鄂爾多斯盆地東北部直羅組砂巖成巖作用特征分析

摘" 要：通過對鄂爾多斯盆地東北部進行野外剖面觀察和樣品采集，運用普通薄片、鑄體薄片、物性分析和掃描電鏡等分析方法進行測試，對直羅組砂巖的成巖作用特征進行研究，明確砂巖的巖相學特征、孔隙特征、物性特征及成巖作用特征，探討鄂爾多斯盆地直羅組砂巖基本特征。結果表明，研究區直羅組儲集層巖性以長石質巖屑砂巖和巖屑砂巖為主。砂巖孔隙類型以粒間孔隙、粒間溶孔和粒內溶孔為主，物性特征以特低孔—特低滲為主，成巖作用主要表現為壓實、膠結和溶蝕作用。

關鍵詞：鄂爾多斯盆地；直羅組；成巖作用；巖石學；溶孔

中圖分類號：P618.130.2" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）07-0097-04

煤炭資源是我國的主體能源[1]，鄂爾多斯盆地是我國重要的含煤盆地，其侏羅紀煤炭資源量占全國的31.9%。砂巖特征關乎煤炭資源的開采難度以及開采風險，直羅組砂巖作為頂板砂巖的研究極為重要。前人對盆地直羅組沉積相[2-4]、鈾礦勘探[5-8]以及水害方面[9-12]做了系統的研究。

前人對鄂爾多斯盆地的研究多從宏觀的沉積角度入手研究侏羅系直羅組砂巖[7，13]，對于微觀層面通過成巖作用分析砂巖的研究尚屬空白，亟待進一步研究以明確直羅組砂巖的成巖作用特征。故本研究以鄂爾多斯盆地直羅組砂巖為研究對象，明確成巖作用類型及其對直羅組砂巖的影響，以期為鄂爾多斯盆地煤炭資源開采提供基礎的地質依據。

1" 區域地質概況

鄂爾多斯盆地地處華北克拉通西部。研究區位置位于鄂爾多斯盆地東北部的陜北斜坡，地理位置位于蒙陜交界地帶。研究區巖漿活動不發育，多出露中新生代地層，構造相對簡單。

直羅組分為上下2段，下段下部多發育大型交錯層理，見鐵質結核，以塊狀構造的灰綠色中粗粒長石砂巖為主，即“七里鎮砂巖”，下粗上細的砂巖特征十分明顯；下段上部為砂泥巖互層。上段下部以中細粒長石砂巖為主，即“高橋砂巖”；上段上部多為雜色泥巖及砂泥巖互層。

2" 巖石學特征

2.1" 巖相學特征

根據研究區薄片鑒定資料，研究區砂巖巖性主要為巖屑質長石砂巖和長石砂巖（圖1）。研究區直羅組砂巖石英含量12%～33%，平均為27.52%；長石含量8%～58%，平均為26%；巖屑含量32%～80%，平均為51.79%。填隙物中雜基含量較少，膠結物類型以碳酸鹽礦物為主，主要為鐵方解石、白云石、鐵白云石，膠結物總含量在8%～31%，平均含量為19%。研究區直羅組砂巖主要為中細粒結構；磨圓中等，以次棱角狀為主；分選一般，主要為差—中級別；膠結類型以孔隙式膠結為主，孔隙發育基礎環境較為完善。

2.2" 孔隙特征

根據鑄體薄片和掃描電鏡分析，研究區混合發育原生孔隙和次生孔隙。該區砂巖面孔率較大。粒間孔隙、粒間溶孔、粒內溶孔和鑄模孔隙等在研究區均有分布，其中粒間孔隙占所有孔隙空間的53.21%。次生孔隙占49.54%，主要為粒間溶孔（圖2（a））和粒內溶孔（圖2（b）），少見鑄膜孔隙。本區主要發育碳酸鹽膠結溶蝕孔，溶孔之間相對孤立，較難形成連通的孔隙結構。粒間溶孔邊緣溶蝕現象明顯，與原生粒間孔形成粒間特大孔隙，連通性較好；粒內溶孔常呈網格狀或蜂窩狀，增加巖石的孔隙。研究區直羅組砂巖孔喉均值系數平均為0.23，喉道分布不均勻；中值孔喉半徑平均值為0.642 μｍ，平均喉道半徑平均值為1.468 μｍ，以特小孔—細喉為主，滲流連通能力差。結合薄片觀察得出，研究區砂巖喉道類型以片狀為主，局部發育縮頸型。

2.3" 物性特征

通過對研究區直羅組砂巖進行宏觀物性分析發現，當地砂巖孔隙度主要為13.20%～23.40%，其中中孔樣品占比36.99%，低孔占比57.80%；滲透率主要為（0.049～594）×10-3 μm2，其中低滲樣品占比15.03%，特低滲占比70.52%，具有中—低孔隙度、特低滲為主、中低滲透率為輔的特征。孔隙度與滲透率具有正相關關系，其滲透率主要受孔隙及喉道的控制。

3" 成巖作用特征

研究區直羅組砂巖成巖作用較為明顯，根據鑄體薄片及掃描電鏡觀察得出，壓實作用、膠結作用和溶蝕作用為主要影響研究區直羅組砂巖的成巖作用。

3.1" 壓實作用

研究區直羅組壓實作用（圖3（a））較為發育，在鏡下特征表現為：碎屑顆粒緊密排列，以點—線接觸為主，也有部分顆粒間呈凹凸接觸，石英粒內出現壓裂縫，長石雙晶發生斷裂錯位，塑性顆粒多發生變形。

