1、鄂尔多斯盆地靖边北部奥陶系马五 4-1 段成岩作用特征第 35 卷第 2 期成都理工大学(自然科学版)2008 年 4 月JOURNALOFCHENGDUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY(ScienceTechnologyEdition)Vo【.35No.2Apr.2008文章编号16719727(2008)02019407鄂尔多斯盆地靖边北部奥陶系马五 4-1 段成岩作用特征苏中堂陈洪德赵俊兴侯明才郝毅(成都理工大学沉积地质研究院,成都 6:10059)摘要应用沉积学理论 ,通过岩心观察,室内薄片研究及扫描电镜,阴极发光等测试分析,对鄂尔多斯盆地靖边气田北部地区奥陶系马家沟组马五
2、 41 段碳酸盐岩的成岩作用进行了较详细的研究,认为该区对储层发育有利的建设性成岩作用类型有自云石化作用,溶蚀作用,去膏化作用;破坏性作用有重结晶作用,压实压溶作用,去白云石化作用 .喀斯特作用形成最重要的孔隙网络系统,经埋藏期溶蚀作用改造构成良好储层.根据成岩作用特征以及区域构造演化,总结出成岩演化序次,并将本区分成 3 个成岩相 4 个成岩亚相.油气勘探有利区为去膏化泥微晶白云岩相区,去膏化一去白云石化含灰(灰质)白云岩相区次之,微晶白云岩相区和喀斯特微粉晶白云岩亚相区则不利于孔隙发育.关键词 鄂尔多斯盆地 ;成岩作用 ;成岩演化;成岩相分类号P588.2文献标识码A鄂尔多斯分盆地靖边气田
3、自 1989 年开始勘探开发以来,已发展成“西气东输 “工程重要的供应源.其储集体主要是马家沟组碳酸盐岩古喀斯特风化壳.由于该储集空间为受成岩作用控制的次生孔隙,许多学者均做过相关研究 n 卜_6.不同地区的成岩作用表现出明显的差异性.本文研究区属于勘探新区,开展本区成岩作用研究有助于储层发育分布规律认识和预测,同时又是对整个盆地马家沟组成岩作用认识的补充.1 区域地质背景鄂尔多斯盆地位于华北台地的西部,地跨陕,甘,宁,蒙,晋五省区,系一矩形构造盆地.奥陶纪古构造面貌呈现出“一隆一坳 “的特征,隆即中央古隆起,呈“L“形;坳即米脂一延川坳陷.中奥陶世末的晚加里东运动,使华北地块整体抬升,经历了
4、约 150Ma 的沉积间断,盆地主体缺失晚奥陶世至早石炭世的沉积.燕山运动中期盆地差异沉降,南北隆升,东抬西冲,经喜马拉雅期发展完善.根据现今构造及演化历史,分为 6 个一级构造单元:盆地中部是伊陕斜坡,向东为晋西挠褶带,向西依次为天环坳陷,西缘冲断构造带,北部为伊盟隆起南面为渭北隆起7(图 1).中奥陶世,鄂尔多斯盆地中部和东部沉积了一套碳酸盐岩为主夹蒸发岩的地层,称之为马家沟组或马家沟群,自下而上分为 6 段.其中马五段自上而下又分为 10 个亚段.马五期中央隆起出露水面,阻隔西边海水补给;东边华北地块海平面整体降低,海水因海底消能,涌入量相对减少;南边断裂作用减弱,海水补给量有限,所以盆
