天环地区奥陶系碳酸盐岩成岩作用分析

王磊 郭军

【摘要】成岩作用是改造或破坏储层的重要作用，对碳酸盐储层具有双重影响。既有改善储渗性能的建设性成岩作用，如白云岩化作用、溶蚀作用、去膏化作用、构造破裂作用；又有使储渗性能降低的破坏性成岩作用，如压实压溶作用、胶结作用、充填作用、去白云岩化作用、重结晶作用等。成岩作用的研究对了解储层孔隙的发育和演化尤为重要。

【关键词】天环地区 奥陶系 碳酸盐岩 成岩作用

1 天环地区沉积模式

早奥陶世时，天环地区位于伊盟隆起及中央古隆起之间，处于华北海和秦祁海共同作用的地区，其东部为华北陆表海沉积，西部为秦祁陆缘海环境。随秦祁海和贺兰坳拉槽的演化，使得沉积格局也发生相应变化，开阔海台地逐渐演化为台地边缘相带明显的镶边型台地。天环地区以典型的陆缘海台地沉积为特征，随后加里东运动使盆地主体抬升，使得天环地区以东不再接受沉积，天环地区依旧接受沉积。

2 成岩作用分析

鄂尔多斯盆地天环地区奥陶系岩石据镜下观察，成岩现象有：白云岩化作用、溶蚀作用、胶结作用、压实压溶作用、构造破裂作用、去膏化作用、充填作用、去白云岩化作用、重结晶作用、硅化作用、黄铁矿化作用、交代作用等。

2.1 白云岩化

白云石岩化作用是研究区对储层贡献最大的成岩作用之一，是一种建设性成岩作用，具有多机制，多成因的特点。对于白云岩成因我们在薄片观察的基础上，结合X-衍射有序度分析和阴极发光将研究区白云岩按结构分成了三类：泥微晶白云岩，岩石通常含泥质呈纹层状，部分岩石中见石膏及鸟眼，可见黄铁矿化，X衍射有序度介于0.53—1之间，平均为0.79，阴极发光呈暗棕色，表明该类岩石受大气淡水改造弱；细-中晶白云岩，白云石晶体略显不干净，可见较干净平直的环边和残余砂屑结构，晶体最常见为细-中晶，X衍射有序度介于0.56—1之间，平均为0.86，阴极发光呈棕红色多较亮，表明白云岩形成过程中可能由淡水作用的参与；细晶白云岩，岩石相对致密，晶体多为细晶，发育晶间孔和晶间溶孔，X衍射有序度介于0.72—1之间，平均为0.86。通过对白云岩岩石学特征分析，我们认为泥微晶白云岩的形成与开放体系的海水关系密切，应为准同生白云岩化，可用蒸发泵模式解释；细-中晶白云岩形成于有淡水参与，且形成温度近地表的开放环境，可用混合水模式来解释其成因，细晶白云岩形成于温度较高，白云岩化流体为海水且相对封闭的体系，应为埋藏白云岩化。

2.2 溶蚀作用

2.2.1 表生期溶蚀作用

奥陶系沉积之后，加里东运动使盆地从东到西先后抬升地表，接受长达1.3 -1.5亿年的风化剥蚀，在这种长期暴露地表条件下，碳酸盐岩遭受地表水（大气淡水）及地下水循环而产生岩溶作用。这个时期的岩溶以非组构选择性溶解作用为主，常形成一些溶孔，溶洞、溶缝，其大小展布方向无明显规律性，同时伴生一些岩溶角砾岩。表生期岩溶对天环地区有效储层的形成至关重要，在天环地区主要形成洞穴型储集空间。

2.2.2 埋藏溶蚀作用

地层由表生期开放体系进入埋藏期的封闭环境，由埋藏期溶蚀作用对表生期岩溶产物的叠加改造，表现为表生期形成的孔隙和充填物被溶蚀，并形成特征的自生矿物的充填结构，如表生期岩溶孔洞缝中充填物为淡水白云石及方解石、埋藏期孔内被方解石、含铁方解石、石英、异形白云石、黄铁矿及沥青充填。研究区内溶蚀-充填现象较为普遍，埋藏期的溶蚀作用是研究区重要的建设性成岩作用。

2.3 胶结作用

广义的胶结作用包括次生孔隙内化学沉淀物的充填作用和灰泥石灰岩的自胶结作用。通过薄片观察认为研究区胶结作用主要发育有多期。原岩为微晶白云石，经后期溶蚀改造，溶縫内存在三期胶结充填，第一期为细-微晶白色颗粒白云石，第二期为细晶白云石，前两期绕微晶粉屑形成环边，第三期淡黄色白云石充填剩余空间。粒间为微-粉晶方解石胶结，这类方解石胶结物晶体通常大小不均匀，微-粉晶为主，少量细晶。产生这一胶结现象的原因可能与台坪或盆缘坪的海水能量不高有关，颗粒小、粒间孔小，不利于胶结物自由生长，也没有多余的空间供多期次的胶结物充填。胶结作用无论发生在何种成岩环境中，其结果都是减少岩石的储集空间，是一种破坏性的成岩作用。

