Question

主要成岩作用类型及其特征

Answer 1

根据对砂岩孔隙演化和物性变化的不同影响，富县地区延长组储层成岩作用可分为破坏性和建设性两大类，下面分别加以论述。

（一）破坏性成岩作用主要类型及特征

1.压实、压溶作用

压实、压溶作用是使岩石密度增大、原生孔隙度大幅降低的主要成岩作用。压实作用的强弱主要与岩石埋深、地温及碎屑矿物组分等有关（郑浚茂等，1989；刘宝珺等，1992），浅埋藏时以机械压实作用为主，随着埋深加大代之而发育压溶作用。

富县地区延长组砂岩中，石英含量相对较低（平均在42%以下），而“抗压实性”差的塑性碎屑长石、岩屑等含量较高，这在很大程度上导致压实作用极为强烈。主要表现为云母、长石等片柱状矿物明显的定向排列（图版Ⅳ-3，Ⅳ-4），泥质、黑云母等塑性碎屑发生弯曲变形、波状不均匀消光，长石双晶纹弯曲、断裂、错位，部分石英颗粒波状消光，以及少量云母挤入碎屑颗粒间成假杂基，杂基致密，颗粒间普遍为线接触。而部分碎屑颗粒呈镶嵌接触、凹凸接触（图版Ⅳ-1—Ⅳ-3，Ⅳ-6，Ⅶ-8），是压溶作用使岩石组分发生重新分配的结果。总之，本区强烈的压实作用对延长组储层物性变差影响极大。

2.胶结作用

胶结作用是物质沉积后因自生矿物在孔隙中的沉淀而导致沉积物固结的成岩作用（刘宝珺等，1992），它是一种极其重要的破坏性成岩作用。本区延长组砂岩胶结作用类型众多且强烈，根据胶结物成分主要可划分为粘土矿物、碳酸盐和硅质3种胶结作用。

1）粘土矿物胶结作用。区内延长组粘土矿物胶结作用主要为绿泥石胶结、次为伊利石、伊/蒙混层（含量为5%～30%）及少量高岭石胶结（表6-3～6-5）。

其中，绿泥石胶结物特别普遍（含量为60%以上），它是由黑云母等陆源碎屑风化产物结合而成。单个自生绿泥石晶体呈微粒状、针状、针叶状附着在碎屑颗粒边缘，形成薄膜状胶结和粘土衬边；集合体则呈“绒毯状”附着在碎屑颗粒之上，垂直孔隙壁生长并对碎屑颗粒有不同程度的交代（图版Ⅴ-4，Ⅴ-5）。据其产状判断，绿泥石胶结主要有早晚两期：早期绿泥石薄膜平行碎屑颗粒边缘分布；晚期则多形成于石英次生加大边之后呈栉壳状环边生长，薄膜一般厚2～5μm。局部可见绿泥石薄膜的菱铁矿化（图版Ⅳ-6）或向伊利石转化。

