何 賽，趙 龍，黃 鑫

(成都理工大學能源學院,四川 成都 610059)

碳酸鹽巖儲層成巖作用及孔隙演化研究方法

何 賽，趙 龍，黃 鑫

(成都理工大學能源學院,四川 成都 610059)

碳酸鹽巖儲層油氣資源豐富，它蘊含的油氣約為世界油氣資源的1/2。在沉積過程中碳酸鹽巖的成巖作用直接控制了巖石中有機組分的轉化,決定了巖石中孔隙的形成、演化，以及儲集類型和規(guī)模。由于成巖作用及儲滲空間演化具有復雜性，進而增加了碳酸鹽巖儲層油氣的開發(fā)難度。常見的成巖作用有:壓實壓溶作用、膠結作用、充填作用、交代作用、白云石化作用、重結晶作用、溶蝕作用、破裂作用等成巖作用。其中有利于儲滲空間形成的成巖作用為白云石化作用、溶蝕作用或巖溶作用和構造破裂作用。不利于儲滲空間形成的作用為膠結作用、機械壓實及壓溶作用。與儲滲空間形成關系不密切的成巖作用為重結晶作用和硅化作用。成巖作用與儲滲空間演化分析是油氣開采的重要向導，因此成巖作用的研究對碳酸鹽巖儲層的勘探與開發(fā)具有重要的指導意義。實驗室中，可應用鑄體薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡、碳氧同位素、流體包裹體分析等室內分析技術對碳酸鹽巖儲層的成巖作用、孔隙結構、儲層孔隙演化及其特征進行詳細的研究。

碳酸鹽巖儲層；成巖環(huán)境；成巖作用；孔隙結構；演化特征

碳酸鹽巖油氣儲層在全球的分布范圍廣，油氣資源量豐富，其在世界多數(shù)含油氣盆地中均有發(fā)育，如中國新疆塔里木盆地寒武-奧陶系白云巖儲層、中東波斯灣盆地侏羅系灰?guī)r/白云巖儲層、巴西桑托斯盆地下白堊統(tǒng)鹽下統(tǒng)湖相微生物碳酸鹽巖儲層等。碳酸鹽巖儲層的厚度普遍較大，在盆地區(qū)域內的展布情況較好，具有極大地勘探開發(fā)潛力。但由于碳酸鹽巖儲層的非均質性強，孔隙結構和儲層物性受不同的成巖環(huán)境和成巖作用影響較為強烈[1]，這對碳酸鹽巖儲層有利區(qū)帶的優(yōu)選及開發(fā)造成了一定的困難，因此，對碳酸鹽巖儲層孔隙結構的演化過程進行系統(tǒng)的分析就顯得十分必要，本文將結合碳酸鹽巖儲層不同的成巖環(huán)境和成巖作用，具體介紹碳氧同位素分析法、碳酸鹽巖礦物流體包裹體測試技術、掃描電鏡法、鑄體薄片和圖像分析儀、陰極發(fā)光顯微鏡法這5種不同的碳酸鹽巖儲層孔隙演化分析方法。

1 碳酸鹽巖成巖環(huán)境及特征

成巖作用除受沉積物本身本身性質如礦物成分、結構、構造等的影響外，還受溫度、壓力、孔隙流體性質等因素的控制[2]。這些因素在地表或地下不同地方各不相同。即在不同的空間位置，可能會發(fā)生不同的成巖作用，從而影響巖石的孔隙特征和儲集性能，因而成巖環(huán)境的討論具有重大的實際意義。

1.1 海水環(huán)境

以正常低海平面為界，海水(海底)沉積后作用環(huán)境分為海水滲流和海水潛流兩個環(huán)境。

①海水潛流亞環(huán)境及其成巖作用

處于正常低潮線以下的海底屬海水潛流亞環(huán)境，包括淺水和深水兩個碳酸鹽巖沉積地區(qū)。又根據(jù)是否發(fā)育粒間膠結作用將其分為活動帶和停滯帶兩帶?；顒訋幱诓ɡ?、潮汐或海流促使海水進人沉積物的地方，脫氣或光合作用等因素有利于CO2逸散或消耗，導致過飽和孔隙水在顆粒內部沉淀膠結顆粒；停滯帶處于水循環(huán)及水化學條件不利于膠結物形成的環(huán)境，如?湖及較深水環(huán)境等，主要發(fā)育藻鉆孔及泥晶化作用。

