试论成岩作用与油气成藏的关系

成岩作用与储层评价文献综述试论成岩作用与油气成藏的关系专业_地质学_班级_ 资信研10-4班_姓名_蔡晓唱_学号_S10010111_试论成岩作用与油气成藏的关系20世纪80年代以来，油气运移、成岩作用、盆地分析研究相互渗透，并取得了长足的进展。将成岩作用、油气的成藏史等纳入到盆地发展演化历史中统一考虑，是当前研究的一个趋势所在1。本文从烃类流体充注与储层成岩作用的关系、用储层油气包裹体岩相学确定油气成藏期次、示烃成岩矿物与油气成藏的关系、利用成岩过程中自生石英数量的变化确定油气藏形成时间、岩性油气藏中成岩作用对油气聚集的控制作用五个方面简要论述了储层成岩作用与油气生成、运移和成藏的关系。1 烃类流体充注与储层成岩作用的关系由有机质转化来的有机流体是整个地壳流体活动的一部分，对成岩演化有着至关重要的影响，也是盆地发展演化的一个重要侧面。有机质转化形成的有机酸引起了地质界的广泛关注，主要是因为它可以溶解矿物，形成次生孔隙2。有机酸主要由干酪根含氧基团的热催化断落、烃类与矿物氧化剂之间的氧化还原反应、原油微生物降解和热化学硫酸盐还原作用转化而来，但就其生成时间而言，尚未有定论。泌阳凹陷碎屑岩储层在碱性-强碱性原始地层水中发现石英溶解型次生孔隙，不但丰富了次生孔隙的成因理论，而且石英溶解所产生的SiO2为石英自生加大提供了新的解释。塔中地区志留系烃类侵位后因淡水注入而使烃类被氧化，所产生的有机酸促进了钾长石等矿物的溶解，导致了次生孔隙的发育。除有机质转化产生有机酸外，油气的产生对成岩作用有着重要意义。油气运移成藏的成岩记录是从岩石学和地球化学方法反演成藏过程的基础，国际上对储层中烃类流体充注与成岩作用关系给予高度重视。九十年代以来学者们开始关注“烃类流体侵位与储层成岩作用”领域的研究，这主要基于两方面原因，一是早期烃类流体侵位有利于优质储层形成，二是储层成岩纪录有助于重构油气成藏过程3。1999年和2000年AAPG年会曾将“成岩作用作为烃类流体运聚记录”作为分会讨论的主题，要使叠合盆地成藏年代学分析理论和分析方法取得进展，一个重要的基础是必须深入分析其中烃类流体充注与储层成岩作用关系，建立起烃类流体运聚-储层成岩作用-烃类流体包裹体-自生矿物形成关系的解释定量模式，为成岩矿物及其包裹的流体化石作为烃类流体运聚的记录提供理论基础。烃类流体注入储层，一方面，储层胶结物及其中流体包裹体记录了成藏条件（温度、压力、流体成分和相态)，另一方面，随着含油气饱和度增加，孔隙水流体与矿物之间的反应受抑制（如储层中石英次生加大等）或中止（自生伊利石、钾长石的钠长石化等）。从油藏中油气层至水层的系列样品分析，根据成岩作用，特别是胶结物和自生矿物形成特征的差异可估计油气充填储层的时间4。储集层中石油的注入如何影响了成岩作用（特别是胶结作用）的速率目前仍缺乏明确认识。油气成藏过程是否有烃类流体包裹体记录，关键是储层中含油饱和度、地层水的流动或介质条件。