(湖北省地質(zhì)局武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì) 湖北 武漢 430051)

引言

作為當(dāng)今沉積學(xué)和盆地研究的前沿研究領(lǐng)域[1-3]，碎屑巖成巖作用與含油氣盆地的勘探開(kāi)發(fā)緊密相關(guān)。目前普遍認(rèn)為成巖作用是指沉積物被埋藏以后，變質(zhì)作用之前，在較低的溫度和壓力條件下所發(fā)生的物理及化學(xué)變化，而不是狹義上指沉積物的石化和固結(jié)作用[2-3]。

成巖過(guò)程是一個(gè)極其漫長(zhǎng)的地質(zhì)過(guò)程，巖石的埋藏前組成和組構(gòu)、沉積物沉積速度、成巖過(guò)程中的溫度、壓力、水介質(zhì)等物理化學(xué)條件、埋藏水的動(dòng)力梯度、各種成巖過(guò)程對(duì)沉積組份的改造、成巖自生礦物的形成與溶蝕等眾多因素遠(yuǎn)比沉積過(guò)程復(fù)雜，這使得對(duì)碎屑巖成巖作用的研究顯得十分困難。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家做了大量的工作，成巖作用在目前和今后一段時(shí)間都將是解決地下巖石孔隙度和滲透率分布方式、以及儲(chǔ)層質(zhì)量預(yù)測(cè)的重要手段[4-5]。

一、碎屑巖成巖作用的類(lèi)型

碎屑巖成巖作用是一種受多種控制因素控制的復(fù)雜反應(yīng)過(guò)程，其中包括埋藏速度、沉積物成分和結(jié)構(gòu)、沉積環(huán)境和大地構(gòu)造背景、孔隙流體的成分、化學(xué)反應(yīng)速度、水動(dòng)力條件、地?zé)崽荻纫约捌渌S許多多的因素。本文主要從建設(shè)性成巖作用入手，其類(lèi)型包括[6]：

(一)大氣水注入產(chǎn)生的孔隙

大氣水對(duì)地下巖石發(fā)生影響的時(shí)間和地點(diǎn)：①地下沉積物沉積或者埋藏的初期；②在因構(gòu)造抬升或者海平面下降的不整合面之下。在合適的地質(zhì)、水文、地球化學(xué)條件下，地下巖石因遭受淋濾作用其孔隙將得到進(jìn)一步的發(fā)育[7]。

(二)成巖早期環(huán)邊綠泥石膠結(jié)物

由于綠泥石對(duì)孔隙的保護(hù)作用在較早成巖階段形成的綠泥石環(huán)邊以及以后的再生長(zhǎng)會(huì)顯著提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，同時(shí)這種產(chǎn)狀的綠泥石還通過(guò)分隔碎屑石英與孔隙流體以限制自生石英的成核數(shù)量，從而使砂巖孔隙得以保存。

(三)碎屑及填隙物的溶蝕作用

碎屑巖中的任何碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和交代礦物，包括最穩(wěn)定的石英和硅質(zhì)膠結(jié)物，在一定的成巖環(huán)境中都可以不同程度地發(fā)生溶蝕作用。而溶蝕作用正是次生孔隙行成的主要因素。

(四)裂縫作用

裂隙孔隙雖然只能提供不到百分之幾的空間，然而卻能提高砂巖儲(chǔ)層的排濃能力。間孔隙由于孔隙彼此連通，裂隙也可成為良好信集層。裂縫對(duì)砂巖的儲(chǔ)集條件具有十分重要的建設(shè)性作用，裂縫的發(fā)育可以溝通巖石中的孔隙，極大地改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

二、碎屑巖成巖作用在油氣儲(chǔ)層物性的影響

碎屑巖成巖作用研究的重大意義在于為深部油氣勘探提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響表現(xiàn)在二個(gè)方面：①對(duì)形成、保存儲(chǔ)層有利的建設(shè)性成巖作用；②對(duì)縮小孔隙、減少孔隙，致使儲(chǔ)層致密化的破壞性成巖作用。成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響是伴隨埋藏深度的增加以及對(duì)成巖過(guò)程的進(jìn)行而實(shí)現(xiàn)的。隨著埋藏深度的增加，壓實(shí)作用造成原生孔隙度的減少，一般發(fā)生在成巖A亞期；隨著埋深的增加，儲(chǔ)層逐漸進(jìn)入早成巖B亞期：地層溫度相應(yīng)增加，地層中的有機(jī)質(zhì)開(kāi)始進(jìn)入半成熟階段，發(fā)生壓溶作用。到晚成巖A+B亞期：埋深和古地溫都進(jìn)一步增加，地層中的有機(jī)質(zhì)開(kāi)始進(jìn)入成熟階段，釋放出大量的CO2和有機(jī)酸，使儲(chǔ)層孔隙水變?yōu)樗嵝裕瑢?dǎo)致了長(zhǎng)石、碳酸鹽膠結(jié)物等易溶組分的溶解。從而形成大量的次生孔隙，為次生孔隙噴發(fā)期。晚成巖C期：由于受到成巖作用或構(gòu)造破裂作用的影響，可以形成少量的次生孔隙，但儲(chǔ)層已經(jīng)變得非常致密，因而不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層物性造成明顯的影響。在成巖作用過(guò)程中，多數(shù)情況下儲(chǔ)層的總孔隙度可以呈現(xiàn)相似的演化規(guī)律。當(dāng)然在不同的沉積盆地，由于儲(chǔ)層沉積環(huán)境、物質(zhì)組成、埋藏速度、古地溫梯度、原始地層水性質(zhì)等因素的不同，儲(chǔ)層的成巖作用歷程、成巖作用等級(jí)等也不盡相同，儲(chǔ)層物性的發(fā)育程度及變化特征也可能出現(xiàn)較大的差異。在對(duì)儲(chǔ)層物性進(jìn)行研究時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合上述因素進(jìn)行綜合分析。

