,東西沉積格局的差異基本消失,南北差異沉降和沉積相帶分異逐漸增強(qiáng)[9]。隴東地區(qū)位于盆地西南部,慶陽(yáng)氣田位于該地區(qū)的中部,其氣源為上古生界的煤系烴源巖(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置及山西組頂部構(gòu)造等值線Fig.1 Location of the study area and structural contour at the top of Shanxi Formation

根據(jù)顯微薄片鑒定發(fā)現(xiàn),鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界砂巖以石英(77.82%～81.45%)和巖屑(20.28%～17.02%)為主,長(zhǎng)石極少(1.53%～1.90%)。巖石類型以石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主(圖2)。巖屑以石英巖、千枚巖等變質(zhì)巖巖屑為主,占巖屑總量的65%以上;噴發(fā)巖、隱晶巖等火成巖巖屑含量次之,占巖屑總量的20%左右;沉積巖巖屑最少。填隙物的類型多、含量變化大,主要包括黏土礦物膠結(jié)物(高嶺石、伊利石)、碳酸鹽類膠結(jié)物(鐵方解石、鐵白云石)、硅質(zhì)膠結(jié)物。在部分砂巖中,可以見(jiàn)到充填于粒間孔中的殘余火山凝灰質(zhì)。

圖2 隴東地區(qū)上古生界砂巖組分三元圖Fig.2 Detrital composition of Upper Paleozoic sandstones in Longdong area

2 晚成巖階段標(biāo)志

超深層和致密砂巖類型的儲(chǔ)集體是慶陽(yáng)氣田的典型特征,也是儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)[12]。上古生界山西組山1段儲(chǔ)層現(xiàn)今最大埋深為4 500 m,如果加上地史時(shí)期埋藏過(guò)程的800 m左右剝蝕量,儲(chǔ)層曾經(jīng)歷過(guò)5 300 m埋深[12]。早在天然氣勘探初期,利用少量探井就確定了盆地南部延安至慶陽(yáng)一線存在Ro>2.0%干氣分布區(qū)[9],隨著勘探程度和地質(zhì)研究深度不斷提高,進(jìn)一步精細(xì)刻畫(huà)了定邊—靖邊以線以南盆地南部伊陜斜坡上古生界為Ro>2.0%異常分布區(qū),異常核心區(qū)Ro>3.0%,慶陽(yáng)氣田緊鄰異常核心區(qū)西側(cè),上古生界烴源巖成熟度較高,烴源巖Ro最高達(dá)3.2%,平均為2.3%,有機(jī)質(zhì)處于過(guò)成熟演化階段[12]。

通過(guò)對(duì)慶陽(yáng)氣田上古生界烴源巖鏡質(zhì)體反射率Ro、黏土礦物組合及形態(tài)等成巖作用參數(shù)測(cè)試,結(jié)果表明:慶陽(yáng)氣田上古生界烴源巖Ro為2.1%～3.0%,平均值為2.5%,最高成巖溫度達(dá)到170 ℃,局部發(fā)生了具有淺變質(zhì)特征的絹云母化,因此認(rèn)為成巖作用達(dá)到了晚期階段,且具有成巖演化程度較高的特點(diǎn)[12]。通過(guò)對(duì)研究區(qū)9口探井22個(gè)樣品中上古生界烴源巖最高熱解溫度Tmax進(jìn)行分析,樣品埋藏深度處于3 714.50～4 853.06 m,烴源巖最高熱解溫度Tmax中只有一個(gè)樣品為485 ℃,其余均大于490 ℃,最高為607 ℃,平均值為555.1 ℃(表1),天然氣甲烷平均體積分?jǐn)?shù)為96.90%,屬于干氣氣藏,有機(jī)質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)也反映了晚成巖階段特征。

在礦物組合與標(biāo)志上也有很多證據(jù)可以證明成巖演化已進(jìn)入晚成巖階段;通過(guò)對(duì)隴東地區(qū)上古生界巖石薄片鑒定發(fā)現(xiàn)(圖3),上古生界砂巖骨架顆粒的接觸方式主要是長(zhǎng)邊接觸和縫合線接觸,黑云母彎曲和顆粒定向分布排列,石英加大邊發(fā)育,最高至Ⅳ級(jí)。

