浅析影响碎屑岩成岩作用的地质因素

马六一 长江大学地球科学学院 434023

浅析影响碎屑岩成岩作用的地质因素

马六一 长江大学地球科学学院 434023

碎屑岩储层是中国油气资源的最重要储层类型，加强碎屑岩储层的成岩作用研究对油气资源评价、油藏开发具有重要的指导和实践意义。本文从常规因素和非常规因素两个方面着手，探讨了碎屑岩成分、沉积环境和沉积相、温压场、地质流体以及埋藏作用等因素对碎屑岩储层成岩作用的影响，着重的论述了非常规因素：碎屑岩成分、沉积环境和沉积相、温压场、地质流体以及埋藏作用等的影响。通过研究发现，碎屑岩成分、沉积环境和沉积相是成岩作用的基本条件，对成岩作用有决定性影响;温压场、地质流体是影响成岩作用的关键因素，对储层原生孔隙保存以及次生孔隙的形成有重要作用;埋藏作用对储层孔隙度演化有重要影响。

碎屑岩；成岩作用；地质因素

成岩作用在资源、环境研究领域的重要性与日俱增，特别在油气勘探开发中对认识成岩作用时空分布和发育规律已经提出了愈来愈高的要求。本文从常规因素和非常规因素两个方面着手，探讨了碎屑岩成分、沉积环境和沉积相、温压场、地质流体以及埋藏作用等因素对碎屑岩储层成岩作用的影响，着重论述了非常规因素：碎屑岩成分、沉积环境和沉积相、温压场、地质流体以及埋藏作用等的影响，分析了控制和影响碎屑岩储层成岩作用的关键因素，以期更深刻地认识优质储层的发育机理和分布规律。

一 常规影响因素

1 压实作用

压实作用是指沉积物沉积后在上覆水层和沉积层的重荷下，或在构造形变的作用下，发生水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。沉积物内部可以发生颗粒的滑动、转动、位移、变形、破裂，进而导致颗粒的重新排列和某些结构构造的改变。压实作用在沉积物埋藏的早期阶段表现得比较明显。石英砂岩的原始孔隙度为40%左右，在3000m深处其孔隙度降至30～10%。碎屑沉积物在300m深处时，75%以上的水已被排出，所排出的水是孔隙流体的主要来源之一。其中压溶作用是重要的方式，压溶作用是指随埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受的压力增大（超过正常孔隙流体压力 ），颗粒接触处的溶解度增高，发生晶格变形和溶解作用，砂质沉积物就进入了压溶作用阶段。

2胶结作用

胶结作用是指从孔隙溶液中沉淀出矿物质（胶结物），将松散的沉积物固结起来的作用。

胶结物的类型有:①氧化硅胶结物——代表酸性孔隙水介质环境；②碳酸盐胶结物——代表碱性成岩环境；③粘土矿物胶结；④长石胶结物。

3 交代作用

交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象，常见的交代作用有:①氧化硅和方解石的相互交代作用；②方解石交代长石；③碳酸盐交代粘土矿物；④粘土矿物交代长石；⑤粘土矿物间的交代作用；⑥碳酸盐矿物的相互交代作用；⑦粘土矿物对石英的交代作用。

二 非常规影响因素

1 碎屑岩成分

碎屑岩成分包括碎屑颗粒和填隙物等，受控于储层形成的沉积环境和沉积后所发生的各种成岩变化。岩石原始成分和结构不同，导致压实效应也不同，富含柔性成分，分选和磨圆较差的岩石，压实效应显著。碎屑岩的骨架颗粒不同，杂基含量不同，抗压实能力及孔隙度也不同。碎屑岩中石英和长石等刚性颗粒含量较高，其抗压实能力就越强，保留的原生孔隙度就越高。粒度对成岩作用也有一定的影响。中-中细砂岩分选较好，压实作用对储层物性

改造较弱;粉砂岩和细砂岩分选较差，压实改造往往较强，孔渗性能较差。

2 沉积环境和沉积相

沉积环境是影响储层孔隙演化的最基本因素，决定了沉积物类型，而沉积物类型与储层孔隙的形成与演化直接相关。由于沉积物粒度和所经历的成岩演化序列不同，可形成截然不同的储层孔隙。优质储层多形成于水动力条件较强的高能环境，如三角洲、扇三角洲、滨岸、辫状河三角洲及重力流水道等，其中又以相带主体为好。这是因为相带主体砂体的厚度大，在成岩过程中胶结作用较弱，岩石成分以刚性颗粒为主，抗压实作用的能力较强，因而既有利于原生孔隙的保存，也有利于后期次生孔隙的发育。沉积相是形成良好储层的关键，它不仅控制了储层的空间分布特征，而且对早期和晚期的成岩作用有着一定程度的影响。

