砂岩中碳酸盐岩胶结物的形成分布及对孔隙演化的影响文档格式.docx

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碳酸盐可呈均一组分或混合物充填于孔隙中，呈交代物、结核状，或存在于薄的纹层中。

方解石胶结物可呈粒状、镶嵌状、衬边状、栉状和次生加大边产出，有时混有粘土在砂粒外围形成方解石与粘土的环状薄膜。

白云石常呈菱形自形晶体，沿碎屑周围呈断续的薄膜式胶结，或分散充填于孔隙中。

在砂岩和粉砂岩中，可见由分散凝胶聚集而成的菱铁矿，常环绕碎屑充填孔隙，呈结核状、球状、鲕状、纤维放射状球粒或花瓣状球粒［1、2］。

形成于不同成岩阶段的碳酸盐胶结物胶结特征不同。

同期形成的一般结晶程度较差，呈隐晶-微晶，常围绕碎屑颗粒呈环边状分布，或分布于松散接触的碎屑颗粒之间；

早期成岩阶段多为基底式胶结，晶体细小，颗粒未经明显压实；

中-晚期成岩阶段，晶粒较粗大，粉-粗晶常见，多含Fe2+和Mg2+（与蒙脱石向伊利石转化析出Fe2+和Mg2+及地下还原环境有关），呈星散状充填粒间孔隙，由于沉积物已遭受明显或强烈压实，胶结物充填于紧密接触的粒间孔中，并常对碎屑颗粒有不同程度的交代作用。

