鄂爾多斯盆地延長組砂巖中石鹽成因探討

沈欣嵐，王亞楠，楊 洋，荊汝超，田建鋒

(西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

石鹽屬易溶礦物，常見于高鹽度水體沉積環境，在濱海瀉湖、內陸鹽湖等沉積中較常見，成巖階段地層水濃縮也可形成石鹽膠結物。鄂爾多斯盆地三疊系延長組屬于淡水湖盆三角洲沉積[1，2]，在其砂巖中局部可見石鹽充填孔隙，一般認為這些石鹽形成于成巖晚期的高鹽度環境[3，4]。但是，延長組沉積時期為淡水，現今地層水礦化度為10～100 g/L[5，6]，遠未達到石鹽析出的濃度，石鹽的出現與延長組地層的沉積、成巖環境不匹配。

1 石鹽的形成條件及成因類型

石鹽又稱巖鹽，化學成分為NaCl，屬等軸晶系六八面體晶類的鹵化物。單晶體呈立方體，在立方體晶面上常有階梯狀凹陷，集合體常呈粒狀或塊狀。石鹽易溶于水，20℃時的溶解度為36 g，隨著溫度的升高，溶解度略有升高(表1)[7]，但溫度對石鹽溶解度的影響并不顯著。

表1 不同溫度下NaCl的溶解度[7]

沉積巖中的石鹽按成因可分為沉積石鹽、地層水濃縮石鹽和地層水混合石鹽3種類型[8]。常見的石鹽大多為沉積成因石鹽，主要產于氣候干旱的內陸盆地鹽湖中，或被砂壩所隔與海水隔絕蒸發大于補給的淺水瀉湖、海灣中，常與鉀鹽、光鹵石、雜鹵石、石膏、硬石膏、芒硝等共生或伴生。地層水濃縮成因石鹽形成于成巖階段，埋藏成巖過程中由于溫度、壓力增加[8，9]，水-巖相互作用導致地層水中各種離子富集、礦化度升高；隨著礦化度不斷增加，溶解度小的鹽類相繼沉淀析出，首先是碳酸鹽，然后是硫酸鹽，最后氯化物。外來流體混合成因，斷裂活動使多層地層水連通，導致兩種或多種地層水混合而使水性發生變化，高鹽度地層水溫度降低而形成石鹽。

2 延長組石鹽充填特征

鄂爾多斯盆地延長組為河湖三角洲沉積，在掃描電鏡下，陜北長6[4，10]、姬塬長4+5[11-13]和長8[3]、賀旗長8(圖1)等砂巖中均發現了石鹽晶體，這些石鹽充填具有以下特征：

1)僅掃描電鏡下可見：延長組砂巖儲層研究程度較高，開展了大量的掃描電鏡、鑄體薄片、X-衍射、陰極發光等研究，但僅在掃描電鏡下發現了石鹽晶體。

2)石鹽充填少而不均：掃描電鏡下延長組砂巖樣品中觀察到石鹽晶體的概率大約為2%，且體積含量小于1%；同時石鹽分布不均，同一樣品在掃描電鏡下也僅局部可見。

3)石鹽晶體溶蝕現象較明顯：電鏡觀察發現，石鹽單晶呈立方體狀，大小在 3～20 μm，集合體團塊狀或薄膜狀，除特別致密的砂巖外，大多發生了明顯溶蝕，呈晶骸狀。

4)形成時間晚：石鹽晶體充填孔隙中，覆蓋在顆粒表面或粘土包膜之上，在石鹽集合體內部未見其他成巖礦物，表明形成時間晚。

5)儲層物性差：發育石鹽晶體的砂巖滲透率為0.5×10-3～2×10-3μm2，儲層孔隙較大，喉道難見，發現石鹽晶體測層位為長4+5、長6、長8，而物性較好的長9、長10以及長2中尚未發現石鹽充填。

6)分布于油跡砂巖內：砂巖粒度細，以細砂巖和極細砂巖為主，常常為深灰色，可見明顯的油跡。

a 石鹽不均勻附著于顆粒表面，里138井, 2067.5m，長8；b 發育溶蝕孔的細砂巖，里138井, 2067.5m，長8；c 石鹽附著顆粒表面并發生了明顯的溶蝕，里149井，2347.82m，長8；d 孤立的溶蝕孔，里149井，2347.82m，長8； e 石鹽晶體溶蝕弱，呈立方體狀，里137井，2228.4m，長8；f 菱鐵礦發育，儲層致密，里137井，2228.4m，長8