通过对塔里木盆地石炭系东河砂岩油藏和储层岩石学对比分析，获得以下认识5：成岩作用，特别是胶结物和自生矿物形成是水/岩作用的结果，烃类流体注入储层，随着含油气饱和度增加，孔隙水流体与矿物之间的反应受抑制或中止：（1)石英类胶结物:从油气层至水层次生石英数量明显增加，对比油气层和水层盐水流体包裹体均一化温度分布图，说明烃类流体注入储层后，储层中石英次生加大仍继续，但与水层相比已明显抑制；（2）方解石和白云石类胶结物：对比油气层和水层盐水流体包裹体均一化温度分布图，说明烃类流体注入储层后，储层中方解石和白云石形成受抑制基本中止；（3）自生伊利石：储层中自生伊利石仅在富钾的水介质环境下形成，油气进入储层后伊利石形成过程便会停止。另一方面，油气注入储层导致钾长石的钠长石化中止。2 用储层油气包裹体岩相学确定油气成藏期次利用沉积岩岩相学研究方法，通过对储层成岩作用和其中油气包裹体特征的研究，可以反演储层成岩历史时期的油气运移和成藏过程。成岩作用特性反映了储层当时的成岩环境、成岩时间和阶段，而油气包裹体特征反映了油气来源、成分和含油气饱和度（丰度）6。近年来，油气包裹体被广泛用来研究油气成藏时间和期次，为油气勘探中一种重要研究手段，越来越得到石油地质学家的重视，并取得了大量研究成果。以鄂尔多斯盆地陇东油田长3油层砂岩储层为例。鄂尔多斯盆地陇东油田长3油层砂岩储层主要成岩作用有压实作用、胶结作用、溶蚀作用和裂隙作用等，成岩自生矿物以绿泥石、自生石英、方解石和石膏为主7。图1为陇东长3油藏成岩矿物形成与溶蚀和石油充注序列。根据油气包裹体寄主成岩矿物的形成时间序列，识别出两期油气包裹体。第一期油气包裹体形成于早成岩阶段晚期埋藏成岩过程中，分布在石英和长石等矿物溶蚀孔隙、次生加大边底部和早期裂隙中，包裹体形态不规则，一般较小（多为38m），为多相烃类包裹体。第二期油气包裹体形成于晚成岩阶段晚期盆地抬升阶段，分布在晚成岩阶段的晚期裂隙、硅质胶结物和亮晶方解石胶结物中，油气包裹体普遍含盐水，油、气、水相态边界清楚。表1为陇东油田长3油层成岩作用和油气包裹体分布特征。研究认为，第一期油气包裹体代表了油气运移充注过程，而第二期油气包裹体代表了油气大规模聚集成藏过程8。应用不同期次油气包裹体形成温度与储层沉积热演化史地质分析方法，确定本区油气充注运移时间约为122Ma（早白垩世），而油气大规模聚集成藏时间约为80Ma（晚白垩世晚期）。图1 陇东长3油藏成岩矿物形成与溶蚀和石油充注序列表1 陇东油田长3油层成岩作用和油气包裹体分布特征3 示烃成岩矿物与油气成藏的关系成岩矿物，尤其是在油气活动阶段形成的成岩矿物，作为油气生成和运聚过程的基本物质响应，记录了烃类演化过程中的丰富信息，是油气储层和成藏研究的一个重要的结合点9。油气生成、运移和聚集过程中形成的、能够反映油气活动方式和赋存状态的成岩矿物，称为示烃成岩矿物。成岩成藏关系模式的建立来自于对示烃成岩矿物和水油岩相互作用的基本认识。示烃成岩矿物在储层中的发育模式可用管壁效应和有机酸溶蚀效应来解释10（图2）。管壁效应指油水两相流体运移时，由压力递降引起的流体内部CO2分压的降低，会导致在流动界面上碳酸盐矿物的沉淀，这种现象类似于输油管道的结垢活动，故称之为管壁效应。管壁效应在储层中表现为油层或油层组两端发育钙质胶结层。管壁效应可以出现在不同级别的储层结构中，即砂体内部的渗流界面上，也可以出现低级别的碳酸盐胶结带。