碎屑巖儲(chǔ)層建設(shè)性成巖作用簡(jiǎn)析

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

引言

作為當(dāng)今沉積學(xué)和盆地研究的前沿研究領(lǐng)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(rèn)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(xué)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(gè)極其漫長(zhǎng)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(xué)條件、埋藏水的動(dòng)力梯度、各種成巖過程對(duì)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(yuǎn)比沉積過程復(fù)雜，這使得對(duì)碎屑巖成巖作用的研究顯得十分困難。對(duì)此，國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家做了大量的工作，成巖作用在目前和今后一段時(shí)間都將是解決地下巖石孔隙度和滲透率分布方式、以及儲(chǔ)層質(zhì)量預(yù)測(cè)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(fù)雜反應(yīng)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(xué)反應(yīng)速度、水動(dòng)力條件、地?zé)崽荻纫约捌渌S許多多的因素。本文主要從建設(shè)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(duì)地下巖石發(fā)生影響的時(shí)間和地點(diǎn)：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(xué)條件下，地下巖石因遭受淋濾作用其孔隙將得到進(jìn)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(duì)孔隙的保護(hù)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(zhǎng)會(huì)顯著提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，同時(shí)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(chǔ)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(duì)砂巖的儲(chǔ)集條件具有十分重要的建設(shè)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(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

二、碎屑巖成巖作用在油氣儲(chǔ)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(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響表現(xiàn)在二個(gè)方面：①對(duì)形成、保存儲(chǔ)層有利的建設(shè)性成巖作用；②對(duì)縮小孔隙、減少孔隙，致使儲(chǔ)層致密化的破壞性成巖作用。成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響是伴隨埋藏深度的增加以及對(duì)成巖過程的進(jìn)行而實(shí)現(xiàn)的。隨著埋藏深度的增加，壓實(shí)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(chǔ)層逐漸進(jìn)入早成巖B亞期：地層溫度相應(yīng)增加，地層中的有機(jī)質(zhì)開始進(jìn)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(jìn)一步增加，地層中的有機(jī)質(zhì)開始進(jìn)入成熟階段，釋放出大量的CO2和有機(jī)酸，使儲(chǔ)層孔隙水變?yōu)樗嵝裕瑢?dǎo)致了長(zhǎng)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(chǔ)層已經(jīng)變得非常致密，因而不會(huì)對(duì)儲(chǔ)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(chǔ)層的總孔隙度可以呈現(xiàn)相似的演化規(guī)律。當(dāng)然在不同的沉積盆地，由于儲(chǔ)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(chǔ)層的成巖作用歷程、成巖作用等級(jí)等也不盡相同，儲(chǔ)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(duì)儲(chǔ)層物性進(jìn)行研究時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合上述因素進(jìn)行綜合分析。

三、碎屑巖成巖作用研究趨勢(shì)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(duì)沉積成巖作用準(zhǔn)確把握。成巖作用作為當(dāng)今沉積地質(zhì)學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域中不可分割的一部分，其學(xué)科體系具有強(qiáng)烈的學(xué)科交叉和輻射的特點(diǎn)[8-11]。當(dāng)前碎屑巖成巖作用研究趨勢(shì)如下:

1.近年來，以致密砂巖氣藏為代表的非常規(guī)儲(chǔ)集層的勘探開發(fā)成為研究熱點(diǎn)。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(xué)和實(shí)用的角度研究致密砂巖氣藏成巖作用對(duì)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(jí)已成為探索成巖作用時(shí)空分布與演化研究的新思路[14]。然而，限于成巖機(jī)制和系統(tǒng)模擬的復(fù)雜性、成巖過程的疊加性、水-巖相互作用及其儲(chǔ)層非均質(zhì)性等問題的存在[12]，在現(xiàn)今的技術(shù)和認(rèn)識(shí)層面上，很難開展完善、成熟的成巖作用系統(tǒng)的分級(jí)及其時(shí)空分布的定量研究。隨著對(duì)成巖系統(tǒng)演化機(jī)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(shí)空屬性，推進(jìn)對(duì)含油氣盆地成巖結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。

3.目前成巖作用研究仍以定性為主，成巖作用定量化進(jìn)展緩慢。包括成巖數(shù)值模擬技術(shù)、影響儲(chǔ)集層物性的成巖參數(shù)定量標(biāo)定等定量化技術(shù)或概念的應(yīng)用[12-14]，反映了學(xué)者對(duì)成巖作用研究從中小尺度拓展到盆地尺度的探求和對(duì)成巖統(tǒng)計(jì)學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷深化。

4.成巖作用的研究不應(yīng)只是一個(gè)單純對(duì)成巖礦物演化、成巖史分析和成巖階段劃分的認(rèn)識(shí)。成巖作用與沉積環(huán)境、層序地層、地球化學(xué)、熱力學(xué)、變形構(gòu)造、生物作用等學(xué)科或領(lǐng)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(xué)學(xué)科，與其他學(xué)科領(lǐng)域新方法、實(shí)驗(yàn)分析新技術(shù)的結(jié)合還很單薄。學(xué)科交叉有助于推動(dòng)學(xué)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(dòng)力，也必將成為成巖作用研究的一個(gè)主流趨勢(shì)。

四、結(jié)論

成巖作用的研究具有很強(qiáng)的綜合性，把握所研究區(qū)域的基礎(chǔ)地質(zhì)信息，形成特有的成巖演化與模式研究思路，對(duì)研究區(qū)有利的含油氣儲(chǔ)層進(jìn)行時(shí)空分布預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，更好地預(yù)測(cè)烴類相態(tài)及聚集類型為勘探開發(fā)服務(wù)。