(1)成巖作用的類型
老451地區成巖作用類型主要有膠結作用、溶蝕作用、交代作用、壓實作用等。次生成巖作用類型有:粘土礦物轉化、重結晶、壓溶等。
1.壓緊
壓實是指沈積後上覆沈積物不斷增厚而產生的重載壓力的作用。通過壓實作用，沈積物脫水，孔隙度降低，孔隙度減小，體積減小，密度增大，成巖作用變得致密。機械壓實使孔隙水排出，巖屑顆粒排列緊密，孔隙度降低，滲透性變差。工區壓實主要表現在以下幾個方面:
(1)碎屑顆粒的成巖方向組構
物理壓實會引起長碎屑的旋轉，使其轉向接近垂直應力的方向，從而形成晶粒取向組構。這種現象在工區很常見，尤其是在雜基支撐的巖石中。如老451井2780.9m處的粉砂巖中，生物碎屑和礦物碎屑具有明顯的定向排列特征(圖版II-17)。
(2)顆粒破碎和變形
壓實可以使粘土巖屑、碳酸鹽巖巖屑和富含碳酸鹽礦物的碎屑顆粒變形。致密性強時，可擠入孔隙形成假異堿。研究區鮞粒壓實變形見圖版II-18。
(3)層理變形
由於巖石成分不均勻，壓實過程中剛性部分和柔性部分的變化不壹致，所以沈積時形成的層理會發生彎曲變形(圖版II-19)。
2.水泥接合
膠結作用是指碎屑沈積物孔隙中的礦物沈澱，沈積物固結成堅硬的巖石。老451區碎屑膠結非常發育。膠結物由多種礦物組成，其中碳酸鹽膠結物最為常見，其次是粘土礦物、二氧化矽、黃鐵礦等成巖自生礦物。
(1)碳酸鹽膠結
碳酸鹽膠結在老區451非常普遍。膠結礦物類型為方解石、鐵方解石和鐵白雲石，也可見白雲石。大部分以部分填充粒間孔隙的形式存在。當膠結作用較強時，碳酸鹽膠結物可以完全填充粒間孔隙，甚至以基底膠結的形式填充(圖版ⅱ-20)。部分被孔隙充填的碳酸鹽礦物，由於有足夠的生長空間，常發育菱面體晶形。
老451區巖心碳酸鹽膠結物的形成總體上有壹定的順序。壹般來說，先有方解石和含鐵方解石，後有白雲石和鐵白雲石。在方解石或含鐵方解石的外圍，常出現鐵白雲石。推測其形成過程為:方解石膠結物溶解後，形成沿晶裂縫，然後孔隙水性質發生變化，形成鐵白雲石。
(2)矽質膠結
矽膠礦床以無定形和結晶礦物形式存在於碎屑巖中。無定形矽膠沈積物為蛋白石，在老451區砂體取芯段少見。結晶矽質膠結物通常是應時和玉髓。薄片中所見的大部分矽質膠結物是應時擴大的邊緣。當粒子周圍的自由空間足夠大時，應時可以通過增加增殖或從溶液中結晶來形成自同構晶體。應時形成所需的矽質物質可能來自碎屑巖中長石的高嶺石化和粘土礦物間的轉化，也可能是成巖過程中局部水中的矽質物質通過壹定的渠道滲入砂體孔隙中形成的。
在成巖晚期，大部分孔隙被占據，應時的次生擴大邊緣被部分剩余孔隙充填而變得不規則。當巖石中含有粘土礦物或碳酸鹽礦物時，通常可以看到應時的次生擴大邊緣被不規則的港灣所取代。
老451地區沙河街組二、三段應時次生放大現象明顯，並伴有長石的強烈溶解。掃描電鏡分析表明，部分樣品中長石溶解明顯，甚至變成碎屑狀，因而具有豐富的粒內溶孔(圖版ⅱ-5)。這種現象可以用長石在酸性溶液中溶解，形成鉀離子和鋁離子，然後生成高嶺石和二氧化矽沈澱來解釋。這種二氧化矽將進壹步成為碎屑應時或年齡的次生邊緣擴大，並結晶成新的應時晶體。即應時的自生增大和長石的溶解是同步的。長石的溶解提供了應時膨脹所需的物質來源，其化學反應式為(以鉀長石為例):
