碳酸盐岩成岩作用与孔隙演化.ppt

二 碳酸盐岩成岩作用与孔隙演化 碳酸盐岩与碎屑岩重要的差别之一是对于成岩作用强烈的敏感性 这是碳酸盐矿物的晶体化学和碳酸盐沉积的地球化学环境特征造成的 碳酸盐岩的成岩变化直接影响孔隙发育 因此应当予以重视 控制油气聚集的主要条件是 1 有利的储集相带 2 有利的圈闭条件 3 有利的成岩作用带三者在不同情况下具不同的相对重要性 如四川东部建南构造 P2海绵礁气藏 位于构造两端是礁体 但一个礁体白云石化 而另一个礁既有白云石化又有去白云石化 晶间孔及菱形孔隙较发育 后者产能高出数倍 这就说明同样的有利相带及构造有利部位因受成岩变化控制的储集孔隙空间发育情况不同 而产能可相差几倍 这就提示我们 不仅要寻找有利储集相带及有利圈闭条件 还要有一个有利于孔隙 裂隙发育的成岩变化带 川东卧龙河构造T5C1高产气田 重庆相国寺构造C2高产气田等 都能说明这个问题 它们都与潮间带窗孔 溶孔 残余藻球的粉晶白云岩有关 碳酸盐的成岩作用远比其沉积过程复杂碳酸盐沉积物在一定环境中形成以后 即进入成岩阶段 沉积物开始尽量适应新的各种物理 化学条件 并与周围环境达到相对的平衡状态 但是沉积物中的微观和宏观条件都在不断地 迅速地发生变化 在成岩早期阶段 沉积物孔隙度很高 孔隙水运动很强 生物作用较活跃 昼夜温差也大 所以相对平衡是短暂的 错综复杂的成岩变化则在广泛地不断地进行着 Larsen等 1979 总结出影响碳酸盐沉积物成岩变化的有一系列因素 包括 地理 大地构造 地貌 区域地球化学 沉积物聚集速率 沉积物初始组分 粒度 沉积物纯度 灰岩与地表的联系程度 孔隙水和气体 物理化学条件 前期成岩历史 如原先排出的微量元素将决定以后的成岩作用 等 一 成岩后生作用的阶段划分1 准同生阶段2 早期成岩阶段3 晚期成岩阶段4 后生阶段5 表生阶段 1 准同生阶段沉积物尚未脱离沉积盆地的底层水 同时又可以大气淡水的作用 沉积物最表层与上述流体所发生的变化阶段 沉积物与底层盐水或与暴露大气下的表面蒸发盐水作用 产生微晶白云石 沉淀盐类矿物等 2 早期成岩阶段海水 大气水沉积物埋藏浅 仍与海水联通 孔隙水开始过饱和沉淀早期胶结物 或者富Mg2 孔隙盐水与颗粒或灰泥基质发生选择性交代作用 形成粉晶白云石 在有淡水作用的条件下 准稳定的沉积矿物文石及高镁方解石开始向方解石转变 3 晚期成岩阶段沉积物继续埋藏 上覆沉积物加厚 与海水逐渐隔绝 主要的孔隙水来源是上部或侧部渗透来的重盐水 或者是由下伏沉积物压榨出来的上升盐水 这种孔隙水可与颗粒或基质继续发生交代作用 形成菱形白云石 或者由于孔隙水过饱和沉淀方解石 可以形成孔隙内相对晚期充填胶结物 孔隙水最重要 4 后生阶段随着岩石埋藏加深 由于上覆沉积的静压力增大 使固结的岩石产生裂隙 或压溶缝合线 为深部地下水打开通路 这种矿化度较高的水 可以沿裂缝产生粗大的交代充填矿物 由于温压升高 成岩期矿物进一步重结晶 按结晶力强弱 形成一系列粗大的斑晶或粗晶斑块 如后生白云石 温度 压力最重要 5 表生阶段地下深埋的岩石经过地壳构造运动被抬升到地表附近的淡水淋滤带 可在古侵蚀面之下数十米内发生大规模的岩溶现象 如遇到夹有膏盐层的岩层或含膏盐层的岩层 由于淡水淋滤溶解膏盐发生去膏盐化作用 产生次生溶蚀孔洞及膏溶垮塌角砾岩层 与膏盐伴生的白云岩常发生去白云石化 碳酸盐岩层处在古侵蚀面的构造裂缝发育带及地下水泄水区 淡水循环良好 岩溶作用发育 可以形成大量溶洞 溶缝及岩溶角砾岩等 表生阶段的古淋滤溶蚀孔洞缝 是油气储集及固体矿产聚集的有利场所 我国已有大量的实例 