5、地内海水循环性较差.而当时盆地位于赤道附近,气候干旱,炎热,造成海收稿日期20070306基金项目 国家自然科学青年基金资助项目(40602012)作者简介 苏中堂 (1981 一), 男,硕士研究生,研究方向: 沉积地质学,E mail:xiongwei3279sina,corn.第 2 期苏中堂等:鄂尔多斯盆地靖边北部奥陶系马五 4-1 段成岩作用特征.195.图 1 鄂尔多斯盆地奥陶纪构造单元分区及研究区位置图Fig.1PartitionoftectonicelementsandlocationofthestudyareainOrdovician,Ordosbasin(据张吉森等,199
6、5,略作修改)水蒸发量大,使其含盐度逐渐升高.因此坳陷内沉积含白云岩的硬石膏岩盐,其周边过渡为潮坪环境.研究区马五 41 自西北向东南依次发育潮上泥云坪,潮上云坪,潮上灰云坪以及潮上膏云坪和潮间带沉积.2 成岩作用类型及特征成岩作用是指沉积物从沉积到变质之前发生的一系列变化(曾允孚,1984).奥陶系碳酸盐岩属于古老的沉积岩系,沉积期后,随着地壳运动成岩环境不断变迁,交替,成岩介质,温度压力不断变化,决定了成岩作用类型的多样性.通过对区内钻井岩心观察,室内薄片研究及扫描电镜,阴极发光等测试分析,可以看出研究区成岩作用主要类型有白云石化作用,溶蚀作用,去膏化作用,重结晶作用,压实压溶作用,去白云
7、石化作用.2.1 白云石化作用前人研究认为 l_1,白云石的形成需要 3 个条件:(1)Mg 的外部供给,且 CO.的补给必须足以形成所观察到的白云石;(2)必须具有一种输送机制,一般是以流体的形式将这些离子输送到白云石化作用场所;(3) 必须具备有利的化学条件 ,使得白云石在其堆积场所沉淀.白云石化作用是通过岩石中的水溶液引起的碳酸钙的溶解作用和白云石的沉积作用而进行的.研究区白云石化作用主要有以下几种:a.准同生白云石化 .这种白云岩形成早 ,与沉积环境盐度高,pH 值高,Mg/Ca 比高,气候干旱等条件有关,属原生白云岩类,多产于潮上云坪,泥云坪,云泥坪以及潮上膏云坪.其成因机理可用“
8、蒸发泵白云石化模式“ 来解释.粉一微晶,含泥多,约 512,晶体较脏,多呈他形,与石膏伴生,石膏保存较完整,不规则状.b.混合水白云石化.该类白云岩化作用主要发育在准同生期一成岩早期的潮间带,白云石粉一细晶结构,自形一半自形,较干净,晶间孑 L 发育,经表生淡水溶蚀有所扩大,面孑 L 率可达 8.赵俊兴,彭军等认为该种混合水白云岩具低 Mn,低 Sr 和低 Na,C 和 O 值偏负的特点“,坨.c.埋藏白云石化 .主要沿古喀斯特作用形成的溶解孑 L,洞,缝发育,常与自生石英伴生,有交代石英的迹象,为团块状或沿缝两侧的片状,粉一细晶,少许为中晶结构,白云石化区域内晶间孑 L 发育,常跟溶蚀孑 L
9、 连通,与其他部分的白云石连通性不好(图 2).2.2 溶蚀作用本文中溶蚀作用指广义溶蚀,包括地表喀斯特和埋藏溶蚀.a.喀斯特作用 .受加里东运动影响 ,奥陶系图 2 白云石,石英充填孔隙Fig.2Fillingdolomiteandquartzofporosity800,(5)16/52.Sh241?196?成都理工大学 (自然科学版 )第 35 卷遭受约 150Ma 的风化剥蚀作用,这使马五 41 进入表生成岩环境,位于古风化壳顶部,发生喀斯特作用,形成喀斯特地貌.通常将其地貌分成喀斯特高地,喀斯特盆地以及它们之间的喀斯特斜坡三个二级单元.根据张锦泉等的研究口,本研究区西北部为喀斯特高地,
