史涛 储层地质学.docx
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史涛储层地质学
碎屑岩储层成岩作用
（储层地质学读书报告）
学生姓名：
史涛
学号：
1008210281
院（系）：
油气资源学院
专业：
矿产普查与勘探
指导教师：
王起琮
完成时间：
2011年05月25日
碎屑岩储层成岩作用
全球主要油气田的储层是沉积成因的碎屑沿河碳酸盐岩地层，这就要求研究油气储层的沉积环境、古地理条件、沉积体系的空间展布特征及各沉积相带的相互配置关系；从而建立储层的沉积模式及地质模型，以便全面而准确地评价和预测储层的空间分布、形态特征与纵、横向上的物性变化规律，来满足油气勘探与开发所需要了解的储层的范围和井间特征。
碎屑岩储层与碳酸盐岩和其它岩类储层相比具有四个优点：
①孔隙以粒间孔为主，而碳酸盐岩多为粒内孔；②沉积作用控制强；③粒度的粗细对孔、渗的影响通常具有较好的规律性；④压实过程比较清楚，并易进行定量分析。
1.成岩作用类型
狭义的碎屑岩成岩作用主要有压实和压溶作用、胶结作用、交代作用、重结晶作用、溶解作用、矿物多形转变作用等。
它们都是互相联系和互相影响的，其综合效应影响和控制着碎屑沉积物的发育历史。
其中对碎屑岩储层物性有重要影响的是压实作用、胶结作用和溶解作用。
1.1压实作用
1）概念
在上覆压力作用下岩石脱水、脱气，孔隙度及颗粒间距离变小，沉积物体积收缩并致密。
压实作用主要发生于3000m以上，处于成岩作用早期。
2）压实作用结果
①压实组构：
泥岩、页岩、岩屑等假杂基化；
②火山岩岩屑等软塑性颗粒变形；
③石英、长石等刚性颗粒破裂。
④压实造成颗粒定向排列
⑤压实作用结果：
使孔隙水排出，颗粒紧密排列，岩石密度变大。
岩石的孔隙度Φ随深度D增加呈指数下降
如果粘土杂基含量高，则孔隙度衰减速率增大。
1.2压溶作用
1）概念
压溶作用是一种物理—化学成岩作用，沉积物随埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受的压力增大（超过正常孔隙流体压力），颗粒接触处的溶解度增高，发生晶格变形和溶解作用，砂质沉积物就进入了压溶作用阶段。
2）压溶作用结果：
①随着颗粒所受应力的不断增加和地质时间的推移，颗粒受压溶处的形态将依次由点接触演化到线接触、凹凸接触和缝合接触（如图1-1所示）②石英次生加大，渗透率降低。
图1-1颗粒的接触关系
本质上，压实作用和压溶作用是同一物理—化学过程的两个阶段，是持续进行的。
1.3胶结作用
1）概念
胶结作用是指从孔隙溶液中沉淀出矿物质（胶结物），将松散的沉积物固结起来的作用。
胶结作用是沉积物转变为沉积岩的重要作用，也是使沉积层中孔隙度和渗透率降低的主要原因之一。
常见胶结物：
碳酸盐、硫酸盐、粘土矿物、自生长石、硅质及石英等。
2）胶结方式：
孔隙充填、孔隙衬边式、孔隙桥塞式、次生加大式、基底式
3）胶结作用类型：
①氧化硅胶结作用—代表酸性孔隙水介质环境
氧化硅胶结物以非晶质和晶质两种矿物形态出现于碎屑岩中。
非晶质氧化硅胶结物为蛋白石，晶质氧化硅有玉髓和石英。
石英石碎屑岩中最常见的硅质胶结物，它可以呈微、细粒状充填于空隙中，但更常见的是以碎屑石英自生加大边胶结物出现。
石英次生加大，不易溶蚀，粒间管状喉道变为“片状”或缝状喉道，使储层孔渗性下降，发生于碱性环境。
Ⅰ级加大：
少量石英窄加大边或自形晶面；
Ⅱ级加大：
大部分石英和少量长石加大，有石英雏晶；
