1. 引言
准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组属碱湖细粒沉积，具有典型的致密油成藏特征[1] [2]，其蕴藏的石油资源量达46.66 × 108 t，目前探明率小于10%，显示出巨大的勘探前景。一般情况下，碱湖pH值介于9-11，总矿化度100-350g/L，主要阳离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+ [3] [4] (孙大鹏，1990；郑绵平等，2018)，其特殊的流体地球化学条件使碱湖盐岩具有不同于经典碎屑岩的成岩演化特征。在碱湖成岩作用中，盐矿物遇酸易溶，在表生或同生期淡水淋滤作用下也易溶蚀[5]；碱湖中，天然沉积的盐矿物以天然碱、苏打石等盐矿物为主，盐矿物在埋藏过程中因环境的变化而极不稳定，如当温度超过40℃，单斜钠钙石逐步转变为钙水碱，钙水碱在成岩期(~52℃)可转化为碳钠钙石[6]；盐矿物的重结晶形成致密的盐岩层[7]，Casas et al. [8]分析显示在距离地表小于70 m的范围，孔隙度随埋藏深度的增加而急剧减小，甚至低至0 %；盐矿物抑制溶蚀反应的进行，黄成刚等[5]认为沉积期，咸化环境中沉淀的盐矿物会在成岩后生变化中，重新释放钾、钠离子，对长石等矿物的溶解具有抑制作用，不利于次生溶蚀作用的发生。Lima and De Ros [9]对巴西Campos盆地下白垩统碱湖碳酸盐储层研究表明，湖水化学变化和埋藏条件下热液的幕式流动引起的矿物沉淀和溶蚀控制了储层孔隙的形成、重新分布和损失。许琳等[10]研究认为玛湖凹陷风城组是以溶孔和裂缝为主，岩石类型主要为含有机质的粉细砂岩和微晶云岩，且较低的碱性矿物含量(<40%)对储层发育有利。宇振昆等[11]建立了玛湖凹陷风城组碱性成岩作用模式，认为石英溶蚀孔隙和溶蚀裂缝为油气提供了一种新型的次生储集空间。盐湖具有相当多的生物产量，藻类更为发育，且因盐类矿物的催化作用，盐湖烃源岩具有生烃早、持续时间长、产油为主的特征[12] [13]。支东明等[14]研究指出，玛湖凹陷风城组烃源岩发育层段与“甜点”储层发育层段具有良好对应关系。目前针对玛湖凹陷风城组碱性矿物的研究重点集中在碱性矿物的类型、成因以及其古环境演化特征方面，对盐矿储层特征及其成因研究薄弱[15] [16]，目前国内外的研究成果也没有过多探讨盐矿物对储层发育的影响。为此，本文以光学显微镜、扫描电镜(含氩离子抛光)下的微观研究为基础，系统研究玛湖凹陷风城组盐岩储层的岩石矿物学、成岩作用和储集空间等特征，在此基础上，选择代表性样品进行元素、微区原位碳氧同位素、包裹体、能谱等分析，深入分析盐岩储层孔隙形成与保存机制，明确碱湖盐岩储层成因，建立玛湖凹陷风城组盐岩储层发育模式，为玛湖凹陷风城组盐岩储层预测提供理论依据。
2. 地质背景
玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北部(图1) [17] [18]，是盆地内油气富集程度最高的生烃凹陷[19]
Figure 1. Sedimentary facies map of fengcheng formation in mahu sag and location map of the study area
图1. 玛湖凹陷风城组沉积相图与研究区位置图