并且以胶结物形成产出的CaCO3往往含Fe2+和Mg2+，而以交代物形成产出的则常常无Fe2+和Mg2+。

2砂岩中碳酸盐胶结物的含量特征

在我国不同油田的砂岩中，碳酸盐胶结物的含量特征具有普遍性。

江汉盆地拖市油田新下段储集砂岩中的碳酸盐胶结物包括方解石、（含）铁方解石、白云石、（含）铁白云石，各井段中含量0%～35%不等，平均11.2%［5］。

东北中生代断陷盆地侏罗系-白垩系地层碳酸盐岩胶结物体积分数为0%～5%［6］。

渤南油田三区沙三段4砂组砂岩中碳酸盐胶结物含量0%～25%；

砾岩中碳酸盐胶结物4%～5%［7］。

青海油田跃进地区碎屑岩储层填隙物以铁方解石为主，次为硬石膏，含量4%～25%，平均11%左右［8］。

安塞油田延长组长石砂岩填隙物以绿泥石、方解石和铁白云石为主，占5.0%～8.0%［9］。

马朗凹陷中、上侏罗统砂岩储层的胶结物类型以碳酸盐胶结为主，含量＜30%［10］。

杨楼油田核三段碳酸盐胶结物12.73%，其中方解石10.89%，白云石1.84%［11］。

塔里木盆地满加尔凹陷志留系砂岩中碳酸盐胶结物含量较高，大多可超过10%，最高者可达27%；

满南地区碳酸盐含量较满北地区低，一般5%～10%［12］。

青化砭油田长6油层组砂岩胶结物主要为方解石0.8%～16.0%，平均3.1%；

长2油层组中方解石占3.8%、绿泥石2.9%［13］。

基山砂体碳酸盐胶结物纵向上分布不均匀，表现为方解石胶结和铁白云石胶结呈条带状局部集中，含量一般8%～14%，最大可达30%［14］。

吉林红岗北地区泉头组，砂岩胶结物含量为9%左右［15］。

江陵凹陷储层岩石中碳酸盐胶结物主要为方解石，平均含量为11.2%，最高可达40%；

其次为白云石，含量1%～2%；

铁方解石及铁白云石含量较少。

江陵凹陷盐湖环境下的碳酸盐胶结物含量少，以方解石为主含少量铁方解石、白云石及铁白云石，平均含量小于5%［16］。

西部凹陷古近系储层溶蚀作用的最大溶孔量可达到8.2%，其中长石、岩屑、杂基和碳酸盐胶结物是易溶组分［17］。

准噶尔盆地沙窝地下侏罗统三工河组砂岩中胶结物主要为方解石、高岭石、硅质，含量一般1%～6%，中值为3%［18］。

由此可见，在我国不同研究地区的碎屑岩中碳酸盐岩胶结物的含量通常不超过30%，一般含量在5%～15%之间。

3砂岩中碳酸盐胶结物与深度、成岩期对应特征及对孔隙演化的影响

砂岩中碳酸盐胶结物的出现与埋深和成岩作用密切相关，并且对孔隙演化也有极大地影响。

尽管胶结作用对储层储渗性能的影响总体上弊大于利，但在研究储集层孔隙演化的过程中，对其局部之利仍要有清醒的认识。

文慧检等认为当碳酸盐矿物含量超过10%，砂层就变成致密层了，随碳酸盐矿物含量的增加，储层孔隙度、渗透率均快速减低，储层物性显著变差。

碳酸盐矿物含量在5%以内时，物性变化较为复杂，一般而言碳酸盐矿物的存在使储层孔隙结构复杂化，使孔隙、喉道变细、变窄，对储层物性起伤害作用［15］。

然而，早期的碳酸盐胶结可控制岩石的成岩演化和孔隙演化，并为后来能形成较多的溶蚀孔提供条件，因此在碳酸盐含量较高、胶结较强的地区仍可找到溶蚀较发育的优质储层［12］。

3.1砂岩中碳酸盐胶结物与深度的关系

以准噶尔盆地永进地区砂岩储层中的碳酸盐是胶结物为例，其类型主要包括铁白云石和（铁）方解石，及极少量白云石。

（铁）方解石和铁白云石含量随深度的增加不断增加；

相对不整合面的位置，（铁）方解石和铁白云石多集中分布在不整合面附近（多数分布在不整合面之下）约100m范围之内（图1）［19］。

3.2砂岩中碳酸盐胶结物胶结-溶蚀的砂岩物性特征

现以不同地区早期有碳酸盐胶结而后期又溶蚀的实例来说明此种类型碳酸盐胶结作用对储层物性的影响。

江陵凹陷埋深超过3000m的晚白垩纪次生孔隙发育的砂岩油藏，储层存在严重非均质性。

早期同生或准同生阶段的碳酸盐胶结作用，使得储层孔隙度减小；

晚成岩期铁白云石对碎屑颗粒交代及白云石次生加大，使得储层孔隙进一步减小，而碳酸盐岩胶结物的溶解又使得次生孔隙发育（表2）［20］。

马朗凹陷西山窑组早成岩期，各种自生矿物充填使总孔隙度减少5%～10%，储层物性变差。

晚侏罗世末期，埋深达到最大，早期碳酸盐胶结物遭受不同程度的溶解，大约使孔隙度提高5%～10%，最大可达15%。

随成岩作用的进行，孔隙流体中的Ca2+，Fe2+和Mg2+与CO32-结合，形成晚期的铁方解石和铁白云石胶结物，最终使得孔隙度减小（表3）［10］。

杜家台油田1300m～4000m碳酸盐胶结作用均发育，其中1500m～2000m和3500m～4000m为高含量带。

早成岩B期1600m～2600m以原生孔隙为主；

晚成岩A1亚期长石等铝硅酸盐和早期方解石溶解，在2600m～2800m和3000m～3200m形成两个次生孔隙发育带，晚成岩A2亚期次生孔隙继续发育；

随埋深增加继续发育弱次生孔隙（图2）［21］。

安塞油田长2、长3浅油层成岩早期-中期主要是碳酸盐充填作用；

晚期成岩碳酸盐频繁沉淀和不均匀地分布于砂岩中，造成储层非均质性强；

深埋藏晚期成岩时早期成岩胶结物（方解石和白云石）溶

塔里木盆地库车坳陷储层自生矿物表现明显的分带性，并与储层物性有明显相关关系，其深层储集岩从上至下依次为硫酸盐带、方解石带、白云石带、方解石带（表4）。

储集岩白云石含量从浅至深无明显改变，而方解石含量则呈现出高-低-消失-低-高的趋势。

解；

表生成岩作用阶段，大气降水使碳酸盐胶结物溶解，使得喉间的连通性得到改善。

碳酸盐岩胶结物的含量从浅到深呈现高-低的现象，对应孔隙度由低-高变化（图3）［9］。

青化砭油田长2、长6油层组储集层的成岩序列为：

机械压实作用→早期黏土膜形成→方解石沉淀→石英次生加大→长石颗粒、方解石胶结物溶解→自生长英质形成→浊沸石胶结→自生高岭石形成→浊沸石溶解→晚期铁方解石沉淀，对应的早成岩期原生孔隙发育，完成岩期次生孔隙较为发育（图4）［13］。