Ⅲ级加大：
所有石英和长石加大边，呈镶嵌状；
Ⅳ级加大：
颗粒缝合接触，自形晶面消失。
②碳酸盐胶结作用
碳酸盐是最常见的胶结物，包括方解石、文石、含铁方解石、白云石和含铁白云石。
其中分布最广和最常见的是方解石，其次是白云石。
文石是在现代砂岩中出现的，在较老的砂岩中均转变为方解石。
早期胶结物：
泥晶方解石杂基，或方解石连晶，碳酸盐胶结物后期溶解可形成有效的次生孔隙;储层物性随碳酸盐胶结物含量升高而降低。
晚期胶结物：
含铁方解石、含铁白云石胶结物。
③硫酸盐胶结作用
碎屑岩中最常见的硫酸盐胶结物有硬石膏和石膏，此外还有重晶石和天青石。
石膏和硬石膏常呈连晶状充填于孔隙中，也可交代出其他矿物，可形成于沉积期及成岩作用的各个阶段。
形成于沉积期和早成岩期的往往与强蒸发作用有关，形成于晚成岩期的往往与早期石膏溶解和再沉淀有关。
地层水与沉积物相互反应或不同地层水的混合，也可析出石膏和硬石膏。
④其他胶结作用
粘土矿物（蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石）、黄铁矿、沸石等,这些矿物含量变化大。
1.4交代作用
1）概念
交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象。
交代作用可以发生于成岩作用的各个阶段乃至表生期。
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的不规则边缘，也可以完全交代碎屑颗粒，从而成为它的“假象”。
后来的胶结物还可以交代早成的胶结物。
交接彻底时，甚至可以使被交代的矿物影迹消失。
交代作用的实质是体系的化学平衡及平衡转移问题。
当体系内的物理、化学条件发生改变时，原来稳定的矿物或矿物组合将变得不稳定，发生溶解、迁移或原地转化，形成在新的物理、化学条件下稳定存在的新矿物或矿物组合。
碱性环境中碳酸盐沉淀交代石英和长石，酸性环境二氧化硅沉淀，交代碳酸盐矿物和粘土矿物。
2）常见的交代作用
①氧化硅和方解石的相互交代作用
pH<8硅化作用；pH＝8～9.8两者均可沉淀；pH≥9.8方解石化；自然界中pH≥9.8很罕见，故温度很重要。
②方解石交代长石（交代钾长石常见）
③成岩晚期碳酸盐交代粘土矿物（有利介质条件：
pH≥8，较高的Ca2+浓度）
④粘土矿物交代长石
酸性介质条件：
高岭石化（斜长石、钾长石）
碱性介质条件：
绢云母化（斜长石）
1.5黏土矿物转化
黏土矿物胶结物：
蒙皂石、伊／蒙混层、高岭石、伊利石、绿泥石。
1）黏土矿物类型及转化：
蒙皂石：
随深度增加而减少，压实和脱水转换为伊利石；
伊利石、绿泥石：
随深度增加而增加；
高岭石：
成岩作用阶段长石溶蚀（3000m）形成次生溶孔，在酸性介质转变为伊利石，在富镁介质中转化为绿泥石。
储层的孔隙度一般随高岭石含量升高而升高，是沉积有机质热演化的催化剂。
2）页岩成岩作用对砂岩的影响：
（1）粘土矿物释放出离子和水份；
（2）孔隙水及新生水挤入砂岩；
（3）有机质脱羧和裂解的催化剂；
（4）页岩脱水增加地层流体压力。
1.6溶蚀作用
溶蚀作用是指大气淡水或酸性地层水溶解易溶矿物，形成次生孔隙发育带。
在表生成岩阶段，大气淡水溶蚀作用常见氧化铁侵染现象；晚期成岩阶段，溶蚀作用多见模铸孔、粒内孔，常见高岭石粘土矿物。
2.成岩相类型
从一般意义上来说，成岩相实在成岩与构造等作用下，沉积物经历一定成岩作用和演化阶段的产物，包括岩石颗粒、胶结物、组构、孔洞缝等综合特征。
