吳曉川

(西北大學 地質學系，陜西 西安 710069)

?

鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層水
—巖反應特征分析

吳曉川

(西北大學 地質學系，陜西 西安 710069)

[摘要]在巖溶型儲層中，深埋白云巖儲層儲集空間的形成與水-巖反應密切相關，分析水-巖反應機理是揭示白云巖儲集空間形成條件的基礎。以鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層的多口鉆井巖芯為研究對象，綜合利用掃描電鏡、電子探針等手段，研究礦物、巖石的物質成分和結構, 觀察溶蝕孔隙和充填的次生礦物。再根據流體包裹體測溫確定水-巖反應的溫度。研究認為：鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層水—巖反應相關的主要成巖作用有準同生白云石化作用、溶蝕作用、礦物充填作用和壓實-壓溶作用。

[關鍵詞]鄂爾多斯盆地；下古生界；白云巖儲層；水—巖反應

近年來，與碳酸鹽巖相關的大量油氣藏被發(fā)現(xiàn)，揭示了古生代海相碳酸鹽巖在油氣勘探中的重要地位。水—巖反應是關乎碳酸鹽巖儲層孔隙演化的重要因素，國內外有許多這樣的報道實例。由地質作用的復雜性，區(qū)域間的水巖反應情況不盡相同，當前的勘探實踐表明，鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組為靖邊氣田的主力產氣層?；诖耍归_了鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層的水—巖反應特征研究。

1白云巖類儲層巖石學特征

白云石交代方解石(或文石和鎂方解石)的作用稱為白云石化作用。白云巖是指白云石含量>50%的碳酸鹽巖，由于其成因復雜，雖然長期以來不同的學者提出了許多模式來解釋，但到目前為止還沒有一種完全可以概括所有自然界中白云巖成因的解釋模式。正因為如此，白云巖研究過程中同時提出了很多分類方案，但最有代表性的是按成分分類和結構-成因分類，而后者也是地質學家所推崇的分類方案。白云巖的巖石學研究是一切研究的基礎，它可以提供很多成因上的信息，巖石學研究包括巖石成分、組分、結構及顆粒/膠結物之間的關系等的觀察分析。目前國內外對白云巖進行結構-成因分類時，更加關注結構類型和特征的研究，因為不同的結構類型能區(qū)分不同環(huán)境中的白云巖及其白云巖化流體性質。在白云巖結構的描述中，不僅要關注晶體的大小，也要關注晶體形態(tài)特征和自形程度。

2白云巖超微結構分析

巖石微觀結構分析可以了解碳酸鹽巖晶體在三維空間的形態(tài)、白云巖化程度、孔隙形態(tài)、非碳酸鹽巖礦物及巖石微觀結構的改變程度，為白云巖成因及成巖作用研究提供一定的信息，掃描電鏡是巖石微觀結構研究最有效地手段。本次研究獲得掃描電鏡樣9件，獲得掃描電鏡照片100多張，為馬家溝組白云巖微觀結構分析提供了豐富的資料。使用儀器為掃描電子顯微鏡JSM-5500LV、X-射線能譜儀 QUANTAX400，測試條件：溫度，20℃，濕度，50%。掃描電鏡微觀結構分析表明，馬家溝組白云巖晶體中鑲嵌板狀石膏，也有石鹽晶體附著于白云巖晶體之上(見圖1)，白云石晶體間往往襯墊片狀、絲狀伊利石，說明在高鹽度的環(huán)境下形成了這類白云巖。

圖1　白云巖顆粒表面的食鹽晶體

圖2　砂糖狀白云巖,晶間孔發(fā)育，連通性好

晶間孔發(fā)育的砂糖狀白云巖晶體形態(tài)并非完全的菱面體，而粉細晶白云巖中同樣發(fā)育較好的晶間孔(見圖2)，這些特征表明該類白云巖形成于相對較高的溫度；巖石晶面不僅發(fā)育各種微孔、而且發(fā)育溶孔(見圖3)，溶孔中充填六方雙錐的石英，表明后期經過非海源流體的改造；溶孔中也充填次生方解石和次生白云石，次生方解石呈典型的復三方偏三角面體，次生白云石為特征的菱面體，晶間孔發(fā)育，表明這種后期形成的方解石和白云石往往具有很好的晶型，同時也說明該類碳酸鹽巖形成于較低的溫度環(huán)境下。晶體的這些微觀結構特征提供了巖石形成的環(huán)境及可能經歷后期改造的一些信息，為巖石成巖作用及其成因的分析提供了一些佐證。

圖3　白云石晶體表面的溶孔，微孔

圖4　鄂爾多斯盆地馬家溝組馬五段白云巖能譜圖

利用元素的X射線光子特征能量屬性對白云巖的成分進行了分析，圖為白云巖EDS分析的照片(見圖4)，分析顯示白云巖樣品CaCO3、SiO2、MgO為主要礦物，有時有石鹽等晶體覆蓋在表面或溶蝕孔中有再生石英等情況發(fā)生。