三、碎屑巖成巖作用研究趨勢(shì)及展望

劉寶珺[2]總結(jié)出“構(gòu)造控盆、盆控相、相控礦(流體)”的規(guī)律，含油氣盆地勘探開(kāi)發(fā)需要對(duì)沉積成巖作用準(zhǔn)確把握。成巖作用作為當(dāng)今沉積地質(zhì)學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域中不可分割的一部分，其學(xué)科體系具有強(qiáng)烈的學(xué)科交叉和輻射的特點(diǎn)[8-11]。當(dāng)前碎屑巖成巖作用研究趨勢(shì)如下:

1.近年來(lái)，以致密砂巖氣藏為代表的非常規(guī)儲(chǔ)集層的勘探開(kāi)發(fā)成為研究熱點(diǎn)。限于分析技術(shù)的精度，這方面的成巖作用研究沒(méi)有引起足夠的重視，因此，從科學(xué)和實(shí)用的角度研究致密砂巖氣藏成巖作用對(duì)于致密氣藏開(kāi)發(fā)尤為重要[11]。

2.成巖作用系統(tǒng)在不同尺度下的分級(jí)已成為探索成巖作用時(shí)空分布與演化研究的新思路[14]。然而，限于成巖機(jī)制和系統(tǒng)模擬的復(fù)雜性、成巖過(guò)程的疊加性、水-巖相互作用及其儲(chǔ)層非均質(zhì)性等問(wèn)題的存在[12]，在現(xiàn)今的技術(shù)和認(rèn)識(shí)層面上，很難開(kāi)展完善、成熟的成巖作用系統(tǒng)的分級(jí)及其時(shí)空分布的定量研究。隨著對(duì)成巖系統(tǒng)演化機(jī)制及其規(guī)律的深入探索，有助于我們深入了解不同尺度下成巖作用系統(tǒng)的時(shí)空屬性，推進(jìn)對(duì)含油氣盆地成巖結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。

3.目前成巖作用研究仍以定性為主，成巖作用定量化進(jìn)展緩慢。包括成巖數(shù)值模擬技術(shù)、影響儲(chǔ)集層物性的成巖參數(shù)定量標(biāo)定等定量化技術(shù)或概念的應(yīng)用[12-14]，反映了學(xué)者對(duì)成巖作用研究從中小尺度拓展到盆地尺度的探求和對(duì)成巖統(tǒng)計(jì)學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷深化。

4.成巖作用的研究不應(yīng)只是一個(gè)單純對(duì)成巖礦物演化、成巖史分析和成巖階段劃分的認(rèn)識(shí)。成巖作用與沉積環(huán)境、層序地層、地球化學(xué)、熱力學(xué)、變形構(gòu)造、生物作用等學(xué)科或領(lǐng)域的交叉已經(jīng)誕生了很多高質(zhì)量的、創(chuàng)新性的成果，然而較之其他的自然科學(xué)學(xué)科，與其他學(xué)科領(lǐng)域新方法、實(shí)驗(yàn)分析新技術(shù)的結(jié)合還很單薄。學(xué)科交叉有助于推動(dòng)學(xué)科之間的思維碰撞，是成巖作用研究不斷發(fā)展和創(chuàng)新的動(dòng)力，也必將成為成巖作用研究的一個(gè)主流趨勢(shì)。

四、結(jié)論

成巖作用的研究具有很強(qiáng)的綜合性，把握所研究區(qū)域的基礎(chǔ)地質(zhì)信息，形成特有的成巖演化與模式研究思路，對(duì)研究區(qū)有利的含油氣儲(chǔ)層進(jìn)行時(shí)空分布預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，更好地預(yù)測(cè)烴類(lèi)相態(tài)及聚集類(lèi)型為勘探開(kāi)發(fā)服務(wù)。