砂岩储层中成岩作用与断层作用之间的相互作用：来自格罗宁根气田的启示

《Journal of Structural Geology》：Interaction between diagenesis and faulting in sandstone reservoirs: Inferences from the Groningen gas field

渐进式断层带成岩演化在格罗宁根气田Rotliegend储层中研究，发现authigenic石英、铁质白云石、菱铁矿和石膏与断层共存。石英胶结体多位于 cataclastic变形带，抑制了黏土矿物生长，而铁质碳酸盐和石膏可能由外部流体引入。结论指出石英胶结增强断层带强度，而黏土富集的断层核心可能更易发生再激活。

　　地质学研究常常聚焦于地下构造如何影响储层的物理和化学性质，这在能源开发和地质灾害评估中尤为重要。本文通过微观结构和岩石学分析，研究了荷兰东北部格罗宁根气田中Rotliegend储层中的断层带的渐进式成岩演化过程。研究重点在于断层带内以及从储层中唯一获取的断层糜棱岩的成岩作用。研究发现，自生石英、铁质白云石、菱铁矿和硫酸盐（如石膏）在储层中与断层的存在空间上密切相关。这些观察结果揭示了断层如何影响储层岩石的矿物组成及其成岩过程。

研究团队通过分析砂岩中自生石英的不均匀分布，发现储层中存在充足的硅源，但石英沉淀被涂层和缓慢生长的晶面所抑制。石英胶结作用主要集中在断层带，因为新鲜的断层表面提供了有利的成核位点。相比之下，石膏和菱铁矿胶结物则集中在扩张裂缝中，或在断层带相邻的储层岩石中。这些矿物的分布及其与扩张裂缝的关联，结合硫酸盐和还原流体的来源，表明它们可能是在成岩作用的晚期阶段由与断层相关的外来流体引入的。

自生石英的胶结作用在断层带中的优先性表明，许多格罗宁根断层经历了与胶结相关的增强过程，而这种过程在富含黏土的断层核心中被抑制，如在BIR-01井中观察到的那样。这暗示了断层重新活动最可能发生在弱化的断层核心。通过这些发现，研究人员能够更好地理解断层带的力学特性及其在不同地质环境下的演化模式。

为了探讨断层带与储层之间的相互作用，本文还回顾了格罗宁根储层的地质演化过程。格罗宁根气田位于一个结构高地（格罗宁根平台），被拉乌尔塞埃坳陷和埃姆斯低地所包围。气田中的天然气储存在当前深度为2.5至3.2公里、温度为95至110摄氏度的二叠纪上Rotliegend砂岩中。该地区的构造几何结构以NNW-SSE走向的正断层为主，这些断层在古生代至新生代的构造阶段形成，随后进入相对构造静止状态，直到1990年代，即气田开发开始后的三十多年。这一构造演化历史对于理解储层的成岩过程和流体迁移至关重要。

储层岩石的成岩作用与构造活动紧密相关。研究团队对五个井中的样品进行了详细分析，包括来自格罗宁根和安纳嫩气田的样品。这些样品涵盖了从断层带和变形带中获得的样本，以及储层中唯一获得的断层糜棱岩。通过宏观观察和显微结构分析，研究人员能够识别出不同成岩阶段的矿物特征，并确定它们的形成顺序。

研究发现，储层岩石中存在多种自生矿物，包括石英、白云石、菱铁矿和石膏。这些矿物的分布模式表明，它们的形成与断层活动密切相关。例如，石英胶结作用在断层带中更为集中，而石膏和菱铁矿则主要分布在扩张裂缝中。这些矿物的分布和成岩顺序为理解断层带的演化提供了关键线索。

研究还发现，不同井中的样品显示出不同的成岩特征。ANV-01井中的样品显示出较多的石英胶结作用，而BIR-01井中的样品则显示出较多的黏土矿物和铁质白云石。这些差异可能与不同断层带的构造演化和成岩环境有关。通过显微镜下的观察，研究人员能够识别出各种矿物的特征，如石英的晶面、白云石的晶体结构和菱铁矿的沉淀模式。

此外，研究团队还利用扫描电子显微镜（SEM）和阴极发光（CL）技术，进一步分析了这些矿物的微观结构。这些技术帮助研究人员区分了自生矿物和碎屑矿物，并确定了它们的分布模式。例如，石英胶结物主要分布在断层带的内部和扩张裂缝中，而铁质白云石和菱铁矿则集中在某些断层带和裂缝中。这些观察结果表明，断层带在成岩作用的后期阶段可能成为流体迁移的通道，从而影响矿物的分布和成岩作用。

研究还探讨了成岩作用对断层强度和重新活动的影响。特别是在格罗宁根气田这样的构造静止储层中，成岩作用可能在数百万年的构造静止期间发生，从而改变断层带的物理和化学特性。自生石英的优先胶结作用表明，断层带在某些情况下可能增强，而断层核心由于富含黏土可能更容易发生重新活动。这些发现对于评估人类活动对地质灾害的影响具有重要意义，特别是在天然气开采过程中引发的地震活动。

通过这些研究，科学家们能够更准确地预测断层带的力学行为和内在性质，这对于理解地质储层的演化和评估潜在的地质风险至关重要。研究还强调了成岩作用与构造活动之间的复杂相互作用，这种相互作用不仅影响矿物的分布，还可能影响储层的渗透性和稳定性。因此，深入研究断层带的成岩作用，对于提高能源开发的安全性和效率具有重要的实际意义。