深层—超深层白云岩储集层: 机遇与挑战*

深层—超深层白云岩储集层是未来油气勘探的重要领域和目标,是潜在的优质油气储集体或储集层。查明白云岩的成因、孔隙发育与保存机理以及流体性质与演化路径,建立符合实际地质状况的储集层地质模型,对于预测深层—超深层白云岩储集层的分布规律是非常重要的。疏理了白云岩成因的几个核心问题的现状与发展趋势,指出了白云石化作用模式的演变过程和发展方向,提出了建立深层—超深层白云岩多阶段动态演化模式应考虑的问题。中国三大克拉通盆地(四川盆地、塔里木盆地和鄂尔多斯盆地)深层—超深层赋存丰富的白云岩,并且已经有一些重要的油气发现,为开展深层—超深层白云岩油气勘探提供了好的机遇,但深埋藏、多期构造改造、叠加和复杂的流体演化历史也是此项研究重要的挑战。     

上震旦统灯影组中非叠层石生态系兰细菌白云岩

上震旦统灯影组 2段和 3段是四川盆地主要天然气储层之一。在浅色白云岩地层中富含炭化的黑色非叠层石生态系兰细菌白云岩。它既可发育于沉积期和胶结作用期 ,也可发育于表生成岩作用期。沉积期发育的非叠层石生态系兰细菌白云岩呈纹层状产出或围绕颗粒的四周生长。这类兰细菌白云岩的单层厚度从 1mm到 >10 cm不等 ,其总厚度约占灯影组 2段和 3段的 1/ 10左右 ,有时也呈不连续的黑色小点发育于白色叠层石生态系兰细菌白云岩的叠层石、层纹石中。胶结作用期 ,二或三个世代亮晶胶结物交替发育“充填”孔隙。表生成岩作用期 ,黑色的兰细菌主要呈多世代的线状纹层与白色纤维状白云石组成多世代的间互纹层充填在岩溶溶洞、溶沟以及扩溶的裂隙中。非叠层石生态系兰细菌主要形态有球形、椭球形和棒形 ,偶有蘑菇形及其它形状。群体呈现为串珠状、草丛状、分叉树枝状和类似于火山喷发状等等。群体的古生态表现为向上生长、围绕颗粒向四周发散生长、粘结颗粒 ,或向原生粒间孔隙、次生溶洞、溶沟中心向心生长。对现代兰细菌的降解实验佐证所讨论的非叠层石生态系兰细菌是灯影组中烃源岩之一。     

塔里木盆地寒武系—奥陶系白云岩稀土元素特征及其成因意义

塔里木盆地寒武系—奥陶系白云岩是重要的油气储集层,按能反映成因的结构构造特征将其分为4类,即泥晶—粉晶白云岩、藻纹层白云岩、斑状白云岩及重结晶白云岩。通过分析各类白云岩的稀土元素组成特征,并结合岩石学研究,探讨了各类白云岩成岩流体性质及其水岩比的相对大小。4类白云岩的ΣREE差别较大,但稀土元素配分模式均具LREE轻微富集、HREE亏损、Eu负异常且与海相泥晶灰岩相似的特征,其稀土元素配分模式主要受海水的影响。4类白云岩经受的成岩作用差别明显,但REE迁移行为类似,无明显分馏。泥晶—粉晶白云岩中ΣREE平均值为51.55×10-6,与泥晶灰岩相近,其ΣREE主要受控于原岩,受后期成岩作用的影响相对较小,其成岩过程的水岩比较小。藻纹层白云岩的ΣREE平均值为21.37×10-6,不及海相泥晶灰岩的1/2;岩石学及地球化学资料反映其成因与藻类密切相关,其低ΣREE可能是由ΣREE极低的藻类参与白云岩化所致,后期成岩改造作用对其影响并不明显。斑状白云岩的ΣREE平均值为28.89×10-6,远低于泥晶灰岩及泥晶—粉晶白云岩,反映其白云岩化过程的水岩比远高于泥晶—粉晶白云岩。重结晶白云岩的ΣREE平均值为13.64×10-6,不及泥晶灰岩的1/4,在4类白云岩中最低,岩石学特征表明此类白云岩经受了白云岩化及后期强烈重结晶2期主要成岩作用,而这2期成岩作用均需极高的水岩比,此类白云岩的稀土元素组成特征主要是这2期成岩作用叠加的结果,其低ΣREE值可能是大量ΣREE含量极低的成岩流体改造的结果。     

