Типы цемента обломочных пород

Цемент в обломочных породах, особенности его состава, типы цементации

Коллекторские свойства пород в значительной степени определяются составом и структурой цементирующих веществ, но главным образом зависят от характера взаиморасположения и количественно соотношения цемента и обломочных зерен, т.е. от текстурных особенностей породы.

Цементом называются минеральные вещества, заполняющие в породе промежутки между крупными зернами и обломками и связывающие последние между собой. Возможна цементация и путем срастания зерен.

Выделяют два основных типа цементов: моно- и полиминеральный. В песчано-алевритовых породах чаще всего присутствует полиминеральный цемент. Наиболее широко распространены различные глинистые цементы, главная масса которых в виде тонкой терригенной мути отлагается одновременно с более крупными частицами породы. Однако, процессы цементации развиваются, главным образом, в диа- и эпигенетической стадии бытия породы, в том числе, цементирующие вещества появляются за счет разложения части обломочных зерен (пироксены, роговые обманки, плагиоклазы и др.).

Хемогенные цементы распространены несколько меньше. Часто они присутствуют в породе наряду с глинистым цементом, но нередко и самостоятельно цементируют породу. Среди хемогенных цементов преобладают карбонаты, сульфаты, окислы и гидроокислы различных элементов, в первую очередь – кремния и железа.

На коллекторские свойства породы огромное влияние оказывают сорбционные свойства минералов цемента, степень их гидрофобности или гидрофильности.

Структуры глинистого и хемогенного цементов обладают специфическими особенностями и должны характеризоваться раздельно.

Для глинистых цементов различают, прежде всего, пелитовые и алевролитовые структуры, показательные и для хемогенных цементов, по степени раскристализованности вещества или по характеру ориентировки составляющих его частиц относительно обломочных зерен. Среди структур первого типа наиболее характерны микроагрегатная и чешуйчатая, среди второго – пленочная (облекания), радиально-крустификационная и др.

Хемогеннные цементы могут быт аморфными и зернистыми (разно-, тонко-, среднезернистые и др.). По ориентировке зерен цемента: беспорядочнозернистая, крустификационная, регенерационная, пойкилитовая. Нередко встречается смешанный тип цементации.

Структура цемента (состояние вещества, размер зерен) влияет на сорбционные свойства породы, фильтрацию, остаточную водонасыщенность и др.

Особенно большое значение при оценке пород-коллекторов имеет текстура цементов. Различают (по М.С. Швецову): контактовый, сгустковый, пленочный, поровый, базальный. Обычны комбинации цементов. Послойное изменение типов цементации приводит к анизотропии проницаемости.

Есть указания на то, что присутствие карбонатного цемента (по литературным данным – 0,08-0,13 долей ед.) способствует частичному сохранению пустотного пространства. Связано это с тем, что, с одной стороны, карбонаты препятствуют вторичной перекристаллизации кварца, а с другой – укрепляют скелет породы-коллектора и препятствуют дальнейшему ее сжатию при погружении.

Цементация путем срастания зерен происходит под воздействием литостатической нагрузки и тектонических напряжений и сопровождается удлинением контактов зерен, появлением срастаний и нарастаний (регенерацией) зерен, их растворением на контактах. Интенсивность (I) оценивается отношением числа вторичных контактов (W) к числу первичных (Р) с учетом среднего числа контактов на зерно (А).

Обязательно изучение глинистого вещества на способность к разбуханию, ионообменные реакции, особенно Na→Са, Mg, способность к диспергации.

Источник

Цемент обломочных пород. Классификация цементов: по содержанию, минеральному составу, характеру взаимодействия с обломочными компонентами.

Цемент – характерная структурная часть осадочных пород, особенно типично представленная в кластолитах. Он свидетельствует о первично рыхлом или пористом состоянии зернистого или биокаркасного накопления и о двухфазном составе породы

Цемент характеризуется прежде всего по структурным типам, которые дополняют описание структуры кластолита.

