淺談?dòng)蜌饪碧街械奶妓猁}巖成巖作用

王慧

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北武漢　430100)

淺談?dòng)蜌饪碧街械奶妓猁}巖成巖作用

王慧

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北武漢430100)

碳酸鹽巖的儲(chǔ)集空間主要是由各種成巖作用形成的次生孔隙,成巖作用直接受成巖環(huán)境的控制,并與沉積作用的性質(zhì)和沉積物的結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。本文對(duì)碳酸鹽巖的各種成巖作用進(jìn)行了分類(lèi)論述。

成巖作用碳酸鹽巖

1　成巖作用

從廣義的層面上來(lái)說(shuō)，成巖作用包括了沉積巖形成過(guò)程中的一系列變化，從沉積物開(kāi)始沉積的時(shí)起，持續(xù)經(jīng)過(guò)了壓實(shí)作用，巖化作用，以及少量的變質(zhì)作用。成巖作用和巖化作用之間的界限在壓力和溫度上并不明確，成巖作用和風(fēng)化作用之間也沒(méi)有很明確的界限。

成巖作用包括母巖變成沉積巖所發(fā)生的一系列的變化。這是一個(gè)持續(xù)推進(jìn)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，沉積物的礦物組合對(duì)于該過(guò)程中溫度、壓力以及化學(xué)變化達(dá)到新的平衡有著影響。

一旦沉積物顆粒沉積下來(lái)后，成巖作用就開(kāi)始了，沉積后作用變化的速度以及性質(zhì)決定了沉積介質(zhì)以及沉積下來(lái)的沉積物的類(lèi)型。沉積下來(lái)的沉積物的薄層成為搬運(yùn)介質(zhì)和之前沉積物之間的界面，從而分離成兩種明顯不同的物理化學(xué)領(lǐng)域。

在一個(gè)新地層的地表或者地下，沉積物可能會(huì)由于有機(jī)物的追蹤，掘穴，攝取或者細(xì)菌的變化而被局部的再作用，或者導(dǎo)致沉積物的再分布。隨著沉積的繼續(xù)，沉積薄層被埋藏在沉積界面之下，遭受持續(xù)增大的壓力和溫度以及化學(xué)和生物條件的變化，相繼形成更深的地層。在這些新的條件下，松散的沉積物固結(jié)和膠結(jié)并最終形成固化巖。

2　碳酸鹽巖的成巖作用

碳酸鹽巖沉積主要受到海洋生物活動(dòng)的影響，碳酸鹽巖的沉積只營(yíng)養(yǎng)豐富，鹽度合適，溫度適合以及渾濁條件適宜這樣一個(gè)狹小的范圍內(nèi)。因?yàn)樘妓猁}巖沉積主要是受到淺的海洋臺(tái)地泛濫的影響。大部分的碳酸鹽巖沉積在海平面較高的時(shí)期發(fā)生的，在低水位時(shí)期縮減。

大多數(shù)碳酸鹽巖沉積物主要形成于溫暖清潔的海洋環(huán)境，主要是由海洋有機(jī)物沉積形成的，這些有機(jī)物的骨骼或者貝殼的主要成分大多數(shù)是碳酸鈣。碳酸鹽巖沉積物通常無(wú)法搬運(yùn)到離源區(qū)很遠(yuǎn)的地方，所以其形狀、大小以及分類(lèi)就與搬運(yùn)能量的大小沒(méi)有太大的關(guān)系。碳酸鹽巖沉積物孔隙的大小和形狀很容易受到骨架成分的影響，能隨著形成這些骨架成分的有機(jī)物的礦物集合體的變化而變化。

碳酸鹽巖沉積物主要是由方解石，文石，鎂方解石和白云石等組成，這些礦物都極容易發(fā)生化學(xué)變化。碳酸鹽巖的沉淀和溶解常受到流體的化學(xué)性質(zhì)，流體運(yùn)動(dòng)速度，晶體大小，礦物性質(zhì)和二氧化碳的分壓等因素的影響。

在淺水環(huán)境下，尤其當(dāng)碳酸鹽巖沉積體系由于海平面波動(dòng)而暴露出地表時(shí)，礦物的不穩(wěn)定性對(duì)孔隙度的影響會(huì)增強(qiáng)。很多成巖作用都發(fā)生在空氣、淡水或者海水之間的界面上，海水或者大氣水的不斷沖洗、不同的溫度、鹽度和充填在孔隙中二氧化碳不同含量的的流體都影響著成巖作用變化的因素。

