胶结作用是碎屑中主要的成岩作用之一，是指矿物质（胶结物）从孔隙溶液中沉淀并将松散的沉积物固结起来的作用。该成岩作用是使沉积层中孔隙度和渗透率降低的主要原因之一，属于一种破坏性的成岩作用，可发生在成岩作用的各个时期。东营凹陷北部陡坡带胶结作用明显，根据研究区46口井600多片岩石薄片资料分析，东营凹陷北部陡坡带的胶结作用主要有硅质胶结、碳酸盐胶结（包括方解石、白云石、铁方解石和铁白云石胶结）、粘土矿物胶结（例如，高岭石、伊利石、绿泥石等胶结）（表4.2）。
4.3.2.1 硅质胶结作用
硅质胶结常见的形式是石英次生加大，镜下呈自形晶面或相互交错连接的镶嵌状结构（图4.5，图4.6）。石英次生加大是成岩过程中常见的现象，早成岩A期一般未见，早成岩B期也少见，而在中成岩期则较为普遍。东营凹陷的石英次生加大比较普遍，通常伴有长石的强烈溶蚀现象。其原因为该凹陷碎屑颗粒中斜长石含量较高，在酸性介质条件下（有机质演化提供有机酸来源）长石溶解，形成K+、A13+，进而生成高岭石及SiO2，为石英加大提供了所必须的物质来源（SiO2）。这个过程的化学反应式为：
箕状断陷湖盆陡坡带层序地层格架内成岩演化研究
图4.5 石英次生加大牛35井，E，3060.00m
图4.6 石英次生加大，充填粒间角状孔利881井，E，3003.05m
坨713、坨711、永116等井的岩石薄片资料表明：沙河街组三段和四段发育较多的石英次生加大，且均以石英次生加大边的形式存在。从1900～2300m开始出现石英次生加大，且加大的程度随着深度的增加而逐渐增加。在浅处，次生加大边很窄，且不连续；随着深度的增加，强石英次生加大在薄片中明显可见，被加大的颗粒多。石英的次生加大严重破坏了原生孔隙，使这一作用发生的SiO2孔隙水主要来源于蒙脱石向伊利石转化中产生的酸性水以及长石被有机水溶液溶解而生成的SiO2。随着温度的升高，促使泥岩中的蒙脱石向伊利石转化，析出的SiO2为石英次生加大提供了硅质来源。同时泥岩中的有机质转化，释放出CO2，形成有机酸和碳酸，降低砂岩孔隙水的pH值，使SiO2在水中的溶解度降低，有利于形成石英次生加大。石英次生加大在东营凹陷深层不很普遍，且边缘多被溶蚀。
4.3.2.2 长石胶结作用
长石次生加大常与石英次生加大共生，碎屑核心主要是钾长石或酸性斜长石。通过所观察的薄片资料显示，研究区长石次生加大主要是斜长石的加大，一般呈两种形式产出，一种是围绕长石晶粒的再生长，一种是孔隙溶液中直接沉淀出长石的自生晶体。
4.3.2.3 碳酸盐胶结作用
碳酸盐胶结可分为方解石、白云石及铁方解石、铁白云石、菱铁矿等胶结。方解石胶结物可以呈粒状、镶嵌状、衬边状产出，也可以呈次生加大边产出。白云石常呈菱形自形晶体充填于粒间孔隙中，或呈薄膜状胶结分布于碎屑颗粒周围。菱铁矿常环绕碎屑、充填孔隙，或呈结核方式产出，在砂岩和粉砂岩中，还可以见到分散状凝胶集而成的球状菱铁矿。碎屑岩的颗粒或者岩石的微裂缝也经常充填碳酸盐胶结物。
碳酸盐胶结物可以形成于各个成岩作用阶段，同生期形成的胶结物一般结晶程度较差，呈隐晶-微晶，常围绕碎屑颗粒呈环边状分布，或分布于松散接触的碎屑颗粒之间；早成岩期与晚成岩期形成的胶结物则一般晶粒粗大，粉晶、粗晶常见，因形成的时间较晚，沉积物已遭受明显或强烈的压实，胶结物充填于较紧密接触及紧密接触的粒间孔中并常对碎屑颗粒有不同程度的交代作用。方解石、白云石多形成于早成岩阶段，铁方解石、铁白云石形成于晚成岩阶段。从表4.2中可以看出，研究区沙河街组三段和四段碳酸盐胶结的晶形主要有隐晶、微晶、显微晶、中晶、粗晶结构，说明不同的方解石形成于不同的成岩时期，经历了不同的成岩演化阶段。
