碳酸盐岩成岩作用及成岩相

碳酸盐岩成岩作用及成岩相

张萌

（中石化新疆新春石油开发有限责任公司，山东 东营， 257000）

摘要：碳酸盐岩作为一种重要类型的储集层，非均质性强，储集空间以次生孔隙为主，受成岩作用控制明显。碳酸盐岩成岩类型多样，根据对储层物性影响可以划分为建设性成岩作用，主要有白云岩化作用、古岩溶作用、溶解作用、破裂作用等；破坏性成岩作用，主要有胶结作用、充填作用、压实(溶)作用、去白云岩化作用等；复合性成岩作用主要有重结晶作用、交代作用、泥晶化作用等。根据碳酸盐岩储层成岩作用的不同，碳酸盐岩将成岩相划分为 11 类最基本的单一成岩相，根据成岩环境的不同，将三类成岩相（溶蚀相、云化相、胶结相）划分为 8 类单一成岩亚相。

关键词：碳酸盐岩；储层类型；成岩作用；成岩相

0 引言

碳酸盐岩分布面积占全球沉积岩总面积的20%，所蕴藏的油气储量占世界总储量的52%，世界碳酸盐岩储层的油气产量约占油气总产量的 60%。中国至少有300×10⁸t的海相碳酸盐岩油气资源量，是十分重要的勘探领域。

1 碳酸盐岩储层类型

储层分类是油气储层评价的关键环节。碳酸盐岩储层分类方案多样，目前主要根据储层岩石类型、储集空间类型、储层发育主控因素分类。目前对碳酸盐岩储层的分类方案主要基于3种标准：（1）按岩石特征和毛管压力参数分类；（2）按储层的孔渗类型分类，即根据孔渗空间种类及其组合特征分类；（3）按碳酸盐岩所经历的演化历史及其主要地质因素分类。方案 1 的主要缺陷是与地质成因背景之间的联系比较薄弱；方案 2 主要是由于各类空隙空间与物性参数之间不存在严格的对应关系，既造成各类储层的物性参数变化相当大，也使得各类储层的测井及地震识别具有极大的不确定性；方案3尽管考虑了不同地质环境下储层演化以及对储层孔渗性的影响，但是忽略储层微观孔渗特征。

2 碳酸盐岩储层主要成岩作用

影响碳酸盐岩储层发育的因素主要包括岩性、沉积环境、成岩作用、构造作用等。岩性和沉积环境是影响碳酸盐岩原生孔隙发育的主要因素。沉积环境对碳酸盐岩储层的发育具有重要的控制作用，储层储集条件的好坏及后期变化均与沉积物类型和沉积环境有明显关系。

2.1 压实（溶）作用

传统观点认为：碳酸盐岩中不存在压实作用。即使存在也是微弱的、不显著的。随着研究的深入，越来越多的学者取得了一致的意见，不管是深水碳酸盐岩，还是浅水碳酸盐岩都存在压实作用。常见的现象包括颗粒镶嵌接触、变形、压塌、断裂等，是造成原生孔隙度减小的重要作用。

总之，压实作用对孔隙度和渗透率都具有负相关关系。通过对和田河气田岩心铸体薄片观察发现缝合线中的泥质多为半充填，存在许多缝洞，溶蚀作用沿缝合线常课扩溶形成串珠状溶洞，而且常常被泥质、沥青、原油充填，表明缝合线大部分已成为油气的储集空间和运移通道，说明在某些情况下压溶作用可以适当改善储层物性。

2.2 溶解作用

碳酸盐沉积物（岩）形成后，很容易溶解。不同深度方解石和白云石的溶解作用有差异。CaCO₃-H₂O-CO₂平衡体系总体表现为在深度小于700m的地层中碳酸盐矿物以溶解为主，而在深度大于700m的地层中，碳酸盐矿物以沉淀为主。对比碳酸盐的溶解量和沉淀量，将小于700m的深度范围定义为碳酸盐溶解带，700~2500m的深度范围定义为碳酸盐补偿带，大于2500m的深度范围定义为碳酸盐沉淀带。

2.3 矿物的转化和重结晶作用

重结晶作用是指在其成岩过程中，矿物的晶体形状大小和矿物组成发生变化。碳酸盐矿物重结晶一般与大气降水和埋藏成岩环境下的晶体生长和亚稳态镁方解石和文石转变为方解石有关。一般情况下趋向于出现晶体长大的现象，从而造成孔隙减小，特殊情况下也出现晶体的缩小，对孔隙度增加有贡献。

