淺談油氣勘探中的碳酸鹽巖成巖作用

王慧

(長江大學地球科學學院,湖北武漢　430100)

淺談油氣勘探中的碳酸鹽巖成巖作用

王慧

(長江大學地球科學學院,湖北武漢430100)

碳酸鹽巖的儲集空間主要是由各種成巖作用形成的次生孔隙,成巖作用直接受成巖環境的控制,并與沉積作用的性質和沉積物的結構特征密切相關。本文對碳酸鹽巖的各種成巖作用進行了分類論述。

成巖作用碳酸鹽巖

1　成巖作用

從廣義的層面上來說，成巖作用包括了沉積巖形成過程中的一系列變化，從沉積物開始沉積的時起，持續經過了壓實作用，巖化作用，以及少量的變質作用。成巖作用和巖化作用之間的界限在壓力和溫度上并不明確，成巖作用和風化作用之間也沒有很明確的界限。

成巖作用包括母巖變成沉積巖所發生的一系列的變化。這是一個持續推進的過程，在這個過程中，沉積物的礦物組合對于該過程中溫度、壓力以及化學變化達到新的平衡有著影響。

一旦沉積物顆粒沉積下來后，成巖作用就開始了，沉積后作用變化的速度以及性質決定了沉積介質以及沉積下來的沉積物的類型。沉積下來的沉積物的薄層成為搬運介質和之前沉積物之間的界面，從而分離成兩種明顯不同的物理化學領域。

在一個新地層的地表或者地下，沉積物可能會由于有機物的追蹤，掘穴，攝取或者細菌的變化而被局部的再作用，或者導致沉積物的再分布。隨著沉積的繼續，沉積薄層被埋藏在沉積界面之下，遭受持續增大的壓力和溫度以及化學和生物條件的變化，相繼形成更深的地層。在這些新的條件下，松散的沉積物固結和膠結并最終形成固化巖。

2　碳酸鹽巖的成巖作用

碳酸鹽巖沉積主要受到海洋生物活動的影響，碳酸鹽巖的沉積只營養豐富，鹽度合適，溫度適合以及渾濁條件適宜這樣一個狹小的范圍內。因為碳酸鹽巖沉積主要是受到淺的海洋臺地泛濫的影響。大部分的碳酸鹽巖沉積在海平面較高的時期發生的，在低水位時期縮減。

大多數碳酸鹽巖沉積物主要形成于溫暖清潔的海洋環境，主要是由海洋有機物沉積形成的，這些有機物的骨骼或者貝殼的主要成分大多數是碳酸鈣。碳酸鹽巖沉積物通常無法搬運到離源區很遠的地方，所以其形狀、大小以及分類就與搬運能量的大小沒有太大的關系。碳酸鹽巖沉積物孔隙的大小和形狀很容易受到骨架成分的影響，能隨著形成這些骨架成分的有機物的礦物集合體的變化而變化。

碳酸鹽巖沉積物主要是由方解石，文石，鎂方解石和白云石等組成，這些礦物都極容易發生化學變化。碳酸鹽巖的沉淀和溶解常受到流體的化學性質，流體運動速度，晶體大小，礦物性質和二氧化碳的分壓等因素的影響。

在淺水環境下，尤其當碳酸鹽巖沉積體系由于海平面波動而暴露出地表時，礦物的不穩定性對孔隙度的影響會增強。很多成巖作用都發生在空氣、淡水或者海水之間的界面上，海水或者大氣水的不斷沖洗、不同的溫度、鹽度和充填在孔隙中二氧化碳不同含量的的流體都影響著成巖作用變化的因素。

近地表的大多數碳酸鹽巖有著多達40%-45%的原生孔隙，海水是充填那些孔隙空間的第一種流體。被內在的沉積物和海洋碳酸鹽巖膠結物充填的原生孔隙是這種環境中成巖作用發生的最主要場所。上游的海洋環境，為沿岸區域提供了一個海水和淡水混合的環境。在地下水混合和擴散的區域，二氧化碳的溶解能夠提高孔隙的孔隙度和滲透率。

近陸地、近地表環境中的成巖作用，大氣水是主要的影響因素。碳酸鹽巖成巖作用中的大氣水通常都是不飽和的，因為溶解了氣體二氧化碳的雨水都顯示為輕微的酸性。若某一個區域有數米的土壤層覆蓋，植物和微生物的活動會導致降下的滲透性雨水中二氧化碳分壓的升高，進而會提高滲流區巖石中的孔隙度和滲透率。

在蒸發環境中，超鹽性的成巖作用主要受到淡水以及擱置在近陸表的猛烈的海水的沖刷，這些水滲流到地層之中，在向海流動穿過近地表的碳酸鹽巖沉積物時遭受蒸發，當蒸發超過石膏飽和點時，能很好的形成結晶的白云石膠結物或者一些交代礦物。在一些石油體系中，這些退潮的白云石能形成蓋層，進而蓋住圈閉中的烴類。

近地表海洋成巖作用的孔隙主要受沉積物水流的控制。淺部埋藏成巖作用主要由于壓實和交代作用會使孔隙和滲透率降低。隨著埋藏深度的增加，壓實作用能巖石中的孔隙水被擠壓出來，使孔隙減少。進一步的壓實會引起顆粒變形從而重新排列形成緊密堆積的組構，緊密堆積作用的過程將導致沉積物孔隙度和滲透性的減少。

中-深部埋藏的成巖作用是以進一步的壓實、溶解、重結晶和膠結作用為主要特征。隨著深度的不斷變化，部分成巖作用過程變得活躍。隨著負載的增大，化學壓實變得越來越普遍。碳酸鹽巖中粘土礦物的組成，會提高或減少鹽酸鹽巖的溶解度。如果溶解在顆粒間的接觸點上的物質沒有通過孔隙流體的沖洗而遠離孔隙系統，它將會在鄰近的低壓地區形成膠結物。溶解不僅僅是一個壓力驅動的過程，它也會導致一些能產生酸性條件的礦物反應。在生油窗附近的埋藏環境，溶解作用是很常見的，脫羧反應導致二氧化碳的生成，產生的碳酸會溶于水中。如果溶解物質被沖走，會增加額外的孔洞或者次生孔隙。

碳酸鹽巖的膠結作用是對提高的溫度，混合流體以及化學壓實作用的一種綜合反應。碳酸鹽巖中埋藏的膠結物主要是由方解石，白云石以及硬石膏等組成。從熱力學上說淺部巖石的顆粒以及膠結物都是不穩定的，這些不穩定的礦物會發生重結晶或者交代。在碳酸鹽巖中，常見的交代礦物是白云石，硬石膏和燧石等。

目前的碳酸鹽巖作為它們最初沉積的形態而存在，大多數都是多種成巖作用的綜合體。

3　結語

石油勘探開發技術的快速發展，使作為石油和天然氣儲集層的碳酸鹽巖成為人們關注的焦點，而碳酸鹽巖的儲集空間主要是由各種成巖作用形成的次生孔隙。因此，通過對碳酸鹽巖成巖作用的研究，可以很好的預測孔隙帶的發育，進而有效的指導勘探開發。

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王慧(1988—),女,漢族,湖北十堰人,現就讀于長江大學,碩士研究生(在讀),礦物學、礦床學、巖石學,研究方向為沉積學。