王 濤，張生銀，魏 璞，李俊飛，郭 暉，張順存

（1.中國(guó)科學(xué)院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，蘭州 730000；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國(guó)石油新疆油田分公司 石西油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

沸石最早在1756 年由瑞典礦物學(xué)家Cronstedt根據(jù)某些硅酸鹽礦物在硼砂熔珠試驗(yàn)中沸騰而命名，意為沸騰的石頭。沸石是一種架狀構(gòu)造的硅鋁酸鹽礦物，其基本結(jié)構(gòu)是Si-O 四面體，化學(xué)組成通常用下面的化學(xué)式表示：（Na，K）x（Mg，Ca，Sr，Ba）y{Al（x+2y）Si［n-（x+2y）］O2n}·mH2O?；瘜W(xué)式中Al 的個(gè)數(shù)等于陽(yáng)離子的總價(jià)數(shù)，O 的個(gè)數(shù)為Al 和Si 總數(shù)的2 倍。盡管18 世紀(jì)中期實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)發(fā)現(xiàn)沸石并掌握合成沸石的技術(shù)，但是直到20 世紀(jì)50 年代早期，科學(xué)家才首次在火山巖裂隙充填物和杏仁體等自然礦物體中發(fā)現(xiàn)沸石，隨著研究的深入，逐漸在土壤［1］、鹽堿湖［2-3］、沉積盆地［4］中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有沸石類(lèi)礦物，由于生產(chǎn)生活的需要，研究人員更是在實(shí)驗(yàn)室合成了多種沸石［5-6］。沸石類(lèi)礦物表現(xiàn)出優(yōu)越的離子交換、吸附、催化等性能，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品工業(yè)、機(jī)器制造等領(lǐng)域，此外還可用于核廢料處理回填［6-7］、微觀顆粒的吸附［8-9］、消除各類(lèi)揮發(fā)性有機(jī)物［10］、去除滲濾液中的氨氮［11］以及修復(fù)濕地的生態(tài)系統(tǒng)［12］。近年來(lái)的深部油氣勘探發(fā)現(xiàn)，沸石類(lèi)礦物廣泛分布于國(guó)內(nèi)外含油氣盆地儲(chǔ)集層中，而且沸石發(fā)育與碎屑巖儲(chǔ)集性能密切相關(guān)。連麗霞等［13］針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣中拐地區(qū)二疊系廣泛發(fā)育沸石類(lèi)礦物開(kāi)展了系統(tǒng)研究，認(rèn)為濁沸石和方沸石溶蝕產(chǎn)生次生孔隙，但是其產(chǎn)生的次生孔隙很少，對(duì)儲(chǔ)層的改造作用很微弱；張順存等［14］通過(guò)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地瑪北地區(qū)三疊系百口泉組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，沸石類(lèi)膠結(jié)物的溶蝕作用能夠改善儲(chǔ)層物性；部分學(xué)者［15-17］認(rèn)為沉積相帶能夠影響沸石礦物的種類(lèi)，不同沉積相中發(fā)育的沸石種類(lèi)存在一定的差異，且有機(jī)酸的充足供給也是沸石礦物溶蝕的有利條件。隨著深部成巖理論的不斷完善、流體包裹體分析技術(shù)的普及以及高精度微區(qū)分析的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在沸石的種類(lèi)、成因、形成條件及演化規(guī)律等方面的研究中均取得了豐碩成果。

通過(guò)系統(tǒng)總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于含油氣盆地儲(chǔ)層中沸石的研究進(jìn)展，包括沸石的種類(lèi)、分布規(guī)律、成因類(lèi)型及其對(duì)儲(chǔ)層的影響等，以期為含沸石類(lèi)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)和儲(chǔ)層改造提供決策依據(jù)。