По содержанию (по количественному соотношению с костяком породы):

1. Базальный – (а, б) зерна не соприкасаются друг с другом, а как бы плавают в цементе (отстоят друг от друга в среднем на расстоянии большем, чем половина диаметра зерен). Истинный объем содержания цемента 40-50%. Состав глинистый, карбонатный, сульфатный, фосфатный, кремневый, железный.
2. Поровый – (в) зерна соприкасаются или отстоят друг от друга не дальше, чем на половину диаметра зерен. Истинный объем содержания цемента 30-45 (25-45)%. Состав как аналогичен базальному, так и цеолитовый, сульфидный, флюоритовый и др.
3. Пленочный – цемента мало (

Классификация по характеру взаимодействия с обломочными компонентами:

А. Независимой цементацией называется явление, когда вещество цемента не ориентируется каким-либо образом и не взаимодействует с веществом обломочных пород.

Б. Конструктивные цементы (рис. 1-4) наращивают зерна, увеличивая их размеры. Различают конструктивные цементы четырех типов.

1) Пленочный. Обволакивает обломки тонкой аморфной пленкой. Пленочными чаще всего являются глинистый, железистый и фосфатный цементы, образующиеся в зоне выветривания материнских пород, при переносе и отложении, реже в раннем диагенезе.

2) Крустификационный (или обрастания). Характеризуется развитием кристалликов цемента, ориентированных перпендикулярно к поверхности обломочных частиц и образующих вокруг них непрерывную оторочку. Цемент формируется в порах песчаников довольно медленно из поровых растворов.

3) Неравномерного нарастания. Возникает вследствие роста кристаллов в направлении, перпендикулярном давлению — образование «бородатых зерен». Развивается по кварцу, альбиту и некоторым тяжелым минералам.

4) Регенерационный. Проявляется в наращивании обломков цементом того же состава с той же оптической ориентацией, что под микроскопом проявляется в одновременном погасании и просветлении обломочного зерна и регенерационной каймы. Состав кварцевый, полевошпатовый, кальцитовый, доломитовый, гипсовый.

В. Деструктивные цементы:

5) Проникновения. Осуществляются по трещинам разрыва или спайности в трещиноватых обломках

6) Коррозионный. Характеризуется проникновением и частичным замещением любых обломочных зерен веществом цемента.

70.Диагенетические и катагенетические процессы преобразования песчаных пород.

Диагенез — установление физико-химического равновесия осадка при низких температуре и давлении. (Уравновешивание происходит в термодинамических условиях, близких к тем, которые существуют на поверхности земли за счет внутренних запасов энергии в веществах, слагающих осадок).

Во время диагенеза происходит уплотнение осадка под тяжестью образующихся выше него слоев, обезвоживание, перекри­сталлизация. Взаимодействие составных частей осадка между со­бой и окружающей средой приводит к растворению и удалению неустойчивых компонентов осадка и формированию устойчивых минеральных новообразований. Разложение отмерших животных организмов и растений вызывает изменение окислительно-восста­новительных и щелочно-кислотных свойств осадка. К концу диагенеза жизнедеятельность бактерий и других организмов почти пол­ностью прекращается, а система осадок — среда приходит в равновесие.

Катагенез – это стадия глубинного преобразования осадочных пород под влиянием повышенных температур и давления, и подземных минерализованных вод.

В эту стадию осадочные породы претерпевают существенные преобразования, сопровождаемые изменением химико-минералогического состава, строения и физических свойств. Основными факторами преобразования пород являются температура, давление, вода, растворенные в ней соли и газообразные компо­ненты, рН, Eh и радиоактивное излучение. Направленность и ин­тенсивность преобразований в значительной степени определяются составом и физическими свойствами пород. В процессе катагенеза происходит уплот­нение пород, их обезвоживание, растворение неустойчивых сое­динений, а также перекристаллизация и образование новых минералов.