与管壁效应相对应，在油气充注储层的增压过程中，随着储层内部压力的增高，部分碳酸盐矿物会逐渐发生溶解，形成次生孔隙，改善储层的储集性能，这也是次生孔隙发育的因素之一。与管壁效应相比，有机酸溶蚀效应着重反映了烃类进入储层初始阶段的示烃成岩矿物的发育特征。由于有机酸的溶蚀能力比碳酸高6300倍，因此油气生成过程中有机酸的排出，会将泥质沉积物中的大量碳酸盐溶解；携带大量溶解物的地层水与油气侵入储层时，会因环境条件变化而在物性界面附近形成碳酸盐沉淀，这些界面包括砂泥岩界面以及储层内部非均质构成的结构界面。从管壁效应和有机酸溶蚀效应这2种示烃成岩矿物基本模式出发，可以分析不同油气充注阶段示烃成岩矿物的发育特征11。烃类进入储层时，有机质热演化形成的大量有机酸，携带泥岩中的溶解物质进入储层，在砂泥岩界面附近受界面效应的影响，形成早期的碳酸盐包壳。有机酸等烃类伴生物质进入储层后，会导致早期形成的碳酸盐胶结物和长石等不稳定组分出现溶蚀，形成高岭石和自生石英的成岩矿物组合，局部位置上出现快速结晶的显微晶微晶铁白云石等含铁碳酸盐和黄铁矿。随着油气充注过程持续进行，储层内部出现局部油水分异活动，成岩矿物主要发育细晶中晶铁白云石等含铁碳酸盐。油气充注晚期油水分异完成，在油水界面附近形成连晶含铁碳酸盐胶结物，多期油气充注活动形成了示烃成岩矿物交叉叠置的面貌。油水两相流体运移时，由压力降低引起的流体内部CO2分压降低，导致在流动界面上碳酸盐矿物沉淀。相反，在油气充注储层的增压过程中，随着储层内部压力的增高，部分碳酸盐矿物会逐渐发生溶解，使得砂体边缘碳酸盐包壳反复置换，构成了研究区内复杂的储集空间面貌。通过对东营凹陷示烃成岩矿物在研究区不同层系中的分布和发育特征的分析结果表明，对示烃成岩矿物的研究可以在研究区流体输导体系中再现流体运动的过程及规律，分析其中控制物质演变和能量再分配的主导因素，揭示沉积盆地的油气生成、运移和成藏过程与成矿作用的对应关系，并对深部成岩作用以及油气运聚成藏在埋藏阶段的成岩响应进行评估。图2 示烃成岩矿物在烃类充注过程中的发育模式4 利用成岩过程中自生石英数量的变化确定油气藏形成时间等（1966）在研究西西伯利亚侏罗系一白垩系砂岩的成岩作用和次生变化时，首次发现在油藏部分自生石英（次生加大）最少，靠近油水接触带明显增多。因而认为石油的聚集可使自生石英作用停止12。所以，他们根据侏罗系和白垩系砂岩自生石英数量与埋藏深度之间相关性的分析，认为油藏（上侏罗统）中次生石英的含量大致相当于埋深10001100m处。因此，认为上侏罗统油层中的石油大致在早白垩世赛诺曼期开始聚集的。在西欧的德国和北海盆地油藏均作过不少类似的研究，并取得一定的效果。但是，这种方法同样有它自身的局限。因为，砂岩中自生石英数量受到多种因素影响，它与深度变化有时缺乏明显的相关性。5 岩性油气藏中成岩作用对油气聚集的控制作用成岩作用可以作为相对独立的因素控制油藏圈闭。通过对鄂尔多斯盆地杏河侯市王窑地区三叠统延长组长6油藏的岩石学、成岩作用、储集物性变化规律、油藏类型及成藏机理等进行研究，得出：该区长6油藏类型主要为上倾岩性尖灭与次生成岩复合油藏；成岩作用是控制研究区油气聚集的关键因素13。