將流體包裹體薄片在配備有Image-Pro Plus軟件的Olympus光學(xué)顯微鏡下識(shí)別石英次生加大的級(jí)次,并對(duì)石英次生加大邊的厚度進(jìn)行測(cè)量,并標(biāo)注相應(yīng)的位置以便后續(xù)測(cè)溫處理。通過(guò)對(duì)包裹體測(cè)溫的石英次生加大的加大級(jí)次及加大邊厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),Ⅳ級(jí)加大邊形成的溫度超過(guò)140 ℃(圖4),且隨著成巖溫度的不斷升高,石英次生加大邊的厚度有逐漸增大的趨勢(shì)(圖5)。薄片中鐵方解石膠結(jié)和微裂縫常見(jiàn)。黏土礦物組合為伊蒙混層、伊利石、高嶺石和綠泥石,局部砂巖發(fā)生了具有淺變質(zhì)特征的絹云母化。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[16],隴東地區(qū)上古生界山1段成巖階段已進(jìn)入晚成巖-淺變質(zhì)演化階段。

表1 隴東地區(qū)上古生界烴源巖Tmax統(tǒng)計(jì)Table 1 Tmax statistics of Upper Paleozoic source rocks in Longdong area

3 晚成巖標(biāo)志異常

在晚成巖作用階段,古溫度范圍在170～200 ℃,巖石中黏土礦物主要為伊利石和綠泥石,并伴隨有絹云母、黑云母,且伊蒙混層已消失,稱伊利石-綠泥石帶;自生礦物主要為碳酸鹽礦物以及鈉長(zhǎng)石、榍石等,高嶺石消失[16]。而研究區(qū)上古生界晚成巖作用階段一些判定標(biāo)志較為異常,黏土礦物相對(duì)含量中高嶺石大量存在,有伊/蒙混層存在且含量較高,包裹體均一溫度低于正常晚成巖階段的成巖溫度等。

通過(guò)對(duì)鎮(zhèn)探2井盒8—山2段黏土礦物進(jìn)行X-衍射測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(表2),研究區(qū)上古生界黏土礦物類型主要是伊利石、高嶺石、綠泥石及伊/蒙混層,伊/蒙混層均為有序混層帶,其中蒙皂石質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于15%～35%。盒8段中主要為伊/蒙混層,其次為高嶺石和伊利石,出現(xiàn)少量綠泥石,蒙皂石層質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～30%;山1段中主要為伊/蒙混層,其次為伊利石,出現(xiàn)少量高嶺石和綠泥石,蒙皂石層質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～25%;山2段中主要為伊/蒙混層,其次為高嶺石和伊利石,出現(xiàn)少量綠泥石,蒙皂石層質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低,處于15%～25%;且蒙皂石層質(zhì)量分?jǐn)?shù)自山2段至盒8段的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增多。盒8段與山2段黏土礦物組合為伊/蒙混層+高嶺石+伊利石+綠泥石(少量),山1段黏土礦物組合為伊/蒙混層+伊利石+高嶺石(少量)+綠泥石(少量)。

圖5 隴東地區(qū)上古生界包裹體均一溫度與石 英次生加大邊厚度的關(guān)系Fig.5 Relationship between homogenization temperature of Upper Paleozoic inclusions and overgrowth thickness of quartz in Longdong area

表2 鎮(zhèn)探2井山2—盒8段泥巖黏土礦物X-衍射數(shù)據(jù)

利用Linkam THMS600型冷熱臺(tái)對(duì)隴東地區(qū)上古生界盒8段與山1段砂巖中方解石和硅質(zhì)膠結(jié)物的液烴鹽水包裹體進(jìn)行測(cè)量,并對(duì)包裹體均一溫度頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖6),分析成巖時(shí)期的溫度[17]。對(duì)盒8段113顆包裹體進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn),早期包裹體有31顆,均一溫度頻率峰值處于120 ℃,晚期包裹體有72顆,均一溫度頻率峰值處于160 ℃;山1段64顆包裹體進(jìn)行均一溫度的測(cè)試發(fā)現(xiàn),早期包裹體與晚期包裹體各占一半,早期包裹體的均一溫度頻率峰值處于130 ℃,晚期包裹體的均一溫度頻率峰值處于160 ℃,都低于晚成巖時(shí)期的溫度170 ℃。

圖6 包裹體均一溫度頻率直方圖[17]Fig.6 Homogenization temperature of inclusions[17]

