碎屑巖儲層成巖作用影響因素探討

邵洪文

新疆煤田地質(zhì)局（830009）

地下巖石孔隙率和滲透率在空間和時間上的變化受眾多因素控制，總的說來，包括沉積與成巖兩個最為主要的因素[1]。碎屑儲集巖的成巖作用指碎屑沉積物在沉積之后到變質(zhì)作用之前所發(fā)生的各種物理、化學(xué)及生物化學(xué)變化。儲集層物性是多種成巖作用控制的綜合結(jié)果。成巖作用是極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程,其影響因素的多變和過程的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在巖石成分的復(fù)雜性,流體來源的廣泛性，溫度、壓力等成巖環(huán)境條件的多變性等。儲層孔隙演化的過程同時受到沉積體系、古氣候、盆地沉降與折返等多因素的作用和影響。

1 地下流體對成巖作用的影響

地殼流體直接影響和控制著地殼內(nèi)部的構(gòu)造、成巖、變質(zhì)、成礦等重大地質(zhì)作用。成巖作用及其系統(tǒng)行為因盆地流體活動類型或形成演化過程的不同而異。儲層孔隙的形成演化還與有機－無機和水－巖反應(yīng)所產(chǎn)生的次生孔隙有關(guān)，不同流體有不同的成因，對次生孔隙的影響也各不一樣[1]。

1.1 大氣水對成巖作用的影響

大氣水對地下巖石發(fā)生影響的時間和地點包括:①地下沉積物沉積或埋藏的初期;②在因構(gòu)造抬升或海平面下降造成的不整合面之下。在合適的地質(zhì)、水文、地球化學(xué)條件下，地下巖石因遭受淋濾作用其孔隙將得到進一步發(fā)育。

1.2 烴類與巖石間的氧化還原反應(yīng)

烴類侵入到含礦物氧化劑(如褐鐵礦)的儲層中，可導(dǎo)致烴類發(fā)生氧化作用，褐鐵礦被還原而使紅色砂巖漂白，并可產(chǎn)生有機酸，使碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生溶解，產(chǎn)生次生孔隙[49]。高含褐鐵礦的紅色砂巖物性差，而白色還原帶物性好，多孔。另外，烴類流體還會對石英膠結(jié)產(chǎn)生抑制作用，這是烴類流體對儲層物性影響較有利的一面。烴類的硫酸鹽還原作用包括熱化學(xué)硫酸鹽還原作用(TSR)和微生物硫酸鹽還原作用(BSR)。TSR包括甲烷氣、原油、早期形成瀝青的硫酸鹽還原作用。甲烷氣TSR生成CO2和H2S氣體;而原油和瀝青的TSR還可導(dǎo)致瀝青的形成（1）:

而形成的瀝青將堵塞孔隙，使儲層物性降低。微生物硫酸鹽還原菌一般被認為只能消耗喜氧細菌,降解烴類的代謝產(chǎn)物有機酸等。

1.3 地層水對成巖作用的影響

地層水作為成巖反應(yīng)的介質(zhì)，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、有機質(zhì)熱解產(chǎn)物等，應(yīng)用碳、氧、鍶等同位素值可分析地層水的來源以及HCO3-中碳是有機還是無機來源等。在未來的研究中，這仍將是一個發(fā)展的趨勢，并和其成巖手段的研究結(jié)合起來，互為印證，探討地層水的來源及對成巖作用的影響，深化對成巖作用的研究。

2 構(gòu)造作用對成巖作用的影響

構(gòu)造背景不同，相應(yīng)的成巖作用機理也不一樣，由此影響儲層的成巖序列和孔隙演化[4]。構(gòu)造應(yīng)力對儲層的影響具有雙重作用，對以中國西部為代表的壓扭性盆地，其作用過程是以降低孔隙度為主，而對于中國東部張性盆地，則以增加孔隙度為主。東營凹陷砂巖主要分布在北部陡坡帶、南部緩坡帶、中央隆起帶以及洼陷帶四個次級構(gòu)造單元，它們分別處于不同的地質(zhì)構(gòu)造背景,因此其成巖作用和孔隙演化也有差異。

