砂巖成巖作用類型判別

摘要：成巖作用主要分為壓實作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶解作用等幾種類型，通過對砂巖的觀察，分析其碎屑顆粒的接觸關(guān)系，自生礦物類型，礦物之間的交代關(guān)系和礦物的溶解情況，判斷其成巖作用類型。

關(guān)鍵詞：成巖作用;砂巖;自生礦物

在油氣資源開采過程中，儲層的滲透率和孔隙度對油氣的產(chǎn)出產(chǎn)生了重要影響，而儲層滲透率和空隙度和成巖作用息息相關(guān)，沉積物在沉積后，進入成巖作用階段。 在上覆水體壓力和沉積層之間作用力以及構(gòu)造應(yīng)力作用下，產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)變化改變了儲層物性。[1]通過對巖石觀察，了解巖層發(fā)生不同成巖作用時的特征，為分析巖層成巖作用過程提供參考。

一、壓實作用

砂巖經(jīng)歷了不同強度的壓實作用，塑性顆粒經(jīng)歷了顯著變形。砂巖樣品，碎屑顆粒間的接觸關(guān)系以線接觸、點-線接觸、線-點接觸和點接觸為主。沉積物在沉積后，進入壓實和膠結(jié)作用階段。壓實作用可以在壓力作用下直接減小粒間孔隙。在降低孔隙度的過程中，孔隙中的流體被排擠 而出，碎屑顆粒之間受應(yīng)力作用緊密排列，接觸面 積增加，其接觸關(guān)系由點接觸逐漸變?yōu)榫€接觸和凹凸接觸。[1]宏觀上儲層密度增加，體積縮小，孔隙度 下降。在薄片下碎屑顆粒如果以凹凸接觸和縫合線接觸，那么證明巖石進入壓溶階段，如果碎屑顆粒以點接觸和線接觸為主，從壓實作用角度考慮，在絕大多數(shù)情況下，砂巖所經(jīng)歷的成巖階段不會超過晚成巖早期。

二、膠結(jié)作用

（一）自生高嶺石

砂巖中高嶺石最主要的賦存狀態(tài)是作為孔隙充填物方式產(chǎn)出，被充填的孔隙包括原生粒間孔隙和次生溶蝕孔隙。單個高嶺石晶體呈六方板狀，集合體呈書頁狀，有時與自生石英共生，其成因主要與長石等鋁硅酸鹽的溶解有關(guān)。在成巖過程中，長石的溶解的介質(zhì)可能包括有機質(zhì)熱成熟過程產(chǎn)生的CO2、有機質(zhì)脫羧基作用形成的有機酸，近年來的研究認為大氣淡水也起了重要的作用。

（二）自生綠泥石

砂巖中綠泥石最主要的賦存狀態(tài)是作為孔隙襯里方式產(chǎn)出，即包膜綠泥石，此外，也有少數(shù)作為孔隙充填方式或作為長石交代產(chǎn)物、黑云母蝕變產(chǎn)物的綠泥石。綠泥石環(huán)邊通常是定向和近于等厚的，在顆粒接觸處通常缺乏綠泥石膠結(jié)物，顆粒接觸關(guān)系主要為點接觸和線接觸，且塑性顆粒已發(fā)生變形，因而綠泥石的形成時間應(yīng)在早成巖早期之后。在一些地方會出現(xiàn)綠泥石在原有綠泥石表面繼續(xù)生長的現(xiàn)象，如綠泥石可以圍繞自生石英生長，并逐漸包裹石英;另外，由方解石或濁沸石占據(jù)的粒間孔隙中的綠泥石環(huán)邊相對較薄，較少有石英膠結(jié)物在綠泥石環(huán)邊之后生長。[2] 綠泥石的形成需要同沉積的富鐵沉積物，這在三角洲沉積環(huán)境，尤其是三角洲前緣環(huán)境（如河口砂壩和遠砂壩等）中是很容易實現(xiàn)的。

（三）自生石英

砂巖中自生石英的沉淀作用是有限的，與碳酸鹽礦物、綠泥石相比，自生石英不是儲層砂巖中重要的自生礦物，其沉淀作用也不是巖石致密化的主要原因。[3]自生石英有兩種主要的賦存方式：（1）圍繞碎屑石英的邊緣生長，形成加大邊并堵塞粒間孔隙，構(gòu)成加大邊的微晶石英一般數(shù)微米—數(shù)十微米大小，加大邊的厚度也基本在該范圍內(nèi)，因而屬弱—中等強度的石英加大;（2）以微晶方式生長于各種孔隙空間中，微晶石英的大小亦主要在數(shù)微米—數(shù)十微米大小范圍內(nèi)。