1 國(guó)內(nèi)外主要盆地沸石分布特征

已知的天然沸石有20 多種，但是常見(jiàn)的沸石主要有8 種，即：方沸石、菱沸石、斜發(fā)沸石、毛沸石、片沸石、濁沸石、絲光沸石、鈣十字沸石。通過(guò)沸石類(lèi)礦物的化學(xué)組成和晶體特征，可建立8 種常見(jiàn)沸石類(lèi)礦物的化學(xué)式及其晶體結(jié)構(gòu)模型［18-21］，為了直觀地展現(xiàn)8 種常見(jiàn)沸石類(lèi)礦物的晶體特征，現(xiàn)根據(jù)美國(guó)礦物晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)資料展示了8 種常見(jiàn)沸石類(lèi)礦物圖版（圖1）。

圖1 常見(jiàn)沸石類(lèi)礦物形態(tài)特征（a）方沸石；（b）菱沸石；（c）斜發(fā)沸石；（d）毛沸石；（e）片沸石；（f）濁沸石；（g）絲光沸石；（h）鈣十字沸石Fig.1 Morphological characteristics of common zeolite minerals

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)向深層、非常規(guī)儲(chǔ)層的拓展，特別是火山巖含油氣系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層中沸石類(lèi)膠結(jié)物的廣泛發(fā)育引起了國(guó)內(nèi)外石油地質(zhì)工作者的關(guān)注。通過(guò)大量調(diào)研文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有研究成果中很少有關(guān)于寒武紀(jì)之前的沸石類(lèi)礦物的報(bào)道，因此筆者歸納了古生代以來(lái)不同時(shí)代沉積盆地中沸石類(lèi)礦物的種類(lèi)和分布特征，概述了國(guó)內(nèi)主要盆地中沸石的發(fā)育層位、沉積環(huán)境和沸石類(lèi)型，并總結(jié)了其成因（圖2，表1）。

表1 國(guó)內(nèi)主要盆地中沸石的發(fā)育特征Table 1 Development characteristics of zeolites in major basins of China

圖2 國(guó)內(nèi)主要盆地中沸石的分布特征Fig.2 Distribution characteristics of zeolites in major basins of China

1.1 古生界盆地中沸石類(lèi)型及其分布

古生界沉積盆地中沸石類(lèi)礦物的研究主要集中于我國(guó)新疆北部的準(zhǔn)噶爾盆地和三塘湖盆地［22］。準(zhǔn)噶爾盆地沸石類(lèi)礦物主要發(fā)育在瑪湖凹陷、吉木薩爾凹陷和石樹(shù)溝凹陷石炭系和二疊系儲(chǔ)層中；三塘湖盆地沸石類(lèi)礦物發(fā)育在中二疊統(tǒng)蘆草溝組火山巖的杏仁體內(nèi)或裂隙中。沸石種類(lèi)有方沸石、片沸石和濁沸石，偶見(jiàn)斜發(fā)沸石和鈉沸石。新疆北部古生代發(fā)育的沸石類(lèi)礦物具有明顯的火山活動(dòng)和熱液活動(dòng)背景，石炭系至下二疊統(tǒng)火山巖中的沸石主要呈脈狀充填于裂隙，具有明顯的后期熱液活動(dòng)特點(diǎn)，并以濁沸石和片沸石為主，偶見(jiàn)鈉沸石和方沸石。上二疊統(tǒng)富火山碎屑巖中的沸石則主要以膠結(jié)物形式存在，主要有方沸石、片沸石和濁沸石，且方沸石含量較多，其成因可能與二疊紀(jì)堿性沉積和后期的成巖作用有關(guān)［23-25］，堿性沉積提供了形成沸石類(lèi)礦物所需要的堿性水化學(xué)性質(zhì)。國(guó)外關(guān)于該地質(zhì)歷史時(shí)期盆地的研究中鮮有沸石的報(bào)道。

