王磊 郭軍

【摘要】成巖作用是改造或破壞儲層的重要作用，對碳酸鹽儲層具有雙重影響。既有改善儲滲性能的建設性成巖作用，如白云巖化作用、溶蝕作用、去膏化作用、構造破裂作用；又有使儲滲性能降低的破壞性成巖作用，如壓實壓溶作用、膠結作用、充填作用、去白云巖化作用、重結晶作用等。成巖作用的研究對了解儲層孔隙的發(fā)育和演化尤為重要。

【關鍵詞】天環(huán)地區(qū) 奧陶系 碳酸鹽巖 成巖作用

1 天環(huán)地區(qū)沉積模式

早奧陶世時，天環(huán)地區(qū)位于伊盟隆起及中央古隆起之間，處于華北海和秦祁海共同作用的地區(qū)，其東部為華北陸表海沉積，西部為秦祁陸緣海環(huán)境。隨秦祁海和賀蘭坳拉槽的演化，使得沉積格局也發(fā)生相應變化，開闊海臺地逐漸演化為臺地邊緣相帶明顯的鑲邊型臺地。天環(huán)地區(qū)以典型的陸緣海臺地沉積為特征，隨后加里東運動使盆地主體抬升，使得天環(huán)地區(qū)以東不再接受沉積，天環(huán)地區(qū)依舊接受沉積。

2 成巖作用分析

鄂爾多斯盆地天環(huán)地區(qū)奧陶系巖石據(jù)鏡下觀察，成巖現(xiàn)象有：白云巖化作用、溶蝕作用、膠結作用、壓實壓溶作用、構造破裂作用、去膏化作用、充填作用、去白云巖化作用、重結晶作用、硅化作用、黃鐵礦化作用、交代作用等。

2.1 白云巖化

白云石巖化作用是研究區(qū)對儲層貢獻最大的成巖作用之一，是一種建設性成巖作用，具有多機制，多成因的特點。對于白云巖成因我們在薄片觀察的基礎上，結合X-衍射有序度分析和陰極發(fā)光將研究區(qū)白云巖按結構分成了三類：泥微晶白云巖，巖石通常含泥質(zhì)呈紋層狀，部分巖石中見石膏及鳥眼，可見黃鐵礦化，X衍射有序度介于0.53—1之間，平均為0.79，陰極發(fā)光呈暗棕色，表明該類巖石受大氣淡水改造弱；細-中晶白云巖，白云石晶體略顯不干凈，可見較干凈平直的環(huán)邊和殘余砂屑結構，晶體最常見為細-中晶，X衍射有序度介于0.56—1之間，平均為0.86，陰極發(fā)光呈棕紅色多較亮，表明白云巖形成過程中可能由淡水作用的參與；細晶白云巖，巖石相對致密，晶體多為細晶，發(fā)育晶間孔和晶間溶孔，X衍射有序度介于0.72—1之間，平均為0.86。通過對白云巖巖石學特征分析，我們認為泥微晶白云巖的形成與開放體系的海水關系密切，應為準同生白云巖化，可用蒸發(fā)泵模式解釋；細-中晶白云巖形成于有淡水參與，且形成溫度近地表的開放環(huán)境，可用混合水模式來解釋其成因，細晶白云巖形成于溫度較高，白云巖化流體為海水且相對封閉的體系，應為埋藏白云巖化。

2.2 溶蝕作用

2.2.1 表生期溶蝕作用

奧陶系沉積之后，加里東運動使盆地從東到西先后抬升地表，接受長達1.3 -1.5億年的風化剝蝕，在這種長期暴露地表條件下，碳酸鹽巖遭受地表水（大氣淡水）及地下水循環(huán)而產(chǎn)生巖溶作用。這個時期的巖溶以非組構選擇性溶解作用為主，常形成一些溶孔，溶洞、溶縫，其大小展布方向無明顯規(guī)律性，同時伴生一些巖溶角礫巖。表生期巖溶對天環(huán)地區(qū)有效儲層的形成至關重要，在天環(huán)地區(qū)主要形成洞穴型儲集空間。

