王磊 郭軍

【摘要】成巖作用是改造或破壞儲(chǔ)層的重要作用，對(duì)碳酸鹽儲(chǔ)層具有雙重影響。既有改善儲(chǔ)滲性能的建設(shè)性成巖作用，如白云巖化作用、溶蝕作用、去膏化作用、構(gòu)造破裂作用；又有使儲(chǔ)滲性能降低的破壞性成巖作用，如壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、充填作用、去白云巖化作用、重結(jié)晶作用等。成巖作用的研究對(duì)了解儲(chǔ)層孔隙的發(fā)育和演化尤為重要。

【關(guān)鍵詞】天環(huán)地區(qū) 奧陶系 碳酸鹽巖 成巖作用

1 天環(huán)地區(qū)沉積模式

早奧陶世時(shí)，天環(huán)地區(qū)位于伊盟隆起及中央古隆起之間，處于華北海和秦祁海共同作用的地區(qū)，其東部為華北陸表海沉積，西部為秦祁陸緣海環(huán)境。隨秦祁海和賀蘭坳拉槽的演化，使得沉積格局也發(fā)生相應(yīng)變化，開闊海臺(tái)地逐漸演化為臺(tái)地邊緣相帶明顯的鑲邊型臺(tái)地。天環(huán)地區(qū)以典型的陸緣海臺(tái)地沉積為特征，隨后加里東運(yùn)動(dòng)使盆地主體抬升，使得天環(huán)地區(qū)以東不再接受沉積，天環(huán)地區(qū)依舊接受沉積。

2 成巖作用分析

鄂爾多斯盆地天環(huán)地區(qū)奧陶系巖石據(jù)鏡下觀察，成巖現(xiàn)象有：白云巖化作用、溶蝕作用、膠結(jié)作用、壓實(shí)壓溶作用、構(gòu)造破裂作用、去膏化作用、充填作用、去白云巖化作用、重結(jié)晶作用、硅化作用、黃鐵礦化作用、交代作用等。

2.1 白云巖化

白云石巖化作用是研究區(qū)對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)最大的成巖作用之一，是一種建設(shè)性成巖作用，具有多機(jī)制，多成因的特點(diǎn)。對(duì)于白云巖成因我們?cè)诒∑^察的基礎(chǔ)上，結(jié)合X-衍射有序度分析和陰極發(fā)光將研究區(qū)白云巖按結(jié)構(gòu)分成了三類：泥微晶白云巖，巖石通常含泥質(zhì)呈紋層狀，部分巖石中見石膏及鳥眼，可見黃鐵礦化，X衍射有序度介于0.53—1之間，平均為0.79，陰極發(fā)光呈暗棕色，表明該類巖石受大氣淡水改造弱；細(xì)-中晶白云巖，白云石晶體略顯不干凈，可見較干凈平直的環(huán)邊和殘余砂屑結(jié)構(gòu)，晶體最常見為細(xì)-中晶，X衍射有序度介于0.56—1之間，平均為0.86，陰極發(fā)光呈棕紅色多較亮，表明白云巖形成過程中可能由淡水作用的參與；細(xì)晶白云巖，巖石相對(duì)致密，晶體多為細(xì)晶，發(fā)育晶間孔和晶間溶孔，X衍射有序度介于0.72—1之間，平均為0.86。通過對(duì)白云巖巖石學(xué)特征分析，我們認(rèn)為泥微晶白云巖的形成與開放體系的海水關(guān)系密切，應(yīng)為準(zhǔn)同生白云巖化，可用蒸發(fā)泵模式解釋；細(xì)-中晶白云巖形成于有淡水參與，且形成溫度近地表的開放環(huán)境，可用混合水模式來解釋其成因，細(xì)晶白云巖形成于溫度較高，白云巖化流體為海水且相對(duì)封閉的體系，應(yīng)為埋藏白云巖化。

2.2 溶蝕作用

2.2.1 表生期溶蝕作用

奧陶系沉積之后，加里東運(yùn)動(dòng)使盆地從東到西先后抬升地表，接受長(zhǎng)達(dá)1.3 -1.5億年的風(fēng)化剝蝕，在這種長(zhǎng)期暴露地表?xiàng)l件下，碳酸鹽巖遭受地表水（大氣淡水）及地下水循環(huán)而產(chǎn)生巖溶作用。這個(gè)時(shí)期的巖溶以非組構(gòu)選擇性溶解作用為主，常形成一些溶孔，溶洞、溶縫，其大小展布方向無明顯規(guī)律性，同時(shí)伴生一些巖溶角礫巖。表生期巖溶對(duì)天環(huán)地區(qū)有效儲(chǔ)層的形成至關(guān)重要，在天環(huán)地區(qū)主要形成洞穴型儲(chǔ)集空間。

