鄂尔多斯盆地延长组砂岩中石盐成因探讨

沈欣岚，王亚楠，杨 洋，荆汝超，田建锋

(西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

石盐属易溶矿物，常见于高盐度水体沉积环境，在滨海泻湖、内陆盐湖等沉积中较常见，成岩阶段地层水浓缩也可形成石盐胶结物。鄂尔多斯盆地三叠系延长组属于淡水湖盆三角洲沉积[1，2]，在其砂岩中局部可见石盐充填孔隙，一般认为这些石盐形成于成岩晚期的高盐度环境[3，4]。但是，延长组沉积时期为淡水，现今地层水矿化度为10～100 g/L[5，6]，远未达到石盐析出的浓度，石盐的出现与延长组地层的沉积、成岩环境不匹配。

1 石盐的形成条件及成因类型

石盐又称岩盐，化学成分为NaCl，属等轴晶系六八面体晶类的卤化物。单晶体呈立方体，在立方体晶面上常有阶梯状凹陷，集合体常呈粒状或块状。石盐易溶于水，20℃时的溶解度为36 g，随着温度的升高，溶解度略有升高(表1)[7]，但温度对石盐溶解度的影响并不显著。

表1 不同温度下NaCl的溶解度[7]

沉积岩中的石盐按成因可分为沉积石盐、地层水浓缩石盐和地层水混合石盐3种类型[8]。常见的石盐大多为沉积成因石盐，主要产于气候干旱的内陆盆地盐湖中，或被砂坝所隔与海水隔绝蒸发大于补给的浅水泻湖、海湾中，常与钾盐、光卤石、杂卤石、石膏、硬石膏、芒硝等共生或伴生。地层水浓缩成因石盐形成于成岩阶段，埋藏成岩过程中由于温度、压力增加[8，9]，水-岩相互作用导致地层水中各种离子富集、矿化度升高；随着矿化度不断增加，溶解度小的盐类相继沉淀析出，首先是碳酸盐，然后是硫酸盐，最后氯化物。外来流体混合成因，断裂活动使多层地层水连通，导致两种或多种地层水混合而使水性发生变化，高盐度地层水温度降低而形成石盐。

2 延长组石盐充填特征

鄂尔多斯盆地延长组为河湖三角洲沉积，在扫描电镜下，陕北长6[4，10]、姬塬长4+5[11-13]和长8[3]、贺旗长8(图1)等砂岩中均发现了石盐晶体，这些石盐充填具有以下特征：

1)仅扫描电镜下可见：延长组砂岩储层研究程度较高，开展了大量的扫描电镜、铸体薄片、X-衍射、阴极发光等研究，但仅在扫描电镜下发现了石盐晶体。

2)石盐充填少而不均：扫描电镜下延长组砂岩样品中观察到石盐晶体的概率大约为2%，且体积含量小于1%；同时石盐分布不均，同一样品在扫描电镜下也仅局部可见。

3)石盐晶体溶蚀现象较明显：电镜观察发现，石盐单晶呈立方体状，大小在 3～20 μm，集合体团块状或薄膜状，除特别致密的砂岩外，大多发生了明显溶蚀，呈晶骸状。

4)形成时间晚：石盐晶体充填孔隙中，覆盖在颗粒表面或粘土包膜之上，在石盐集合体内部未见其他成岩矿物，表明形成时间晚。

5)储层物性差：发育石盐晶体的砂岩渗透率为0.5×10-3～2×10-3μm2，储层孔隙较大，喉道难见，发现石盐晶体测层位为长4+5、长6、长8，而物性较好的长9、长10以及长2中尚未发现石盐充填。

6)分布于油迹砂岩内：砂岩粒度细，以细砂岩和极细砂岩为主，常常为深灰色，可见明显的油迹。

a 石盐不均匀附着于颗粒表面，里138井, 2067.5m，长8；b 发育溶蚀孔的细砂岩，里138井, 2067.5m，长8；c 石盐附着颗粒表面并发生了明显的溶蚀，里149井，2347.82m，长8；d 孤立的溶蚀孔，里149井，2347.82m，长8； e 石盐晶体溶蚀弱，呈立方体状，里137井，2228.4m，长8；f 菱铁矿发育，储层致密，里137井，2228.4m，长8