表6-3 富县地区延长组砂岩电子探针测试结果（w_B/%）

续表

伊利石常呈毛发状，伊/蒙混层呈网格状生长（图版Ⅳ-6，Ⅳ-7）。此外，局部可见长石风化后形成的书页状高岭石（含量为3%～15%）（图版Ⅴ-8，Ⅵ-1）充填孔隙。

绿泥石、伊利石在孔隙中以孔隙衬垫、孔隙充填式为主，主要形成晶间束缚孔隙（图版Ⅳ-7），孔径小于 1μm且连通性差。因此，粘土矿物胶结极大地影响了储层的物性条件。

2）碳酸盐胶结作用。本区延长组砂岩碳酸盐胶结物主要有方解石、白云石、铁方解石、铁白云石及少量菱铁矿显微晶集合体等（图版Ⅲ-4-6，Ⅵ-3，Ⅵ-4，Ⅵ-6；表6-3）。它们常以基底式、孔隙式胶结类型出现，且以前者为主。按照形成时间先后，碳酸盐胶结物主要可划分为早、晚两期。早期碳酸盐胶结物，主要形成于早成岩期、表生或浅埋藏期，多为泥晶方解石和泥晶白云石，充填于碎屑颗粒间，对溶蚀作用特别敏感而普遍被强烈溶蚀，因而一般含量不高。晚期（浅埋晚期—深埋期）碳酸盐胶结物，是最主要的和保存尚好的一类碳酸盐胶结物，包括（含）铁方解石、（含）铁白云石，含量一般为5%～10%，最大可达30%以上，遭受的溶蚀作用不强烈。（含）铁方解石一般呈中细晶他形粒状，充填于粒间孔隙中，发橙红色光（图版Ⅲ-4—Ⅲ-7）；常常伴随胶结过程而交代碎屑颗粒及其次生加大边和早期碳酸盐矿物，尤其易于交代斜长石和中基性喷出岩岩屑；当含铁方解石胶结交代作用强烈时，可形成假基底式胶结，大大降低孔隙度。含铁白云石既有自形晶，也有半自形晶，多充填孔隙；常交代碎屑颗粒、胶结物和基质；可见含铁白云石包围白云石或方解石，说明它形成于二者之后。

3）硅质胶结作用。本区硅质胶结物有石英次生加大和他形自生石英两种，以前者为主。石英加大边含量一般较少，部分可达 1%～3%，多见Ⅰ—Ⅱ级次生加大边，局部见Ⅲ级（图版Ⅵ-8，图版Ⅶ-1）。石英的次生加大边常比原颗粒光洁，两者的界限可借助于石英颗粒边缘的粘土薄膜或氧化铁等杂质来确定，也可在阴极发光或扫描电镜下进行区分（图版Ⅴ-5—Ⅴ-7，图版Ⅵ-8，图版Ⅶ-1）；石英次生加大强烈时，可使颗粒恢复其面平棱直的规则几何外形。石英次生加大边又见被溶蚀成港湾状，或被含铁方解石、含铁白云石交代。石英次生加大的强度与粘土矿物和石英碎屑粒度大小等关系密切，过厚的粘土薄膜会阻碍石英次生加大，因此一般泥质砂岩很少有石英次生加大；细粒石英的次生加大强于粗粒，是因为细粒棱角多、较粗糙，比表面大，有利于石英自生加大的发生。由于石英次生加大造成石英碎屑呈镶嵌接触，从而导致岩石致密化，严重堵塞孔隙、喉道，使喉道变成弯片状或缝状，极大地降低了储层孔渗性。

4）长石胶结作用。本区长石胶结作用不如硅质胶结作用强烈，长石胶结物含量极少（一般均小于1%），主要为长石的次生加大，次为自生加大的钠长石（表4-3）。其次生加大边较光洁，可见次生加大边被溶蚀呈锯齿状、港湾状，使碎屑颗粒由原来的点接触变成线接触，甚至凹凸镶嵌接触，大大降低储层孔渗性。

5）浊沸石胶结作用。浊沸石是火山岩屑等颗粒蚀变的产物。在鄂尔多斯盆地陕北斜坡北部靖边—安塞等地延长组砂岩中沸石含量较高，其形成可能主要与盆地北部阴山褶皱带和北东东部吕梁山古陆，从二叠纪末一直到三叠纪所发生的强烈火山和岩浆活动关系密切。由于火山和岩浆活动的影响，在钻井剖面上延长组下部夹有多层中酸性火山碎屑岩、凝灰岩，为沸石的形成及其胶结作用奠定了物质基础（孙肇才等，1974）。由于沸石胶结作用和溶蚀作用明显，溶蚀形成的粒间孔大大改善了储层。

表6-4 富县地区延长组砂岩 X射线衍射测试结果

表6-5 富县地区延长组泥岩 X射线衍射测试结果

但是，本区延长组中沸石含量不高，仅部分样品可见沸石胶结和溶蚀现象（表6-3），这可能与本区延长组物源主要来自于盆地东南部边缘隆起区等因素有关。本区所见的沸石，或呈斑状分布或呈孔隙充填式产出，对孔隙起阻塞作用，但又起到支撑作用，使颗粒免遭强烈压实，为后来次生孔隙的发育提供物质基础。总体上，本区延长组砂岩浊沸石胶结作用较弱，对孔隙演化影响不大。

综上所述，本区延长组砂岩强烈的胶结作用、尤其是强烈的碳酸盐胶结作用，严重降低了储层孔渗性。但同时也应客观评价早期胶结作用（石英次生加大、方解石胶结等）的积极意义，它一方面减小了孔隙空间，另一方面又阻碍了早期胶结后压实作用的继续，还为晚期溶蚀孔的形成提供了物质基础。

