白云岩化作用

白
云
岩
化
作
用
对
储
层
物
性
的
影
响
姓名：何龙
专业：沉积学
学号：2011020715
白云岩化作用对储层物性的影响
白云岩化作用是碳酸盐岩储层发育最重要的控制因素之一。

前人对这一问题进行了大量的研究和讨论,尽管取得了一定的共识,但仍存在很多争论。

越来越多的研究表明,白云岩化作用过程本身对孔隙有直接影响,既可以造成储集空间的增大,也可造成其减少,这跟白云岩前驱物(原始灰岩)的沉积环境、性质及白云岩化模式有关。

而经过白云岩化作用阶段的碳酸盐岩,其成岩演化路线也会发生很大的变化,继而储集空间的形成演化方式也存在很大的差异。

目前认为,白云岩化作用对储层物性的直接影响包括5个方面:白云岩化流体的溶蚀,对孔隙的形成意义基本不大;Ca、Mg离子等摩尔交代,对孔隙的形成起建设性作用;外来流体的过白云岩化,对孔隙的形成起破坏作用;白云石等体积交代方解石或石,岩石体积基本不变,孔隙体积基本不变;白云岩化作用对渗透率有极大的提高作用。

一、白云岩化流体的溶蚀
碳酸盐岩中,白云岩地层的孔隙一般高于对应的灰岩地层,这可能归功于白云岩化流体本身的溶蚀。

以前一直认为白云岩化过程是独立的,现在看来,它包含了一系列结构组成的变化和孔隙流体演化的反应,生成了一套交代和胶结产物。

白云岩化的同时,伴随着方解石或文石的溶解,即白云岩化是一个反复的溶蚀再沉淀的过程。

只要形成的白云岩有一定的渗透率,且有Mg离子供应,就会发生新的白云岩化。

在很大程度上,亚稳态矿物可在此溶蚀,而在异地再沉淀,在空间上可引起孔隙度的提高或消失。

这种溶蚀和沉淀的平衡或差异,构成了白云岩化过程中孔隙演化的一部分。

白云岩交代灰岩过程中的孔隙演化取决于方解石或文石的溶解速率和白云石的形成速率之间的平衡关系。

如果后者与前者相等,则发生等摩尔交代,孔隙度既不增加也不减少。

如果溶解速率大于白云石的生长速率,正如超盐度白云岩化流体对骨架文石的大规模溶解一样,孔隙度将会增大。

在白云岩化过程中,亚稳态生屑组分的溶解通常为白云石胶结物在铸模孔洞中的生长及附近微晶基质中过量白云石的形成提供了物质来源。

在白云岩化晚期,地层中的流体由于被过量白云岩化相关的流体改造,可能对残留的灰岩有较强的溶蚀能力,从而形成孔隙。

二、等摩尔交代理论
因为海水中的Ca、Mg离子很多,但碳酸盐却很少,而现代沉积环境中几乎见不到原生白云岩,所以,人们认为沉积岩中的大量白云岩必定由沉积物中的方解石或文石经交代作用而形成。

即1molMg2+交代1molCa2+。

由于Mg离子的半径较小,所以白云石的摩尔体积比方解石或文石都要小。

因此,方解石或文石被白云石交代之后,会使晶体体积减小,导致孔隙度升高。

理论计算表明,1mol方解石完全转化为白云石,会导致孔隙度增加12.96%,而文石被白云石交代所产生的孔隙最多为5.76%。

此即为等摩尔交代理论,是最经典的白云岩孔隙形成理论。

这与自然界中的许多现象一致。

在很多碳酸盐岩储层中,白云岩的孔隙总体比灰岩发育,且白云岩所占比例越大,孔隙度越高。

Murray和Weyl认为当碳酸盐岩中白云石体积分数低于50%时,地层以方解石为主,易于发生压实、压溶,而白云石在地层中不起支撑作用,仅占据孔隙空间,从而呈现白云石体积分数越高,孔隙度反而有下降的趋势;当白云石体积分数达到50%时,随着白云岩化的进行,原始以灰岩为主的地层变为以白云岩为主之后,岩石以白云石作为支撑格架,孔隙度明显增高。

图1 白云石含量与孔隙发育的关系
值得注意的是,等摩尔交代理论是假设白云岩化发生于相对封闭的环境中,没2-供应,并未造成过度的白云岩化或过量白云石胶结物的形成。

有外来的Mg2+和CO
3
然而,自然界中白云岩的形成很多都与开放或半开放环境相关。

在此条件下白云岩化作用与储层孔隙的形成或破坏的关系更为复杂。

否则,如果等摩尔交代过程是普遍发生的,则可推断地层中白云岩的孔隙度要绝对高于灰岩。

但事实上并非完全如
此,甚至出现白云岩化作用还有可能降低孔隙度,这就是以下要讨论的过白云岩化理论。

三、过白云岩化理论
2-和Mg2+离子时,在开放系统中,如果有外来白云岩化流体的加入,并提供了CO
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则原始灰岩发生过白云岩化,会引起岩石体积的增大而孔隙减少。

