馬六一 長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 434023

淺析影響碎屑巖成巖作用的地質(zhì)因素

馬六一 長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 434023

碎屑巖儲(chǔ)層是中國(guó)油氣資源的最重要儲(chǔ)層類型，加強(qiáng)碎屑巖儲(chǔ)層的成巖作用研究對(duì)油氣資源評(píng)價(jià)、油藏開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)和實(shí)踐意義。本文從常規(guī)因素和非常規(guī)因素兩個(gè)方面著手，探討了碎屑巖成分、沉積環(huán)境和沉積相、溫壓場(chǎng)、地質(zhì)流體以及埋藏作用等因素對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層成巖作用的影響，著重的論述了非常規(guī)因素：碎屑巖成分、沉積環(huán)境和沉積相、溫壓場(chǎng)、地質(zhì)流體以及埋藏作用等的影響。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，碎屑巖成分、沉積環(huán)境和沉積相是成巖作用的基本條件，對(duì)成巖作用有決定性影響;溫壓場(chǎng)、地質(zhì)流體是影響成巖作用的關(guān)鍵因素，對(duì)儲(chǔ)層原生孔隙保存以及次生孔隙的形成有重要作用;埋藏作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙度演化有重要影響。

碎屑巖；成巖作用；地質(zhì)因素

成巖作用在資源、環(huán)境研究領(lǐng)域的重要性與日俱增，特別在油氣勘探開(kāi)發(fā)中對(duì)認(rèn)識(shí)成巖作用時(shí)空分布和發(fā)育規(guī)律已經(jīng)提出了愈來(lái)愈高的要求。本文從常規(guī)因素和非常規(guī)因素兩個(gè)方面著手，探討了碎屑巖成分、沉積環(huán)境和沉積相、溫壓場(chǎng)、地質(zhì)流體以及埋藏作用等因素對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層成巖作用的影響，著重論述了非常規(guī)因素：碎屑巖成分、沉積環(huán)境和沉積相、溫壓場(chǎng)、地質(zhì)流體以及埋藏作用等的影響，分析了控制和影響碎屑巖儲(chǔ)層成巖作用的關(guān)鍵因素，以期更深刻地認(rèn)識(shí)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育機(jī)理和分布規(guī)律。

一 常規(guī)影響因素

1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是指沉積物沉積后在上覆水層和沉積層的重荷下，或在構(gòu)造形變的作用下，發(fā)生水分排出、孔隙度降低、體積縮小的作用。沉積物內(nèi)部可以發(fā)生顆粒的滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、位移、變形、破裂，進(jìn)而導(dǎo)致顆粒的重新排列和某些結(jié)構(gòu)構(gòu)造的改變。壓實(shí)作用在沉積物埋藏的早期階段表現(xiàn)得比較明顯。石英砂巖的原始孔隙度為40%左右，在3000m深處其孔隙度降至30～10%。碎屑沉積物在300m深處時(shí)，75%以上的水已被排出，所排出的水是孔隙流體的主要來(lái)源之一。其中壓溶作用是重要的方式，壓溶作用是指隨埋藏深度的增加，碎屑顆粒接觸點(diǎn)上所承受的壓力增大（超過(guò)正?？紫读黧w壓力 ），顆粒接觸處的溶解度增高，發(fā)生晶格變形和溶解作用，砂質(zhì)沉積物就進(jìn)入了壓溶作用階段。

2膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是指從孔隙溶液中沉淀出礦物質(zhì)（膠結(jié)物），將松散的沉積物固結(jié)起來(lái)的作用。

膠結(jié)物的類型有:①氧化硅膠結(jié)物——代表酸性孔隙水介質(zhì)環(huán)境；②碳酸鹽膠結(jié)物——代表堿性成巖環(huán)境；③粘土礦物膠結(jié)；④長(zhǎng)石膠結(jié)物。

3 交代作用

交代作用是指一種礦物代替另一種礦物的現(xiàn)象，常見(jiàn)的交代作用有:①氧化硅和方解石的相互交代作用；②方解石交代長(zhǎng)石；③碳酸鹽交代粘土礦物；④粘土礦物交代長(zhǎng)石；⑤粘土礦物間的交代作用；⑥碳酸鹽礦物的相互交代作用；⑦粘土礦物對(duì)石英的交代作用。

