碎屑岩储层建设性成岩作用简析

2019-03-27

福建质量管理 2019年18期

(湖北省地质局武汉水文地质工程地质大队湖北武汉 430051)

引言

作为当今沉积学和盆地研究的前沿研究领域[1-3]，碎屑岩成岩作用与含油气盆地的勘探开发紧密相关。目前普遍认为成岩作用是指沉积物被埋藏以后，变质作用之前，在较低的温度和压力条件下所发生的物理及化学变化，而不是狭义上指沉积物的石化和固结作用[2-3]。

成岩过程是一个极其漫长的地质过程，岩石的埋藏前组成和组构、沉积物沉积速度、成岩过程中的温度、压力、水介质等物理化学条件、埋藏水的动力梯度、各种成岩过程对沉积组份的改造、成岩自生矿物的形成与溶蚀等众多因素远比沉积过程复杂，这使得对碎屑岩成岩作用的研究显得十分困难。对此，国内外地质学家做了大量的工作，成岩作用在目前和今后一段时间都将是解决地下岩石孔隙度和渗透率分布方式、以及储层质量预测的重要手段[4-5]。

一、碎屑岩成岩作用的类型

碎屑岩成岩作用是一种受多种控制因素控制的复杂反应过程，其中包括埋藏速度、沉积物成分和结构、沉积环境和大地构造背景、孔隙流体的成分、化学反应速度、水动力条件、地热梯度以及其它许许多多的因素。本文主要从建设性成岩作用入手，其类型包括[6]：

(一)大气水注入产生的孔隙

大气水对地下岩石发生影响的时间和地点：①地下沉积物沉积或者埋藏的初期；②在因构造抬升或者海平面下降的不整合面之下。在合适的地质、水文、地球化学条件下，地下岩石因遭受淋滤作用其孔隙将得到进一步的发育[7]。

(二)成岩早期环边绿泥石胶结物

由于绿泥石对孔隙的保护作用在较早成岩阶段形成的绿泥石环边以及以后的再生长会显着提高岩石的机械强度和抗压实能力，同时这种产状的绿泥石还通过分隔碎屑石英与孔隙流体以限制自生石英的成核数量，从而使砂岩孔隙得以保存。

(三)碎屑及填隙物的溶蚀作用

碎屑岩中的任何碎屑颗粒、杂基、胶结物和交代矿物，包括最稳定的石英和硅质胶结物，在一定的成岩环境中都可以不同程度地发生溶蚀作用。而溶蚀作用正是次生孔隙行成的主要因素。

(四)裂缝作用

裂隙孔隙虽然只能提供不到百分之几的空间，然而却能提高砂岩储层的排浓能力。间孔隙由于孔隙彼此连通，裂隙也可成为良好信集层。裂缝对砂岩的储集条件具有十分重要的建设性作用，裂缝的发育可以沟通岩石中的孔隙，极大地改善储层的储集性能。

二、碎屑岩成岩作用在油气储层物性的影响

碎屑岩成岩作用研究的重大意义在于为深部油气勘探提供理论基础和科学依据。成岩作用对储层的影响表现在二个方面：①对形成、保存储层有利的建设性成岩作用；②对缩小孔隙、减少孔隙，致使储层致密化的破坏性成岩作用。成岩作用对储层物性的影响是伴随埋藏深度的增加以及对成岩过程的进行而实现的。随着埋藏深度的增加，压实作用造成原生孔隙度的减少，一般发生在成岩A亚期；随着埋深的增加，储层逐渐进入早成岩B亚期：地层温度相应增加，地层中的有机质开始进入半成熟阶段，发生压溶作用。到晚成岩A+B亚期：埋深和古地温都进一步增加，地层中的有机质开始进入成熟阶段，释放出大量的CO2和有机酸，使储层孔隙水变为酸性，导致了长石、碳酸盐胶结物等易溶组分的溶解。从而形成大量的次生孔隙，为次生孔隙喷发期。晚成岩C期：由于受到成岩作用或构造破裂作用的影响，可以形成少量的次生孔隙，但储层已经变得非常致密，因而不会对储层物性造成明显的影响。在成岩作用过程中，多数情况下储层的总孔隙度可以呈现相似的演化规律。当然在不同的沉积盆地，由于储层沉积环境、物质组成、埋藏速度、古地温梯度、原始地层水性质等因素的不同，储层的成岩作用历程、成岩作用等级等也不尽相同，储层物性的发育程度及变化特征也可能出现较大的差异。在对储层物性进行研究时，应当结合上述因素进行综合分析。

三、碎屑岩成岩作用研究趋势及展望

刘宝珺[2]总结出“构造控盆、盆控相、相控矿(流体)”的规律，含油气盆地勘探开发需要对沉积成岩作用准确把握。成岩作用作为当今沉积地质学、石油地质学领域中不可分割的一部分，其学科体系具有强烈的学科交叉和辐射的特点[8-11]。当前碎屑岩成岩作用研究趋势如下:

1.近年来，以致密砂岩气藏为代表的非常规储集层的勘探开发成为研究热点。限于分析技术的精度，这方面的成岩作用研究没有引起足够的重视，因此，从科学和实用的角度研究致密砂岩气藏成岩作用对于致密气藏开发尤为重要[11]。

2.成岩作用系统在不同尺度下的分级已成为探索成岩作用时空分布与演化研究的新思路[14]。然而，限于成岩机制和系统模拟的复杂性、成岩过程的叠加性、水-岩相互作用及其储层非均质性等问题的存在[12]，在现今的技术和认识层面上，很难开展完善、成熟的成岩作用系统的分级及其时空分布的定量研究。随着对成岩系统演化机制及其规律的深入探索，有助于我们深入了解不同尺度下成岩作用系统的时空属性，推进对含油气盆地成岩结构的认识。

3.目前成岩作用研究仍以定性为主，成岩作用定量化进展缓慢。包括成岩数值模拟技术、影响储集层物性的成岩参数定量标定等定量化技术或概念的应用[12-14]，反映了学者对成岩作用研究从中小尺度拓展到盆地尺度的探求和对成岩统计学认识的不断深化。

4.成岩作用的研究不应只是一个单纯对成岩矿物演化、成岩史分析和成岩阶段划分的认识。成岩作用与沉积环境、层序地层、地球化学、热力学、变形构造、生物作用等学科或领域的交叉已经诞生了很多高质量的、创新性的成果，然而较之其他的自然科学学科，与其他学科领域新方法、实验分析新技术的结合还很单薄。学科交叉有助于推动学科之间的思维碰撞，是成岩作用研究不断发展和创新的动力，也必将成为成岩作用研究的一个主流趋势。