湖相白云岩成因模式及其储集性

湖相白云岩的成岩作用是非常规油气储层中非常活跃的话题,其成因模式以及储集性的研究对以碳酸盐岩为储层的油气勘探具有重要意义。通过综述前人关于湖相碳酸盐岩领域的研究成果,总结出以下几点:湖相白云岩成因模式主要有原生生物成因、准同生成因以及热液成因;湖相白云岩的储集空间类型包括以生物体腔孔为代表的原生孔、酸性流体作用下形成的溶蚀孔洞、白云石化作用或重结晶作用形成的晶间孔以及构造应力作用下形成的裂缝等4大类;其物性和孔隙结构分别受控于沉积环境及生物种类、酸性流体的溶蚀能力、白云岩化模式以及构造活动强度和岩石脆性等。以上研究成果可为湖相碳酸盐岩,乃至其他成因的碳酸盐岩物性影响因素以及油气地质意义研究提供借鉴参考。     

白云岩成因的研究现状及相关发展趋势

白云岩占地壳沉积岩体积的20%,是碳酸盐岩地层中最主要的油气储渗体。白云岩成因是碳酸盐岩岩石学中最复杂、争论时间最久、最难解决的问题之一。根据机理的不同,当前各种主要的白云岩成因模式可划分为三大类:(1)原生白云石模式;(2)次生白云石化模式;(3)其他模式。虽然原生白云石的例子已被大量发现,但是,它们是否属真正的原生白云石仍将继续讨论下去。次生白云石化成因的实例远比原生白云石成因的多,这类模式可再细分为高盐度白云石化、低盐度白云石化、正常海水白云石化、热液白云石化等。其他模式主要有埋藏白云石化、生物白云石化、沉积—热液模式、玄武岩淋滤白云石化、出溶作用模式等。白云岩研究的热点问题及研究发展方向可以归纳为五个方面:全球气候变化与白云石化事件;大地构造环境和沉积作用对白云岩分布的控制;白云石化作用与层序地层学(相对海平面变化);新的研究手段的应用;“盖帽”白云岩。     

白云岩的成因研究现状及最新进展

白云岩是主要由白云石组成的碳酸盐岩,对其成因的研究一直是沉积岩石学的热点。主要有原生白云石直接沉淀、次生交代和其他成因模式。目前普遍接受的主流成因模式是白云岩由石灰岩经过变化而成的,即石灰岩白云石化。     

微生物成因白云石研究进展

"白云岩问题"一直是沉积地质学研究的热点和难点之一,白云岩在我国和世界范围内都是重要的油气储层。因此,深入认识白云岩成因对于碳酸岩油气勘探具有重要参考意义。白云岩成因有多种解释模式,如萨布哈蒸发模式、渗透回流模式、埋藏调节模式、混合水模式、潮汐泵模式等。近几十年来,随着低温白云石研究的不断深入,微生物白云石模式作为一种新的成因模式被提出并不断被完善。本文回顾了微生物成因白云石的研究进展,总结了低温白云石形成的3个动力学障碍(镁离子的高水合能、硫酸根的存在、碳酸根离子的低浓度和低活度),简要介绍了微生物成因白云石模式的建立、微生物成因白云石的生长过程及发育特征,系统分析了微生物在白云石形成过程中的调节作用,指出微生物(如硫酸盐还原菌、古甲烷菌)的存在可以改变溶液中的离子平衡,进而有利地克服白云石形成过程中的动力学障碍,并列举了低温微生物成因白云石的氧同位素指标在古温度恢复和过去气候变化研究中的应用,最后对微生物成因白云石相关研究方向(如多学科交叉、新技术应用等)加以展望。对微生物成因白云石模式的深入认识,将为正确解释"白云岩问题"提供新的途径,也将为石油学家关心的白云岩储层问题提供新的理论基础和研究思路。     