3 埋藏時間和埋藏深度對成巖作用的影響

在相同埋深條件下，由于經(jīng)歷時間不同，地層壓實程度將會存在差別。從粘彈塑性體應(yīng)力—應(yīng)變模型(Bingham模型)推導(dǎo)出均速埋藏條件下地層孔隙度是埋深和經(jīng)歷時間的雙元函數(shù)。該函數(shù)充分表明，在壓實作用階段，埋藏時間和埋深兩個因素對地層孔隙度演化的影響都是非常重要的。另外,利用沉積物實驗室壓實物理模擬實驗結(jié)果與實際盆地地層壓實特征的差異性,進一步證明了壓實過程中承壓時間對壓實程度起著重要的作用。任一深度地層孔隙度與埋深的表面關(guān)系不能掩蓋地層孔隙度受埋藏過程控制的實質(zhì)，即地層孔隙度受埋藏時間和深度的雙重影響。Scherer指出，埋深不是成巖作用的最好指示,因為成巖作用與時間有關(guān)系。他指出的孔隙度預(yù)測經(jīng)驗公式只適用于膠結(jié)程度很低或未膠結(jié)、無強烈溶解作用、埋深超過500m、年齡超過3 Ma、很小或無剪切應(yīng)力的砂巖孔隙度預(yù)測[5]。

4 碎屑巖的成分、結(jié)構(gòu)等因素對成巖作用的影響

碎屑巖儲層的巖性包括碎屑顆粒、填隙物（膠結(jié)物與雜基）的成分與結(jié)構(gòu)等，它主要受控于儲層形成的沉積環(huán)境和沉積后所發(fā)生的各種成巖變化。如巖石中的自生礦物就是由于巖石孔隙流體中某些離子過飽和,在一定的溫度和壓力條件下沉淀所致。故自生礦物的成分與結(jié)構(gòu)可直接反映成巖作用的環(huán)境。因此，系統(tǒng)而又準(zhǔn)確地觀測與分析巖石的成分，尤其是自生礦物的成分與結(jié)構(gòu)就可以分析和判別曾經(jīng)發(fā)生過的各種成巖變化。從成巖產(chǎn)物來推斷成巖作用對原生礦物成分與結(jié)構(gòu)的改造,則是研究成巖變化成因與分析其機理的關(guān)鍵。巖石原始組分和結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致壓實效應(yīng)也不同，富含柔性組分，分選和磨圓較差的巖石，壓實效應(yīng)顯著，相反則壓實效應(yīng)微弱。碎屑巖的骨架顆粒不同，雜基含量不同，其抗壓實的能力及孔隙度的大小也不同。若碎屑巖中石英、長石等剛性顆粒含量較高，則其抗壓實能力就越強，產(chǎn)生的原生孔隙度就較高。粒度對成巖作用也有一定的影響。中、細砂巖，分選較好，壓實作用對儲層物性改造較弱；粉砂級和粗砂級以上的碎屑巖分選較差，壓實改造往往較強，孔滲性能較差[6]（見圖 1）。

圖1 碎屑巖粒度與孔隙度的關(guān)系

5 結(jié)論

地理-氣候環(huán)境類型決定了沉積物組分、結(jié)構(gòu)及其同生水特征，對早期成巖作用的影響或控制顯而易見。壓力的大小對成巖反應(yīng)具有一定的控制作用,主要表現(xiàn)在影響成巖的進程速度與方向上。盆地地下流體直接參與了成巖作用的全過程。地層水作為成巖反應(yīng)的介質(zhì)，在成巖作用的研究中占有重要的地位。微觀領(lǐng)域的成巖作用無疑是受宏觀領(lǐng)域的構(gòu)造運動影響的。

巖石學(xué)特征是儲層性質(zhì)的重要控制因素,它主要反映在碎屑組分和粒徑上。儲層碎屑組分中的塑性顆粒組分的抗壓性能相對弱，在埋藏成巖過程中易發(fā)生塑性變形，不利于儲層粒間孔隙的保存；儲層的粒徑越細，其塑性巖屑含量越高、抗壓性能越低，從而儲層的壓實作用也越強。

[1]黃思靜,侯中健.地下孔隙率和滲透率在空間和時間上的變化及影響因素[J].沉積學(xué)報,2001,19(2):224～232.

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[4]譙漢生,方朝亮,牛嘉玉,等.中國東部深層石油地質(zhì)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002.

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[6]李忠,陳景山,等.含油氣盆地成巖作用的科學(xué)問題及研究前沿[J].巖石學(xué)報,2006,22(8):2114～2122.