储层成岩作用课件

1、 沉积岩沉积埋藏后直到变质作用以前，这一漫长的地质历史中，所经历的物理、化学和生物作用，统称成岩作用。第五章 储层成岩作用研究成岩作用? 主要目的 揭示储集层的成岩作用类型和特征、成岩强度、成岩序列、成岩阶段等,了解岩石孔隙及孔隙结构的变化，通过成岩史了解孔隙演化史。 研究方法 偏光显微镜、阴极发光显微镜、扫描电子显微镜、X衍射、稳定同位素、电子探针、包裹体等。碎屑岩储层成岩作用研究 一、 碎屑岩的主要成岩作用类型 1. 机械压实作用 2. 化学压实作用 3. 胶结作用 4. 交代作用 5. 溶解作用 6. 自生矿物的形成1. 机械压实作用最常见 沉积埋藏阶段在上覆重力及静水压力下，碎屑颗粒紧

2、密排列，软组分挤入孔隙，水份排出，孔渗变差的作用。机械压实作用类型示意图应用显微镜观察到的机械压实作用痕迹:压实定向结构片状或伸长状颗粒长轴近 平行排列。 在杂基支撑的砂岩中最常见。紧密接触 机械压实作用的强弱，可以从颗粒的接触方式反映出来，由弱到强的顺序为漂浮状、点接触、线接触、凹凸接触。后两种接触方式反映了碎屑物质经受了强烈的压实作用。塑性颗粒变形 压实作用可使泥页岩岩屑、碳酸盐岩岩屑等变形，压实作用强烈时，可使之挤入孔隙中形成假杂基。 在长期的压应力作用下，一些脆性颗粒发生塑性变形，晶格畸变，镜下形成波状或带状消光。强度较弱的颗粒在压应力作用下常被压扁、压弯。脆性变形 刚性碎屑颗粒被压裂

3、或压碎。 常见长石和方解石产生裂缝，而后又重新愈合。压实作用强度的定量表征： 颗粒填集密度在岩石薄片中进行测量、统计和分析。 填集密度=(颗粒截距总长度/测量长度)100% 填集密度越大，压实强度也越大。压实作用强度弱压实中等压实强压实颗粒填集密度90% 压实率砂体压实后原始体积降低的百分比。 原始孔隙体积压实后粒间体积 压实率100 原始孔隙体积 原始孔隙体积可通过岩石颗粒粒度和分选性，应用R.Sneider图版进行估算，压实后粒间体积一般通过薄片统计估算。粒间体积包括孔隙体积、胶结物体积和杂基体积。压实作用强度弱压实中等压实强压实压实率70%压实后损失的孔隙度25%2. 化学压实作用当上覆

4、地层压力或构造应力超过孔隙水所能承受的静水压力时，会引起颗粒接触点上晶格变形和溶解，溶解物质垂直于主压应力方向迁移，在颗粒的局部边缘形成压溶加大边。石英的压溶作用是最常见的压溶现象，一般在1000-1500m深度时较发育。显微镜下，碎屑颗粒的紧密填集，线接触、凹凸接触等现象，都是压溶作用的痕迹。3. 胶结作用矿物质在碎屑沉积物孔隙中沉淀，并使沉积物固结为岩石的作用。碎屑岩中常见的胶结物有粘土、硅质、碳酸盐、其它矿物(沸石和黄铁矿)等。粘土胶结作用几乎所有的砂岩中都有一定量的粘土充填。薄片中常见粘土呈薄膜式或孔隙式胶结。不同时代、不同埋藏深度的砂岩中，粘土矿物的类型和分布不同，因而对砂岩的储集性

