Question

成岩作用与成岩作用阶段

Answer 1

（一）成岩作用阶段划分

成岩作用是指沉积物从沉积、固结成岩直至变质之前的物理、化学和生物化学作用过程，包括压实、胶结、溶蚀、交代甚至有机质演化的影响，因而，可以说，这一过程是包括了有机演化和无机演化的复杂过程。为了更好地研究这一过程，本书根据石油天然气总公司碎屑岩储层成岩阶段划分标准（1990），将该区的成岩作用划分为同生阶段、早成岩阶段、晚成岩阶段及风化-表生成岩阶段。

1.早成岩阶段

（1）A期：该阶段岩石疏松、原生孔隙发育，埋藏深度＜1200m，有机质未成熟，R₀＜0.35%，温度＜65℃，粘土矿物以蒙脱石占绝大多数，蒙脱石含量65%～100%，长石表面具少量溶孔，硅质加大出现，岩石孔隙度＞18%。

（2）B期：埋深1200～1650m，温度65～90℃，有机质半成熟，R₀=0.35%～0.5%，压实作用使原始孔隙度大量减小，而溶蚀孔隙开始大量出现，同时可见书页状高岭石的析出，蒙脱石的含量从50%减至20%。

2.晚成岩阶段

（1）A期：埋深1650～2100m，有机质成熟，R₀=0.5%～1.3%，温度90～140℃，原生孔隙显著减少直至消失，而长石碎屑颗粒及碳酸盐胶结物溶蚀强烈，可见溶蚀残余，石英、长石次生加大普遍，粘土矿物以伊利石、绿泥石为主（＞60%），混层次之。

（2）B期：有机质处于高成熟阶段，埋深2100～3500m,R₀=1.3%～2%，温度140～170℃，岩石致密，但局部溶蚀孔隙也很发育。此阶段粘土矿物伊利石占绝大多数，长石、沸石局部溶蚀强烈，铁方解石发生溶解。

（3）C期：有机质处于过成熟阶段，R₀＞2%，粘土矿物单一，为伊利石、绿泥石。岩石极致密，颗粒缝合接触，但致密带仍有高孔隙发育带，这可能是由于早期油气的进入抑制了压实、胶结作用而致。

3.风化-表生成岩阶段：构造运动使地层抬升至地表，遭受风化、淋滤。该期溶蚀-充填现象特别发育，长石粒内具蜂窝状溶孔。长石绢云母化、绿帘石化现象普遍，碎屑颗粒常见铁质薄膜或铁质侵染现象。粘土矿物为单一的蒙脱石。

（二）成岩作用类型及特征

研究区成岩作用主要有粘土膜的形成作用、压实-压溶作用、胶结作用、溶蚀充填作用、交代作用、浊沸石的形成与溶解等。

1.粘土矿物包膜形成作用：在水底成岩环境或早表生、浅埋成岩环境下，粘土矿物（主要为蒙脱石、伊利石及绿泥石）在碎屑颗粒周围形成一层薄膜，这种现象在泉头组、登娄库组及营城组均有表现；粘土薄膜的外围一般有次生加大现象，使加大呈有痕加大，薄膜较厚者不具加大边；粘土矿物主要作用是堵塞喉道，减少渗透率，但对孔隙度影响较小。

2.压实（压溶）作用：是本研究区最重要的成岩作用，这种作用贯穿成岩作用的整个过程，具体表现在：塑性颗粒变形并绕刚性颗粒分布、刚性颗粒被压入柔性颗粒中、颗粒被压裂、颗粒定向排列、垂直压力方向产生次生加大而使颗粒拉长、颗粒压溶呈缝合接触。

3.胶结作用：研究区砂岩常见的胶结物有碳酸盐类、硅酸盐类及铁质、沸石等，偶见石膏、重晶石胶结物。胶结类型主要以孔隙式为主，孔隙-接触式及接触式次之，基底式再次之。