2.2.2 埋藏溶蝕作用

地層由表生期開放體系進入埋藏期的封閉環(huán)境，由埋藏期溶蝕作用對表生期巖溶產(chǎn)物的疊加改造，表現(xiàn)為表生期形成的孔隙和充填物被溶蝕，并形成特征的自生礦物的充填結構，如表生期巖溶孔洞縫中充填物為淡水白云石及方解石、埋藏期孔內(nèi)被方解石、含鐵方解石、石英、異形白云石、黃鐵礦及瀝青充填。研究區(qū)內(nèi)溶蝕-充填現(xiàn)象較為普遍，埋藏期的溶蝕作用是研究區(qū)重要的建設性成巖作用。

2.3 膠結作用

廣義的膠結作用包括次生孔隙內(nèi)化學沉淀物的充填作用和灰泥石灰?guī)r的自膠結作用。通過薄片觀察認為研究區(qū)膠結作用主要發(fā)育有多期。原巖為微晶白云石，經(jīng)后期溶蝕改造，溶縫內(nèi)存在三期膠結充填，第一期為細-微晶白色顆粒白云石，第二期為細晶白云石，前兩期繞微晶粉屑形成環(huán)邊，第三期淡黃色白云石充填剩余空間。粒間為微-粉晶方解石膠結，這類方解石膠結物晶體通常大小不均勻，微-粉晶為主，少量細晶。產(chǎn)生這一膠結現(xiàn)象的原因可能與臺坪或盆緣坪的海水能量不高有關，顆粒小、粒間孔小，不利于膠結物自由生長，也沒有多余的空間供多期次的膠結物充填。膠結作用無論發(fā)生在何種成巖環(huán)境中，其結果都是減少巖石的儲集空間，是一種破壞性的成巖作用。

2.4 壓實、壓溶作用

壓實作用以物理作用為主，壓溶作用則是在物理作用基礎上疊加了溶解作用。壓實作用可促使巖石固結成巖，后期的壓實作用可造成巖石發(fā)生破裂，形成大小不等的裂隙。物理壓實作用導致沉積層厚度減小、孔隙度和滲透率降低；碳酸鹽顆粒重新定向。其中顆?；?guī)r受壓實作用顆粒發(fā)生變形，粒間孔隙減?。环?細晶白云巖受壓實作用造成晶體呈鑲嵌接觸，使巖石致密程度增加，孔隙度和滲透率變差。研究區(qū)儲層機械壓實作主要表現(xiàn)為一些塑性或半塑性顆粒的彎曲變形等。壓溶作用是壓實作用的延續(xù)，隨著埋深的增加，壓力增大，逐漸進入壓溶作用階段，可造成巖石中發(fā)育各種規(guī)模和不同類型的壓溶縫合線，縫合線內(nèi)可被瀝青和鐵泥質(zhì)充填或半充填，而后者具有作為儲層滲流通道的意義。研究區(qū)巖石薄片內(nèi)縫合線多見，表明壓溶作用較為發(fā)育，屬于破壞性的成巖作用。

2.5 充填作用

充填作用通常位于淋濾帶之下，常與溶解作用伴生。由于介質(zhì)中富含CaCO3，隨著礦物組分或Ca²⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、HCO^3-離子

濃度的變化而發(fā)生沉淀作用，其結果是在次生孔隙內(nèi)發(fā)生晶體的生長。通常的充填物是方解石、白云石、硅質(zhì)和膏質(zhì)，但研究區(qū)儲層中所見化學沉淀物的充填作用主要有馬鞍狀白云石對溶蝕孔隙的充填、黃鐵礦對裂縫的充填作用以及亮晶方解石對白云巖晶間孔的充填。由于下古生界地層受到多期次構造運動的影響，尤其是自晚奧陶世后的長期暴露等，多期次溶蝕-充填作用疊加，給充填作用的分析帶來了很大的困難。據(jù)薄片觀察，研究區(qū)的粒狀亮晶方解石充填物晶體干凈明亮，它們多充填膠結物內(nèi)溶孔及部分生屑溶孔、生物體腔孔以及構造裂縫等，是破壞儲層儲集性的主要因素之一。

2.6 構造破裂作用

巖石裂縫的形成與發(fā)育主要受巖性、巖層厚度、斷裂作用、局部構造運動、構造應力場作用、地層負荷變化與巖溶作用等因素的影響。通過鏡下觀察，研究區(qū)巖層的構造裂縫與非構造裂縫均有發(fā)育，且以溶蝕作用

