下第三系沙一段混积岩成岩作用与孔隙流体的演化

下第三系沙一段混积岩成岩作用与孔隙流体的演化

根据黄华盆地的勘探，黄华盆地的主要碎屑剖面包括淡水碳酸盐岩层，在沙子剖面中发育相对发达的发育。此外,在黄骅凹陷南部孔店岛的北端斜坡上发现石灰岩与碎屑岩的过渡类型——混积岩。自成岩作用的现代概念提出以来,成岩作用的研究取得了突飞猛进的发展。然而,成岩作用的研究主要集中于单一的陆源碎屑岩或碳酸盐岩上,国内外学者对混积岩的成岩作用研究工作开展较少。1白垩系混合沉积体系本次研究区(白唐马沿岸带)位于黄骅凹陷北大港潜山构造带东倾没端,面积近400km2,邻近岐口凹陷和板桥凹陷。研究区混积岩主要分布于白水头地区,白1023井及白1021井发育于辫状河—扇三角洲前缘水下分流河道砂体之中。马东—马东东地区也有分布,见于港深40井、港深67井及港深59井,主要发育于重力流沉积体系之中。白水头地区的混积岩为相缘渐变混合沉积,其证据主要为:①混积岩和其上下岩石在成分、结构和沉积构造上为渐变过渡关系,未见突变标志;②混积岩成分和其上覆及下伏的碳酸盐岩和陆源碎屑岩的成分一致。白水头地区陆源碎屑岩—湖相碳酸盐岩混合沉积体系的形成是由于沉积物受水流作用发生侧向迁移,必然会导致相邻的沉积物在相缘(或相边界)发生混合。而马东—马东东地区的混积岩则为浊流混合沉积,主要是由于浊流作用使混积岩产生在一套细粒浊积岩中,形成含碳酸盐—陆源碎屑混积岩夹在灰岩之中。研究样品取自大港滩海区下第三系沙一段下部(板2、板3、板4及滨Ⅰ油组)白水头地区和马东—马东东地区。2岩作用类型砂岩和碳酸盐岩二者之间的过渡类型——混积岩的成岩作用类型包括压实作用、胶结与自生作用及自生黏土矿物形成、交代作用和溶蚀、溶解作用。2.1粒与石英的接触在混积岩中,部分鲕粒与石英颗粒之间呈凹凸接触。在接触处,鲕粒为突出部分,鲕壳非常完整,石英往往为凹进部分,好象鲕粒被压进石英之中。在混积岩中观察到鲕粒与碎屑颗粒之间存在点、线、凹凸接触(见图1)。2.2晶方解石和铁白云石研究区的胶结物主要为碳酸盐矿物,其次为次生加大石英及少量次生加大长石。碳酸盐胶结物包括微晶方解石、亮晶方解石和铁白云石。微晶方解石分布于碎屑颗粒与碳酸盐内碎屑颗粒的边部。亮晶方解石包括连生方解石和孔隙充填方解石2种结构类型。共轴生长胶结物包括次生加大石英和次生加大长石。次生加大石英分布不普遍。其他自生矿物包括黄铁矿和海绿石。黄铁矿单偏光镜下黑色,反射光照射呈金属光泽。海绿石呈椭圆状,单偏光镜下绿色。2.3混层黏土矿物通过偏光显微镜和扫描电镜观察见有高岭石、伊利石、绿泥石以及混层黏土矿物。混层黏土矿物主要为绿泥石/伊利石混层,未见蒙皂石/伊利石混层黏土矿物。2.4交叉代理表现为方解石交代碎屑颗粒或其他胶结物和自生矿物,白云石交代方解石和碎屑颗粒等。2.5混积岩区粒溶解发生溶蚀溶解的矿物可分为3种类型:碎屑长石和方解石胶结物;高岭石和自生石英晶体;自生钠长石和自生白云石。鲕粒内溶孔为混积岩区一大特色,鲕粒内部不稳定矿物如长石、重结晶方解石等被溶蚀,部分微晶方解石环被溶解,形成鲕粒的环状溶解。也有的鲕粒边缘及内部一起被溶蚀。用线记法统计混积岩铸体薄片孔隙大小,结果表明长石比方解石易于发生溶解,鲕粒溶孔所占的孔隙仅次于长石溶蚀孔隙,因此其可作为重要的流体运移通道。3成岩共生序列与成岩环境发育3.1孔隙流体共生序列的确定胶结物与自生矿物类型与沉淀顺序受控于流体的温度、压力和成分,其共生序列的确定是孔隙流体演化及成岩相划分的基础。根据共生序列的判别原则,以及显微镜下观察确定了研究区混积岩胶结物与自生矿物的共生序列(见图2)。