0 引言
本文以异常高温背景对深水盆地砂岩储层物性演化的影响为切入点，通过调研国内外典型的具有热背景的碎屑岩储层及相关成岩作用研究成果，在前人研究进展的基础上进行归纳总结，并对一些现存的储层孔隙演化模式进行讨论，以期为深水储层的勘探开发提供一定的理论依据。
1 异常高温背景概述
1.1 高地温梯度地层
随埋深的增加，地层中不受大气影响的温度逐渐升高的增长率称为地温梯度。当地层温度增长速度明显升高时则称之为高地温梯度地层。前人［12-13］研究表明高地温梯度通常会对压实作用、黏土矿物转化速率及成岩演化进程等产生重要影响。相较而言，当某一地区地温梯度处在中—低程度时，往往只经历正常的静岩压实作用，但是当地层地温梯度较高时，往往在发生静岩压实作用的基础上还发育有热压实作用。热压实作用使得同一深度下孔隙受到更大的压力，产生更大的减孔率，同时地层中的黏土矿物受温度影响，其赋存状况也会发生较大改变，例如高岭石受高热背景的影响，消失的深度界限也在逐渐变浅。所以热背景的存在极大地影响了成岩演化的速度，并且对物性演化的影响十分明显［14］。
1.2 热流体侵入地层
2 热背景识别特征
2.1 热液矿物特征
图2 典型热液矿物照片（引自文献［14，20，24］）（a）片钠铝石（Daw），SEM3000倍，珠江口盆地白云凹陷珠江组；（b）重晶石（Ba）、伊/蒙混层（I/S），SEM4000倍，珠江口盆地白云凹陷珠海组；（c）钾长石溶蚀后自生钠长石（Ab）沿钾长石解理分布，电镜扫描1 300×，W2-1井，珠海组；（d）东营凹陷T128井沙河街组绢云母，2 625.8 m；（e）东营凹陷北部胜北断裂带胜坨地区T128井膏盐岩；（f）东营凹陷民丰—盐家地区沙四段草莓状黄铁矿，电子探针9 000×；（g）方解石、白云石和长柱状磷灰石，东营凹陷沙河街组NY1井，3 484.18 m；（h）铁白云石与石英充填裂缝，东营凹陷上古生界H4井，2 144.25 m Fig.2 Typical hydrothermal mineral photos（cited from refs.［14，20，24］） |
海底高温热液通常是重晶石［图2（b）］发育的重要条件，热液混合海水、喷流作用等都会使该类矿物大量沉淀，所以重晶石对于热流体的指示有着十分重要的作用。
当地层温度介于90~110 ℃之间、埋深较大时是自生钠长石最有利的发育条件，通常钾长石也可以在孔隙流体富钠时通过水岩反应转化为钠长石，所以钠长石的存在不仅指示着热背景，往往也指示着强烈的水岩反应。
绢云母［图2（d）］为中低温热液蚀变矿物，一般形成于200~350 ℃之间的成岩环境。东营凹陷北部胜北断裂带附近的胜坨地区T128井沙四上亚段中的长石普遍发生绢云母化。胜坨地区沙四上亚段在沉积后一直持续深埋，现今埋深为其经历过的最大埋深，其经受的最大埋藏温度约为140 ℃，不能满足绢云母的形成条件，故认为该地区内绢云母的形成应该是受到热液流体活动的影响。
膏盐岩［图2（e）］有相当一部分为沿深大断裂上涌的深部卤水成因。由于深部流体脉冲式、爆发式地上涌，造成在该过程中形成的膏盐岩常夹有破碎的、棱角状的泥质碎屑颗粒，如东营凹陷孔店组一段发育膏盐岩，主要由硬石膏和石盐组成，可见膏盐岩与下伏泥岩之间有微弱的冲刷面。
白云石—方解石—磷灰石热液矿物组合［图2（g）］呈透镜状分布在深湖相泥岩中，常夹有少量泥质碎屑颗粒。白云石为该组合类型的主体，方解石呈晶粒状分布在其中，磷灰石呈自形程度良好的长柱状，其为中低温热液活动的典型矿物。
铁白云石［图2（h）］通常呈粗晶状与石英穿插出现，裂缝中铁白云石的大量出现一般认为与热液流体活动有关。
2.2 底辟构造与深大断裂特征
泥底辟构造通常是因为深部地层中低密度欠压实的泥页岩受到差异重力作用的影响向上涌，但并未直接刺穿上覆地质体，而是将上覆地质体顶起变形的一种构造［28-30］。其动力主要来源于沉积物快速堆积所产生的超压，而泥底辟构造的产生则使得地层中的压力被重新分布。泥底辟构造通常发育在高温高压的地区，深部富含Ca2+、Mg2+、Fe2+、甲烷、二氧化碳、氮气等物质的热流体通常也可以通过这种构造进入上覆地层中，从而造成局部高热的环境［31］。所以在墨西哥湾［31］、里海［32］、黑海［33］、地中海［34］、东帝汶［35］、中国东海、南海［36］等地区开展泥底辟构造的研究有助于解释该构造形成时的高温成岩环境［37-38］。例如在辽东湾坳陷内见到泥底辟构造，热流体可以沿泥底辟构造进入地层中，造成局部地温的升高（图3）。