白云岩成因相关问题及主要形成模式

在综述白云岩成因研究历程和最新成果的基础上,总结阐述了与之相关的4个方面的问题:①尽管白云岩原生沉淀与次生交代成因分歧依旧,但越来越多的证据表明白云岩的形成以次生交代为主;②白云石难以直接沉淀的原因是受结晶动力学条件制约,而非热力学因素;③控制次生交代强度和规模的关键条件是富Mg流体的来源及其量的大小;④微生物活动很可能有助于白云岩的形成。关于白云岩化模式,其核心是构建富Mg流体与先成钙质碳酸盐岩相互作用的条件与场所,其中浓缩正常海水模式、萨布哈模式、混合水模式和埋藏白云岩化模式等具有一定的普遍性。理清白云岩成因问题,对于认识以白云岩及其相关的碳酸盐岩为储层的油气勘探工作尤为重要。     

塔里木盆地柯坪-巴楚地区下古生界白云岩类型和白云岩化模式

白云岩储层是塔里木盆地柯坪-巴楚地区下古生界油气勘探的重要目的层.通过系统野外露头观察采样以及室内薄片岩石类型鉴定和地球化学测试来探讨白云岩的成岩作用机理,得出如下认识:研究区下古生界白云岩根据其结构成因可以分为8种类型:微-粉晶白云石型、具原生灰岩残余结构白云石型、细晶直面自形-半自形漂浮基质白云石型、细晶直面半自形...     

从3个科学理念简论沉积学中的 “白云岩问题”*

作为碳酸盐岩的重要类型,白云岩的成因机理和时空分布规律,一直是沉积学重要的研究主题之一。沉积学家已经建立了众多的白云石化模式,并用来解释各种白云岩的成因。然而,白云石在地表条件下的形成过程和机理,一直没有得到实验室条件下的模拟和证实,所以白云岩的成因就成为沉积学的难题,即沉积学中的 “白云岩问题”。白云岩形成的作用被简称为白云石化作用,同时作为碳酸盐岩成岩作用机制的类型之一,代表了科学理念的第1个变化;立足于前寒武纪白云岩原生沉积组构的精美保存,从早先的 “原生白云石沉淀”的假设到后期的 “拟晶白云石化作用”模式的提出,代表了科学理念的第2个重要变化;微生物作用有助于白云石沉淀而出现的 “微生物白云石化作用”的模式,似乎代表了沉积学家对沉积学中的 “白云岩问题”的探索和研究之中的第3个重要的科学理念进步。追逐上述科学理念的变化和进步,将会更加深入了解科学家们对 “白云岩问题”研究和探索的重要进展。     

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组白云岩储层特征及成因机制

鄂尔多斯盆地奥陶系白云岩是重要的天然气储集层,对其白云岩成因和储层发育规律的研究对于碳酸盐岩深层勘探理论的发展具有重要意义。文章基于大量岩心、薄片的观察,并结合稳定碳氧同位素、稀土元素、白云岩有序度、地层水、包裹体特征等地球化学分析,对盆地奥陶系存在的两种典型白云岩储层的发育特征和形成机理进行了详细研究。分析表明,含硬石膏结核或柱状晶的泥粉晶白云岩主要为潮坪蒸发环境的萨布哈成因,其规模储层的发育主要受到长时不整合的控制,不整合面以下发育大量硬石膏结核和柱状晶溶模孔;颗粒滩白云岩主要为回流渗透成因,其储层孔隙的发育主要受到海平面高频升降的影响,发育多旋回的粒（晶）间孔隙型储层。虽然两种白云岩的白云石化流体都为浓缩海水,但由于白云石化的机制和速率不同,二者的原始孔隙类型和特征迥异。两种白云岩孔隙在后期的成岩改造和演变过程中,既有相同之处,又有明显的区别。这一认识也将对深层的白云岩储层勘探提供指导作用。     

