碳酸鹽巖成巖作用的認識教育研究

東北石油大學　董世鳴

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碳酸鹽巖成巖作用的認識教育研究

東北石油大學董世鳴

摘 要：為更好地對我國海相碳酸鹽巖儲層進行研究，本文從碳酸鹽巖成巖演化過程入手，重點介紹泥晶化作用、壓實壓溶作用、白云化作用、重結晶作用和膠結作用等五種碳酸鹽巖的成巖作用。同時，本文還對成巖過程中的保持性成巖作用進行一定的研究。

關鍵詞：碳酸鹽巖 成巖作用 認識

我國多陸相盆地，我國學者對碎屑巖的成巖作用有很深層次的研究。海相碳酸鹽巖是沉積巖，對它的研究同樣重要。

一、碳酸鹽巖成巖演化

筆者通過對巴彥浩特盆地中石炭系的碳酸鹽巖進行觀察和研究，總結了該地區的兩種成巖演化模式。

第一種為純碳酸鹽巖成巖作用。碳酸鹽巖泥或微晶碳酸鹽巖在上覆地層的重壓下進行機械壓實作用。原始的粒間孔隙、生物格架孔逐漸減少甚至消失，很多生物的遺骸受到嚴重破壞。由于壓力與流體的共同作用，某些碳酸鹽巖溶解、分散、運動到其他位置后重新析出結晶，完成膠結的過程。至此，第一階段結束。之后，巖石受到溶解作用、膠結作用、重結晶作用等，發生局部白云化，主要形成溶孔、粒間孔、晶間孔等孔隙。至此，演化基本結束。

第二種成巖演化的基本成巖作用和第一種沒有大的差別，但是第二種成巖演化的巖石中不僅含有生物碎屑，還有大量來自于陸緣的碎屑、內碎屑。這些物質的出現對巖石結構、內部組分產生一定的影響，使成巖過程發生特別的化學作用，并在最后形成的白云巖特性中體現出來。

二、幾種形式的成巖作用

筆者分析與研究了土庫曼斯坦巴格德雷地區的阿姆河區域和中國安徽巢湖地區的碳酸鹽巖地層，簡要闡述兩個地區卡洛夫—牛津階和中下二疊統碳酸鹽巖的成巖演化過程中的幾個主要成巖作用。

1.泥晶化作用。泥晶化作用主要針對碳酸鹽巖地層中的生物遺骸。含有大量海相生物碎片甚至整個生物遺體是碳酸鹽巖的重要特點。泥晶化的實質是碳酸鹽巖以極其細小的晶體顆粒對生物遺體進行的一種化合物置換作用。根據生物顆粒被置換的程度可以將泥晶化作用分成兩種，即內部充填和外部充填。內部充填指顆粒內部被完全或過半的泥晶化，鮞粒或生物體內部結構會有一定的保留。外部充填是沿著顆粒的外部生成一個由泥晶構成的外殼，橫切面類似復鮞的結構特點。

2.壓實壓溶作用。壓溶作用的機理和壓實作用的機理有相似之處。某種程度上，筆者認為這兩種作用的實質是同一種力在成巖的不同時期形成的兩種不同反應。壓實作用大多形成于成巖作用的初期階段，那時候成巖的物質處于松散堆積狀態。經過壓實之后，長條形顆粒以固定方向的方式排列，類似圓形的顆粒的形狀會發生輕微改變。壓實作用的最大效果就是對孔隙度的減弱，在業內它曾有“孔隙殺手”的稱號。

壓溶作用的溶解是指晶體受到極大壓力使晶格變形發生溶解作用。顆粒溶解時基本是部分溶解，有的是在不同顆粒的接觸邊緣發生溶解，有的是在顆粒內部發生溶解。壓溶作用的明顯特征是有縫合線發育，當壓溶作用發育的時候縫合線會對原有顆粒、基質的形狀造成破壞，對之進行切穿。縫合線隨著壓溶作用程度的增大，其寬度也會增加。初期縫合線較細的時候，多呈尖齒狀，連續性不是很好，內部充填的多是黑色有機質。后期縫合線較粗的時候，形態變得圓滑，連續性很強，充填物多種多樣，甚至可見較小的方解石晶體。

3.白云化作用。白云化的實質是地層中的方解石逐步被白云石替換。這種替換看似復雜，其原理并不是十分復雜。它是大量鎂離子進入化合物，使化合物的晶體形狀變化，最終改變化合物的性質的過程。1998年地質學家強子同提出，當方解石被白云石替換后，巖石的孔隙會有增大的趨勢。和方解石相比，白云石晶體更加粗大，有獨特的霧心亮邊的結構特征，一般形成于較深的埋藏和較熱的溫度條件下。

4.膠結作用。海相碳酸鹽巖地層的膠結作用類型和碎屑巖類似。膠結作用是為使流體對原有巖石在外形以及分布上更好地適應地層環境變化而發生的一種改造作用。

三、成巖的保持性

碳酸鹽巖成巖過程中，壓實作用、壓溶作用和過度膠結作用是三大“孔隙殺手”。“保持性成巖作用”是對這些成巖作用的反作用，是為保存孔隙。

1.泥晶套。泥晶套是在海底沿著顆粒的外表或邊緣生長的泥晶或微晶經過膠結形成的顆粒外殼。它具有以下特點：一是具有較強的抗壓能力；二是非常難溶解，抗風化能力強；三是親鎂離子，有分子篩的功能，使顆粒發生選擇性白云巖化。

2.早期大氣淡水膠結。早期大氣淡水膠結主要有兩點重要效果，一方面是針對礦物顆粒，另一方面是針對孔隙。這種膠結作用會在顆粒表面形成抗壓能力很強的等厚環邊，在孔隙的內邊緣形成膠結物，壓實過程中使孔隙的空間得到更好地保存。早期淡水膠結在保持初始孔隙中的作用很大。

3.早期白云巖化作用。早期的白云巖化作用將方解石轉變為白云石，將石灰巖變為白云巖。這種轉變使巖石的結構發生重大變化，巖石的抗壓實能力顯著增強，從而保持其儲層物性。

4.重結晶作用。當重結晶作用適度的時候，它會提高巖石的有效孔隙度和滲透率，為溶蝕作用的發生提供良好的環境。但是如果重結晶作用過分強烈，這種優勢便會消失，對儲層產生破壞。

四、結論

碳酸鹽巖成巖的演化序列過程中，成巖作用按照其對儲層物性以及孔隙度的影響程度可分為兩類：一類是孔隙空間減少的作用；另一類是在成巖時對第一種作用產生抵抗的作用，即最大限度保持孔隙空間的作用。認識這兩種作用，對研究者研究碳酸鹽巖儲層具有重大意義。

文章編號：ISSN2095-6711/Z01-2016-05-0191