碎屑巖儲層建設性成巖作用簡析

(湖北省地質(zhì)局武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊 湖北 武漢 430051)

引言

作為當今沉積學和盆地研究的前沿研究領域[1-3]，碎屑巖成巖作用與含油氣盆地的勘探開發(fā)緊密相關(guān)。目前普遍認為成巖作用是指沉積物被埋藏以后，變質(zhì)作用之前，在較低的溫度和壓力條件下所發(fā)生的物理及化學變化，而不是狹義上指沉積物的石化和固結(jié)作用[2-3]。

成巖過程是一個極其漫長的地質(zhì)過程，巖石的埋藏前組成和組構(gòu)、沉積物沉積速度、成巖過程中的溫度、壓力、水介質(zhì)等物理化學條件、埋藏水的動力梯度、各種成巖過程對沉積組份的改造、成巖自生礦物的形成與溶蝕等眾多因素遠比沉積過程復雜，這使得對碎屑巖成巖作用的研究顯得十分困難。對此，國內(nèi)外地質(zhì)學家做了大量的工作，成巖作用在目前和今后一段時間都將是解決地下巖石孔隙度和滲透率分布方式、以及儲層質(zhì)量預測的重要手段[4-5]。

一、碎屑巖成巖作用的類型

碎屑巖成巖作用是一種受多種控制因素控制的復雜反應過程，其中包括埋藏速度、沉積物成分和結(jié)構(gòu)、沉積環(huán)境和大地構(gòu)造背景、孔隙流體的成分、化學反應速度、水動力條件、地熱梯度以及其它許許多多的因素。本文主要從建設性成巖作用入手，其類型包括[6]：

(一)大氣水注入產(chǎn)生的孔隙

大氣水對地下巖石發(fā)生影響的時間和地點：①地下沉積物沉積或者埋藏的初期；②在因構(gòu)造抬升或者海平面下降的不整合面之下。在合適的地質(zhì)、水文、地球化學條件下，地下巖石因遭受淋濾作用其孔隙將得到進一步的發(fā)育[7]。

(二)成巖早期環(huán)邊綠泥石膠結(jié)物

由于綠泥石對孔隙的保護作用在較早成巖階段形成的綠泥石環(huán)邊以及以后的再生長會顯著提高巖石的機械強度和抗壓實能力，同時這種產(chǎn)狀的綠泥石還通過分隔碎屑石英與孔隙流體以限制自生石英的成核數(shù)量，從而使砂巖孔隙得以保存。

(三)碎屑及填隙物的溶蝕作用

碎屑巖中的任何碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和交代礦物，包括最穩(wěn)定的石英和硅質(zhì)膠結(jié)物，在一定的成巖環(huán)境中都可以不同程度地發(fā)生溶蝕作用。而溶蝕作用正是次生孔隙行成的主要因素。

(四)裂縫作用

裂隙孔隙雖然只能提供不到百分之幾的空間，然而卻能提高砂巖儲層的排濃能力。間孔隙由于孔隙彼此連通，裂隙也可成為良好信集層。裂縫對砂巖的儲集條件具有十分重要的建設性作用，裂縫的發(fā)育可以溝通巖石中的孔隙，極大地改善儲層的儲集性能。

