烴類充注對儲層成巖作用影響油氣等有機(jī)烴類在儲層中的聚集改變了成巖作用環(huán)境，從而控制著礦物的交代、轉(zhuǎn)化及自生礦物的形成等成巖作用過程。所以充分認(rèn)識有機(jī)油氣注入與儲層中礦物形成、轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系，深入探討成巖作用機(jī)理，不僅可以為儲層有利次生孔隙帶的預(yù)測提供理論依據(jù)，而且可以確定油氣充注方式、期次和時間，對研究油氣藏的形成過程、總結(jié)油氣藏的形成模式和分布規(guī)律具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。其形成主要與有機(jī)質(zhì)成熟過程釋放有機(jī)酸對長石等顆粒的溶解有密切關(guān)系。近年來，隨油氣勘探發(fā)展，儲層成巖作用在理論研究、具體實踐中均獲得了長遠(yuǎn)進(jìn)展。在成巖作用的現(xiàn)代概念（Walther，1983）提出至今約一百年的歷史中，成巖作用的研究經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段，并取得了許多重大的進(jìn)展。20世紀(jì)40-50年代以前，沉積學(xué)主要研究沉積作用的過程，大多數(shù)沉積地質(zhì)學(xué)家的觀點是沉積礦床為沉積作用或至多在同生期沉積就形成了（孫永傳等，1996）。但是從20世紀(jì)中期開始，人們對成巖（后生）作用的研究給予了很大的關(guān)注，成礦作用的階段性的認(rèn)識則從根本上改變了沉積巖石學(xué)的許多傳統(tǒng)觀念，并孕育了成巖作用研究的新時代。從上世紀(jì)70年代中期開始至90年代，成巖作用的研究進(jìn)入了一個嶄新的階段，其中與石油地質(zhì)學(xué)家的參與有著重要的關(guān)系。后期，由于諸多因素，促使石油地質(zhì)學(xué)家們及沉積學(xué)家對儲層成巖作用的研究愈加重視，其顯著特征是對成巖反應(yīng)中無機(jī)和有機(jī)過程相互作用及其系統(tǒng)演化的探索，并重新評價油氣地質(zhì)演化過程和有利儲層形成及其演化歷史（Hower等，1976），，成巖作用的研究由此進(jìn)入了一個快速發(fā)展的階段，相當(dāng)一部分學(xué)者稱之為現(xiàn)代成巖作用研究階段。在該階段盆地油氣活動的研究為成巖作用或者成烴-成巖作用的深入研究提供了契機(jī)（Bredehoeft等，1990；），我國學(xué)者對諸多含油氣盆地儲層成巖作用也開展了不懈的研究和探索，為深入揭示中國陸相含油氣盆地的成巖作用規(guī)律研究奠定了基礎(chǔ)，成巖作用的研究亦被列入沉積學(xué)和儲層地質(zhì)學(xué)重要研究方向。盆地油氣活動在成巖作用或成烴-成巖作用中的深入研究對于認(rèn)識小尺度內(nèi)成巖特征與大尺度盆地演化，揭示成巖作用的時空規(guī)律具有重要的意義（李忠等，2006）。目前，大多數(shù)研究者已認(rèn)識到，儲層的成巖作用是一個十分復(fù)雜的地球化學(xué)過程，受到構(gòu)造演化、沉積作用、礦物、盆地?zé)崃餍再|(zhì)、油氣運移及成巖環(huán)境中的物理化學(xué)條件等多種因素控制，最關(guān)鍵的是在油氣充注過程中，礦物與孔隙油氣之間的相互作用條件、方式及隨之發(fā)生的遷移方向、途經(jīng)與沉淀位置等，油氣流動是影響成巖作用的關(guān)鍵因素（張枝煥等，2000；）。