碳酸盐岩主要成岩作用类型及其特征
碳酸盐岩的成岩作用课件
探讨数值模拟在碳酸盐岩成岩作用研究中的重要性和应用前景，为未 来的研究提供指导和借鉴。
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碳酸盐岩的形成通常与生物活动 、化学沉淀和机械沉积等过程有 关。
碳酸盐岩的分布
碳酸盐岩广泛分布于世界各地的海洋 和湖泊环境中。
在一些地区，如北美的大陆架和欧洲 的石灰岩地区，碳酸盐岩的分布尤为 集中。
碳酸盐岩的组成
碳酸盐岩主要由方解石、白云石、泥灰石等碳酸盐矿物组成 。
此外，还可能含有少量的硅酸盐、硫酸盐和氯化物等矿物。
碳酸盐岩成岩作用过程中形成的次生 溶蚀孔隙和裂缝为石油和天然气提供 了储存空间。
烃源岩成熟
圈闭形成
成岩作用造成的地层抬升、剥蚀等可 以形成地形圈闭，有利于油气的聚集 。
成岩作用过程中，有机质成熟转化为 烃类，成为石油和天然气的来源。
对地下水的影响
地下水储层
碳酸盐岩的成岩作用可以形成良好的地下水储层 ，提供人类和动植物的用水需求。
沉积构造特征是碳酸盐岩的重要 特征之一。常见的沉积构造包括
叠层石、鲕粒、生物扰动等。
压实作用
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压实机制
压实作用是通过上覆沉积 物的重力作用，使下伏沉 积物中的水分排出，使其 致密化。
压实效果
压实作用可以显著降低孔 隙度和渗透率，从而提高 碳酸盐岩的储油和储气能 力。
影响因素
压实作用受沉积物粒度、 沉积水深、埋藏深度和温 度等多种因素的影响。
通过控制不同的温度、压力、pH值、离子浓度等参数，研究多因素 耦合对碳酸盐岩成岩作用的影响。
探究碳酸盐岩成岩作用的动力学过程
通过实验手段，研究碳酸盐岩成岩作用过程中各种矿物和有机质的形 成与演化机制，揭示其动力学过程。
第五章碳酸盐岩
95～75
25～5
砂质(或粉砂质)石灰岩(或白云岩)
75～50
50～25
灰质(或白云质)砂岩(或粉砂岩)
50～25
75～50
含灰（或含白云）的砂岩（或粉砂岩）
25～5
95～75
砂岩(或粉砂岩)
5～0
100～95
三、碳酸盐岩的结构组分
（textual constituents of carbonate rocks）
碎屑岩
碎屑 杂基 胶结物
孔隙
碳酸盐岩
颗粒 泥
胶结物
晶粒 生物格架
孔隙
四、碳酸盐岩的结构类型
颗粒结构（粒屑结构） ： 与碎屑岩相似， 由颗粒、泥、亮晶、孔隙为主，是经波浪、 流水作用的搬运、沉积而成的碳酸盐岩。
岩石描述方法同碎屑岩 如鲕粒灰岩、竹叶状灰岩、砂屑灰岩等 泥晶结构（相当于碎屑岩中的泥岩）
第五章 碳酸盐岩 （Carbonate Rocks）
第一节 碳酸盐岩概论
（General view of carbonate rocks ）
一、概述
碳酸盐岩：主要由方解石和白云石等碳酸 盐矿物组成的沉积岩。
规模：占沉积岩总量的20％。
平面分布：
我国沉积岩占面积75%，而碳酸盐岩占沉积 岩覆盖面积的55%。
藻灰结核 藻团块
4、球粒与粪球粒
球粒
球粒(pellet)
较细粒的（粉砂或细砂级）、不具特殊
内部结构的、泥晶的、分选较好的颗粒。
粪球粒(fecal pellet)
卵形或椭球形，分选很好，有机质
含量较高。无脊椎动物吃进碳酸盐软泥后
排泄物
并不是所有的球粒都是粪球粒
5.生物碎屑 分级：自形，半自形，砂砾级他形，化石碎片
碳酸盐岩成岩作用及成岩相
碳酸盐岩成岩作用及成岩相摘要：碳酸盐岩作为一种重要类型的储集层，非均质性强，储集空间以次生孔隙为主，受成岩作用控制明显。
碳酸盐岩成岩类型多样，根据对储层物性影响可以划分为建设性成岩作用，主要有白云岩化作用、古岩溶作用、溶解作用、破裂作用等；破坏性成岩作用，主要有胶结作用、充填作用、压实(溶)作用、去白云岩化作用等；复合性成岩作用主要有重结晶作用、交代作用、泥晶化作用等。
根据碳酸盐岩储层成岩作用的不同，碳酸盐岩将成岩相划分为 11 类最基本的单一成岩相，根据成岩环境的不同，将三类成岩相（溶蚀相、云化相、胶结相）划分为 8 类单一成岩亚相。
关键词：碳酸盐岩；储层类型；成岩作用；成岩相0引言碳酸盐岩分布面积占全球沉积岩总面积的20%，所蕴藏的油气储量占世界总储量的52%，世界碳酸盐岩储层的油气产量约占油气总产量的 60%。
中国至少有300×108t的海相碳酸盐岩油气资源量，是十分重要的勘探领域。
1碳酸盐岩储层类型储层分类是油气储层评价的关键环节。
碳酸盐岩储层分类方案多样，目前主要根据储层岩石类型、储集空间类型、储层发育主控因素分类。
目前对碳酸盐岩储层的分类方案主要基于3种标准：（1）按岩石特征和毛管压力参数分类；（2）按储层的孔渗类型分类，即根据孔渗空间种类及其组合特征分类；（3）按碳酸盐岩所经历的演化历史及其主要地质因素分类。