二 非常規(guī)影響因素

1 碎屑巖成分

碎屑巖成分包括碎屑顆粒和填隙物等，受控于儲(chǔ)層形成的沉積環(huán)境和沉積后所發(fā)生的各種成巖變化。巖石原始成分和結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致壓實(shí)效應(yīng)也不同，富含柔性成分，分選和磨圓較差的巖石，壓實(shí)效應(yīng)顯著。碎屑巖的骨架顆粒不同，雜基含量不同，抗壓實(shí)能力及孔隙度也不同。碎屑巖中石英和長(zhǎng)石等剛性顆粒含量較高，其抗壓實(shí)能力就越強(qiáng)，保留的原生孔隙度就越高。粒度對(duì)成巖作用也有一定的影響。中-中細(xì)砂巖分選較好，壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性

改造較弱;粉砂巖和細(xì)砂巖分選較差，壓實(shí)改造往往較強(qiáng)，孔滲性能較差。

2 沉積環(huán)境和沉積相

沉積環(huán)境是影響儲(chǔ)層孔隙演化的最基本因素，決定了沉積物類型，而沉積物類型與儲(chǔ)層孔隙的形成與演化直接相關(guān)。由于沉積物粒度和所經(jīng)歷的成巖演化序列不同，可形成截然不同的儲(chǔ)層孔隙。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層多形成于水動(dòng)力條件較強(qiáng)的高能環(huán)境，如三角洲、扇三角洲、濱岸、辮狀河三角洲及重力流水道等，其中又以相帶主體為好。這是因?yàn)橄鄮е黧w砂體的厚度大，在成巖過(guò)程中膠結(jié)作用較弱，巖石成分以剛性顆粒為主，抗壓實(shí)作用的能力較強(qiáng)，因而既有利于原生孔隙的保存，也有利于后期次生孔隙的發(fā)育。沉積相是形成良好儲(chǔ)層的關(guān)鍵，它不僅控制了儲(chǔ)層的空間分布特征，而且對(duì)早期和晚期的成巖作用有著一定程度的影響。

3 溫壓場(chǎng)

古地溫對(duì)成巖作用的影響主要表現(xiàn)在4個(gè)方面:①大多數(shù)礦物的溶解度會(huì)隨著溫度的升高而增大。②地溫梯度不同，礦物轉(zhuǎn)化的深度不一樣。③化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)受溫度控制，溫度的變化勢(shì)必引起反應(yīng)的變化。在一種溫度下，一定的成巖反應(yīng)可以形成次生孔隙，在另一種溫度下可能形成自生礦物而堵塞孔隙。④有機(jī)酸對(duì)礦物顆粒的溶解是形成次生孔隙的重要途徑，有機(jī)質(zhì)隨溫度的變化衍生出不同化學(xué)成分，而不同化學(xué)成分的有機(jī)酸對(duì)礦物的溶解作用則明顯不同。

地層壓力對(duì)成巖作用的影響主要表現(xiàn)在3個(gè)方面:①根據(jù)物理化學(xué)反應(yīng)原理，在異常高壓帶內(nèi)，膠結(jié)物的增生將變慢或停止。②由于異常高壓對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化和油氣生成的抑制作用，拓寬了生油窗的范圍，并且在有機(jī)質(zhì)熱演化生成油氣過(guò)程中，產(chǎn)生大量的有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸，超壓增加了酸溶解碳酸鹽膠結(jié)物的強(qiáng)度，產(chǎn)生了大量次生孔隙。異常高壓帶與高孔隙發(fā)育帶及含油氣性有明顯的關(guān)系，主要表現(xiàn)在異常高壓之下的砂巖儲(chǔ)層具有較高的孔隙度，并