海水潛流亞環(huán)境中的沉積后作用，主要是成巖作用，它包括溶解作用、膠結作用、生物成巖作用(即藻鉆孔和泥晶化作用)和新生變形等作用。

②海水滲流亞環(huán)境及其成巖作用

海水滲流亞環(huán)境是沿濱線分布的碳酸鹽地帶，其位置相當于潮間和潮上帶，是巖石-水-空氣接觸的三相環(huán)境。在潮濕的氣候區(qū)，海濱底下的淡水從陸地向海流出，其淺水面在濱線沉積物表面或恰在其下，水體常是海水與大氣水的混合。這種環(huán)境下的沉積后作用，主要是成巖作用，包括膠結作用、藻鉆孔和泥晶化作用、交代作用。

1.2 大氣淡水成巖環(huán)境

大氣淡水成巖環(huán)境為碳酸鹽沉積物暴露于大氣中而受到大氣淡水的影響地帶。大氣淡水作用機制十分復雜，幾乎每種成巖作用機制都可發(fā)生于大氣淡水成巖環(huán)境。大氣淡水成巖可分為滲流與潛流兩個亞環(huán)境。

①淡水滲流亞環(huán)境及其成巖作用

淡水滲流亞環(huán)境位于潛水面以上，孔隙水被淡水充填，所以孔隙處于開放系統(tǒng)。根據(jù)孔隙水的CaCO3飽和情況，又分為溶解與沉淀兩帶。溶解帶位于潮濕氣候區(qū)，溶有CO2的雨水下滲可使孔隙水的酸性增加，成巖作用為溶解作用。該帶深度一般較淺，但有時也可以延伸到潛水面。而沉淀帶出現(xiàn)于滲流帶中孔隙水處于飽和狀態(tài)的任何地方，因孔隙水的蒸發(fā)或CO2脫氣而產(chǎn)生沉淀。淡水滲流成巖作用主要有溶解作用及膠結作用。

②淡水潛流亞環(huán)境及其成巖作用

淡水潛流亞環(huán)境位于潛水面之下，自上而下可分為未飽和帶、活動飽和帶和停止飽和帶三個帶。其中未飽和帶位于潛流帶最上部，來自滲流帶的酸性水使該帶處于不飽和碳酸鹽狀態(tài)，成巖作用主要是溶解作用；在活動飽和帶中，孔隙被飽和碳酸鈣的孔隙水充滿，活躍的水循環(huán)有利于發(fā)生廣泛的膠結作用，其次為新生變形和重結晶作用；而停滯飽和帶位于淡水潛流環(huán)境的較深部位，水的運動很緩慢。在大氣水進入該帶之前，來自滲流帶的過剩碳酸鈣沉淀已與周圍沉積物建立了平衡，膠結作用已不發(fā)育，起主要作用的是新生變形作用。淡水潛流成巖作用的類型有溶解作用、膠結作用、新生變形和重結晶作用。

1.3 海水-淡水混合環(huán)境

1.3.1 海水-淡水混合環(huán)境的分布

海水-淡水混合環(huán)境處于淡水潛流帶之下與海水潛流帶之上的過渡位置，以形成半咸水為特征。在潮濕氣候區(qū)、海濱、島嶼以及海退時的礁、灘環(huán)境，都可能出現(xiàn)海水-淡水混合成巖環(huán)境?；旌蠋У奈恢门c季節(jié)降雨量的位置相適應，隨時間而變動。

1.3.2 海水-淡水混合成巖作用

海水-淡水混合成巖環(huán)境主要發(fā)生溶解、膠結、白云石化、新生變形4種成巖作用。

溶解作用:在較淡的混合水環(huán)境中，巖石中的不穩(wěn)定成分如文石、高鎂方解石等被溶濾形成溶模孔隙或組構選擇性溶孔。

膠結作用:混合水的性質決定著膠結作用的特征。靠近淡水一端的混合水環(huán)境主要形成微晶一葉片狀方解石膠結物；靠近海水一端，混合水環(huán)境則形成鎂方解石的等厚環(huán)邊膠結。