5、能的影响也不同。硅质胶结作用硅质胶结作用最常见的形式是石英自生加大。时代越老和埋藏深度越大的砂岩，石英自生加大越强烈。借助于偏光显微镜和扫描电镜观察，可以将石英加大边划分为四个级别I 级加大少量石英具窄的加大边或自形晶面II 级加大大部分石英和部分长石具次生加大，自形晶面发育，有时可见石英小晶体III级加大几乎所有石英和长石具次生加大，且加大边较宽，多呈镶嵌状IV 级加大颗粒之间具缝合接触，自形晶面基本消失碳酸盐胶结作用碳酸盐胶结物中的主要矿物： 方解石、白云石、铁白云石、铁方解石和菱铁矿等。砂岩中的碳酸盐胶结物结构： 常见泥晶、粉晶和亮晶结构砂岩中的碳酸盐胶结物胶结方式： 孔隙型、薄膜型和再

6、生型。碳酸盐胶结世代 碳酸盐胶结作用可多期进行，形成不同世代的碳酸盐矿物。 应用阴极发光显微镜可以观察碳酸盐胶结世代 在阴极发光显微镜下，可以看到不同的发光环带，据此，可判断碳酸盐胶结物的世代和胶结次数。在许多砂岩中，碳酸盐胶结物分布极不均匀，常见团块状和层状分布，是导致孔隙分布不均匀的主要原因之一。 其它矿物的胶结作用在成岩作用过程中，还有其它一些胶结矿物的形成，如黄铁矿、长石、石膏、沸石等。它们的存在有时对储层性能产生影响。 例如黄铁矿在大港油田风化店地区孔店组砂岩中常表现为局部富集的团块，充填孔隙，使砂岩孔隙度降低。胶结作用强度的定量表征：胶结率(胶结物含量/原始孔隙体积)100 胶结率

7、反映了胶结作用降低砂体原始孔隙体积的百分数4. 交代作用一种矿物被溶解，同时被溶液中沉淀出来的矿物所置换，新形成的矿物与被溶矿物没有相同的化学成分，这种现象称为交代作用。5. 溶解作用沉积物埋藏后，始终处于地下流体的包围之中，溶解作用时刻都在进行。随着埋藏深度的增加，地温、压力增大，孔隙水和地层水的性质会不断发生变化，其溶解作用也会时大时小，溶蚀作用也时强时弱。6. 自生矿物的形成与充填作用自生矿物是沉积埋藏后新形成的矿物。自生矿物垂直孔隙壁向孔隙中心生长，使孔隙变小，喉道变窄的作用称为充填作用。尤其在成岩晚期或溶解作用之后形成的自生矿物，自形程度高，晶体较大，充填在粒间孔隙内，使储层性能变差

8、。砂岩中自生矿物包括自生粘土矿物、自生碳酸盐矿物、自生石英和长石等。二、 碎屑岩成岩作用研究的方法1采样及分析鉴定 （1）储层采样: 应按埋深自浅而深系统采样，构成一个连续剖面。 样品应以主力储层为重点，但也必须有不同孔隙度岩石结构，不同孔隙结构的代表性样品。 除在含油井段取样外，含水井段和油水过渡段都须取样，以研究是否存在差异成岩作用。有古油水界面存在时，也要分别在古油水界面上下同时取样。 样品密度视成岩演化程度而定。 （2）储层样品分析鉴定内容： 铸体薄片鉴定成岩作用研究的最基础内容。 a常规矿物组成鉴定：碎屑矿物成分，填隙物成分，胶结物 及类型，自生矿物及形成顺序等； 颗粒接触关系； 颗

9、粒填集密度统计。最常见的稳定及不稳定重矿物引自沉积岩石学（石油工业出版社，1985） b鉴别孔隙成因类型，确定次生孔隙的证据和标志。次生孔隙的识别标志(据吕正谋) c孔隙产状描述（粒间孔、晶间孔、粒内孔、铸模孔等）。 d面孔率测定，分孔隙类型和产状分别计数。阴极发光鉴定研究矿物世代关系，识别自生矿物，判别 其成因和来源等。扫描电镜及能谱测量 a粘土矿物及产状，结晶程度，转化情况； b自生矿物发育状况等等； c 应用能谱测量对矿物进行元素定量分析。 包裹体测量选部分石英加大边或碳酸盐胶结物做包裹体测量，包括均一化温度、压力、盐度、密度、PH、Eh及烃类性质等。 电子探针对重点矿物微区做电子探针测