3 延长组石盐的成因探讨

因为延长组沉积时期属于内陆淡水湖泊，所以沉积时期无法形成石盐晶体。现今延长组砂岩中所发现的石盐晶体，基本都认为是高盐度富钠碱性成岩流体的产物[3，4]，但是，淡水湖泊沉积在缺少外来高盐度流体侵入的条件下，孔隙水难以达到析出石盐晶体的盐度。而鄂尔多斯盆地构造相对稳定，不存在外部高盐度热流体进入延长组，同时石盐发育的地方也无断层，可见鄂尔多斯盆地延长组地层是难以在成岩阶段形成石盐晶体。另外，在现今延长组地层水矿物度为10～100 g/L的环境下，即使有成岩或沉积阶段形成的石盐晶体，在当前地层水矿化度的条件下，也难以保存。因此，延长组砂岩中的石盐不是沉积和成岩阶段的产物。

实际上，延长组石盐并不是地质作用过程的产物，而是形成于取样和样品处理过程中。因为延长组在沉积和成岩阶段都难以形成石盐，即使形成了石盐，在当前地层水条件下也无法保留，而石盐的产状又表明形成于与之伴生的自生矿物之后，因此，在时间上，石盐只能形成于取芯之后的阶段。发现石盐的砂岩储层物性均小于2×10-3μm2，且可见明显的油迹，地层水难以从岩心中直接流出，保证孔隙中富含地层水，为地层水蒸发形成石盐晶体提供了物质基础。10～100 g/L的地层水蒸发结晶的石盐最多为孔隙体积的0.5%～5%，按砂岩孔隙度12%计算，石盐体积占岩石总体积的0.06%～0.6%，这与砂岩中石盐含量低对应。孔隙中的水在逐渐蒸发浓缩过程中体积减小，孔隙中间逐渐被空气占据，而孔隙水吸附于颗粒表面，因此，总终蒸发析出的石盐晶体总是附着于颗粒表面。而石盐大多溶蚀呈骸晶状，是在岩心上钻取样品过程中，样品与自来水有过短暂接触溶蚀的结果。延长组砂岩中石盐的具体行程过程如下：

地层条件下含水饱和度高的延长组砂岩，在取芯过程中，随着岩心围压的降低，岩心内部的孔隙流体将向外渗流，且物性越好，渗流出来的孔隙流体越多；越靠近岩心边缘，孔隙中保留的流体越少。对于渗透率小于2×10-3μm2的油迹砂岩，岩心内部的孔隙流体难以流出，大部分保留在孔隙中，在岩心运输、保存期间，孔隙流体将不断挥发，并在孔隙壁上形成石盐晶体。当对该岩心钻取岩样时，样品与外部自来水短暂接触，导致部分石盐发生溶蚀，形成骸晶，后期直接洗油、制样、喷金，进行扫描电镜观察时就可见石盐晶体。因为形成的石盐含量过低，在X衍射分析中无法识别；而磨制普通薄片、铸体薄片和阴极发光薄片的过程中，样品都会与水发生较充分的接触，导致形成的石盐溶蚀殆尽，因此在薄片分析和阴极发光等研究过程中无石盐晶体出现，即使沉积或成岩阶段形成了较多的石盐，也在薄片中也无法观察到。

4 结语

延长组砂岩中的石盐属于岩石取出地表之后地层水挥发结晶的产物，储层物性差是这类石盐形成的基本条件，含量极低且附着于颗粒表面分布是其基本特征，不能根据这类石盐的出现预测沉积或成岩流体性质。同时，这种现象的出现也警示人们在利用分析化验结果时，须充分考虑取样过程、制样过程以及分析过程对测试结果的影响，这类现象在地质研究过程中还有很多。如致密砂岩中轻质油挥发后，重质油残留于砂岩中，这与石盐晶体的形成过程相似；还有像磨制薄片过程中，机械力的作用导致部分矿物形成的解理缝。