混合水形成的另一種沉淀礦物是瘤狀隧石，其生成表明水的咸度對石英的生成是過飽和的，對方解石是不飽和的。

白云石化作用:主要發(fā)生混合水白云石化作用。

新生變形作用:主要是咸度較低的混合水環(huán)境中，可以發(fā)生文石和鎂方解石向方解石轉化，可能還伴隨重結晶作用。

1.4 埋藏環(huán)境

碳酸鹽沉積物在石化過程中或石化后可逐漸被埋藏起來，隨著溫度和壓力的增加而發(fā)育理藏成巖作用[3]。在理藏成巖環(huán)境中，碳酸鹽巖(沉積物)將經(jīng)受一系列物理和化學變化，其中主要包括(機械和化學)壓實作用、膠結作用、不穩(wěn)定碳酸鹽向穩(wěn)定的低鎂方解石的轉變作以及原始有機質的分解和轉變作用等。

埋藏成巖作用的類型有物理壓實作用、壓溶作用、膠結作用、埋藏白云石化作用、交代作用、礦物轉化作用、有機質的生物化學蝕變作用、干酪根的熱化學蝕變作用以及碳酸鹽和硫酸鹽的理藏溶解作用等。

1.5 表生環(huán)境

碳酸鹽巖被理藏后，在構造作用下又可向地表抬升，從而處于表生成巖環(huán)境。表生作用帶一般以地下水面為上界，主要有溶解(蝕)作用、孔隙及裂縫的充填或膠結作用以及某些交代作用。

在近地表環(huán)境，碳酸鹽巖受潛水的作用，由于來自雨水的潛水富含溶解的CO2和氧，主要發(fā)生溶蝕作用和氧化作用，含低價鐵和錳的礦物將氧化為含水的氫氧化物。溶蝕作用使原來的孔隙擴大，產(chǎn)生溶溝、溶縫和溶洞，有時含鐵碳酸鹽礦物溶解也可形成一些保存原來礦物外形的溶孔。

1.6 小結

任何碳酸鹽巖成巖地質體都是多種成巖作用的綜合產(chǎn)物，不同成巖作用隨成巖環(huán)境的變遷而不斷改變，同類成巖作用也可以形成與不同成巖階段。

碳酸鹽巖沉積后作用與油氣的儲集性能的關系十分密切，因為碳酸鹽巖的孔隙是油氣的儲集空間；這些孔隙的形成、增大、減小甚至消失的整個演化歷史，除了受沉積作用及沉積環(huán)境的控制外，更受碳酸鹽沉積物的各種沉積后作用及其沉積后環(huán)境的控制。

2 碳酸鹽巖孔隙演化的分析方法

碳酸鹽巖孔隙的演化受成巖作用和成巖環(huán)境的影響十分強烈，在不同的成巖環(huán)境中孔隙的演化方向也不盡相同，所以碳酸鹽巖的孔隙演化過程十分復雜，對孔隙的演化的定量分析的難度也比碎屑巖大。經(jīng)過綜合考慮，共總結5種碳酸鹽巖儲層成巖環(huán)境及孔隙演化的定量分析方法，現(xiàn)分述如下。

2.1 碳氧同位素分析法

碳酸鹽礦物(文石和鎂方解石)在沉積物中是一種欠穩(wěn)定的礦物，沉積物堆積之后，在成巖作用過程，隨著成巖環(huán)境的變遷，孔隙水性質的改變，沉積物本身和孔隙都有較大的變化，因而次生孔隙在碳酸鹽巖中具有極為重要的意義。因此，確定碳酸鹽沉積物堆積之后在成巖作用過程中，原始沉積物的變化，儲集孔隙的形成和演化(原生孔隙的改造和次生孔隙的形成)以及有關孔隙的地質分布是碳酸鹽巖儲層地質研究的重要的課題。由于它的復雜性，有時僅僅使用碳酸鹽巖儲層沉積學和巖石學的研究方法還不足以得出它們的確切信息，這時對碳酸鹽巖進行儲層地球化學的研究是非常必要的。

