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3储层的成岩演化(给学生)

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第三章 储层的成岩演化第一节 碎屑岩储层的主要成岩作用第二节 成岩相划分第三节 成岩阶段的确定第四节 成岩作用的影响因素第五节 不同地温场盆地碎屑岩储层的成岩演化模式第六节 碳酸盐岩储层的成岩作用第三章 储层的成岩演化储层的孔隙结构和分布规律受控于沉积条件,但是,在储层深埋地下的成岩过程中,其储层的孔隙空间、分布又受控于成岩作用的改造。成岩作用可促进次生孔隙发育,可破坏原生孔隙。统计结果表明:砂岩次生孔隙约占整个储集空间的 30%,而碳酸盐岩中的有效孔隙几乎全为次生孔隙,由此可见,成岩作用研究的重要性。储层的成岩演化第一节 碎屑岩储层的主要成岩作用机械压实作用压溶作用胶结作用交代作用粘土矿物转化溶解作用机械压实作用沉积物的机械压实作用主要与上覆地层增厚的 地 静压力 增加有关,其次可能受到 后期构造应力 的影响。机械压实作用主要发生在 成岩早期 ,其作用结果是:① 使颗粒发生压实定向 ,常见于杂基支撑的粉砂岩、粉细砂岩中。② 使软颗粒压实变形 ,主要是云母、泥质岩屑等受压弯曲、伸长或被硬碎屑嵌入。③ 使刚性颗粒被压裂 ,如石英、长石等刚性矿物,当上覆压力超过颗粒抗压强度时,颗粒沿其薄弱面破裂,长石一般沿解理面破裂,石英产生楔形裂隙等。④ 碎屑颗粒接触关系发生变化 。随埋藏深度增加,颗粒接触关系渐趋紧密,碎屑颗粒由彼此分离到相互靠近,出现由点到线等接触形式。压溶作用当 上覆地层压力 或 构造应力 超过 孔隙水所能够承受的 静水压力 时,会引起 颗粒接触点上晶格变形和溶解 ,这种局部的溶解称为 压溶 。压溶是由于 固体的溶解度 随着直接压力的增加而加大所产生的 。 在同一固体表面的一部分比其余部分受到较大的压力时 , 就会产生压溶作用 。砂岩中,各个颗粒的接触点上 岩重压力( G) 占优势,而在孔隙中则 静水压力( p) 占优势,当二者不相等的时候,就会有 压力差 (∆p=存在。同时如果有一层液体薄膜介于相接触的颗粒之间,就会使液体薄膜中的饱和浓度比孔隙中大。 浓度差导致溶解组分从接触膜扩散到自由孔隙内,就会有压溶作用的产生,其速度受扩散速度所限制。压溶速度主要取决于薄膜厚度,扩散系数,孔隙流体饱和浓度及粒度,并且细砂要比粗砂压溶作用进行得快。在石英和含碳酸盐的碎屑沉积中,会发生较强的压溶作用,而且碳酸盐碎屑中会相对更容易一些。石英在周围有粘土薄膜的颗粒间压溶作用最活跃 ,因为:1、粘土膜极大地扩大了压溶物质的扩散和渗滤通道,使溶解物质很快地扩散出去,使压溶作用持续进行;2、有些粘土还有催化作用。胶结作用胶结作用是指矿物质在碎屑沉积物孔隙中 沉淀 ,并使沉积物固结为岩石的作用,是碎屑岩主要的成岩作用。胶结物可由多种矿物组成, 在各种石英砂岩中,大部分胶结物是碳酸盐和氧化硅。 而在一些 岩屑砂岩、杂砂岩、和火山碎屑岩中,其主要胶结物是蚀变了的杂基和化学沉淀的混合物,其成份有粘土矿物、沸石和其它硅酸盐矿物和铝硅酸盐类矿物 。 有时氧化铁和石膏、蒸发盐矿物也可以成为胶结物。 较年轻的砂岩多为碳酸盐胶结,而较老的砂岩多为氧化硅胶结。胶结作用的主要类型有 碳酸盐胶结 、 硅质胶结 、 粘土胶结 、 沸石类胶结 和一些其它类型的胶结作用 。碳酸盐胶结作用碳酸盐胶结物 中最普遍的是 方解石 , 也有白云石 、铁白云石和菱铁矿 。 碳酸盐可呈均一组分和混合物充于孔隙中 , 呈交代物 、 结核状或存在于薄的纹层当中 。方解石 常见糖粒状,形成粒状结构、镶嵌结构或栉状结构,有时混有粘土在砂粒外围形成方解石与粘土的环状薄膜,还有大块方解石的斑晶胶结。白云石 常呈菱形自形晶,沿碎屑周围呈断续的薄膜式胶结,或分散充填于孔隙中。碳酸盐胶结物在纵向上分布不均,在 2000- 4000成几个高碳酸盐含量带。