綜合前人的研究，油氣充注對成巖作用的影響可以概括為三個方面：（1）抑制膠結(jié)作用的進(jìn)行，主要是抑制石英、伊利石和碳酸鹽礦物的膠結(jié)；（2）油氣中所包含的有機(jī)酸溶蝕可溶礦物，形成溶蝕孔隙，增加了儲集空間；（3）油氣形成產(chǎn)生的超壓能緩沖壓實作用，有利于原生孔隙的保存。1油氣充注對膠結(jié)作用的抑制石油生成、運移后在儲層中產(chǎn)生聚集，油氣的注入孔隙水化學(xué)組成發(fā)生改變，造成孔隙水的無機(jī)離子的濃度減小，且直接由碳酸鹽膠結(jié)作用、間接使pH值發(fā)生變化、油氣部分代替地層水從而阻止了礦物的離子間質(zhì)量傳遞，使礦物的交代和轉(zhuǎn)化、自生礦物的形成受到抑制。運聚成藏過程中石油的聚集會對儲層成巖演化產(chǎn)生影響，曾經(jīng)，一些學(xué)者認(rèn)為：石油的注入對有些礦物（如伊利石）的生長可能有很大的影響（Thomas，1986），甚至認(rèn)為，石油聚集導(dǎo)致儲層成巖作用的終止。而實際上這個過程更加復(fù)雜。據(jù)實驗表明，烴類充注不會使儲層的成巖作用完全停止，但會一定程度的影響。砂巖成巖演化過程中，明顯的受到油氣聚集的影響，普遍認(rèn)為油氣在砂巖聚集，成巖作用仍在繼續(xù)。李艷霞等（2003）對研究區(qū)的石英礦物的研究中發(fā)現(xiàn)，與水層相比，不同含油級別的油層中的石英礦物的相對含量沒有明顯的差別，石油的充注并沒有使石英的膠結(jié)作用終止。Nedkvitne（1993）通過對分布在自生膠結(jié)物中水溶性包裹體和石油包裹體，研究了Ula油田的成巖史和石油注入史的關(guān)系。結(jié)果表明，在石油到達(dá)砂巖之后，成巖作用仍在繼續(xù)活躍。自生石英中包裹體的溫度為110℃左右，但這一過程持續(xù)至今。Gluyas（1993）得出了基本相同的結(jié)論，即在具有較高含油飽和度的砂巖中，仍有石英和鉀長石膠結(jié)作用。石英加大邊中含有烴包裹體，均一化溫度與裂縫中相比較高，且不呈正態(tài)分布，低溫段豐度較低，高溫段豐度較高，表明溫度愈高，包裹體越發(fā)育。這說明：（1）石英裂縫中的包裹體形成早于烴類大規(guī)模的聚集；（2）石英加大邊中包裹體中烴類則廣泛分布，加大邊是在烴類聚集期間形成的，且不同含油級別的儲層中均一溫度差別不大?？紫端袖X濃度及其在孔隙油氣中的活動強(qiáng)度對伊利石生長是一個限制性的因素，石油的充注必將影響孔隙中鋁離子的濃度，從理論上講，有機(jī)油氣的聚集將控制伊利石的形成，但有不同程度的影響。且只有在油層中的石油達(dá)到一定的飽和程度，以至于這些礦物形成的條件（如油氣中某些離子的濃度及活動強(qiáng)度）完成被破壞，才能結(jié)束這些礦物的形成與生長過程。Saigal（1993）研究了北海中部Fulmar砂巖儲層中，石油聚集成藏對砂巖成巖作用的影響。研究表明，與水飽和帶相比，油飽和帶中的石英次生加大和鉀長石的鈉長石化程度要低。然而對石英次生加大中油氣包裹體的顯微測溫研究表明，在這兩個帶中具有相似的溫度范圍，這就意味著油飽和帶中石英的次生加大在石油聚集后仍在進(jìn)行，只是其程度與水飽和帶相比受到了阻礙。油氣充注對儲層孔隙的溶蝕改造到晚成巖中晚期，儲層中原生孔隙已經(jīng)極少，在無外界油氣參與的情況下，巖石礦物與孔隙油氣之間組分的沉淀—溶解達(dá)到基本平衡。但是，在這一階段，砂巖中往往發(fā)育次生孔隙，礦物顆粒和膠結(jié)物被溶解，說明原有的化學(xué)平衡被破壞，表明有外來物質(zhì)的參與。