四川盆地震旦系白云岩成因研究

自然界有无原生沉淀白云岩成为白云石成因研究中长期争论的话题.迄今为止,在世界范围内对白云石成因机制尚没有完善的科学答案.有趣的是前寒武纪全球广泛发育白云岩,而寒武纪以来形成的白云石很少.目前很少有文章涉及这未解之谜.本文选择了四川盆地震旦系藻白云岩和非藻白云岩,将宏观全球构造、板块运动观点与微观先进分析方法相结合,对白云石形成的地质构造背景、水介质条件、成因机制进行了深入讨论,提出藻白云岩,微、泥晶白云岩为原生(或准同生)形成,纯细晶白云岩为早期成岩白云石化作用形成,含硅细晶白云岩为埋藏环境白云石化作用形成的认识,并首次应用晶胞参数和结晶有序度判别原生和次生白云石.     

征稿启事

海相碳酸盐岩是中国非常重要的油气勘探接替领域,近年来我国塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等盆地相继发现了多个海相碳酸盐岩大油气田,其储层多与白云岩(白云石化)有关。“白云石(岩)问题”是地质学中的世纪难题,自法国地质学家Déodat de Dolomieu于1791年发现并命名白云岩以来,各种有关白云岩成因的学说和理论众说纷纭,始终未能完全达成共识。     

白云石化作用及白云岩储层研究进展

白云石化作用和白云岩储层一直都是碳酸盐岩研究中的重要领域。近年来,随着实验分析技术的进步以及油气勘探的深入,对白云岩的研究也取得了诸多进展:1数值模拟技术逐步应用到白云岩研究中,实现了白云石化模式研究由定性到定量的转变;2对微生物白云石化的研究不断加强,识别出了微生物相关白云石的特殊显微形貌特征并对其生物矿化机制进行了分析;3对已有白云石化模式的重新审视:包括对混合水白云石化的修正、对回流白云石化的扩展以及对构造—热液白云石化模式的丰富;4在白云石化与孔隙相关关系的研究中,突破了白云石化增孔的传统认识,逐步强调白云石化在孔隙保存方面的作用;5注重研究白云岩结构、成岩环境、原始相带以及白云岩形成之后的溶蚀改造等因素对白云岩储层发育的控制作用。在未来的研究中,应加强3个方面内容,一是对白云岩结构演化规律的定量研究,二是在成岩流体示踪方面要加强对新技术手段(如二元同位素、Mg同位素)的使用,同时注意借鉴成矿流体研究中的成熟技术和方法,三是要加强对深部白云岩储层形成和保存机制的探索。     

障壁岛及其后缘碳酸盐岩储层的成因模式与预测

塔里木盆地、鄂尔多斯盆地和四川盆地主要碳酸盐岩储层的发育均与障壁岛或其后缘等沉积环境有关,并受早期大气淡水淋滤溶蚀作用、白云石化作用、古岩溶作用以及埋藏溶蚀作用等成岩因素的控制。认为三大盆地碳酸盐岩储层可划分为大气淡水淋溶型礁滩灰岩储层、古岩溶型礁滩灰岩储层、白云石化型礁滩白云岩储层和古岩溶型含膏白云岩储层等四种类型。提出了与障壁有关的储层综合成因与预测模式,其中构成障壁的台地边缘礁滩带是大气淋溶型礁滩灰岩储层、古岩溶型礁滩灰岩储层和白云石化型礁滩白云岩储层的有利发育区,而障壁岛后缘的蒸发盆地边缘坪区域是古岩溶型含膏白云岩储层有利发育区。     

中国海相碳酸盐岩的储层类型、勘探领域及勘探战略

中国海相碳酸盐岩有效储层成因类型主要包括古风化壳岩溶储层、礁滩储层及层状白云岩储层三大类。陆上中—古生界盆地三类储层均有分布,海上第三系盆地主要发育礁滩储层。针对我国海相油气地质特别是陆上中—古生界油气成藏的复杂性,提出应该加强对勘探及认识程度相对较低的礁滩储层形成的原生岩性-成岩圈闭油气藏的研究与勘探工作。石灰岩古风化壳岩溶储层具有强烈的非均质性,白云岩储层的含油气性比较依赖于有效储盖组合及构造圈闭。鉴于我国海相油气资源潜力巨大、勘探程度较低,故应该加强海相油气资源特别是陆上主要盆地海相油气资源及南海油气资源的研究与勘探开发,尤其要加强层序地层及岩相古地理编图等基础油气地质研究工作。     