淡水的古喀斯特作用最重要 同时 表生阶段也有深部地下水的交代作用及后生矿物的生成 也可能被地下咸水沉淀的矿物充填 如白云石 天青石 萤石等 岩石进一步重结晶形成较粗大的晶粒结构 可使原始沉积结构和构造遭到进一步的破坏 6 构造阶段形成具有一定方向和组系的裂隙 充填次生矿物 或沿裂隙发生的溶蚀充填作用以及交代作用等 构造应力最重要 二 碳酸盐主要成岩环境碳酸盐的成岩作用主要取决于成岩环境的条件和物理化学性质 成岩环境的主要类型有 1 海底成岩环境包括浅海成岩环境和深海成岩环境 1 深海成岩环境中的主要成岩作用是方解石的溶解作用和文石的溶解作用 胶结作用存在 但并不象其它环境那样重要 图 2 浅海成岩环境实际上就是后边将要说到的海水潜流环境 主要的成岩作用是泥晶化作用 文石及镁方解石的胶结作用 2 近地表成岩环境包括 大气水渗流环境大气水潜流环境海水渗流环境海水潜流环境混合水成岩环境 2 1大气渗流环境 淡水渗流带 在地下潜水面以上 因而主要受大气降水影响 图 渗流带位于潜水面以上的大气带 孔隙中同时可出现空气和水 由于水的不均匀分布可发育特征的胶结物结构 渗流带中的大气水未被CaCO3饱和 溶解作用是最主要的作用 另外也有较少的胶结物 常呈新月形和悬挂形 2 2大气潜流环境 淡水潜流带 在地下潜水面附近或以下 位于渗流带和混合带之间 全部孔隙为含有不等量的溶解碳酸盐的大气水所充填 顶界是地下潜水面 淡水潜流带的几何形态受地形 雨量以及岩石的孔隙度和渗透率变化的控制 在一个理想的热带岛 淡水潜流带是典型的透镜体 直接位于岛的下面 图 2 3海水渗流环境 海水渗流带 如果在海岸地下潜水面以上的环境中 受到溅于海岸的海水的影响 包括由风暴作用带到岸上的海水 则可出现海水渗流环境 图 2 4海水潜流环境 海水潜流带 如果在地下潜水面附近或以下 受到海水的影响 则可出现海水潜流环境 此时沉积物或岩石的全部孔隙空间为正常海水所充满 大多数碳酸盐岩是沉积在海相环境 因而是碳酸盐经历的第一个成岩环境 图 2 5混合水成岩环境 淡水海水混合带 淡水和海水混合而成的半咸水为标志 混合带的胶结物很少 因为水处于相对停滞状态 此带可发生混合白云化 Badiozamani 1973 指出 大约10 的海水与90 的淡水混合可以形成一种对方解石稍不饱和而对白云石过饱和的溶液 图 淡水潜流带 return 海水潜流带 海水潜流带 淡水潜流带 淡水渗流带 return 3地下深处成岩环境 深埋藏成岩环境 深埋藏成岩环境的各种成岩作用大致相当于晚成岩阶段和后生阶段 近年来越来越多的研究认识到深埋成岩作用的重要性 特别是对孔隙的重新分布有重大影响 埋藏成岩过程中的胶结作用对孔隙的演化起着极其重要的作用 压溶作用 溶解作用 重结晶作用和交代作用都是埋藏成岩环境中最为重要的成岩作用 三 碳酸盐主要成岩作用碳酸盐主要的成岩作用主要有 压实作用 新生变形作用 广义的重结晶作用 白云石化及去白云石化作用 自生硬石膏 石膏 的生成及去膏化作用 硅化作用 重结晶作用 压溶作用 胶结作用及溶解作用 这里主要阐明各种作用的机理 阶段划分的标志及对孔隙发育的影响 1 压实作用碳酸盐岩同样可以经历很强的压实作用 压实作用使碳酸盐颗粒和碳酸盐泥间的距离减小 一些生物碎屑可因压实作用而碎裂碳酸盐岩中陆源粘土含量增加时 压实作用的影响将更为显著 2 胶结作用 2 1浅海海底胶结作用 海水潜流带 注意其同位素特征和微量元素特征 镁方解石胶结物一般呈隐晶结构 含12 21mol MgCO3 文石胶结物常为纤维状 胶结物结构以纤维状环边 藻类活动对浅海胶结有重要意义 