沉積作用形成的海相碳酸鹽巖，主要是由文石、鎂方解石、以及低鎂方解石組成。它們與海水基本上處于平衡狀態(tài)。但是，在近地表成巖環(huán)境中，潮坪沉積和堡島地區(qū)，間歇性地受到大氣水的影響(潮濕氣候)，或者受到強烈的蒸發(fā)作用影響(干燥氣候)，孔隙水成分改變或蒸發(fā)作用，都會造成沉積物和膠結物的碳氧同位素成分變化[4]。因此，近地表成巖環(huán)境中，海水潛流膠結物的碳氧同位素與碳酸鹽沉積物近似，在某種程度上反映海水特征。大氣水滲流帶和大氣水潛流帶膠結物的碳氧同位素偏負，在某種程度上反映大氣淡水的特征。在埋藏成巖環(huán)境的膠結物，由于孔隙水成分是地層水，由開放變成封閉條件，溫度影響，碳氧同位素將會發(fā)生變化。總之碳酸鹽沉積物，在成巖作用過程中，由于孔隙水成分的變化，由開放狀態(tài)逐漸進人到半封閉和封閉狀態(tài)，由溫度比較低到一定的溫度，將導致碳酸鹽沉積物的欠穩(wěn)定礦物(文石、鎂方解石、原白云石)的礦物學轉變、重結晶和交代，以及膠結物的沉淀。這一切都會使原始沉積物的碳氧同位素組分發(fā)生變化。這些同位素差別反過來可以作為我們識別成巖環(huán)境的標志。

2.2 碳酸鹽巖礦物流體包裹體測試技術

礦物流體包裹體是礦物結晶生長時，一部分成礦流體被包裹在礦物晶格的缺陷或窩穴中，至今尚在礦物中保存，并與主礦物(含有包裹體的礦物稱為主礦物)有著相界限的那一部分物質。包裹體在分析孔隙演化時主要是表現(xiàn)在對不同成巖環(huán)境的判斷。

大陸成巖和地下埋藏成巖環(huán)境中的包裹體具有不同特征的演化特點。

2.2.1 大陸成巖環(huán)境

在近地表滲流環(huán)境結晶的碳酸鹽礦物晶體中，所含的全部包裹體主要是單相液體包體，并具有低溫特征，冷凍時，包體得出的是淡水鹽度，包體溫度在50℃以下，表明其低溫成因。由于滲流環(huán)境是兩相系統(tǒng)，也會有一些氣液比變化很大的兩相包體，從低于50℃到數(shù)百度(℃)。其均一溫度與礦物結晶溫度無關，而受兩相包體中氣液比值控制。用冷凍法測出的溶化溫度反映淡水鹽度。

在大氣潛流帶中沉淀的方解石晶體所含包體均為單相液體包體，包體溫度在50℃以下，用冷凍法測出包體中的液體為淡水鹽度，表明方解石晶體是低溫成因。在埋藏受熱時，部分單相液態(tài)包體變?yōu)闅庖罕认喈斠恢碌膬上喟w，其所含液體的鹽度也隨之變化，但單相液體包體仍為淡水鹽度。進一步埋藏受熱時，更多單相液體包體將發(fā)生再平衡作用變?yōu)閮上喟w，其氣液比相當一致，均一溫度增高，接近于在埋藏受熱時再平衡作用的溫度，一些包體中還保留原始的低鹽度，但另一些卻是表現(xiàn)為再平衡時的新流體的鹽度。

淡水與海水混合帶是大陸成巖環(huán)境與海底成巖環(huán)境的過渡環(huán)境，該環(huán)境沉淀的方解石中所含流體包體特征與大氣潛流帶相似，所不同的僅是其鹽度的差異[5]。因此，根據(jù)少量單相液體包體的鹽度測定，就可區(qū)別是淡水與海水混合帶還是大氣潛流帶。

2.2.2 地下埋藏成巖環(huán)境

壓力和溫度在該環(huán)境中有顯著的意義，在埋藏環(huán)境溫度較高的水溶液中沉淀的礦物晶體中，所含包體均為兩相包體，其氣液比相當一致，均一為溫度變化幅度非常小，90%左右包體均一溫度的變化幅度在10℃以內，同時，其鹽度也相當一致。這是在較高溫度(﹥50℃)下所形成的流體包體的顯著特征。