1.2 中生界盆地中沸石類(lèi)型及其分布

中生界盆地中沸石類(lèi)礦物含量相對(duì)較多。鄂爾多斯盆地沸石類(lèi)礦物主要發(fā)育在三疊系內(nèi)陸淡水湖盆三角洲和水下扇體系的碎屑巖系中，主要分布在三角洲平原分流河道和三角洲前緣相帶，并且主要為濁沸石［26］。研究人員根據(jù)沸石形成的溫度將其成巖階段劃分為中成巖階段和晚成巖階段［27］，沸石類(lèi)礦物的形成主要與斜長(zhǎng)石發(fā)生鈉長(zhǎng)石化、火山物質(zhì)密切相關(guān)［28］。四川盆地沸石類(lèi)礦物主要發(fā)育在侏羅系河流三角洲相砂巖及濱淺湖砂體中，以濁沸石膠結(jié)物為主［29］。松遼盆地濁沸石主要發(fā)育在下白堊統(tǒng)下部地層、由長(zhǎng)石、石英及酸性噴發(fā)巖巖屑所組成的混雜砂巖中［30-32］。二連盆地白音查干凹陷白堊系湖相白云巖中發(fā)育共生的鈉沸石、方沸石［33］。塔里木盆地北部隆起的英買(mǎi)力低凸起帶在白堊系和古近系濱岸淺灘和濱淺湖沉積體系弱膠結(jié)-強(qiáng)溶解成巖相中發(fā)育方沸石-白云石弱膠結(jié)帶［34］。Murata 等［35］得出，巴西巴拉那盆地東南部侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)高原熔巖堆中的沸石種類(lèi)相對(duì)較多，主要有片沸石、鈣沸石、輝沸石、濁沸石、中沸石、絲光沸石、方沸石、菱沸石以及鎂沸石。?nal 等［36］對(duì)土耳其東部安納托利亞Malatya盆地上白堊統(tǒng)海相環(huán)境沸石礦床的研究發(fā)現(xiàn)，盆地內(nèi)主要發(fā)育斜發(fā)沸石和片沸石。

1.3 新生界盆地中沸石類(lèi)型及其分布

新生代時(shí)期國(guó)內(nèi)沉積盆地發(fā)育沸石類(lèi)礦物相對(duì)較少，在渤海灣盆地北塘凹陷古近系較高pH 的半咸水湖相白云巖和柴達(dá)木盆地西部地區(qū)古近系—新近系辮狀河三角洲前緣—濱淺湖—辮狀河三角洲平原咸水沉積相碎屑巖儲(chǔ)層中發(fā)育以方沸石為主的沸石類(lèi)礦物［37-39］。新生代時(shí)期國(guó)外的沉積盆地中發(fā)育的沸石類(lèi)礦物較多，Reed 等［40］研究發(fā)現(xiàn)斯洛伐克東部盆地新近系砂巖中的沸石類(lèi)礦物成因與凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)沉積物密切相關(guān)，凝灰?guī)r中的沸石由斜長(zhǎng)石和火山碎屑等轉(zhuǎn)變而成，砂巖中沸石是由火山碎屑蝕變和自生孔隙充填礦物形成，形成的沸石主要有毛沸石、斜發(fā)沸石、絲光沸石、方沸石以及少量的鈣十字沸石和濁沸石。Damian 等［41］通過(guò)對(duì)Maramures 凹陷北部始新統(tǒng)沉積盆地的研究發(fā)現(xiàn)，盆地中凝灰?guī)r高度去晶化作用形成斜發(fā)沸石、絲光沸石和片沸石，并且以斜發(fā)沸石為主。Hay 等［42］在Olduvai Gorge 更新統(tǒng)風(fēng)成凝灰?guī)r層中發(fā)現(xiàn)了以鈣十字沸石和方沸石為主的2 期沸石，局部地層中含有鈉沸石和菱沸石。Larsen［43］通過(guò)研究加利福尼亞?wèn)|南部Tecope 盆地上新統(tǒng)至更新統(tǒng)自生硅酸鹽巖的成巖作用發(fā)現(xiàn)，自生硅酸鹽巖中常見(jiàn)的沸石類(lèi)礦物有鈣十字沸石、斜發(fā)沸石和方沸石，少見(jiàn)菱沸石、毛沸石和絲光沸石?？夏醽喠压扰璧刂邪l(fā)現(xiàn)多種沸石，且沸石含量相對(duì)較高［44-45］。