（四）自生碳酸鹽

砂巖成巖作用和孔隙演化過程中，自生碳酸鹽礦物扮演了十分重要的角色。碳酸鹽礦物類型包括了方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石和菱鐵礦等。從結(jié)構(gòu)上看，方解石以連生結(jié)構(gòu)為主，;其次是以分散粒狀分布于巖石中，并可交代長石;鐵方解石則更為廣泛的交代長石;白云石常呈斑塊狀或粒狀結(jié)構(gòu)，亦可交代長石。另外，還存在同生期沉淀的自生碳酸鹽礦物，即微晶方解石基質(zhì)以及膠狀自生方解石，以連生結(jié)構(gòu)為主，幾乎不發(fā)育孔隙。[2]

三、交代作用

交代作用是一種礦物在同一位置取代另一種礦物的作用。常見的有高嶺石、絹云母等粘土礦物和碳酸鹽對長石、巖屑等碎屑顆粒的交代及碳酸鹽礦物之間的交代，偏光鏡下依據(jù)被交代礦物的輪廓及交代的殘余部分仍然可辨認出被交代礦物的種類。

四、溶解作用

溶解作用主要有兩種，一是鄰近不整合面附近的儲層遭受大氣淡水淋濾作用造成溶解，二是烴源巖成熟期生烴產(chǎn)生的有機酸作用形成溶解。當(dāng)砂巖位于不整合面之下，巖石沉積之后經(jīng)歷了長時間的暴露時間間隔，該時間間隔是大氣水作用最為有利的時期。[4]砂巖中孔隙度、長石骨架顆粒、自生高嶺石的縱向分布趨勢是暴露時間間隔中大氣水對上部巖層的溶解作用造成的，因而大氣水在砂巖溶解作用和次生孔隙的形成中起了十分重要的作用。[5]大氣水的作用除發(fā)生于表生成巖階段以外，同時也是同生期和早成巖期最為重要的成巖流體。

盡管暴露階段大氣水對砂巖有影響，但如果暴露是在在很短的時間間隔內(nèi)。在埋藏成巖過程中，有機酸可能是砂巖中易溶組分早成巖晚期—晚成巖早期溶解的主要介質(zhì)，鏡下砂巖中可供溶蝕的組分（長石、巖屑等）非常豐富，主要為巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖，砂巖中含有豐富的長石顆粒和巖屑顆粒，同時巖屑顆粒中常見噴發(fā)巖巖屑，噴發(fā)巖巖屑中含有豐富的易發(fā)生溶解的長石。溶解、溶蝕作用主要表現(xiàn)在各種易溶的砂巖組份發(fā)生部分、甚至全部溶解，形成多種類型的次生孔隙。[6]

五、結(jié)論

通過對鏡下砂巖薄片的觀察可以得知，在通過碎屑顆粒之間的接觸面積可以得出巖石壓實作用程度，壓實程度隨接觸面積的增加而增強。而判斷膠結(jié)作用則可以通過自生礦物，如高嶺石、綠泥石、石英、鹽酸鹽等發(fā)育情況分析。而交代作用最明顯的地方是偏光鏡下能看到被交代礦物殘余輪廓。而溶解作用則可以通過對礦物溶解形成的次生孔隙判別。

參考文獻：

[1]王釗，邱軍利.壓實作用和膠結(jié)作用對鄂爾多斯長_8儲層的影響[J].西南石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，40（06）：56-68.

[2]劉輝倫. 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6砂巖孔隙成巖演化特征[D].成都理工大學(xué)，2011.

[3]孫偉. 姬塬—華慶地區(qū)長8油層組砂巖中自生礦物特征及對儲層物性的影響[D].成都理工大學(xué)，2010.

[4]劉濤. 姬塬地區(qū)長8油層組砂巖中自生高嶺石對儲層發(fā)育的影響[D].成都理工大學(xué)，2011.

[5]張雪花. 川西坳陷新場地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組長石溶解和保存機制的研究[D].成都理工大學(xué)，2011.

[6]王譽婉. 鄂爾多斯盆地黃龍和宜川地區(qū)晚古生代砂巖儲層特征研究[D].成都理工大學(xué)，2017.

作者簡介：

孫志強，成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院。