2K[als i3 o 8]+16H2O→2K ++ 2al 3 ++ 8(OH)-+6 H4 SiO 4→Al2[si2o 5]+4 SiO 2+2K ++ 2(OH)-+13H2O
(3)粘土礦物的膠結
粘土礦物是老451地區沙河街組二、三段碎屑儲集巖的另壹種重要膠結物類型。工區碎屑儲集巖中粘土礦物含量普遍較豐富。常見的粘土礦物類型有伊利石-蒙脫石層間礦物、高嶺石和伊利石，以自生型和自生型為特征。
按照嚴格的定義，普通粘土礦物中只有自生粘土礦物屬於膠結物，但外源粘土礦物往往也能固結巖石。而且，在埋藏成巖環境中，外源粘土礦物往往不能穩定存在，而轉變為其他類型的粘土礦物。因此，碎屑儲集巖中的粘土礦物可視為膠結物。
粘土礦物在孔隙中的分布往往表現出壹定的規律性。壹般是從顆粒表面向孔隙中部排列，即在碎屑顆粒周圍形成粘土殼(圖版II-3、4)，也有獨立存在於碎屑顆粒之間孔隙中的情況(II-8中的書片狀自生高嶺石)。自生粘土礦物壹般繼承了沈積定向排列的特征，自生粘土礦物通常構成不規則分布的凝塊。
高嶺石形成於酸性介質環境，在富鉀堿性環境下易轉化為伊利石，在富鈣堿性環境下易轉化為蒙脫石。當蒙脫石得到大量鉀離子時，也會轉化為伊利石；高嶺石和伊利石在低氧化電位下也能轉化為綠泥石，富含Fe2+，少量Fe3+和SiO2。老451區沙河街組二段和三段碎屑儲集巖中粘土礦物的X射線衍射物相分析資料有限，但其鄰區部分井巖心樣品的X射線衍射分析資料(表6-7)反映出，隨著埋藏深度的增加，高嶺石和伊利石-蒙脫石層間礦物中蒙脫石組分含量逐漸減少直至消失，伊利石含量逐漸增加。
表6-7研究區儲集巖類型表
繼續的
3.溶解
老451地區沙河街組二、三段儲層埋藏深，溶蝕成巖作用普遍。碎屑儲集巖中的碎屑顆粒、碳酸鹽膠結物和粘土基質以及顆粒灰巖中的顆粒和膠結物可能被溶解，從而產生次生孔隙。
(1)碎屑巖中碎屑顆粒的溶解
碎屑儲集巖中的長石等不穩定組分在孔隙水成分適宜時容易溶解，形成豐富的粒內孔隙。長石的溶解通常在其晶體的外表面以及沿著解理裂紋和孿晶裂紋更快地發生。當強烈溶解時，長石可以碎屑的形式存在。有時可以看到穩定的成分如應時呈現出溶解(置換)產生的港灣狀邊緣。
(2)顆粒灰巖中顆粒的溶解
工區內的顆粒灰巖具有很強的溶蝕性。以老451井2752.1m處的鮞粒灰巖為例(II-9盤)，鮞粒核完全溶解的現象非常普遍。壹些生物碎片溶解形成黴菌孔。
(3)碳酸鹽水泥的溶解
碳酸鹽膠結作用溶解，留下溶解顆粒的特征殘余結構和孔隙充填殘留物(圖版ⅱ-9和21)，也稱膠結作用。碳酸鹽水泥的溶解是由於地層水的pH值、溫度和礦化度的變化，增加了其溶解度。例如，有機物分解產生CO2可以促進方解石溶解。
老451地區沙河街組二、三段儲層埋藏深，原生孔隙少。碳酸鹽是主要的膠結物類型，因此碳酸鹽膠結物的溶解對改善儲層性質具有重要意義。碳酸鹽膠結物的溶解作用在物性好的儲層中也很強。如老451井2750.7m和2752.1含油較好的儲層巖樣中碳酸鹽膠結物已完全溶解。
總之，碳酸鹽膠結物的溶解是造成工區儲集巖次生孔隙的主要原因。成巖過程中孔隙水性質的變化是溶解的主要因素。儲層早期形成的次生孔隙可被後期膠結物填充；新形成的水泥可能會再次溶解。
4.有責任