2 沸石的發(fā)育條件及控制因素

通過(guò)分析世界主要盆地中沸石的發(fā)育情況可知，盆地中沸石種類(lèi)多樣，且成因類(lèi)型各不相同。Hay［46］總結(jié)了與火山物質(zhì)和海底熱液有關(guān)的沉積巖中沸石類(lèi)礦物的發(fā)育條件，并將其歸納為地質(zhì)環(huán)境或水文地質(zhì)系統(tǒng)中的一種，即鹽堿湖、土壤和表層沉積物、深海沉積物、火山碎屑系統(tǒng)低溫開(kāi)閉模式、埋藏成巖作用以及熱液蝕變。隨著研究的深入，沸石類(lèi)礦物成因類(lèi)型得到不斷完善，而沸石形成的控制因素日益明晰。

2.1 沸石類(lèi)礦物的成因類(lèi)型

2.1.1 火山玻璃質(zhì)組分與流體的相互作用

碎屑巖的凝灰質(zhì)巖屑和火山巖的基質(zhì)中富含易溶的火山玻璃質(zhì)，這些火山玻璃質(zhì)控制著孔隙水的化學(xué)性質(zhì)。火山玻璃質(zhì)溶解過(guò)程中釋放出大量K+，Na+，Ca2+，Mg2+等離子，這些離子的存在使得孔隙水為堿性，從而為自生礦物的形成和轉(zhuǎn)化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。Chipera 等［47］指出，火山玻璃質(zhì)溶解過(guò)程中，先在過(guò)飽和堿性溶液中析出的礦物是蒙脫石，當(dāng)蒙脫石處于過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)開(kāi)始析出鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石，約44 ℃時(shí)，斜發(fā)沸石和石英開(kāi)始沉淀［48］。由于斜發(fā)沸石是早期不穩(wěn)定的沸石類(lèi)礦物，約84 ℃時(shí)在成巖蝕變作用下被方沸石和鈉長(zhǎng)石取代，其轉(zhuǎn)化過(guò)程為：

朱世發(fā)等［49］通過(guò)研究準(zhǔn)噶爾盆地西北緣下二疊統(tǒng)油氣儲(chǔ)層中的火山物質(zhì)蝕變時(shí)發(fā)現(xiàn)，沸石類(lèi)礦物的形成是熱力學(xué)條件變換的過(guò)程，并不代表變質(zhì)作用的開(kāi)始，結(jié)合其他學(xué)者的研究結(jié)果可以得出，在約120 ℃時(shí)方沸石轉(zhuǎn)化為片沸石［50］，在一定的壓力條件下，約140 ℃時(shí)片沸石轉(zhuǎn)化為濁沸石［51］。片沸石轉(zhuǎn)化為濁沸石的方程式為

2.1.2 湖相熱水沉積

Rona［52-53］將“熱水沉積”定義為：循環(huán)流動(dòng)在海洋盆地基底巖石中的熱水體系達(dá)到界面附近并涌出界面時(shí)所發(fā)生的沉積作用。陳先沛等［54］將“熱水沉積”定義為：沉積界面之下循環(huán)流動(dòng)的熱水噴溢出界面以后所發(fā)生的沉積作用，以及界面之下與圍巖的交代（蝕變）充填作用。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)熱水沉積的概念有了初步定義，但是在沉積過(guò)程和沉積機(jī)理等方面的研究仍存在很多不足。Utada［55］曾在研究中指出熱液蝕變形成的沸石只在堿性熱液蝕變過(guò)程中出現(xiàn)，這種堿性蝕變主要發(fā)生在相對(duì)高的堿金屬、堿土金屬含量以及較高的pH 環(huán)境中，并被細(xì)分為鈉硅酸鹽型、鈣硅酸鹽型和鈉鈣硅酸鹽混合型。部分學(xué)者［56-58］認(rèn)為，陸相熱水沉積的方沸石可能是堿性的鈉質(zhì)硅酸鹽膠體熱液噴出地表或在近地表處遇湖水后迅速冷凝而成。總體來(lái)說(shuō)，熱水成因的沸石晶體形態(tài)完好，晶體粒度較大，化學(xué)成分穩(wěn)定，Al/Si 摩爾比相對(duì)較低，重稀土HREE 相對(duì)虧損［59］。