10、量元素组成。 同位素分析选不同世代碳酸盐胶结物做同位素分析。 X衍射分析测定粘土胶结物中各类粘土矿物相对含量。 （3）泥质岩采样及分析鉴定 X衍射分析：测定粘土矿物相对含量，及混层矿物混层比； 分离干酪根测定镜煤反射率，孢粉颜色及热变指数（TAI）和有机酸等； 热解分析，测定最大热解峰（Tmax）等。 （4）地层水采样及分析有机酸类型及含量分析。 2.综合解释 （1）定量计算方法： 填集密度： 填集密度= 压实作用强度弱压实中等压实强压实颗粒填集密度90%压实后损失的孔隙度25% 石英次生加大分级： aI级加大：少量石英具窄的加大边或自形晶面； b级加大：大部分石英和部分长石具次生加大，自形晶

11、面发育，有时可见石英小晶体； c级加大：几乎所有石英和长石具次生加大，且加大边较宽，多呈银嵌状； d级加大：颗粒之间具缝合接触，自形晶面基本消失。 面孔率测定: 面孔率 式中 SK 薄片观察孔隙总面积； Sw 薄片视域总面积。 （2）成岩事件识别及成岩阶段划分： 确定成岩事件: a根据各种分析鉴定成果，确定研究对象所经历过的成岩事件。碎屑岩的成岩事件主要有；机械压实作用，化学压溶作用，胶结作用，溶蚀作用，交代作用等。 b针对具体研究对象，成岩事件应以岩石结构，矿物变化等具体内容命名。如机械压实，石英次生加大，长石高岭石化，方解石交代，铁白云石析出，绿泥石重结晶、长石淋溶、碳酸盐溶解、烃类进入等

12、等。 c判别各成岩事件在地质历史中出现顺序，自先而后排出序列。 成岩事件对孔隙度的改造 a沉积时原始孔隙度根据一些研究者的实测、模拟和理论计算。碎屑岩原始孔隙度至少可取3540； b保存的原生孔隙度和溶蚀次生孔隙度。 c压实后溶蚀前的孔隙度溶蚀孔隙度加残余胶结物含量； d压实损失孔隙度（ ）： 式中 V粒粒间体积占岩石体积，%； 40 原始孔隙度，%。 e.胶结作用损失的原始孔隙度（ ）： 式中 V胶残留胶结物体积占岩石总体积，； 40原始孔隙度，。 f粒间孔隙度（ ）： 自生矿物分布、形成顺序； 粘土矿物组合及伊利石蒙脱石（IS）混层粘土矿物的转化； 储层岩石结构，物理性质变化及孔隙带划分（

13、如原生孔隙带、混合孔隙带、次生孔隙带、紧密压实裂缝带等）； 有机质成熟度； 古温度。 成岩阶段划分 a划分依据自生矿物分布及形成顺序 各种自生矿物的形成要求一定的物理化学条件，而随着地层温度、压力及孔隙水性质的变化，会出现不同类型的自生矿物，它们能指示岩石的形成发育过程，可做为成岩阶段划分的辅助标志。成岩阶段早成岩晚成岩成岩期ABABC石英加大级别IIIIIIIV方解石泥晶亮晶含铁铁白云石泥晶亮晶伊利石蒙脱石（I/S）混层粘土矿物的转化 随着埋深和温度的增加，泥岩及碎屑岩杂基中的蒙脱石会发生成岩演变。在不同的成岩阶段，I/S混层的演化有一定规律。成岩阶段早成岩晚成岩成岩期ABABC混层类型蒙脱