2.3 无机CO2含量特征
2.4 岩石热解参数特征
岩石热解参数可用于单井地球化学录井中确定有机质丰度、类型和成熟度，评价烃源岩，估算生油量，计算初次运移量和油气运移系数，测定烃源岩的生烃活化能分布以及原油物性评价等。而且在一定程度上，岩石热解参数对于异常高温背景起到了一定的指示作用。岩石热解参数受高温背景的影响分为2种：一是在高温背景下，前期成熟度高的有机质过演化造成最大热解温度T max值异常增大，其对应的游离烃S 1值和热解烃S 2值却极低；二是T max值无异常变化，但由于深部地幔流体的萃取作用使得S 1值和S 2值却往往较高。Ⅰ型和Ⅱ型干酪根由于重烃质量分数低，S 1值和S 2值较为精确，故可以用来分析热流体活动。S 1值为干酪根裂解前残留于岩石中游离烃总和，当遭受异常流体活动影响时，部分有机质早期生烃会滞留于孔隙空间中，造成游离烃S 1含量会增高［52］。
3 热背景对储层物性演化的影响
3.1 热背景对孔隙演化的影响
3.2 热背景对矿物赋存的影响
4 热背景对成岩作用的影响
4.1 高地温梯度背景下砂岩成岩作用特征
4.1.1 高地温梯度对压实作用的影响
李驰等［13］在对珠江口盆地不同地温梯度的地区对比研究发现：低地温梯度地区的压实作用较为单一，主要为静岩压实作用，整体压实强度及压实效果均为正常，但在地温梯度达到5.5 ℃/100 m时，地层中热压实作用会增强，导致即使在地层埋深较浅的情况下也能达到较强的压实效果。
总体来说，在高地温梯度的热背景下压实作用会受到异常高温的影响，会对矿物的内能产生影响，改变矿物间的黏聚力，增强矿物塑性，从而对孔隙演化有着促进的作用。
4.1.2 高地温梯度对胶结作用的影响
4.1.3 高地温梯度对溶蚀作用的影响
通过对典型高地温梯度分布区——白云凹陷的研究来看，高地温梯度对于储层次生孔隙的发育起到良好的促进作用。由于高地温梯度加快了整体的成岩演化进程，在相比于低地温梯度在早成岩阶段A期便已经进入溶蚀孔隙发育的阶段，中成岩阶段A期便已经开始大量生成次生孔隙（图6）。
4.2 热流体背景下的砂岩成岩作用特征
4.2.1 地层温度对化学胶结作用的影响
4.2.1.1 温度对石英胶结物的影响
4.2.1.2 温度对黏土矿物赋存的影响
刘妍鷨［62］在对白云—荔湾凹陷深水区的流体活动研究时发现，在CO2含量非常高的地层，受热力学影响，黏土矿物中的蒙脱石含量急剧下降，矿物的有序程度发生倒转，进入更低的有序程度。
4.2.1.3 温度对碳酸盐胶结物的影响
前人［49-50］借助同位素方法对深部热流体的来源进行研究时发现，热液中往往具有较高的氧同位素值。所以通过探寻碳酸盐胶结物的同位素特征即可直观了解其来源及期次，王代富等［50］对白云凹陷碳酸盐胶结物进行研究时发现：铁方解石的δ18OSMOW值与δ13CPDB值与深部热液流体中的吻合，结合捕获的流体包裹体测温数据，推测其与热液流体有着密切的关系；而铁白云石的87Sr/86Sr值与受热背景影响较小的地层形成的碳酸盐胶结物相比偏低，这一研究结果暗示了铁白云石等碳酸盐胶结物与深部热流体有着同源的可能性。罗静兰等［60］在对白云凹陷的研究中指出，处于热异常环境的地层中含铁碳酸盐胶结物也能在埋藏较浅、温度较高的地层中达到沉淀条件，这也是现今浅部地层中出现只有在热背景下才会出现的含铁碳酸盐胶结物的原因（图9）。而DUTTON等［66］在对Wilcox组砂岩的研究中也指出：铁白云石的体积随着温度的升高而增加。Wilcox组砂岩在地层温度<160 ℃时，平均体积为1%，当温度≥160 ℃时铁白云石平均体积占到7%，其中5%是以占据长石溶孔的形式出现，铁白云石的存在减少了次生孔隙。
4.2.2 高温对溶蚀的影响
较高的地层温度会使储层中易溶矿物更易发生溶解，增加储层中次生溶孔的比例，使储层物性得以改善并形成次生孔隙发育带。通常而言，溶蚀作为一种化学反应参与的成岩作用，其对于温度的敏感性非常高，依据矿物种类可分为石英溶蚀、钾长石溶蚀及填隙物溶蚀。