在高碳酸盐含量带之间往往是高的次生孔隙发育带。方解石、铁方解石胶结物 深度浅 属早期胶结白云石、铁白云石胶结物 深度大 属晚期胶结胶结方式 结果孔隙式胶结部分基底式胶结嵌晶式胶结碳酸盐胶结 Φ、 溶作用,为后来溶解作用作了准备次生孔隙碳酸盐胶结物 可形成于不同的成岩阶段,当砂岩中碳酸盐胶结物呈嵌晶,碎屑颗粒呈漂浮状,则此胶结物形成于未经压实的浅埋藏阶段;在深埋藏阶段所形成的碳酸盐岩,往往晶粒较大,多为微 分上则多含 碳酸盐胶结物 会对孔隙起堵塞作用,使有些粒度较粗、分选良好的砂岩成为低孔渗砂岩。但早期碳酸盐胶结物可起支撑作用,使压实作用减弱,更重要的为后来溶解作用,为次生孔隙形成提供有利的物质条件。硅质胶结作用硅质胶结物 可以呈 晶质 和 非晶质 两种形态 。非晶质的是蛋白石 , 晶质的为玉髓和石英 。硅质胶结其最常见的形式是石英颗粒光性连续增生 , 即石英自生加大 , 常形成石英自形晶面 , 或相互交错连接的镶嵌结构 。 ( 石英胶结物在砂岩中很普遍 , 但是在杂砂岩中少见 , 甚至完全不存在 。 )石英沉淀不一定需要过饱和 , 只需要几十个 但要 孔隙水不断循环 才能形成一定量的胶结物 。孔隙水中溶解的 硅质生物骨骼溶解 , 海相沉积物孔隙中的氧化硅主要来自于硅藻土 、 放射虫 、 硅质海绵等硅质生物的非晶质氧化硅的溶解;② 火山玻璃蚀变和土壤水 , 主要存在于火山碎屑岩中;③ 粘土矿物转变 , 上下泥岩层中粘土矿物的转化可能是孔隙水中 岩中粘土矿物从浅到深的转化顺序是:蒙脱石无序混层蒙脱石有序混层蒙脱石其中的每一个环节的转化都要释放大量的 泥石据 976年 )研究 , 其形成的反应式为:蒙脱石 +K+→ 伊利石 + 还是粘土矿物的转化 ,在其作用的过程中都提供了丰富的 这种富含 形成颗粒加大或胶结沉淀 。④ 铝硅酸盐类溶解 , 长石风化转变为高岭石可放出 岭石强烈风化也能够提供 酸性介质条件下,长石等不稳定组分的溶解可产生大量的 K[16+2K++28(+6+4(+13H++2H)4+4钾长石高岭石斜长石⑤ 压溶作用可以使石英等溶解 ,使之在未受应力的表面附近或迁移别处孔隙中提供石英自生加大的物质基础。根据前苏联学者 劳克斯吉列夫 (1986年 )指出: 次生孔隙的生成环境基本上是一个封闭系统,其中的成岩反应可看成为等化学效应。 上式反应生成的 表现为石英的次生加大和胶结 。成岩作用强度不同,埋藏深度不同,石英次生加大的程度和级别不同。根据石英次生加大的程度可分为四级:石英次生加大分级表加大级别 加大程度 图示Ⅰ 加大边窄 , 有自形晶面 , 电镜下可见小雏晶 , 呈零星或相连成不完整的晶面 。Ⅱ 大部分石英具加大 , 自形晶面发育 ,电镜下多数颗粒被较完整的自形晶包裹 , 有的自形晶体向孔隙中生长 。Ⅲ 几乎所有石英具加大 , 加大边较宽 ,多呈镶嵌状 。Ⅳ 颗粒间自形晶晶面消失 , 呈缝合状接触 。影响硅胶结物生长的化学条件主要有 英的沉淀需要 酸性 的条件,而在碱性的条件下则被溶解、搬运。温度对硅质胶结物的影响较为复杂,石英和非晶质氧化硅的溶解度有较大的不同,溶解度随温度的变化也有很大的差异。石英自生加大与颗粒表面性质也有一定关系, 过厚的粘土膜会阻碍其自生加大 ,粘土含量多时,有碍于硅质溶液的交替和沉淀。一般细粒比粗粒的自生加大发育。粘土矿物胶结物 几乎存在于所有的砂岩当中 。常见的矿物有 高岭石、伊利石、蒙脱石和绿泥石等。粘土矿物有自生和他生两种。在成岩阶段对岩石储集性影响较大的是自生粘土,其产状可以分为三种类型,包括 衬垫式 、 充填式 、 搭桥式 , 这些充填方式通常都会对岩层储集性能造成不同程度的伤害。粘土矿物胶结作用砂岩中发育粘土矿物的种类取决于砂岩中原有的矿物的成分以及孔隙溶液的成分、温度、氢离子的浓度,同时粘土矿物从软泥水或孔隙水中晶出,也要求一定的介质条件。在 富钾的碱性条件 下有利于形成自生伊利石。长石在地层水 酸性介质 中溶蚀可形成大量的高岭石。