碳酸盐胶结作用发生的时间不同，对储层物性的影响也不同。早期碳酸盐胶结作用可抑制压实作用并为晚期溶解提供物质基础，有利于储层发育；晚期碳酸盐胶结物充填使储层物性变差，破坏储层储集性能。方解石、白云石胶结在目的层段较常见，常呈晶形较好的状态充填于颗粒之间或颗粒接触处，有时也分布于长石的裂缝里。其中，白云石胶结物晶体较方解石小得多。根据对北部陡坡带46口井的铸体薄片观察，北部陡坡带发育有大量的碳酸盐胶结，特别是沙河街组三段和四段（表4.2，图4.7，图4.8），方解石胶结形成于各个成岩阶段。此外，扫描电镜下，坨156、史129等井可见方解石与石英次生加大、粘土矿物共生现象，通常以高岭石及方解石充填于石英次生加大后残余的粒间孔隙里。
图4.7 方解石胶结郑608井，1232.9m，Es，
图4.8 白云石胶结利561井，2051.20m，E
研究区沙河街组方解石和白云石形成时间相对较早，白云石形成于沉积物埋藏早期地层水浓度逐渐增高的化学环境。早期碳酸盐胶结发育的位置、胶结程度和埋藏深度取决于孔隙式流体的活动方式。研究区铸体薄片观察，方解石具有以下特点：①被方解石胶结的岩石，一般为基底-孔隙式胶结，岩石原生结构保存较好，进一步说明了方解石胶结作用发生在成岩作用早期（图4.7）；②方解石具有单颗粒碎屑胶结物-镶嵌状胶结集合体-灰质胶结区的结晶序列，一方面反映了方解石在岩石中的生长特点，另一方面由于化学胶结物受到储层流体活动的强烈控制，它说明了储层流体活动的不均一性。
通过陡坡带典型井的铸体薄片的观察发现（图4.9、图4.10），铁方解石和铁白云石多呈高自形的菱形晶，产状包括交代碎屑或其他成岩矿物及充填粒间两种，通常随埋深增大其晶粒也有所增大的趋势。据薄片观察，沙河街组三段晶体主要微以隐晶-微晶为主，而四段则以中-粗晶为主。铁白云石一般富集在含油层段的两侧。在铁方解石中，交代成因的铁方解石在目的层段中占据了绝对优势，被交代的颗粒通常是已经发生蚀变的长石、岩屑及不稳定泥质。铁方解石的交代作用主要表现为两种形式，一是对碎屑颗粒
图4.9 铁方解石胶结史105井，3226.55m，Es3
图4.10 铁白云石间残余早期白云石丰深1井，4350m，Es4
的整体或局部交代，二是沿颗粒边缘对粘土覆膜的交代。铁方解石的这种产状表明它是沉积物受到普遍（强烈）压实后，孔隙流体再次活跃的产物。
研究区铁白云石和铁方解石的分布通常具有以下特点：①铁白云石和铁方解石通常在砂体外侧相对集中分布，这表明烃类在储层中运移时，此类碳酸盐矿物优先在运移区的外侧沉淀，并形成含油区与非含油区的界限，而后成岩矿物依次在储层内部结晶。②烃类沿断层和疏导砂体向圈闭运移的过程中，成岩矿物的分布与烃类赋存状态密切相关，例如烃源岩直接接触的滑塌扇砂体多作为油气捕集体，前缘相的厚层砂体多作为油气疏导体，而有盖层条件的砂体均可作为圈闭。③暗色泥岩中可见铁白云石和铁方解石呈夹层状富集，反映了在原始沉积环境中，可以出现高矿化度的流体，这为分析埋藏演化过程中示烃成岩矿物的形成提供了一个重要的前提。因此，不仅需要考虑随埋深增加地层水矿化度不断增加的事实，还要考虑原始沉积条件下存在的高矿化度流体对含铁碳酸盐形成的影响。④脉状含铁碳酸盐矿物矿物本身具有事件性特征，将它更多的与幕式热液活动联系到一起。
