大气淡水在碎屑岩次生孔隙形成中的作用

The key of finding high quality reservoirs in hydrocarbon exploration is mainly predicting secondary porosity zones, especially in deeply tight siliciclastic reservoirs. Many controversies exist about mechanism of secondary porosity development of siliciclastic reservoirs. The mechanism of meteoric water leaching is ignored because minerals formed by dissolution of meteoric water in eodiagenesis were transformed by late diagenesis. This paper studies meteoric water leaching for Pliocene Taikang Formation of well SK1 and Pliocene Irrawaddy Formation of Irrawaddy basin which can represent different climate in order to solve mechanism of secondary porosity caused by meteoric water leaching in siliciclastic reservoirs. Dissolution of aluminosilicate minerals, distribution of secondary porosity and clay minerals, isotope and trace elements are studied by casting thin-section, SEM, isotopic composition, electron probe, and so on, in order to unravel water-rock reaction products and distributing rules of secondary porosity, and found diagenetic sequence and identified marks of secondary porosity zone caused by meteoric water leaching in two typical climate conditions. This mechanism has implications for interpretation of secondary porosity zones in continental siliciclastic reservoirs, and offers a new idea to predict secondary porosity zones before drilling.

碎屑岩储层次生孔隙发育带的预测是油气勘探中寻找优质储层的一项重要内容，特别是对深层致密碎屑岩储层。碎屑岩储层次生孔隙的形成机理一直存在很多争议，成岩早期大气淡水淋滤不稳定矿物形成次生孔隙，由于后期成岩作用强烈改造而缺乏明显证据，并没有引起足够重视。针对碎屑岩次生孔隙形成机理这一问题，试图用不同气候条件下，典型接收大气淡水淋滤的松科1井上新统泰康组和缅甸上新统伊洛瓦底群进行大气淡水淋滤研究。通过铸体薄片、扫描电镜、同位素、电子探针等分析手段，研究各种铝硅酸盐矿物的溶蚀强度、孔隙类型和自生粘土矿物的分布规律、成岩胶结物的同位素及微量元素特征。阐明两种气候条件下水-岩反应产物及次生孔隙的变化规律，建立两种气候条件下大气淡水淋滤形成次生孔隙发育带的成岩序列和识别标志。这一规律的揭示对陆相碎屑岩储层次生孔隙形成机理的解释具有重要的指导意义，为钻前次生孔隙发育带的预测提供一种新思路。

碎屑岩中次生孔隙的形成机理众多，有机酸溶蚀形成次生孔隙为主流观点，但在解释次生孔隙发育规律时存在诸多问题尚不能得到完全解决，因些作者试图用大气淡水进行次生孔隙的解释。通过选取峨嵋山名山组及松科1井泰康组进行同生期大气淡水研究；同时选择鄂尔多斯盆地延长组长6段进行表生期大气淡水研究。通过水-岩反应与成岩作用、孔隙演化相结合的研究方法，阐释了碎屑中同生期和表生期淡水溶蚀形成次生孔隙的特征及规律。研究结果如下：①淡水溶蚀主要发育在同生期和表生期，在开放的成岩体系中，长石等铝硅酸盐矿物对大气淡水具有不饱和性，可以溶蚀形成大量次生孔隙。由于成岩体系处于开放状态，沉积产物被带出反应体系，物质具有明显的不平衡性，主要表现形式是溶蚀发育，但对应的溶蚀产物高岭石含量偏低；②粒度对淡水溶蚀不具有控制性，有时会出现粒度越细，次生孔隙越发育，造成这种情况的主要原因是粒度变细后，颗粒的比表面增加，增加了水岩反应的速率。然而，粒度细的砂岩中大量次生孔隙的发育，将导致岩石的力学性质变差，在后期的压实过程中，原生孔隙和次生孔隙遭受极大破坏，最终的表现是粗粒砂岩中次生孔隙更为发育；③表生期的溶蚀不仅仅发育在碳酸盐岩地层中，在碎屑岩地层仍可以发育，但前提是剥蚀速率小于风化速率。表生期淡水优先溶蚀方解石胶结物，其次才是长石等铝硅酸盐矿物，次生孔隙的发育程度受风化壳剖面结构和古地貌共同控制，淡水溶蚀可达不整合面下60m范围内；④富CO2的淡水在60℃左右溶蚀强度最大，60-120℃无明显溶蚀，超过120℃后，方解石开始沉淀；乙酸在150℃之前，随着温度的升高，溶蚀强度增加，但超过150℃后，溶蚀能力减弱，同时伴随钙质胶结物的出现；⑤温暖气候条件下，淡水溶蚀明显且伴随着方解石的析出，两者可交替出现；而寒冷气候条件下，淡水溶蚀较弱，方解石胶结物的含量也相对较低。以上研究成果为碎屑岩中淡水溶蚀提供了理论基础，也为淡水溶蚀发育规律提供了研究思路。