自生绿泥石的形成条件要求孔隙溶液含有较多的 、 , 7,氧化还原电位较低 。高岭石绿泥石伊利石沸石类胶结物 主要有浊沸石 、 方沸石 、 片沸石等 , 通常在 火山碎屑岩 中最为常见 , 它们 形成的有利条件为: 高 富含 钠钾离子的高矿化度孔隙水及适当的 沸石类胶结作用胶结物还有长石、石膏和无水(硬)石膏、铁氧化物及氢氧化物。自生长石几乎全部都成碎屑长石的加大形式存在,主要成分为钾长石和钠长石。 其形成必须有 高浓度的溶解氧化硅 和 足够的 H+或 K+/H+比值 ,其必要的条件是 中等的地温梯度,足够的氧化硅 ,以及来自孔隙水中的 高丰度 K+离子 。其它矿物的胶结作用石膏和硬石膏胶结: 石膏类矿物做为胶结物出现,与沉积时的蒸发环境或上覆蒸发岩层的超盐度孔隙水的运移有关。 较高的盐度、温度和压力有利于无水(硬)石膏生长 。铁氧化物及氢氧化物做为砂岩胶结物较为少见,已发现的主要有 褐铁矿、赤铁矿 和 磁铁矿 。硬石膏胶结物 晚期胶结物斑块状分布充填裂缝(分布不均匀)形成晚于碳酸盐胶结交代作用交代为矿物被溶解 , 同时被孔隙所沉淀出来的矿物所置换 ,新形成的矿物与被溶矿物没有相同的化学组分 。 交代作用是在两颗粒之间的溶液膜中进行的 , 溶解物质通过薄膜带出 , 而交代物通过它带入替代被溶物质而沉淀 , 这个作用可以发生在成岩的各个阶段 , 其结果可以使原有孔隙被充填 ,也可以造成次生孔隙 。交代矿物可以交代颗粒的边缘 , 将颗粒溶蚀成锯齿状或鸡冠状不规则的边缘;也可以完全交代碎屑颗粒 , 从而成为它的假象;晚期矿物还可以交代早期的胶结物 、 交代物 。1、碎屑颗粒的碳酸盐化2、方解石的铁白云石化3、斜长石的钠长石化4、粘土矿物交代碎屑颗粒及胶结物交代作用类型1、碎屑颗粒的碳酸盐化包括方解石、铁方解石、铁白云石对碎屑颗粒石英、长石和部分岩屑的交代, 最普遍的是对长石 的交代作用,其次是对 岩屑 的交代作用,对 石英 的交代作用 发生于石英次生加大之后 , 因为镜下常见石英加大边被碳酸盐矿物交代现象。此外,碳酸盐也交代部分粘土矿物。2、方解石的铁白云石化属于胶结物之间的交代。这种交代是由颗粒的外围逐渐向中心交代,偏光显微镜下见到颗粒中央是方解石,周围是铁白云石这一反应为:2a(g)(+解石 铁白云石这一作用的发生意味着岩石已进入成岩晚期,而且为还原环境。3、斜长石的钠长石化斜长石的钠长石化较普遍,此外,长石的加大也是钠长石化的一种。据钠长石化发育的深度段( 2600-4000m)范围,推测其形成的温度条件为 100- 150内外许多专家已提出了钠长石化的方式。 出的方式是:32 4斜长石钠长石 蒙脱石4、粘土矿物交代碎屑颗粒及胶结物粘土矿物如高岭石、伊利石等交代碎屑颗粒和碳酸盐胶结物在镜下也相当普遍。粘土矿物转化在成岩作用过程中 , 粘土矿物常发生一系列的变化 。高岭石最初形成于酸性环境 , 但随着介质条件向碱性转变 , 高岭石的稳定性逐渐变弱 。 在介质水中富 K+ 和 即转化为伊利石 , 在富 和 时 , 则变为绿泥石 。与高岭石不同 , 蒙脱石形成于碱性孔隙水条件下 , 它在成岩过程中必须经过: 蒙脱石 → 无序混层 → 有序混层 →伊利石 、 绿泥石的转化过程 。 其中 , 在每个环节的转化过程都要释放大量的 976年 )研究 , 其形成的反应式为:蒙脱石 +K+→ 伊利石 + 还是粘土矿物的转化 ,在其作用的过程中都提供了丰富的 这种富含 形成颗粒加大或胶结沉淀 。一般地,随着埋藏深度的增加,伊利石和绿泥石的含量增加,蒙脱石、伊蒙混层中蒙脱石的含量减少, 高岭石在 3000岭石含量高处,砂岩的溶蚀作用强烈,溶孔发育,孔隙度和渗透率明显增加,因此,可以认为 高岭石的大量出现是次生孔隙发育的一个标志。 绿泥石和伊利石含量对渗透率的影响明显统计资料表明: 高岭石含量与储层的孔隙度和渗透率成正比;而伊利石、绿泥石等含量与储层的孔隙度和渗透率呈负相关关系。