5第五章 储层成岩作用

I/S中S层
>70%
70%～50% 50%～15%
<15%
储层岩石结构及孔隙带划分
在不同的成岩阶段，由于成岩作用对孔隙演化的影响 不同，会出现不同的孔隙发育带。
成岩阶段 成岩期 接触类型 A
早成岩 B 点状 原生孔 及少量 次生孔 A 点线状 次生孔 发育
晚成岩 B 线状 次生孔 减少并 出现裂缝 裂缝 发育 C
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。
④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。
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
胶结物有粘土、硅质、
碳酸盐、其它矿物(沸
石和黄铁矿)等。
①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能的影响 也不同。
②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
压实作用强度的定量表征：
① 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 颗粒填集密度
弱压实 <70%
中等压实 70%~90%
强压实 >90%
② 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
算。碎屑岩原始孔隙度至少可取35％～40％；
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（ 压 ）：
压
40 V粒 40
100%
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（ 胶）：
④ 样品密度视成岩演化程度而定。
（2）储层样品分析鉴定内容： ①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；
颗粒填集密度统计。
最常见的稳定及不稳定重矿物
稳定重矿物 石榴石、锆英石、刚玉、电气石、锡石、金 红石、白钛矿、板钛矿、磁铁矿、榍石、十 字石、蓝晶石、独居石 不稳定重矿物 重晶石、磷灰石、绿帘石、黝帘石、阳起石、 符山石、红柱石、硅线石、黄铁矿、透闪石、 普通角闪石、透辉石、斜方辉石、普通辉石、 橄榄石
晶面发育，有时可见石英小晶体； c．Ⅲ级加大：几乎所有石英和长石具次生加大，且加大 边较宽，多呈银嵌状； d．Ⅳ级加大：颗粒之间具缝合接触，自形晶面基本消失。
③面孔率测定:
面孔率
MS
SK
SW
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： ①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
（3）泥质岩采样及分析鉴定
① X 衍射分析：测定粘土矿物相对含量，及混层矿物混 层比； ②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； ③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： ①填集密度：
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。
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。 c．孔隙产状描述（粒间孔、晶间孔、粒内孔、铸模孔等）。 次 d．面孔率测定，分孔隙类型和产状分别计数。 生 孔 隙 ②阴极发光鉴定－研究矿物世代关系，识别自生矿物，判别 的 识 别 其成因和来源等。 标 志 据 吕 正 谋 ( )
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
屑颗粒紧密排列，软组分挤入孔隙，水份排出，
原生孔 孔隙类型 发育
有机质成熟度
成岩作用强度与有机质成熟度均是时间和温度的函数， 通过有机质成熟度可以对成岩阶段进行划分。通常应用镜质 体反射率、孢粉颜色及热变指数等指标来划分有机质成熟度。 成岩阶段 成岩期 Ro(%) 孢粉颜色 热变指数 有机质成熟度 A
>0.35 淡黄 <2.0 未成熟
早成岩 B
有机质成熟度；
古温度。
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 成岩期 A 早成岩 B I 泥晶 亮晶 A II 含铁 晚成岩 B III C IV
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
颗粒截距长度 填集密度= 100% 横截长度
压实作用强度 颗粒填集密度 压实后损失的孔隙度 弱压实 <70% <10% 中等压实 70%~90% 10~25% 强压实 >90% >25%
②石英次生加大分级： a．I级加大：少量石英具窄的加大边或自形晶面；
b．Ⅱ级加大：大部分石英和部分长石具次生加大，自形
③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
③扫描电镜及能谱测量 a．粘土矿物及产状，结晶程度， 转化ຫໍສະໝຸດ 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。
④ 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。
⑤电子探针－对重点矿物微区做电子探针测量元素组成。 ⑥同位素分析－选不同世代碳酸盐胶结物做同位素分析。 ⑦ X 衍射分析－测定粘土胶结物中各类粘土矿物相对含 量。
0.35-0.5 黄色 2.0-2.5 半成熟
晚成岩 A
0.5-1.3 桔黄－棕 2.5-3.7 成熟
B
1.3-2.0 棕黑 3.7-4.0 高成熟
C
2.0-4.0 黑 >4.0 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。
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 压实率
弱压实 <30%
中等压实 30%~70%
强压实 >70%
压实后损失的孔隙度
<10%
10~25%
>25%
2. 化学压实作用 当上覆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
胶
V胶 40
100%
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（ 粒）：
粒 V粒 V胶
③成岩阶段划分
a．划分依据
自生矿物分布、形成顺序； 粘土矿物组合及伊利石／蒙脱石（I／S）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（如原生孔 隙带、混合孔隙带、次生孔隙带、紧密压实裂缝带等）；
石英加大 级别
方解石
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