方案 1 的主要缺陷是与地质成因背景之间的联系比较薄弱；方案 2 主要是由于各类空隙空间与物性参数之间不存在严格的对应关系，既造成各类储层的物性参数变化相当大，也使得各类储层的测井及地震识别具有极大的不确定性；方案3尽管考虑了不同地质环境下储层演化以及对储层孔渗性的影响，但是忽略储层微观孔渗特征。
2碳酸盐岩储层主要成岩作用影响碳酸盐岩储层发育的因素主要包括岩性、沉积环境、成岩作用、构造作用等。
岩性和沉积环境是影响碳酸盐岩原生孔隙发育的主要因素。
沉积环境对碳酸盐岩储层的发育具有重要的控制作用，储层储集条件的好坏及后期变化均与沉积物类型和沉积环境有明显关系。
碳酸盐岩基础知识
四川盆地川东北地区二叠系至中三叠统为碳酸盐岩台地相沉积，沉积了以石灰岩、白云岩、膏盐岩为主的岩类。
始终以来，该区是四川盆地油气开发的主要层系，并以中下三叠统、二叠系、石炭系海相碳酸盐岩为主要目的层。
在碳酸盐岩岩类中，对于石灰岩、白云岩及二者的过渡型岩石，现场肉眼不易区分，常使用化学鉴定法，如稀盐酸法、三氯化铁染色法、硝酸银和铬酸钾染色法来加以鉴定。
同时还可结合录井参数如钻时相对变化量、扭矩相对变化量等来关心判定岩性。
酸盐岩储集层，由于猛烈的次生变化，特别是胶结作用和溶解作用使储集空间具有类型多样、构造简单和分布不均的特点，因此在碳酸盐岩地质录井中必需把握以下要点：1、在岩性观看和描述时，要特别留意白云岩和白云石化，尤其要留意由潮间和浅滩环境形成的粉晶白云岩或粒屑白云岩；大气淡水与海水混合作用形成的中-细晶白云岩、礁块白云岩；潮间－潮上带形成的粉晶白云岩、角砾白云岩。
2、留意对粗构造岩石的观看和描述。
主要为发育滩相带及斜坡相带，在纵向上发育于沉积旋回中部的水退阶段的岩石，如粗粒和粗晶鲕状灰岩、介屑灰岩、碎屑灰岩、生物碎屑灰岩和礁灰岩等。
3、留意对岩石缝、洞、孔的观看统计一是留意观看统计岩屑中的次生矿物，留意争论统计次生矿物的总量和自形晶含量，求出它所占次生矿物的百分比，绘制出自形晶次生矿物百分比曲线，再结合钻时曲线，推断缝洞发育层段。
二是留意对储层岩心孔、洞、缝的观看统计，留意统计张开缝、未充填缝-半充填缝、洞的数量，留意观看裂缝与裂缝、孔洞与孔洞、裂缝与孔、洞的相互关系；留意统计分析缝洞层的孔、渗性。
三是留意对钻进中钻井参数特别状况的把握与分析，当发生钻具放空、钻时降低、泥浆漏失或跳钻、蹩钻等现象时，为钻遇洞缝层的标志，常有井漏、井喷或流体产出。
四是留意对岩石薄片显微孔、缝的统计分析。
鉴于碳酸盐岩组构的简单性，在现场录井工作中仅凭肉眼及放大镜观看，已不有满足需要，承受薄片鉴定技术已成为必不行少的重要手段。
碳酸盐岩的成岩作用
碳酸盐岩的成岩作用
碳酸盐岩的成岩作用主要是指碳酸盐岩的沉积、变质和熔融等物理化学过程，以及地壳演化过程中碳酸盐岩的改造作用。
1、沉积作用：碳酸盐岩是由海水中悬浮的碳酸盐物质，以及海底火山活动等途径沉积而成的。
2、变质作用：碳酸盐岩受到地壳构造变形，温度和压力的影响，可以发生变质作用，形成不同种类的碳酸盐岩。
3、熔融作用：碳酸盐岩在受到高温和高压的作用下，可以发生熔融作用，形成新的碳酸盐岩。
4、改造作用：地壳演化过程中，碳酸盐岩可以受到构造变形、渗透变质、熔融变质等作用，形成不同种类的碳酸盐岩。
碳酸盐岩成岩环境划分及成岩作用特征详解
的CaCO3饱和情况，分为溶解与沉淀两个带。
• (1) 溶解带:在潮湿气候区，溶有CO2的雨水下渗
可使孔。该带深度一般较浅，但有时也可以延伸到潜 水面。
(2) 沉淀带:出现在渗流带中孔隙水处于饱和状态的
任何地方，因孔隙水的蒸发或CO2脱气而产生沉淀。
主要成岩作用：胶结作用（海滩岩、碳酸盐结壳的形成）、藻钻孔和泥晶化作用、交 代作用等作用。
(1) 胶结作用:主要有碳酸盐滩的胶结作用(海滩岩 的形成)和碳酸盐泥坪的胶结
• 作用(碳酸盐结壳的形成)。
• 现代海滩岩大多分布于南北纬35°之间的地带，
低潮时，海滩出露在大气中，热带和亚热带的蒸
发作用使水中CO2迅速逸散，CaCO3过饱和而沉 淀。 • 碳酸盐泥坪的胶结作用可形成碳酸盐胶结物结 壳。在干旱气候地区，这种碳酸盐潮坪结壳十分 发育，可遍布整个潮坪。现代波斯湾南岸广泛发 育此类碳酸盐坪的结壳。
以及文石溶解与局部新生变形。
②积极溶解作用带:方解石溶跃面及其补偿深度间的深海
区，极地为浅水区。全部为生物成因的方解石堆积，
显示有大量侵蚀的证据。
(2)胶结作用:温暖的浅海海底胶结物的成分为文石和
镁方解石，深水中还有方解石胶结物生成。 (3)生物成岩作用—藻钻孔和泥晶化:生物成岩作用主 要包括藻类、真菌和钻孔生物的钻孔与侵蚀以及钻孔生物 死后的孔洞被细粒碳酸盐沉积物充填或胶结物沉淀，最终 将颗粒或岩石的泥晶化。