3水-巖反應的機制初探

流體動力學、流體地球化學是對流體和流體巖石相互作用的主要研究手段，流體與巖石的相互作用是當代研究流體作用的重心之一,國際、國內均非常重視。當前對盆地流體同巖石的相互作用的研究主要集中在：礦物的溶解和沉淀、無機作用于有機作用、離子的轉移、吸附與置換等。從深部斷裂或巖漿侵位帶來的熱液流體流經碳酸鹽巖儲層時，熱液與圍巖相互作用并形成一定的礦物序列。實際上在流體較為活躍的沉積盆地中，與流體活動緊密相關的熱液白云巖已經屢見不鮮，巖漿活動是造成盆地熱液流體活動的主要原因。

鄂爾多斯盆地內流體對馬家溝組碳酸鹽巖的物性改造主要基于物質和能量交換這兩種方式，發(fā)生的主要成巖作用有充填作用、溶蝕和交代作用。如下表所示，對于樣品白云石內的流體包裹體測溫可以得出此類白云石重結晶的溫度在90℃左右(表1)，重結晶的溫度不算高。由此可以推測白云巖的生成在溫度較低的環(huán)境中。

表1　鄂爾多斯盆地馬家溝組包裹體測溫數據表

3.1溶蝕作用

溶蝕作用在三大巖類中均有出現(xiàn)，但是碳酸鹽巖的化學性質十分活潑，溶蝕作用會影響碳酸鹽巖的整個成巖過程，其巖溶方式隨著埋深的逐漸增加可依次分為同沉積巖溶、表生巖溶、風化殼巖溶以及埋藏巖溶等。延101井、延106井的實例分析表明，馬家溝組的白云巖不僅同時存在上述巖溶作用，而且具有熱液流體參與的白云巖溶蝕作用。熱液流體對白云巖的溶蝕改造主要體現(xiàn)在兩個方面：一是由于流體性質為酸性，能與白云巖儲層發(fā)生較為強烈的化學反應；二是熱液流體自身攜帶的大量熱能，進入白云巖儲層后，既能導致圍巖成分的變化還具有增溫作用促使溶蝕反應的快速進行。

3.2交代作用

交代作用是物質交換的體現(xiàn)。流體所攜帶的物質同碳酸鹽巖進行交代時，不僅能引起礦物自身成分的改變，亦能使交代后新生成的礦物占位空間的變化，并引起碳酸鹽巖儲集層的孔滲性變化。很顯然，這種變化會因為交代方式的不同而導致儲層物性的多方位變化。一些交代作用促使礦物的體積縮小，大大的提高了白云巖的物性，然而某些情況下會使新交代的的礦物體積增大明顯，從而破壞了先前的儲集能力。

3.3充填作用

孔隙裂縫的充填作用是對白云巖儲層物性破壞的重要成巖作用之一，隨著時間的推移，流體溫度的不斷降低，交代作用的不斷發(fā)生，大量的次生礦物從之前的溶蝕孔縫類結晶出來，如方解石、天青石等礦物等，侵占了一部分原有的孔隙空間，從而對儲層的儲集性能造成了一定程度的破壞。

4結語

本文通過對鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層的研究取得了以下幾點認識：

在前人研究的基礎上，運用最新的地層資料分析馬家溝組碳酸鹽儲層沉積期間主要處于潮坪沉積環(huán)境，其中潮上云坪為最有利于優(yōu)良儲層形成的相帶，巖石類型主要為泥微晶白云巖、細晶白云巖、溶塌角礫狀白云巖、泥晶灰云巖等，由于去云化作用的強烈，存在有大量各種晶級的次生灰?guī)r，其原巖為膏巖、霄云巖，通過灰化交代形成次生灰?guī)r。

鄂爾多斯盆地馬家溝組的白云巖儲層具有極為復雜的成巖的過程，重點剖析了白云巖儲層成巖作用期次和特征，其中包括準同生白云石化作用、溶蝕作用和礦物充填作用和壓實—壓溶作用。

通過對薄片孔隙描述、掃描電鏡以及EDS分析、流體包裹體測溫分析研究等，初步了解了水-巖反應作用的機理和深部流體的成分、性質和來源。

參考文獻

[1]陳代釗.構造-熱液白云巖化作用與白云巖儲層[J].石油與天然氣地質.2008,29(5):614-622.

[2]陳志遠,馬振芳,張錦泉.鄂爾多斯盆地中部奧陶系馬五5亞段白云巖成因[J].石油勘探與開發(fā).1998,25(6):20-23.

[3]畢勝宇,鄭聰斌,李振宏,等.鄂爾多斯盆地天環(huán)北段白云巖成因分析[J].東華理工學院學報.2005,28(1):1-4.

[4]Woodcock N H, Fishcher M. Strike-slip duplexes[J]. Journal of Structural Geology, 1986, 8(7): 725-735.

[5]Sibson RH, Faulting and fluid flow[C]. NesbittB E, eds. Fluids in Tectonically Active Regimes of the Continental Crust. M in era logical As-sociation of Canada Short Course Handbook, 1992, 18: 93-132.

[6]ZolnaiG. Continental wrench-tectonics and hydrocarbon habitat[J].AAPG Continuing Education Course Notes Series, 30. 2d. ed unpagi-nated, 1991.

[中圖分類號]TE122.2+3

[文獻標識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)02-0196-02

[作者簡介]吳曉川(1991-)，男，重慶銅梁人，在讀碩士研究生，主攻方向：地震資料解釋。

[收稿日期]2016-01-10