白云巖化作用

1、白云巖化作用對儲層物性的影響姓名：何龍專業(yè)：沉積學(xué)學(xué)號：2011020715白云巖化作用對儲層物性的影響白云巖化作用是碳酸鹽巖儲層發(fā)育最重要的控制因素之一。前人對這一問題 進(jìn)行了大量的研究和討論，盡管取得了一定的共識，但仍存在很多爭論。越來越多 的研究表明，白云巖化作用過程本身對孔隙有直接影響，既可以造成儲集空間的增 大，也可造成其減少，這跟白云巖前驅(qū)物（原始灰?guī)r）的沉積環(huán)境、性質(zhì)及白云巖化 模式有關(guān)。而經(jīng)過白云巖化作用階段的碳酸鹽巖，其成巖演化路線也會發(fā)生很大的 變化，繼而儲集空間的形成演化方式也存在很大的差異。目前認(rèn)為，白云巖化作用對儲層物性的直接影響包括5個方面：白云巖化流體 的溶蝕，對

2、孔隙的形成意義基本不大；Ca、Mg離子等摩爾交代，對孔隙的形成起建 設(shè)性作用；外來流體的過白云巖化，對孔隙的形成起破壞作用；白云石等體積交代 方解石或石，巖石體積基本不變，孔隙體積基本不變；白云巖化作用對滲透率有極 大的提高作用。一、白云巖化流體的溶蝕碳酸鹽巖中，白云巖地層的孔隙一般高于對應(yīng)的灰?guī)r地層，這可能歸功于白云 巖化流體本身的溶蝕。以前一直認(rèn)為白云巖化過程是獨(dú)立的，現(xiàn)在看來，它包含了 一系列結(jié)構(gòu)組成的變化和孔隙流體演化的反應(yīng)，生成了一套交代和膠結(jié)產(chǎn)物。白云 巖化的同時，伴隨著方解石或文石的溶解，即白云巖化是一個反復(fù)的溶蝕再沉淀的 過程。只要形成的白云巖有一定的滲透率，且有Mg離子供應(yīng),

3、就會發(fā)生新的白云巖 化。在很大程度上，亞穩(wěn)態(tài)礦物可在此溶蝕，而在異地再沉淀,在空間上可引起孔隙 度的提高或消失。這種溶蝕和沉淀的平衡或差異，構(gòu)成了白云巖化過程中孔隙演化 的一部分。白云巖交代灰?guī)r過程中的孔隙演化取決于方解石或文石的溶解速率和 白云石的形成速率之間的平衡關(guān)系。如果后者與前者相等，則發(fā)生等摩爾交代，孔 隙度既不增加也不減少。如果溶解速率大于白云石的生長速率，正如超鹽度白云巖 化流體對骨架文石的大規(guī)模溶解一樣，孔隙度將會增大。在白云巖化過程中，亞穩(wěn) 態(tài)生屑組分的溶解通常為白云石膠結(jié)物在鑄?？锥粗械纳L及附近微晶基質(zhì)中過 量白云石的形成提供了物質(zhì)來源。在白云巖化晚期，地層中的流體由于被

4、過量白云 巖化相關(guān)的流體改造，可能對殘留的灰?guī)r有較強(qiáng)的溶蝕能力，從而形成孔隙。二、等摩爾交代理論因?yàn)楹Ｋ械腃a、Mg離子很多，但碳酸鹽卻很少,而現(xiàn)代沉積環(huán)境中幾乎見不 到原生白云巖，所以，人們認(rèn)為沉積巖中的大量白云巖必定由沉積物中的方解石或 文石經(jīng)交代作用而形成。即1molMg2+交代1molCa2+。由于Mg離子的半徑較小，所以 白云石的摩爾體積比方解石或文石都要小。因此，方解石或文石被白云石交代之后, 會使晶體體積減小，導(dǎo)致孔隙度升高。理論計(jì)算表明，1mol方解石完全轉(zhuǎn)化為白云 石,會導(dǎo)致孔隙度增加12.96%,而文石被白云石交代所產(chǎn)生的孔隙最多為5.76%。 此即為等摩爾交代理論，是最

5、經(jīng)典的白云巖孔隙形成理論。這與自然界中的許多現(xiàn) 象一致。在很多碳酸鹽巖儲層中，白云巖的孔隙總體比灰?guī)r發(fā)育，且白云巖所占比 例越大,孔隙度越高。Murray和Weyl認(rèn)為當(dāng)碳酸鹽巖中白云石體積分?jǐn)?shù)低于50% 時，地層以方解石為主，易于發(fā)生壓實(shí)、壓溶，而白云石在地層中不起支撐作用，僅 占據(jù)孔隙空間，從而呈現(xiàn)白云石體積分?jǐn)?shù)越高，孔隙度反而有下降的趨勢；當(dāng)白云 石體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時,隨著白云巖化的進(jìn)行，原始以灰?guī)r為主的地層變?yōu)橐园自?巖為主之后,巖石以白云石作為支撐格架，孔隙度明顯增高。100|巖石格架南菱形靴晶/ 白云石構(gòu)成，方解石/ 基質(zhì)帔溶蝕、向礫化”一u1020抽亂隙圖1白云石含量與孔隙發(fā)育

6、的關(guān)系值得注意的是，等摩爾交代理論是假設(shè)白云巖化發(fā)生于相對封閉的環(huán)境中，沒 有外來的Mg2+和 CO32-供應(yīng)，并未造成過度的白云巖化或過量白云石膠結(jié)物的形成。 然而，自然界中白云巖的形成很多都與開放或半開放環(huán)境相關(guān)。在此條件下白云巖 化作用與儲層孔隙的形成或破壞的關(guān)系更為復(fù)雜。否則，如果等摩爾交代過程是普 遍發(fā)生的，則可推斷地層中白云巖的孔隙度要絕對高于灰?guī)r。但事實(shí)上并非完全如此,甚至出現(xiàn)白云巖化作用還有可能降低孔隙度，這就是以下要討論的過白云巖化理論。三、過白云巖化理論在開放系統(tǒng)中，如果有外來白云巖化流體的加入，并提供了 CO32-和Mg2+離子時, 則原始灰?guī)r發(fā)生過白云巖化,會引起巖石體