2.1.3 鹽堿性河流-湖泊成因

在偏堿性的河相和湖湘沉積盆地中，不含火山物質(zhì)的細(xì)粒沉積巖（粉砂巖、碳酸鹽巖等）中發(fā)育方沸石。方沸石作為一種硅鋁酸鹽礦物，形成于富Na+的堿性水體中，其形成溫度范圍較大，可在4～50 ℃的成巖早期形成，也可以在高于200 ℃的變質(zhì)時(shí)期形成［60］。在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下，河流和湖泊鹽堿度逐漸增加，高濃度的Na2CO3加速了碎屑黏土的溶解，釋放出大量的Si4+和Al3+，促進(jìn)了方沸石的形成。攜帶大量Si4+，Al3+，K+，Na+的流體在進(jìn)入孔隙（粒間孔隙、生物體腔孔隙以及裂縫和液化脈等）空間后，在偏堿性條件和較低溫度下析出方沸石［61］。此外，在同生—淺埋藏環(huán)境下，鹽堿性湖水或孔隙水中的黏土礦物和長(zhǎng)石相互作用亦可以生成方沸石［62］。由非火山物質(zhì)形成的沸石主要是方沸石，鮮有其他沸石的生成。

2.2 沸石形成的控制因素

2.2.1 水化學(xué)性質(zhì)的影響

沸石類(lèi)礦物的形成首先受到水化學(xué)的影響，其形成的一個(gè)重要條件是高活性比的（Na++K++Ca2+）/H+，即沸石主要在堿性環(huán)境中形成，pH 值大于9 時(shí)，沸石的生成速度比低pH 值快得多。水分活度在沸石穩(wěn)定性方面也起著重要的作用，鹽份的增加使含水較低的沸石更加穩(wěn)定［63］。礦物骨架外陽(yáng)離子的性質(zhì)和比例對(duì)形成沸石的種類(lèi)同樣重要，Bargar 等［64］研究指出斜發(fā)沸石在Na+的參與下轉(zhuǎn)化為方沸石，方沸石在Ca2+的參與下向片沸石轉(zhuǎn)化。

2.2.2 溫度的影響

溫度不僅控制著生成沸石的反應(yīng)速率和種類(lèi)，還控制著沸石的穩(wěn)定性，含水量少的濁沸石和方沸石在高溫下較穩(wěn)定。斜發(fā)沸石轉(zhuǎn)化為方沸石的溫度約為84 ℃，片沸石轉(zhuǎn)化為濁沸石的溫度約為140 ℃。包裹體測(cè)溫作為研究礦物形成溫度的有力手段也被用來(lái)研究沸石類(lèi)礦物的形成溫度。方銳等［65］研究認(rèn)為，濁沸石的形成溫度為54～115 ℃，裂隙中充填的方沸石包裹體的均一溫度為105～175 ℃。沸石類(lèi)礦物形成的溫度范圍較廣，但是不同種類(lèi)的沸石對(duì)應(yīng)的生成溫度范圍有一定的差別，形成濁沸石的溫度較低，形成方沸石的溫度較高。

2.2.3 壓力的影響

沸石類(lèi)礦物多含水，對(duì)壓力較敏感。壓力的增大有利于含水較少的高比重沸石類(lèi)礦物的生成。在地層壓力的影響下，沸石類(lèi)礦物種類(lèi)具有從表層的含水較多到深部含水較少的垂直分帶特征［66］。朱世發(fā)等［49］對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系沸石成巖模式的研究發(fā)現(xiàn)，自生沸石的形成除了受原始物質(zhì)組成控制外，還受水化學(xué)性質(zhì)、溫度及壓力等綜合因素的影響，原始物質(zhì)提供了沸石形成的基本礦物組分，pH 值、陽(yáng)離子類(lèi)別及其比例等均決定了沸石的類(lèi)型。

