碎屑巖儲層成巖作用影響因素探討

邵洪文

新疆煤田地質局（830009）

地下巖石孔隙率和滲透率在空間和時間上的變化受眾多因素控制，總的說來，包括沉積與成巖兩個最為主要的因素[1]。碎屑儲集巖的成巖作用指碎屑沉積物在沉積之后到變質作用之前所發生的各種物理、化學及生物化學變化。儲集層物性是多種成巖作用控制的綜合結果。成巖作用是極其復雜的物理化學過程,其影響因素的多變和過程的復雜性主要體現在巖石成分的復雜性,流體來源的廣泛性，溫度、壓力等成巖環境條件的多變性等。儲層孔隙演化的過程同時受到沉積體系、古氣候、盆地沉降與折返等多因素的作用和影響。

1 地下流體對成巖作用的影響

地殼流體直接影響和控制著地殼內部的構造、成巖、變質、成礦等重大地質作用。成巖作用及其系統行為因盆地流體活動類型或形成演化過程的不同而異。儲層孔隙的形成演化還與有機－無機和水－巖反應所產生的次生孔隙有關，不同流體有不同的成因，對次生孔隙的影響也各不一樣[1]。

1.1 大氣水對成巖作用的影響

大氣水對地下巖石發生影響的時間和地點包括:①地下沉積物沉積或埋藏的初期;②在因構造抬升或海平面下降造成的不整合面之下。在合適的地質、水文、地球化學條件下，地下巖石因遭受淋濾作用其孔隙將得到進一步發育。

1.2 烴類與巖石間的氧化還原反應

烴類侵入到含礦物氧化劑(如褐鐵礦)的儲層中，可導致烴類發生氧化作用，褐鐵礦被還原而使紅色砂巖漂白，并可產生有機酸，使碳酸鹽膠結物發生溶解，產生次生孔隙[49]。高含褐鐵礦的紅色砂巖物性差，而白色還原帶物性好，多孔。另外，烴類流體還會對石英膠結產生抑制作用，這是烴類流體對儲層物性影響較有利的一面。烴類的硫酸鹽還原作用包括熱化學硫酸鹽還原作用(TSR)和微生物硫酸鹽還原作用(BSR)。TSR包括甲烷氣、原油、早期形成瀝青的硫酸鹽還原作用。甲烷氣TSR生成CO2和H2S氣體;而原油和瀝青的TSR還可導致瀝青的形成（1）:

而形成的瀝青將堵塞孔隙，使儲層物性降低。微生物硫酸鹽還原菌一般被認為只能消耗喜氧細菌,降解烴類的代謝產物有機酸等。

1.3 地層水對成巖作用的影響

地層水作為成巖反應的介質，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源，如沉積封存水、地表水、泥巖擠出水、有機質熱解產物等，應用碳、氧、鍶等同位素值可分析地層水的來源以及HCO3-中碳是有機還是無機來源等。在未來的研究中，這仍將是一個發展的趨勢，并和其成巖手段的研究結合起來，互為印證，探討地層水的來源及對成巖作用的影響，深化對成巖作用的研究。

2 構造作用對成巖作用的影響

構造背景不同，相應的成巖作用機理也不一樣，由此影響儲層的成巖序列和孔隙演化[4]。構造應力對儲層的影響具有雙重作用，對以中國西部為代表的壓扭性盆地，其作用過程是以降低孔隙度為主，而對于中國東部張性盆地，則以增加孔隙度為主。東營凹陷砂巖主要分布在北部陡坡帶、南部緩坡帶、中央隆起帶以及洼陷帶四個次級構造單元，它們分別處于不同的地質構造背景,因此其成巖作用和孔隙演化也有差異。