2 2大气淡水环境的胶结作用 注意其同位素特征和微量元素特征 1 渗流带中的大气水CaCO3不饱和 因而溶解作用是最主要的作用 潜流带的胶结作用更为发育 胶结物主要有 等轴粒状方解石 潜流带 渗流带 新月型粒状方解石 渗流带 重力型粒状方解石 渗流带 2 可以是大气直接作用的结果 也可能是大气水改造原海水形成的文石或镁方解石的结果 碳酸盐胶结物类型的一般描述 垂直颗粒生长的早期纤状胶结物 颗粒间粒状或犬牙状胶结物 共轴次生加大 渗滤沙及亮晶胶结物 2 3混合水环境的胶结作用 注意其同位素特征和微量元素特征 淡水 海水混合带对方解石不饱和 因而通常没有方解石的胶结作用 但可以有白云石的胶结作用 它们也可以是早期方解石混合水白云石化的产物 2 4埋藏成岩环境的胶结作用 块状镶嵌亮晶方解石 其特征是 阴极发光为中等亮度 光亮均匀 没有复杂的光带 富含液气包裹体 异形白云石 特征为具强烈波状消光 晶面弯曲的镶嵌状粗粒白云石 阴极射线下不发光或为暗色实际上 由于埋藏成岩环境所经历的时间级长 形成的胶结物远比这复杂 近年来 随着分析技术水平的提高 埋藏成岩环境中胶结物的研究已逐渐深入 浅成与深成胶结物的比较 Loucks 1983 3 矿物的新生变形作用 矿物的新生变形作用是碳酸盐岩最为重要的成岩作用之一 它包括两个方面的内容 1 矿物的同质多相转变 2 应变重结晶 矿物的新生变形作用使我们目前所面对的碳酸盐矿物 除白云石以外 几乎全为成岩低镁方解石 DLMC 矿物的新生变形作用涉及到矿物的转变及转变过程中元素的迁移 尤其是Fe Mn Sr Mg等元素的迁移 因此 成岩作用碳酸盐矿物转变过程 新生变形作用 微量元素的迁移方式主要为 LMCDLMC 很少有元素迁移或失去Sr并获得Fe Mn HMCDLMC 失去Mg并获得Fe Mn ADLMC 很少有元素迁移或失去Sr并获得Fe Mn 目前流行的 转变 重结晶和晶体生长过程中颗粒或晶体形态的变化 有些是不正确的 4 矿物的溶解作用 碳酸盐矿物的溶解作用是造成碳酸盐岩中次生孔隙发育的重要机理 溶解作用发生的时间贯穿了从同生一直到表生的整个成岩作用过程 被溶解的矿物包括文石 镁方解石 方解石和文石 早期 人们研究喀斯特环境 后来又研究了古喀斯特 中碳酸盐的溶解机理 和成岩早期文石等不稳定组分的溶解和次生孔隙的发育机理 如四川泸州鲕滩中文石质鲕粒的早期溶解和以及负鲕孔和鲕模孔的形成 近年来 人们又研究了埋藏条件下碳酸盐岩的溶解及温度 压力以及矿物组成对溶解作用的控制 1 同生阶段的溶解主要发生在深海沉积环境中 尤其是CCD面和ACD面以下 同生溶解作用 2 成岩早期的溶解主要发生在淡水渗流成岩环境中 由于淡水渗流环境对CaCO3是不饱和的 因而经常有碳酸盐矿物的溶解 尤其是文石质组分 常溶解形成粒内孔甚至铸模孔 典型的是四川三叠纪天然气储集空间的成因 3 表生条件下碳酸盐矿物的溶解 表生条件下碳酸盐矿物的溶解即所谓喀斯特作用 陕甘宁盆地的奥陶系 四川川东石炭系的天然气储集空间均与这种古喀斯特作用有关 溶解介质 大气淡水溶解温度 近常温常压的近地表条件发生地点 不整合面之下被溶矿物 按溶解顺序 首先是与碳酸盐伴生的蒸发盐 而后是方解石 最后是白云石伴生组分及矿物 成岩沉积物 古风化作用产物 如高岭石及其成岩转变产物等 储集空间特征 具有较强的非均质性和物性的不可预测性储集体特征 为厚度不大 但面积很大的所谓基底式油藏 古岩溶油藏 石灰岩地层 尤其是在有膏盐的条件下 的喀斯特作用较白云岩更为发育 4 埋藏条件下碳酸盐矿物的溶解 4 1 方解石和白云石在埋藏成岩过程中的溶解习性 