东营凹陷沙河街组碳酸盐胶结物包括（含）铁方解石、方解石、白云石和（含）铁白云石。其中，铁方解石、铁白云石胶结常见，铁白云石的出现通常代表了中成岩期的开始，形成该类胶结物所需的C a2+、M g2+、Fe2+、等主要来自砂岩层上下所夹的暗色泥岩，其成因与泥岩中粘土矿物的转化有关。铁碳酸盐胶结物发育带，正是蒙脱石向伊利石迅速转化带：该类胶结物出现的深度段，伊利石/蒙脱石混层比约为20%左右，说明蒙脱石已大量向伊利石转化（图4.11）。方解石类胶结物在凹陷深层普遍发育，含量1%～30%，具有3150～3550m、4100～4300m和4800～5400m共3个高含量带，后两带与绿泥石高含量带（图4.11）及次生孔隙发育带在深度上有明显对应关系。白云石类胶结物含量10%～30%，在3300～3500m和4100～4500m深度各有一高含量带，多为含铁白云石和铁白云石。
图4.11 东营凹陷下第三系深层自生矿物含量垂向分布特征图
除了方解石胶结和白云石胶结外，在坨148、坨149等井位沙河街组三段中，铸体薄片资料还发现了菱铁矿胶结。原生菱铁矿胶结是在还原微成水环境中形成的，在地表条件下、在泥炭沼泽或沼泽环境中，可呈结核状或晶粒状。在地下，菱铁矿胶结物则形成于富含有机质的沉积物中。成岩期形成的菱铁矿胶结物有时是由含亚铁离子的地下水交代方解石而成的。
4.3.2.4 硫酸盐胶结
碎屑岩中最常见的硫酸盐胶结物是石膏和硬石膏，它们一般呈连晶状充填于孔隙中，也可以交代其他矿物产出。形成于沉积期和早成岩期的石膏和硬石膏往往和蒸发作用有关，晚成岩期往往与早期石膏的溶解和再沉淀作用有关，地层水与沉积物相互反应或不同地层水的混合也可析出石膏与硬石膏。
东营凹陷沙四段—孔一段含膏地层砂岩、砂砾岩和粉砂岩中硬石膏胶结物呈斑块状嵌晶体非均质分布，局部层段可达20%（图4.11），常包裹碎屑颗粒、充填裂缝，严重堵塞孔隙和喉道。
4.3.2.5 黄铁矿胶结
黄铁矿胶结物可形成于成岩作用的各个阶段，是强还原条件下的产物。同生期和成岩早期形成的黄铁矿多呈草莓状；同生期形成的黄铁矿多呈晶粒状，从自形到他形，也可以呈结核状。黄铁矿的生长与有机质有关，因为有机质常含S和C，而其中的碳常被氧化，同时提供电子，使铁转变为亚铁，并与硫结合形成黄铁矿。
黄铁矿在研究区垂深3000～3600m和4200m附近为常见胶结物，呈分散球粒状或凝块状，常与粒间溶孔、贴粒缝伴生，含量15%～18%，（图4.11）对应深部地层次生孔隙发育带。结合绿泥石的演化特征，可以认为酸溶性物质在还原介质条件的溶解是次生孔隙发育的主要原因。
4.3.2.6 粘土矿物胶结
碎屑岩中的粘土矿物能对碎屑颗粒起胶结作用，可分为它生和自生两种类型。它生的常具有沉淀定向排列，自生的则以分散的孔洞充填物的形式出现，通常构成不规则的凝块。
东营凹陷常见的粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石、伊利石/蒙脱石混层和绿泥石等，其中高岭石、绿泥石常呈分散质点状孔隙充填，伊利石、蒙脱石常呈薄膜状孔隙衬垫产出。
（1）高岭石
电镜下，高岭石呈假六边形或蠕虫状分布于颗粒表面或孔隙中（图4.12，图4.13）。高岭石形成于酸性环境，碱性环境中其稳定性减小：在富Ca2+的条件下，可以转化为蒙脱石；在富K+的环境下，会转变为伊利石。当温度升至一定条件下高岭石会消失，而且随着地质年代的变老，高岭石的数量会越来越少。高岭石可以形成于成岩期及后生期。产状有孔隙充填型和裂缝充填型两种。它大致在150℃以上变得不稳定，当温度升至一定条件下会消失，而且随着地质年代的变老，高岭石的数量会越来越少。
图4.12 高岭石填隙物坨165井，3173.70m，Es4
图4.13 粒间充填书页状高岭石牛30井，Es3
在坨71、盐182等井的薄片观察中，普遍可见自生高岭石。其晶粒大小不一，多呈星点-鳞片状或蠕虫状充填孔隙，常被油浸成褐色，而未受油污的高岭石一般为无色。从坨144、牛30等井位扫描电镜观察，其自形程度较高，多为粒状、书页状、片状、虫状。高岭石晶间微孔较发育，在铸体薄片中观察也较清楚。高岭石的形成不仅降低了孔隙度和渗透率，而且它固着力较弱，在流体作用下易发生迁移，堵塞喉道。
