碳酸鹽巖成巖作用的認(rèn)識(shí)教育研究

東北石油大學(xué)　董世鳴

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碳酸鹽巖成巖作用的認(rèn)識(shí)教育研究

東北石油大學(xué)董世鳴

摘 要：為更好地對(duì)我國(guó)海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層進(jìn)行研究，本文從碳酸鹽巖成巖演化過程入手，重點(diǎn)介紹泥晶化作用、壓實(shí)壓溶作用、白云化作用、重結(jié)晶作用和膠結(jié)作用等五種碳酸鹽巖的成巖作用。同時(shí)，本文還對(duì)成巖過程中的保持性成巖作用進(jìn)行一定的研究。

關(guān)鍵詞：碳酸鹽巖 成巖作用 認(rèn)識(shí)

我國(guó)多陸相盆地，我國(guó)學(xué)者對(duì)碎屑巖的成巖作用有很深層次的研究。海相碳酸鹽巖是沉積巖，對(duì)它的研究同樣重要。

一、碳酸鹽巖成巖演化

筆者通過對(duì)巴彥浩特盆地中石炭系的碳酸鹽巖進(jìn)行觀察和研究，總結(jié)了該地區(qū)的兩種成巖演化模式。

第一種為純碳酸鹽巖成巖作用。碳酸鹽巖泥或微晶碳酸鹽巖在上覆地層的重壓下進(jìn)行機(jī)械壓實(shí)作用。原始的粒間孔隙、生物格架孔逐漸減少甚至消失，很多生物的遺骸受到嚴(yán)重破壞。由于壓力與流體的共同作用，某些碳酸鹽巖溶解、分散、運(yùn)動(dòng)到其他位置后重新析出結(jié)晶，完成膠結(jié)的過程。至此，第一階段結(jié)束。之后，巖石受到溶解作用、膠結(jié)作用、重結(jié)晶作用等，發(fā)生局部白云化，主要形成溶孔、粒間孔、晶間孔等孔隙。至此，演化基本結(jié)束。

第二種成巖演化的基本成巖作用和第一種沒有大的差別，但是第二種成巖演化的巖石中不僅含有生物碎屑，還有大量來自于陸緣的碎屑、內(nèi)碎屑。這些物質(zhì)的出現(xiàn)對(duì)巖石結(jié)構(gòu)、內(nèi)部組分產(chǎn)生一定的影響，使成巖過程發(fā)生特別的化學(xué)作用，并在最后形成的白云巖特性中體現(xiàn)出來。

二、幾種形式的成巖作用

筆者分析與研究了土庫(kù)曼斯坦巴格德雷地區(qū)的阿姆河區(qū)域和中國(guó)安徽巢湖地區(qū)的碳酸鹽巖地層，簡(jiǎn)要闡述兩個(gè)地區(qū)卡洛夫—牛津階和中下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖的成巖演化過程中的幾個(gè)主要成巖作用。

1.泥晶化作用。泥晶化作用主要針對(duì)碳酸鹽巖地層中的生物遺骸。含有大量海相生物碎片甚至整個(gè)生物遺體是碳酸鹽巖的重要特點(diǎn)。泥晶化的實(shí)質(zhì)是碳酸鹽巖以極其細(xì)小的晶體顆粒對(duì)生物遺體進(jìn)行的一種化合物置換作用。根據(jù)生物顆粒被置換的程度可以將泥晶化作用分成兩種，即內(nèi)部充填和外部充填。內(nèi)部充填指顆粒內(nèi)部被完全或過半的泥晶化，鮞粒或生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)有一定的保留。外部充填是沿著顆粒的外部生成一個(gè)由泥晶構(gòu)成的外殼，橫切面類似復(fù)鮞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.壓實(shí)壓溶作用。壓溶作用的機(jī)理和壓實(shí)作用的機(jī)理有相似之處。某種程度上，筆者認(rèn)為這兩種作用的實(shí)質(zhì)是同一種力在成巖的不同時(shí)期形成的兩種不同反應(yīng)。壓實(shí)作用大多形成于成巖作用的初期階段，那時(shí)候成巖的物質(zhì)處于松散堆積狀態(tài)。經(jīng)過壓實(shí)之后，長(zhǎng)條形顆粒以固定方向的方式排列，類似圓形的顆粒的形狀會(huì)發(fā)生輕微改變。壓實(shí)作用的最大效果就是對(duì)孔隙度的減弱，在業(yè)內(nèi)它曾有“孔隙殺手”的稱號(hào)。