埋藏环境白云石结构类型

近年来我国在白云岩储层油气勘探方面取得了重大进展,这些白云岩储层绝大多数为埋藏阶段形成的白云岩,同时大量研究也证实地层中大部分白云岩形成于埋藏环境。国际学术界对埋藏环境白云石的成因结构分类比较细致,但在我国这方面的研究还不够深入,因此本文借助国际上对埋藏环境白云石成因结构的分类方法,并结合中国白云岩研究的实际情况尝试提出埋藏环境白云石结构分类方案。该方案首先以白云石在岩石中的产状分为基质白云石和胶结白云石两大类,再以晶粒大小、晶型、晶面特征、接触关系为分类依据,将埋藏环境白云石分为六种结构类型。     

白云岩有机成因模式:机制、进展与意义

白云岩是一种常见的碳酸盐岩,它广泛分布在古代碳酸盐岩台地中,却很少见于全新世沉积物中,这构成了一个未解之谜。近20多年的研究成果表明,早期成岩过程中微生物参与的硫酸盐还原反应、甲烷生成和厌氧氧化反应以及有氧呼吸作用能够促进白云石的沉淀:细菌细胞和胞外聚合物(EPS)带有负电荷,能够聚集溶液中Mg2+和Ca2+;同时上述氧化还原反应产生HCO3-,提高了孔隙水中反应物的浓度;这样在细菌细胞周围形成一个对白云石超饱和的微环境,有利于白云石的沉淀。这是一种新的白云石成因模式,微生物活动和有机质是影响白云石形成最重要的因素,特殊的球状形态和碳同位素特征是鉴别有机成因白云石的重要标志。白云岩有机成因模式为认识地质历史时期大套白云岩的成因、探索"白云岩之谜"提供了新的思路。     

四川盆地西南中二叠统白云岩的地球化学特征及其成因

白云岩储层是碳酸盐岩油气领域的研究热点.在分析白云岩优质储层孔-洞-缝演化过程中,白云岩成因是重要的研究内容.以四川盆地西南间断出露的中二叠统栖霞组地层为研究对象,采用岩相学、X粉晶衍射及地球化学方法,讨论白云岩成因.白云岩野外发育于断裂破碎带周围,透镜状产出,多呈斑马纹状构造.显微镜下白云石鉴定为鞍状白云石.此外,白云岩具有较高的白云石有序度,地球化学特征则表现为明显偏负的氧同位素值和高锶同位素值.综合地质资料分析,白云岩为构造热液白云岩化成因.      

塔里木盆地下奥陶统蓬莱坝组白云岩成因及储层主控因素分析——以巴楚大班塔格剖面为例

寒武系-下奥陶统白云岩是塔里木盆地非常重要的勘探接替领域,但由于白云岩埋藏深度大,勘探和研究程度低,目前的认识程度无法满足勘探的需求,尤其是白云岩储层成因和分布的认识。本文以巴楚地区大班塔格剖面蓬莱组白云岩的精细解剖为例,测制解剖剖面9条,采集样品195块,系统的开展了岩石薄片、物性及地球化学特征分析,取得了两个方面的新的认识。1)是塔里木盆地蓬莱坝组发育粉晶、细晶、中晶和粗晶四种白云岩,主要形成于早-中埋藏期与海源流体有关的白云石化作用中,局部受到热液改造,其晶粒大小与原岩结构的粗细及孔隙空间的大小有关,原岩结构粗,形成的白云石晶粒就粗,原岩孔隙空间大,白云石晶粒就大。2)是白云岩储层的分布具成层性和旋回性,孔隙发育段总体位于向上变浅旋回的顶部,与高频旋回的暴露面有关,其载体以细-粗晶白云岩为主,孔隙主体来自原岩孔隙的继承和再调整,少量来自埋藏(热液)溶蚀作用,而并不是传统观点所认为的白云石化作用建造孔隙,这一认识对塔里木盆地深层白云岩有效储层预测具重要的指导意义。     