准噶尔盆地于石炭纪末期进入前陆盆地演化阶段，直至三叠纪末期[20]，玛湖凹陷一直是盆地的沉降中心[1] [11]。玛湖凹陷早二叠世火山活动频繁且规模较大[20] [21]，因受到与火山活动有关的地热异常影响，二叠纪至侏罗纪古地温梯度为3.9~5 ℃/100 m[22]，远高于现今地温梯度2.0~2.6℃/100 m [23]。早二叠世风城组沉积期，玛湖凹陷为一封闭湖泊，总体上为干旱~半干旱气候，广泛发育碱湖相沉积[24]。玛湖凹陷风城组自下而上划分为三段：(1) 风一段(P1f1)，以火山岩、凝灰岩为主；(2) 风二段(P1f2)，主要为云质凝灰岩与云质泥岩互层，夹盐类矿物(如碳钠钙石、硅硼钠石等)薄层；(3) 风三段(P1f3)，以云质凝灰岩、陆源碎屑岩为主。
3. 盐岩储层特征
3.1. 岩石矿物学特征
(1) 含盐岩石类型
玛湖凹陷风城组发育的盐岩按照矿物类型分为苏打石岩、碳钠钙石岩、硅硼钠石岩等(图2(a)，图2(b))，除盐类矿物外，盐岩中可见到陆屑、泥等成分，组成了含陆屑/泥质盐岩。
a. 盐岩，岩石中富含硅硼钠石(红色箭头)，FN5井，4068.74 m，-；b. 盐岩，富含碳钠镁石(染色呈紫红色)，MY2井，4152.50 m，-。
Figure 2. Characteristics of salt rocks of the Fengcheng Formation in Mahu Sag
图2. 玛湖凹陷风城组盐岩岩石特征
(2) 主要盐矿物类型
在薄片中观察到最多的盐类矿物是难溶的硅硼钠石和相对难溶的碳钠钙石，其它的盐类矿物由于遇水易溶，所以在制片时常被溶解流失，导致在薄片中见到的盐溶孔较少，因此前期并不认为具有较发育的盐类矿物溶蚀，反而认为盐类矿物是导致岩石致密的因素之一。本次研究中通过XRD和EDS，发现风城组盐岩的矿物组成类型多样，以硅硼钠石含量最多，发育石盐、天然碱、碳钠钙石、碳酸氢钠石、氯碳钠镁石、针钠铁钒、碳钠镁石等(图3)，部分盐岩中也含有陆源碎屑和泥质，但含量较低，其平均视含量分别为5.73%、9.38%。此外通过对薄片磨制中的溶液进行蒸发结晶后再对结晶出的固体进行XRD也发现了较多盐类矿物，如K207井4750.65 m在蒸发结晶固体中检测出有50%的水碱和10%的石盐(图4)。
(3) 盐岩赋存特征
玛湖凹陷风城组中发育的盐岩主要与泥岩呈高频互层状分布(图5)，盐层厚度最小呈厘米级。通过岩心观察和薄片微观特征发现盐类矿物以层状分布为主要特征(图6(a))，其次可见透镜状分布、胶结状和交代状分布(图6(b))。
3.2. 主要储集空间类型
根据铸体薄片和扫描电镜等，盐岩储集空间的溶孔类型主要是盐矿物溶孔，溶蚀的矿物包括碳钠钙/镁石、碳氢钠石、天然碱、方解石等(图7(a)和图7(b))，非钙镁碳酸盐溶蚀孔分布的非均质性强，溶蚀区的盐矿物几乎呈全溶蚀状，而未溶蚀区的盐矿物则呈全充填状(图7(c))。孔隙特征显示，目前有效的
Figure 3. Histogram of mineral composition and content (according to diffraction) distribution in the salt rocks of the Fengcheng Formation in Mahu Sag
图3. 玛湖凹陷风城组盐岩中的矿物组成与含量(据衍射)分布直方图
a. 含灰含云凝灰岩，K207，P1f2，4750.65m，+；b. 蒸发结晶固体XRD分析图谱，与a同一样品。
Figure 4. Samples and composition analysis of evaporation crystallization in the Fengcheng Formation in Mahu Sag
图4. 玛湖凹陷风城组蒸发结晶的样品和成分分析图
a. 细粒岩(红色箭头)与盐岩(黄色箭头)薄层频繁互层，MY1井，4777.91~4778.19 m，岩心；b. 盐岩(红色箭头)呈薄夹层状分布，MY1井，12-5/121，岩心；c. 盐岩与泥岩互层区域，层理缝(黄色箭头)被半充填，MY2井，4435.86~4436.11 m，岩心。
