钟金银，何 苗，周 韬，3，黄 浩

（1.西南石油大学资源与环境学院；2．中国石油川庆钻探工程有限公司井下作业公司；3．西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室）

鄂尔多斯盆地东南缘长8油层组碳酸盐胶结物成因分析

钟金银1，何 苗2，周 韬1，3，黄 浩1

（1.西南石油大学资源与环境学院；2．中国石油川庆钻探工程有限公司井下作业公司；3．西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室）

碳酸盐胶结物是鄂尔多斯盆地东南缘长8油层组最重要的自生矿物，主要类型为铁方解石，另有少量的白云石和铁白云石。镜下观察、包裹体测温、碳氧同位素分析及铁氰化钾染色实验分析证实，方解石胶结作用从早成岩阶段持续到晚成岩B期。早成岩阶段形成少量的无铁方解石，到晚成岩期，因有机质在热催化作用下脱羧而形成大量铁方解石。这种后期形成的铁方解石以半基底式—基底式胶结充填剩余粒间孔隙，大大降低了储层的储集性能。

碳酸盐胶结物；成因；长8油层组；鄂尔多斯盆地

碳酸盐胶结物是碎屑岩储层中常见的胶结物类型之一，在我国不同类型的沉积盆地中分布广泛。碳酸盐胶结物的存在对储层储集性能具有重要影响，长期以来受到石油地质学领域的高度重视［1-2］。长8油层组为研究区砂体最发育的含油气层，储层具有分布广泛、成因多样及多期形成的特点，研究其碳酸盐胶结物的成因，可为了解成岩作用过程及优质储层分布提供重要依据［3］。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地东南缘位于渭北隆起带与伊陕斜坡的过渡带，受秦岭及祁连海槽影响，构造活动频繁［4］。上三叠统延长组是鄂尔多斯盆地内陆湖盆形成后的第一套生储油岩系和盆地南部最主要的勘探开发层系，厚度为400～1400 m，在盆地南部总体表现为西薄东厚、北薄南厚的特点［5］。研究区延长组可分为5段共10个油层组，其中长8油层组是主要储油层。该油层组厚70～140 m，上部为灰色、深灰色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩夹灰绿色、灰色厚层状中—细砂岩，下部主要为灰绿色、灰黄色厚层-块状细砂岩夹灰色、灰绿色、深灰色粉砂质泥岩和粉砂岩。

2 碳酸盐胶结物类型

长8油层组砂岩中碳酸盐胶结物极为发育，是该区的主要填隙物类型，含量在0～50%，以铁方解石为主，偶见白云石颗粒［6］。铁方解石胶结物主要是粉—细晶结构，多呈斑状或连片状充填于孔隙中，形成孔隙式胶结或基底式胶结，堵塞孔隙（图版Ⅰ-1、图版Ⅰ-2）。早成岩期形成的方解石含量很低，晚成岩期生成的碳酸盐矿物常含有较多的铁，主要为铁方解石，另有少量的铁白云石（图版Ⅰ-3），从接触关系可见铁白云石形成于含铁方解石之后。晚期碳酸盐矿物的一般特点是结晶较好，含量高，一般为10%～40%，往往为连晶胶结。常见方解石交代碎屑颗粒或其它填隙物（图版Ⅰ-4），其中的Ca2+，Mg2+，Fe2+等主要来自于碎屑岩储层上下的泥岩及储层中碎屑颗粒的溶解。

3 碳酸盐胶结物成因分析

3.1 流体包裹体测温分析

近年来，运用次生矿物包裹体测温资料进行胶结物形成期次的划分已形成了一套完整的理论方法体系，取得了很好的应用效果［7-10］。区内方解石胶结物中的流体包裹体极为发育，成群分布于方解石胶结物中（图版Ⅰ-5、图版Ⅰ-6），其类型包括含烃盐水包裹体、液烃包裹体、气液烃包裹体3类。由含烃盐水包裹体测得的包裹体均一化温度为58～121℃，主要分布在100～110℃（表1）。结合成岩阶段划分期次进行划分，则最大峰值在90～110℃，其次在70～90℃和大于110℃，分别对应于晚成岩阶段A1期、早成岩阶段B期和晚成岩阶段A2期。

表1 长8油层组方解石胶结物及裂缝充填方解石中包裹体均一化温度Table 1 The homogenization temperature of inclusion enclave in calcite cements and calcite filled in fracture

方解石胶结作用发生时间较早，开始于早成岩阶段，但大规模的胶结作用发生在晚成岩阶段A1期，持续到晚成岩阶段A2期。因此，不排除长8油层组砂岩中存在少量的早期方解石胶结物。