3 埋藏時間和埋藏深度對成巖作用的影響

在相同埋深條件下，由于經歷時間不同，地層壓實程度將會存在差別。從粘彈塑性體應力—應變模型(Bingham模型)推導出均速埋藏條件下地層孔隙度是埋深和經歷時間的雙元函數。該函數充分表明，在壓實作用階段，埋藏時間和埋深兩個因素對地層孔隙度演化的影響都是非常重要的。另外,利用沉積物實驗室壓實物理模擬實驗結果與實際盆地地層壓實特征的差異性,進一步證明了壓實過程中承壓時間對壓實程度起著重要的作用。任一深度地層孔隙度與埋深的表面關系不能掩蓋地層孔隙度受埋藏過程控制的實質，即地層孔隙度受埋藏時間和深度的雙重影響。Scherer指出，埋深不是成巖作用的最好指示,因為成巖作用與時間有關系。他指出的孔隙度預測經驗公式只適用于膠結程度很低或未膠結、無強烈溶解作用、埋深超過500m、年齡超過3 Ma、很小或無剪切應力的砂巖孔隙度預測[5]。

4 碎屑巖的成分、結構等因素對成巖作用的影響

碎屑巖儲層的巖性包括碎屑顆粒、填隙物（膠結物與雜基）的成分與結構等，它主要受控于儲層形成的沉積環境和沉積后所發生的各種成巖變化。如巖石中的自生礦物就是由于巖石孔隙流體中某些離子過飽和,在一定的溫度和壓力條件下沉淀所致。故自生礦物的成分與結構可直接反映成巖作用的環境。因此，系統而又準確地觀測與分析巖石的成分，尤其是自生礦物的成分與結構就可以分析和判別曾經發生過的各種成巖變化。從成巖產物來推斷成巖作用對原生礦物成分與結構的改造,則是研究成巖變化成因與分析其機理的關鍵。巖石原始組分和結構不同，導致壓實效應也不同，富含柔性組分，分選和磨圓較差的巖石，壓實效應顯著，相反則壓實效應微弱。碎屑巖的骨架顆粒不同，雜基含量不同，其抗壓實的能力及孔隙度的大小也不同。若碎屑巖中石英、長石等剛性顆粒含量較高，則其抗壓實能力就越強，產生的原生孔隙度就較高。粒度對成巖作用也有一定的影響。中、細砂巖，分選較好，壓實作用對儲層物性改造較弱；粉砂級和粗砂級以上的碎屑巖分選較差，壓實改造往往較強，孔滲性能較差[6]（見圖 1）。

圖1 碎屑巖粒度與孔隙度的關系

5 結論

地理-氣候環境類型決定了沉積物組分、結構及其同生水特征，對早期成巖作用的影響或控制顯而易見。壓力的大小對成巖反應具有一定的控制作用,主要表現在影響成巖的進程速度與方向上。盆地地下流體直接參與了成巖作用的全過程。地層水作為成巖反應的介質，在成巖作用的研究中占有重要的地位。微觀領域的成巖作用無疑是受宏觀領域的構造運動影響的。

巖石學特征是儲層性質的重要控制因素,它主要反映在碎屑組分和粒徑上。儲層碎屑組分中的塑性顆粒組分的抗壓性能相對弱，在埋藏成巖過程中易發生塑性變形，不利于儲層粒間孔隙的保存；儲層的粒徑越細，其塑性巖屑含量越高、抗壓性能越低，從而儲層的壓實作用也越強。

[1]黃思靜,侯中健.地下孔隙率和滲透率在空間和時間上的變化及影響因素[J].沉積學報,2001,19(2):224～232.

[2]鄭浚茂,龐明.碎屑儲集巖的成巖作用研究[M].中國地質大學出版社.

[3]耿斌,才巨宏.一種考慮成巖作用的砂巖孔隙度解釋方法[J].石油學報,2004,25(5):44～47.

[4]譙漢生,方朝亮,牛嘉玉,等.中國東部深層石油地質[M].北京:石油工業出版社,2002.

[5]李會軍,吳泰然,等.中國優質碎屑巖深層儲層控制因素綜述[J].地質科技情報,2004,23(4):76～82.

[6]李忠,陳景山,等.含油氣盆地成巖作用的科學問題及研究前沿[J].巖石學報,2006,22(8):2114～2122.