• 2) 淡水潜流亚环境及其成岩作用
•
淡水潜流亚环境位于潜水面之下，自上而下可
分为3个带：未饱和带、活动饱和带、停滞饱和带。
•
(1)未饱和带:位于潜流带最上部，来自渗流带的
成岩作用
（2）．压溶作用
压溶构造主要表现为缝合线构 造。
二、成岩作用的环境
溶解-充填-再溶解
2、碳酸钙矿物的转化作用
包括两种情况：
一种是矿物的同质多象转化，这种转化仅 发生晶格和晶形的变化，并不发生化学成分的 变化，如文石转变为低镁方解石即属于这种类 型；
另一种变化有离子的带出，即有化学成分 的变化，如高镁方解石转化为低镁方解石时有 镁离子的带出，但无晶格和晶形的变化。
6、压实作用和压溶作用
（1）．压实作用
颗粒碳酸盐岩中常见的压实现 象有：颗粒点接触频率高、颗 粒定向和变形、颗粒间线状接 触或曲面接触、颗粒压平、颗 粒断裂或破裂、颗粒错断或分 离、颗粒表皮撕裂、颗粒表部 揉皱、颗粒内部构造形变、颗 粒在应力作用下发生粉碎性碎 裂和有机质破碎变形为不规则 细脉。
三种结晶形态，即泥晶、纤维晶和较粗 的粒状晶体。任何一种碳酸盐矿物都可以 构成泥晶胶结物；纤维状及针状是文石特 有的形态；镁方解石有时也呈纤维状；粒 状是白云石和方解石胶结物的特征形态， 可呈自形与半自形菱面体、叶片状或他形。
2．碳酸盐胶结物的世代
在古代石灰岩中，早期胶结物一般在颗 粒周围组成薄边胶结，常见为纤维状或马牙 状无铁方解石；后期胶结物多为粒状含铁方 解石，有时按含铁量递增或递减的顺序还可 组成多期胶结。早期方解石胶结物多为海水 成因的文石或高镁方解石经成岩变化而成， 后期的可能为淡水成因或从深埋的地下孔隙 水或原生水沉淀形成。
克称其为
“微泥晶”。这可能
就是罕见的一种“晶
体缩小”的重结晶现
象，即“退变新生变
形”作用。
4、胶结作用
研究胶结物的意义在于胶结物反 映了沉积作用以后的变化和特征。 组成碳酸盐岩胶结物的矿物很多， 但最主要的是碳酸盐类矿物。
碳酸盐岩储层特征与评价
碳酸盐岩储层特征与评价碳酸盐岩储层是石油和天然气资源的重要储备基质之一。
对碳酸盐岩储层的特征和评价有着深入的研究，可以帮助油气开发人员更好地了解储层的性质和潜力，并提供指导性的依据。
本文将介绍碳酸盐岩储层的特征和评价方法。
一、碳酸盐岩储层的特征碳酸盐岩储层主要由碳酸盐矿物组成，其主要特征包括孔隙度、渗透率、储层构造和成岩作用。
以下将对这些特征逐一进行介绍。
1. 孔隙度碳酸盐岩储层的孔隙度是指储层中存在的孔隙和裂缝的总体积与岩石体积的比值。
碳酸盐岩的孔隙类型多样，包括生物孔隙、溶蚀孔隙、溶解缝、晶间隙和溶洞等。
碳酸盐岩储层的孔隙度通常较低，但是由于溶蚀作用的影响，部分碳酸盐岩储层的孔隙度可达到较高水平。
2. 渗透率碳酸盐岩储层的渗透率是指岩石中流体流动的能力，是储层导流能力的重要指标。
影响渗透率的因素包括孔隙度、孔隙连通性、孔喉半径和孔隙结构等。
通常情况下，碳酸盐岩储层的渗透率相对较低，但是由于孔隙结构的复杂性，有些储层的渗透率仍然较高。
3. 储层构造碳酸盐岩储层的构造特征包括裂缝、节理和构造缝洞等。
这些构造特征对储层的渗透性和储集性能有着重要影响。
通过对储层构造的研究和评价，可以了解储层的导流性和导存能力。
4. 成岩作用碳酸盐岩储层的成岩作用是地质历史过程中产生的物理、化学改变。
成岩作用包括压实作用、溶解作用、胶结作用和脱水作用等。
成岩作用对储层的物性和储集性能有着重要影响。
通过分析成岩作用的类型和程度，可以评价储层的成熟度和储集能力。
二、碳酸盐岩储层的评价方法对碳酸盐岩储层进行评价主要从储集条件、储集模式和储集效果等方面进行分析。
以下将介绍常用的评价方法。
1. 储集条件评价储集条件评价主要研究储层物性参数，包括孔隙度、渗透率、孔隙结构和岩性特征等。
可以通过岩心分析、测井解释和物性实验等方法获取储集条件的参数，从而评价储层的物性和储集潜力。
2. 储集模式评价碳酸盐岩储层的储集模式包括溶蚀缝洞型、晶间孔隙型和胶结型等。
碳酸盐岩储层特征
碳酸盐岩储层特征
碳酸盐岩储层的岩性主要由碳酸盐类矿物组成，如石灰石、白垩、大理岩等。
这些岩石通常具有高含量的钙、镁、铁等元素，因此具有较高的韧性和耐磨性。
此外，碳酸盐岩储层还包括一些非碳酸盐岩，如黏土、砂岩等，这些非碳酸盐岩的存在会对储层特征产生影响。
碳酸盐岩储层的孔隙结构是其中一个最重要的特征。
碳酸盐岩通常具有多种多样的孔隙类型，包括晶间孔隙、颗粒孔隙、裂隙等。
晶间孔隙是由于岩石内部的碳酸盐类矿物互相之间的溶解形成的，其大小较小、分布较均匀。
颗粒孔隙是由岩石的颗粒之间的空隙形成的，通常大小较大、数量较少。
裂隙则是由于岩石变形和压力变化等因素造成的，其大小和形态各异，对储层的渗透性和储集性能有着重要的影响。
碳酸盐岩储层的渗透性是另一个重要的特征。