重结晶作用主要发生在碎屑岩胶结物中 , 其主要特征是 小晶体重新组合和结晶成大晶体 。通常重结晶作用只在那些非常细粒的物质中发生 , 多形转变是另一种较为复杂的广义的重结晶作用 , 是一种矿物相转变为另一种稳定的矿物相而只发生晶格和形状及大小的变化 , 没有化学成份的变化 , 常见的如文石向方解石的转化 。重结晶作用会严重影响砂岩储集性 , 使孔隙性及连通性变差 , 但是高岭石的重结晶却往往造成丰富的微孔隙 。溶解(溶蚀)作用溶解作用主要是使已有的矿物 ( 包括有碎屑成份和次生胶结物 ) 完全或部分地溶解 , 其作用是使不稳定或易溶解的矿物被溶解搬运或转化为其它稳定的矿物 。溶蚀是岩石组分的不一致溶解 , 所形成的新矿物的化学组成与被溶矿物相近 。方解石的溶解反应:在存在 解石的溶解作用为2O 2解石的溶解作用为 2 1984)等提出的长石颗粒溶解使孔隙度增大的反应式为:上述反应的固相体积 减少了 ,这说明有次生孔隙形成。2H++2H)4+4斜长石高岭石 石英自生矿物的共生组合储集岩中自生矿物种类繁多, 一些自生矿物同时充填粒间孔隙而呈现出共生关系。但是这些自生矿物并非同一时期形成的,因为它们的形成必须有一定的孔隙水介质条件以及不同的离子浓度等。因此,它们之间存在一定的先后顺序。第二节 成岩相划分成岩相是指成岩环境和在该环境中形成的成岩产物的总和。强压实成岩相弱压实成岩相弱压实弱胶结成岩相强压溶成岩相早期碳酸盐胶结成岩相晚期碳酸盐胶结成岩相二氧化硅胶结成岩相溶蚀成岩相强压实成岩相强压实成岩相常形成于 杂砂岩 中,由于杂砂岩中粘土杂基含量高,机械压实作用强,使原生孔隙大大降低,孔喉细小,因此渗透率低,属致密储层。强压实成岩相 主要出现在 埋深较大的湖底内主沟道砂体扇三角洲平原深水重力流河道砂体中弱压实成岩相形成于 中、浅埋藏的净砂岩 中。净砂岩杂基含量低,具颗粒支撑结构,由于刚性颗粒的支撑,使机械压实作用减弱,而压溶作用增强,颗粒间多为点接触和线接触。胶结物含量低,具较高的孔隙度和渗透率,常够成高渗或中渗储层。弱压实成岩相 常见于河道砂三角洲前缘砂扇三角洲前缘砂体弱压实弱胶结成岩相基本上同弱压实成岩相。但胶结物含量较高,多在 5%— 15%之间。由于胶结物充填了孔隙空间,降低了储层的孔渗性,成为低渗储层。强压溶成岩相常见于 埋深很大的净砂岩 储层中。由于埋深大,压溶作用强烈,使碎屑颗粒间呈缝合线及镶嵌式接触。石英颗粒的次生加大也发育,而其它胶结物含量低。镜下仅见残余的粒间微孔。这类储层的物性差,含油性不佳,但对深层天然气还是有意义的。早期碳酸盐胶结成岩相该相砂岩,其碳酸盐胶结物含量高达 15%—30%,呈简单充填式孔隙胶结或嵌晶式胶结。胶结物主要由方解石和含铁方解石,代表早期胶结而晚期未发生明显溶蚀的储层类型。其孔渗性很差,属于致密储层。早期碳酸盐胶结成岩相 的 形成与早期的断层活动有关,常在早期断层附近的滩坝砂体及三角洲分流河口砂坝砂体中。晚期碳酸盐胶结成岩相该相砂岩白云石和含铁白云石胶结物含量高达 10— 30%,也含有少量呈溶蚀状的方解石,代表早期溶蚀,而晚期又被充填交代的类型。这种成岩相构成深层的致密储层。形成于 石英净砂岩、粉细砂岩 中,其结物含量 >5%,最高达 15%。 时 反映早期硅质胶结物的特点。二氧化硅胶结成岩相溶蚀成岩相构成中深部的主要储层,在中国东部碎屑岩储层中占相当重要的地位。不稳定组分如长石、碳酸盐矿物等发生溶解产生次生孔隙,提高了储层的Φ、 K ,常构成高渗及中渗储层。溶蚀成岩相 常形成于辫状河道水下分流河道河口砂坝砂体这些砂体的原始孔渗性很好,有利于地下酸性流体的流动,因此易产生溶蚀作用。第三节 成岩阶段的确定一、划分依据二、成岩阶段的划分三、各成岩阶段的主要标志第三节 成岩阶段的确定一、划分依据成岩阶段的划分主要考虑与古地温有关的四方面证据:1、自生矿物组合、分布演变及其形成顺序;2、有机质热成熟度指标;3、粘土矿物及混层矿物的转化;4、岩石的结构构造特征。