影响碳酸盐岩储集层物性的主要因素

影响碳酸盐岩储集层物性的主要因素

∙沉积环境

影响碳酸盐岩原生孔隙发育的主要因素是沉积环境，即介质的水动力条件。碳酸盐岩原生孔隙的类型虽然多种多样，但主要的是粒间孔隙和生物骨架孔隙。这类孔

隙的发育程度主要取决于粒屑的大小、分选程度、胶结物含量以及造礁生物的繁殖

情况。因此，水动力能量较强的或有利于造礁生物繁殖的沉积环境常常是原生孔隙

型碳酸盐岩储集层的分布地带。一般包括台地前缘斜坡相、生物礁相、浅滩相和潮

坪等。在水动力能量低的环境里形成微晶或隐晶石灰岩，由于晶间孔隙微小，加上

生物体少，不能产生较多的有机酸和CO2，因此不仅在沉积时期，就是在成岩阶段

要形成较多的次生溶孔也是比较困难的。

∙成岩后生作用

碳酸盐岩的孔隙在它形成的地质历史过程中是不断变化的。在沉积时期所形成的原生孔隙会因其后发生的各种成岩后生作用而改变。碳酸盐岩的成岩后生作用有些

有利于储层物性的改善，而有些则使储层物性变差。因此，研究成岩后生作用对孔

隙的影响是很重要的。碳酸盐岩的成岩后生作用主要有压实及压溶作用、胶结作用、重结晶作用、白云石化作用、溶解作用、方解石化作用、硅化作用、硫酸盐化作用

等。现择其对储层储集物性有重要影响的作用简述如下：

（1）溶蚀作用：碳酸盐岩孔隙的形成和发育情况与地下水的溶解作用和淋滤作用关系密切，这是由碳酸盐岩的易溶性所决定的。地下水因溶解带走了易溶矿物是

造成溶蚀孔隙、孔洞的原因，也是溶蚀裂缝扩大的原因。在漫长的地质年代里，碳

酸盐岩的溶解是很可观的。巨大的岩溶洞穴、地下暗河等是碳酸盐岩发育区常见的

景观。碳酸盐岩结晶矿物的溶解度决定于它们本身的性质、地下水的溶解能力以及

热动力条件。

岩石的矿物成分不同其溶解度也不同。已有资料表明：方解石和白云石的溶解度决定于水中CO2的含量、地下水的温度和硫酸钙的含量等。随着水中CO2含量的增加，方解石和白云石的溶解度增大，且当水中CO2含量高时，方解石的溶解度比白云石高；相反，当水中CO2含量低时，白云石的溶解度比方解石高（图中B）。一般在CO2含量较高的水中，在低温条件下（小于0℃）方解石的溶解度比白云石的