实验表明 在温度大于75 压力大于15Mpa的相对深埋藏条件下白云石的溶解速率显著大于方解石 埋藏成岩作用的不同温压条件下碳酸盐岩矿物组成与其溶解状况的关系 在大于75 15Mpa的相对深埋藏成岩温压区间 碳酸盐岩中方解石含量越高 其溶解速率越低 方解石的溶解速率大大小于白云石 因而在没有膏盐的埋藏成岩作用条件下 白云岩的溶蚀作用比石灰岩更为发育 白云岩比石灰岩更容易在埋藏成岩条件下形成次生溶蚀孔隙 4 2 温度和压力对碳酸盐矿物溶解的影响 埋藏成岩作用的不同温压条件下白云岩的溶解状况 Fig 1 ConcentrationsofCaasafunctionofreactiontime left andthoseofMgasafunctionofreactiontime right Ex 1 75 20Mpa Ex 2 100 25Mpa andEx 3 130 30MPa 间隔最大 return 随着温度和压力的增加 白云石的溶解速率增加 在以乙酸作为溶解介质时 白云岩溶解的最好温压条件是100 25Mp 此时白云岩的溶解效果最好 溶出离子的Ca Mg比值最低 为1 67 已接近其化学计量组成 白云岩溶解速率增加最大的温压区间是75 20Mpa 100 25Mpa 图 埋藏成岩条件下白云岩溶解的形成次生孔隙的主要区间应在该温压范围的埋深中 当温压大于100 25Mpa 130 30Mpa 时 尽管白云岩的溶解速率仍在继续增加 但增加速率显著降低 这可能与部分有机酸分解有关 在2000m以下埋深的地层中 白云岩的次生孔隙应较石灰岩更为发育 白云岩储层应大大多于石灰岩 4 3 白云石溶解过程的GIBBS自由能增量计算 ThermodynamicInterpretationofDolomiteDissolutionunderBurialDiagenesisConditions 总结一下温度 压力和组成对埋藏过程中碳酸盐岩孔隙率的影响 在碳酸盐地层中 碳酸盐矿物的溶解直接控制了碳酸盐岩的孔隙率和渗透率 碳酸盐岩的矿物组成 温度和压力三个变量和溶解速度之间的关系 1 在近地表的温度与压力条件下 40OC 常压 下 开放体系 以碳酸作为溶解介质时 碳酸盐岩中方解石含量越高 其溶解速率越快 即方解石的溶解速率大于白云石 2 在70OC 20Mpa的埋藏温压条件下 封闭体系 以有机酸作为溶解介质时 碳酸盐的溶解过程与岩石中方解石和白云石的相对含量已无明显关系 方解石的溶解速率与白云石的溶解速率近于相等 3 在温度70 130OC 压力20 30Mpa的温压条件下 封闭体系 以有机酸作为溶解介质时 碳酸盐岩中方解石含量越高 其溶解速率越低 即方解石溶解速率小于白云石 而且随着温度和压力的升高 白云石和方解石之间溶解速率的差值越来越大 换句话说 当温度和压力按地层增温和增压的条件同时增加时 白云石溶解速率的增加速度大于方解石 结论在近地表的浅埋藏成岩作用中 或因构造抬升或海平面下降造成的不整合面之下的碳酸盐地层中 它们经历过近地表的表生成岩作用 石灰岩中由溶解作用形成次生孔隙应比白云岩更为发育 石灰岩的孔渗性相对较好 但在相对高温高压的深埋藏地层中 白云岩中由溶解作用形成次生孔隙应比石灰岩更为发育 白云岩的孔渗性应比石灰岩更好 同时白云岩中在近地表条件下形成的孔隙在深埋藏条件下也更容易保存 这是在深埋藏地层中 白云岩油气储层大大多于石灰岩的重要原因 同时也是碳酸盐型层控贱金属矿床中 其母岩以白云岩为主的重要原因 4 4 石膏的存在对碳酸盐矿物溶解的影响 表生条件下 加石膏与无石膏条件下不同白云岩的溶解状况 