14、石蒙脱石渐变带(部分)有序混层超点阵有序混层伊利石I/S中S层70%70%50%50%15%0.350.35-0.50.5-1.31.3-2.02.0-4.0孢粉颜色淡黄黄色桔黄棕棕黑黑热变指数4.0有机质成熟度未成熟半成熟成熟高成熟过成熟古温度 古温度不但影响有机质成熟度、伊利石蒙脱石（I/S）混层粘土矿物的转化，还影响自生矿物的形成，因此古温度也是划分成岩阶段的标志。成岩阶段早成岩晚成岩成岩期ABABC古温度()常温-6565-8585-140140-170170-200可利用矿物温度计沸石带的生成温度获取古温度。注：粘土矿物形成温度 高岭石70100 无序伊/蒙混层50100 有序伊/蒙

15、混层100175 伊利石 130150矿物温度计沸石带的生成温度（根据佐佐木诏雄等）石油天然气总公司制定碎屑岩成岩阶段划分规范 成岩阶段划分 a划分依据； b各种成岩作用序列及所处成岩阶段； c各阶段相应埋藏深度； d孔隙演化史。东濮凹陷沙三段成岩阶段划分（引自赵澄林） 近年来，很多研究者提出了“成岩相”的概念，在油田范围内在沉积微相划分基础上对储层进行成岩相的划分。目前，成岩相分析还没有形成统一的规范和命名，常用的方法有两种。 3成岩相分析（1）按不同岩石结构分别编制成岩演化和孔隙演化图 把不同沉积微相与储层岩石结构联系起来； 按不同岩石结构，分析不同成岩阶段各成岩作用对孔隙的改造程度； 分

16、岩石相编制成岩和孔隙演化模式图。阜新盆地白垩系阜新组冲积扇辫状河砂体各微相成岩模式图 （引自李建国）滨湖等粒砂堆积成岩模式 （2）综合沉积微相和成岩产物命名成岩相，编制成岩相平面、剖面图，直接表征储层特征： 找出对不同微相岩石起主要作用的成岩事件； 把成岩环境和成岩产物综合命名成岩相； 编制成岩相平面图，剖面图。 b石英次生加大成岩相 主要出现在石英净砂岩中。常出现于三角洲前缘席状砂岩及浅滩环境改造的净砂岩中，或在漫溢微相及再搬运沉积体系中。这类储层孔隙渗透性也低。 a碳酸盐胶结成岩相 这类成岩相主要分布于近源深沟道浊积岩中。其形成与活跃活动的水介质作用有关。实例:东濮凹陷北部沙三四段储层可分

17、为四种成岩相（赵澄林等） d不稳定组分溶蚀成岩相 上述四种成岩相主要受沉积相控制，前两者为强化学胶结成岩相，是在净砂岩中形成的；后者是杂砂岩形成的成岩相类型。 c粘土杂基支撑成岩相 这一成岩相属低结构成熟度的杂砂岩，砂岩显杂基支撑结构及似斑状结构。这类储层普遍出现在湖底扇辫状沟道、深水重力流水道及部分沟间和漫溢微相中，其特征是高孔隙度、低渗透率。1石英次生加大成岩相；2不稳定组分溶蚀成岩相；3粘土杂基支撑成岩相；4碳酸盐胶结成岩相文留地区沙三3亚段成岩相分布图（引自赵澄林）马厂地区沙三34亚段成岩相模式图（引自赵澄林）碳酸盐岩储层成岩作用研究一、成岩阶段划分 成岩阶段划分为同生、早成岩、晚成岩

18、、表生成岩四个阶段。 （1）同生阶段。沉积物主要与地层水发生作用，灰泥白云石化，形成微粉晶白云岩，产生少量晶间孔隙。 识别标志：沉积物颗粒变形，颗粒表面泥晶化，具有微晶白云石，新生成的矿物不破坏原始沉积物的结构构造。12C低（1.82.6），18O较高。 （2）早成岩阶段。沉积物的胶结、交代、重结晶、压溶等各种成岩作用出现，沉积物固结成岩。同时形成粒间、铸模、晶间等大量孔隙。 识别标志：高镁方解石转化为低镁方解石，出现粉晶白云石、菱形白云石。压溶缝、颗粒重结晶；新生成的矿物破坏原始结构构造。13C低，18O高。 （3）晚成岩阶段。晚成岩阶段埋深进一步加大，岩石出现裂缝、压溶、重结晶、各种孔隙被

