砂巖成巖作用類型判別

摘要：成巖作用主要分為壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶解作用等幾種類型，通過(guò)對(duì)砂巖的觀察，分析其碎屑顆粒的接觸關(guān)系，自生礦物類型，礦物之間的交代關(guān)系和礦物的溶解情況，判斷其成巖作用類型。

關(guān)鍵詞：成巖作用;砂巖;自生礦物

在油氣資源開采過(guò)程中，儲(chǔ)層的滲透率和孔隙度對(duì)油氣的產(chǎn)出產(chǎn)生了重要影響，而儲(chǔ)層滲透率和空隙度和成巖作用息息相關(guān)，沉積物在沉積后，進(jìn)入成巖作用階段。 在上覆水體壓力和沉積層之間作用力以及構(gòu)造應(yīng)力作用下，產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)變化改變了儲(chǔ)層物性。[1]通過(guò)對(duì)巖石觀察，了解巖層發(fā)生不同成巖作用時(shí)的特征，為分析巖層成巖作用過(guò)程提供參考。

一、壓實(shí)作用

砂巖經(jīng)歷了不同強(qiáng)度的壓實(shí)作用，塑性顆粒經(jīng)歷了顯著變形。砂巖樣品，碎屑顆粒間的接觸關(guān)系以線接觸、點(diǎn)-線接觸、線-點(diǎn)接觸和點(diǎn)接觸為主。沉積物在沉積后，進(jìn)入壓實(shí)和膠結(jié)作用階段。壓實(shí)作用可以在壓力作用下直接減小粒間孔隙。在降低孔隙度的過(guò)程中，孔隙中的流體被排擠 而出，碎屑顆粒之間受應(yīng)力作用緊密排列，接觸面 積增加，其接觸關(guān)系由點(diǎn)接觸逐漸變?yōu)榫€接觸和凹凸接觸。[1]宏觀上儲(chǔ)層密度增加，體積縮小，孔隙度 下降。在薄片下碎屑顆粒如果以凹凸接觸和縫合線接觸，那么證明巖石進(jìn)入壓溶階段，如果碎屑顆粒以點(diǎn)接觸和線接觸為主，從壓實(shí)作用角度考慮，在絕大多數(shù)情況下，砂巖所經(jīng)歷的成巖階段不會(huì)超過(guò)晚成巖早期。

二、膠結(jié)作用

（一）自生高嶺石

砂巖中高嶺石最主要的賦存狀態(tài)是作為孔隙充填物方式產(chǎn)出，被充填的孔隙包括原生粒間孔隙和次生溶蝕孔隙。單個(gè)高嶺石晶體呈六方板狀，集合體呈書頁(yè)狀，有時(shí)與自生石英共生，其成因主要與長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽的溶解有關(guān)。在成巖過(guò)程中，長(zhǎng)石的溶解的介質(zhì)可能包括有機(jī)質(zhì)熱成熟過(guò)程產(chǎn)生的CO2、有機(jī)質(zhì)脫羧基作用形成的有機(jī)酸，近年來(lái)的研究認(rèn)為大氣淡水也起了重要的作用。

（二）自生綠泥石

砂巖中綠泥石最主要的賦存狀態(tài)是作為孔隙襯里方式產(chǎn)出，即包膜綠泥石，此外，也有少數(shù)作為孔隙充填方式或作為長(zhǎng)石交代產(chǎn)物、黑云母蝕變產(chǎn)物的綠泥石。綠泥石環(huán)邊通常是定向和近于等厚的，在顆粒接觸處通常缺乏綠泥石膠結(jié)物，顆粒接觸關(guān)系主要為點(diǎn)接觸和線接觸，且塑性顆粒已發(fā)生變形，因而綠泥石的形成時(shí)間應(yīng)在早成巖早期之后。在一些地方會(huì)出現(xiàn)綠泥石在原有綠泥石表面繼續(xù)生長(zhǎng)的現(xiàn)象，如綠泥石可以圍繞自生石英生長(zhǎng)，并逐漸包裹石英;另外，由方解石或濁沸石占據(jù)的粒間孔隙中的綠泥石環(huán)邊相對(duì)較薄，較少有石英膠結(jié)物在綠泥石環(huán)邊之后生長(zhǎng)。[2] 綠泥石的形成需要同沉積的富鐵沉積物，這在三角洲沉積環(huán)境，尤其是三角洲前緣環(huán)境（如河口砂壩和遠(yuǎn)砂壩等）中是很容易實(shí)現(xiàn)的。

（三）自生石英

砂巖中自生石英的沉淀作用是有限的，與碳酸鹽礦物、綠泥石相比，自生石英不是儲(chǔ)層砂巖中重要的自生礦物，其沉淀作用也不是巖石致密化的主要原因。[3]自生石英有兩種主要的賦存方式：（1）圍繞碎屑石英的邊緣生長(zhǎng)，形成加大邊并堵塞粒間孔隙，構(gòu)成加大邊的微晶石英一般數(shù)微米—數(shù)十微米大小，加大邊的厚度也基本在該范圍內(nèi)，因而屬弱—中等強(qiáng)度的石英加大;（2）以微晶方式生長(zhǎng)于各種孔隙空間中，微晶石英的大小亦主要在數(shù)微米—數(shù)十微米大小范圍內(nèi)。