10、东南部为喀斯特盆地,其余地区处于喀斯特斜坡地貌单元,地表风化壳较接近潜流面,以渗流淋滤带的喀斯特特征为主.渗流淋滤带溶解作用选择性强,泥晶白云岩自身被溶解形成的孔洞少,它使准同生期生成的石膏,硬石膏的单个晶体和结核淋滤溶解,形成膏模孔,部分经后期充填成为石膏假晶(图 3).石膏溶蚀,对围岩释压,使其产生裂隙,经大气淡水淋虑形成溶蚀裂隙.裂隙继续扩溶,伴随地下水系统,使喀斯特地貌形成大量的喀斯特角砾岩和塌陷角砾岩,角砾大小不均,角砾间被更小角砾充填,角砾被后期方解石胶结(图 4).喀斯特作用形成的孔缝系统虽经后期压实,充填,胶结,保存欠佳,但较围岩易于改造,利于埋藏期溶蚀.图 3 石膏假晶Fig
11、.3Pseudocrystalsofgypsum(4)24/78,Shl80b.埋藏溶蚀作用.埋藏溶蚀作用叠加于表生喀斯特作用之上对其进行改造,包括上覆煤系地层浅埋藏压释酸性水溶蚀,燕山一喜马拉雅期中深埋藏排烃有机酸溶蚀以及深部热水溶蚀 l.该过程多沿溶缝或喀斯特作用强的区域发育,使表生期溶孔,洞,缝中充填物(白云石,方解石)被溶蚀形成各种溶蚀孔,且孔,洞,缝边缘的泥粉晶白云岩基质局部被溶蚀,促进了膏模孔特别是溶蚀孔,缝之间相互贯通,从而将原喀斯特孔,洞,缝扩大(图 5).图 4 喀斯特角砾Fig.4Karstbreccia(),40,(6)1/20,T1d图 5 溶缝,溶孑 LFig.5DL
12、ssolvedfracturesanddissolvedpores(一.).100,(10)11/91,Sh1462.3 去膏化作用潮上,潮间形成的石膏结核或板状硬石膏经加里东期选择溶蚀,形成膏模孔,埋藏溶蚀使其边缘齿化.石膏结核经去膏化作用后,保留原始形态,部分为后期方解石和石英充填,方解石多为颗粒状,且较干净,石英呈团块状(图 6).2.4 重结晶作用泥粉晶白云岩经重结晶作用改造,转变为中细晶结构,晶体之间镶嵌接触.使原砂屑结构转变为残余砂屑结构,轮廓依稀可见.后期充填的方解石经重结晶作用转变为巨晶,彼此之间镶嵌接触,同时消光,节理明显,有时可见双晶.2.5 压实,压溶作用上覆压力使岩石发
13、生变形,形成变形构造.石膏因压实形成变形石膏层.压溶作用形成横向,纵向缝合线构造.其内又发育溶缝或张开缝.2.6 去白云:石化作用去白云石化作用是白云石在富含 CaS()的第 2 期苏中堂等:鄂尔多斯盆地靖边北部奥陶系马五 4-1 段成岩作用特征.197.图 6 去膏化,硅化Fig.6Degypsumizationandsilicification(+),40,(6)54/83.Shl89水溶液参与下,Mg 斗被 Ca.置换变成方解石的过程,形成灰质白云岩及方解石晶体.研究区去白云石化作用多发生在溶缝及溶蚀孔比较发育的区域,呈团块状或条带状,方解石晶体干净,节理发育(图 7).少数去白云石化不
14、彻底,方解石较脏.图 7 去白云石化Fig.7Dedolomitisation(),40,(6)24/55,Shl64据黄思静研究,含膏白云岩在地表条件下促进白云岩溶解,易于形成次生孔隙,表明研究区准同生白云石化对后期地表喀斯特有益.混合水白云石化,埋藏白云石化形成较为可观的晶间孔,去膏化作用形成膏模孔.表生喀斯特系统虽经压实,充填,胶结而遭受一定的破坏,但经埋藏溶蚀改造构成了喀斯特孔,洞,缝,它们共同组成了本区的储层系统.重结晶,压实压溶作用使得岩石更加致密,而去白云石化作用对孔缝充填,均不利于储层发育.3 成岩作用演化序次各种成岩作用的发生依赖于成岩环境.成岩环境受到沉积期后的埋藏条件,海