（1）钙质胶结：包括早期形成的泥晶—粉晶碳酸盐胶结和晚期埋藏形成的铁方解石、铁白云石胶结，后者有时以交代物的形式出现于孔隙内，主要表现：析出于石英次生加大后；方解石交代石英、长石，使颗粒呈残留晶体；颗粒被溶蚀后（呈港湾状）充填进铁方解石。

（2）硅质胶结：主要以石英或长石次生加大的形式出现，次生加大的物质来源：粘土中硅酸盐矿物溶解及长石的淋滤，溶液中富含SiO₂沉淀；在深埋成岩环境中，压溶作用使颗粒溶解出液态SiO₂进入孔隙水中，同时，粘土矿物与伊/蒙混层转化提供大量的Si离子，过饱和的SiO₂沉淀。次生加大有如下几种表现形式：强烈压实作用之前，阻止了进一步压实，孔隙中主要为伊利石及伊/蒙混层；形成于早期方解石胶结之后；形成于强烈压实之后，晚期碳酸盐胶结之前；形成于早期方解石胶结之后，晚期方解石胶结之前，有些石英颗粒有多次次生加大边。

（3）铁质胶结：为表生成岩环境的产物，主要分布于登娄库组、营城组、沙河子组中。

石膏、重晶石胶结：在深埋成岩环境中，斜长石钠长石化提供了丰富的钙离子，由于白云石、方解石交代碎屑颗粒，

浓度降低，

浓度增高，形成了石膏、重晶石的胶结。

（4）沸石胶结：沸石矿物在本区具有十分重要的意义，在平面上，全区均有分布，纵向上，从井深500m至2000m均有分布，其成因至少有两种：一是水底或早表生成岩环境中，由于火山玻璃蚀变及斜长石水化作用，使溶液中阳离子浓度提高，pH值增大，为沸石的形成提供了充分的条件，薄片中可以看出火山碎屑蚀变现象，另一种是在深埋环境下，压溶作用以及粘土矿物向伊利石转化，大量的SiO₂及Na⁺释放至溶液中，使斜长石钠长石化而形成浊沸石。沸石的形成必须有高pH值、富含阳离子的条件，一旦有机质成熟生烃，由于脱羧基使溶液呈酸性，沸石便溶解，从而形成次生孔隙。

4.溶蚀-充填作用

（1）早期溶蚀-充填作用：发生于同生期，由于近三角洲前缘淤泥中生物腐烂，使局部为酸性环境，导致碎屑颗粒边缘轻微溶解呈港湾状，但均又被杂基或灰泥充填，因而不产生次生孔隙。

（2）表生溶蚀-充填作用：主要发生在早表生或晚表生成岩环境，构造运动导致十屋地区登娄库组遭受剥蚀和大气淡水渗滤，使长石沿解理发生溶蚀，扫描电镜可见蜂窝状溶蚀孔。

（3）埋藏溶蚀-充填作用：当岩层被埋藏至一定深度，约1200～2000m，羧酸大量产生，使溶液呈酸性，从而使长石颗粒或沸石发生溶蚀，充填或未充填。

5.交代作用：是本区较为常见的一种成岩作用，主要有以下三种表现形式：

（1）方解石交代石英、长石等碎屑颗粒：在浅埋或深埋成岩环境下，由于温度上升，蒙脱石向伊/蒙混层转化，在富含CO₂的作用下，局部游离出的碳酸钾可使石英或长石发生溶解，方解石得以沉淀，从而发生方解石交代碎屑颗粒的现象，在粘土矿物转化过程中，常伴有铁、镁离子的析出，因而，在中晚成岩阶段常有铁白云石或铁方解石沉淀。

（2）方解石交代粘土矿物：在浅埋或深埋成岩环境下，偏碱及高浓度Ca²⁺的存在除了使方解石交代石英、长石外，同时也使方解石交代粘土矿物。

（3）长石高岭石化、黝帘石化、伊利石化：在表生或晚表生成岩环境中，由于较高CO₂分压及酸性环境的作用，斜长石被高岭石交代，或被黝帘石交代。在埋藏（深埋）环境下，当斜长石与有机质酸性水接触时，变得不稳定而被高岭石交代。