19、充填胶结。 识别标志：多组裂缝、缝合线、重结晶、斑晶或斑块，矿物脉穿过若干层。 （4）表生阶段。岩层抬升到地表或地表附近，遭受褶皱、断裂、溶蚀、风化等各种作用，产生严重破坏。 识别标志：大量裂缝、组系不清，大量溶蚀孔、洞、缝，大型溶洞、断裂、风化、溶塌各种角砾岩。 1. 溶解作用二、碳酸盐岩主要成岩作用 （1）溶解作用条件 地质条件，包括可溶碳酸盐岩岩石类型、结构构造、所处构造、地理位置、裂缝发育程度等。 气候条件，包括可运动水速度、水量大小、水的侵蚀性，CO2含量、生物分解、季节变化等。 同生阶段的溶解作用形成粒内溶孔，不破坏粒屑边界。 早成岩阶段的溶解作用形成溶模孔隙，如膏模孔、藻模孔、鲕

20、模及负鲕等。 晚成岩阶段的溶解作用形成晶间和晶内溶孔和非组构溶蚀孔洞缝，溶孔较大。 表生阶段的溶解作用发展为溶蚀作用，形成大量溶蚀孔洞缝和岩溶地貌。（2）各成岩阶段溶解作用 （3）溶解作用的特点 溶解作用发育程度差别大反映在溶蚀地貌和溶蚀孔洞的形态、大小和多少均差别很大。 溶解作用分布多渠道有顺层、沿某种岩性、沿缝、垂直或水平方向等。 形成大量溶蚀孔洞缝。 形成很不规则的岩溶地貌。 2. 白云石化作用 （1）白云石化的条件 主要发育于成岩作用早期，由高咸水中的镁离子交代碳酸钙中钙离子形成，其反应式如下： 2CaCO3Mg2+CaMg（CO3）2十Ca2+ 文石 卤水 白云石 卤水 CaCO3M

21、g2CO32-CaMg（CO3）2 文石 卤水 白云石 a.高咸化水（重卤水） 引起白云化溶液盐度4550，甚至高达270，其中Mg2+Ca2+克分子比一般介于610之间。常伴生石膏、菱铁矿等矿物。 b.具有足够量的卤水 有比岩石孔隙体积大千倍的卤水溶液通过碳酸钙使其溶解，并沉淀白云石。 c.pH值 9。 d.温度较高，一般2835。 e.白云化多发生在03m的潮上带，部分见于潮间带。 不同原始矿物白云石化的难易程度不同，由易而难的序次是：高镁方解石文石低镁方解石。 （2）白云石化的特征具有明显的选择性 不同岩石结构白云石化难易程度不同，由易而难的序次是：泥晶基质内碎屑、球粒、鲕粒或原生文石质

22、生屑原生方解石生屑。 生物礁易白云石化 缝、孔发育处易白云石化白云石化程度差别大 （3）不同成岩阶段白云石化 同生白云石化 特点：白云石晶体呈半自形自形，泥晶微晶； 颗粒和基质的原始结构基本保留； 有时具有明显的层纹构造，成层分布； 可以反映原始沉积环境。早成岩白云石化特点：白云石晶体呈菱形半自形自形，晶粒微晶粉晶，部分到细晶有环带构造； 不破坏原始结构构造； 沿层理方向分布，但不切穿层面； 呈薄层或条带状沿一定层位分布，与灰岩共生。增加孔隙度 晚成岩白云石化 特点：呈不规则透镜体、脉体、窝状体分布于灰岩之中； 不受层控制，常分布在裂缝发育部位。 破坏沉积结构构造； 白云石晶体多较明亮，晶粒粒