成岩相是构造、流体、温亚等条件对沉积物综合作用的结果，其核心内容是现今矿物成分和组构面貌，主要是表征储集体性质、类型和优劣的成因性标志，可借以研究储集体形成机理、空间分布与定量评价。
预测有利孔渗性成岩相是储集层研究和油气勘探的重点。
成岩相是指成岩环境和成岩作用产物的总和。
其控制因素是埋藏深度决定成岩环境，成岩介质及原始沉积物决定成岩作用产物。
2.1强压实相
深埋藏杂砂岩，杂基含量＞15%。
①形成于杂砂岩，粘土杂基含量高，机械压实作用强。
②埋深较大的湖底扇、扇三角洲平原、重力流沟道砂体。
③含微孔隙和细喉道，孔隙度及渗透率低，为致密储层。
2.2弱压实相
中、浅埋藏粗、中细砂岩，胶结物含量＜5%。
①中、浅埋藏净砂岩，河道、三角洲前缘、扇三角洲前缘砂体。
②杂基含量低，颗粒支撑，压实作用弱，颗粒为点、线接触。
③胶结物含量低，孔隙度和渗透率高。
④沉积构造为平行及块状层理。
2.3弱压实弱胶结相
中、浅埋藏粗、中细砂岩，胶结物含量5%-15%。
①中、浅埋藏的河道、三角洲前缘、扇三角洲前缘砂体。
②胶结物含量较高，胶结物含量5%-15%。
③胶结物充填孔隙空间，储层孔渗性较差。
2.4强压溶相
深埋藏净砂岩，压溶作用强烈，碎屑颗粒之间呈缝合线及凹凸接触，储层物性差，以残余粒间微孔为主。
稳定组分如长石、碳酸盐矿物等发生溶解产生次生镶嵌式接触。
石英颗粒次生加大边发育，其他胶结物含量低。
2.5早期碳酸盐胶结相
碳酸盐胶结物含量高，15%-30%，与早期断层活动或蒸发咸化环境，呈充填孔隙式胶结或嵌晶式胶结，胶结物为方解石和含铁方解石，早期胶结而晚期未发生明显溶蚀，孔渗性很差，属于致密储层，分布在早期断层附近的滩坝及三角洲河口砂坝中。
2.6晚期碳酸盐胶结相
深埋藏阶段，胶结物为白云石和含铁白云石，含量10%-30%，属于深层致密储层，少量胶结物为被溶蚀的方解石和含铁方解石。
2.7二氧化硅胶结相
形成于石英净砂岩、粉细砂岩，二氧化硅胶结物5%-15%，早期硅质胶结物充填原生孔隙形成较规则石英次生加大边，硅质胶结物完全填满孔隙，分布于石英含量高的滩坝砂体，属低渗储层。
2.8强烈溶蚀相
受强烈淋滤的中、深埋藏的粗、中、细砂岩，不稳定组分溶解产生次生溶孔；中深部的主要储层，重要储层；原始孔渗性好的湖底扇辫状水道、三角洲水下分流河道、河口坝等砂体中；
3.成岩作用阶段
碎屑岩的成岩作用是指碎屑沉积物在沉积之后到变质之前发生的各种物理、化学及生物的变化，而不是狭义的指沉积物的石化和固结作用。
碎屑岩的这一系列成岩变化，对碎屑岩储层的孔隙形成、保存及破坏起着极其重要的作用。
简而言之，碎屑岩储层及其储集性能既受沉积相的控制，又受到成岩作用的强烈影响。
前者控制着储层物性的平面分区性；而后者决定着其垂向上的分带性。
因此，碎屑岩储层的成岩作用研究就是综合分析其中孔隙空间的形成过程、机理及其演化规律。
3.1成岩作用阶段划分依据
①成岩温度；
②有机质热成熟度指标;
③粘土矿物及混层粘土矿物的转化；
④自生矿物组合、分布、演变及其形成顺序；
⑤岩石的结构特点;
3.2成岩作用阶段
成岩作用阶段
埋藏深度
m
成岩温度℃
有机质成熟度
Ro
%
I/S中
S含量%
孔隙类型
孔隙度
%
同生作用
0
常温
同生结核、海绿石及鲕绿泥石、层理面菱铁矿微晶，粒间泥晶方解石
早成岩
A
弱压实作用带
＜2000
＜65
未成熟
＜0.35
＞70
原生孔隙
30-40
B
早期
胶结作用带
2000-2500