3 延長組石鹽的成因探討

因為延長組沉積時期屬于內陸淡水湖泊，所以沉積時期無法形成石鹽晶體。現今延長組砂巖中所發現的石鹽晶體，基本都認為是高鹽度富鈉堿性成巖流體的產物[3，4]，但是，淡水湖泊沉積在缺少外來高鹽度流體侵入的條件下，孔隙水難以達到析出石鹽晶體的鹽度。而鄂爾多斯盆地構造相對穩定，不存在外部高鹽度熱流體進入延長組，同時石鹽發育的地方也無斷層，可見鄂爾多斯盆地延長組地層是難以在成巖階段形成石鹽晶體。另外，在現今延長組地層水礦物度為10～100 g/L的環境下，即使有成巖或沉積階段形成的石鹽晶體，在當前地層水礦化度的條件下，也難以保存。因此，延長組砂巖中的石鹽不是沉積和成巖階段的產物。

實際上，延長組石鹽并不是地質作用過程的產物，而是形成于取樣和樣品處理過程中。因為延長組在沉積和成巖階段都難以形成石鹽，即使形成了石鹽，在當前地層水條件下也無法保留，而石鹽的產狀又表明形成于與之伴生的自生礦物之后，因此，在時間上，石鹽只能形成于取芯之后的階段。發現石鹽的砂巖儲層物性均小于2×10-3μm2，且可見明顯的油跡，地層水難以從巖心中直接流出，保證孔隙中富含地層水，為地層水蒸發形成石鹽晶體提供了物質基礎。10～100 g/L的地層水蒸發結晶的石鹽最多為孔隙體積的0.5%～5%，按砂巖孔隙度12%計算，石鹽體積占巖石總體積的0.06%～0.6%，這與砂巖中石鹽含量低對應。孔隙中的水在逐漸蒸發濃縮過程中體積減小，孔隙中間逐漸被空氣占據，而孔隙水吸附于顆粒表面，因此，總終蒸發析出的石鹽晶體總是附著于顆粒表面。而石鹽大多溶蝕呈骸晶狀，是在巖心上鉆取樣品過程中，樣品與自來水有過短暫接觸溶蝕的結果。延長組砂巖中石鹽的具體行程過程如下：

地層條件下含水飽和度高的延長組砂巖，在取芯過程中，隨著巖心圍壓的降低，巖心內部的孔隙流體將向外滲流，且物性越好，滲流出來的孔隙流體越多；越靠近巖心邊緣，孔隙中保留的流體越少。對于滲透率小于2×10-3μm2的油跡砂巖，巖心內部的孔隙流體難以流出，大部分保留在孔隙中，在巖心運輸、保存期間，孔隙流體將不斷揮發，并在孔隙壁上形成石鹽晶體。當對該巖心鉆取巖樣時，樣品與外部自來水短暫接觸，導致部分石鹽發生溶蝕，形成骸晶，后期直接洗油、制樣、噴金，進行掃描電鏡觀察時就可見石鹽晶體。因為形成的石鹽含量過低，在X衍射分析中無法識別；而磨制普通薄片、鑄體薄片和陰極發光薄片的過程中，樣品都會與水發生較充分的接觸，導致形成的石鹽溶蝕殆盡，因此在薄片分析和陰極發光等研究過程中無石鹽晶體出現，即使沉積或成巖階段形成了較多的石鹽，也在薄片中也無法觀察到。

4 結語

延長組砂巖中的石鹽屬于巖石取出地表之后地層水揮發結晶的產物，儲層物性差是這類石鹽形成的基本條件，含量極低且附著于顆粒表面分布是其基本特征，不能根據這類石鹽的出現預測沉積或成巖流體性質。同時，這種現象的出現也警示人們在利用分析化驗結果時，須充分考慮取樣過程、制樣過程以及分析過程對測試結果的影響，這類現象在地質研究過程中還有很多。如致密砂巖中輕質油揮發后，重質油殘留于砂巖中，這與石鹽晶體的形成過程相似；還有像磨制薄片過程中，機械力的作用導致部分礦物形成的解理縫。