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。

随着颗粒所受应力的不断增加和地质时间的推移，颗粒受压溶处的形态将依次有点接触演化到
线接触、凹凸接触和缝合接触。

（3）胶结作用
胶结作用是使储层的空隙度降低的重要原因。

常见的胶结物有二氧化硅，碳酸盐，硫酸盐和粘土矿物等。

1）二氧化硅胶结作用
中国东部陆相沉积盆地中，SiO2胶结物含量小于10%，有随着埋深深度增加而增加的趋势。

据研究，0.7%的SiO2胶结物可以使压溶颗粒接触带的孔隙度下降5%。

此外SiO2胶结物形成后一般不易再受到溶蚀。

因此由SiO2胶结作用形成的储层往往具有低的孔渗性，再深部储层其影响更明显。

SiO2胶结物主要以石英次生加大边的形式存在。

饶阳地区硅酸盐胶结物
2）碳酸盐岩胶结作用
中国东部陆相碎屑岩储层中碳酸盐岩胶结物分布普遍，主要是方解石、含铁方解石、白云石和含铁白云石。

碳酸盐岩是使储层孔渗性降低的主要原因。

统计结果表明，储层的孔隙度与碳酸盐岩含量呈负相关关系
碳酸盐胶结作用在饶阳地区十分发育,是影响该地区储层物性
的重要因素之一. 该地区碳酸盐岩胶结物形成时间分为早、晚两期, 早期方解石胶结物以泥晶、微晶形式出现, 多为孔隙式胶结, 少量为基底式, 形成于浅埋成岩坏境, 深度范围大1500-2500m,晚期主要为铁方解石和白云石,深度在2500-3500m
3）硫酸盐胶结作用
常见的硫酸盐胶结物为石膏和硬石膏。

硬石膏胶结物一般是晚期胶结物，分布不均，呈斑块状，最高含量达25%。

对储层物性起到破坏作用。

（4）交代作用
砂岩中的石英和长石等碎屑颗粒常被碳酸盐和粘土矿物等交代。

控制石英和长石被碳酸盐交代的主要因素是pH值和温度。

温度升高，pH值增大时，促使碳酸盐的沉淀，同时造成石英和长石被交代。

因此，随着地层埋深的增加碎屑颗粒的碳酸盐化有增加的趋。

（5）溶解作用
上述成岩作用对储层的物性产生了不利的影响，甚至破坏了储层的原始储集空间。

而溶解作用却大大地改善了储层的性质。

溶蚀作用的机理可以是大气淡水，也可以是有机演化产生的酸性地层流体。

被溶蚀的主要是长石、碳酸盐和盐岩等易溶矿物。

2.碳酸盐岩的成岩作用
（1）白云岩化作用
白云岩是碳酸盐岩储集层的重要类型之一，它具有丰富的晶间孔隙，这些晶间孔隙并不是所有的白云岩都具有，而只有由白云岩化作用的白云岩才可以形成有价值的储集层。

大多数他研究者认为石灰岩被白云岩以分子对分子交代方解石时，其体积收缩12.8%。

如果没有压实作用就必然导致一定程度的空隙度增加。

不少学者认为，白云岩化作用不是增加了孔隙度，二是改变了渗透性，这是因为白云岩化作用使岩石结构变粗，
晶间孔变大，连通性变好。

（2）溶解作用
由于碳酸盐岩易溶，溶解作用对于碳酸盐岩储集层的孔隙度和渗透性具有巨大的改造作用，从沉积阶段到成岩、表生阶段都能发生溶解作用。

谈不仅在沉积阶段可以形成原生孔隙，而且在成沿河表生阶段还可以形成此生孔隙和改造原生孔隙。

可以形成针孔状的溶蚀空隙，还可以形成喀斯特地形和溶洞。

溶解作用的强弱，取决于水溶液的性质和饱和程度以及水溶液的循环强度。

（3）胶结作用
胶结作用是碳酸盐岩固结或石化的重要作用，也是破坏碳酸盐岩储集空间的一种重要作用，特别是破坏颗粒岩的原生孔隙。

胶结作用从沉积晚期，经过成岩阶段直到表生阶段都可以发生，但是主要发生在沉积晚期和成岩早期。

（4）压实作用
碳酸盐岩的压实作用从沉积物被埋藏开始，一直延续到沉积物固结成岩，直到表生作用发生为止。

压实作用可以产生现象，一种是疏松沉积物在上覆载荷的作用下，失水并紧密堆积。

这种现象在细粒的碳酸盐中非常明显。

压实作用的结果使细粒碳酸盐岩失去大量的原始孔隙，甚至使原始孔隙完全消失。

第二种现象是压溶作用。

在压力作用下的选择性溶解形成缝合线。

压溶作用使碳酸盐岩的体积减小。

（5）重结晶作用
重结晶作用是碳酸盐岩储层中的一种重要作用。

广义的重结晶
作用包括三种：
1）转化：例如文石转化成方解石。

2）应变重结晶：未应变方解石受力后变为应变方解石。

3）颗粒增生：关于颗粒的增生实际上有两个方向，一个是使颗粒变大，另一个是使颗粒变小。

3.不同成岩阶段的孔隙度演化
（1）早成岩阶段：以机械压实为主，可发生早期碳酸盐岩胶结，原生孔隙度下降，在早成岩A期，以原生孔隙为主，属于原生孔隙发育带。

而在早成岩B期，开始有次生孔隙形成。

（2）中成岩阶段
在中成岩阶段，孔隙演化复杂。

原生孔隙随机械压实并伴有化学压溶和胶结作用而减小，并形成了大量的次生孔隙，在中成岩A 期，主要是次生孔隙的发育时期，中成岩B期，岩石紧密压实，有机酸热裂解，CO2生成，伴随有粘土矿物的转化，可形成第二个次生孔隙发育带，并有裂缝形成，总孔隙度降低，但是仍然可以形成储集油气的储层。

在晚成岩阶段，主要是裂缝发育，形成裂缝性的储集层。

以华庆油田长6油层组储层砂岩的孔隙度演化为例，长6油层组储层砂岩主要经历了压实一压溶、胶结、交代、溶蚀和破裂等成岩作用过程，综合分析其处于中成岩阶段A 期。

孔隙度演化的定量分析表明：早成岩阶段的压实造成50.9％的原始粒间孔隙度损失，是储层致密的主控因素；早成岩期和中成岩期的胶结作用造成27.6的原生粒间孔隙度损失，是超低渗储层形成的重要因素；
中成岩阶段的溶蚀作用使孔隙度增加了3.2，微裂缝使孔隙度增加了0.4有效地改善了储层的储集和渗流能力。

成岩过程中的孔隙度演化表
4.饶阳凹陷古近系成岩作用特征
[参考文献]:
1.纪友亮油气储层地质学中国石油大学出版社
2.姜在兴沉积学石油工业出版社
3.周晓峰华庆油田长6储层砂岩成岩过程中的孔隙度演化石油天然气学报。