65-85
半成熟
0.35-0.5
50-70
原生+
次生孔隙
15-30
晚成岩
A1
溶解作用带
2500-3300
85-95
低成熟
0.5-0.7
35-50
次生孔隙
10-25
A2
溶解作用带-再胶结作用带
3300-4000
95-140
成熟
0.7-1..3
15-35
次生孔隙
10-25
B
再胶结作用带
4000-5000
140-170
高成熟
1.3-2..0
＜15
少量
次孔+缝
＜10
C
致密或裂缝带
＞5000
＞170
过成熟
＞2..0
＜15
裂缝
＜10
3.3成岩阶段岩性标志
1）同生期成岩标志：
沉积物未被新的沉积物掩埋，沉积物与水体间的化学反应、溶解及生物化学作用。
（1）海绿石、鲕绿泥石胶结物，同生结核；
（2）层理面菱铁矿微晶、泥晶碳酸盐胶结物；
2）早成岩期A期的成岩标志
（1）岩石：
岩石疏松、未固结，原生粒间孔隙发育；
（2）碎屑及胶结物：
石英无加大，长石未溶解，少量碳酸盐胶结物；
（3）粘土：
富集蒙皂石（混合粘土中蒙皂石＞70％），少量自生高岭石、它生伊利石；
（4）重矿物：
中角闪石、绿帘石等不稳定矿物较多。
3）早成岩期B期的成岩标志
（1）岩石：
岩石半固结，大量原生孔隙，少量次生孔隙及碳酸盐胶结物，
（2）碎屑及胶结物：
石英次生加大1级，具窄加大边或自形晶面，见石英小雏晶;
（3）粘土：
无序混层粘土，自生高岭石多，它生伊利石。
（4）重矿物：
不稳定矿物溶解现象。
4）晚成岩期A期
（1）碎屑及胶结物：
石英次生加大2级；长石及碳酸盐胶结物被溶解，发育次生孔隙；铁白云石等胶结物；
（2）粘土：
自生高岭石、混层粘土、发丝状伊利石、叶片及绒球状绿泥石，有序混层粘土矿物，见混层绿泥石／蒙皂石。
5）晚成岩期B期
（1）石英次生加大3级，自生晶体连接，长石次生加大，岩石致密；
（2）有较多含铁碳酸盐胶结物；
（3）高岭石含量减少或缺失，浊沸石溶解，偶见榍石等自生矿物;有序混层粘土矿物。
6）晚成岩期C期
（1）岩石致密，孔隙少,裂缝发育；
（2）4级石英次生加大，颗粒间缝合状接触，自形晶面消失；
（3）自生矿物：
晚期碳酸盐矿物、钠长石、榍石（钙钛硅酸盐），伊利石和绿泥石；
7）表生期成岩标志
（1）含铁矿物褐铁矿化，碎屑颗粒表面覆氧化铁膜，岩石褐铁矿浸染；
（2）大量表生高岭石，硬石膏石膏化；
（4）溶蚀孔隙中含渗流砂，新月形碳酸盐胶结及重力胶结；
4.成岩作用的影响因素
4.1埋藏深度
埋藏深度控制地温和压力。
＜2500m主要为机械压实作用，以原始孔隙为主；
2500-5000m，成岩强度中等-强，以次生孔隙为主；＞5000m，成岩作用强，少量次生孔隙。
4.2碎屑岩岩性
1）碎屑岩成分
早成岩阶段：
石英及长石砂岩成岩强度弱，岩屑砂岩的压实作用强；
中成岩阶段：
长石、岩屑砂岩易产生次生溶孔；石英砂岩硅质胶结物含量高；
2）碎屑分选和粒度
碎屑粒度粗分选好有利于溶蚀作用。
粒度中值与物性正相关，碎屑分选好孔渗性较好。
3）杂基含量
杂基含量大于15％（杂砂岩）：
不利于溶蚀作用进行，受压实作用影响大易形成致密储层；
杂基含量5%~15%，有利于溶蚀作用进行，易于形成次生孔隙储层，
杂基含量小于5%：
有利于溶蚀作用进行，可形成次生孔隙储层，晚期可形成致密储层。
4）沉积构造
块状层理、平行层理：
有利于溶蚀作用，易形成次生孔隙，孔渗性好、次生孔隙发育。
波状层理、斜波状层理、小型交错层理：
受压实作用影响大，次生孔隙不发育。
生物扰动构造：