在進一步埋藏受熱時，這類包體由于再平衡作用最初緊密分布的均一溫度將會有所改變，這部分包體的均一溫度經(jīng)再平衡作用后將會增加，均一溫度增加的上限接近于其所經(jīng)歷的最大古地溫。冷凍法測定表明，部分包體的鹽度相當一致，而經(jīng)再平衡作用后的包體，其鹽度變化較大。

2.3 掃描電鏡法

掃描電子顯微鏡(SEM)具有極高的分辨率，掃描放大的倍數(shù)可以從2～20萬倍，而且連續(xù)可調，顯微圖像的景深大，立體感強?？梢詼蚀_的分析出樣品孔隙的結構，特別是對晶間孔隙結構的描述有著較好的效果。并且也還可對樣品顆粒的大小形狀和排列方位有直觀的認識。進而對孔隙演化方向有著準確的認識。

2.4 鑄體薄片和圖像分析儀

利用鑄體薄片在圖像分析儀中能直接觀察孔隙的幾何特征，圖像分析儀能對微觀和宏觀的圖形迅速準確地進行定量檢測，能測定孔隙、喉道以及巖石顆粒有關特征參數(shù)。如面孔率、孔隙面積、孔隙周長、孔隙最大直徑、孔隙最小直徑、孔隙等效圓直徑、孔隙寬長比(伸長度)、孔隙形狀因子(圓度)、孔隙彎曲度、孔隙比表面、孔隙配位數(shù)等孔隙特征參數(shù)，喉道直徑、孔喉比等喉道特征參數(shù)，巖石顆粒中各礦物的含量、巖石顆粒大小、形狀特征等巖石顆粒特征參數(shù)，并根據(jù)作視學理論來研究三維孔隙大小分布。是研究孔隙結構的直觀方法

通過對孔隙結構和孔隙類型的研究，確定成巖環(huán)境、成巖階段和成巖序列對孔隙演化的影響，這種定量方法的應用較為廣泛。

2.5 陰極發(fā)光顯微鏡法

陰極發(fā)光是由陰極射線管發(fā)出的加速電子對樣品(固體)進行轟擊，使電能轉化為光輻射而產(chǎn)生發(fā)光。它是當電子束打擊到發(fā)光物質上后，在產(chǎn)生背散射電子、二次電子、X射線的同時，也在發(fā)光物質上產(chǎn)生發(fā)光中心。也就是說任何物質如果吸收外加能量，會由于能量增加而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并有自然放出能量的趨勢。如果這些能量以光的形式放出，這就是發(fā)光現(xiàn)象[6]。

陰極發(fā)光在碳酸鹽巖孔隙演化的分析中有如下三個應用：

2.5.1 恢復原巖結構

巖石通過成巖作用的變化會發(fā)生一系列變化，也常會改變原來的結構，陰極發(fā)光顯微鏡在一定程度上可以再現(xiàn)原巖的結構

生物化石結構的恢復，在成巖過程中重結晶作用破壞了原來碳酸鹽巖的成積結構(包括生物介殼碎屑)，利用陰極發(fā)光顯微鏡可以再現(xiàn)這些殘余生物結構，這樣為研究原巖形成的環(huán)境、重結晶作用及生物化石的保存等提供了實際資料。

恢復被交代了的顆粒的痕跡，陰極發(fā)光顯微鏡?？梢姷筋w粒被交代后殘留的生物結構、鱺粒結構、白云石環(huán)帶等。

2.5.2 巖石中微裂縫研究研究巖石裂縫是儲層研究的重要組成部分，但由于成巖作用的改造使許多裂縫已觀察不清，通過陰極發(fā)光顯微鏡能夠清楚地觀察裂縫(大小、寬度、充填物)，另外對多組裂縫相互之間的交叉切割關系，形成順序均可進行研究。

2.5.3 次生孔隙識別

在陰極發(fā)光顯微鏡下，我們可以判斷鋸齒狀顆粒究竟是溶蝕造成的還是次生加大形成的。因為次生孔隙中原來充填的大部分碳酸鹽類礦物(如方解石、白云石等)，是最易溶解的，它們在陰極發(fā)光顯微鏡下的發(fā)光特征很明顯。溶解了的碳酸鹽膠結物只要還有少量的殘留物。在陰極發(fā)光下都可以有顯示。

3 總結

由于碳酸鹽巖的孔隙演化的受多種因素的控制，特別是受成巖作用和成巖環(huán)境的影響較為明顯，過程較為復雜，研究難度比碎屑巖大，所以在運用以上方法進行研究時，不應拘泥于其中單一的一種方法，應該運動多種方法進行綜合研究解釋，以保證研究結果更加準確。

[1] 陳金勇,李振鵬. 碳酸鹽巖儲層的主要影響因素[J].海洋地質動態(tài),2010(04):19-25.