渗透性是指储层岩石中的孔隙和裂隙对流体流动的能力。
碳酸盐岩储层通常具有较低的渗透性，其主要原因是孔隙结构复杂、尺度小等。
然而，由于碳酸盐岩中晶间孔隙和裂隙的存在，它们仍然可以形成连通的渗流通道，使得储层具有一定的渗透性。
综上所述，碳酸盐岩储层具有特殊的岩性、孔隙结构、渗透性、韧性和脆性等特征。
深入了解和研究碳酸盐岩储层的特征，对于有效开发和利用该储层具有重要意义。
碳酸盐岩的分类命名和构造特征解析
(二)碳酸盐岩的结构分类和命名１、结构分类主要以粒屑、胶结物、基质三种组分进行结构分类，按每种组分的相对百分含量，划出岩石类型,再此基础上,再据粒屑类型作进一步细分，并予以综合分类命名。
2、结构命名原则(１)采用<10％、10-２５%、2５－50%、>50%的几个界线。
(2)若粒屑<10%就不参加定名;粒屑10-25%为含粒屑ｘｘ岩;粒屑25-5０％，则叫粒屑xｘ岩;粒屑＞５０%者叫ｘｘ粒屑岩。
(3)命名原则是含量多者在后,少者在前。
以灰岩具体说明(1）粒屑总量>50%时,以粒屑的名称作为主要结构名称,以胶结物（或基质)为次要结构名称。
将“次要”+“主要”结构，二者构成岩石总结构名称。
ａ、某种粒屑在粒屑总量中占有优势时,可直接以此粒屑名称作为主要结构名称,其它少量粒屑不参加命名。
示例:砂屑５1%、生物9％、亮晶8%、泥晶32％,定名—泥晶砂屑灰岩。
b、有两种含量近似的粒屑联合在粒屑总量中,占优势时,则以该两种粒屑联合作为主要结构名称。
采用少者在前,多者在后命名之。
示例：鲕粒30%、生物36% 、砂屑9%、亮晶25%,定名—亮晶鲕粒生物灰岩。
c、粒屑中没有那一种含量占优势时,则主要结构名称统称为“粒屑”。
示例:生物2２%、鲕粒25%、砂屑2０%、泥晶25%、亮晶8%，定名—泥晶粒屑灰岩。
(２）粒屑总含量为25-50%，粒屑作为次要结构名称，基质作为主要结构名称以主要在后，次要在前进行命名。
a、粒屑：其中一种含量在25－５0%时,便以此为次要结构名称。
示例：砂屑４0%、鲕粒5%、粉晶55%，定名—砂屑粉晶灰岩。
b、粒屑中没有那一种含量在25－5０%者，而其总含量达到时,采取少者在前，多者在后命名。
示例：鲕粒２2％、砂屑20%、泥晶8%、粉晶５０%,定名—砂屑鲕粒粉晶灰岩。
(3）粒屑含量为10-25%时作为次要结构名称,以基质作为主要结构名称,二者组合起来,采用少者在前，多者在后，构成岩石的总结构名称,并在次要结构名称之前冠以“含”字表示。
碳酸盐岩——精选推荐
第六章 碳酸盐岩碳酸盐岩是指主要由沉积的碳酸盐矿物（方解石、白云石等）组成的沉积岩，主要的岩石类型为石灰岩（方解石含量大于50%）和白云岩（白云石含量大于50%）。
它们经常还和陆源碎屑及粘土组成各种过渡类型的岩石。
据统计研究，碳酸盐岩约占沉积岩总量的20%，它在地壳中的分布仅次于泥质岩和砂岩。
在我国，沉积岩占全国总面积的75%，而碳酸盐岩占沉积岩覆盖面积的55%。
南方的震旦系、古生界及三叠系，北方的元古界及古生界，都是以碳酸盐岩为主，分布比较广泛。
碳酸盐岩中的矿产非常丰富，其中层状矿床有铁、铝、锰、磷、硫、石膏及硬石膏、岩盐、钾盐等；而且碳酸盐岩本身包括石灰岩、白云岩、菱镁岩等也是很有价值的资源，广泛用于冶金、建筑、化工、农业等各方面。
碳酸盐岩中蕴藏的石油及天然气资源也很丰富，世界上与碳酸盐岩有关的油气藏储量约占世界总储量的50%，产量占世界总产量的60%。
总之，碳酸盐的研究与许多矿产，特别是与能源的开发和利用有着密切的关系。
绝大部分的碳酸盐岩都是在海洋中沉积的，而且主要的是浅海环境的产物。
在深海环境中，虽然局部有珊瑚环礁提供碳酸钙的堆积，但其规模远不足以和浅水台地及陆棚相比拟。
古生代和前寒武纪的深海沉积物中普遍缺乏碳酸钙，很可能是那时分泌石灰质的浮游生物和自游生物很少，甚至不存在所致。
白垩纪以后，海水地球化学条件改变，远洋的灰质浮游生物和自游生物大量繁殖，深海碳酸盐堆积有大面积分布。
现代深海沉积物中，碳酸钙沉积物约占32.2%（平均含量），主要是抱球虫和翼足类软泥，也有珊瑚泥和砂。
碳酸盐岩的形成作用随着地质历史演变也有不同。
在前寒武纪的海水中，Mg/Ca比值可能较高，pH值可能较低，这就阻止了钙质骨骼生物的形成。
因此，前寒武纪的碳酸盐岩显然不是生物分泌的介壳形成的，而是由藻类的生物化学作用形成的，或者是由海水的直接化学沉淀形成的。
到了寒武纪以后，海水由酸性变为碱性，介壳生物逐渐繁盛，生物成因的碳酸盐岩逐渐超过了化学或生物化学成因的碳酸盐岩，受机械作用或重力作用形成的碳酸盐岩也占有相当大的比例。
碳酸盐岩主要成岩作用类型及其特征
单纯的重结晶作用是指在成岩过程中，矿物的
晶体形状和大小发生变化而主要矿物成分不改
变的作用。
碳酸盐岩主要成岩作用类型及其 特征