因此,白云岩化
2-的来源也成为关键因素之一。

Halley等及Lucia等通过流体除了Mg2+之外, CO
3
观察发现,波内尔岛(Bonaire)和南佛罗里达岛(SouthFlorida)的上-更新世碳酸盐岩中白云岩层的孔隙比同时代灰岩的低,表明白云岩化过程导致孔隙度降低。

Lucia等的研究表明,白云岩化作用开始时白云岩交代会产生一定的孔隙,但是,对白云岩饱和的卤水继续沉淀白云岩,则孔隙度反而下降,他们把白云岩化作用分3个阶段:刚开始白云岩交代灰岩,产生少量孔隙;继续交代灰岩和先前白云岩,白云岩化越充分,孔隙度越高;再有多余的卤水,对白云岩也过饱和,会直接沉淀更多的白云石,并使孔隙度下降。

图2 过白云岩化与孔隙度的关系
四、白云岩化作用对渗透率的提高
尽管针对白云岩化和渗透率的关系进行的研究较少,但人们普遍都承认,白云岩化作用即使不明显增加岩石的孔隙度,也可极大地提高渗透率。

一般,这与白云岩化之后形成较多的晶间(微)孔有关。

这种情况在准同生白云岩化的层段体现得更为明显,因为这些地层的孔隙度与同层位的灰岩相差不大,但渗透率可能大很多。

渗透率的提高又反过来影响着白云岩化作用的模式和过程,二者基本上是相互促进,但在晚期过白云岩化及重结晶作用会造成白云石晶体部分堵塞孔隙空间和吼道,从而使得渗透率有所降低。

另外,白云岩地层渗透率的提高,还跟白云岩比灰岩更易发育裂缝有关。

一方面岩石渗透率的改善,使得油气的运移变得更容易;另一方面,正是由于渗透率的提高,才使得岩石易于通过溶蚀性的流体,从而有利于后期溶蚀作用的发生,因此,白云岩化可能是储集空间形成至关重要的前提条件。

不过,这一过程不属于白云岩化的直接影响范畴,而是属于其间接影响范畴。

综上所述,白云岩化作用本身对岩石孔隙的影响包括3种特殊的情况,即等摩尔交代、外来流体的过白云岩化和等体积交代,相应地孔隙可增大、减小或保持不变。

这些模式并非绝对互不兼容,而可能同时存在、互为补充,但在研究某个特定对象时,可明确究竟是以哪一种模式为主。

自然界中白云岩化作用远非如此简单,更可能是不同时代、不同沉积环境的不同原岩,在不同性质的白云岩化流体、不同阶段的作用过程。

这个过程中,岩石孔隙体积的变化还受制于多方面的因素,其中
2-离子加入和白云石的结晶动力学等重要因素。

包括原岩结构、是否有外来的CO
3
五、结论
白云岩化作用对储层物性的影响包括对孔隙度和渗透率的影响两方面。

对孔隙发育的影响有：①白云岩化流体的溶蚀，对孔隙的形成意义基本不大；②Ca、Mg离子等摩尔交代，对孔隙的形成起建设性作用；③过白云岩化或白云石胶结物的形成，对孔隙起破坏作用；④白云石等体积交代方解石，孔隙体积不变。

而白云岩化作用对渗透率有极大的提高作用。

而白云岩化对储层的后续影响主要包括：①白云岩化之后的选择性溶蚀；②白云岩比灰岩抗压实压溶、易于发育断裂，从而导致渗透率得到极大提高，并与孔隙发育的白云岩体组合，构成良好的疏导体系。

虽然大多数白云岩比同等条件下灰岩的储集性更好，白云岩化作用也是很多
碳酸盐岩储层发育的先决条件，但由不同白云岩化作用形成的白云岩，其储集性能不同。

白云岩化作用本身产生的孔隙可能有限，也并非所有的白云岩都能成为良好的储层。

沉积环境和微相因素可能是白云岩储层发育的控制因素，而白云岩化作用和断裂、裂缝及各种溶蚀等成岩作用的改造，是白云岩储层发育的关键因素。

参考文献
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[2]姜在兴．沉积学[M]．北京:石油工业出版社，2003．
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