近地表的大多數(shù)碳酸鹽巖有著多達(dá)40%-45%的原生孔隙，海水是充填那些孔隙空間的第一種流體。被內(nèi)在的沉積物和海洋碳酸鹽巖膠結(jié)物充填的原生孔隙是這種環(huán)境中成巖作用發(fā)生的最主要場(chǎng)所。上游的海洋環(huán)境，為沿岸區(qū)域提供了一個(gè)海水和淡水混合的環(huán)境。在地下水混合和擴(kuò)散的區(qū)域，二氧化碳的溶解能夠提高孔隙的孔隙度和滲透率。

近陸地、近地表環(huán)境中的成巖作用，大氣水是主要的影響因素。碳酸鹽巖成巖作用中的大氣水通常都是不飽和的，因?yàn)槿芙饬藲怏w二氧化碳的雨水都顯示為輕微的酸性。若某一個(gè)區(qū)域有數(shù)米的土壤層覆蓋，植物和微生物的活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致降下的滲透性雨水中二氧化碳分壓的升高，進(jìn)而會(huì)提高滲流區(qū)巖石中的孔隙度和滲透率。

在蒸發(fā)環(huán)境中，超鹽性的成巖作用主要受到淡水以及擱置在近陸表的猛烈的海水的沖刷，這些水滲流到地層之中，在向海流動(dòng)穿過(guò)近地表的碳酸鹽巖沉積物時(shí)遭受蒸發(fā)，當(dāng)蒸發(fā)超過(guò)石膏飽和點(diǎn)時(shí)，能很好的形成結(jié)晶的白云石膠結(jié)物或者一些交代礦物。在一些石油體系中，這些退潮的白云石能形成蓋層，進(jìn)而蓋住圈閉中的烴類(lèi)。

近地表海洋成巖作用的孔隙主要受沉積物水流的控制。淺部埋藏成巖作用主要由于壓實(shí)和交代作用會(huì)使孔隙和滲透率降低。隨著埋藏深度的增加，壓實(shí)作用能巖石中的孔隙水被擠壓出來(lái)，使孔隙減少。進(jìn)一步的壓實(shí)會(huì)引起顆粒變形從而重新排列形成緊密堆積的組構(gòu)，緊密堆積作用的過(guò)程將導(dǎo)致沉積物孔隙度和滲透性的減少。

中-深部埋藏的成巖作用是以進(jìn)一步的壓實(shí)、溶解、重結(jié)晶和膠結(jié)作用為主要特征。隨著深度的不斷變化，部分成巖作用過(guò)程變得活躍。隨著負(fù)載的增大，化學(xué)壓實(shí)變得越來(lái)越普遍。碳酸鹽巖中粘土礦物的組成，會(huì)提高或減少鹽酸鹽巖的溶解度。如果溶解在顆粒間的接觸點(diǎn)上的物質(zhì)沒(méi)有通過(guò)孔隙流體的沖洗而遠(yuǎn)離孔隙系統(tǒng)，它將會(huì)在鄰近的低壓地區(qū)形成膠結(jié)物。溶解不僅僅是一個(gè)壓力驅(qū)動(dòng)的過(guò)程，它也會(huì)導(dǎo)致一些能產(chǎn)生酸性條件的礦物反應(yīng)。在生油窗附近的埋藏環(huán)境，溶解作用是很常見(jiàn)的，脫羧反應(yīng)導(dǎo)致二氧化碳的生成，產(chǎn)生的碳酸會(huì)溶于水中。如果溶解物質(zhì)被沖走，會(huì)增加額外的孔洞或者次生孔隙。

碳酸鹽巖的膠結(jié)作用是對(duì)提高的溫度，混合流體以及化學(xué)壓實(shí)作用的一種綜合反應(yīng)。碳酸鹽巖中埋藏的膠結(jié)物主要是由方解石，白云石以及硬石膏等組成。從熱力學(xué)上說(shuō)淺部巖石的顆粒以及膠結(jié)物都是不穩(wěn)定的，這些不穩(wěn)定的礦物會(huì)發(fā)生重結(jié)晶或者交代。在碳酸鹽巖中，常見(jiàn)的交代礦物是白云石，硬石膏和燧石等。

目前的碳酸鹽巖作為它們最初沉積的形態(tài)而存在，大多數(shù)都是多種成巖作用的綜合體。

3　結(jié)語(yǔ)

石油勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展，使作為石油和天然氣儲(chǔ)集層的碳酸鹽巖成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而碳酸鹽巖的儲(chǔ)集空間主要是由各種成巖作用形成的次生孔隙。因此，通過(guò)對(duì)碳酸鹽巖成巖作用的研究，可以很好的預(yù)測(cè)孔隙帶的發(fā)育，進(jìn)而有效的指導(dǎo)勘探開(kāi)發(fā)。

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王慧(1988—),女,漢族,湖北十堰人,現(xiàn)就讀于長(zhǎng)江大學(xué),碩士研究生(在讀),礦物學(xué)、礦床學(xué)、巖石學(xué),研究方向?yàn)槌练e學(xué)。