“白云岩问题”与“前寒武纪之谜”研究进展

白云岩的成因是沉积学界倍受关注的研究主题;众多的白云岩化模式可以用来解释各种成岩白云岩的成因;然而原生白云岩的成因一直是困扰沉积学界的难题,被称为“白云岩问题”。究其原因主要在于：在近地表环境的常温、常压实验条件下不能生成完美有序的白云石矿物。近年来,野外观测和实验模拟研究发现某些微生物的生命活动可导致白云石于地表常温、常压条件下发生沉淀。如硫酸盐还原细菌和产烷菌的调节作用可以克服白云石晶核形成的动力学障碍,在这些厌氧菌的参与下,白云石晶核形成和沉淀并不需要高镁离子和过饱和状态的溶液环境。这种微生物学和沉积学的结合代表了一个新的研究方向,同时也为解决“白云岩问题”带来了新希望。泥晶白云岩化作用（mimetic dolomization）可以保留原矿物（文石或方解石）的晶形、原岩的微细组构,对解释地史时期保存原生构造的白云岩具重要的启示。“前寒武纪之谜”是指前寒武纪叠层石中缺乏钙化蓝细菌化石的现象。参与碳酸盐岩叠层石建造的微生物群组成可能随着地质历史的演化发生变化,蓝细菌在显生宙的叠层石建造过程中起主导作用,细胞体积更小的真细菌很可能是参与前寒武纪叠层石建造的主要微生物。     

构造热液白云石化——一种国际碳酸盐岩领域的新模式

构造热液白云石化模式被誉为国际碳酸盐岩勘探和研究领域的一项重大进展.该模式的本质是深部的热液流体沿着深部断裂运移至浅层灰岩中,由于灰岩上部致密碎屑岩的阻隔(碎屑岩主要是泥岩、页岩或膏岩等,它们因其低孔、渗特征而对上涌的热液起到良好的阻隔作用)而侧向运移,使灰岩发生白云石化.通过对加拿大魁北克Acadian Gaspe Belt西部Lac Matapedia向斜南翼下志留统Sayabec组热液白云石化作用实例的调研,展示了构造热液白云石化作用的原理,总结了构造热液白云石化模式的特征及其控制因素.该模式形成的热液白云岩既可以是油气的有利储集体,也可以与MVT型铅锌矿床相伴生.初步调研发现,我国南方部分碳酸盐岩油气藏及铅锌矿床的形成与该模式具有相似的地质背景.因此,该模式的提出不仅展示了白云岩成因的多样性和复杂性,而且对于深入理解和指导我国类似矿床的成因和勘探具有借鉴意义.     

渗透回流模式白云石化作用对碳酸盐岩储层的影响

白云石化作用对含油气的碳酸盐岩储层有明显的改造作用,而前人的研究大部分是针对白云石的成因模式,未对其形成过程给出具体描述,更未对白云石化作用对储层的改造程度做出定量分析。针对白云石化中的“渗透回流模式”,建立了白云石化作用的一维模型,利用多组分、多相流溶质运移模拟软件TOUGHREACT,研究渗透回流模式对储层物性影响的深度范围。结果表明,当高Mg/Ca比的浓缩海水进入含水层后,导致方解石溶解,白云石沉淀,储层孔隙度与渗透率均比初始值大,模拟5万年时,依靠重力作用,渗透回流白云石化作用能够影响到50 m深的储层范围,产生一定规模的白云岩储层。