對這一現(xiàn)象，過去人們試圖用有機(jī)質(zhì)熱脫羧產(chǎn)生的碳酸的作用來解釋。在成巖作用階段的中晚期，要使在無機(jī)環(huán)境中形成次生孔隙是不現(xiàn)實的。而干酪根降解而生成的有機(jī)酸增加了儲層中鋁硅酸鹽、碳酸鹽的溶解度，這些水溶性有機(jī)質(zhì)能夠明顯地改變碳酸鹽、鋁硅酸鹽的穩(wěn)定性。在許多情況下，這些有機(jī)物質(zhì)控制著成巖作用。碎屑巖儲層中，隨著地層埋藏深度增大，儲層中斜長石含量變化不明顯，而鉀長石含量隨之減小。造成長石含量降低的主要因素是其溶蝕作用，長石溶蝕作用越強(qiáng)，其含量越低。含油層中長石的含量相對較高，而水層中相對較低。在同一深度，原始的長石含量影響到儲層中長石礦物含量相對大小，進(jìn)而影響到儲層中溶蝕作用強(qiáng)弱。與油層中鉀長石的鈉長石化程度相比，水層的要大得多。長石礦物的溶蝕作用不會因烴類充注而立刻終止。不管是淺部還是深部，含油儲層中，長石類礦物、碳酸鹽類溶解作用均強(qiáng)烈，從而形成較好的次生孔隙?？紫端嫉谋壤呀?jīng)很小，溶解與膠結(jié)等成巖作用也就成了影響次生孔隙發(fā)育的關(guān)鍵因素。成巖環(huán)境的變化是砂巖儲集體中礦物形成轉(zhuǎn)化的直接誘因，對于中深層儲層而言，成巖作用的影響尤為突出。a.有機(jī)酸的主要來源與分布國內(nèi)外大量資料表明，在地下溫度為80~120℃的沉積地層水中，地層水中有機(jī)酸的含量很高（最高可達(dá)10000mg/l）。在低于80℃時盡管也有有機(jī)酸生成，但由于細(xì)菌降解作用，地下水中可溶有機(jī)組分往往被消耗，而造成有機(jī)組分濃度較低，通常低于100mg/l。溫度較高時（＞120℃），由于熱脫羧作用，羧酸陰離子被破壞，結(jié)果造成溶解有機(jī)酸濃度降低，通常也低于100mg/l。目前普遍認(rèn)為地層孔隙流體中的有機(jī)酸主要是干酪根的含氧側(cè)鏈在熱演化早期階段大量斷裂產(chǎn)生的，這一認(rèn)識已經(jīng)得到了實驗結(jié)果的證實。前人研究表明，有機(jī)酸在干酪根熱成熟過程中與石油類化合物同時生成。Surdam等（1984）研究了主要來自落基山脈白堊系油田的13個油田水樣后認(rèn)為，在成巖過程中，干酪根可以生成大量水溶性有機(jī)酸和酚。Crossey等（1986）根據(jù)不同類型干酪根低溫（100℃）有水熱降解實驗資料，闡述了干酪根熱降解產(chǎn)生大量的有機(jī)酸和酚類發(fā)生在生油高峰之前。羧酸陰離子在油田水中的濃度也和干酪根在成巖過程中的演化相吻合。Barth（1993）應(yīng)用未成熟源巖樣品加水熱解實驗，研究源巖成熟作用水溶性有機(jī)酸的熱解過程，研究表明，所有被研究的沉積物都產(chǎn)生了有機(jī)酸，每克沉積物所生成的有機(jī)酸總量為1.62×10-6到48.61×10-6mol，其中未成熟油頁巖，有機(jī)酸產(chǎn)率最高（350℃時達(dá)43.5×10-6mol/g）；已進(jìn)入生油窗的含煤頁巖，只生成少量的有機(jī)酸，而未成熟的煤樣生成特別多的乙酸（330℃時達(dá)到39.8×10-6）。實驗還表明，所有被熱解的泥巖樣品，干酪根熱演化的整個過程都能生成有機(jī)酸，有機(jī)酸生成量都隨溫度的升高而有規(guī)律地升高，甚至在生烴高峰之后有機(jī)酸生成量仍隨溫度升高而增大。但由于高溫降解作用，地下溫度為80~120℃時地層水中有機(jī)酸含量較高，隨后有機(jī)酸含量將降低（如圖1）。