• 一般情况下趋向于出现晶体长大的现象， 福克称之为“进变新生变形”作用。 • 特殊情况下也可能发生晶体的缩小，或称 之为“退变新生变形”作用。 这两种重结晶类型主要有微亮晶与微泥晶。
用，交代完全时可形成交代石灰岩。 去白云化主要是在近地表、含石膏的白云
岩或有石膏夹层的白云岩地区发生的，其过程 是在富含硫酸盐的地下水的作用下进行的:
CaMg(CO3)2+CaSO碳酸4·盐2岩H主要2成O岩→作用类2型C及a其特C征O3+MgSO4+2H2O
• (2) 石膏化和硬石膏化作用 石膏和硬石膏交代碳酸盐矿物或组分的现 象叫石膏化和硬石膏化。
• (3) 去石膏化作用 石膏和硬石膏晶体被碳酸盐矿物交代的现 象叫去石膏化。
• 去石膏化常与地表淡水和细菌的作用有关。
• 在地下，还原硫细菌与硫酸盐产生下列反 应：
6CaSO4+4H2O+6CO2→6CaCO3+4H2S+11O2+2S
5.压实和压溶作用 (Compaction and Pressure Dissolution)
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碳酸盐岩主要成岩作用类型及其 特征
• 碳酸盐沉积物在上覆层的负荷压力下，发生孔 隙流体的减少、孔隙度降低、沉积物密度增加 、体积减小、颗粒变形破裂、甚至引起颗粒和 岩石局部溶解的作用。
(1)物理压实作用(Compaction)
物理压实作用是指碳酸盐沉积物在上覆岩层的 负荷压力下，发生水分减少、孔隙度降低、体 积缩小、晶体和颗粒趋向紧密排列的作用。
岩和碳酸盐岩的成岩作用类型及孔隙演化规律
碎屑岩和碳酸盐岩的成岩作用类型及孔隙演化规律摘要：砂、砾沉积物沉积后会遭受一些沉积后作用，即成岩作用。
主要有：机械压实及压溶作用、胶结作用、交代作用、重结晶作用及溶解作用等。
在各个成岩作用阶段，其岩石的孔隙度会发生变化。
碳酸盐岩的孔隙也会在成岩作用下有规律的的变化。
关键字：碎屑岩、碳酸盐岩、成岩作用1．碎屑岩的成岩作用及其多孔隙度的影响（1）压实作用压实作用系指沉积物沉积后在其上覆水层或沉积层的重荷下，或在构造形变应力的作用下，发生水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。
压实作用是沉积物进入埋藏阶段后最先经历的成岩作用。
压实作用对颗粒灰岩、白云岩影响较小，而对泥灰岩等细粒岩大半对数图解上孔隙度变化规律压实作用最明显的结果是沉积物体积缩小发生排水、脱水作用。
石英砂岩的孔隙度为40%左右，在3000m深处其孔隙度降至30%-10%.碎屑沉积物在300m深处时，75%的水已经被排除，所排出的水是孔隙度的主要来源之一。
以饶阳凹陷为例,饶阳凹陷位于渤海湾裂谷盆地内的冀中坳陷中部, 是在中国东部中新生代断陷盆地背景上发育起来的单段式箕状含油凹陷, 属于冀中坳陷一个次级构造单元。
该研究区储层砂岩的成分成熟度和结构成熟度均较低, 岩石类型以长石砂岩和岩屑长石砂岩为主, 磨圆中等, 多呈次棱-次圆状, 分选中等偏差。
该研究区的结构成熟度不高。
该地区的岩石矿物以长石，杂基等以塑形为主的碎屑，随着埋深的增加，使沙岩储层的孔隙度大为减少。
埋深从2000m至5000m, 最大孔隙度由32.9%降至2.17%, 平均孔隙度下降率1.02%/100m.研究区机械压实作用贯穿了整个成岩过程, 但在成岩早期对储层的影响远比其它时期大.（2）压溶作用压溶作用主要发生在3000m一下。
沉积物埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受的来自上覆地层的压力或来自构造作用的侧向应力超过正常空隙流体压力时，颗粒接触处的溶解度增高，将发生晶格变形和溶解作用。
碳酸盐岩形成及类型
如白云石、石膏等。
2．晶粒结构
3．生物格架（生物骨架）
生物骨架是礁碳酸盐岩不可缺少的组分，它主要由 原地生长的造礁群体生物（如珊瑚、苔藓虫、层孔 虫、藻类等）的坚硬骨骼组成的碳酸盐格架。
观察描述内容 1、颜色的观察与描述 描述石灰岩的颜色与碎屑岩一样，既要注意岩石新鲜 面的颜色，又要注意岩石风化面的特征。在描述时，我 们可以应用七大基本色，还可应用它们的复合色。必要 时要加深或浅词来修饰。有时可按实物形容颜色，如猪 肝色等。石灰岩一般为浅灰色、灰色和灰白色。由于混 入不同成分的杂质，岩石可称不同的颜色，如深灰色为 富含有机质(炭质或沥青)所引起。
（三）．生物骨架石灰岩类
生物骨架石灰岩又称礁灰岩，是一种具有原地固着生长状态的生 物骨架构成的石灰岩。它是由造礁生物（如群体珊瑚、钙藻类、苔藓 虫、层孔虫、腕足类、软体动物等）的遗体在原地堆积并被碳酸盐胶 结而成，如藻礁灰岩、珊瑚礁灰岩等。由于生物礁灰岩多孔，渗透性 良好，因此常是良好的油气储集岩，在一定条件下也可以成为良好的 油源岩。