而對(duì)鎮(zhèn)探1井山1段砂巖中石英顆粒內(nèi)含有的液烴鹽水包裹體進(jìn)行均一溫度進(jìn)行測(cè)試(圖7(a)),發(fā)現(xiàn)包裹體均一溫度處在104～150 ℃,平均溫度為137.0 ℃。合探1井盒8段砂巖石英顆粒裂紋中見(jiàn)不發(fā)熒光的鹽水包裹體與含烴鹽水包裹體(圖7(b)),通過(guò)對(duì)這些鹽水包裹體測(cè)溫發(fā)現(xiàn),溫度處于140.5～177.4 ℃;含烴鹽水包裹體均一溫度為145.6 ℃;而對(duì)以上2口井的包裹體進(jìn)行測(cè)溫表明,成巖階段的溫度小于170 ℃。

(a)鎮(zhèn)探1井,4 381.17 m,山西組,砂巖液烴鹽水包裹體;(b)合探1井,3 633.56 m,石盒子組,砂巖鹽水包裹體;(c)慶探4井,4 374.8 m,山西組,高嶺石填充長(zhǎng)石溶蝕孔;(d)隴38井,4 386.2 m,山西組,書(shū)頁(yè)狀高嶺石集合體充填于長(zhǎng)石粒間孔隙中;(e)慶探5井,4 282 m,山西組,片絲狀伊利石集合體充填于粒間孔隙中;(f )慶探1井,4 263.1 m,山西組,伊蒙混層集合體充填于碎屑顆粒之間及粒間孔隙中。圖7 隴東地區(qū)上古生界鹽水包裹體與黏土礦物特征Fig.7 Characteristics of Upper Paleozoic salt water inclusions and clay minerals in Longdong area

4 異常成因分析

4.1 高嶺石的大量存在

自生高嶺石的形成是酸性流體-長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物相互作用的結(jié)果。鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界儲(chǔ)層中廣泛發(fā)育自生高嶺石,其單晶體呈自形或半自形假六方板狀,集合體呈書(shū)頁(yè)狀、手風(fēng)琴狀、蠕蟲(chóng)狀及扇狀等形式產(chǎn)出,大多松散堆積于長(zhǎng)石次生溶孔或粒間孔隙中。通過(guò)對(duì)鎮(zhèn)探2井盒8—山2段X-衍射測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(表2),伊蒙混層質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,為28%～70%,伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～44%,高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6%～40%,平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)21%。

4.1.1 高嶺石的物質(zhì)來(lái)源

在碎屑巖層系中,高嶺石一般由Al、Si、O三種元素組成,主要由長(zhǎng)石、石英和各類黏土礦物提供。

巖石薄片鑒定及掃描電鏡的結(jié)果顯示,高嶺石通常與長(zhǎng)石溶蝕現(xiàn)象相伴生,高嶺石充填于長(zhǎng)石溶孔中(圖7(c)),因此,長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽的溶蝕是自生高嶺石中Al3+的主要物質(zhì)來(lái)源。一般情況下,基性斜長(zhǎng)石最先開(kāi)始溶蝕,其次酸性斜長(zhǎng)石發(fā)生溶蝕,而相對(duì)穩(wěn)定的鉀長(zhǎng)石大多最后發(fā)生溶蝕[18]。

鈉長(zhǎng)石+H++H2O→高嶺石+硅質(zhì)+Na+

(1)

鈣長(zhǎng)石+H++H2O→高嶺石+硅質(zhì)+Ca2+

(2)

鉀長(zhǎng)石+H++H2O→高嶺石+硅質(zhì)+K+

(3)

在成巖過(guò)程中,長(zhǎng)石類礦物的溶蝕作用提供大量的Al3+,有助于自生高嶺石的形成,是高嶺石含量較高的原因。

4.1.2 酸性流體來(lái)源

自生高嶺石是酸性流體與鋁硅酸鹽礦物水巖反應(yīng)的產(chǎn)物,所以酸性的成巖流體環(huán)境對(duì)自生高嶺石形成至關(guān)重要[19-21]。目前認(rèn)為酸性流體的來(lái)源有2種:富CO2的大氣淡水下滲和有機(jī)質(zhì)熱演化形成的有機(jī)酸[19-21]。鄂爾多斯盆地上古生界埋深超過(guò)2 000 m,基本可以排除酸性流體來(lái)自富CO2的大氣淡水下滲,且上古生界成巖演化階段已經(jīng)處于成巖作用晚期,烴源巖熱演化程度較高,因此認(rèn)為鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界的成巖酸性流體主要來(lái)自有機(jī)質(zhì)熱演化過(guò)程中形成的有機(jī)酸。