（2）伊利石
在碎屑岩胶结物中常呈片状、蜂窝状、丝缕状等形态出现。集合体形态多呈鳞片状、碎片状及羽毛状，通常呈颗粒包膜或孔隙衬边形式出现，有时呈网状分布于孔隙中（图4.14，图4.15）。伊利石在电镜下呈绒球状充填于孔隙之间，容易堵塞孔喉。自生伊利石的含量随着深度的增加逐渐增加，在沙三段约为20%，到沙四段达到45%左右。成岩期最明显的特征是其结晶度随埋藏深度增加而变好。
（3）蒙脱石
自生蒙脱石常出现于含火山物质较丰富的砂岩中，常呈棉絮状及不规则的厚层波状薄片分布于粒间孔隙汇总及包覆于颗粒表面，它通常由于呈极细粒的鳞片状集合或呈絮状，显微镜下几乎无法识别，在扫描电镜下呈砂粒表面的皱纹状薄膜和蜂窝状的薄膜形式出现。单晶体为不规则的细粒状、卷曲的波状薄片，表面常显得极不平整，边缘参差不齐。在碎屑岩成岩作用早期，蒙脱石含量较丰富，随成岩作用的加强，将转变为其他粘土矿物，在富K+的环境中转变为伊利石，在富Mg2+、Fe3+的环境中转变为绿泥石。
图4.14 填隙物主要伊利石及含铁方解石，石英有加大特征，见有细粒状石膏充填分布
图4.15 填隙物主要为伊利石、细粒状石盐
（4）伊利石/蒙脱石混层
伊利石/蒙脱石混层矿物是砂岩中粘土矿物的组成部分，含量约占20%～30%。以往成果表明：伊利石/蒙脱石混层比的变化受温度和埋深的控制，蒙脱石向伊利石及绿泥石转化是划分成岩的重要标志之一。
（5）绿泥石
自生绿泥石常出现于埋藏较深的岩石中，电镜下单晶呈近似六边形鳞片，表面平滑平整，轮廓清晰，大小均匀，直径一般为2～3μm，杂乱堆积，如一片片散落的柳叶，这
图4.16 东营凹陷下第三系深层粘土矿物垂向演化图
是绿泥石最普遍的形态特征。集合体形态很有特色，除叶片状杂乱堆积外，常见叶片组成的极为美丽的花朵状及绒球状。
粘土矿物在垂向上分布具有一定的规律性。伊利石/蒙脱石混合粘土矿物在垂深3000～3300m具有一条迅速转化带，混层比由35%降到20%；在5000～5200m出现另一转化带，混层比降到10%。高岭石含量一般不超过20%，，在3200m以下急剧减少，但在3700～4000m和5100～5400m略增加，演变特征与次生孔隙带在深度上相对应。伊利石一般为20%～70%，3400m、4700m和5200m附近可达80%，且与绿泥石含量相互消长（图4.16）。绿泥石含量一般10%～40%，随深度增加有3个高含量段：3500～3700m、3900～4300m和4800～5200m，分别与深层次生孔隙发育带对应（图4.16）。东营凹陷深层90%的样品视胶结率大于50%，说明储层普遍受到较强—强胶结；而视胶结率与孔隙度呈明显的负相关关系，表明胶结作用是损害深部储层物性的主要因素之一。
图4.17 东营凹陷下第三系深层粘土矿物垂向演化拟合
图4.17为粘土矿物含量随深度的指数拟合，从图上可以看出，伊利石/蒙脱石含量、伊利石含量、高岭石含量、绿泥石含量、伊利石/蒙脱石混层比随深度变化呈现出一定的趋势，其中，伊利石/蒙脱石含量随着深度的加深，整体趋势是含量减少，伊利石含量、高岭石含量具有两段式，伊利石含量在3500m以上随着深度的加深而增加，在3500m以下随着深度的增加略有减少；绿泥石含量在深度上也是呈两段式，其中在5200m左右以上随着深度增加而增加，在5200m左右以下随着深度增加是减少的；而伊利石/蒙脱石混层比则是随着深度的增加是减少的，只是有些减少的比较慢，有些减少的比较快。总体来说，拟合趋势反应了矿物随着成岩作用的变化。