交代作用是指部分礦物溶解，其位置被從孔隙中析出的新礦物所取代，新生成礦物的化學成分與溶解礦物不同。工作區常見的替換現象介紹如下:
(1)碳酸鹽交代碎屑顆粒
顯示長石、應時和碎屑邊緣呈港灣狀或雞冠狀，被侵蝕交代(圖版ⅱ-19)。有時，交代礦物會深入到碎屑顆粒內部(圖版ⅱ-22)。當壓實作用很強時，碳酸鹽膠結物可以沿著碎屑顆粒中的裂縫被占據。此外，碳酸鹽的膠結作用是基性的，這也是碳酸鹽組分置換和充填的結果。大量水泥使顆粒漂浮並抑制壓實。
(2)粘土礦物占碎屑顆粒。
粘土礦物對長石、巖屑和應時的替代較為普遍，其表現特征與上述碳酸鹽替代相似。粘土礦物對長石的替代也稱為長石的高嶺土化。在掃描電鏡下的表現見II-6等。另壹方面，長石晶體的表面在巖石薄片中以雲的形式存在。鉀長石和斜長石的高嶺土化化學反應式分別如式(6-1)和式(6-2)所示:
2 kalsi 3 o 8+16H2O→Al2(OH)4s i2o 5(高嶺石)+4s io 2+2K+20h-+13H2O(6-1)
2caal 2s i2o 8+2co 2+4h2o→Al2(OH)4si 205(高嶺石)++2CaCO3 (6- 2)。
鉀長石高嶺土化過程中產生的k+為蒙脫石向伊利石轉化提供了物質來源，SiO2是應時的次生來源。斜長石的高嶺土化產生壹部分鈣。
(3)粘土礦物之間的轉化
根據掃描電鏡觀察、巖石薄片觀察並參考鄰區相關資料(表6-7)，發現老451區沙河街組二、三段碎屑儲集巖中存在多種粘土礦物，主要有伊利石、高嶺石等。高嶺石呈書狀和片狀(圖版ⅱ-6)。伊利石和伊利石層間礦物呈絲線狀和彎片狀(圖版ⅱ-23)。結合表6-7中的數據發現，隨著砂埋深度的增加，高嶺石和蒙脫石層間礦物中蒙脫石的層間比例顯著降低。
5.再結晶
主要產於碎屑巖的間隙物質中，表現為小晶體長大或結合成大晶體。研究區砂體中常見粘土礦物的重結晶作用。即在成巖的物理化學條件下，壓應力引起粘土雜基的定向重結晶。粘土礦物的重結晶主要在垂直壓力方向進行，因此重結晶後粘土礦物的排列表現出壹定的定向性(圖版II-24)。此外，作為膠結物，碳酸鹽礦物經常重結晶。
壹般來說，重結晶會使儲層的孔隙度和連通性變差，尤其是碳酸鹽膠結物的重結晶。而粘土基質定向重結晶造成的片理，可能有利於地層水的循環，溶解巖屑和水泥，產生次生孔隙。
(2)成巖演化和成巖階段的確定
沈積成巖過程實質上是壹系列復雜的流體-巖石相互作用過程。相關研究主要集中在兩個方面，即:①流體-巖石相互作用機理及產物(包括礦物、孔隙等。)成巖過程中；②沈積體系中流體物理化學性質的演化及其對沈積成巖作用的影響。其中，礦物的變化是流體性質和流體-巖石相互作用機制最直接的標誌，因此巖石礦物成分變化的研究壹直被視為成巖作用研究的基礎工作。
根據資料，工區碎屑巖的成巖階段主要由四個方面決定:①自生礦物和形成序列；②沂蒙粘土礦物組合及層間礦物的層間比率；③巖石的結構、構造特征和孔隙類型；④成巖溫度。
(1)成巖溫度
老451區沙河街組二、三段砂體(取芯段)埋深2600 ~ 2800 m，該區地溫梯度約為3.7℃/100 m..因此，碎屑巖的成巖溫度約為96 ~ 105℃。
(2)自生礦物
常見鐵方解石、鐵白雲石等晚期含鐵碳酸鹽膠結物(圖版II-20、II-22、II-25)，尤其是鐵白雲石，常為微晶-粉末晶體，以交代、增大或膠結充填的形式出現。