2.4 胶结作用

方解石的胶结充填作用是破坏孔隙和降低孔隙度的最主要因素之一。胶结作用主要发生在海底及浅地表大气淡水成岩环境，可以使沉积物中的原生孔隙及早期溶蚀孔隙全被充填，造成碳酸盐岩孔隙度的降低，对储层储集空间具有破坏作用。

2.5 矿物交代、充填作用

对塔中碳酸盐岩储层成岩作用研究认为，主要存在萤石、硬石膏、石英及黄铁矿等交代充填。其他次要的交代、充填作用包括黄铁矿化及黄铁矿的充填作用、粘土矿物的充填作用、石盐的充填作用等。据塔中24、44井灰岩样品的扫描电镜分析，晚期孔洞中常含有伊利石、石盐的充填物，它们的含量虽不高，却对晚期成岩环境有着重要意义，它们的共生出现，说明天然气聚集之后的碱性环境存在。

2.6 去白云石化作用

去白云石化作用被定义为：与白云石化作用相反的一种过程，通过高Ca/Mg值的溶液与白云石反应，白云石被其他矿物交代的现象。与去白云石化作用伴生的次生孔隙在烃类储集层中的分布要比原来认为的普遍得多。认为去白云石化不但产生了新的矿物-高镁方解石或文石，而且，由于新矿物在矿物学上的不稳定性，尔后又形成了很多菱面体的孔隙，大大提高了岩石的孔隙度，为油气、水等流体的运移、储集提供了孔隙空间。

3 碳酸盐岩成岩相

大量碳酸盐岩储层物性统计表明，成岩作用改造后形成的次生孔隙是主要储集空间，其形成和展布主要受成岩作用类型和强度所控制，成岩作用的复杂性是造成碳酸盐岩储层非均质性强的主要原因。成岩相是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。从对储集层影响的角度，存在扩容性和致密化2种成岩相类型。

成岩相的分类既要体现成岩环境和成岩作用的双重作用，又要有利于成岩相的识别和操作，根据碳酸盐岩储层成岩作用的不同，将成岩相划分为 11 类最基本的单一成岩相：压实相、压溶相、溶蚀相、云化相、胶结相、膏化相、去云化相、去膏化相、重结晶相、破裂相、充注相（进油气^[44]）。根据成岩环境的不同，将三类成岩相（溶蚀相、云化相、胶结相）以划分为 8 类单一成岩亚相：大气淡水溶蚀亚相、埋藏溶蚀亚相、准同生云化亚相、埋藏云化亚相、混合水云化亚相、海底胶结亚相、淡水胶结亚相、埋藏胶结亚相。

4 结论

1、碳酸盐岩储层很大程度上受成岩作用影响，按对储层储集的影响主要划分为3种类型：建设性成岩作用、破坏性成岩作用及复合性成岩作用。建设性成岩作用主要有白云岩化作用、古岩溶作用、溶解作用、破裂作用；破坏性成岩作用主要有胶结作用、充填作用、压实(溶)作用、去白云岩化作用；复合性成岩作用主要有重结晶作用、交代作用、泥晶化作用。

2、成岩相的分类既要体现成岩环境和成岩作用的双重作用，又要有利于成岩相的识别和操作，根据碳酸盐岩储层成岩作用的不同，将成岩相划分为 11 类最基本的单一成岩相：压实相、压溶相、溶蚀相、云化相、胶结相、膏化相、去云化相、去膏化相、重结晶相、破裂相、充注相。根据成岩环境的不同，将三类成岩相（溶蚀相、云化相、胶结相）以划分为 8 类单一成岩亚相：大气淡水溶蚀亚相、埋藏溶蚀亚相、准同生云化亚相、埋藏云化亚相、混合水云化亚相、海底胶结亚相、淡水胶结亚相、埋藏胶结亚相。

参考文献

[1]江怀友，宋新民，王元基，等．世界海相碳酸盐岩油气勘探开发现状与展望[J]．海洋石油，2008，28(4)：6~13．

[2]金之钧．中国海相碳酸盐岩层系油气勘探特殊性问题[J]．地学前缘，2005，12(3)：15~23．

[3]邹才能，陶士振．海相碳酸盐岩大中型岩性地层油气田形成的主要控制因素[J]．科学通报，2007，52(增刊I)：32~39．

[4]张秀莲．碳酸盐岩成岩研究的新方法：成岩综合柱状图[J]．地质科学，1995，30(4)：401~412．

[5]余宽宏，金振奎，潘怡，等．全球显生宇碳酸盐岩储层及油气资源量分布特征[J]．天然气地球科学，2012，23(4)：748~752．

[6]罗平，裘怿楠，贾爱林，等．中国油气储层地质研究面临的挑战和发展方向[J]．沉积学报，2003，21(1)：142~147．