往往有較好的含油氣性，早期形成的異常高壓可以抵消部分上覆地層壓力，從而減少由于壓實(shí)作用損失的孔隙。

4 地質(zhì)流體

地殼中物質(zhì)和能量在很大程度上是通過(guò)流體進(jìn)行搬運(yùn)和傳輸?shù)?，地質(zhì)流體直接影響和控制著地殼內(nèi)部的構(gòu)造、成巖、變質(zhì)及成礦等重大地質(zhì)作用。成巖作用及其系統(tǒng)行為因盆地流體活動(dòng)類型或形成演化過(guò)程的不同而異，盆地地質(zhì)流體直接參與了成巖作用的全過(guò)程。

大氣水 大氣水對(duì)成巖作用的影響主要發(fā)生在沉積物沉積或埋藏的初期，因構(gòu)造抬升或海平面下降，地下巖石遭受大氣水的淋濾作用，使其孔隙得到進(jìn)一步發(fā)育。

地層水 地層水作為成巖反應(yīng)的介質(zhì)，在成巖作用的研究中占有重要的地位。地層水有多種可能的來(lái)源，如沉積封存水、地表水、泥巖擠出水和有機(jī)質(zhì)熱解產(chǎn)物等。地層水化學(xué)性質(zhì)和循環(huán)熱對(duì)流運(yùn)動(dòng)方式是影響深部碎屑巖儲(chǔ)層成巖作用的重要因素，不但影響成巖作用的演化，還控制了成巖礦物在儲(chǔ)層中的析出位置和次生孔隙的分布特征。深部熱流體的侵入抑制了壓實(shí)作用、石英壓溶作用和膠結(jié)物沉淀作用的進(jìn)行，儲(chǔ)層孔隙受到改造，有利于孔隙的保存和深部?jī)?chǔ)層的發(fā)育。

烴類流體 油氣的充注改變了儲(chǔ)層內(nèi)孔隙流體的性質(zhì)和顆粒表面特征，對(duì)成巖作用具有重要影響。油氣充注后，可抑制地層水的流動(dòng)，阻礙膠結(jié)物的來(lái)源，進(jìn)而抑制成巖作用的進(jìn)行，如可以抑制伊利石的生長(zhǎng)、鉀長(zhǎng)石的鈉長(zhǎng)石化和石英的加大等。另外，烴類侵入到含礦物氧化劑(如褐鐵礦)的儲(chǔ)層中，可導(dǎo)致烴類發(fā)生氧化作用，褐鐵礦被還原而使紅色砂巖漂白，并可產(chǎn)生有機(jī)酸，使碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生溶解，產(chǎn)生次生孔隙。

三 結(jié)論

碎屑巖的成巖作用中壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用是主要的成巖影響因素。巖石學(xué)特征是儲(chǔ)層性質(zhì)的重要控制因素，主要反映在碎屑巖成分和粒徑上。儲(chǔ)層碎屑巖成分中的塑性顆粒成分的抗壓性能相對(duì)弱，在埋藏成巖過(guò)程中易發(fā)生塑性變形，不利于儲(chǔ)層粒間孔隙的保存;儲(chǔ)層巖石的粒徑越細(xì)，塑性巖屑含量越高、抗壓性能越低，壓實(shí)作用就越強(qiáng)。不同的沉積環(huán)境控制不同的沉積相，從而導(dǎo)致成巖作用存在較大差異。沉積相對(duì)早期和晚期成巖作用有著一定程度的影響，控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的空間分布。沉積盆地的地溫場(chǎng)是控制成巖作用的關(guān)鍵因素之一，高古地溫能夠加快砂巖中的水一巖反應(yīng)速率，從而加快砂巖的機(jī)械壓實(shí)速度;而異常壓力則促進(jìn)了儲(chǔ)層原生孔隙保存以及次生孔隙形成。地質(zhì)流體直接參與成巖作用的全過(guò)程，對(duì)成巖作用有重要的影響和控制作用。

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[2]Dixon S A , Summers D M , Surdam R C.Diagenesis and preservation of porosity in Norphlet Formation(Upper Jurassic)，southern Alabama [J].AAPG Bulletin,1989,73(6) ;707一728.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.004

馬六一，男，河北省涿州人，現(xiàn)在在長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院學(xué)習(xí)，研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì)。