四川盆地震旦系灯影组葡萄状白云岩成因

四川盆地震旦系灯影组发育巨厚的白云岩,其中灯影组二段和四段发育大量具有各种形态的葡萄状白云岩,其直径最长可达75cm,有的平行于层面,有的穿层。剖面资料表明,葡萄状白云岩发育多期等厚环边胶结物,中部残留大量未充填的不规则洞穴,这成为与岩溶喀斯特作用相关的地下溶蚀作用的证据。围岩泥晶白云石为早期海水中原生结晶的产物,后来的胶结物可划分为4期: (1)自泥晶化白云石(部分样品中可见)作为最早的一期胶结物,由于各种生物化学作用和生物作用的影响而紧贴着围岩发育;(2)第2期胶结物纤维状白云石可能为海水中直接沉淀的产物,经历后期成岩作用后,具有完全有序的结构,晶胞参数接近理想值;(3)细—中晶白云石为第3期胶结物,包含纤维状白云石溶蚀残余,形成于构造抬升之后的近地表大气淡水环境;(4)第4期胶结物中—粗晶白云石为埋藏环境下直接结晶的产物,充填了孔洞中心,残留部分未充填孔洞。灯影组受到了岩溶喀斯特作用、胶结作用以及白云石化作用等成岩作用的影响,其中与葡萄状白云岩有关的岩溶喀斯特作用对于灯影组储集层的发育至关重要。对灯影组葡萄状白云岩的研究,不仅有助于深入探讨灯影组储集层成因和演化及灯影组白云岩的成因,而且有助于指导四川盆地前寒武系油气勘探。     

川西北中二叠统栖霞组白云岩储层特征及控制因素

本文以四川盆地西北部钻井岩心及露头剖面样品的镜下岩石学特征为基础,以微区多参数实验分析数据为依据,对四川盆地西北部中二叠统栖霞组白云岩储层进行了研究。认为栖霞组白云岩储层类型主要为结晶型白云岩及残余颗粒型白云岩。储集空间主要为晶间孔、晶间溶孔、粒间孔、溶蚀孔洞以及裂缝。白云岩储层的发育主要受到沉积微相、早期白云石化作用、晚期白云石化作用、溶蚀作用以及构造作用等因素控制。其中浅滩沉积微相是储层形成的环境基础;早期白云石化作用是储层保存的重要条件;溶蚀作用及构造裂缝是储层改善的关键因素;而晚期白云石的生成则对储集空间有一定的破坏作用。     

塔里木盆地东部地区寒武系-奥陶系白云岩特征及成因

通过对塔东低凸起带寒武系-奥陶系白云岩的岩石学特征、碳氧同位素特征、锶同位素比值特征、有序度等的分析,认为塔东地区带寒武系-奥陶系准同生阶段的泥-粉晶白云岩由受潮汐作用的海水泵汲作用形成;成岩阶段的细-中晶白云岩、粗-巨晶白云岩是在埋藏成岩环境中经过调整白云岩化以及成岩后期的外来热液作用引起的埋藏热液白云岩化作用形成。     

塔里木盆地东部地区寒武系白云岩成因类型*

塔里木盆地东部地区（简称塔东地区）寒武系白云岩主要有泥-粉晶白云岩、细晶白云岩和中-粗晶白云岩。通过岩石学特征、有序度、碳氧同位素、锶同位素比值、阴极发光和微量元素等分析,认为该地区有4种成因的白云岩,即深水回流准同生白云岩、潮坪蒸发泵准同生白云岩、回流渗透白云岩以及深埋藏白云岩。不同类型的白云岩,其岩性及地球化学特征不同。深水回流准同生白云岩为泥-粉晶白云岩,分布在塔东盆地中,是附近的碳酸盐岩台地上蒸发浓缩形成的咸化海水在重力作用下沿海底回流到深水盆地中并使刚沉积不久的灰泥发生白云化而形成的。潮坪蒸发泵准同生白云岩亦为泥-粉晶白云岩,形成于台地潮坪环境。回流渗透白云岩为细晶白云岩,发育于潮坪准同生白云岩和蒸发岩之下。深埋藏白云岩为中-粗晶白云岩,是石灰岩在地下深处由循环流动的富含Mg²⁺、Ca²⁺的地层水白云化形成的,Mg²⁺、Ca²⁺主要来自于已经存在的白云岩的溶蚀,而非来自页岩压实排替出来的地层水。     