（四）自生碳酸鹽

砂巖成巖作用和孔隙演化過(guò)程中，自生碳酸鹽礦物扮演了十分重要的角色。碳酸鹽礦物類型包括了方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石和菱鐵礦等。從結(jié)構(gòu)上看，方解石以連生結(jié)構(gòu)為主，;其次是以分散粒狀分布于巖石中，并可交代長(zhǎng)石;鐵方解石則更為廣泛的交代長(zhǎng)石;白云石常呈斑塊狀或粒狀結(jié)構(gòu)，亦可交代長(zhǎng)石。另外，還存在同生期沉淀的自生碳酸鹽礦物，即微晶方解石基質(zhì)以及膠狀自生方解石，以連生結(jié)構(gòu)為主，幾乎不發(fā)育孔隙。[2]

三、交代作用

交代作用是一種礦物在同一位置取代另一種礦物的作用。常見的有高嶺石、絹云母等粘土礦物和碳酸鹽對(duì)長(zhǎng)石、巖屑等碎屑顆粒的交代及碳酸鹽礦物之間的交代，偏光鏡下依據(jù)被交代礦物的輪廓及交代的殘余部分仍然可辨認(rèn)出被交代礦物的種類。

四、溶解作用

溶解作用主要有兩種，一是鄰近不整合面附近的儲(chǔ)層遭受大氣淡水淋濾作用造成溶解，二是烴源巖成熟期生烴產(chǎn)生的有機(jī)酸作用形成溶解。當(dāng)砂巖位于不整合面之下，巖石沉積之后經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的暴露時(shí)間間隔，該時(shí)間間隔是大氣水作用最為有利的時(shí)期。[4]砂巖中孔隙度、長(zhǎng)石骨架顆粒、自生高嶺石的縱向分布趨勢(shì)是暴露時(shí)間間隔中大氣水對(duì)上部巖層的溶解作用造成的，因而大氣水在砂巖溶解作用和次生孔隙的形成中起了十分重要的作用。[5]大氣水的作用除發(fā)生于表生成巖階段以外，同時(shí)也是同生期和早成巖期最為重要的成巖流體。

盡管暴露階段大氣水對(duì)砂巖有影響，但如果暴露是在在很短的時(shí)間間隔內(nèi)。在埋藏成巖過(guò)程中，有機(jī)酸可能是砂巖中易溶組分早成巖晚期—晚成巖早期溶解的主要介質(zhì)，鏡下砂巖中可供溶蝕的組分（長(zhǎng)石、巖屑等）非常豐富，主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖，砂巖中含有豐富的長(zhǎng)石顆粒和巖屑顆粒，同時(shí)巖屑顆粒中常見噴發(fā)巖巖屑，噴發(fā)巖巖屑中含有豐富的易發(fā)生溶解的長(zhǎng)石。溶解、溶蝕作用主要表現(xiàn)在各種易溶的砂巖組份發(fā)生部分、甚至全部溶解，形成多種類型的次生孔隙。[6]

五、結(jié)論

通過(guò)對(duì)鏡下砂巖薄片的觀察可以得知，在通過(guò)碎屑顆粒之間的接觸面積可以得出巖石壓實(shí)作用程度，壓實(shí)程度隨接觸面積的增加而增強(qiáng)。而判斷膠結(jié)作用則可以通過(guò)自生礦物，如高嶺石、綠泥石、石英、鹽酸鹽等發(fā)育情況分析。而交代作用最明顯的地方是偏光鏡下能看到被交代礦物殘余輪廓。而溶解作用則可以通過(guò)對(duì)礦物溶解形成的次生孔隙判別。

參考文獻(xiàn)：

[1]王釗，邱軍利.壓實(shí)作用和膠結(jié)作用對(duì)鄂爾多斯長(zhǎng)_8儲(chǔ)層的影響[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，40（06）：56-68.

[2]劉輝倫. 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長(zhǎng)6砂巖孔隙成巖演化特征[D].成都理工大學(xué)，2011.

[3]孫偉. 姬塬—華慶地區(qū)長(zhǎng)8油層組砂巖中自生礦物特征及對(duì)儲(chǔ)層物性的影響[D].成都理工大學(xué)，2010.

[4]劉濤. 姬塬地區(qū)長(zhǎng)8油層組砂巖中自生高嶺石對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響[D].成都理工大學(xué)，2011.

[5]張雪花. 川西坳陷新場(chǎng)地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組長(zhǎng)石溶解和保存機(jī)制的研究[D].成都理工大學(xué)，2011.

[6]王譽(yù)婉. 鄂爾多斯盆地黃龍和宜川地區(qū)晚古生代砂巖儲(chǔ)層特征研究[D].成都理工大學(xué)，2017.

作者簡(jiǎn)介：

孫志強(qiáng)，成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院。