（二）建设性成岩作用主要类型及特征

1.溶蚀作用

溶蚀作用是砂岩中非常普遍的一种成岩作用，也是砂岩次生孔隙形成的主要作用，因而成为储层改善的重要原因。砂岩中的任何碎屑、杂基、胶结物等，包括最稳定的石英和其他硅质胶结物，都可在一定条件下发生不同程度的溶解，而且溶蚀作用可贯穿准同生期直至抬升暴露表生成岩期的全过程。

富县地区延长组砂岩溶蚀作用，大致可分为3个时期：①准同生期，石英、长石、岩屑等碎屑边缘微弱溶蚀成港湾状，但溶蚀形成的空间因压实作用而被挤入的泥质杂基所充填而失去意义。②浅埋藏期，因温度、压力升高，原生孔隙减少而孔隙流体沿颗粒边缘加速运动，使颗粒边缘不同程度溶蚀而形成粒间溶蚀扩大孔隙，但又常被后来的方解石、白云石胶结物所充填而失去有效性，还有填隙物（粘土杂基、碳酸盐矿物、自生矿物）及少量石英次生加大边被溶解，使颗粒形成不规则边缘、溶解残余结构及粒间溶孔；③深埋期（侏罗纪晚期—白垩纪早期），因有机质演化成烃而释放大量羧基和酚基，它们溶于地层水形成大量羧酸，对长石、方解石等碎屑颗粒和胶结物产生溶蚀作用而形成粒间溶孔、粒内溶孔、溶蚀缝、铸模孔、晶间溶孔等次生孔隙（图版Ⅴ-4—Ⅴ-6，Ⅶ-1，Ⅷ-6），孔隙大小一般为0.05～0.25 mm，含量为 3%～5%，但这类孔隙又多被后期（铁）方解石、（铁）白云石或沥青所充填。

总体上，本区延长组砂岩中，对孔隙建设性意义最大的溶蚀作用主要是发生于深埋期、与烃源岩有机质成熟期相匹配的溶蚀作用，由此形成的部分溶孔因被沥青或原油充填而成为有效孔隙，而其他时期的溶蚀作用所形成的孔隙因后期的胶结物充填而失去意义。由于延长组中因溶蚀作用形成的孔隙保存下来的较少，因此很大程度上导致了本区延长组特低渗砂岩储层的形成。

2.交代作用

交代作用是一种矿物替代另一种矿物的现象，可出现在成岩作用的各个阶段甚至表生期，常常伴随溶蚀作用而发生。区内常见的交代作用有：①方解石沿碎屑颗粒边缘、解理缝边缘交代长石、石英及其次生加大边及岩屑，使碎屑颗粒边缘不规则，甚至有些长石颗粒大部分或全部被交代，方解石交代石英成孤岛状，最常见的是含铁方解石对碎屑颗粒的交代作用。②碳酸盐矿物之间的相互交代，含铁白云石交代含铁方解石、方解石、白云石，或白云石交代方解石，即白云石化作用。③碳酸盐矿物交代其他矿物，碳酸盐矿物交代粘土矿物（主要发生于成岩晚期），自生高岭石被含铁白云石交代。偶见白云石交代长石、石英等。④粘土矿物交代碎屑等矿物，常见粘土矿物（泥质）部分交代长石、石英，可见长石被高岭石化、绢云母化、绿泥石化、伊利石化（图版Ⅴ-7）等，少量高岭石交代石英。由于交代作用过程中遵循体积保持定律和质量守恒定律，因此它对岩石的孔隙度和渗透率的影响不会很大。

3.破裂作用

构造缝、层间张裂缝、压裂缝、扭裂缝等多种裂缝，可以大大地改善储层砂岩孔渗性。但是，由于富县地区长期处于构造活动相对稳定区，岩石中塑性碎屑颗粒较多，因此延长组砂岩中破裂作用不普遍。尽管露头剖面、岩心及显微镜下局部可见一些层间裂缝、压裂缝等类型的裂缝，但多为微细裂缝并常被方解石充填（图版Ⅰ-5，Ⅰ-12，Ⅱ-5，Ⅳ-3，Ⅶ-8，Ⅷ-7）。因此，区内较弱的破裂作用对延长组储层没有太大的改造意义。