淺析影響碎屑巖成巖作用的地質因素

馬六一 長江大學地球科學學院 434023

淺析影響碎屑巖成巖作用的地質因素

馬六一 長江大學地球科學學院 434023

碎屑巖儲層是中國油氣資源的最重要儲層類型，加強碎屑巖儲層的成巖作用研究對油氣資源評價、油藏開發具有重要的指導和實踐意義。本文從常規因素和非常規因素兩個方面著手，探討了碎屑巖成分、沉積環境和沉積相、溫壓場、地質流體以及埋藏作用等因素對碎屑巖儲層成巖作用的影響，著重的論述了非常規因素：碎屑巖成分、沉積環境和沉積相、溫壓場、地質流體以及埋藏作用等的影響。通過研究發現，碎屑巖成分、沉積環境和沉積相是成巖作用的基本條件，對成巖作用有決定性影響;溫壓場、地質流體是影響成巖作用的關鍵因素，對儲層原生孔隙保存以及次生孔隙的形成有重要作用;埋藏作用對儲層孔隙度演化有重要影響。

碎屑巖；成巖作用；地質因素

成巖作用在資源、環境研究領域的重要性與日俱增，特別在油氣勘探開發中對認識成巖作用時空分布和發育規律已經提出了愈來愈高的要求。本文從常規因素和非常規因素兩個方面著手，探討了碎屑巖成分、沉積環境和沉積相、溫壓場、地質流體以及埋藏作用等因素對碎屑巖儲層成巖作用的影響，著重論述了非常規因素：碎屑巖成分、沉積環境和沉積相、溫壓場、地質流體以及埋藏作用等的影響，分析了控制和影響碎屑巖儲層成巖作用的關鍵因素，以期更深刻地認識優質儲層的發育機理和分布規律。

一 常規影響因素

1 壓實作用

壓實作用是指沉積物沉積后在上覆水層和沉積層的重荷下，或在構造形變的作用下，發生水分排出、孔隙度降低、體積縮小的作用。沉積物內部可以發生顆粒的滑動、轉動、位移、變形、破裂，進而導致顆粒的重新排列和某些結構構造的改變。壓實作用在沉積物埋藏的早期階段表現得比較明顯。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，75%以上的水已被排出，所排出的水是孔隙流體的主要來源之一。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，碎屑顆粒接觸點上所承受的壓力增大（超過正常孔隙流體壓力 ），顆粒接觸處的溶解度增高，發生晶格變形和溶解作用，砂質沉積物就進入了壓溶作用階段。

2膠結作用

膠結作用是指從孔隙溶液中沉淀出礦物質（膠結物），將松散的沉積物固結起來的作用。

膠結物的類型有:①氧化硅膠結物——代表酸性孔隙水介質環境；②碳酸鹽膠結物——代表堿性成巖環境；③粘土礦物膠結；④長石膠結物。

3 交代作用

交代作用是指一種礦物代替另一種礦物的現象，常見的交代作用有:①氧化硅和方解石的相互交代作用；②方解石交代長石；③碳酸鹽交代粘土礦物；④粘土礦物交代長石；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粘土礦物對石英的交代作用。

二 非常規影響因素

1 碎屑巖成分

碎屑巖成分包括碎屑顆粒和填隙物等，受控于儲層形成的沉積環境和沉積后所發生的各種成巖變化。巖石原始成分和結構不同，導致壓實效應也不同，富含柔性成分，分選和磨圓較差的巖石，壓實效應顯著。碎屑巖的骨架顆粒不同，雜基含量不同，抗壓實能力及孔隙度也不同。碎屑巖中石英和長石等剛性顆粒含量較高，其抗壓實能力就越強，保留的原生孔隙度就越高。粒度對成巖作用也有一定的影響。中-中細砂巖分選較好，壓實作用對儲層物性