在划分成岩阶段时,依据各盆地各自的地质特点选择使用,可有所侧重。二、成岩阶段的划分我国含油气区碎屑岩储层可划分为如下几个阶段:1、同生期2、早成岩期3、晚成岩期4、表生期成岩阶段的主要标志1、同生期成岩标志 海绿石、鲕绿泥石 的形成; 同生结核 的形成; 沿平行层理面分布的 菱铁矿微晶及斑状泥晶形成; 分布于颗粒间和颗粒表面的 泥晶碳酸盐 形成;2、早期成岩 地层经受过的最高 古地温 70%,混层比 >70%); 砂岩中可见少量自生高岭石,伊利石多为它生,陆源重矿物中 角闪石和绿帘石 等不稳定矿物保存较多。3、早期成岩 地层经受过的 古地温度 70℃ , 有机质半成熟, 孢粉颜色为深黄色 ; 出现 碳酸盐胶结物 ,已半固结, 原生孔隙发育,并可见少量次生孔隙 ; 泥岩中粘土矿物 蒙皂石开始明显向伊利石 /蒙皂石( I/S)混层转化 ,蒙皂石占 50属 无序混层; 砂岩中有的可见 蒙皂石或无序混层矿物 , 自生高岭石普遍 ,伊利石仍以它生为主。 砂岩中开始出现 石英次生加大,属 1薄片下可见少量石英具窄的加大边或自形晶面,扫描电镜下可见石英小锥晶,呈零星分布或相连成不完整晶面; 在重矿物中的 不稳定矿物出现溶解现象 。3、早期成岩 成岩期 地层古地温的变化范围在 85- 130 ℃ , 有机质成熟, 孢粉颜色为棕褐色; 岩石中可见 晚期含铁碳酸盐胶结物 ,特别是 铁白云石 常以交代、加大或胶结形式出现; 长石等碎屑颗粒及碳酸盐类胶结物常被溶解,有的可见溶解残余,次生孔隙较发育 ; 砂岩中 石英次生加大属 2薄片下 大部分石英和部分长石具次生加大, 自形晶面发育,有的见石英小晶体。在扫描电镜下,多数颗粒表面被完整的自形晶面所包围覆盖,有的自形晶体向孔隙空间生长,交错相接堵塞孔隙; 砂岩中粘土矿物中可见 高岭石和混层粘土 ,含量较多,扫描电镜下可见 发丝状自生伊利石和叶片状、绒球状自生绿泥石,其它自生矿物有钠长石,少量浊沸石 等; 泥岩中的混层粘土矿物,已由 无序混层过度为有序混层; 本阶段是二次层间水的主要脱出时期, 蒙皂石层在混层中占 50- 20%;本阶段中有的可见绿泥石 /蒙皂石混层粘土矿物。5、晚成岩期 古地温 130- 170 ℃ , 有机质已处于高成熟阶段, 孢粉颜色为暗褐色; 砂岩中 石英次生加大为 3- 4级 ,薄片下几乎所有石英和长石都具次生加大,颗粒间多呈镶嵌状,扫描电镜下,颗粒间自生晶体连接,自生晶面逐渐消失,所以处于本阶段岩石已较致密; 该阶段某些砂岩有 含铁碳酸盐类矿物 ; 该阶段某些 高岭石明显减少或缺失 ,可见 浊沸石 ,有的有溶蚀现象,偶见榍石等自生矿物,长石的钠长石化明显; 泥岩中仍存在有序混层粘土,混层中伊利石和蒙皂石层的含量170 ℃ ; 有机质属于过成熟阶段, 孢粉颜色为黑色 ; 岩石已极致密,孔隙极少而 裂缝发育 ; 砂岩中可见 晚期碳酸岩类胶结物以及钠长石、榍石等自生矿物; 石英次生加大属 4级,颗粒间呈缝合线状接触,自形晶面基本消失; 砂岩和泥岩中代表性粘土矿物为 伊利石和绿泥石 。7、表生期成岩期的成岩标志含低价铁的矿物 (如黄铁矿、菱铁矿、铁白云石、铁方解石、云母、绿泥石、海绿泥石等)的 褐铁矿化 ;褐铁矿的浸染现象;碎屑颗粒表面的 高价铁氧化膜 ;新月形碳酸盐胶结及重力胶结;渗流鲕、渗流豆及渗流砂;表生钙质结核 ;硬石膏的石膏化 ;有 表生高岭石 ;有溶蚀现象 。第三章 储层的成岩演化第一节 碎屑岩储层的主要成岩作用第二节 成岩相划分第三节 成岩阶段的确定第四节 成岩作用的影响因素第五节 不同地温场盆地碎屑岩储层的成岩演化模式第六节 碳酸盐岩储层的成岩作用第四节 成岩作用的影响因素一、埋藏深度的影响二、砂岩的成分、结构、沉积构造等因素对成岩作用的影响三、生物扰动构造对成岩作用的影响四、有机质演化对成岩作用的影响五、油气的聚集对成岩作用的影响六、构造位置和断层活动对成岩作用的影响第四节 成岩作用的影响因素一、埋藏深度的影响地温和压力受埋藏深度的控制,不同的温度和压力环境形成不同的成岩产物。