溶解度大约高0.5倍。随着温度上升，这个差值变小，当温度为55℃时白云石的溶

解度和方解石相等。温度进一步升高，白云石的溶解度反比方解石高（图中A）。

水中硫酸钙含量对方解石和白云石溶解度影响问题还没有彻底弄清楚。一般说来，

白云石的溶解度与硫酸钙含量增加关系不大，而方解石的溶解度明显随之下降（图

中C）。

结晶矿物晶粒大小不同，它们的溶解度也不相同。如2mm石膏微粒比0.3mm的石膏微粒的溶解度低20%，碳酸盐矿物也是如此。因此，小颗粒的溶解有利于大颗粒的生长。

此外，碳酸盐岩中所含不溶矿物杂质对溶解过程也有很大的影响，当碳酸盐岩中存在泥质、硅质或有机物等杂质时会阻碍溶解过程进行。如我国四川乐山震旦亚界

白云岩，岩石不溶残余物含量小于1%者，孔洞发育；当不溶残余物含量大于10%

时，很少发育大溶洞。

碳酸盐岩的溶蚀孔洞一般均发育在岩溶带。岩溶带的发育状况与气候条件、地下水的活动情况有密切的关系。一般温暖潮湿气候区，地下水活动强烈，溶蚀作用也

相当活跃。在碳酸盐岩发育区，地下水的活动有明显的垂直分带性。接近地表部分

（饱气带），水流方向近于垂直，以淋滤为主，水流速度快，对岩石的溶蚀作用差，仅发育一些垂向溶缝。该带之下为潜水面季节变化带，此带中的地下水时而垂向淋滤，时而水平流动，可出现垂直和水平两类溶洞。再往下为潜流带（饱水带），地下水作水平流动，流速慢，对岩石溶蚀时间长，溶蚀孔洞发育。因此，溶蚀孔洞最发育的地带是风化壳以下潜水面附近的岩溶带。我们知道，由于构造运动发展的不均衡性，在一个古风化壳面以下往往可以见到多层岩溶发育带。我国华北地区下古生界碳酸盐岩地层在奥陶系沉积以后，整体上升，经过长期的沉积间断，古岩溶发育良好，因此，是一个良好的储集层。

（2）重结晶作用：重结晶作用是指碳酸盐岩被埋藏之后，随着温度、压力的升高，岩石矿物成分不变，而矿物晶体大小、形状和方位发生了变化的作用。这种作用使致密、细粒结构的岩石变为粗粒结构的、疏松、多晶间孔隙的岩石。粗粒结构的岩石强度降低，易产生裂缝。这样，有利于地下水渗滤，为溶蚀孔隙的发育创造条件。

我国四川侏罗系大安寨介壳灰岩产油气层，其孔隙发育程度随重结晶作用的增强而变好。当碳酸盐岩中存在泥质、有机质、硅质、硫酸盐等杂质时，它们会降低碳酸盐岩重结晶的速度，又往往填塞在各种孔隙空间，对碳酸盐岩的储油物性产生不利的影响。

（3）白云石化作用：白云石化作用是指白云石取代方解石、硬石膏和其它矿物的作用。白云石化作用一般可分为二类，一类发生在沉积物中的准同生期白云石化作用；另一类发生在岩石中的成岩后生期白云石化作用。白云石化作用对碳酸盐岩孔隙度的影响问题，至今仍是一个未解决的争论问题。以前一种比较流行的看法是白云石化作用总是引起孔隙度的增加，这是根据1837年包蒙所提出的白云石分子交代石灰岩中方解石分子的分子对等假说，其反应式是：

2CaCO3+Mg++=CaMg(CO3)2+Ca++

此时体积缩小12.5%，这样就形成孔隙极为发育的白云岩。这种观点一直到现在还有人运用。但是，亦有许多学者反对这种观点。1915年伦德斯在研究岩石白云石化作用对孔隙的形成问题时，指出：（1）白云石化带并不总是孔隙发育带；（2）所观察到的白云岩孔隙与计算所得结果不一致；（3）白云岩中的孔隙本身带有溶蚀的痕迹，而不是依靠体积缩小的方式形成孔隙。

1953年柯尔任斯基在详细研究了各种交代作用以后指出，交代作用并不伴随体积的变化，交代作用的发育程度与孔隙溶液溶解固相物质的作用密切有关。存在于孔隙中的溶液含有可转变为固相的物质，但其浓度是不同的，不同的浓度就是造成致密的或多孔的交代岩石的主要原因。溶液过饱和时，往往形成致密坚硬的岩石；相反，在溶液矿化度低的情况下，岩石的孔隙就发育。通常在表生交代作用条件下，溶解作用大于沉淀作用；因而常形成多孔的白云岩。尽管意见不同，但一般说来，白云石化对岩石孔隙度和渗透率还是起改善作用的。

此外，还有压实及压溶作用和胶结作用等，它们对储层物性主要起破坏作用，不少研究者都曾作过研究和总结，这里不再赘述。

构造因素

裂缝既是碳酸盐岩储层的储集空间，更重要的是油气渗滤的重要通道。不同类型的裂缝其成因不同。根据成因可将裂缝划分为构造裂缝和非构造裂缝两大类。对储层物性有重要影响的主要是构造裂缝。构造裂缝受构造因素控制，构造因素包括构