Источник

Типы цемента обломочных пород

Типы цемента и влияние их на проницаемость песчаных пород

Нефтегазоносные песчаные горизонты часто обладают значительной изменчивостью коллекторских свойств вследствие различной степени цементации пород. При решении многих вопросов разведки и разработки месторождений нефти и газа важно знать закономерности такого изменения, что не представляется возможным без исследования цементирующей части пород — коллекторов.

Цемент обломочных пород рассматривается по различным признакам: составу, структуре, количеству, взаимоотношению с зернами, генезису и др. Наиболее полная сводка по цементации представлена в руководстве М.С. Швецова [2]. Она до настоящего времени служит основой при работе с пластическими породами.

В настоящей статье приводится детальное подразделение типов цемента (по признаку взаимоотношения его с зернами) и затрагивается вопрос о влиянии этих типов на проницаемость песчаных пород.

Типы цемента обломочных пород по признаку взаимоотношения зерен и цемента

Взаимоотношение цемента и зерен определяется: 1) формой выделения цементирующих минералов и 2) распределением их в породе.

Форма выделения минералов цемента бывает в виде пленок вокруг зерен, заполнения пор между зернами, образований в контактах зерен или в виде основной массы.

Распределение же цемента бывает равномерным и неравномерным. Соответственно этому и типы цемента по признаку взаимоотношения его с зернами можно разделить на две группы: равномерные и неравномерные.

I. Равномерные цементы

Группа равномерных цементов определяется одинаковыми взаимоотношениями зерен и цемента во всей породе, т. е. тем, что во всех участках шлифа цемент относится к одному типу.

Исходя из этого, к группе равномерных цементов относятся: плен очный, контактов ый, пор овый, неполный п оровый и базальный типы. Они показаны на рис. 1 и 2. Характеристика их приведена в таблице .

II. Неравномерные цементы

В породах чаще встречаются более сложные, чем приведенные выше, взаимоотношения между зернами и цементом, обусловленные неравномерным распределением цементирующих минералов. При этом следует различать два случая: 1) в разных участках шлифа наблюдаются разные из приведенных выше цементы (пленочный, контактовый, поровый, базальный, неполно-поровый); подобные случаи цементации удобно назвать смешанными; 2) в шлифе наблюдается сочетание участков с разными цементами (пленочный, поровый, базальный и т. д.) или с каким-то одним из них и участков без цемента. Для таких случаев удачным, по-видимому, является термин М.С. Швецова [2] сгустковые (пятнистые) цементы. В соответствии с указанными случаями в группе неравномерных цементов следует выделять две подгруппы: смешанных и сгустковых типов.

II -а. Смешанные типы

Смешанные типы цемента определяются таким образом тем, что цемент наблюдается во всех участках шлифа, но имеет в них разные формы выделения (пленочный, поровый, базальный). Присутствие цемента во всех участках шлифа является отличительным признаком от сгустковых типов, а разные формы цементации в этих участках отличают смешанные типы от равномерных.

При смешанной цементации могут быть разные типы в зависимости: а) от числа присутствующих в шлифе форм выделения цементирующих минералов (2-3 или все 5) и б) от объемных соотношений участков различных форм цементации.

Характерные признаки смешанных цементов и их возможные содержания приведены в таблице . Принцип подразделения их виден из диаграммы ( рис. 1 ) ( Редко встречающийся контактовый цемент не включен в диаграмму. Однако следует учитывать, что неравномерные типы возможны и с участием контактовой формы цементации. ). Некоторые из этих цементов показаны на рис. 2 . Неоднородные по составу цементы в продуктивных песчаных породах Урало-Волжской области нередко создают смешанный тип цементации, что видно на рис. 3 , б.

II -б. Сгустковые типы

Наличие участков (до 1-5 мм) и отдельных пор, в которых цемент отсутствует, являются характерной особенностью подгруппы сгустковых цементов и служат их отличительным признаком.

Сгустковая цементация весьма распространена в природе. Она может быть связана как с условиями образования осадка, так и процессами, происходящими в стадиях диагенеза осадка и эпигенеза п ороды.