前人研究表明[19],長(zhǎng)石向高嶺石轉(zhuǎn)化的最佳溫度是120～140 ℃,超過(guò)這個(gè)溫度之后,在K+充足的條件下,高嶺石開(kāi)始向伊利石轉(zhuǎn)化。從包裹體測(cè)溫可以看出,最適合長(zhǎng)石向高嶺石轉(zhuǎn)化的時(shí)期是成巖早期。斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石在有機(jī)酸的作用下,不斷向高嶺石轉(zhuǎn)化,而在此期間,蒙皂石消耗K+向伊利石轉(zhuǎn)化,且蒙皂石轉(zhuǎn)化為伊利石更容易發(fā)生[19]。巖石薄片鑒定資料顯示,鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界砂巖中長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)極少(<2%),鉀長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低。隨著成巖作用的不斷進(jìn)行,成巖溫度不斷升高,沒(méi)有足夠的K+提供給高嶺石發(fā)生伊利石化,這也導(dǎo)致地層中的高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。

綜合以上研究發(fā)現(xiàn),鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界含煤地層在晚成巖階段,烴源巖熱演化程度較高,油氣攜帶酸性流體進(jìn)入砂巖,引起長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽的溶蝕。從研究區(qū)砂巖薄片中可以見(jiàn)到大量的溶蝕殘余長(zhǎng)石,這些溶蝕的長(zhǎng)石在成巖作用過(guò)程中提供了大量的Al3+,大量的Al3+為自生高嶺石的形成提供了良好的物質(zhì)條件,形成充填孔隙的自生高嶺石(圖7(d)、8),而鉀長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低也阻礙了高嶺石發(fā)生伊利石化。

4.2 伊蒙混層質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高

BRAIDE等[22]總結(jié)出蒙皂石轉(zhuǎn)化成伊利石的模式,其轉(zhuǎn)化過(guò)程是蒙皂石與鉀和鋁相互反應(yīng),轉(zhuǎn)化成伊利石,并脫去硅質(zhì)礦物,其中K+和Al3+的存在是蒙皂石轉(zhuǎn)化為伊利石不可或缺的。

(4)

伊/蒙混層是蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化的過(guò)渡產(chǎn)物,蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化所需的K+大部分來(lái)源于巖石內(nèi)部富鉀礦物的溶解,其中鉀長(zhǎng)石是提供K+的主要來(lái)源。

前人通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界砂巖儲(chǔ)層鍶同位素和碳氧同位素研究表明,成巖流體受到深源物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的共同影響[23],深源物質(zhì)主要來(lái)自火山同期物質(zhì),有機(jī)質(zhì)的影響主要是熱演化過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸。鄂爾多斯盆地上古生界古構(gòu)造平緩,傾角較小,且水-巖相互作用不活躍,而成巖流體失去外部驅(qū)動(dòng)力,無(wú)法發(fā)生運(yùn)移,使得環(huán)境相對(duì)封閉[12]。在次生孔隙中存在較多被溶解的礦物質(zhì),在相對(duì)封閉的環(huán)境以自生礦物的方式結(jié)晶沉淀,再次結(jié)晶沉淀的礦物占據(jù)儲(chǔ)層內(nèi)部的次生孔隙,儲(chǔ)層的總體孔隙比例幾乎沒(méi)有變化,而這種總體孔隙不發(fā)生變化的情況被稱為流體滯留效應(yīng)[24]。由于成巖流體滯留效應(yīng),儲(chǔ)層水—巖相互作用不活躍,導(dǎo)致成巖流體中的離子不能及時(shí)發(fā)生交換,使得蒙皂石無(wú)法向伊利石轉(zhuǎn)變。鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界砂巖儲(chǔ)層在長(zhǎng)石溶蝕的附近,又發(fā)生了自生黏土礦物以及自生碳酸鹽巖礦物的沉淀而占據(jù)孔隙的現(xiàn)象(圖7(c)～(e)),這種情況就是因?yàn)槌蓭r流體無(wú)法運(yùn)移,流體中的離子被滯留在溶蝕區(qū)域附近造成的。

