成岩作用因素

2025-03-30 00:34:05

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回答1：

成岩环境决定了成岩作用的性质，奥陶系碳酸盐岩主要经历海水（底）成岩、埋藏成岩、大气淡水成岩三大环境。加里东期的“面”式升降和以后的构造运动导致三种成岩环境交叉进程，属于开放性非持续埋藏成岩体系。主要的成岩作用有脱水压实、新生矿物转化、自生矿物沉淀、重结晶、交代、溶解、充填、压实等。其中建造孔隙者是白云岩化和溶解，起封闭破坏孔隙者是沉淀充填。

（一）海水成岩环境

海水成岩环境与沉积环境密切相关，华北地台各海域或各时期沉积发展的差异，使沉积物具有正常海水和咸化海水两类不同的海底成岩环境，它直接影响成岩作用的性质和孔隙演化。

1.正常海水成岩环境

属于正常海水成岩环境。其开阔海相的灰泥沉积物，通过文石转化并压实脱水致密化成岩。浅滩相的颗粒，通过一二个世代马牙状、纤维状或晶粒状方解石沉淀胶结成岩。它们的原生粒间孔均逐渐消失。如果浅滩的顶部具有暴露机会，将受大气降水溶蚀形成粒内孔或发生混合水白云岩化进一步形成晶间孔。

2.咸化海水成岩环境

属于咸化海水成岩环境的蒸发潮坪和上潮坪极浅水环境里的沉积物，在准同生时期因“蒸发泵”作用，孔隙间的正常海水浓缩成咸盐水，随着石膏的晶出镁钙比值增高，灰泥被富镁咸水交代生成准同生白云岩。这些位于海退相序中的含膏云岩，在频繁的暴露中常接受大气淡水淋溶，石膏最先溶解生成铸模孔，随之准同生白云岩的微孔隙溶蚀扩大为晶间溶孔和球粒间溶孔，它与层间缝成岩干裂匹配，形成顺层分布的微缝-微孔隙型白云岩储层。当上覆继续沉积膏盐，该孔隙层被保护。鄂尔多斯东区马家沟组膏盐层之中和之下发现的天然气藏已证实了这些孔隙的存在。

（二）埋藏成岩环境

加里东运动中晚期，华北地块全面隆升，奥陶系非持续性埋藏。它在隆升之前处于浅埋藏环境；经过志留纪—早石炭世削蚀到晚石炭世—三叠纪沉降，埋深加大至3000m以下，属深埋藏环境。两个环境具有不同的成岩演化。

1.浅埋藏成岩环境

沉积物埋藏初期成岩环境与沉积环境仍具有内在联系：如下马家沟组上段和上马家沟组上段中上部的沉积物前期处于正常海水成岩环境，而埋藏后不久就分别受到上覆上马家沟组下段和峰峰组下段的咸海水向下渗透交代形成白云岩；秦祁过渡海域内侧的天池—环县—渭北地区桌子山组或马家沟组在本阶段也受到华北海咸海水侧向渗透影响发生咸水或混合水白云岩化。它们均生成了似层状或凸镜状粉细晶白云岩体，随着咸海水向下或向外侧渗透减弱，依次生成云岩—灰云岩—云灰岩—云（豹）斑灰岩。白云岩化交代作用向深部或远端逐渐消失。本套白云岩晶形好、晶粒大，具有菱形晶体支撑抗压好的骨架孔隙。其他层段，在此成岩环境中主要表现为压溶微缝合线、霉球状黄铁形化、颗粒灰岩类被第三世代胶结物填充以及亮甲山组普遍硅化。

2.中—深埋藏成岩环境

华北地块晚石炭世开始本区逐渐沉降，奥陶系又被埋藏。当埋深达到1500m以下，随温度压力升高，岩石中有机组分转化脱羧基释放CO₂形成酸性水，沿前期缝洞重新溶蚀大型压溶缝合线。上覆的石炭系—二叠系煤系进入成岩压实时期也不断排出酸性水，沿奥陶系风化壳或裂缝进入碳酸盐岩内，从而加剧了早期层间溶蚀和加里东期风化壳岩溶改造，导致缝洞岩溶的发育。随地化环境演化晚期变为偏碱性水，溶解被矿物沉淀替代，缝洞内析出危害孔隙的铁白云石含铁方解石及不溶黏土残余。塔里木地块继续沉降形成较深水—浅水环境，对奥陶系进一步溶蚀。

印支-燕山运动期间，华北和扬子地区古生界的成岩演化明显分异。鄂尔多斯盆地以沉降为主，早白垩世末，奥陶系埋藏于3300m以下。碳酸盐岩主要发生重卤水交代作用（重晶石、天青石、蒈石、硬石膏等）及斑块状黄铁矿化。在此深度范围，由于白云岩有较强的抗压性，仍能保持一定的孔隙，如果孔隙中充盈油气则更可抑制自生矿物沉淀。地台东区以回返上升剥蚀为主。