2.4 压实、压溶作用

压实作用以物理作用为主，压溶作用则是在物理作用基础上叠加了溶解作用。压实作用可促使岩石固结成岩，后期的压实作用可造成岩石发生破裂，形成大小不等的裂隙。物理压实作用导致沉积层厚度减小、孔隙度和渗透率降低；碳酸盐颗粒重新定向。其中颗粒灰岩受压实作用颗粒发生变形，粒间孔隙减小；粉-细晶白云岩受压实作用造成晶体呈镶嵌接触，使岩石致密程度增加，孔隙度和渗透率变差。研究区储层机械压实作主要表现为一些塑性或半塑性颗粒的弯曲变形等。压溶作用是压实作用的延续，随着埋深的增加，压力增大，逐渐进入压溶作用阶段，可造成岩石中发育各种规模和不同类型的压溶缝合线，缝合线内可被沥青和铁泥质充填或半充填，而后者具有作为储层渗流通道的意义。研究区岩石薄片内缝合线多见，表明压溶作用较为发育，属于破坏性的成岩作用。

2.5 充填作用

充填作用通常位于淋滤带之下，常与溶解作用伴生。由于介质中富含CaCO3，随着矿物组分或Ca²⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、HCO^3-离子

浓度的变化而发生沉淀作用，其结果是在次生孔隙内发生晶体的生长。通常的充填物是方解石、白云石、硅质和膏质，但研究区储层中所见化学沉淀物的充填作用主要有马鞍状白云石对溶蚀孔隙的充填、黄铁矿对裂缝的充填作用以及亮晶方解石对白云岩晶间孔的充填。由于下古生界地层受到多期次构造运动的影响，尤其是自晚奥陶世后的长期暴露等，多期次溶蚀-充填作用叠加，给充填作用的分析带来了很大的困难。据薄片观察，研究区的粒状亮晶方解石充填物晶体干净明亮，它们多充填胶结物内溶孔及部分生屑溶孔、生物体腔孔以及构造裂缝等，是破坏储层储集性的主要因素之一。

2.6 构造破裂作用

岩石裂缝的形成与发育主要受岩性、岩层厚度、断裂作用、局部构造运动、构造应力场作用、地层负荷变化与岩溶作用等因素的影响。通过镜下观察，研究区岩层的构造裂缝与非构造裂缝均有发育，且以溶蚀作用

为主的非构造裂缝发育更为广泛，如溶蚀裂缝、缝合线等。非构造裂缝的发育可为岩溶作用提供通道，岩溶作用又可使小裂缝变成大裂缝，并且将孤立的裂缝联通，形成大断裂或溶洞，从而改善岩层的储渗性能，为油气提供运移通道和储集空间，属于建设性的成岩作用。

2.7 去膏化作用

蒸发条件下，随着水体盐度的增加，可以促使石膏的形成，石膏可呈分散状单晶或呈斑块状、团状、也可集合成层状分布。由于膏盐在成岩过程中不稳定，常常被其它矿物交代和充填，如被方解石交代、硅质和黄铁矿充填，而形成具石膏外型的假晶。而当石膏被溶解而末被充填时则形成膏模孔。加里东时期地壳抬升，膏盐经选择性溶蚀发生去膏化作用而形成铸模孔，因而可作为油气储层有利的空间。研究区的去膏化作用表现为（硬）石膏晶体被亮晶方解石晶体交代，形成石膏假晶或溶模孔隙，属于建设性成岩作用。

2.8 去白云岩化作用

去白云石化作用较为普遍，常可见白云石晶体被淡水方解石，硅质交代，去白云石化作用的区内多与大气淡水作用有关，有时表现为增大溶孔和晶间孔隙，有时白云石被方解石交代，形成粗大的方解石斑晶，而使岩石储集空间大大减少，因此，去白云石化对储集空间的贡献与后期淋滤有关，在缺乏后期淋滤的情况下，去白云石化对储层孔隙起破坏作用。

2.9 重结晶作用

研究区内重结晶作用随处可见，但各处的重结晶程度不等。重结晶作用可以改变结构组分，如破坏鲕粒边界；也可造成原岩结构破坏呈残余结构，尤其重要的是白云岩的重结晶作用可增加或减少岩石的孔隙度。中等重结晶作用有利于提高岩石的孔隙度和渗透率，强的重结晶作用往往造成白云石或方解石晶体呈镶嵌状，使孔隙消失或呈孤立状存在，连通变较差，渗透率降低。重结晶程度很低的岩石，如细粉晶结构的岩石，其渗透率可能较高，但孔隙度往往很低。

3 结论

碳酸盐岩的成岩作用方式多种，研究区的碳酸盐岩主要成岩作用有：白云巖化作用、溶蚀作用、胶结作用、压实压溶作用、构造破裂作用、去膏化作用、充填作用、去白云岩化作用、重结晶作用等。它们都会对碳酸盐储层具有双重影响，或建设、或破坏。其中建设性成岩作用包括白云岩化作用、溶蚀作用、去膏化作用、构造破裂作用；破坏性成岩作用有压实压溶作用、胶结作用、充填作用、去白云岩化作用、重结晶作用等。

参考文献

[1] 黄擎宇，张哨楠，丁晓琪等.2010.鄂尔多斯盆地西南缘奥陶系马家沟组白云岩成因研究[J].石油实验地质，32（2）：147-154

[2] 黄思静.碳酸盐岩的成岩作用[M].2010，地质出版社，54-58

[3] 伊海生，高春文，张小青，等.2004.羌塘盆地双湖地区古油藏白云岩储层的显微成岩组构特征及意义[J].成都理工大学学报（自然科学版），31（6）：611-615

[4] 赵俊兴，陈洪德，张锦泉，等.2005.鄂尔多斯盆地中部马五段白云岩成因机理研究[J].石油学报，26（5）：38-42

[5] 郑荣才，党录瑞，郑超，等.2010.川东-渝北黄龙组碳酸盐岩储层的成岩系统[J].石油学报，31（2）：237-245

作者简介

王磊，1986.06，男，成都理工大学，610059，在读硕士研究生，现主要从事储层沉积学方面的学习和研究工作。