王慧

(长江大学地球科学学院,湖北武汉　430100)

浅谈油气勘探中的碳酸盐岩成岩作用

王慧

(长江大学地球科学学院,湖北武汉430100)

碳酸盐岩的储集空间主要是由各种成岩作用形成的次生孔隙,成岩作用直接受成岩环境的控制,并与沉积作用的性质和沉积物的结构特征密切相关。本文对碳酸盐岩的各种成岩作用进行了分类论述。

成岩作用碳酸盐岩

1　成岩作用

从广义的层面上来说，成岩作用包括了沉积岩形成过程中的一系列变化，从沉积物开始沉积的时起，持续经过了压实作用，岩化作用，以及少量的变质作用。成岩作用和岩化作用之间的界限在压力和温度上并不明确，成岩作用和风化作用之间也没有很明确的界限。

成岩作用包括母岩变成沉积岩所发生的一系列的变化。这是一个持续推进的过程，在这个过程中，沉积物的矿物组合对于该过程中温度、压力以及化学变化达到新的平衡有着影响。

一旦沉积物颗粒沉积下来后，成岩作用就开始了，沉积后作用变化的速度以及性质决定了沉积介质以及沉积下来的沉积物的类型。沉积下来的沉积物的薄层成为搬运介质和之前沉积物之间的界面，从而分离成两种明显不同的物理化学领域。

在一个新地层的地表或者地下，沉积物可能会由于有机物的追踪，掘穴，摄取或者细菌的变化而被局部的再作用，或者导致沉积物的再分布。随着沉积的继续，沉积薄层被埋藏在沉积界面之下，遭受持续增大的压力和温度以及化学和生物条件的变化，相继形成更深的地层。在这些新的条件下，松散的沉积物固结和胶结并最终形成固化岩。

2　碳酸盐岩的成岩作用

碳酸盐岩沉积主要受到海洋生物活动的影响，碳酸盐岩的沉积只营养丰富，盐度合适，温度适合以及浑浊条件适宜这样一个狭小的范围内。因为碳酸盐岩沉积主要是受到浅的海洋台地泛滥的影响。大部分的碳酸盐岩沉积在海平面较高的时期发生的，在低水位时期缩减。

大多数碳酸盐岩沉积物主要形成于温暖清洁的海洋环境，主要是由海洋有机物沉积形成的，这些有机物的骨骼或者贝壳的主要成分大多数是碳酸钙。碳酸盐岩沉积物通常无法搬运到离源区很远的地方，所以其形状、大小以及分类就与搬运能量的大小没有太大的关系。碳酸盐岩沉积物孔隙的大小和形状很容易受到骨架成分的影响，能随着形成这些骨架成分的有机物的矿物集合体的变化而变化。

碳酸盐岩沉积物主要是由方解石，文石，镁方解石和白云石等组成，这些矿物都极容易发生化学变化。碳酸盐岩的沉淀和溶解常受到流体的化学性质，流体运动速度，晶体大小，矿物性质和二氧化碳的分压等因素的影响。

在浅水环境下，尤其当碳酸盐岩沉积体系由于海平面波动而暴露出地表时，矿物的不稳定性对孔隙度的影响会增强。很多成岩作用都发生在空气、淡水或者海水之间的界面上，海水或者大气水的不断冲洗、不同的温度、盐度和充填在孔隙中二氧化碳不同含量的的流体都影响着成岩作用变化的因素。

近地表的大多数碳酸盐岩有着多达40%-45%的原生孔隙，海水是充填那些孔隙空间的第一种流体。被内在的沉积物和海洋碳酸盐岩胶结物充填的原生孔隙是这种环境中成岩作用发生的最主要场所。上游的海洋环境，为沿岸区域提供了一个海水和淡水混合的环境。在地下水混合和扩散的区域，二氧化碳的溶解能够提高孔隙的孔隙度和渗透率。

近陆地、近地表环境中的成岩作用，大气水是主要的影响因素。碳酸盐岩成岩作用中的大气水通常都是不饱和的，因为溶解了气体二氧化碳的雨水都显示为轻微的酸性。若某一个区域有数米的土壤层覆盖，植物和微生物的活动会导致降下的渗透性雨水中二氧化碳分压的升高，进而会提高渗流区岩石中的孔隙度和渗透率。

在蒸发环境中，超盐性的成岩作用主要受到淡水以及搁置在近陆表的猛烈的海水的冲刷，这些水渗流到地层之中，在向海流动穿过近地表的碳酸盐岩沉积物时遭受蒸发，当蒸发超过石膏饱和点时，能很好的形成结晶的白云石胶结物或者一些交代矿物。在一些石油体系中，这些退潮的白云石能形成盖层，进而盖住圈闭中的烃类。

近地表海洋成岩作用的孔隙主要受沉积物水流的控制。浅部埋藏成岩作用主要由于压实和交代作用会使孔隙和渗透率降低。随着埋藏深度的增加，压实作用能岩石中的孔隙水被挤压出来，使孔隙减少。进一步的压实会引起颗粒变形从而重新排列形成紧密堆积的组构，紧密堆积作用的过程将导致沉积物孔隙度和渗透性的减少。

中-深部埋藏的成岩作用是以进一步的压实、溶解、重结晶和胶结作用为主要特征。随着深度的不断变化，部分成岩作用过程变得活跃。随着负载的增大，化学压实变得越来越普遍。碳酸盐岩中粘土矿物的组成，会提高或减少盐酸盐岩的溶解度。如果溶解在颗粒间的接触点上的物质没有通过孔隙流体的冲洗而远离孔隙系统，它将会在邻近的低压地区形成胶结物。溶解不仅仅是一个压力驱动的过程，它也会导致一些能产生酸性条件的矿物反应。在生油窗附近的埋藏环境，溶解作用是很常见的，脱羧反应导致二氧化碳的生成，产生的碳酸会溶于水中。如果溶解物质被冲走，会增加额外的孔洞或者次生孔隙。

碳酸盐岩的胶结作用是对提高的温度，混合流体以及化学压实作用的一种综合反应。碳酸盐岩中埋藏的胶结物主要是由方解石，白云石以及硬石膏等组成。从热力学上说浅部岩石的颗粒以及胶结物都是不稳定的，这些不稳定的矿物会发生重结晶或者交代。在碳酸盐岩中，常见的交代矿物是白云石，硬石膏和燧石等。

目前的碳酸盐岩作为它们最初沉积的形态而存在，大多数都是多种成岩作用的综合体。

3　结语

石油勘探开发技术的快速发展，使作为石油和天然气储集层的碳酸盐岩成为人们关注的焦点，而碳酸盐岩的储集空间主要是由各种成岩作用形成的次生孔隙。因此，通过对碳酸盐岩成岩作用的研究，可以很好的预测孔隙带的发育，进而有效的指导勘探开发。

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王慧(1988—),女,汉族,湖北十堰人,现就读于长江大学,硕士研究生(在读),矿物学、矿床学、岩石学,研究方向为沉积学。