红色泥晶亮晶含骨屑缅粒灰岩。
三、碳酸盐岩的主要类型
1、按化学成分分类 ：根据方解石和白云石的相对含量，碳酸盐岩 可分为两大类： 石灰岩类：方解石含量大于50%， 白云岩类：白云石含量大于50% 泥灰岩：二者之间过渡类型。 在碳酸盐岩与粘土岩、砂岩或粉砂岩之间也都存在一些过渡类型的 岩石。其分类命名原则类似于碎屑岩的粒度分类定名原则。
2、石灰岩的结构分类 1）颗粒，相当于通常所说的颗粒； 2）微晶方解石泥或简称为微晶，相当于通常所说的灰泥或泥晶； 3）亮晶方解石胶结物或简称为亮晶。
亮晶石灰岩：主要由颗粒组成，其粒间孔隙主要为亮晶方 解石充填，或者为孔隙，仅含很少量的微晶方解石泥。这种 石灰岩是在水动力条件很强的沉积环境中形成的。强大的和 持续的水流或波浪使颗粒得到很好淘洗，并把微晶方解石泥 从沉积环境中冲洗走，因此沉积下来的主要是分选很好的颗 粒。在颗粒沉积以后，从粒间水中沉淀出亮晶方解石，就成 了颗粒间的胶结物。这样，就形成了亮晶石灰岩。这种石灰 岩和碎屑岩中粘土含量很少的砂岩很相似。
碳酸盐岩储层分类标准
碳酸盐岩储层分类标准
碳酸盐岩储层可以根据不同的分类标准进行划分，以下是常用的
碳酸盐岩储层分类标准：
1. 储集类型：根据储集空间的不同，可以将碳酸盐岩储层分为
孔隙型、裂缝型和溶蚀型。
孔隙型储层指的是岩石中存在天然孔隙的
储层，如溶洞、河流沉积物和堆积孔隙等；裂缝型储层指的是岩石中
存在裂缝的储层，如断层、节理和构造破碎带等；溶蚀型储层指的是
岩石中由于水溶作用形成的储层，如岩溶洞穴和岩溶孔隙。
2. 成岩作用：根据不同的成岩作用可以将碳酸盐岩储层分为碳
酸盐岩侵蚀裂缝型、碳酸盐岩溶蚀裂缝型、碳酸盐岩胶结高孔隙型、
碳酸盐岩胶结低孔隙型、碳酸盐岩溶蚀孔隙型等。
不同的成岩作用会
对岩石的孔隙度、孔隙结构和孔隙连通性等储集性质产生影响，因此
可以通过成岩作用的不同来划分储层。
3. 成岩时期：根据成岩时期的不同，可以将碳酸盐岩储层分为
早期成岩储层、中期成岩储层和晚期成岩储层。
不同成岩时期的储层
形成机制和储集特征不同，因此可以通过成岩时期的划分来区分储层。
4. 构造类型：根据构造作用的不同，可以将碳酸盐岩储层分为
隆起型、下凹型和胀缩型。
隆起型储层指的是由构造隆起形成的储层，如构造圈闭；下凹型储层指的是由构造下凹形成的储层，如构造坳陷；胀缩型储层指的是由结构胀缩形成的储层，如构造胀缩带。
以上是几种常见的碳酸盐岩储层分类标准，这些分类标准可以根
据不同的研究目的和实际情况选择使用。
碳酸盐岩储层岩石学与成岩作用
生改造 碳酸盐岩发育孔隙、洞穴、裂隙三类储集空间，储层类型多
样，控制因素复杂 非均质性贯穿碳酸盐岩的方方面面
碳酸盐岩工作方法特点
需要更加注重宏观观察 需要尽可能利用所有的资料 需要更加的细致和耐心 需要分类型分情况来开展研究
之二
塔克碳酸盐岩沉积模式
塔克(M．E.Turker，1981)在他所著的《沉积岩石学导论》一书中提出了 他的碳酸盐相模式．明确将海相碳酸盐沉积环境划分成两大沉积区和七个相 带，模式特点：
－－将主要碳酸盐岩相与七种主要沉积环境联系起来，
－－提出在台地边缘后面的开阔台地内同样还可以出现浅水碳酸盐砂滩 和局部斑礁及泥丘。
2．微量元素：Sr、Ba、Mn、Co、Ni、Pb、Zn、Cu、Cr、V、 Ga、Ti、B等。
3．同位素： 氧同位素：O18、O16。 碳同位素：C14、C13、C12。
碳酸盐岩的结构组分
Textural constituents of carbonate rocks
主要结构组分
颗粒 泥 胶结物 生物格架 晶粒
海水深浅控制碳酸盐生长率
碳酸盐岩沉积物多是在沉积环境中原地生长的。 大部分碳酸盐岩沉积物是由生物产生，其中不少是光 合作用的副产物。因此，这种生产过程取决于光照程 度，随着水深增加光照强度迅速降低。 ----高碳酸盐岩产率主要分布在海水上部50—100m的 水体中，因为该深度内悬浮着大量能进行光合作用的 生物。 ----在10m水深内碳酸盐岩产率最高，而在10－20m内 剧减。
关士聪等(1980)综合研究了我国近年大量地层研究成果，编制了一套全国范 围的1：1000万的古海域沉积相图，提出了中国古海域沉积环境综合模式图，其 中分出两个相组、六个相区、十五个相带．这个综合模式有两大特点：
第六章 碳酸盐沉积物(岩)的沉积后作用
三、胶结作用
4.碳酸盐胶结物结晶和形态的影响因素 （3）底质的影响 底质：胶结物赖以沉淀的物质 ①同质成核（胶结物与底质矿物成分相同） A.干净的微粒多晶矿物底质 共轴生长、镶嵌结构—胶结物晶体的C轴或最 长晶轴与底质原始表面垂直，呈纤维状、粒 状—世代结构 B.大的单晶底质 胶结物与单晶底质呈明显的共轴生长（呈现一 大晶体，具统一消光性）