巖石薄片鑒定顯示,鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界砂巖中長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)極少(<2%),鉀長(zhǎng)石含量更低,貧K+的物質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重束縛了蒙皂石向伊利石的正常轉(zhuǎn)化。對(duì)鎮(zhèn)探2井盒8—山2段黏土礦物進(jìn)行X-衍射測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn),黏土礦物中有大量自生高嶺石存在,而成巖溫度在120 ℃以下,自生高嶺石消耗大量的Al3+,使得蒙皂石難以向伊利石轉(zhuǎn)化。當(dāng)成巖過(guò)程的溫度到120～140 ℃時(shí),蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化,但由于K+有限和流體滯留效應(yīng),只有部分蒙皂石發(fā)生伊利石化。在成巖演化中,由于地層中的鉀長(zhǎng)石等富鉀礦物的含量有限[25],不足以提供蒙皂石和高嶺石全部轉(zhuǎn)化成伊利石,而蒙皂石和高嶺石就會(huì)被保留下來(lái),導(dǎo)致伊蒙混層大量存在(圖7(f)、8)。

圖8 黏土礦物轉(zhuǎn)化過(guò)程示意Fig.8 Schematic diagram of clay mineral transformation process

晚成巖作用階段黏土礦物中伊蒙混層含量較高的原因可能與凝灰質(zhì)巖屑的深層成巖轉(zhuǎn)化有關(guān)[26]。隴東地區(qū)上古生界含煤地層中存在大量的同期火山物質(zhì),且上古生界地層成巖古溫度范圍低于正常晚成巖階段,較深層的蒙皂石仍然處于伊蒙混層階段,大量凝灰質(zhì)巖屑的泥巖化也是導(dǎo)致蒙皂石絕對(duì)含量變高的重要因素。

4.3 包裹體均一溫度較低

鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖儲(chǔ)層中的流體包裹體的均一溫度特征表現(xiàn)為較晚成巖階段成巖古溫度范圍低(圖6)。前人研究發(fā)現(xiàn),鹽水包裹體中的鹽度與均一溫度呈負(fù)相關(guān)的趨勢(shì),鹽度越高溫度越低[27]。劉小洪等[10]研究表明盒8、山1段流體包裹體鹽度為0.18%～21.75%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),屬于中等鹽度;劉建良等[28]研究發(fā)現(xiàn)山西組的流體包裹體鹽度為5.71%～8.28%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));說(shuō)明形成在微咸水-咸水環(huán)境。

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界膠結(jié)物中流體包裹體的鹽度測(cè)試發(fā)現(xiàn)(表3),包裹體中的鹽度為3.87%～8.95%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),平均5.76%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),屬于中等鹽度。

由圖9可以看出,研究區(qū)鹽度與溫度整體呈負(fù)相關(guān)。這也表明導(dǎo)致了大部分包裹體均一溫度低于晚成巖階段時(shí)的溫度的原因就是包裹體的鹽度屬于中等鹽度。

表3 隴東地區(qū)上古生界流體包裹體均一溫度與鹽度測(cè)定結(jié)果

圖9 鹽度與均一溫度的關(guān)系Fig.9 Relationship between salinity and homogenization temperature

且通過(guò)對(duì)伊蒙混層和高嶺石的研究可知,上古生界成巖系統(tǒng)中水-巖相互作用不活躍,使得成巖過(guò)程中晚成巖作用階段的溫度并沒(méi)有被大量的記錄下來(lái),從而所測(cè)到的溫度大部分停留在中成巖階段,只有個(gè)別溫度處于晚成巖階段。

5 結(jié) 論

(1)鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)上古生界含煤地層具有晚成巖作用階段的特征,但砂巖黏土礦物相對(duì)含量中高嶺石大量存在,伊/蒙混層質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,且包裹體均一溫度低于正常晚成巖階段的成巖溫度。

(2)通過(guò)對(duì)異常標(biāo)志的成因分析發(fā)現(xiàn):長(zhǎng)石類鋁硅酸鹽礦物在酸性成巖流體的作用下發(fā)生溶蝕作用,使黏土礦物中高嶺石的含量較高;鉀長(zhǎng)石含量較少和成巖過(guò)程中發(fā)生流體滯留效應(yīng)束縛了蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化,且地層中凝灰質(zhì)導(dǎo)致伊蒙混層含量較高。

(3)大部分流體包裹體均一溫度之所以會(huì)低于晚成巖階段是因?yàn)榘w的鹽度屬于中等鹽度;而水-巖相互作用不活躍,導(dǎo)致只有少量晚成巖階段溫度包裹體被記錄下來(lái)也是原因之一。