充填长石溶孔的方解石胶结物中的流体包裹体温度测试表明，其均一化温度在82～95℃，平均为89℃，表明长石溶孔形成于早成岩阶段，形成时间较早。而所测试的充填于裂缝的方解石中的流体包裹体温度则较高，在109～127℃，平均为115.6℃，表明砂岩中的裂缝充填物形成时期较晚。

3.2 碳酸盐胶结物的同位素特征

通过区内长8油层组方解石胶结物的碳氧同位素分析（表 2），得到 δ13C值为 -5.44‰～1.07‰，为低正值或低负值；δ18O值为-23.52‰～-10.58‰，属高负值。碳氧同位素分析测试结果表明：长8油层组方解石胶结物的同位素变化范围较小，说明基本是一次性事件；氧同位素较轻的特征说明方解石在成岩过程中已发生了重结晶作用，镜下可见部分方解石呈连晶状分布于孔隙之中（图版Ⅰ-7）。方解石样品Z值在110.9～118.7，均低于120。因此，沉积环境属非卤水环境，与微咸水向半咸水过渡的环境相吻合［11］，成岩环境适合碳酸盐矿物胶结。

表2 长8油层组碳酸盐胶结物的碳氧同位素分析Table 2 Carbon and oxygen isotope analysis of carbonate cements of Chang 8 reservoir

根据对现代沉积剖面的研究，在较浅部位由细菌代谢作用产生的CO2富集轻碳同位素，并由此而产生具轻碳同位素的“成岩方解石”，同时由于温度低，所产生的“成岩方解石”的氧同位素负值增大（图 1）。

图1 碳酸盐胶结物的碳氧同位素组成分布图Fig.1 Carbon and oxygen isotope compositions of carbonate cements

图1中Ⅰ区为埋藏较浅时与硫酸盐还原作用有关的碳酸盐，即“成岩方解石”，也就是在油气进入储集层之前成岩作用所形成的碳酸盐胶结物；Ⅱ区为与甲烷细菌活动所生成生物气有关的碳酸盐；Ⅲ区的碳酸盐与有机酸脱羧作用有关，当发酵细菌失去活动性时，有机酸在热催化作用下脱羧并产生烃类和CO2，这种CO2往往具有高负值特征。由于这些部位的温度较高，所以氧同位素组成因δ18O的消耗而呈高负值，故可与Ⅰ区的“成岩碳酸盐”相区别，而且，这类CO2可以先于或同时于油气运移期进入储集层内，并以碳酸盐的形式沉淀下来［12］。

区内长8油层组砂岩中碳酸盐胶结物的同位素组成大多分布在图1中的Ⅲ区，属于与有机质有关的碳酸盐。此外，生成于泥岩和黑色页岩内的碳酸盐δ13C值的变化范围较宽，如果仅在较小的区域波动（如δ13C值低负值至δ13C低正值），则意味着此类纤维状甚至厚层状的方解石的碳主要来源于原先大量保存于页岩内的海相（或湖相）骨骼碳酸盐岩的溶解，而不是（或极少）来源于其它生物化学及化学作用的产物，同时也表明这些碳酸盐的成岩作用发生在一个封闭和半封闭的体系内［13-14］。

综合分析认为，这种碳酸盐胶结是有机酸在热催化作用下脱羧开始成为主要反应并产生烃类和CO2时形成的。伴随着不同程度碳酸盐岩岩屑的溶解，前述矿物转化生成的CO2可与烃类一道运移进入储集层中，随着黏土矿物的热演化，不同的矿物离子进行分异，并以碳酸盐胶结物的形式沉淀下来。值得注意的是，该区有一个点落在Ⅱ区，为与甲烷细菌活动生成生物气有关的碳酸盐。流体包裹体测温也发现有极少量包裹体形成温度较低，在50～70℃，表明区内砂岩中存在少量的早期方解石胶结物。

3.3 碳酸盐胶结物的铁氰化钾染色实验

区内长8油层组砂岩中的方解石胶结物在阴极射线下发光较暗，多呈较暗的橙红色，说明其含铁较重［15］。经铁氰化钾试剂染色证实，无论是压实后充填残余粒间孔的方解石胶结物，还是呈半基底式—基底式的方解石胶结物均为铁方解石（图版Ⅰ-8、图版Ⅰ-9）。