2.3 合成沸石的條件與方法

礦物種類(lèi)決定了礦物的用途，沸石作為一種硅鋁酸鹽礦物，其孔道結(jié)構(gòu)獨(dú)特、比表面積大、離子交換能力強(qiáng)、具有較高的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境處理方面發(fā)揮著巨大作用。隨著需求的增加，當(dāng)前開(kāi)采沸石的產(chǎn)量難以滿足生產(chǎn)的需求，因此，結(jié)合沸石形成的地質(zhì)條件，采用人工方法合成沸石受到廣泛關(guān)注。為了滿足特殊的生產(chǎn)需求，研究人員對(duì)沸石的骨架元素和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造［67］。

實(shí)驗(yàn)室人工合成沸石主要采用的物質(zhì)包括水玻璃、天然礦物資源及工業(yè)廢料（主要有煤矸石及粉煤灰等）［66-70］，合成沸石的技術(shù)主要有水熱法、NaOH 熔融法和微波爐加熱法等［71］，影響沸石合成的因素主要有原材料的種類(lèi)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和選取的堿的種類(lèi)與濃度［72］，現(xiàn)在工業(yè)上合成沸石選用的原材料大都是高硅鋁含量的物質(zhì)，反應(yīng)的晶化溫度相對(duì)較低，一般在150 ℃左右，各種合成技術(shù)中都需要堿性物質(zhì)的參與，這與自然形成沸石需要的條件（圖3）極為相似。

圖3 自然形成沸石與沸石合成流程Fig.3 Flow chart of natural zeolites and synthetic zeolites

3 沸石類(lèi)礦物對(duì)儲(chǔ)層的影響

巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、能譜分析、電子探針、全巖X 射線衍射和包裹體等實(shí)驗(yàn)方法是研究沸石類(lèi)礦物的形成機(jī)理及其溶蝕作用的重要手段，沉積盆地中沸石類(lèi)礦物的種類(lèi)及其含量對(duì)沉積盆地儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能和含油性具有較大影響。準(zhǔn)噶爾盆地瑪西地區(qū)二疊系砂礫巖中自生沸石的形成順序?yàn)椋悍椒惺惺鷿岱惺?。早成巖階段在堿性—弱堿性孔隙水作用下，砂礫巖儲(chǔ)層中主要發(fā)生火山灰蒙脫石化、火山玻璃沸石化及綠泥石和硅質(zhì)膠結(jié)等水化化學(xué)反應(yīng)；中成巖階段有機(jī)酸侵入使孔隙水變?yōu)樗嵝浴跛嵝?，該時(shí)期砂礫巖儲(chǔ)層中主要發(fā)生沸石礦物的鈉長(zhǎng)石化、長(zhǎng)石礦物的溶蝕及方解石和白云石的沉淀等脫水化學(xué)反應(yīng)（圖4）［73］。

圖4 瑪西地區(qū)二疊系沸石膠結(jié)砂礫巖儲(chǔ)層成巖階段和孔隙演化模式（據(jù)文獻(xiàn)［73］修改）Fig.4 Diagenetic stage and pore evolution model of Permian zeolite-cemented glutenite reservoirs in Maxi area

瑪西地區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層物性與埋藏深度、沸石類(lèi)礦物種類(lèi)有關(guān)?，敽貐^(qū)二疊系砂礫巖儲(chǔ)層中沸石膠結(jié)砂礫巖的物性隨著深度變化特征（圖5）顯示，不同沸石種類(lèi)的變化特征存在差異，相同的深度含片沸石類(lèi)儲(chǔ)層的物性較差，含方沸石及濁沸石類(lèi)的儲(chǔ)層物性相對(duì)較好，特別是在深部?jī)?chǔ)層中，差異性更強(qiáng)。