[2] 周書欣,張秀蓮. 論碳酸鹽巖的成巖環(huán)境與孔隙演化[J].石油與天然氣地質,1993(03):215-222，261.

[3] 陳榮坤. 埋藏環(huán)境下碳酸鹽巖建設性成巖作用類型、特征及其意義[J]. 現(xiàn)代地質,1993 (01):40-49.

[4] 強子同.碳酸鹽巖儲層地質學[M]. 東營：中國石油大學出版社,2007:124-125.

[5] 張 謙,黃文輝,丁文龍,等. 玉北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖碳氧同位素特征及成巖環(huán)境分析[J]. 西安石油大學學報(自然科學版),2015(05):23-30，74，7.

[6] 賴 勇. 陰極發(fā)光技術在成巖成礦作用研究中的應用[J]. 北京大學學報(自然科學版),1995(05):631-638.

(本文文獻格式：何 賽，趙 龍，黃 鑫.碳酸鹽巖儲層成巖作用及孔隙演化研究方法[J].山東化工，2017，46(14)：134-136，139.)

紅日化工2016年度股東大會成功召開

近日，山東紅日化工股份有限公司召開2016年度股東大會。此次大會是紅日化工更名后的首次股東大會，董事長池碧芬主持會議，公司董事兼總經(jīng)理沈世捷、公司董事李德福、呂文清、胡杰、王永翔、毛華銀及監(jiān)事會主席李振浦出席會議。

按照既定會議議程，董事長池碧芬就本次股東會的增資擴股、選舉監(jiān)事會成員、修改公司章程、制定和實施股權激勵細則、發(fā)行公司債券等9項議題分別做了說明。根據(jù)公司法和公司章程，經(jīng)出席本次股東大會的全體股東投票表決，本次股東大會9項議題獲得通過。

會議期間，公司董事兼總經(jīng)理沈世捷就股東提問進行了詳細答復。公司管理委員會成員和部分高級管理人員出席會議，全程見證了此次股東大會的成功召開。

(紅日化工公司 李從容)

The Research Methods of Diagenesis and Pore Evolution of Carbonate Reservoir

HeSai,ZhaoLong,HuangXin

(Chengdu University of Technology, Chengdu 610059,China)

Oil and gas resources of carbonate reservoir is abundant and it is half of the oil and gas resource of all the world. In the process of deposition, the diageneses of carbonate rock control the conversion of organic fraction in rock directly. They determine the formation and evolution of pore of carbonate rock, and control the reservoir types and reservoir scale. Because of the diageneses and evolution of reserving space is complex, the exploitation of oil and gas of carbonate reservoir becomes difficult. Common diageneses include compaction, pressolution, cementation, filling, metasomatism, dolomitization, recrystallization, dissolution and cataclasis. The dolomitization, dissolution, cataclasis plays a positive role in the formation of reservoir space; the cementation, compaction, pressolution plays a negative role in the formation of reservoir space; the recrystallization and silicification has no close relationship with the formation of reservoir space. The analysis of diagenesis and reservoir space evolution is a significant guidance of oil and gas exploitation, therefore, the research of diagenesis is significant in the exploration and exploitation of carbonate reservoir. In laboratory, we can use laboratory analysis technology which include casting thin sections, cathodoluminescence and scanning electron microscopy (sem), carbon and oxygen isotope and fluid inclusion analysis to research the diagenesis, pore structure, pore evolution particular.

carbonate reservoir; diagenesis; diagenetic environment; pore structure; evolution characteristics

2017-05-07

何 賽(1991—)，湖北武漢人，碩士研究生，主要從事碳酸鹽巖儲層地質學和儲層地球化學研究。

P618.13

A

1008-021X(2017)14-0134-03