為主的非構造裂縫發(fā)育更為廣泛，如溶蝕裂縫、縫合線等。非構造裂縫的發(fā)育可為巖溶作用提供通道，巖溶作用又可使小裂縫變成大裂縫，并且將孤立的裂縫聯(lián)通，形成大斷裂或溶洞，從而改善巖層的儲滲性能，為油氣提供運移通道和儲集空間，屬于建設性的成巖作用。

2.7 去膏化作用

蒸發(fā)條件下，隨著水體鹽度的增加，可以促使石膏的形成，石膏可呈分散狀單晶或呈斑塊狀、團狀、也可集合成層狀分布。由于膏鹽在成巖過程中不穩(wěn)定，常常被其它礦物交代和充填，如被方解石交代、硅質(zhì)和黃鐵礦充填，而形成具石膏外型的假晶。而當石膏被溶解而末被充填時則形成膏模孔。加里東時期地殼抬升，膏鹽經(jīng)選擇性溶蝕發(fā)生去膏化作用而形成鑄?？?，因而可作為油氣儲層有利的空間。研究區(qū)的去膏化作用表現(xiàn)為（硬）石膏晶體被亮晶方解石晶體交代，形成石膏假晶或溶?？紫叮瑢儆诮ㄔO性成巖作用。

2.8 去白云巖化作用

去白云石化作用較為普遍，?？梢姲自剖w被淡水方解石，硅質(zhì)交代，去白云石化作用的區(qū)內(nèi)多與大氣淡水作用有關，有時表現(xiàn)為增大溶孔和晶間孔隙，有時白云石被方解石交代，形成粗大的方解石斑晶，而使巖石儲集空間大大減少，因此，去白云石化對儲集空間的貢獻與后期淋濾有關，在缺乏后期淋濾的情況下，去白云石化對儲層孔隙起破壞作用。

2.9 重結晶作用

研究區(qū)內(nèi)重結晶作用隨處可見，但各處的重結晶程度不等。重結晶作用可以改變結構組分，如破壞鮞粒邊界；也可造成原巖結構破壞呈殘余結構，尤其重要的是白云巖的重結晶作用可增加或減少巖石的孔隙度。中等重結晶作用有利于提高巖石的孔隙度和滲透率，強的重結晶作用往往造成白云石或方解石晶體呈鑲嵌狀，使孔隙消失或呈孤立狀存在，連通變較差，滲透率降低。重結晶程度很低的巖石，如細粉晶結構的巖石，其滲透率可能較高，但孔隙度往往很低。

3 結論

碳酸鹽巖的成巖作用方式多種，研究區(qū)的碳酸鹽巖主要成巖作用有：白云巖化作用、溶蝕作用、膠結作用、壓實壓溶作用、構造破裂作用、去膏化作用、充填作用、去白云巖化作用、重結晶作用等。它們都會對碳酸鹽儲層具有雙重影響，或建設、或破壞。其中建設性成巖作用包括白云巖化作用、溶蝕作用、去膏化作用、構造破裂作用；破壞性成巖作用有壓實壓溶作用、膠結作用、充填作用、去白云巖化作用、重結晶作用等。

參考文獻

[1] 黃擎宇，張哨楠，丁曉琪等.2010.鄂爾多斯盆地西南緣奧陶系馬家溝組白云巖成因研究[J].石油實驗地質(zhì)，32（2）：147-154

[2] 黃思靜.碳酸鹽巖的成巖作用[M].2010，地質(zhì)出版社，54-58

[3] 伊海生，高春文，張小青，等.2004.羌塘盆地雙湖地區(qū)古油藏白云巖儲層的顯微成巖組構特征及意義[J].成都理工大學學報（自然科學版），31（6）：611-615

[4] 趙俊興，陳洪德，張錦泉，等.2005.鄂爾多斯盆地中部馬五段白云巖成因機理研究[J].石油學報，26（5）：38-42

[5] 鄭榮才，黨錄瑞，鄭超，等.2010.川東-渝北黃龍組碳酸鹽巖儲層的成巖系統(tǒng)[J].石油學報，31（2）：237-245

作者簡介

王磊，1986.06，男，成都理工大學，610059，在讀碩士研究生，現(xiàn)主要從事儲層沉積學方面的學習和研究工作。