2.2.2 埋藏溶蝕作用

地層由表生期開放體系進(jìn)入埋藏期的封閉環(huán)境，由埋藏期溶蝕作用對(duì)表生期巖溶產(chǎn)物的疊加改造，表現(xiàn)為表生期形成的孔隙和充填物被溶蝕，并形成特征的自生礦物的充填結(jié)構(gòu)，如表生期巖溶孔洞縫中充填物為淡水白云石及方解石、埋藏期孔內(nèi)被方解石、含鐵方解石、石英、異形白云石、黃鐵礦及瀝青充填。研究區(qū)內(nèi)溶蝕-充填現(xiàn)象較為普遍，埋藏期的溶蝕作用是研究區(qū)重要的建設(shè)性成巖作用。

2.3 膠結(jié)作用

廣義的膠結(jié)作用包括次生孔隙內(nèi)化學(xué)沉淀物的充填作用和灰泥石灰?guī)r的自膠結(jié)作用。通過薄片觀察認(rèn)為研究區(qū)膠結(jié)作用主要發(fā)育有多期。原巖為微晶白云石，經(jīng)后期溶蝕改造，溶縫內(nèi)存在三期膠結(jié)充填，第一期為細(xì)-微晶白色顆粒白云石，第二期為細(xì)晶白云石，前兩期繞微晶粉屑形成環(huán)邊，第三期淡黃色白云石充填剩余空間。粒間為微-粉晶方解石膠結(jié)，這類方解石膠結(jié)物晶體通常大小不均勻，微-粉晶為主，少量細(xì)晶。產(chǎn)生這一膠結(jié)現(xiàn)象的原因可能與臺(tái)坪或盆緣坪的海水能量不高有關(guān)，顆粒小、粒間孔小，不利于膠結(jié)物自由生長(zhǎng)，也沒有多余的空間供多期次的膠結(jié)物充填。膠結(jié)作用無論發(fā)生在何種成巖環(huán)境中，其結(jié)果都是減少巖石的儲(chǔ)集空間，是一種破壞性的成巖作用。

2.4 壓實(shí)、壓溶作用

壓實(shí)作用以物理作用為主，壓溶作用則是在物理作用基礎(chǔ)上疊加了溶解作用。壓實(shí)作用可促使巖石固結(jié)成巖，后期的壓實(shí)作用可造成巖石發(fā)生破裂，形成大小不等的裂隙。物理壓實(shí)作用導(dǎo)致沉積層厚度減小、孔隙度和滲透率降低；碳酸鹽顆粒重新定向。其中顆粒灰?guī)r受壓實(shí)作用顆粒發(fā)生變形，粒間孔隙減??；粉-細(xì)晶白云巖受壓實(shí)作用造成晶體呈鑲嵌接觸，使巖石致密程度增加，孔隙度和滲透率變差。研究區(qū)儲(chǔ)層機(jī)械壓實(shí)作主要表現(xiàn)為一些塑性或半塑性顆粒的彎曲變形等。壓溶作用是壓實(shí)作用的延續(xù)，隨著埋深的增加，壓力增大，逐漸進(jìn)入壓溶作用階段，可造成巖石中發(fā)育各種規(guī)模和不同類型的壓溶縫合線，縫合線內(nèi)可被瀝青和鐵泥質(zhì)充填或半充填，而后者具有作為儲(chǔ)層滲流通道的意義。研究區(qū)巖石薄片內(nèi)縫合線多見，表明壓溶作用較為發(fā)育，屬于破壞性的成巖作用。

2.5 充填作用

充填作用通常位于淋濾帶之下，常與溶解作用伴生。由于介質(zhì)中富含CaCO3，隨著礦物組分或Ca²⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、HCO^3-離子

濃度的變化而發(fā)生沉淀作用，其結(jié)果是在次生孔隙內(nèi)發(fā)生晶體的生長(zhǎng)。通常的充填物是方解石、白云石、硅質(zhì)和膏質(zhì)，但研究區(qū)儲(chǔ)層中所見化學(xué)沉淀物的充填作用主要有馬鞍狀白云石對(duì)溶蝕孔隙的充填、黃鐵礦對(duì)裂縫的充填作用以及亮晶方解石對(duì)白云巖晶間孔的充填。由于下古生界地層受到多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，尤其是自晚奧陶世后的長(zhǎng)期暴露等，多期次溶蝕-充填作用疊加，給充填作用的分析帶來了很大的困難。據(jù)薄片觀察，研究區(qū)的粒狀亮晶方解石充填物晶體干凈明亮，它們多充填膠結(jié)物內(nèi)溶孔及部分生屑溶孔、生物體腔孔以及構(gòu)造裂縫等，是破壞儲(chǔ)層儲(chǔ)集性的主要因素之一。

2.6 構(gòu)造破裂作用

巖石裂縫的形成與發(fā)育主要受巖性、巖層厚度、斷裂作用、局部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用、地層負(fù)荷變化與巖溶作用等因素的影響。通過鏡下觀察，研究區(qū)巖層的構(gòu)造裂縫與非構(gòu)造裂縫均有發(fā)育，且以溶蝕作用