壓溶作用的溶解是指晶體受到極大壓力使晶格變形發(fā)生溶解作用。顆粒溶解時(shí)基本是部分溶解，有的是在不同顆粒的接觸邊緣發(fā)生溶解，有的是在顆粒內(nèi)部發(fā)生溶解。壓溶作用的明顯特征是有縫合線發(fā)育，當(dāng)壓溶作用發(fā)育的時(shí)候縫合線會(huì)對(duì)原有顆粒、基質(zhì)的形狀造成破壞，對(duì)之進(jìn)行切穿?？p合線隨著壓溶作用程度的增大，其寬度也會(huì)增加。初期縫合線較細(xì)的時(shí)候，多呈尖齒狀，連續(xù)性不是很好，內(nèi)部充填的多是黑色有機(jī)質(zhì)。后期縫合線較粗的時(shí)候，形態(tài)變得圓滑，連續(xù)性很強(qiáng)，充填物多種多樣，甚至可見較小的方解石晶體。

3.白云化作用。白云化的實(shí)質(zhì)是地層中的方解石逐步被白云石替換。這種替換看似復(fù)雜，其原理并不是十分復(fù)雜。它是大量鎂離子進(jìn)入化合物，使化合物的晶體形狀變化，最終改變化合物的性質(zhì)的過程。1998年地質(zhì)學(xué)家強(qiáng)子同提出，當(dāng)方解石被白云石替換后，巖石的孔隙會(huì)有增大的趨勢(shì)。和方解石相比，白云石晶體更加粗大，有獨(dú)特的霧心亮邊的結(jié)構(gòu)特征，一般形成于較深的埋藏和較熱的溫度條件下。

4.膠結(jié)作用。海相碳酸鹽巖地層的膠結(jié)作用類型和碎屑巖類似。膠結(jié)作用是為使流體對(duì)原有巖石在外形以及分布上更好地適應(yīng)地層環(huán)境變化而發(fā)生的一種改造作用。

三、成巖的保持性

碳酸鹽巖成巖過程中，壓實(shí)作用、壓溶作用和過度膠結(jié)作用是三大“孔隙殺手”。“保持性成巖作用”是對(duì)這些成巖作用的反作用，是為保存孔隙。

1.泥晶套。泥晶套是在海底沿著顆粒的外表或邊緣生長(zhǎng)的泥晶或微晶經(jīng)過膠結(jié)形成的顆粒外殼。它具有以下特點(diǎn)：一是具有較強(qiáng)的抗壓能力；二是非常難溶解，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；三是親鎂離子，有分子篩的功能，使顆粒發(fā)生選擇性白云巖化。

2.早期大氣淡水膠結(jié)。早期大氣淡水膠結(jié)主要有兩點(diǎn)重要效果，一方面是針對(duì)礦物顆粒，另一方面是針對(duì)孔隙。這種膠結(jié)作用會(huì)在顆粒表面形成抗壓能力很強(qiáng)的等厚環(huán)邊，在孔隙的內(nèi)邊緣形成膠結(jié)物，壓實(shí)過程中使孔隙的空間得到更好地保存。早期淡水膠結(jié)在保持初始孔隙中的作用很大。

3.早期白云巖化作用。早期的白云巖化作用將方解石轉(zhuǎn)變?yōu)榘自剖瑢⑹規(guī)r變?yōu)榘自茙r。這種轉(zhuǎn)變使巖石的結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，巖石的抗壓實(shí)能力顯著增強(qiáng)，從而保持其儲(chǔ)層物性。

4.重結(jié)晶作用。當(dāng)重結(jié)晶作用適度的時(shí)候，它會(huì)提高巖石的有效孔隙度和滲透率，為溶蝕作用的發(fā)生提供良好的環(huán)境。但是如果重結(jié)晶作用過分強(qiáng)烈，這種優(yōu)勢(shì)便會(huì)消失，對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生破壞。

四、結(jié)論

碳酸鹽巖成巖的演化序列過程中，成巖作用按照其對(duì)儲(chǔ)層物性以及孔隙度的影響程度可分為兩類：一類是孔隙空間減少的作用；另一類是在成巖時(shí)對(duì)第一種作用產(chǎn)生抵抗的作用，即最大限度保持孔隙空間的作用。認(rèn)識(shí)這兩種作用，對(duì)研究者研究碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有重大意義。

文章編號(hào)：ISSN2095-6711/Z01-2016-05-0191