垂直、倾斜及“U”形的潜穴，强扰动呈迹或斑点状，可改变储层的原始物性。
储层孔、渗性与生物扰动强度具有正相关性。
4.3有机质演化
有机质演化产生烃类、CO2、有机酸；
晚成岩A1期（85-95℃，低成熟）：
干酪根释放含氧官能团形成有机酸（甲酸、醋酸、……）；
晚成岩A2期（95-140℃，成熟）：
羧酸脱羧，形成烃和CO2；CO2与水成碳酸；
晚成岩B期（140-170℃，高成熟）：
有机酸全部转化为CO2，含铁碳酸盐沉淀。
4.4油气聚集的影响
油层孔隙度和渗透率高,碳酸盐胶结物含量低（6%）。
烃类抑制成岩作用进行，保存孔隙；
烃类聚集抑制地层水流动，阻断胶结物质来源；
4.5构造位置和断层活动
大规模次生孔隙形成于地层水不断渗流和交替过程。
沉积体中流体运动形式分为上升流、下降流和热对流。
1）上升流
压实和粘土矿物脱水引起流体向上或向外侧运移，此类上升流把深部溶解物带至浅部沉淀，深部形成次生孔隙带，而浅部形成致密带。
2）下降流
地形起伏大的地区大气淡水向下运移，此类下降流在不整合面以下及浅层形成次生孔隙带，深层形成致密带。
3）热对流
物质随流体以热对流的方式，穿过等温线发生迁移，盆地中不同深度流体流动方式不同：
（1）浅层（＜3500m）
流体流动方式：
压实和粘土矿物脱水引起上升流；
流体性质：
含有机酸流体向构造高部位运移，形成构造高位及斜坡带的次生孔隙带。
（2）深层（>3500m）
流体流动方式：
热对流。
超压带成岩作用强，储层致密流体运动方式为热对流。
热对流溶蚀作用：
地层倾角大的构造翼部发生溶蚀作用，溶蚀作用局限，溶蚀量小。
断层活动时期对成岩作用影响：
如果胶结物沉淀与断层活动时期一致，断层附近形成致密胶结带。
如果酸性流体活动与断层活动时期一致，断层附近形成次生孔隙发育带。
5.成岩演化模式
5.1储层成岩作用研究目的
在研究成岩作用类型、阶段及影响因素的基础上，总结成岩演化模式，预测有利孔隙发育带，寻找有利构造部位的有利砂体的高孔隙发育带；
5.2成岩演化模式的内容
构造演化史；流体运移史；烃类运聚史；成岩演化史等；
对于目的层建立标准；对于新地区（新层系）能起到到提纲和指南作用。
5.3成岩作用模式
中国东部断陷湖盆碎屑岩储层成岩作用综合模式。
1）正常压力带（埋深3200m以上）
压实水由盆地中心向构造高部位或盆地边缘运移。
进入生油窗，携带有机质脱羧产生的酸性流体，溶解、溶蚀不稳定组分（主要是长石、不稳定岩屑和碳酸盐矿物），在构造高部位或盆地边缘，形成次生孔隙发育带。
2）超压带（埋深3000-5000m）
流体流动方式为热对流。
热对流主要发生于地层倾角大的部位，溶蚀作用主要发生在构造翼部、斜坡带和中央隆起带两侧，但形成的次生孔隙发育带较局限。
3）超高压带（埋深＞5000m）
原生和次生孔隙均达到不可压缩的极限状态。
孔隙主要是油气聚集而保留下来的原生孔隙或次生孔隙，高孔渗带主要分布在古隆起高点或古圈闭处。
4）构造缓坡带和古隆起顶部：
抬升作用使该部位的储层易遭受剥蚀、风化、淋滤作用，经受大气淡水成岩作用，产生高溶孔发育带。
参考文献
【1】于兴河编著，2002，碎屑岩系油气储层沉积学.石油工业出版社
【2】赵澄林，朱筱敏主编，2000，沉积岩石学（第三版），石油工业出版社
【3】邹才能，陶士振，周慧等，2008，成岩相的形成、分类与定量评价方法，石油勘探与开发
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