孔隙中的方解石胶结物呈溶解残留体或被铁白云石取代，而白云石不存在溶解现象，而且还有铁白云石次生加大现象（图5），整体上碳酸盐胶结物含量随深度的增加有高-低-高的趋势，相应的储层物性表现出差-好-差趋势［23］。

塔里木盆地满北地区志留系砂岩发育大量早期碳酸盐胶结物，抑制了岩石后期的压实作用，并在后期埋藏过程中发生溶蚀形成大量次生孔隙，使原来被大量早期碳酸盐胶结物占据的孔隙被还原回来。

在溶蚀较发育的地方，早期的泥晶碳酸盐胶结物溶蚀强烈，保留较少，物性较好，孔隙度较高；

而溶蚀不发育的地方，碳酸盐含量较高，物性较差［14］。

该盆地英吉苏地区侏罗系储层以细粒-中粒碎屑岩为主，碳酸盐和泥质胶结物含量为8.9%，碳酸盐岩胶结胶结减孔量为8.57%～14.48%，较高碳酸盐岩（灰云质）含量一般5%～18%，最高可达38%，泥质含量一般5%～10%，最高可达20%，为早期成岩胶结作用的加强提供了物质基础，具有较强的胶结减孔作用。

具有明显的随着胶结物含量的增加而孔隙数量减少、储层物性变差的趋势［24］。

3.3砂岩中碳酸盐胶结物先缺乏后出现的砂岩物性特征

砂岩中早期有碳酸盐胶结物的产生会暂时破坏储层物性，却为后期的次生孔隙的产生提供了条件；

然而，若早期缺乏碳酸盐胶结，到成岩晚期又出现碳酸盐胶结，会使得储层物性变差。

塔里木盆地满东和满南地区志留系砂岩现今埋深3700m～5000m，孔隙度基本上都小于10%。

在埋藏过程中，碳酸盐胶结发生在岩石充分压实之后，晚期碳酸盐胶结物仅分布于岩石经充分压实后的粒间孔隙中，后期的溶蚀作用仅发生于粒间少量的碳酸盐，从而造成其虽埋藏较浅，碳酸盐胶结物含量低，却物性较差的特点［12］。

沙窝地区三工河组二段储层原始孔隙度约为37.0%。

早成岩期早期主要形成少量蒙脱石和泥晶方解石，对孔、渗影响小，因胶结作用丧失的孔隙度绝对值约0.5%；

早成岩期晚期随储集岩埋深的增大，压实丧失孔隙度绝对值约5%，胶结丧失孔隙度绝对值约1%。

中成岩期胶结作用（粘土矿物、含铁方解石等碳酸盐矿物及硅酸盐矿物）使储层的孔、渗透率进一步降低，丧失的孔隙度绝对值约2.5%，但同时溶蚀作用（长石和岩屑及少量碳酸盐矿物）又使储层物性得以改善，增加储集岩的孔隙度平均为3%，而该阶段也是石油充注到储层的时期，一定程度上抑制了胶结物的沉淀，有利于孔隙度的保存，致使储层的现今孔隙度保持在16%左右（图6）［18］。

由以上实例可以看出，在砂岩中碳酸盐岩胶结物的含量随埋深的增加、成岩期由早到晚的变化具有增加-减少-增加或缺乏-增加-减少的特征。

并且，早成岩期增加的碳酸盐胶结物多为方解石，晚成岩期所增加的碳酸盐胶结物多为方解石溶解后又沉淀铁方解石，并且白云石胶结的出现也多晚于方解石胶结。

砂岩中碳酸盐胶结的时间早晚对砂岩孔隙演化具有重要影响，在岩石未受充分压实前的早期碳酸盐胶结作用利于岩石孔隙保存，可以一定程度上抑制压实作用，使部分剩余粒间孔得以保存，为后来碳酸盐的溶蚀形成次生孔隙提供条件。

早期碳酸盐胶结发生越早、越强烈、占据粒间孔隙空间越多，后期可形成的次生孔隙量越大。

若砂岩中的碳酸盐胶结发生在岩石经过充分压实之后，缺乏早期胶结，完全靠颗粒支撑保存下来的压实剩余粒间孔孔径小，孔隙总体数量小，尽管岩石中碳酸盐胶结较弱、碳酸盐含量较低，也存在晚期的碳酸盐胶结物的溶蚀作用，但可供后期溶蚀的碳酸盐的量较少，因而形成的次生孔隙有限［12、25］。

