热液硅化作用对断层带孔隙度和渗透率的影响：来自希腊利姆诺斯岛Kornos-Aghios Ioannis正断层的启示

为解决热液硅化作用如何影响断层带储层物性的科学难题，研究人员以希腊Kornos-Aghios Ioannis正断层（KAIF）为研究对象，通过X射线衍射（XRD）、汞侵入孔隙度测定（MIP）、微CT等多技术联用，揭示了硅化作用使渗透率降低2-3个数量级，但断裂密度增加可局部抵消这一效应的规律，为硅化储层密封性预测提供了关键依据。

　　

在地球科学领域，断层带不仅是构造变形的关键记录者，更是控制地下流体运移的"高速公路"。然而，当富含二氧化硅的热液流体沿着断层活动时，会引发复杂的硅化作用，彻底改变岩石的物理性质——这一过程如同给断层带"打石膏"，既可能封堵流体通道，又可能因脆性增加产生新裂缝。希腊利姆诺斯岛的Kornos-Aghios Ioannis正断层（KAIF）为研究这一现象提供了绝佳窗口，这条10公里长的硅化断层将火山岩与浊积砂岩并置，其热液活动遗迹清晰可辨。

传统断层模型将断层结构简化为低渗透率的断层核（fault core）与高渗透率的损伤带（damage zone），但KAIF的研究表明，热液硅化作用会打破这种二元对立。意大利研究团队通过跨断层剖面采样，结合X射线衍射（XRD）、汞侵入孔隙度测定（MIP）、数字图像分析、微CT和瞬态气体渗透仪等七种技术，首次系统量化了硅化作用对储层物性的三维影响。

区域地质背景
KAIF位于爱琴海北部，形成于希腊俯冲带后撤伸展背景下。研究选取的2条跨断层剖面（长度128-182米）显示，硅化作用主要集中于下盘砂岩，延伸范围达50-300米。微CT扫描揭示硅化区域存在两类孔隙网络：<10μm的微孔和>100μm的溶蚀孔，后者显著提升了局部渗透率。

孔隙度与渗透率特征
汞侵入实验显示硅化岩石孔隙度跨度惊人（1-13%），取决于后期溶蚀强度。但渗透率普遍比原岩降低2-3个数量级，仅局部因硅溶解形成的"蜂窝状"孔隙可恢复部分渗透性。有趣的是，硅化导致的脆性增加使裂缝密度提升3倍，形成补偿性渗流通道。

矿物学控制机制
XRD分析表明，石英胶结程度直接控制孔隙结构：完全硅化的断层核（石英>90%）孔隙度仅1-3%，而部分硅化的损伤带（石英70-80%）因长石溶解可保留8-13%孔隙度。这种矿物学差异解释了渗透率的空间异质性。

这项发表于《Journal of Structural Geology》的研究颠覆了传统断层密封性评估方法。研究表明，热液硅化作用会形成"马赛克式"封堵格局——虽然整体降低储层质量，但局部溶蚀孔和次级断层可形成渗透率"异常高值区"。该成果为巴西盐下油田等硅化储层的开发提供了关键参数，建议在勘探中采用微CT与MIP联用的"孔隙尺度解剖"策略，以准确预测流体封存单元的空间分布。研究团队特别指出，未来需建立硅化强度与断裂密度的定量关系模型，这对CO₂
地质封存选址具有重要指导价值。