晶体长大——进变新生变形作用→微亮晶 晶体缩小——退变新生变形作用→微泥晶 （1）微亮晶 某些古代泥晶石灰岩，其泥晶的粒径一般为5～10μm （而现代沉积仅为1～3 μm ），Folk将其称为微亮晶， 它是在成岩过程中，通过与镁离子的迁移有关的重结 晶作用形成的。
微亮晶形成过程
由文石或高镁方解石组成的海相碳酸盐泥（1～2μ ） 矿物转化和重结晶
低镁方解石（2～3μ ）＋镁离子（分布于方解石周围→镁套） 冲洗作用，粘土矿物吸附作用
低镁方解石（2～3μ ） 重结晶作用
低镁方解石（5～10μ ）（微亮晶）
二） 碳酸盐矿物的转化和重结晶作用
2.重结晶作用 （2）微泥晶 古代某些石灰岩中，如某些有孔虫、珊瑚藻类、粪球 粒 等，均由仅1μm±的泥晶方解石组成，不显光性， 反射光下略带白色，福克称其为“微泥晶”，其形成
3.成岩各阶段溶解作用的特点 成岩早期 选择性溶解 不稳定组分（文石、高镁方解石）先被溶解 常形成铸模孔
3.成岩各阶段溶解作用的特点 成岩晚期 非选择性溶解 溶孔、溶缝、溶洞
颗粒云岩，螺化石、藻屑溶孔
亮晶鲕粒云岩，粒间、粒内溶孔， 粒间溶孔为晶粒状白云石胶结
碳酸盐岩成岩环境及其成岩特征
三、碳酸盐岩成岩环境特征
成岩作用 溶解作用：溶蚀形成孔、洞； 胶结作用：新月型、重力型（悬挂型）胶结；渗流 粉砂； 矿物的转化、去白云石化、去石膏化等
三、碳酸盐岩成岩环境特征
成岩作用组合特征 受水流方向制约,该带常形成垂直溶孔； 溶解作用强烈时,可形成岩溶或膏盐溶角砾岩； 渗流带的胶结物是无铁低镁方解石,典型标志有新月 型胶结重力胶结或下垂共轴增生胶结等； 渗滤砂、淡水白云石充填； 低B、Sr、Na、Mn, δ13C和δ18O呈负值。
三、碳酸盐岩成岩环境特征
溶解作用 发生于深海文石和方解石 各自溶跃面和补偿深度之 间，深度大。 按深度分为： 部分溶解带：沉淀带底 界（文石溶跃面）到方 解石溶跃面的深海区， 文石溶解，方解石堆积。 积极溶解带：方解石溶 跃面到其补偿深度间的 深海区，全部为生物成 因的方解石堆积
三、碳酸盐岩成岩环境特征
三、碳酸盐岩成岩环境特征
5.表生环境
碳酸盐岩在构造作用下抬升至地表。 成岩作用 溶解作用：大气淡水非组构性溶解，形成孔洞； 交代作用：去石膏化作用、去白云化作用； 孔隙、裂隙的充填作用：晶簇状方解石或方解石脉。
四、碳酸盐成岩作用阶段
根据烃类演化的阶段性，结合成岩环境、岩石学 特征、次生孔隙类型将成岩阶段划分为以下几个阶段： 同生成岩阶段—湖底、海底、潮上、大气淡水及混 合水成岩环境。 早成岩阶段—浅埋藏成岩环境。 早成岩阶段—中-深埋藏成岩环境。 晚成岩阶段—深埋藏成岩环境。 表生成岩阶段—表生成岩环境。
三、碳酸盐岩成岩环境特征
海水环境 大气淡水环境 海水-淡水混合环境 埋藏环境 表生环境
三、碳酸盐岩成岩环境特征
1.海水环境 以正常海平面为界，分为海水渗流和海水潜流两个亚环境。
三、碳酸盐岩成岩环境特征
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压实作用的结果:水排出、最紧密堆积、孔 隙减少、变致密。
• (2)化学压实作用—压溶作用 (Pressure Dissolution) • 压溶作用指在负荷或应力作用下，在颗粒 、晶体和岩层之间的接触点上，受到最大应 力和弹性应变，化学势能不断增加，使应变 矿物的溶解度提高，导致接触处发生局部溶 解。
⑤淡水将上覆沉积层的碳酸盐溶解后向下淋滤
4.交代作用(Replacement)
在碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中，原来的矿 物和组分被新矿物取代的作用叫交代作用。 碳酸盐岩中常见的交代作用有白云石化、
去白云石化、硅化、石膏化和硬石膏化、
去石膏化、菱铁矿化和黄铁矿化等。
• (1) 去白云化作用
方解石交代白云石的作用叫去白云化作
意义：
• 溶解作用具有扩大和增加岩石孔隙的作用，
形成的新孔隙系统往往又是油气渗滤和储集
的有效空间。 • 溶解作用可以在碳酸盐岩成岩过程中多次发 生，各个世代的溶解作用对碳酸盐岩储层性 质的影响不尽相同。
2.矿物的转化作用和重结晶作用 (1) 矿物的转化作用（Inversion of Minerals） ①矿物的同质多象转化，即仅发生晶格和晶
定义:碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中孔隙水的性 质发生变化，引起碳酸盐矿物或其他成分
溶解。
溶解的原因
（1）、大气淡水的淋滤（图2）
图2 大气淡水的风化淋滤
（2）、酸的影响 在不同的成岩阶段，都可形成一定量的碳酸
或有机酸，促使溶解作用的发生。
