碎屑岩成岩作用和储层岩石学研究新进展

碎屑岩成岩作用和储层岩石学研究新进展

储层研究贯穿于油气勘探开发的始终，其在石油地质研究中所占比重也随着油气勘探开发阶段的向前推移而不断增大。

本文重点介绍沉积物（岩）的成岩作用和储层岩石学研究新进展。

一、砂质沉积物（岩）的成岩作用

（一）砂质沉积物（岩）的形成演化包括五个阶段：风化剥蚀—搬运—沉积—成岩—变质。

（二）成岩作用在沉积物（岩）的形成演化旋回中占有特别重要的地位

1、不同程度地改造了沉积物的成分和结构，甚至可以把它变得面目全非。

2、碎屑岩中有很多自生矿物形成于成岩阶段而非沉积产物，特别是自生粘土矿物。

3、砂体的很多结构也形成于成岩期而非沉积期形成。因而在恢复砂体沉积环境、再建古地理时必须了解其成岩变化，否则就会导致得出错误的结论。

4、成岩作用对砂质沉积物（岩）的孔隙性和渗透性有很大影响。要全面评价储层，必须把沉积相研究和成岩作用研究紧密结合起来。

5、砂岩孔隙类型的确定关系到储层评价预测和寻找优质储层的方向。而孔隙成因的确定有赖于成岩作用的深入研究。

6、成岩致密带和成岩隔层的研究可为新区合理部署探井和划分开发层系提供重要依据。

7、成岩史和孔隙演化史的研究是油气成藏的重要组成部分。

8、成岩圈闭的发现为勘探非构造隐蔽油藏指出了新领域。

9、生油岩成岩作用和粘土矿物成岩演化的研究已作为判别生油岩成熟度的重要标志。有机质热演化的研究成果是现代晚期生油理论和油气初次运移理论的重要支柱。

10、油层保护和改造与储层的成岩粘土矿物、自生矿物、岩石成岩后结构构造有密切关系。

11、原来当作岩浆热液成因的砂岩中的金属矿，实际上是成岩期在地下水作用下，沉积物中分散物质发生溶解、沉淀、富集形成的，提出了“成岩矿产”的概念和沉积期分异作用的理论，受到了广泛重视。

12、随着成岩作用研究的不断深化，使我们有可能模拟预测地下孔隙性砂体的性质和展布，提高油气勘探成功率，国内外已有不少成功的例子。

综上，成岩作用关系到油气生成、运移、聚集成藏等一系列石油地质问题，也关系到不少金属矿床的形成，具有重要的理论意义和实际意义，发展迅速，国内外都十分重视。

（三）成岩作用研究的历史、现状和发展趋势

成岩作用这一概念自贡别尔（V on Gumbel，C.W.1886）提出已有100多年的历史。在本世纪四十年代以前，主要是对碎屑岩的研究，特别是对其中的一些矿物如石英、长石、锆石等的自生作用进行观察。自四十年代及五十年代发现了中东及加拿大的碳酸盐岩大油田后，碳酸盐岩石学、沉积学及成岩作用方面的研究在六十年代和七十年代蓬勃发展。就在碳酸盐岩研究工作方兴未艾之时，在七十年代后期和八十年代初，人们的注意力又开始转移到碎屑岩的研究上来。

在五十年代以前，成岩作用的研究多限于描述性的工作。60年代以来人们着重研究成岩作用过程及其相对时间顺序，成岩环境和不同环境下形成的成岩结构。有许多著作将古代的岩石与现代沉积物相对比，做了许多详细的近地表的早期成岩组构的岩石学研究和地下的埋藏成岩作用研究。

1砂岩次生孔隙的研究

七十年代以来，砂岩成岩作用研究的最重要突破是发现了砂岩中有大量成岩作用形成的次生孔隙及其形成机制。随着油气勘探和研究的进展，现已证实有些砂岩油气储层的孔隙往往以次生的为主，否定了砂岩中都是原生粒间孔隙的传统概念。近年来在砂岩次生孔隙成因机理的研究方面有了新的进展。新成果表明，硅酸盐矿物（包括石英）的溶蚀比过去所报导的更普遍。Boles（1983）研究了加里福尼亚州南部和得克萨斯州中新世盆地，认为斜长石是形成次生孔隙的重要矿物，斜长石沿解理面比垂直解理面的溶解作用快2-3倍，溶解后又析出高岭石。陕甘宁盆地侏罗系和三叠系砂体中各种长石的溶蚀十分强烈，有些砂体中的孔隙几乎全部是长石溶孔。其它如榍石、绿帘石、磷灰石等重砂的铸膜孔也很普遍。Curtis（1983）研究了沉积物中铝的活度与次生孔隙的关系。他认为：富含有机泥岩中所形成的酸性水进入砂体后，会使砂体中的碳酸盐和硅酸盐趋于不稳定而被溶蚀，（笔者认为当CO2分压过高，水中溶解的CO2过高时，碳酸盐反而会沉淀而不是溶解，这是过高的离子造成的。）并使一些金属（包括Al）带入孔隙水。但当矿物进一步溶解时，溶液的PH值就要升高，高岭石就会沉淀出来堵塞一部分孔隙。Surdam（1982）的实验资料表明，在脂族酸溶液中Al中活度大为增加，并能形成有机络合物被带走。试验证明：醋酸溶液可使Al的溶解度增加了一个数量级；草酸溶液能使Al的溶解度增加了三个数量级；有机质与无机质相互作用的结果，使硅酸盐和碳酸盐溶解而形成砂岩次生孔隙。

砂岩中次生孔隙的发现，从理论上为寻找深部油气藏提供了依据，扩大了油气勘探领域。世界上不少地区已在4000M以下发现了高孔隙、高渗透性砂岩油藏。塔里木盆地的深埋优质储层则属剩余原生孔隙型。不少学者和研究机构正在研究盆地中砂体孔隙演化和分布的预测模型，预测地下孔隙度窗口和有利孔隙带的分布。Franks（1984）研究过得克萨斯州墨西哥湾地区二氧化碳、孔隙度流体化学性质与次生孔隙三者间的关系。始亲新统威尔科克斯群孔隙流体中方解石的饱和指数，异常高渗透率以及天然气中CO2的含量随储层时代及温度有规律地变化，这表明对次生孔隙形成作用的动态控制。在100℃左右，天然气中的CO2含量迅速增加，这与有关砂岩次生及原生孔隙比值迅速增加的温度相符合。碳酸盐胶结物稳定同位素分析表明，主要组分是有机来源的碳，因此，在有机体系和无机体系之间存在碳的循环。有机质的类型、数量和分布以及在页岩和砂岩中早期的碳酸盐，都能控制形成次生孔隙所需要的CO2的数量。

Al-Shaieb（1984）研究过俄克拉荷马州阿纳达科盆地宾西法尼亚系砂岩的孔隙演化。该砂层以次生孔隙为主，是重要的产气层。这种次生孔隙是由粘土杂基、碳酸盐胶结物及碎屑、海绿石及石英颗粒溶解而成。根据地热和地压梯度以及温度及压力增高，对地层水中CO2溶解度的实验研究，可以很好地估算出砂岩地层中CO2溶解度。作者认为浅层的有机酸和较深层的硫化氢可能是形成次生孔隙的重要因素。

Surdam（1984）研究过矿物氧化剂与次生孔隙的形成。作者认为：在许多重要的烃类储层中，硅酸盐骨架颗粒的溶解，可构成孔隙的重要部分（如美国墨西哥湾地区）。他的试验工作表明，双官能团羧酸仅为痕量。在干酪根构造的研