3.1.1孔隙结构不同微晶方解石包裹的碎屑石英中未见次生加大边,连生方解石胶结的碎屑石英中也绝大部分未发育次生加大边,连生方解石分布于微晶方解石的外缘,孔隙充填方解石充填在石英次生加大后剩余的孔隙空间并且明显交代了次生加大石英,白云石交代方解石,粉晶白云石充填在孔隙充填方解石沉淀后剩余的孔隙空间。这说明上述自生矿物形成的先后顺序为:微晶方解石—连生方解石—石英次生加大—孔隙充填方解石—白云石(包括粉晶白云石)。3.1.2第二次石英增加比第二次石英增加一般情况下次生加大石英的沉淀温度范围为低于次生加大长石的形成温度范围,推断次生加大石英的形成早于次生加大长石。3.1.3石英、自生矿物的溶解在上述3种被溶矿物组合中,碎屑长石和方解石胶结物的溶解需要酸性环境,高岭石、自生石英晶体和碎屑石英的溶解需要碱性环境,而自生钠长石和自生白云石的溶解要求酸性环境。这说明溶蚀溶解作用至少发生过3期。3.1.4晚于次级充填方解石高岭石沉淀在次生加大石英的外侧,局部见有被晚期方解石交代的现象,其形成晚于次生加大石英,早于孔隙充填方解石。然而,由于未见到高岭石与次生加大长石之间的交切关系,因而不能根据交切关系确定二者形成的先后顺序。3.2成岩序列和成岩序列研究表明,研究区混积岩的孔隙流体的化学性质经历了由碱性到酸性,最后又回到碱性的变化历程。其中海绿石、微晶方解石、部分石英溶蚀和连生方解石为成岩早期碱性流体条件下的成岩序列;次生加大石英、油气侵位、溶蚀溶解和高岭石沉淀为酸性流体条件下的成岩序列;伊利石、绿泥石、钠长石化、孔隙充填亮晶方解石和白云石为晚期碱性流体条件下的成岩序列。4岩相类型及其分布4.1成岩作用类型为了便于识别和应用,采用根据优势自生矿物矿物类型或成岩作用类型命名方法将研究区成岩相划分为微晶方解石胶结成岩相、连生方解石胶结成岩相、复合胶结成岩相、高岭石充填成岩相和粉晶白云石胶结成岩相5种类型。4.2成岩相特征4.2.1用结晶石法形成岩石相胶结物为微晶方解石,一般不含其他胶结物或自生矿物。颗粒之间以点线接触为主。主要分布在白10-3井。4.2.2早期石/高岭石/白云石早期胶结物由亮晶方解石组成,嵌晶结构,假象方解石少见。成岩共生序列为微晶方解石/连生方解石/高岭石/白云石。晚期与早期嵌晶(连生)方解石胶结成岩相的差别是:①砂岩中见有少量的次生加大石英和次生加大长石;②颗粒之间以线状和凹凸状接触为主,说明该连生方解石形成较晚。典型成岩共生顺序为石英次生加/长石次生加大/连生方解石胶结(包括较多的假相方解石)/白云石。4.2.3石英共生序列以孔隙中充填高岭石为特征。碎屑长石和方解石胶结物具有明显的溶蚀溶解现象,方解石在扫描电镜下见有微溶孔。典型成岩共生序列为石英次生加大/长石溶蚀溶解/高岭石/白云石。该成岩相主要分布于白15-2井。4.2.4最佳配方的确定颗粒大多数呈线状接触。典型的成岩序列为微晶方解石/石英次生加大/长石次生加大/孔隙充填方解石/溶蚀溶解/石油侵位/白云石(白20-4井)。4.2.5白云石粉与岩相结合砂岩的胶结物为白云石。该成岩相主要分布在港深24-26井,其共生顺序为海绿石/石英次生加大/长石次生加大/粉晶白云石。5成岩组合(1)研究区分布的混积岩成岩作用类型主要经历了压实作用、胶结与自生作用及自生黏土矿物形成、交代作用和溶蚀、溶解作用。(2)本区识别出3个成岩共生组合,成岩组合Ⅰ由海绿石、黄铁矿、微晶方解石、连生方解石及部分石英溶蚀组成;成岩组合Ⅱ包括次生加大石英和高岭石的形成、油气大规模注入以及长石