23、大，晶形完好。 与原始沉积环境无关。增加孔隙度表生白云石化表生阶段主要是酸性、氧化环境、白云石化作用极少。（4）白云石化对岩石结构和储层性质的影响 对岩石结构的影响 岩石完全白云石化，变成结晶白云岩，原生结构全部消失，其中各种粒屑也普遍受到破坏，而无法辨认，岩石呈典型的全晶质嵌晶结构或他形白云石晶粒为主的花岗状结构。 岩石部分白云石化（1075）时，白云石可呈环边状胶结物生长于原始孔隙的壁上或粒屑的溶孔壁上，也可呈自形晶分散于泥晶基质中。 当岩石白云石化程度很高（7595）时，岩石原生结构仍可辨认，白云石晶体多呈自形半自形，粒状嵌晶结构，晶粒一般较粗大，明亮。 碳酸盐矿物转化时的体积变化白云石

24、化对储油物性的影响 当文石、方解石转变为白云石，除形成白云石基质外，还可产生一定的孔隙。当白云石含量介于075之间时，岩石的渗透率和孔隙度均随白云石含量增加而减小，渗透率下降的幅度比孔隙度更大。沙特、阿拉伯上侏罗碳酸盐岩储层性质与白云石含量关系白云石含量1075，尤其是2650和5175时，孔隙度变化较小。白云石含量与岩石孔隙度、渗透率的关系当白云石含量75时，孔隙度和渗透率受白云石含量的影响很大。 白云石含量77的情况下，白云岩的网格结构张开，发育有效的晶间孔隙，孔隙度增大，白云石含量达80时，孔隙度最大，平均达19；渗透率达30010-3m2。白云石含量继续增加，孔、渗反而下降，含量90时

25、，岩石基本上呈镶嵌结构，变为非渗透性。 3. 去白云石化（方解石化）作用（1）去白云石化条件 白云石在富含CaSO4的水溶液参与下，Mg2+被 Ca2+置换变成方解石。其反应式如下： CaMg（CO3）2CaSO42CaCO3MgSO4 a.有硫酸根离子来源，主要有膏质白云岩，富含黄铁矿白云岩、石膏与白云岩互层、裂缝充填石膏等。 b.硫化物氧化环境，表生期风化壳裂缝附近均可造成这种环境。 C.淋滤作用解离掉白云石中的MgCO3分子，造成简单的CaCO3（方解石）分子的残积。（2）去白云石化特征 方解石大晶体内有白云石残余物。 方解石具白云石假象，自形程度高。 方解石晶体大。 去云化方解石突起较

26、白云石低，易与白云石区别。 具有菱形和多面体孔隙。4. 胶结作用松散的碳酸盐颗粒和矿物彼此粘结在一起固结石化的作用。（1）胶结物 以方解石为主，其次是白云石、石膏、硬石膏、天青石和粘土矿物等。 胶结物组成可以是淀晶胶结，也可是灰泥基质。灰泥重结晶后与淀晶区别见下表。淀晶与重结晶亮晶对比表亮晶胶结物的几种类型g为颗粒组分；S为亮晶胶结物；m为泥晶基质再生边型中的g为海百合单晶，点线边缘为其单晶化石轮廓；渗流沙型中的m 为泥、粉屑渗流充填物，上部s为亮晶；世代型中的S1第一世代亮晶，s2为第二世代亮晶。各图中的标尺长为0.5mm常在大气淡水渗流条件下形成孔隙底部为泥屑等，上部为淀晶。沉积物早期暴露标志。胶结物与颗粒光性方位一致，多形成于晚期成岩阶段淀晶胶结，可有几个世代，第一世代称栉壳型，一般早期成岩阶段形成。第二世代及以后世代晚期成岩阶段形成。胶结物围绕颗粒基本呈等厚分布渗流带的产物 （2）胶结物结构类型 5. 硅化作用碳酸盐岩中石英交代方解石、白云石等矿物 （1）硅质来源 大陆风化壳中放出SiO2，通过流水带入海盆。 硅质生物如硅藻、硅