Figure 5. Core characteristics of salt rocks of the Fengcheng Formation in Mahu Sag
图5. 玛湖凹陷风城组盐岩岩石特征
a. 盐岩中呈层状分布的硅硼钠石(绿色箭头)、碳钠钙石(黄色箭头)、碳钠镁石(红色箭头)等，AK1井，5667.25 m，+；b. 盐岩中的碳氢钠石(黄色箭头)、氯碳钠镁石(红色箭头)、硅硼钠石(绿色箭头)等矿物，MY2井，4153.05m，-，。
Figure 6. Authigenic minerals in the salt rocks of the Fengcheng Formation in the Mahu Sag
图6. 玛湖凹陷风城组盐岩中的自生矿物
a.碳钠钙石溶孔，K204井，4382.98 m，SEM；b. 天然碱、碳酸氢钠石的溶蚀孔(蓝色铸体)，MY2井，4433.85 m，-；c. 沿层溶洞，呈半充填，MY1，12 5/121，岩心；d. 沿切割方解石的裂缝形成的溶蚀扩大孔(蓝色铸体)，方解石的溶蚀程度差，MH281井，4944.31 m；e.方解石晶粒表面上发育的溶蚀孔(红色箭头)，FN4井，4403.71 m，SEM，-；f.基质中发育的溶蚀孔(黄色箭头)，孔隙中残留有机质和盐类矿物，MY1井，4696.62 m，SEM。
Figure 7. Characteristics of carbonate and salt mineral dissolution pores of the Fengcheng Formation in Mahu Sag
图7. 玛湖凹陷风城组碳酸盐和盐矿物溶孔特征
钙镁碳酸盐溶孔主要为沿裂缝分布的溶蚀扩大孔隙(图7(d))，而未受裂缝影响的钙镁碳酸盐则未溶蚀。在以扫描电镜为手段的微米尺度下，观察到发育于基质中的微米级孔隙(图7(e))，能谱测试数据显示孔隙中的残留物质包括有机质、天然碱等，显示盐岩中保存了大量的盐矿物溶孔(图7(f))。此外，风城组盐岩中还发育构造缝和层理缝。
3.3. 成岩作用特征
(1) 胶结与交代作用
研究区盐类矿物包括交代早期化学沉积物和以充填形式充填孔隙两种，呈层状或局部富集状，根据镜下观察，具体的矿物类型有碳钠钙石、碳氢钠石、碳钠镁石、天然碱、苏打石等重碳酸盐矿物(图8)。
a. 硅硼钠石和碳钠钙石基本同时形成，AK1，P1f1，5667.25 m，+；b. 碳钠镁石被染成粉红色，K207，P1f2，4854.3 m，-。
Figure 8. Microscopic characteristics of salt minerals in the salt rocks of the Fengcheng Formation in Mahu Sag
图8. 玛湖凹陷风城组盐岩中的盐类矿物微观特征
(2) 溶蚀作用
风城组盐岩储层中常见的盐类溶蚀矿物包括碳钠钙石、碳氢钠石、碳钠镁石、石盐和氯碳钠镁石等(图9(a))，这些盐类矿物均极易溶蚀，岩心上常表现为大的孔洞发育(图9(b))，表现为强烈的非均质性，局部盐类呈完全溶蚀状，伴随裂缝溶蚀成洞(图9(d))，而致密盐层区域的溶蚀作用程度弱(图9(c))。
a. 石盐溶孔，MY1，P1f2，4633.85 m，SEM；b.盐溶小洞顺盐层分布，MY2，3 20/38，岩心；c. 碳钠钙石溶蚀形成的洞，MY2，4157.54~4157.74 m，岩心；d.盐矿物未溶蚀，MH281井，4855.04 m，+。
Figure 9. Dissolution characteristics of salt minerals in the salt reservoirs of the Fengcheng Formation in Mahu Sag