新生代各地块属负向构造单元内的奥陶系被埋藏于2500～6000m深处，成岩变化也主要是重卤水交代和黄铁矿化。本阶段仅沿深断裂带附近的溶蚀建设孔隙。

（三）大气淡水成岩环境与演化

古生界地表出露带的大气淡水成岩环境共有3期：成岩早期、加里东隆升期和燕山喜马拉雅期。它们是储层孔隙发育的重要时期。

1.成岩早期大气淡水环境

寒武纪—奥陶纪时期蒸发潮坪和颗粒滩浅水相区，尤其是前者的新固结沉积物，在海退过程中因间歇暴露而受到大气淡水频繁影响发生去膏化、去云化等层间溶解现象，形成团块状、针柱状、结核状膏模孔及白云岩晶间内与粒内溶孔，这就是前已述及的能形成溶蚀型的白云岩储层。

2.加里东隆升期大气淡水环境

加里东中晚期隆升，先后进入漫长的风化剥蚀阶段，在剥蚀面以下200m左右，尤其是0～100m深度范围的碳酸盐岩，受大气水侵蚀形成淡水渗溶带和潜溶带及喀斯特岩溶相。它的发育程度受岩性控制。石灰岩溶解速度快而形成大型溶蚀洞缝；白云岩有晶间孔与早期层间溶解为基础，溶解度高，所以大中小型溶蚀洞都发育。据岩心样品统计，白云岩孔隙度平均比石灰岩高2.5倍。地块西南缘克里摩里组、平凉组及背锅山组上部为泥质碳酸盐岩，富含黏土阻碍岩溶发展，难以形成溶蚀孔隙带，其受古构造和古地貌位置以及水流速度制约。例如鄂尔多斯地区本带地震反射T9 波组明显为振幅不连续的低速低阻层，侵蚀面下具有高差为30～100m起伏且洞缝连通的潜台和残丘，发育多孔白云岩、膏模孔白云岩及岩溶坍塌造成的角砾层，均为天然气勘探的目的层。此外，怀远期抬升，使亮甲山组或冶里组出露地表削蚀，其风化面之下亦具有侵蚀岩溶带，常见孤立分散的小型晶洞与溶孔。据研究，该侵蚀面之下发育的中细晶白云体因叠加多期次白云岩化，尤其是上覆马家沟组早期咸海水向下渗透白云岩化的次生加大与对晶间孔及溶蚀孔洞普遍充填，致使岩石结构致密化影响了它的储集性能。塔里木盆地塔北地区缺失多时代地层，奥陶系是大气淡水环境形成多类地表岩溶。

3.燕山-喜马拉雅期大气淡水环境

该构造期奥陶系除鄂尔多斯盆地保存较好外，地台的西南缘和吕梁及太行地区因大规模隆起至今裸露削蚀，而华北断块区的隆起与西起部位又经历亿年之久的地表出露改造。本期的侵蚀岩溶由于剧烈的构造活动使地形高低崎岖，加之中—新生代高等植物繁茂使生物成因的CO₂大量加入提高了大气水溶蚀能力，负向地形河与湖星罗棋布并向下切割，致使地表径流向碳酸盐岩基岩垂直和侧向渗透蚀刻，导致在自生岩溶基础上又叠合他生岩溶双重作用，故此具有空前的溶蚀强度和规模，根据260 余口钻井洞缝机遇率统计（表5-1）。岩溶相主要发育于侵蚀面下0～200m深度内，最发育的部位是0～50m，因其顶部土壤相很薄，故能形成孔—洞—缝贯通的网络系统和缝隙极发育的溶塌角砾层孔隙带。同时侵蚀岩溶作用和构造作用结合形成多种类型碳酸盐岩潜山储集体。根据冀中地区的研究，潜山顶部不仅具有孔隙发育的风化带，而且深部随地下潜水面的升降，发育多层水平溶蚀带和顺层溶蚀带，例如任丘潜山在风化面至原始油水界面之间仅喜马拉雅运动的孔店、沙三、沙四沉积时期就先后发育3个水平溶蚀带。古潜山是华北地区“新生古储”有可观产能的油气藏类型，如已开发的任丘等“新生古储”油藏。

表5-1 华北地区不同时期侵蚀面以下的奥陶系溶蚀缝洞机遇率统计

（据陈霞，1994）

在本期断裂破碎带附近，地表或地下淡水沿断裂系统下渗数千米，引发深部碳酸盐岩溶蚀，形成小型孔洞缝和角砾岩。本类岩溶在西—南缘显得颇为突出，例如，西缘天1井3938～3988m克里摩里组中上部的角砾藻灰岩，伊25井4200～4520m的桌子山组粉细晶白云岩，南缘耀参1井1122～1448m的平凉组石灰岩，还有淮北地区南11井4500m的马家沟组白云岩，均发育沿断裂带纵向延伸的深溶型孔洞缝和晶间溶孔，较好地改善了深埋藏碳酸盐岩的孔渗性。塔里木及扬子地区也出现上述相似的岩溶作用。

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