压实作用和胶结作用是破坏性的成岩作用，使得储层物性变差，压实作用和胶结作用分别造成砂岩中24.9%和12.0%的原生孔隙丧失，形成成岩遮挡；溶蚀作用是建设性成岩作用，溶蚀孔隙占总孔隙的20%45%，形成次生孔隙带，控制了优质储层的发育。压实作用、胶结作用及溶蚀作用的相互作用，对油气的聚集产生了重要影响，这说明成岩作用可以作为相对独立的因素控制油藏圈闭14。成岩作用对油气聚集的控制作用具体表现在：（1）成岩作用控制优质储层的发育；（2）成岩作用控制油藏遮挡层；（3）成岩遮挡强度是控制油藏质量的一个重要因素。6 结论（1）由有机质转化来的有机流体是整个地壳流体活动的一部分，对成岩演化有着至关重要的影响。除此之外，油气的产生对成岩作用同样有着重要意义。通过深入分析烃类流体充注与储层成岩作用关系，建立起烃类流体运聚-储层成岩作用-烃类流体包裹体-自生矿物形成关系的解释定量模式，为成岩矿物及其包裹的流体化石作为烃类流体运聚的记录提供了理论基础。（2）成岩作用中自生矿物流体包裹体真实地记录了成岩的古地温、古压力、古水介质环境及古流体成分，是油气成藏演化及成岩环境变化的全息信息库，对于研究油气运移的时间、通道、方向和期次有着重要的作用。通过沉积岩岩相学研究方法，可以清楚地确定成岩矿物的形成时间序列和期次，由此可以确定成岩矿物中包裹的油气包裹体的形成时间序列和期次，进而确定油气运移和聚集成藏期次。（3）示烃成岩矿物是指油气生成、运移和聚集过程中形成的、能够反映油气活动方式和赋存状态的成岩矿物。通过对示烃成岩矿物的研究可以在研究区流体输导体系中再现流体运动的过程及规律，分析其中控制物质演变和能量再分配的主导因素，揭示沉积盆地的油气生成、运移和成藏过程与成矿作用的对应关系，并对深部成岩作用以及油气运聚成藏在埋藏阶段的成岩响应进行评估。（4）亦有学者研究发现石油的聚集可使自生石英作用停止，从而利用成岩过程中自生石英数量的变化确定油气藏形成时间。此外，成岩作用也可以作为相对独立的因素控制油藏圈闭。成岩作用对油气聚集的控制作用具体表现在：成岩作用控制优质储层的发育；成岩作用控制油藏遮挡层；成岩遮挡强度是控制油藏质量的一个重要因素。参考文献1刘建清，赖兴运，于炳松，陈晓林，隋成。成岩作用的研究现状及展望J。石油实验地质，2006，28（1）；2李艳霞，刘洪军，袁东山，等。石油充注对储层成岩矿物演化的影响J。石油与天然气地质，2003，24（3）；3侯建国，任丽华，董春梅。有机包裹体技术在油气运移与聚集中的应用研究J。石油实验地质，2005，27（4）；4柳少波，顾家裕。包裹体在石油地质研究中的应用与问题讨论J。石油与天然气地质，1997，18（4）；5李荣西，席胜利，邸领军。用储层油气包裹体岩相学确定油气成藏期次以鄂尔多斯盆地陇东油田为例J。石油与天然气地质，2006，27（2）；6赵力彬，黄志龙，高岗，等。利用包裹体研究油气成藏期次问题的探讨J。油气地质与采收率，2005，12(6)；7陈建平，查明，周瑶琪。有机包裹体在油气运移研究中的应用综述J。地质科技情报，2000，19（1）；8张金亮。利用流体包裹体研究油藏注入史J。西安石油学院学报，1998，13(4)；9施继锡，李本超，傅家谟等。有机包裹体及其与油气的关系J。中国科学（B）辑，1987，（3）；10王伟庆，张守鹏，