(3)巖石的結構、構造特征和孔隙類型
工區碎屑中長石等碎屑顆粒普遍溶解，形成壹定量的粒內孔隙(圖版ⅱ-8)。碳酸鹽膠結物常被溶解，有的可視為溶解殘留物，形成大量次生孔隙(圖版II-9，25)。
(4)粘土礦物組合和伊利石層間礦物的層間比率。
在老451地區沙河街組二段和三段碎屑巖中，可見到書狀和片狀自生高嶺石(圖版ⅱ-8)及絲狀和彎曲片狀伊利石和伊利石層間礦物(圖版ⅱ-23)。從表6-7可以看出，老河口地區沙河街組沂蒙夾層礦物的層間距比值隨埋深的增加呈規律性變化，相當於老451區塊沙河街組二、三段埋藏砂體，沂蒙夾層礦物的層間距比值約為25。
根據以上分析，老區451沙河街組二、三段碎屑巖成巖階段定義為晚成巖階段A(中華人民共和國石油天然氣行業標準SY/T5477-92)。
(3)成巖作用的影響因素
根據上述成巖作用類型和成巖期次研究，認為老451區沙河街組二、三段成巖作用主要受砂體埋深的影響。此外，碎屑巖的成分、結構、構造等因素對成巖作用也有顯著影響。區域構造背景和構造活動主要在較高層次上控制了砂體的成巖演化。簡要介紹如下:
(1)埋深對成巖作用的影響
砂體的埋深決定了其地溫和壓力。地溫制約著有機質的演化和地下流體與巖石的相互作用。壓力決定了機械壓實甚至壓解的強度。因此，埋藏深度對該區成巖作用的影響非常顯著。例如，粘土礦物的變化規律(表6-7)與深度有明顯的相關性。老井19-2取心段沙四段埋深小於1500米。碎屑巖所含粘土礦物中高嶺石含量普遍較高(30%以上)，沂蒙層間礦物的層間比例也很大(均在70%以上)。再如，根據巖石薄片鑒定，鐵白雲石膠結物大量出現在老45、老46、老451三口井(圖版II-25、26)約2750米深處。
(2)碎屑巖的成分、結構和構造對成巖作用的影響。
碎屑巖的成分、結構和構造與形成時的沈積作用或沈積環境密切相關。因此，碎屑巖的成分、結構和構造對成巖作用的影響也可以表述為沈積作用或沈積環境對成巖作用的影響。
工區碎屑巖中長石碎屑等不穩定組分含量高，為溶解提供了物質基礎。粘土基質對成巖作用的影響也很明顯，當粘土含量較低時，碎屑巖中常見的早期膠結現象就出現了。這是因為粘土含量少，在早期微壓實和孔隙連通良好的條件下，便於流體運移，經常發生早期碳酸鹽膠結。如果早期碳酸鹽膠結物含量較高，甚至形成基底膠結，後期成巖改造作用不強，就會形成致密儲層(圖版ⅱ-20)。如果碳酸鹽膠結物經過溶解等成巖作用轉化為有效儲集空間，可以形成非常有利的儲層(圖版II-9、25、21)。
碎屑巖中碎屑顆粒的分選和粒度對成巖作用也有壹定影響。該區碎屑巖的顆粒分選和磨圓程度普遍較差，原生孔隙容易被壓實和消除，不利於良好儲層的形成。
總之，老451地區沙二、沙三段有利儲層主要發育在基質含量少、早期碳酸鹽膠結作用強、後期溶解成巖作用明顯的層段。基質含量高的碎屑巖，雖然早期碳酸鹽膠結物可達到壹定含量，但由於巖性致密，不利於流體溶解，多為不利儲層(圖版II-27)。
(3)構造活動對成巖作用的影響
除了控制沈積作用，構造活動間接影響成巖作用，不同規模的構造裂縫也通過控制地層流體運移直接影響成巖作用。此外，結構對粘土基質重結晶等成巖作用的影響已如上所述。