15、平面升降变化,粒间溶液的变化,物理和化学性质,岩体所处的温度,沉积环境以及所处体系的开放程度等影响,而其变迁受控于构造运动.研究区经历了地表,近地表成岩环境,浅埋藏成岩环境,中一深埋藏成岩环境.成岩作用类型多样,相互影响,不同成岩作用的影响程度有差异.加里东早期沉积介质和成岩水体以咸化海水为主,石膏,硬石膏结核,晶体形成,文石泥经准同生期白云石化转化为泥晶白云石(岩).加里东晚期将其抬升至地表暴露,大气淡水选择性溶解形成铸模孔,及喀斯特角砾岩,坍塌角砾岩.海西浅埋藏期煤系地层的压实酸性地层水沿各种渠道进入下伏的奥陶系地层,产生不同程度的溶蚀作用.燕山一喜马拉雅期中,深埋藏成岩期,较高温高压环境
16、下,压溶,重结晶作用发育,排烃酸性介质溶蚀,使孔,洞扩大,并形成溶蚀缝(表 1).综合各成岩期特征,其成岩演化(图 8)可分为准同生,成岩,退后生(地表喀斯特), 进后生(埋藏) 四个阶段.前三个阶段为地表,近地表成岩环境,第四阶段分为浅埋藏,中一深埋藏两个成岩环境.埋藏期成岩作用对储层形成影响明显,利弊兼存.表生期喀斯特作用是后期成岩作用的基础,后期成岩多对其进行改造,形成以晶间孔,溶孔为主要储集空间的存储系统.表 1 构造运动与成岩作用的关系RelationshipbetweentectogenesisanddiagenesisinthenorthoftheJingbiangasfield
17、构造运动成岩环境成岩作用加里东准同生期白云早期地表开放体系,成化海水岩化加里东喀斯特,去膏晚期地表开放体系,大气淡水化,去白云化封闭体系,埋深2km,温埋藏溶蚀,去白海西期度 2O.C,静压力 50MPa,煤云化系地层压释酸性水燕山喜封闭体系,埋深4km,温埋藏溶蚀,去白度120C, 静压力 100 云化,重结晶,马拉雅期压实压溶,埋藏 MPa,排烃有机质 ,热液白云化表中埋深,温压数值引自何自新等(2004).?198?成都理工大学 (自然科学版 )第 35 卷准同生成岩期退后生进后生对储层的成岩隙类型贡献与孔地蒸发准同生自云岩晶阃微孔表溶蚀溶蚀孔洞1 嵌水去自云石化占据孔,缝近地漳流去膏化
18、晶闻孔表合水混合水白云石化扩孔溶孔酸性水溶蚀占据孔,缝 i 戋埋藏去自云石化提供缝隙压溶占据孔缝去自云石化占据孔,缝中一深埋藏有机酸溶蚀扩孔,溶孔斑块状自云石化晶间孔热液溶蚀一一占据孔,缝重结晶无意义原生孔豫保存少I 晶阃孔,溶孔一一主要储集空孔隙隘蠢 1 超大溶孔洞?IIl_-一一一一次要储集空l 压溶缝,破裂缝提供运移通图 8 靖边北部地区成岩演化序次图Fig.8ThediageneticstageinthenorthofJingbiangasfield4 成岩相及其特征陈彦华等将成岩相定义为“反映成岩环境的物质表现,即反映成岩环境的岩石学特征,地球化学特征和岩石物理特征的总和“】胡;覃建雄等根据研究区的地质特征,将成岩相表达为“某一岩层段或分段或岩石在沉积期后所经历的各种成岩作用改造叠加所形成的沉积记录或产物的总和,并将其中明显影响储层储集条件的最典型最主要的