40 常压 碳酸盐水 埋藏成岩作用的不同温压条件下 微晶云岩与膏斑云岩溶蚀状况比较 已减掉作以平衡SO4的硬石膏中的Ca离子 含硬石膏中溶出的Ca离子 1 2 3 因此在近地表条件下和埋藏成岩作用的早期阶段 由溶解作用造成的含膏白云岩地层的次生孔隙将比不含膏的白云岩地层更为发育 因而在经历过古风化作用的地层中 含膏白云岩层更易形成良好的储层 而在相对高温高压的深埋藏成岩阶段 不含膏的白云岩地层中将更容易因酸性水的溶解作用而形成次生孔隙 因而在非蒸发沉积环境中形成的白云岩体 如正常海沉积环境灰岩中的白云岩透镜体 更易因深埋藏溶蚀作用而形成良好的储层 5 深部地下水对碳酸盐矿物溶解的影响 在初始状态下处于平衡并含有碳酸钙的孔隙水因遭受冷却作用而使其所含有的碳酸钙变得不饱和 冷却作用可使方解石的溶解度改变 因压实作用从沉积物中释放出来的流体可以沿断层向上运移 从而在断层附近发生流体的冷却作用 在断层停止提供流体通道的部位 便可导致流体向与之相邻的岩石渗透 如果这种岩石含有方解石并具有一定的渗透率 碳酸盐矿物的溶解作用便可在此发生 由于流体沿着断层面流动造成碳酸钙淋滤而形成孔隙 据Giles和Boer 1990 5 白云石化作用 1 白云石问题 2 白云化模式 2 1 渗透回流作用在潮坪 泻湖和潮上带 由于蒸发作用沉淀了石膏和硬石膏 由于Ca的消耗 浓盐水的Mg Ca值大为提高 这种重盐水穿过灰质沉积物向下回流 海水则通过富孔隙的颗粒灰岩向泻湖方向渗透 最终使得先沉积的灰质沉积物白云化 2 2 蒸发泵作用在潮上带 由于蒸发作用沉淀了石膏 由于Ca的消耗 Mg Ca值大为提高 蒸发泵作用 蒸发作用造成的地下水压力梯度 把海水往上抽提到潮上带对盐水进行补充 从而在潮上带形成白云石化的壳 2 3 混合水白云化混合白云石化认为白云化作用与持续出露地区有关 Badiozamani 1973 用实验方法证明在混合液为5 的海水和90 的地下水时 白云石已经饱和 但方解石仍然不饱和 因此在海水为5 30 的混合液的范围内 将发生白云化作用 Badiozamani 1973 用此机理解释威斯康星背斜的较高地区中奥陶统米夫林段的白云化作用 在海次海退和暴露于大气的期间 在大气水成因的地下淡水透镜体以下的半咸水带中都会发生白云化 因此白云石化就不局限于低浓度的干旱地区 2 4 埋藏白云化 调整白云化 调整白云石化在海相环境中沉淀的各种碳酸盐矿物 尤其是镁方解石在离开富镁的海洋环境后 将向着低镁方解石转化 并失去镁 并提供白云石化所需要的镁离子 而不需要另外来源 其条件为在大气淡水作用下 海相碳酸盐沉积物经过淋滤溶解作用 在成分上进行重新组合或调整 出溶 使之生成白云岩 3 白云石化作用的体积问题 白云石化的化学反应 一般常用下列反应式表示 2CaCO3 Mg2 CaMg CO3 2 Ca2 式中 2mol的方解石置换生成1mol的白云石 严格地说 该反应属于等离子交代 因为这一反应要求从外部带入Mg2 的数量与带出Ca2 的数量保持相等 同时没有外来的CO32 加入 按该式计算白云石交代文石 矿物体积缩小5 76 白云石交代方解石 缩小12 96 随着矿物体积的缩小 岩石的孔隙体积相应增大 对油气储层很有利 陈劲人等 1981 对湖北西部建南气田上二叠系长兴组气藏资料总结后指出 白云化程度在60 以上时 孔隙度略大于1 当白云化程度达80 以上时 孔隙度急剧升高 最高达14 6 Lippman 1973 强调交代白云石中 部分CO32 来自外部溶液 他认为CO32 浓度高有利于白云化作用的进行 