Среди сгустковых цементов встречается несколько типов. Характерные признаки и количественные содержания их приведены в таблице. Принцип подразделения их виден по треугольной диаграмме на рис. 1. Зарисовки и фото некоторых из них представлены на рис. 2 , 3.

Сгустковые цементы часто встречаются в песчаниках и алевролитах франского и живетского ярусов Урало-Волжской области (см. рис. 3).

Приведенная характеристика различных типов показывает, что степень цементации породы (степень выполнения промежутков между зернами цементирующими минералами) удается определить изучением типа цемента по взаимоотношению его с зернами вместе с определением содержания его. Только по одному количеству цемента в породе нельзя судить о степени цементации ее, так как оно может быть одинаковым у разных типов.

Кроме взаимоотношений зерен с цементом, имеются и другие признаки, которые также характеризуют цементацию пород.

О влиянии цемента на пористость и проницаемость песчаников

В нашей работе выяснилась возможность установить функциональную зависимость между количеством цемента и величиной проницаемости. Для исследования были взяты образцы мелкозернистых кварцевых песчаников угерской свиты миоцена (Предкарпатский прогиб), гранулометрический, минералогический состав и контакты зерен которых практически одинаковы, а типы цемента различны.

Проведенное изучение показало, что закономерные обратно пропорциональные зависимости уменьшения проницаемости от увеличения количества цемента можно установить только в пределах выделенных групп типов цементации (равномерных, смешанных и сгустковых). Не учитывая тип цемента по взаимоотношению его с зернами, установить зависимость проницаемости от количества цемента не удается.

Полученные зависимости величины газопроницаемости от содержания различных типов цемента в мелкозернистых кварцевых песчаниках угерской свиты изображены для кальцитового цемента на рис. 4 .

Первая кривая показывает, что при содержании равномерного порового цемента 15% газопроницаемость мелкозернистых песчаников составляет меньше 100 миллидарси, а при 45-50% базального цемента порода становится практически не проницаемой.

На второй кривой видно, что при значительно более высоком содержании неравномерных (сгустковых) цементов (25-50%) песчаники имеют хорошие фильтрационные свойства в отличие от сравниваемых песчаников с равномерными цементами.

На третьей кривой нанесены данные, изображающие зависимость газопроницаемости от увеличения содержания неравномерно-порового цемента до порового. Здесь при содержании цемента 10% газопроницаемость достигает 3300 миллидарси.

Высокие значения проницаемости песчаников с неравномерными цементами, несмотря на значительно большее содержание его по сравнению с некоторыми равномерными типами, объясняются наличием микроучастков и отдельных пор без цемента или не полностью зацементированных. Система этих микроучастков и пор, сообщаясь между собой, минуя зацементированные микроучастки и поры, обусловливает хорошие фильтрационные способности песчаников.

Полученные данные показывают, что: а) содержание цемента в песчаниках — коллекторах нефти и газа — может колебаться от долей процента до 45 % в зависимости от типа цемента, б) коллекторами не могут служить только песчаники и алевролиты с базальным, базально-поровым, порово-базальным и с поровым цементом (песчаники и алевролиты — неколлекторы). При всех других рассмотренных здесь типах цемента (см. таблицу) песчаники могут быть коллекторами нефти и газа.

От того, какими минералами слагается цемент, в большей мере зависит величина полной пористости. Так, полная пористость плохих коллекторов (проницаемость

Изложенное позволяет заключить, что изучение типов цемента по признаку взаимоотношения его с зернами дает возможность правильно и достаточно точно оценивать коллекторские показатели песчаных и алевритовых пород, а самое главное оно позволяет объяснить закономерности в изменении этих показателей.

1. Смирнова Н.В. О типах цемента и влиянии цементации на коллекторские свойства песчаных пород. Тр. ВНИИ, вып. IV. Гостоптехиздат, 1954.

2. Швецов М.С. Петрография осадочных пород. Госгеолиздат, 1948.

Институт геологии и разработки горючих ископаемых АН СССР

Источник