碳酸钙胶结物的来源及其储层效应

自生碳酸盐胶结物在碎屑岩中的形成原因十分复杂，有关其形成机制的研究也相当广泛，但是主要集中在其物质来源方面，物质来源主要从碳的来源和钙离子来源两个方面进行探讨。

5.2.2.1　碳的来源

在埋藏成岩环境中，影响δ13C值的因素很多，其中最主要的是介质水中碳的来源，其与盐度有关，因此，首先要弄清形成碳酸盐胶结物孔隙水的来源。孔隙水的来源主要是沉积物在沉降时保存的大气降水或（海）湖水。Keith和Weber曾提出了划分海相和淡水相碳酸盐岩的经验公式，利用该公式计算出无量纲的Z值，根据Z值的大小可以粗略地判断水介质的性质。当Z大于120时，水介质的性质为海水来源；当Z小于120时，则为陆相淡水来源。根据53块样品碳酸盐胶结物碳氧同位素Z值计算结果，这批样品的Z大都小于120，说明形成胶结物的孔隙流体与陆相环境中保存下来的底水关系密切。

大气水中溶解CO2的δ13C值为-7‰，湖相原生碳酸盐岩的δ13C值为-6‰～-2‰，有机质脱羧形成的CO2的δ13C值在-20‰左右。研究区内碎屑岩中碳酸盐胶结物的δ13C值变化范围为-10.8‰～-0.3‰，主要分布在-4‰～-1.8‰。这说明，碳酸盐胶结物中碳的来源主要是大气水中溶解的CO2和湖相原生碳酸盐岩的碳，部分碳同位素较轻的碳很可能来源有机酸。

5.2.2.2　钙的来源

在成岩过程中，自生碳酸盐胶结物主要是从碎屑岩孔隙流体中沉淀形成的，其形成时所需的钙离子主要通过以下几种途径获得：

（1）长石（主要是斜长石）的溶解。钙长石的溶解方程为在合适的物理化学条件下，该化学反应过程提供的Ca2+可以进入碳酸盐胶结物中，这是碎屑岩地层中自生碳酸盐矿物Ca2+主要的来源之一。在薄片中可以频繁地观察到，长石和含长石的花岗岩屑发生溶蚀现象，形成了各种类型的溶蚀孔隙，且溶蚀作用明显早于中晚期碳酸盐胶结物的沉淀。因为这些晚期碳酸盐胶结物主要充填在粒内溶孔中，说明工区内长石类碎屑颗粒的溶解是钙离子的主要来源。(www.xing528.com)

CaAl2Si2O8（钙长石）+H+→Al2Si2O5（OH）4（高岭石）+Si4++Ca2+

（2）黏土矿物的转化。主要是指蒙皂石或伊利石层含量相对较低的伊利石／蒙皂石混层向伊利石层含量相对较高的伊利石／蒙皂石混层及伊利石的转化，这一过程通常被称为砂岩的胶结反应，也是碎屑岩中向碳酸盐胶结物提供钙源的另一重要机制。该反应提供的Ca2+，Fe3+和Mg2+等离子是碳酸盐胶结物重要的物质来源，碎屑岩地层中很大一部分自生碳酸盐矿物，尤其是含铁碳酸盐胶结物的成因与之有关。

（3）铝硅酸盐矿物的水化作用。水化作用是指不含水或含水较少的矿物与水接触转变成含水或含水较多的矿物，这些矿物包括各种岩屑（尤其是火山岩岩屑）的构成矿物和碎屑矿物。工区中火山岩屑颗粒发生绢云母化现象不是很普遍，因此其为碳酸盐胶结物的形成提供的钙物质比例较小。

（4）碳酸盐岩屑的溶解再沉淀作用。岩屑中的碳酸盐岩屑发生溶解再沉淀作用也可给钙提供物质来源。工区岩石中碳酸盐岩屑含量很低，因此其提供的钙物质比较低。

早期碳酸盐胶结物往往呈连晶状分布，含量较高，部分颗粒呈现悬浮状分布，其形成时期主要为成岩早期，钙物质来源主要是孔隙水中溶解的钙离子。

研究区内自生高岭石普遍发育。自生高岭石是由长石、含长石火山岩屑在酸性成岩环境中溶蚀、析出的自生矿物，与石英次生加大和溶蚀孔隙密切共生，为同一水—岩反应的结果。铸体薄片镜下可观察到溶蚀现象很普遍，溶蚀孔隙是油气的主要储集空间。由此，可以断定晚期碳酸盐胶结物的钙离子主要为长石溶解产物。由于中晚期的碳酸盐胶结物主要为铁方解石和铁白云石，Fe3+和部分Ca2+则主要由黏土矿物的转化作用提供。随着烃类的注入，由于烃类是很强的还原剂，将三价铁离子还原成二价铁离子，这时孔隙水中的CO2与钙离子和二价铁离子结合容易形成铁方解石。这与薄片中观察到的岩石学特征是一致的，即铁方解石形成明显晚于长石溶解和次生孔隙的形成，且主要充填在剩余粒间孔和长石颗粒次生溶蚀孔中，对储层物性存在一定的破坏作用。因此中晚期碳酸盐胶结物的钙物质来源主要是长石和含长石火山岩屑在酸性流体环境中溶解产物。