因此提出了下列公式 CaCO3 Mg2 CO3 CaMg CO3 2这个反应要求系统外加入大量的CO32 和Mg2 而无需Ca2 的带出 根据这个反应式计算 白云石交代文石 矿物体积将增加88 5 白云石交代方解石 矿物体积将增加74 因此将使岩石孔隙体积急剧减小 如果原始沉积物或岩石中没有如此大量孔隙存在 白云化作用就不能彻底进行 4 白云石化过程中的同位素交换问题 在白云石的沉淀过程中 白云石的沉淀时间较方解石晚 白云石沉淀时的卤水已进一步蒸发浓缩 卤水中的轻氧同位素 16O 也因蒸发作用而进一步损失 因此由沉淀作用形成的和卤水达到同位素平衡的白云石 其 18O值应较与之共生的方解石或文石高 Epstein等也通过人工合成实验证实 在25 时 平衡条件下的白云石应比共生的方解石富4 7 的 18O 因此 一般认为 原生沉淀的白云石其 18O值应比与之共生的方解石高 而由交代作用形成的白云石则可能和与之共生的方解石的 18O值相近 但应提及的是 虽然这一规律正被应用于有关白云石成因的研究中 但仍存在一些问题 根据Mckenzie 1985 等人的资料 不少现代沉积环境中的白云石比与之共生的方解石高约3ppb的18O 但大多数古代白云石的 18O值却和与之共生的方解石相差无几 当然这可能说明一部分现代白云石 尤其是一些盐湖环境中的白云石可能是原生的 而大多数古代白云石都是交代成因的 或者说所测得的古代白云石的 18O值的资料是白云石最后一次成岩后生作用稳定化的结果 不能反映其原始成因 但也有人认为 在白云石交代过程中 存在氧同位素的交换 即交代白云石的氧同位素组成 不应完全和被交代的方解石相同 其 18O值决定于白云化溶液 因此在具体分析其成因时 应根据其他资料综合考虑 5 白云岩的主要类型 5 1 准 同生白云岩即指原生沉淀的白云岩和准同生交代的白云岩 一般是微晶结构 与蒸发岩共生的白云岩 常与石膏 硬石膏 岩盐呈互层 具细粒均一结构 无被交代的结构特征 很少有生物 尤其是没有正常盐度生物 并很少与正常灰岩共生 同生白云岩常处于海退旋回的上部 夹在石灰岩与蒸发岩之间 四川下三叠统嘉陵江组和中三叠统雷口坡组中的白云岩属于这种类型 5 2 碎屑白云岩在潮间和潮上坪生成的白云岩 经过潮汐 风暴的冲刷 破碎 改造 搬运 再沉积成碎屑白云岩 在川南古宋望成坡下三叠统嘉陵江组第五段中 在白云岩之上出现白云质角砾灰岩 这是由于白云岩在原地破碎后 又被潮渠灰岩埋藏起来而形成的 5 3 成岩白云岩白云石化作用发生在成岩阶段 这种白云石晶粒较粗 自形程度较好 常呈雾心亮边的菱形晶体 与可原始沉积环境无关 并可能含有正常盐度生物 白云石常破坏原始沉积结构及微细构造 层位分部稳定 但常不成层 有时呈斑块分布 常与正常海相灰岩过渡 而不与膏盐直接共生 此外 白云石具较高的 18O值 具中等以上的Fe Mn含量和较暗的阴极发光性 这种白云岩可以产生良好的晶间孔隙 具有一定的储集意义 5 4 后生白云岩石灰岩形成以后 在构造因素控制下被交代成白云岩 后生白云岩主要是和断层 裂隙密切相关 并代作用所需镁的来源有 地层中的残余海水 上部盐水向下渗透 深部地下盐水以及岩浆残余水 因此 后生白云岩主要受构造控制 但也有受层位控制的 后生白云岩晶粒比成岩白云岩更粗 干净透明 比原来的石灰岩含较高的铁和锰 一般不含锶 有时晶面弯曲变形 呈马鞍状 这种白云岩也可以产生良好的晶间孔隙 具有一定的储集意义 6 去白云石化作用 与白云石化相反的过程是去白云石化作用 去白云石化作用是指方解石交代白云石的现象 一般人认为这种方解石化作用是在接近地表环境中 