圖5 瑪湖地區(qū)二疊系砂礫巖儲(chǔ)層不同沸石儲(chǔ)層的孔隙度（a）和滲透率（b）隨著深度變化特征（據(jù)文獻(xiàn)［73］修改）Fig.5 Porosity（a）and permeability（b）of different zeolite-cemented glutenite of Permian glutenite reservoirs in Mahu area

3.1 方沸石

方沸石對(duì)儲(chǔ)層物性的影響在早期成巖作用和中后期的溶蝕作用過(guò)程中均有體現(xiàn)。早成巖時(shí)期，細(xì)粒沉積巖中的方沸石在壓實(shí)過(guò)程中起到支撐作用而保留了部分儲(chǔ)集空間，成巖后期方沸石與有機(jī)酸發(fā)生反應(yīng)形成次生孔隙，從而改善了儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能［圖6（a）—（b）］［60］。朱世發(fā)等［74］認(rèn)為，方沸石在溶蝕作用下易轉(zhuǎn)化為片沸石和濁沸石，這些片沸石和濁沸石在CaCl2型的地層水中難以溶蝕，破壞了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能［圖6（c）］。

圖6 沸石礦物的膠結(jié)與溶蝕情況（據(jù)文獻(xiàn)［60，74-78］修改）（a）方沸石部分充填層內(nèi)錯(cuò)斷縫，殘余孔隙空間充填油質(zhì)瀝青，單偏光；（b）粉砂巖中亮晶方沸石強(qiáng)烈膠結(jié)，局部溶蝕形成次生孔隙，單偏光；（c）溶蝕的方沸石，檢烏44 井；（d）黃濁沸石化現(xiàn)象，鑄體薄片；（e）杏仁體內(nèi)濁沸石沿兩組解理縫的溶蝕現(xiàn)象，馬19 井，鑄體薄片；（f）濁沸石膠結(jié)砂質(zhì)細(xì)礫巖粒間縫，拐11 井，鑄體單偏光；（g）濁沸石溶蝕孔充填綠泥石和片沸石，拐13 井，單偏光；（h）片沸石膠結(jié)Fig.6 Cementation and dissolution of zeolite minerals

3.2 濁沸石

濁沸石主要通過(guò)早期膠結(jié)作用和后期溶蝕作用影響儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。梁浩等［75］認(rèn)為，三塘湖盆地火山巖的杏仁體和裂縫中的濁沸石降低了儲(chǔ)層的孔滲條件，后期溶蝕作用改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能［圖6（d）—（e）］。準(zhǔn)噶爾盆地中拐凸起二疊系佳木河組粗粒級(jí)砂礫巖中的沸石在早期膠結(jié)作用下使儲(chǔ)集層致密，保留了儲(chǔ)集層的原生孔隙結(jié)構(gòu)［圖6（f）］，這些沸石膠結(jié)的原生孔隙在后期大氣淡水淋濾和有機(jī)酸的作用下發(fā)生溶蝕，但是在多次酸性-堿性成巖環(huán)境交替作用下，這些孔隙在后期再次被沸石膠結(jié)，不利于形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層［圖6（g）］［76］。

3.3 片沸石

Aoyagi 等［77］發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層中發(fā)育的片沸石主要是在成巖過(guò)程中由其他礦物轉(zhuǎn)化而成，如早期形成的斜發(fā)沸石和方沸石在Ca2+富集以及合適的溫度和壓力條件下易轉(zhuǎn)化為片沸石，片沸石充填孔隙后基本不發(fā)生溶蝕作用，破壞了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能［圖6（h）］［78］。Cho 等［51］指出，在60 MPa，140 ℃條件下，片沸石會(huì)向濁沸石轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)儲(chǔ)層的影響是復(fù)雜的。