南海西科1井致密白云岩特征及成岩环境

西科1井为南海区域揭示生物礁地层最全、取心最为完整的钻井。该井下中新统三亚组发育致密白云岩,其孔隙度为1.65%～16.4%,平均6.7%。渗透率极低,局部渗透率仅为（11.8～39）×10−3 μm2,平均渗透率<1×10−3 μm2。利用沉积岩石学、岩石孔渗物性特征和包裹体测试方法,分析了致密白云岩的成岩特征,讨论了其成岩演化条件。致密白云岩中的白云石以粉晶、细晶和泥晶为主,形态多为自形和半自形,晶形较好,具有雾心亮边构造,白云石晶体接触紧密。晶间孔细小,孔隙呈分隔状且互不连通,次生溶蚀孔不发育。三亚组致密白云岩形成于准同生成岩阶段和后生成岩阶段。频繁的海平面变化和沉积物暴露,导致多期的海水充注孔隙作用,加上高温高盐的古海洋和地层环境,为致密白云岩的形成创造了条件。     

鄂尔多斯盆地南部寒武系张夏组储层特征与主控因素

鄂尔多斯盆地南部寒武纪张夏组沉积期鲕粒滩大面积分布,但储层控制因素尚不清楚,目前仅在少量钻井中见到工业气流。笔者等利用新钻井和野外剖面岩相学和地球化学的分析,解剖张夏组储层的发育特征,进而揭示张夏组储层主控因素。研究取得以下主要认识：① 张夏组储层岩石主要为（残余）鲕粒—砂屑云岩、细—中晶白云岩,储集空间有溶蚀孔洞、裂缝及扩大溶孔、粒间孔。② 张夏组白云岩厚度在鄂尔多斯盆地南部变化较大,多呈现出“上多下少,南多北少”的特征。白云岩多具有较粗、相对自形的晶体,与海水相近的碳氧和锶同位素值,与海水相似配分模式,较高的锶含量;裂缝内充填白云石有鞍状结构,略微的Eu异常。白云岩化作用主要发生在浅埋藏期,白云岩化流体主要是海水。③ 鄂尔多斯盆地南部镇原古隆起周缘张夏组受怀远运动和加里东—海西运动岩溶作用影响较强。而远离镇原古隆起区,储层主要受怀远运动断裂活动影响。断裂活动一方面产生大量的裂缝,形成储集空间;另一方面裂缝还为浓缩海水、热液流体和大气降水改造储层提供通道。     

华南南华纪南沱冰期海洋环境的沉积地球化学记录——来自黔东部南华系南沱组白云岩碳氧同位素和微量元素的证据

新元古代"雪球地球"事件代表地球经历的极端气候条件,对其后的大气和海洋氧化、生物地球化学循环和真核生物的演化都产生了深远的影响。然而同冰期化学沉积岩的缺乏,严重制约了对冰期海洋环境的了解。笔者等在贵州松桃地区一钻孔岩芯南华系南沱组中采集到一套同冰期白云岩,为南沱冰期海洋环境研究提供了理想材料。岩芯中白云岩层位于南沱组下部,夹持于两套杂砾岩、粉砂质泥岩组合中间,厚度1.61 m。偏光显微镜和扫描电镜观察表明岩性为微晶白云岩。采用Delta V Advantage稳定同位素质谱仪分析白云岩的碳、氧同位素,测定结果为:δ~(18)O_(V-PDB)在-16.97‰～-8.37‰之间,δ~(13)C_(V-PDB)在-9.68‰～-8.42‰之间,与冰期前后碳同位素组成对比,δ~(13)C_(V-PDB)具显著低负值特征。电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)微量元素分析结果表明:白云岩样品中铁、锰含量很高,铁含量的平均值约为92867×10~(-6),锰含量的平均值约为10644×10~(-6);Mn/Sr值较大,平均值约为26.89。综合碳、氧同位素的相关性及微量元素特征分析表明,南沱组同冰期白云岩碳同位素组成代表了原始的沉积记录。研究结果表明:①南沱组白云岩的出现反映了南沱冰期海洋中存在着开放的水体,这些开放水体为此时真核生物提供了重要的栖息场所。②南沱冰期海洋处于富铁缺氧的环境,白云岩中碳同位素低负值主要是甲烷厌氧氧化的结果。③同位素质量平衡计算表明,冰期海洋中较高比例的有机质埋藏和极其有限的大气-海洋气体交换导致了大气中氧浓度的升高。