3 温压场

古地温对成岩作用的影响主要表现在4个方面:①大多数矿物的溶解度会随着温度的升高而增大。②地温梯度不同，矿物转化的深度不一样。③化学反应的平衡常数受温度控制，温度的变化势必引起反应的变化。在一种温度下，一定的成岩反应可以形成次生孔隙，在另一种温度下可能形成自生矿物而堵塞孔隙。④有机酸对矿物颗粒的溶解是形成次生孔隙的重要途径，有机质随温度的变化衍生出不同化学成分，而不同化学成分的有机酸对矿物的溶解作用则明显不同。

地层压力对成岩作用的影响主要表现在3个方面:①根据物理化学反应原理，在异常高压带内，胶结物的增生将变慢或停止。②由于异常高压对有机质热演化和油气生成的抑制作用，拓宽了生油窗的范围，并且在有机质热演化生成油气过程中，产生大量的有机酸和无机酸，超压增加了酸溶解碳酸盐胶结物的强度，产生了大量次生孔隙。异常高压带与高孔隙发育带及含油气性有明显的关系，主要表现在异常高压之下的砂岩储层具有较高的孔隙度，并

往往有较好的含油气性，早期形成的异常高压可以抵消部分上覆地层压力，从而减少由于压实作用损失的孔隙。

4 地质流体

地壳中物质和能量在很大程度上是通过流体进行搬运和传输的，地质流体直接影响和控制着地壳内部的构造、成岩、变质及成矿等重大地质作用。成岩作用及其系统行为因盆地流体活动类型或形成演化过程的不同而异，盆地地质流体直接参与了成岩作用的全过程。

大气水 大气水对成岩作用的影响主要发生在沉积物沉积或埋藏的初期，因构造抬升或海平面下降，地下岩石遭受大气水的淋滤作用，使其孔隙得到进一步发育。

地层水 地层水作为成岩反应的介质，在成岩作用的研究中占有重要的地位。地层水有多种可能的来源，如沉积封存水、地表水、泥岩挤出水和有机质热解产物等。地层水化学性质和循环热对流运动方式是影响深部碎屑岩储层成岩作用的重要因素，不但影响成岩作用的演化，还控制了成岩矿物在储层中的析出位置和次生孔隙的分布特征。深部热流体的侵入抑制了压实作用、石英压溶作用和胶结物沉淀作用的进行，储层孔隙受到改造，有利于孔隙的保存和深部储层的发育。

烃类流体 油气的充注改变了储层内孔隙流体的性质和颗粒表面特征，对成岩作用具有重要影响。油气充注后，可抑制地层水的流动，阻碍胶结物的来源，进而抑制成岩作用的进行，如可以抑制伊利石的生长、钾长石的钠长石化和石英的加大等。另外，烃类侵入到含矿物氧化剂(如褐铁矿)的储层中，可导致烃类发生氧化作用，褐铁矿被还原而使红色砂岩漂白，并可产生有机酸，使碳酸盐胶结物发生溶解，产生次生孔隙。

三 结论

碎屑岩的成岩作用中压实作用、胶结作用、交代作用是主要的成岩影响因素。岩石学特征是储层性质的重要控制因素，主要反映在碎屑岩成分和粒径上。储层碎屑岩成分中的塑性颗粒成分的抗压性能相对弱，在埋藏成岩过程中易发生塑性变形，不利于储层粒间孔隙的保存;储层岩石的粒径越细，塑性岩屑含量越高、抗压性能越低，压实作用就越强。不同的沉积环境控制不同的沉积相，从而导致成岩作用存在较大差异。沉积相对早期和晚期成岩作用有着一定程度的影响，控制优质储层的空间分布。沉积盆地的地温场是控制成岩作用的关键因素之一，高古地温能够加快砂岩中的水一岩反应速率，从而加快砂岩的机械压实速度;而异常压力则促进了储层原生孔隙保存以及次生孔隙形成。地质流体直接参与成岩作用的全过程，对成岩作用有重要的影响和控制作用。

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[2]Dixon S A , Summers D M , Surdam R C.Diagenesis and preservation of porosity in Norphlet Formation(Upper Jurassic)，southern Alabama [J].AAPG Bulletin,1989,73(6) ;707一728.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.004

马六一，男，河北省涿州人，现在在长江大学地球科学学院学习，研究方向为石油地质。