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系儲(chǔ)層中發(fā)育有方沸石、片沸石和濁沸石，這3 種沸石礦物形成的地球化學(xué)環(huán)境完全不同，方沸石形成于高鈉-強(qiáng)堿環(huán)境下，而片沸石和濁沸石形成于高鈣-弱堿環(huán)境；方沸石的晶體結(jié)構(gòu)為等軸晶系，片沸石和濁沸石的晶體結(jié)構(gòu)是單斜晶系，因此很難發(fā)生方沸石向片沸石和濁沸石的轉(zhuǎn)化［73］。

沸石類(lèi)礦物對(duì)儲(chǔ)層物性的影響可以分為2 個(gè)方面：一是早期儲(chǔ)層孔隙中形成的沸石雖然破壞了儲(chǔ)集空間，但能起到抗壓實(shí)的作用，為后期孔隙水的注入提供了基礎(chǔ)；二是在孔隙水的作用下，早期形成的沸石發(fā)生溶蝕作用及礦物之間的轉(zhuǎn)化，這種溶蝕作用增加了儲(chǔ)層的孔隙度，為后期油氣充注提供了儲(chǔ)集空間，發(fā)生礦物轉(zhuǎn)化的沸石雖然破壞了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，但轉(zhuǎn)化后的礦物在地層水的作用下亦能發(fā)生溶蝕作用，增加儲(chǔ)層物性。

4 結(jié)論

（1）含油氣沉積盆地中主要發(fā)育方沸石、片沸石、濁沸石和斜發(fā)沸石。古生代地層中，沸石類(lèi)礦物主要出現(xiàn)在我國(guó)新疆北部的準(zhǔn)噶爾盆地石炭系和二疊系沉積儲(chǔ)層和三塘湖盆地中二疊統(tǒng)火山巖的杏仁體內(nèi)或裂隙中，具有明顯的火山活動(dòng)和熱液活動(dòng)背景；中生代多個(gè)沉積盆地中發(fā)育沸石類(lèi)礦物，如鄂爾多斯盆地三疊系碎屑巖、四川盆地侏羅系河流-三角洲相砂巖及濱淺湖砂體、松遼盆地中下白堊統(tǒng)混雜砂巖、二連盆地白堊系湖相白云巖和塔里木盆地白堊系和古近系濱岸淺灘和濱淺湖沉積體系；新生代國(guó)內(nèi)盆地中較少發(fā)育沸石類(lèi)礦物，僅在渤海灣盆地古近紀(jì)湖相白云巖和柴達(dá)木盆地西部地區(qū)古近系—新近系碎屑巖儲(chǔ)層中可見(jiàn)，而該時(shí)期國(guó)外的沉積盆地中沸石類(lèi)礦物較多。

（2）沸石的成因類(lèi)型多樣，包括含凝灰?guī)r的火山物質(zhì)溶蝕形成沸石、堿性湖相熱水噴出形成沸石以及河流-湖泊中黏土礦物在鹽堿性水體中形成沸石。

（3）沸石形成的條件受堿性環(huán)境的控制，不同的溫度范圍可以形成不同種類(lèi)的沸石；由于沸石是含水礦物，其形成受壓力的影響，高壓環(huán)境下形成的沸石含水量少。由于沸石類(lèi)礦物形成時(shí)的地球化學(xué)環(huán)境不同，且不同種類(lèi)的沸石礦物晶體結(jié)構(gòu)不同，因此，沸石類(lèi)礦物之間的轉(zhuǎn)化是復(fù)雜的。

（4）沉積盆地中儲(chǔ)層質(zhì)量不僅與埋藏深度有關(guān)，還與沸石類(lèi)礦物的種類(lèi)有關(guān)，沸石類(lèi)礦物對(duì)儲(chǔ)層物性具有2 個(gè)方面的影響，即早期形成的沸石充填孔隙，降低了儲(chǔ)層物性，但保留了原始孔隙結(jié)構(gòu)并起到支撐作用，抵消壓實(shí)作用對(duì)孔隙的破壞，為后期溶蝕作用提供空間基礎(chǔ)；油氣充注時(shí)期，先前充填的沸石在烴源巖演化產(chǎn)生的有機(jī)酸的作用下發(fā)生溶蝕作用而增加了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間。