图9. 玛湖凹陷风城组盐岩储层盐类矿物溶蚀特征
(3) 破裂作用
风城组盐岩中发育的破裂缝主要为构造运动形成，绝大多数呈开启状态(图10(a)和图10(b))。此外，风城组盐岩还发育少量的层理缝，层理缝中普遍被钙镁碳酸盐和非钙镁碳酸盐全充填或半充填(图10(c)和图10(d))。
a. 未充填的构造缝(黄色箭头)，FN14井，4103.93 m，-；b. 多期构造裂缝相互切割，MY1井，4716.80 m，+；c. 层理缝被方解石全充填，MY1井，4783.26 m，-；d. 层理缝中充填硅硼钠石，发育晶间孔隙，FN14井，4165.90 m，-。
Figure 10. Microscopic characteristics of fractures in the Fengcheng Formation in Mahu Sag
图10. 玛湖凹陷风城组裂缝微观特征
(4) 压实、压溶作用
风城组盐岩在埋藏过程普遍表现出较强的压实作用，可见明显盐层在挤压作用下发生变形，有的在较强挤压作用下产生压溶形成缝合线(图11)。
a. 沿硅硼钠石条带发育不规则裂缝(缝合线)，MY1井，4688.76，-；b.与a同一视域，+。
Figure 11. Microscopic characteristics of compaction of Fengcheng Formation in Mahu Sag
图11. 玛湖凹陷风城组压实作用微观特征
4. 储层发育成因及发育模式
4.1. 储层发育成因
4.1.1. 溶孔形成机理
(1) 主要溶蚀矿物
玛湖凹陷风城组中主要发育碳钠钙石、碳氢钠石、天然碱、氯碳钠镁石等盐类矿物溶蚀(图12(a)、图12(b))，其次是白云石溶蚀，硅硼钠石溶蚀极少见，对储集空间主要起破坏作用。
a. 洞中充填的碳钠钙石溶蚀形成的孔隙，K207，P1f1，4854.3m，-；b. 碳钠钙石溶孔，MY2，K204，P1f2，4382.98m，SEM。
Figure 12. Dissolution in the salt rocks of the Fengcheng Formation in Mahu Sag
图12. 玛湖凹陷风城组盐岩中的溶蚀作用
(2) 溶蚀流体性质及来源
风城组中发育的碳钠钙石、碳氢钠石、天然碱、氯碳钠镁石、无水芒硝、苏打石等盐类矿物溶蚀，这些盐类矿物的溶蚀主要需要酸性环境，其遇酸溶解度远大于长石、沸石等铝硅酸盐矿物，并且部分盐类矿物在仅有水的情况下也易溶，如苏打石、天然碱、水碱等[25] [26]。玛湖凹陷风城组碱湖烃源岩生烃早且持续时间长的特征[12]，演化过程中生成的酸性流体不仅对长石、沸石等铝硅酸盐进行了溶蚀，也对盐类矿物进行了溶蚀。
4.1.2. 溶孔形成机理
(1) 早期沉淀的盐矿物保孔
玛湖凹陷二叠系盐岩中的白云石晶间孔主要形成于浅埋藏期，在随后进入中–深埋藏后，这些孔隙是如何得以有效保存的？玛湖凹陷风城组沉积时，多期次的咸化造成地层中沉淀较多的盐类矿物，有的以粒间、晶间胶结物形式出现，并且较多在地层中富集成层(图13(a))。
a. 盐类富集成层，MY1，P1f2，14 20/62，岩心；b. 白云石晶体间为碳钠钙石胶结，白云石晶体呈点接触或无接触，K207，P1f2，4853.7 m，SEM。
Figure 13. Occurrence characteristics of salt minerals in Permian salt rocks in Mahu Sag
图13. 玛湖凹陷二叠系盐岩中盐类矿物赋存特征