圖1油田水中短鏈羧酸分布圖（據(jù)Carothers&Kharaba，1978）除了這一產(chǎn)酸機(jī)制外，油層中石油高溫（180℃左右）熱裂解也可以產(chǎn)生，地層水中大約有10~30%的有機(jī)酸來源于石油的熱降解作用，其形成機(jī)理和干酪根生成有機(jī)酸的過程相似，推測在深層儲層中由于石油的裂解液可產(chǎn)生一定量的有機(jī)酸，這對深部次生孔隙的形成起到一定的作用。烴類微生物降解作用可產(chǎn)生有機(jī)酸，其相關(guān)過程包括淡水注入，烴類喜氧生物降解及后期代謝產(chǎn)物被厭氧硫酸鹽還原等作用?？偡磻?yīng)式為：烴類+SO42-→瀝青+HCO3-+H2S+有機(jī)酸微生物降解作用使與原油共存的水溶液pH也發(fā)生了變化，實驗表明水溶液的pH值均明顯下降（陳傳平等，1995），引起pH下降的詳細(xì)原因盡管還不十分清楚，但降解過程中微生物的代謝作用產(chǎn)生的水溶性有機(jī)酸等含氧化合物是一個重要因素。微生物產(chǎn)酸與干酪根熱解產(chǎn)酸類型是大不相同的，微生物產(chǎn)酸水溶液中主要是一些芳香雜環(huán)酸或環(huán)烷酸。b.有機(jī)酸對礦物成巖演化的影響在溶液中，碳酸鹽和鋁硅酸鹽的穩(wěn)定性明顯受到可溶性有機(jī)質(zhì)影響，導(dǎo)致在地層水中的礦物溶解度收到影響。有乙酸存在，長石礦物的溶解需要的自由能比碳酸存在的情況所需的自由能低。研究表明：在有機(jī)酸存在時，溶解SiO42-的濃度降低，溶解Al3+的濃度升高。石英、方解石的溶解度取決于溫度、壓力、pH、PCO2等，在溫度、壓力因素不變的前提下，地層水的pH值和PCO2也許是影響礦物成巖作用的最主要的化學(xué)因素，控制著方解石和石英的穩(wěn)定性。SiO2在水中的溶解度隨pH值的增大而增大，石英在pH值大于10，非晶質(zhì)SiO2在pH值大于8時其溶解度急劇上高，而在pH值小于8時其溶解度與pH值基本無關(guān)。CaCO3的溶解度隨pH值的增大而降低，但pH值大于7.6~8時溶解度急劇降低。在沉積剖面上，碳酸鹽礦物的沉淀與溶解作用主要取決于羧酸濃度與CO2分壓的分布狀況。長石的水解和溶解也受pH值的控制。由于有機(jī)酸的存在，使溶液從中性轉(zhuǎn)化為酸性的過程中，方解石、長石的溶解速率的增大，但石英礦物溶解度減小。研究區(qū)大部分樣品中存在長石顆粒的溶解、自生粘土礦物的交代與石英礦物次生加大的共生現(xiàn)象，該現(xiàn)象與儲層中酸性水的作用有很大的關(guān)系。地層水的pH值和緩沖能力直接或間接地受控于溶解態(tài)的有機(jī)酸含量，進(jìn)而影響礦物在地下水中的穩(wěn)定性。據(jù)Willey等（1975），脂肪酸陰離子可構(gòu)成地層水中堿度的50~100％。Fisher（1987）認(rèn)為，脂肪酸陰離子與碳酸根一起構(gòu)成全部或接近全部堿度（圖5-10）。Surdam和Crossey（1989）的實驗研究結(jié)果表明，在油氣大量生成時期形成的大量有機(jī)酸對溶液的pH值有緩沖作用，可以把溶液的pH值控制在5~6之間?？傊蓭r作用中后期，地層水中有機(jī)酸的相對濃度控制了長石和方解石的較強(qiáng)溶解作用，有機(jī)酸含量越大，地層水pH值越低，這樣有助于方解石溶解作用。儲層中，長石顆粒溶解作用，會使地層水中的SiO2濃度增大，從而對硅質(zhì)增生形成起到促進(jìn)作用，形成溶解、膠結(jié)作用共存的現(xiàn)象，并且產(chǎn)生K+、Ca2＋等，有利