7、積的增大而孔隙減少。因此，白云巖化 流體除了 Mg2+之外，CO32-的來源也成為關(guān)鍵因素之一。Halley等及Lucia等通過 觀察發(fā)現(xiàn)，波內(nèi)爾島(Bonaire)和南佛羅里達(dá)島(SouthFlorida)的上-更新世碳酸 鹽巖中白云巖層的孔隙比同時代灰?guī)r的低,表明白云巖化過程導(dǎo)致孔隙度降低。 Lucia等的研究表明,白云巖化作用開始時白云巖交代會產(chǎn)生一定的孔隙，但是, 對白云巖飽和的鹵水繼續(xù)沉淀白云巖,則孔隙度反而下降，他們把白云巖化作用分 3個階段:剛開始白云巖交代灰?guī)r，產(chǎn)生少量孔隙;繼續(xù)交代灰?guī)r和先前白云巖，白 云巖化越充分，孔隙度越高;再有多余的鹵水，對白云巖也過飽和，會直接沉淀更多

8、 的白云石，并使孔隙度下降。臺地內(nèi)部盆地階段J早期白云巖化交代潮席和鹽湖之 F的爽皆”區(qū))階段幻 白云巖化流體地續(xù)流動，|比先前白云肖化的妃段有更窖的臼云石沉淀.上區(qū)仗白云巖交代灰?guī)r 1I區(qū)第I階段第2階段2區(qū)；第2階段，區(qū)第3階段3區(qū)|第3階段階段3；白云巖化流體繼續(xù)流劫. L 3區(qū)先慎白云巖化的以匿有更 者的白云石沉淀,3區(qū)伐白云巖交代關(guān)宮圖2過白云巖化與孔隙度的關(guān)系四、白云巖化作用對滲透率的提高盡管針對白云巖化和滲透率的關(guān)系進(jìn)行的研究較少，但人們普遍都承認(rèn)，白云 巖化作用即使不明顯增加巖石的孔隙度，也可極大地提高滲透率。一般，這與白云 巖化之后形成較多的品間（微）孔有關(guān)。這種情況在準(zhǔn)同生

9、白云巖化的層段體現(xiàn)得 更為明顯，因?yàn)檫@些地層的孔隙度與同層位的灰?guī)r相差不大，但滲透率可能大很 多。滲透率的提高又反過來影響著白云巖化作用的模式和過程,二者基本上是相互 促進(jìn)，但在晚期過白云巖化及重結(jié)品作用會造成白云石品體部分堵塞孔隙空間和 吼道，從而使得滲透率有所降低。另外，白云巖地層滲透率的提高，還跟白云巖比灰 巖更易發(fā)育裂縫有關(guān)。一方面巖石滲透率的改善，使得油氣的運(yùn)移變得更容易;另 一方面，正是由于滲透率的提高，才使得巖石易于通過溶蝕性的流體，從而有利于 后期溶蝕作用的發(fā)生，因此，白云巖化可能是儲集空間形成至關(guān)重要的前提條件。 不過，這一過程不屬于白云巖化的直接影響范疇,而是屬于其間接影響

10、范疇。綜上所述，白云巖化作用本身對巖石孔隙的影響包括3種特殊的情況，即等摩 爾交代、外來流體的過白云巖化和等體積交代，相應(yīng)地孔隙可增大、減小或保持不 變。這些模式并非絕對互不兼容，而可能同時存在、互為補(bǔ)充，但在研究某個特定 對象時，可明確究竟是以哪一種模式為主。自然界中白云巖化作用遠(yuǎn)非如此簡單, 更可能是不同時代、不同沉積環(huán)境的不同原巖，在不同性質(zhì)的白云巖化流體、不同 階段的作用過程。這個過程中，巖石孔隙體積的變化還受制于多方面的因素，其中 包括原巖結(jié)構(gòu)、是否有外來的CO32-離子加入和白云石的結(jié)品動力學(xué)等重要因素。五、結(jié)論白云巖化作用對儲層物性的影響包括對孔隙度和滲透率的影響兩方面。對孔 隙

11、發(fā)育的影響有：白云巖化流體的溶蝕，對孔隙的形成意義基本不大；Ca、 Mg離子等摩爾交代，對孔隙的形成起建設(shè)性作用；過白云巖化或白云石膠結(jié)物 的形成，對孔隙起破壞作用；白云石等體積交代方解石，孔隙體積不變。而白 云巖化作用對滲透率有極大的提高作用。而白云巖化對儲層的后續(xù)影響主要包括: 白云巖化之后的選擇性溶蝕；白云巖比灰?guī)r抗壓實(shí)壓溶、易于發(fā)育斷裂，從 而導(dǎo)致滲透率得到極大提高，并與孔隙發(fā)育的白云巖體組合，構(gòu)成良好的疏導(dǎo)體 系。雖然大多數(shù)白云巖比同等條件下灰?guī)r的儲集性更好，白云巖化作用也是很多碳酸鹽巖儲層發(fā)育的先決條件，但由不同白云巖化作用形成的白云巖，其儲集性 能不同。白云巖化作用本身產(chǎn)生的孔隙可能有限，也并非所有的白云巖都能成為 良好的儲層。沉積環(huán)境和微相因素可能是白云巖儲層發(fā)育的控制因素，而白