特征： 在各成岩阶段都可以发生 成岩作用早期的溶解具有选择性 成岩作用晚期的溶解不具有选择性
3. 胶结作用(Cementation)
胶结作用是一种孔隙水的物理化学和生物 化学的沉淀作用。作用的结果是在粒间的
孔隙中发生晶体生长，把碳酸盐颗粒或矿
物粘结起来使之变成固结的岩石。
1) 碳酸盐胶结物的矿物成分和结晶形态 • 组成碳酸盐岩胶结物的矿物很多，但最主 要的是碳酸盐类矿物。如方解石(低镁方解
可能为海水成因的文石或高镁石，可能为淡水成因 或深埋的地下孔隙水或原生水形成（图5 ）。
图4 早期
图5 后期
1/24/2017
3）碳酸盐胶结物的来源
①海水来源（主要来源）
②成岩过程中文石和高镁方解石发生溶解
③压溶过程中溶解的碳酸钙（重要补充来源） ④地下水来源
主要的压溶构造: (1)缝合线
(2)颗粒间的微缝合线
(3)未缝合的缝，粘土缝、马尾丝脉、马尾 丝缝、帚纹状纹层、波状纹层、假缝合构 造。
·
碳酸盐岩主要成岩作用类型及其特征
张鹏 矿物S131
目录
一、基本概念 二、成岩作用的主要类型
一、基本概念
碳酸盐岩的成岩作用：是在沉积作用阶段
之后，碳酸盐沉积物及碳酸盐岩所发生的
一系列的物理的、化学的、物理化学的和
生物的作用，以及这些作用所引起的碳酸
盐沉积物和碳酸盐岩的结构、构造、成分 以及物理的和化学的性质的变化（图1）。
高镁方解石
图3 微亮晶重结晶作用
②微泥晶的形成作用 观察古代石灰岩时，常见某些有孔虫、珊 瑚藻类和粪球粒，它们都是由粒径仅1μ m左右 的泥晶方解石组成，不透明，在反向光下略带 白色，福克称其为“微泥晶”。
微泥晶的原始成分可能也是镁方解石，在 成岩作用过程中，由于富镁孔隙水产生的镁离 子的毒害效应，阻碍了晶体的重结晶长大，最 终只能形成极小的微泥晶结构。
石局部溶解的作用。
(1)物理压实作用(Compaction)
物理压实作用是指碳酸盐沉积物在上覆岩层的
负荷压力下，发生水分减少、孔隙度降低、体 积缩小、晶体和颗粒趋向紧密排列的作用。
常见的物理压实现象有： 颗粒点接触频率高、颗粒变形、颗粒间线状接触或 曲面接触、颗粒断裂或破裂等。
Company
•
用，交代完全时可形成交代石灰岩。
去白云化主要是在近地表、含石膏的白云 岩或有石膏夹层的白云岩地区发生的，其过程
是在富含硫酸盐的地下水的作用下进行的:
CaMg(CO3)2+CaSO4· 2H2O→2CaCO3+MgSO4+2H2O
•
(2) 石膏化和硬石膏化作用 石膏和硬石膏交代碳酸盐矿物或组分的现象叫石膏化和硬石膏化。 • (3) 去石膏化作用 石膏和硬石膏晶体被碳酸盐矿物交代的现象叫去石膏化。 • 去石膏化常与地表淡水和细菌的作用有关。
Company
沉积物形成阶段
成岩作用阶段 沉 积 后 作 用
成岩作用
碳酸盐岩
后生作用阶段
后生作用
风化作用
变质作用
图1 碳酸盐岩的形成与演化
二、成岩作用的主要类型
•
碳酸盐沉积物的成岩作用类型很多，主
要有溶解作用、矿物的转化作用和重结晶
作用、胶结作用、交代作用、压实作用与 压溶作用等。
• 1.溶解作用（Solution）
• 在地下，还原硫细菌与硫酸盐产生下列反 应：
6CaSO4+4H2O+6CO2→6CaCO3+4H2S+11O2+2S
5.压实和压溶作用 (Compaction and Pressure Dissolution)
•
碳酸盐沉积物在上覆层的负荷压力下，发生孔 隙流体的减少、孔隙度降低、沉积物密度增加、 体积减小、颗粒变形破裂、甚至引起颗粒和岩
石）、文石、镁方解石(高镁方解石)、白
云石。
• 碳酸盐胶结物主要有3种结晶形态，即泥晶、
纤维晶和较粗的粒状晶体。
2）胶结物的世代
• 充填孔隙的胶结物往往由两个或两个以 上世代组成，有时随着世代的不同，其组 构和微量元素的组成也随之发生变化。 • 早期胶结物一般在颗粒周围组成薄边胶 结，常见为纤维状或马牙状无铁方解石；
形的变化，并不发生化学成分的变化（同
分异构）。
文石(CaC03 )
低镁方解石(CaCO3)
有化学成分的变化，但无晶格和晶形的变化 （同构异形）。
高镁方解石（MgCO3>4%）
低镁方解石（MgCO3<4%） (2) 重结晶作用(Recrystallization) 单纯的重结晶作用是指在成岩过程中，矿物的 晶体形状和大小发生变化而主要矿物成分不改
变的作用。
• 一般情况下趋向于出现晶体长大的现象， 福克称之为“进变新生变形”作用。 • 特殊情况下也可能发生晶体的缩小，或称
之为“退变新生变形”作用。
这两种重结晶类型主要有微亮晶与微泥晶。
①微亮晶的形成作用 某些古代泥晶石灰岩，其泥晶的粒径一般 为5～10μ m，福克将这种大小为5～10μ m的方 解石晶体称作“微亮晶”。 它是在成岩过程中通过与镁离子的迁移有 关的重结晶作用造成的（图3）。 文石 低镁方解石 Mg2+