中国东部碎屑岩储层成岩作用强度与深度的关系密切,而地层时代的影响不大。一般地,2500压实作用为主,成岩作用弱,原始孔隙发育,形成高渗储层;2500~5000之间,成岩强度中等~强,储层以次生孔隙为主,多形成低渗或致密储层;埋深大于 5000m,成岩强度大,原生孔隙和次生孔隙均达到不可压缩的程度。二、砂岩的成分、结构、沉积构造等因素对成岩作用的影响1、砂岩成分的影响(颗粒骨架、杂基粘土)朱国华 对陕甘宁盆地延长统砂岩研究发现:长石砂岩易次生溶孔石英砂岩易实作用强)软粘土杂基 15%(杂砂岩)粘土杂基 5- 15%(微含泥砂岩)有利于机械压实 原生孔不利于流体流动及孔隙再改造 次生孔Φ、 土薄膜) 抑制有利于流体流动及孔隙再改造Φ、 酸盐、硅质胶结早期抑制 压实压溶环境改变再改造嵌晶式胶结堵死孔喉 不利流动有利流动 Φ、 积构造块状层理、平行层理的细砂岩 含油性好波状层理、交错层理的粉细砂岩 含油性差Φ、 基少、颗粒支撑,原生孔隙易保存,流体流动方便纵向上非均质性强,弯曲纹理不利于流体流动,次生孔隙不易发育三、生物扰动构造对成岩作用的影响研究表明:生物扰动越强烈,含油性越好破坏储层的原有沉积构造改变砂岩储层的原始物性生物扰动构造四、有机质演化对成岩作用的影响富含有机质沉积物生油岩烃类有机酸(高峰 )P T 机无机成岩作用与有机成岩作用结合 次生孔隙有机酸发生胶结80- 1200C(高峰)120- 1600C>1600解岩石对( 溶解度是0- 1000倍有机酸全部 - 6缓冲作用二氧化碳不断增加五、油气的聚集对成岩作用的影响油气聚集可以使储层的孔隙度和渗透率得以保持。烃类运移到砂岩孔隙中限制了油田水的溶蚀、胶结与交代作用;烃类在储层中形成的超压抑制了压实作用的继续。六、构造位置和断层活动对成岩作用的影响上升流;下降流;热对流;盐度对流;渗滤、渗流。沉积物内流体在地下的主要流动形式如:石英 T 溶解度封闭盆地开放盆地超压带上升流下降流热对流P 深部 :重新沉淀(胶结)次生孔隙发育带大气淡水下渗温度差异流体密度差异热区溶解冷区沉淀如:碳酸盐 T 溶解度浅部 :深部 :次生孔隙发育带重新沉淀(胶结)热区沉淀冷区溶解第六节 碳酸盐岩储层的成岩作用建设性成岩作用破坏性成岩作用双重成岩作用白云石化古岩溶岩溶构造应力世代胶结空隙充填压实、压溶膏化热液硅化重结晶去膏化在华北及四川地区碳酸盐岩中 , 比较好的孔隙储油气岩之一 , 是 白云石化形成的白云岩 。 这些白云岩多属同生期交代成因 , 晶粒粗 , 孔隙度较高 。华北奥陶系白云石产状有三种:1、 是菱形或似菱形白云石 , 晶体明亮洁净 , 晶缘有时见泥铁质沿缝合线或切割缝合线分布;2、 是呈分散麦粒状白云石 , 局部集中成较大的云斑或豹斑;3、 是富集成层的菱形白云石 , 晶体粗大 。白云石化作用 建设性成岩作用无论是华北马家沟组 、 亮甲山组白云岩 , 还是四川省二叠系长兴组 白云岩 , 孔隙度均比石灰岩要高 。如华北亮甲山组的白云岩孔隙度达 ;川东长兴组白云岩孔隙度高达 ;而石灰岩孔隙度一般小于 1% 。 故 白云岩多以孔隙储油气 , 且含油均匀 , 而石灰岩却不尽如此 。在白云岩结构类型中 , 孔隙性最好的是“ 砂糖状 ” 白云岩 。 它具有 晶粒粗大 ( 多在细晶级以上 ) 、 晶体自形程度高 ( 多为半自形晶至自形晶 ) 、 晶间孔发育 ( 包括溶蚀扩大的晶间溶孔 ) 等特征 。在成因上 , 这类白云岩的共同点是:交代成因颗粒结构骨架结构既有 同生期的混合水交代机理 ,又有 深埋藏后的晚期交代成因 ;原始结构都是反映水动力作用较强的 鲕粒、砂屑、生屑组分 ;由生物生长组成的 礁骨架 。其原始成分都是较纯的方解石 (纯石灰岩 )。由文石或高镁方解石组成颗粒,经 胶结成岩 —白云石化 形成 残余结构 — 晶间孔溶蚀扩大 — 最后成为多孔、晶粒粗大、零乱状的“砂糖状”白云岩 。