為主的非構(gòu)造裂縫發(fā)育更為廣泛，如溶蝕裂縫、縫合線等。非構(gòu)造裂縫的發(fā)育可為巖溶作用提供通道，巖溶作用又可使小裂縫變成大裂縫，并且將孤立的裂縫聯(lián)通，形成大斷裂或溶洞，從而改善巖層的儲(chǔ)滲性能，為油氣提供運(yùn)移通道和儲(chǔ)集空間，屬于建設(shè)性的成巖作用。

2.7 去膏化作用

蒸發(fā)條件下，隨著水體鹽度的增加，可以促使石膏的形成，石膏可呈分散狀單晶或呈斑塊狀、團(tuán)狀、也可集合成層狀分布。由于膏鹽在成巖過程中不穩(wěn)定，常常被其它礦物交代和充填，如被方解石交代、硅質(zhì)和黃鐵礦充填，而形成具石膏外型的假晶。而當(dāng)石膏被溶解而末被充填時(shí)則形成膏?？住＜永飽|時(shí)期地殼抬升，膏鹽經(jīng)選擇性溶蝕發(fā)生去膏化作用而形成鑄?？?，因而可作為油氣儲(chǔ)層有利的空間。研究區(qū)的去膏化作用表現(xiàn)為（硬）石膏晶體被亮晶方解石晶體交代，形成石膏假晶或溶模孔隙，屬于建設(shè)性成巖作用。

2.8 去白云巖化作用

去白云石化作用較為普遍，?？梢姲自剖w被淡水方解石，硅質(zhì)交代，去白云石化作用的區(qū)內(nèi)多與大氣淡水作用有關(guān)，有時(shí)表現(xiàn)為增大溶孔和晶間孔隙，有時(shí)白云石被方解石交代，形成粗大的方解石斑晶，而使巖石儲(chǔ)集空間大大減少，因此，去白云石化對(duì)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)與后期淋濾有關(guān)，在缺乏后期淋濾的情況下，去白云石化對(duì)儲(chǔ)層孔隙起破壞作用。

2.9 重結(jié)晶作用

研究區(qū)內(nèi)重結(jié)晶作用隨處可見，但各處的重結(jié)晶程度不等。重結(jié)晶作用可以改變結(jié)構(gòu)組分，如破壞鮞粒邊界；也可造成原巖結(jié)構(gòu)破壞呈殘余結(jié)構(gòu)，尤其重要的是白云巖的重結(jié)晶作用可增加或減少巖石的孔隙度。中等重結(jié)晶作用有利于提高巖石的孔隙度和滲透率，強(qiáng)的重結(jié)晶作用往往造成白云石或方解石晶體呈鑲嵌狀，使孔隙消失或呈孤立狀存在，連通變較差，滲透率降低。重結(jié)晶程度很低的巖石，如細(xì)粉晶結(jié)構(gòu)的巖石，其滲透率可能較高，但孔隙度往往很低。

3 結(jié)論

碳酸鹽巖的成巖作用方式多種，研究區(qū)的碳酸鹽巖主要成巖作用有：白云巖化作用、溶蝕作用、膠結(jié)作用、壓實(shí)壓溶作用、構(gòu)造破裂作用、去膏化作用、充填作用、去白云巖化作用、重結(jié)晶作用等。它們都會(huì)對(duì)碳酸鹽儲(chǔ)層具有雙重影響，或建設(shè)、或破壞。其中建設(shè)性成巖作用包括白云巖化作用、溶蝕作用、去膏化作用、構(gòu)造破裂作用；破壞性成巖作用有壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、充填作用、去白云巖化作用、重結(jié)晶作用等。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃擎宇，張哨楠，丁曉琪等.2010.鄂爾多斯盆地西南緣奧陶系馬家溝組白云巖成因研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，32（2）：147-154

[2] 黃思靜.碳酸鹽巖的成巖作用[M].2010，地質(zhì)出版社，54-58

[3] 伊海生，高春文，張小青，等.2004.羌塘盆地雙湖地區(qū)古油藏白云巖儲(chǔ)層的顯微成巖組構(gòu)特征及意義[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），31（6）：611-615

[4] 趙俊興，陳洪德，張錦泉，等.2005.鄂爾多斯盆地中部馬五段白云巖成因機(jī)理研究[J].石油學(xué)報(bào)，26（5）：38-42

[5] 鄭榮才，黨錄瑞，鄭超，等.2010.川東-渝北黃龍組碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成巖系統(tǒng)[J].石油學(xué)報(bào)，31（2）：237-245

作者簡(jiǎn)介

王磊，1986.06，男，成都理工大學(xué)，610059，在讀碩士研究生，現(xiàn)主要從事儲(chǔ)層沉積學(xué)方面的學(xué)習(xí)和研究工作。