包裹体形成温度也表明，大规模的胶结作用发生在晚成岩阶段A1期，并且持续到晚成岩阶段A2期。前述碳氧同位素分析和流体包体测温分析中均认为有极少量的早期形成的方解石胶结物，但染色薄片中却没有发现此类方解石。薄片中未见到无铁方解石胶结物，可能是早期方解石胶结物含量太低。史基安等［16］对西峰油田延长组碳酸盐胶结物研究后认为：早期方解石的含量变化于1.2%～1.8%，在成岩早期的溶蚀作用中被溶蚀殆尽，现在基本找不到它们的踪迹。然而由于其形成较早，通常在常温常压条件下从过饱和的碱性湖水介质中析出，对碎屑颗粒进行触点式胶结，从而增强了砂岩的抗压能力，使大量的原生孔隙得以保存。后来这期方解石被有机质脱羧基作用的酸性水溶解，之后开始的铁方解石胶结作用使所有砂岩中的孔隙被充填，成为半基底式—基底式胶结，极大地降低了储层物性。另外，虽然还有残余的早期方解石，但含量极低，且分布不稳定，因此在铁氰化钾染色薄片中未发现，就像铁白云石一样，在大多数茜素红染色薄片中都不曾出现，仅在个别薄片和扫描电镜下偶见。

鄂尔多斯盆地埋藏热演化史、生烃及排烃与油气运移聚集模拟研究表明［17］，在盆地第三纪（100～140℃），地层埋深在2500～3200 m，此时中下侏罗统延安组及上三叠统延长组烃源岩已演化至中成熟阶段，延长组烃源岩中的生烃速率、生烃转化率、生烃量及石油的聚集均在100 Ma时达到高峰期，并获得了全区85%的排烃量，这一时期延长组地层正处于晚成岩阶段［18］。在3000 m深度处盆地卤水与大气降水混合形成的地层水氧同位素组成δ18OSMOW为-6‰～-4‰，利用氧同位素分馏公式计算出方解石的沉淀温度［19］为54～152℃。研究区大部分样品的计算温度在100℃以上，此温度范围与砂岩在晚期成岩阶段达到的最高温度范围十分吻合，表明亮晶铁方解石主要形成于晚期深埋成岩阶段，应属于晚成岩A1亚期—晚成岩B期。

4 结论

（1）鄂尔多斯东南缘储层砂岩中碳酸盐胶结作用极为发育，其中以铁方解石胶结为主，偶见白云石和铁白云石胶结。通过包裹体测温分析及碳氧同位素分析认为存在少量早期形成的方解石胶结物，但在薄片及染色实验条件下没有观察到此类方解石。

（2）方解石胶结作用从早成岩阶段一直持续到晚成岩B期，早成岩阶段形成少量的无铁方解石胶结物，晚成岩A期因有机质在热催化作用下脱羧而开始形成大量铁方解石，这一胶结作用过程一直持续到晚成岩B期。

（3）晚期深埋成岩阶段形成的碳酸盐胶结物具有结晶好、含量高的特点，一般为连晶胶结。其成因与黏土矿物的成岩转化及有机质热演化形成的酸性流体对长石等碎屑颗粒的溶解有关。

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Origin analysis of carbonate cements in Chang 8 reservoir in southeastern margin of Ordos Basin

ZHONG Jin-yin1， HE Miao2， ZHOU Tao1，3， HUANG Hao1
（1.School of Resources and Environment， Southwest Petroleum University， Chengdu 610500， China；2.Downhole Service Company， CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited， Chengdu 610051， China；3.State Key Laboratory of Oil and Gas Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China）

Carbonate cements are the most important authigenic minerals in Chang8 reservoir in southeastern margin of Ordos Basin,and they are mainly ferrocalcite,with some dolomite and ferrodolomite.Based on thin slice and SEM inspection,inclusion enclave temperature measurement,carbon and oxygen isotope analysis and potassium ferricyanide coloring analysis,it is proved that calcite cementation started from the early diagenetic stage and lasted to the late diagenetic stage of B stage.In the early diagenetic stage,there generated light calcites,while to the late diagenetic stage,there generated a great quantity of ferrocalcites because of the organic material decarboxylation under thermocatalysis.Ferrocalcite generated in late diagenetic stage filled the remained intergranular pores with a semi-basal or basal cementation,which enormouslylowers the accumulation capacityofthe reservoir.

carbonate cements； origin； Chang8 reservoir； Ordos Basin

TE122.2

A

2010-12-01；

2011-02-14

钟金银，1984年生，男，西南石油大学在读博士研究生，主要从事石油地质方面的研究工作。地址：（610500）四川省成都市新都区西南石油大学博士 2010级。E-mail：zhongjinyin@yahoo.com.cn

1673-8926（2011）04-0065-05

图版Ⅰ

于惠宇）