如陕甘宁、华北奥陶系的高产油气层白云岩,西南地区高产气层的白云岩,即是此一过程的产物。因此, 寻找“砂糖状”白云岩的沉积相带,应在古代地质历史时期中的滩礁相,加上有利于白云石化的成岩相。白云石化作用尽管目前对白云岩化作用产生的结果仍有争议,但大多数研究者认为: 石灰岩被白云岩化以分子对分子交代方解石时,其 体积收缩 ,在没有压实作用时,就必然导致一定程度的孔隙度增加 。有国外学者统计:孔隙度与白云岩含量的关系认为, 当白云岩含量 >50%时,孔隙度与白云岩含量成正相关。建设性成岩作用白云岩化作用当白云岩含量 >75%时, 孔隙度随白云岩含量的增加而增加当白云岩含量= 77%时 白云石晶体的晶间隙开始变大,而有效的晶间孔隙发育当白云岩含量= 80% ± 时 孔隙度= 19%,渗透率= 300× 10㎡当白云岩含量再增加时, 孔隙度、渗透率相对衰减当白云岩含量 >95%时 孔隙度变小建设性成岩作用在 长期沉积间断面 上发生大规模岩溶作用,形成孔洞发育的侵蚀面,后经沉积物覆盖,形成良好的油气储集空间。岩溶孔隙一般发育有 顺缝、顺层、沿风化壳分布 等几种类型。我国渤海湾盆地 潜山储集岩 大多属于这种成岩作用类型。其特点是白云岩被溶蚀成小型溶蚀孔洞,孔隙结构较为均一,石灰岩多发育有大型溶洞或溶道,储集性能甚好。注意: 泥质碳酸盐岩岩溶 多不发育 , 质纯、粗结构的碳酸盐岩 以及 构造角砾碳酸盐岩岩溶 最为发育 。古岩溶 建设性成岩作用古风化形成岩溶角砾 、 膏溶角砾及风化残积物等 。 它们往往受到各种 成岩后生作用 的影响 , 如强黄铁矿化 、 高岭石化 、 萤石化 、 天青石化 、 硅化 等 ,使碳酸盐岩具备各种各样的古风化岩石特征 。古岩溶 建设性成岩作用碳酸盐沉积物固结成岩以后,若暴露在大气环境中,很容易发生溶蚀作用,并具有以下特点:空隙周围无充填物,形态不规则,有时与微缝相连通 ;溶蚀作用沿粗结构中易溶盐类进行,可形成较均匀的顺层分布的溶孔层 ;溶孔分布稳定,较严格地受岩性控制。岩溶 建设性成岩作用任丘雾迷山组顺层溶孔较普遍 , 粗细结构的白云岩呈韵律 、 间互成层 , 在粗结构的白云岩中发育一种原生空隙和比较好的孔隙结构 , 分布在结构较松散的部位 , 为岩溶水活动提供了有利条件 。在任 28井 200余米取心井段中 , 溶孔发育层与致密白云岩呈韵律互层 , 在岩心中直接取到 27层溶孔层 , 这些溶孔层多数含油 。南海珠江油田珊瑚藻架灰岩及四川省卧龙河相国寺气田腕足类壳壁溶孔,凡受溶蚀作用者,就有空隙,未经溶蚀者,则多为方解石充填。岩溶 建设性成岩作用溶解作用由于碳酸盐岩的矿物的易溶,所以溶解作用对于碳酸盐岩储层的孔隙度和渗透率具有巨大的改造作用。这种 溶解作用在沉积阶段开始直至成岩、表生阶段都能发生 。在 沉积作用阶段 溶解作用 主要发生于 颗粒岩 中,可以形成粒内孔隙,而 成岩和表生阶段 则广泛发生于 各类碳酸盐岩 中,且扩大原生孔隙。 使孔隙度与渗透率增大 。建设性成岩作用构造应力地壳构造运动引起地层褶皱断裂和岩浆活动,使古老碳酸盐岩产生大量的 构造缝 。按其规模大小可分为 大型、中型及微裂缝 ,断层系统属大型构造缝。岩心所见构造缝特点是组系多,密度大,纵横交错,密如蛛网, 多为垂直层理的高斜缝或直立缝 。有的岩心破碎呈角砾状,砾间溶孔发育。镜下所见构造缝分布普遍,发育不均,常沿缝溶蚀,形成裂缝溶孔,并见层理扭曲和小型错动及方解石的滑动双晶 。建设性成岩作用世代胶结胶结矿物类型多种多样,取决于沉淀时水溶液中的化学成分和浓度 。粘土矿物、黄铁矿 等晶(粒)间不具有效孔隙。石英 呈自形晶,自由生长,可产生一定的孔隙,有时被碳酸盐岩矿物-萤石-黄铁矿等多世代胶结,但常见的是同一矿物成分的世代胶结。碳酸盐矿物 从孔壁至孔中央,晶粒结构由细交粗。世代胶结矿物一般较明净,且晶粒稍粗。破坏性成岩作用空隙充填空隙充填物有两种类型:内源物 ,与围岩成分相同,受围岩控制,新生矿物或充填碎屑的成分单一。