改造較弱;粉砂巖和細砂巖分選較差，壓實改造往往較強，孔滲性能較差。

2 沉積環境和沉積相

沉積環境是影響儲層孔隙演化的最基本因素，決定了沉積物類型，而沉積物類型與儲層孔隙的形成與演化直接相關。由于沉積物粒度和所經歷的成巖演化序列不同，可形成截然不同的儲層孔隙。優質儲層多形成于水動力條件較強的高能環境，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。這是因為相帶主體砂體的厚度大，在成巖過程中膠結作用較弱，巖石成分以剛性顆粒為主，抗壓實作用的能力較強，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育。沉積相是形成良好儲層的關鍵，它不僅控制了儲層的空間分布特征，而且對早期和晚期的成巖作用有著一定程度的影響。

3 溫壓場

古地溫對成巖作用的影響主要表現在4個方面:①大多數礦物的溶解度會隨著溫度的升高而增大。②地溫梯度不同，礦物轉化的深度不一樣。③化學反應的平衡常數受溫度控制，溫度的變化勢必引起反應的變化。在一種溫度下，一定的成巖反應可以形成次生孔隙，在另一種溫度下可能形成自生礦物而堵塞孔隙。④有機酸對礦物顆粒的溶解是形成次生孔隙的重要途徑，有機質隨溫度的變化衍生出不同化學成分，而不同化學成分的有機酸對礦物的溶解作用則明顯不同。

地層壓力對成巖作用的影響主要表現在3個方面:①根據物理化學反應原理，在異常高壓帶內，膠結物的增生將變慢或停止。②由于異常高壓對有機質熱演化和油氣生成的抑制作用，拓寬了生油窗的范圍，并且在有機質熱演化生成油氣過程中，產生大量的有機酸和無機酸，超壓增加了酸溶解碳酸鹽膠結物的強度，產生了大量次生孔隙。異常高壓帶與高孔隙發育帶及含油氣性有明顯的關系，主要表現在異常高壓之下的砂巖儲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，從而減少由于壓實作用損失的孔隙。

4 地質流體

地殼中物質和能量在很大程度上是通過流體進行搬運和傳輸的，地質流體直接影響和控制著地殼內部的構造、成巖、變質及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，盆地地質流體直接參與了成巖作用的全過程。

大氣水 大氣水對成巖作用的影響主要發生在沉積物沉積或埋藏的初期，因構造抬升或海平面下降，地下巖石遭受大氣水的淋濾作用，使其孔隙得到進一步發育。

地層水 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、泥巖擠出水和有機質熱解產物等。地層水化學性質和循環熱對流運動方式是影響深部碎屑巖儲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作用、石英壓溶作用和膠結物沉淀作用的進行，儲層孔隙受到改造，有利于孔隙的保存和深部儲層的發育。

烴類流體 油氣的充注改變了儲層內孔隙流體的性質和顆粒表面特征，對成巖作用具有重要影響。油氣充注后，可抑制地層水的流動，阻礙膠結物的來源，進而抑制成巖作用的進行，如可以抑制伊利石的生長、鉀長石的鈉長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。

三 結論

碎屑巖的成巖作用中壓實作用、膠結作用、交代作用是主要的成巖影響因素。巖石學特征是儲層性質的重要控制因素，主要反映在碎屑巖成分和粒徑上。儲層碎屑巖成分中的塑性顆粒成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;儲層巖石的粒徑越細，塑性巖屑含量越高、抗壓性能越低，壓實作用就越強。不同的沉積環境控制不同的沉積相，從而導致成巖作用存在較大差異。沉積相對早期和晚期成巖作用有著一定程度的影響，控制優質儲層的空間分布。沉積盆地的地溫場是控制成巖作用的關鍵因素之一，高古地溫能夠加快砂巖中的水一巖反應速率，從而加快砂巖的機械壓實速度;而異常壓力則促進了儲層原生孔隙保存以及次生孔隙形成。地質流體直接參與成巖作用的全過程，對成巖作用有重要的影響和控制作用。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.004

馬六一，男，河北省涿州人，現在在長江大學地球科學學院學習，研究方向為石油地質。