《3储层的成岩演化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3储层的成岩演化（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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
2、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： 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。 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。 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。 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
3、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=G-p)的存在。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
4、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
5、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
6、20004000m之间含量最高，形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,、K,早期胶结抑制了压实、压溶作用，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-粗晶，成分上则多含Fe2+、Mg2+。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
7、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ppm的浓度即可，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SiO2可有不同的来源： 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
8、质海绵等硅质生物的非晶质氧化硅的溶解； 火山玻璃蚀变和土壤水，主要存在于火山碎屑岩中；, 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SiO2的一个重要来源；,泥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SiO2,伊利石、绿泥石,据Hower(1976年)研究，其形成的反应式为： 蒙脱石+Al3+K+伊利石+Na+Ca2+Fe2+Mg2+Si4+H2O不论是长石的分解溶蚀，还是粘土矿物的转化，在其作用的过程中都提供了丰富的SiO2，这种富含SiO2的流体运移到合适的层段便发生沉淀，形成颗粒加大或胶结沉淀。, 铝硅酸
9、盐类溶解，长石风化转变为高岭石可放出SiO2，高岭石强烈风化也能够提供SiO2；,在酸性介质条件下，长石等不稳定组分的溶解可产生大量的SiO2：,2KAlSi3O8+16H2O+H+,2K+2Al3+8(OH)-+6H4SiO4,Al2SiO5(OH)4+4SiO2+2(OH)-+13H2O,2NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8+4H+2H2O,2Al2Si2O5(OH)4+4SiO2+2Na+Ca2+,钾长石,高岭石,斜长石, 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
10、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SiO2成分又在另一处造成岩石颗粒的硅质增生，即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,影响硅胶结物生长的化学条件主要有pH值和温度。 石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
11、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Fe2、
12、Mg2，pH值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pH值，富含SiO2及钙、钠钾离子的高矿化度孔隙水及适当的CO2分压。,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Na+/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Na+、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
13、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
14、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
15、是铁白云石这一反应为：,Fe2+Mg2+2CaCO3,Ca(Fe Mg)(CO3)2+Ca2+,方解石,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（26004000m）范围，推测其形成的温度条件为100150oC。国内外许多专家已提出了钠长石化的方式。R.C苏达姆提出的方式是：,NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8+ 3SiO2 +2H2ONa+,2NaAlSi3O8 0.5CaAl2Si4O8 4H2O+0.5Ca2+,斜长石,钠长石,蒙脱石,4、粘土矿物交代碎
16、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Al3时即转化为伊利石，在富Mg2和Al3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SiO2。,据Hower(1976年)研究，其形成的反应式为： 蒙脱石+Al3+K+伊利石+Na+Ca2+Fe2+Mg2+Si4+H2O不论是长石的分解溶蚀，还是粘土矿物的转化，在其作用的过程中都提供了丰富的SiO2，这种富含SiO2的流体运移到合适的层段便发生沉淀，形成颗粒加大或胶结沉淀。,