“外来物” ,由大裂缝或沿断层面灌入空隙,空隙中充填物成分与围岩矿物成分不完全一致,有的很复杂,且分布杂乱。破坏性成岩作用压实、压溶作用压实作用使沉积物的孔隙变小,厚度变薄,其直观的效应是 颗粒的变形和破碎 。在成岩中、晚期,沉积物进入深埋环境,转化为化学 压溶作用,缝合线便是其突出的特征 。他使胶结作用增强,原始孔隙进一步受到破坏。个别情况下,也有沿缝合线溶蚀成缝孔的现象。破坏性成岩作用膏化石膏、硬石膏交代其他矿物的现象称为 膏化作用 。石膏、硬石膏被其他矿物交代的作用称 去膏化作用 。当原始矿物被溶蚀而未经充填,则形成膏模孔。双重成岩作用破坏性成岩作用热液作用热液作用不仅是 热流分子运动 ,而且伴生有矿物质的搬运 。 在温度、压力、溶液浓度合适时,便产生成矿作用,形成 热液矿化作用 。热液矿质性质活泼,往往与围岩发生化学反应,使围岩在化学成分、矿物成分和结构构造方面发生变化,可谓“ 围岩蚀变 ”。破坏性成岩作用碳酸盐岩热液类型大致有岩浆期后热液火山热液变质热液地下水热液热液产物复杂,有 高岭石、石英、蒙脱石、伊利石、沸石、绢云母 等。在碳酸盐岩地层中特别多见的有 方解石、白云母、石英、天青石、重晶石、萤石 等 ,它们很容易与沉积型矿物相混淆。热液矿物形态往往为它形一半自形晶体,呈单矿物栉片状(皱纹纸状)。方解石、石英晶体呈脉动式结晶,故晶形差 ,晶间呈锯齿状接触,晶粒内解理扭曲,解理与脉壁斜交,有时呈脑纹状环带或皮壳状结构。变质热液脉在脉体两侧具鳞片变晶结构,中央为晶粒结构 。脉体矿质扩散到围岩基质中,形成星散状矿物,有时也形成斑块状晶体集合体。地下水热液矿物有 :白云石、方解石、菱铁矿、重晶石、天青石、萤石、钠长石等。根据镜下观察,不同成因热液矿物组合也不一致,常见:岩浆期后热液矿物有 :石英、方解石、萤石、重晶石、沸石等;火山热液矿物有 :绿泥石、硅质矿物、方解石、黄铁矿、沸石等;变质热液矿物有 :绢云母、绿泥石、白云石、石英、方解石、蛇纹石等;热液作用对油气储层造成了极大的破坏作用。硅化硅化作用在我国碳酸盐岩地层中非常发育。在华北和华南地区,上元古界硅质灰岩和白云岩分布广泛,即华北的寒武系和奥陶系,华南的石炭、二叠系石灰岩硅化作用都很普遍,形成 硅质岩 ,并以多种多样的形态出现。 矿物组成以隐晶质玉髓为主,组成燧石岩。双重影响作用重结晶碳酸盐岩尤其是白云岩的重结晶作用可以改变孔隙结构 , 如晶粒变粗 , 孔隙与喉道增大且变得规则简单 , 因而增加了有效空隙 , 使储集性能变好 。重结晶作用还可使 晶粒增大 发展到将晶间孔基本填满 , 晶间隙变得极为微细 , 则孔隙度大大降低 , 有效储集空间变差 , 甚至消失 。 一般地 , 重结晶作用常留下残余结构 。双重影响作用重结晶作用程度不同,毛细管压力曲线性质也不同。图中曲线 1- 4反映重结晶作用晶粒由泥晶到中晶,储集性能向好的方向转化,由非储集岩逐渐变为好储集岩;5号曲线为重结晶作用强烈形成的粗晶白云岩,非有效喉道(小于 0.1 制的空隙体积由 4号曲线的 21%增大到 40%,几乎增加一倍,储集性能明显变差,变为差储集岩。碳酸盐的重结晶作用:一方面使 颗粒变小,体积减小,孔隙体积增大 ,但重结晶作用使 晶体减小而不利于储层的再改造 ;另一方面使 颗粒变大晶体增大尽管影响储层的孔渗性 但由于晶粒增大导致 晶粒间的接触面积增大,而结合力减小 , 这样地下水就容易沿晶面渗透,形成晶面孔隙,使孔隙度、渗透率增大。碳酸盐岩成岩阶段的划分将成岩时间和成岩环境结合在一起可划分为四个阶段:同生期埋藏成岩期表生期-表生成岩环境海底成岩环境大气淡水成岩环境早成岩期中浅埋藏成岩环境晚成岩期深埋藏成岩环境
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本文标题:3储层的成岩演化(给学生)
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