二、碎屑巖成巖作用在油氣儲層物性的影響

碎屑巖成巖作用研究的重大意義在于為深部油氣勘探提供理論基礎和科學依據(jù)。成巖作用對儲層的影響表現(xiàn)在二個方面：①對形成、保存儲層有利的建設性成巖作用；②對縮小孔隙、減少孔隙，致使儲層致密化的破壞性成巖作用。成巖作用對儲層物性的影響是伴隨埋藏深度的增加以及對成巖過程的進行而實現(xiàn)的。隨著埋藏深度的增加，壓實作用造成原生孔隙度的減少，一般發(fā)生在成巖A亞期；隨著埋深的增加，儲層逐漸進入早成巖B亞期：地層溫度相應增加，地層中的有機質(zhì)開始進入半成熟階段，發(fā)生壓溶作用。到晚成巖A+B亞期：埋深和古地溫都進一步增加，地層中的有機質(zhì)開始進入成熟階段，釋放出大量的CO2和有機酸，使儲層孔隙水變?yōu)樗嵝?，導致了長石、碳酸鹽膠結(jié)物等易溶組分的溶解。從而形成大量的次生孔隙，為次生孔隙噴發(fā)期。晚成巖C期：由于受到成巖作用或構(gòu)造破裂作用的影響，可以形成少量的次生孔隙，但儲層已經(jīng)變得非常致密，因而不會對儲層物性造成明顯的影響。在成巖作用過程中，多數(shù)情況下儲層的總孔隙度可以呈現(xiàn)相似的演化規(guī)律。當然在不同的沉積盆地，由于儲層沉積環(huán)境、物質(zhì)組成、埋藏速度、古地溫梯度、原始地層水性質(zhì)等因素的不同，儲層的成巖作用歷程、成巖作用等級等也不盡相同，儲層物性的發(fā)育程度及變化特征也可能出現(xiàn)較大的差異。在對儲層物性進行研究時，應當結(jié)合上述因素進行綜合分析。

三、碎屑巖成巖作用研究趨勢及展望

劉寶珺[2]總結(jié)出“構(gòu)造控盆、盆控相、相控礦(流體)”的規(guī)律，含油氣盆地勘探開發(fā)需要對沉積成巖作用準確把握。成巖作用作為當今沉積地質(zhì)學、石油地質(zhì)學領域中不可分割的一部分，其學科體系具有強烈的學科交叉和輻射的特點[8-11]。當前碎屑巖成巖作用研究趨勢如下:

1.近年來，以致密砂巖氣藏為代表的非常規(guī)儲集層的勘探開發(fā)成為研究熱點。限于分析技術(shù)的精度，這方面的成巖作用研究沒有引起足夠的重視，因此，從科學和實用的角度研究致密砂巖氣藏成巖作用對于致密氣藏開發(fā)尤為重要[11]。

2.成巖作用系統(tǒng)在不同尺度下的分級已成為探索成巖作用時空分布與演化研究的新思路[14]。然而，限于成巖機制和系統(tǒng)模擬的復雜性、成巖過程的疊加性、水-巖相互作用及其儲層非均質(zhì)性等問題的存在[12]，在現(xiàn)今的技術(shù)和認識層面上，很難開展完善、成熟的成巖作用系統(tǒng)的分級及其時空分布的定量研究。隨著對成巖系統(tǒng)演化機制及其規(guī)律的深入探索，有助于我們深入了解不同尺度下成巖作用系統(tǒng)的時空屬性，推進對含油氣盆地成巖結(jié)構(gòu)的認識。

3.目前成巖作用研究仍以定性為主，成巖作用定量化進展緩慢。包括成巖數(shù)值模擬技術(shù)、影響儲集層物性的成巖參數(shù)定量標定等定量化技術(shù)或概念的應用[12-14]，反映了學者對成巖作用研究從中小尺度拓展到盆地尺度的探求和對成巖統(tǒng)計學認識的不斷深化。

4.成巖作用的研究不應只是一個單純對成巖礦物演化、成巖史分析和成巖階段劃分的認識。成巖作用與沉積環(huán)境、層序地層、地球化學、熱力學、變形構(gòu)造、生物作用等學科或領域的交叉已經(jīng)誕生了很多高質(zhì)量的、創(chuàng)新性的成果，然而較之其他的自然科學學科，與其他學科領域新方法、實驗分析新技術(shù)的結(jié)合還很單薄。學科交叉有助于推動學科之間的思維碰撞，是成巖作用研究不斷發(fā)展和創(chuàng)新的動力，也必將成為成巖作用研究的一個主流趨勢。

四、結(jié)論

成巖作用的研究具有很強的綜合性，把握所研究區(qū)域的基礎地質(zhì)信息，形成特有的成巖演化與模式研究思路，對研究區(qū)有利的含油氣儲層進行時空分布預測和評價，更好地預測烴類相態(tài)及聚集類型為勘探開發(fā)服務。