因此，在早期碳酸盐含量高、胶结强烈的地区，通过对砂岩成岩作用序次、碳酸盐胶结时间早晚的研究仍然可以寻找到孔隙发育的优质储层，甚至有可能在埋深较深处发育优质储层。

4陆相和海相砂岩中碳酸盐岩胶结特征

4.1陆相砂岩中碳酸盐胶结特征

在我国油田发育的储层岩石类型大多数为陆相砂岩，其碳酸盐岩胶结物类型、对储层物性影响程度及分布特征如表5所示：

我国陆相砂岩中碳酸盐岩胶结物分布广，各盆地各含油层系均可见到。

它对储集性能影响大，可使孔隙发育的渗透层变为非渗透层或致密层。

碳酸盐岩胶结物种类多，常见的有方解石、铁方解石、白云石、铁白云石及及菱铁矿，少见片钠铝石。

在成岩过程中，方解石及白云石形成时期有早、晚之别，并具有不同特征（表6）。

早期沉淀的方解石及白云石，多出现在砂岩底部，形成透镜状非渗透砂体，终止或阻碍其他晚期成岩作用的进行，如石英次生加大等。

晚期形成的铁方解石及铁白云石（包括鞍状白云石）、属于埋藏成岩作用，随地层埋藏深度增加（或温度增高），晚期碳酸盐岩有增多趋势，铁方解石及铁白云石开始形成［26］。

4.2海相砂岩中碳酸盐胶结特征

在我国，海相砂岩发育很少，现仅以塔里木盆地海相砂岩中的碳酸盐岩胶结物发育特征为例展示海相砂岩中的碳酸盐岩胶结物发育特征。

塔里木盆地东河砂岩为一套浅海相沉积，碳酸盐胶结物以方解石、含铁方解石和含（铁）白云石为主，少量白云石和菱铁矿。

方解石含量较高，一般为15～25%，个别达到30%，分布均匀，呈晶粒状或嵌晶状，阴极发光显桔红色。

方解石胶结有两期。

第一期早期胶结物呈嵌晶状，强烈交代颗粒，阴极发光下可以看见清晰的环带，是在压实较弱的浅埋藏环境下沉淀的。

第二期成岩晚期产物呈斑块状充填于粒间孔中，与含铁白云石共生。

含铁方解石和（含）铁白云石在东河砂岩段中分布普遍，含量较低，为1～7%，个别达15～20%，分布不均匀，呈斑块状充填粒间颗粒，在主要压实期后形成的，为成岩晚期胶结。

白云石少见，含量1～3%，呈斑块状零星分布。

白云石也有两期胶结。

第一期形成于成岩早期，在含铁方解石之前沉淀，多为微晶和细晶，晶形差规模小。

第二期白云石与铁白云石共存，形成于晚成岩期。

菱铁矿不常见，含量不超过3%。

有的呈菱铁矿微晶形式充填粒间或呈结核状出现，或被方解石交代呈残余状，或呈较好的菱晶形，与重晶石一起充填粒间［27］。

5认识及与结论

本文通过不同地区碳酸盐胶结作用的特征，得出以下认识与结论：

①砂岩中的碳酸盐胶结物最常见的主要类型有方解石、铁方解石、白云石、铁白云石，早期主要呈泥晶状产出，后期多呈亮晶状产出；

②通过不同地区砂岩成岩作用研究，发现砂岩中碳酸盐胶结物的含量一般为5%～15%，总含量很少超过30%；

③在砂岩中碳酸盐岩胶结物的含量随埋深的增加、成岩期由早到晚的变化具有增加-减少-增加或缺乏-增加-减少的特征；

④随埋深增加、成岩期由早到晚变化，碳酸盐胶结物出现顺序为方解石-铁方解石-白云石-铁白云石，并且多集中分布在不整合面附近（多数分布在不整合面之下）约100m范围之内；

⑤早于压实作用的碳酸盐胶结作用有利于原始孔隙的保存，可以抑制压实作用对孔隙的破坏，为后期溶蚀作用并产生次生孔隙打下物质基础，这类碳酸盐胶结作用对孔隙演化有建设性作用；

相反，晚于压实作用的碳酸盐胶结作用不利于对原始孔隙的保存，反而后期充填减少孔隙，是一类破坏性胶结作用；

⑥由于我国大部分地区发育的是陆相砂岩储层，故难以对比陆相和海相砂岩中的碳酸盐胶结作用的区别，仅以实例简单说明它们的发育情况。

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