在接近常温 50 以下 和高Ca Mg值的淡水溶液条件下形成的 去白云石化作用在自然界中广泛存在 实际其发生机理与两种环境有关 1 与石膏等蒸发盐伴生的白云石进入地表大气水成岩环境后 如四川的三叠系 可提供高Ca Mg值的淡水溶液条件 2 埋藏成岩条件下在某些粘土矿物的参与下 1 近地表条件下的去白云石化作用 CaMg CO3 2 Ca2 SO42 Mg2 SO42 2CaCO3 白云岩 石膏溶解 被水带走 方解石 这是一个在各种文献上被广泛使用的近地表条件下去白云石化作用的反应 已经证明 该反应在热力上是可行的 但在动力学上是不可行的 因为在近地表条件下 不管有无石膏的参与 白云石溶解 方解石沉淀在化学动力学上是行不能的 近地表条件下 具不同方解石含量的白云岩在有溶解CaSO4加入时的溶解状况 在近地表条件下 去白云石化作用是一个与高Mg Ca比值条件下白云石化作用的相逆过程 即接近理想的配比的白云石中Mg2 优先释放 形成类似于原白云石的富Ca白云石 再最后转变成方解石 2 埋藏条件下的去白云石化作用 埋藏成岩过程中在粘土矿物参与的去白云石化的反应有 1 白云石 高岭石 石英 水 方解石 二氧化碳 绿泥石2 铁白云石 高岭石 水 铁绿泥石 方解石 二氧化碳 石英3 铁白云石 伊利石 水 氯化钙 铁绿泥石 石英 方解石 氯化钾 二氧化碳 以反应 为例说明埋藏成岩过程中去白云石化作用所需要的热力学条件 白云石与高岭石作用生成方解石的反应中GIBBS自由能增量和温度的关系 同一纵列中的数据的压力为2 200MPa 在压力20Mpa的条件下 温度和GIBBS自由能增量之间的关系 在压力20Mpa的条件下 温度和GIBBS自由能增量之间的关系 白云石与高岭石作用生成方解石的反应中GIBBS自由能增量和压力的关系 各横行的温度值依次从500C到7000C 温度从50度增加到7百度 1000C的温度条件下 GIBBS自由能增量和压力的关系 在埋藏成岩作用中 地层的温度与压力是同时增加的 按地温梯度3 100m 压力梯度1Mpa 100m 当地层埋藏深度增加2000m时 压力增加20Mpa 温度增加60 温度升高造成的GIBBS自由能增量降低约为60KJ mol 压力增加造成的GIBBS自由能增量升高约为30KJ mol GIBBS自由能增量的综合变化大致降低30KJ mol 说明在地层条件下 温度对上述反应 白云石与粘土矿物反应生成方解石 的积极影响显然大于压力的消极影响 与之类似 当地层埋藏深度增加3000m时 GIBBS自由能增量的综合变化大致降低65KJ mol 因此 在深埋藏作用下 白云石与粘土矿物反应生成方解石的去白云石化作用更容易发生 7 碳酸盐岩的储集空间及其在成岩过程中的演化 1 碳酸盐岩的孔隙类型类型1 组构选择性孔隙 包括粒间孔 粒内孔 晶间孔 铸模孔 鸟眼孔 遮蔽孔 骨架孔等类型2 非组构选择孔隙 包括裂缝 溶沟 溶孔 孔洞 溶洞 洞穴 等类型3 选择性和非选择性兼有的孔隙 包括角砾孔 生物钻孔 潜穴和收缩孔 分类把组构选择放在如此重要的地位 是由于海相碳酸盐矿物对沉积成岩环境的强烈敏感性和易变性原始海相碳酸盐矿物以文石和镁方解石为主 在淡水条件下文石极易受溶解 因而由文石和镁方解石形成的组构选择铸模孔就成了确定孔隙形成的时间和条件下的关键线索 A原生孔隙原生孔隙受碳酸盐岩的组分 结构 构造的控制 A 1 沉积前的孔隙包括粒内孔隙和骨架孔隙等 粒内孔隙是沉积以前 颗粒生长过程中形成的孔隙 如生物体腔孔是生物死亡后软体部分腐烂留下的孔隙 其中尚未被其它沉积物充填 这种孔隙