石英颗粒通常是在碱性环境下发生溶蚀，碱性地层水会和石英表面的薄膜产生的弱酸性物质中和，从而在石英表面产生溶蚀孔隙。另外，有机酸可以与二氧化硅的氢键结合，从而产生溶于水的物质，同样可让石英颗粒发生溶蚀。钟大康等［67］对塔中地区志留系沥青砂岩地层研究发现，受温度、pH值、岩性等影响，该地区共发生2期石英溶蚀。
钾长石的溶蚀可分为2种情况讨论：一方面，长石表面产生的络合物可以增强铝离子与有机酸的反应，产生溶于水的物质从而发生溶蚀；另一方面，钾长石在富含CO2的地层与水共同反应生成高岭石，在一定程度上相对缩小了空间，从而起到一定的溶蚀增孔效应。赵国泉［68］在对松辽盆地深层的次生孔隙研究中发现，受控于深部地层高温环境，在地层温度介于80~110 ℃之间时，有机酸大量释放，钾长石的溶蚀作用也达到高峰。
4.3 讨论
综合前人研究成果，热背景无论是其成因还是对储层的改造来看，都是碎屑岩储层成岩过程中至关重要的因素之一。构造活动引起的高地温梯度及热流体上涌引起的局部高温背景，均在一定程度上对储层成岩作用造成极大影响，在同生成岩阶段受热背景影响，往往会有比正常压实作用强度更大的压实现象发生，减孔速率比同深度正常温度环境下高；对于孔渗的破坏性更强；在早成岩阶段黏土矿物开始生成，而热背景的存在使黏土矿物的转化速度加快，极大地提升了蒙脱石的转化速率，大大降低了孔隙连通性，造成一部分物性的损失，在部分地区是造成孔隙堵塞的主要原因，从而影响了油气的运移与储存；高地温梯度背景下往往还会使浅部地层产生易见于深部地层的碳酸盐胶结物，如铁白云石等，对浅部地层的孔隙演化也造成一定破坏；随着成岩演化中温度的提升往往会产生有机酸溶蚀，产生一部分次生孔隙，而随着温度的不断升高，部分矿物开始溶蚀，石英、钾长石、碳酸盐胶结物等受控于高热背景都会发生一定的溶蚀，相比于正常地温下的成岩演化，拥有更强的溶蚀能力，对于晚期的孔隙演化起到一定的建设性作用。
目前来看，对于热背景的研究尚处于起步阶段，尤其是局部的异常热背景，随着未来对深部地层勘探的需求不断增大，对于热成岩作用的探索仍将持续进行：一方面，随着更多学者的研究成果面世，会对高热背景下储层的演化机制有更清晰的认知，如更加详细的机制划分、其他岩性储层的演化机制等；另一方面，是对于甜点的预测，需要对局部区域的沉积微相、沉积背景、构造演化等进行更详细的划分，而局部区域的异常高温背景也是影响储层物性的重要因素，对于甜点预测有着十分重要的意义［70-72］；并且随着开发和实验技术手段的不断升级，还需在更深层进行持续探索，进而在更精确的实验基础上做到对某一地区热演化的精细解剖。将热背景的研究与宏观的构造活动、沉积作用同微观的成岩作用［73-74］、物性演化相结合，进而可以为储层甜点预测等勘探开发进程提供更加精细的时空背景下的理论支持，最终实现热背景、储层物性及成岩作用高精度综合定量表征的甜点预测方法。
5 结论
（1）高热背景下存在优质储层，如珠江口盆地白云凹陷与北大年盆地、美国墨西哥湾盆地等，高热背景下优质储层的发育机理主要为次生孔隙的发育或原生孔隙向次生孔隙与微孔隙的转化。
（2）地温场会增强压实作用，高地温梯度区较强的热压实作用使得即使埋深较浅，砂岩整体压实作用强度相比于地温梯度较低的地区也能达到同样程度；温度升高也会促使石英次生加大的发育从而堵塞孔隙，加大黏土矿物的转化速率，使蒙脱石向伊利石转化的比例更大，使孔隙连通性大大降低。
（3）深部热流体的存在对地层的温度、压力状态有着较大影响，从而控制了碳酸盐矿物的溶解与沉淀。在部分地区发生溶蚀使得次生孔隙发育。主要表现为浅部低温地层中主要发育的碳酸盐胶结物Fe2+含量较低，而在深部热流体较发育的地方则逐渐向富铁碳酸盐胶结物转化。
（4）胶结作用对储层孔隙的影响具有双重性：一方面，较高的温度可以加快成岩反应速率，产生更广泛的胶结作用，如北大年盆地广泛发育的胶结作用是使孔隙度下降的主要因素；另一方面，胶结物广泛发育在高地温梯度环境下可形成中期酸性环境造成“溶蚀强”的特征，对孔隙的保存起到建设性作用。
（5）热背景对于碎屑岩储层的影响表现为前期容易加强压实作用、加速黏土矿物的转化，后期随着生烃作用的演化产生有机酸溶蚀、高温溶蚀作用等对储层又起到一定的建设型作用。
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