盐层是化学沉淀产物，一般孔隙发育极差，常成为含盐油气盆地油气藏形成的盖层[27] [28]，现代盐湖中常见两种盐壳，一种很薄(厚仅几mm)，但坚硬致密，一般由微晶碱土碳酸盐组成；另一种多孔，一般由天然碱、水碱等可溶盐类组成结晶壳，但在缺水条件下也能保存下来，并且坚硬，如加利福尼亚盐谷中盐壳景观，虽然厚度只有30 cm左右，但很坚硬，需要用镐才能挖开[29] [30]。由此可见，较多早期形成的盐壳在浅埋藏时具有较强的抗压能力，此外，盐层的致密性也可使下部地层形成异常高压，有利于深部储层孔隙保存[28] [31]。
从微观特征上，可以看到现今埋深近5000 m的岩石中，白云石晶体仍表现为点接触，显然是这些盐胶结物抵抗了进一步的压实作用。从风城组盐层多成层状分布、且不切割层理等宏观特征，显示其主要形成于同生期–准同生期。本次研究中共获得5个盐矿物的原位同位素，其碳同位素分布在0.112‰~3.916‰，明显偏重，氧同位素分布在2.06‰~4.42‰，通过同位素温度计算，其形成温度分布在17℃~28℃，进一步说明这些盐层形成很早。
综上可见，玛湖凹陷风城组众多盐层可以有效抵御进一步的压实对储集空间的破坏，这可能是风城组细粒岩中微小孔隙在深埋藏条件下得以保存的主要原因。
Figure 14. Development model of salt mineral dissolution reservoir
图14. 盐矿物溶蚀型储层发育模式
(2) 早期油气充注保孔
众多学者认为油气充注具有抑制压实和延缓胶结从而保护孔隙的作用，特别是早期油气充注[32]。前已述及玛湖凹陷风城组中的碱湖优质烃源岩具有排烃早、持续时间长且生排烃量多等特征。油气早期与持续强充注，在储层中形成异常压力，抵御上覆压力对孔隙的破坏。地层压力检测表明，玛湖凹陷风城组地层压力多介于1.20~1.80之间，属于典型的异常高压，生烃增压是形成异常高压的重要原因[33]。研究区风城组盐岩储层中最常见的荧光是橙黄色荧光，反映出在中–浅埋藏期有1期强油气充注，由此推测，较早并较强的油气充注，对玛湖凹陷二叠系盐岩储层中孔隙的保存是极为有利的。
4.2. 储层发育模式
根据玛湖凹陷风城组盐岩储层特征及发育成因，建立风城组盐岩储层发育模式。在同生期-早成岩期，来自碱湖的孔隙流体中沉淀出天然碱、碳钠钙石等大量的盐类矿物，主要充填粒间孔隙以及沿层理呈条带状分布，提高了岩石抗压能力，有利于埋藏过程中孔隙的保存。碱湖形成的盐类矿物主要为遇酸或遇水易溶的碳酸盐类矿物。早成岩阶段有机质热演化产生的碳酸和该时期的构造破裂作用共同控制下，对盐类矿物进行溶蚀，但该期溶蚀孔隙常因压实作用和胶结作用而部分遭受破坏，但是早期烃类充注为盐类矿物溶蚀孔隙的保存提供了有利的条件。在中成岩期，酸性流体主要为有机酸，盐类矿物发生大规模溶蚀，从而在盐岩中形成了广泛分布的盐矿物溶蚀型储层(图14)。
5. 结论
(1) 玛湖凹陷二叠系风城组盐岩中典型矿物为碳钠钙石、碳钠镁石、天然碱、硅硼钠石等，除了难溶的硅硼钠石和相对难溶的碳钠钙石之外，其他盐矿物极易溶于水。
(2) 玛湖凹陷风城组碱湖盐岩储层的储集空间为盐矿物溶孔和裂缝，主要为碳钠钙石、碳钠镁石、天然碱等盐矿物溶孔，沿构造缝、层理缝溶蚀更强。
(3) 玛湖凹陷风城组碱湖盐岩储层的典型成岩作用为多种类型盐矿物的胶结与交代，较强的压实与压溶，多期次的破裂作用等。
(4) 玛湖凹陷风城组中形成了较发育的白云石、碳氢钠石、碳钠钙石、天然碱等多种矿物组成的盐壳(层)，盐壳的早期形成不仅对早期孔隙有极好的保护作用，也为后期溶蚀提供了物质条件。风城组碱湖优质烃源岩演化过程中释放的酸性流体，在多类型和多期次的裂缝沟通作用下，对盐岩中的盐类矿物规模进行溶蚀，形成了盐矿物溶蚀型储层，有效改善了储集性。
NOTES
*通讯作者。