3.2" 膠結作用

研究區直羅組砂巖的薄片鑒定資料表明，研究區內膠結作用以碳酸鹽膠結和黏土質膠結為主，同時存在硅質膠結和鐵質膠結。

碳酸鹽膠結作用主要表現為連晶式膠結（圖3（b）），碎屑顆粒呈點—線接觸，主要成分為方解石、鐵方解石、白云石。方解石含量高于鐵方解石與白云石。鐵方解石以斑點狀分布為主。白云石主要為粉晶白云巖膠結。

黏土礦物膠結物以高嶺石為主，綠泥石（圖3（c））次之，伊利石發育程度較低。高嶺石呈書本狀填充于粒間孔隙。綠泥石單體呈葉片狀、針狀，集合體呈絨球狀，抑制石英的次生加大，對原生孔隙起到保護作用。伊利石多呈片狀、纖維狀集合體分布，破壞孔隙連通狀態。

硅質膠結較為發育，以非晶質蛋白石膠結、晶質石英次生加大（圖3（d）、圖3（e））為主。鏡下可見石英次生加大邊，其大小在10～20 μm。

鐵質膠結（圖3（f））較少，呈斑點狀分布，表明研究區直羅組以還原環境為主。

3.3" 溶蝕作用

溶蝕作用在研究區內普遍發育，主要為碎屑顆粒和膠結物的溶蝕，碎屑顆粒溶蝕發育較為普遍，膠結物溶蝕以點蝕狀、淋斑狀溶蝕為主。

3.4" 交代作用

研究區直羅組砂巖交代作用表現為碳酸鹽礦物、黏土質礦物交代碎屑顆粒，主要礦物為方解石交代。

4" 討論

4.1" 巖石學特征與砂巖孔隙的關系

碎屑顆粒的粒度大小對砂巖原生孔隙起到控制性的作用，碎屑粒徑越大，其孔隙越大，滲透率也受其影響增大，如圖4所示，砂巖粒度與孔隙度、滲透率均為正相關。

研究區砂巖成分成熟度及結構成熟度較低，受后期沉積、成巖作用影響大。石英含量增加一定程度上保護了孔隙，長石及云母的含量變化提高孔隙復雜程度，填隙物對孔隙起到破壞作用，如圖5所示，填隙物的增加過程中砂巖孔隙度及滲透率不斷下降。

4.2" 成巖作用對砂巖孔隙的關系

壓實作用會致使巖石體積縮小，孔隙降低，對于砂巖孔隙主要起破壞性作用。根據薄片觀察，在壓實作用下，顆粒間的分布更加緊密，點—線接觸較多；巖屑及碎屑顆粒按定向排列。壓實作用降低了直羅組砂巖的物性，且隨著埋藏深度變深，壓實作用變小。

研究區成巖作用對孔隙的影響如圖6所示，膠結作用下孔隙度不斷降低。碳酸鹽膠結對孔隙起到改造作用，增加孔隙度。黏土質膠結大多會導致孔隙發育變差，增加了孔隙結構的復雜程度。硅質膠結過程中蛋白石發生膠結，石英出現次生加大，堵塞孔隙，使孔隙度進一步降低，同時殘余粒間孔，對孔隙起到建設性作用。成巖作用晚期形成的鐵質膠結，多分布在粒間孔隙或較大顆粒附近，降低研究區砂巖孔隙度。

溶蝕作用對于孔隙具有很大程度的建設作用，研究區直羅組在成巖作用晚期溶蝕作用較為明顯，同時，巖石內部的孔隙增加，次生孔隙比重提高，喉道連通作用得到改善，對于直羅組砂巖的孔隙屬于建設性成巖作用，原生孔隙的流通通道在溶蝕過程中奠定了基礎，使巖石孔隙更加發育。溶蝕作用形成的粒內溶孔與粒間溶孔相連接，擴大孔隙體積，進一步改善孔隙連通性，滲透率得以提高。

綜上所述，各種成巖作用都在影響孔喉的分布，使孔隙結構復雜化。

4.3" 成巖作用下煤礦防治手段

通過對研究區直羅組砂巖巖石學特征及物性特征分析得知，研究區直羅組砂巖富水性較低，水害發生概率較低，為研究區煤礦安全開采防治提供了良好的地質基礎，降低了研究區礦區內水害防控難度。緊緊抓住直羅組成巖作用的特點，可采取以預防為主的防控措施，切斷地下水持續徑流通道，從源頭上消除礦井安全隱患。

5" 結論

1）研究區直羅組儲集層巖性主要為長石質巖屑砂巖和巖屑砂巖，表現為低成分成熟度和高結構成熟度，膠結方式主要為孔隙式膠結。

2）研究區的主要成巖作用有壓實、膠結和溶蝕作用。研究區孔隙以粒間孔隙為主、次之為粒間溶孔和粒內溶孔。物性特征表現為中—低孔隙度、特低滲或中低滲透率，非均質強。

3）研究區砂巖成巖作用及物性特點表明礦區防治問題應以預防為主，保證煤礦開采安全。

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Abstract： Through field section observation and sample collection in the northeastern part of the Ordos Basin， and testing using ordinary thin slices， cast thin slices， physical property analysis and scanning electron microscopy， the diagenesis characteristics of the Zhiluo Formation sandstone are studied to clarify the petrographic characteristics， pore characteristics， physical properties and diagenesis characteristics of the sandstone， and discuss the basic characteristics of the Zhiluo Formation sandstone in the Ordos Basin. The results show that the reservoir lithology of Zhiluo Formation in the study area is dominated by lithic sandstone and lithic sandstone. The pore types of sandstone are mainly intergranular pores， intergranular dissolved pores and intragranular dissolved pores， and the physical characteristics are mainly ultra-low porosity and ultra-low permeability. The diagenesis is mainly manifested by compaction， cementation and dissolution.

作者簡介：孟恩慧（2000-），女，碩士研究生。研究方向為巖石學、礦物學、礦床學。