胡安平，沈安江，楊翰軒，張杰，王鑫，楊柳，蒙紹興

（1.中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)集層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310023）

0 引言

全球碳酸鹽巖-膏鹽巖組合廣泛分布[1-4]，中國(guó)碳酸鹽巖-膏鹽巖組合主要發(fā)育于寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、古近紀(jì)[5-8]。碳酸鹽巖-膏鹽巖組合在油氣勘探中具有重要的地位，據(jù)全球 206個(gè)主要碳酸鹽巖油氣田統(tǒng)計(jì)，碳酸鹽巖-膏鹽巖共生組合蘊(yùn)藏的油氣田數(shù)為 63個(gè)，占全球碳酸鹽巖總油氣田數(shù)的30.6%，儲(chǔ)量約占碳酸鹽巖總儲(chǔ)量的46%[9-10]。中東是碳酸鹽巖-膏鹽巖共生組合蘊(yùn)藏油氣田數(shù)最多的地區(qū)，儲(chǔ)量占中東碳酸鹽巖總儲(chǔ)量的 40%。全球最大的油氣田為沙特的加瓦爾（Ghawar）油氣田，可采油儲(chǔ)量為90.11×108t，天然氣為 5.27×1012m3；全球最大的氣田為卡塔爾-伊朗的北帕斯（North-Pars）氣田，可采天然氣儲(chǔ)量為 36.73×1012m3[11]，儲(chǔ)集層為碳酸鹽巖，蓋層均為膏鹽巖。中亞—俄羅斯70%的油氣田和80%的油氣儲(chǔ)量蘊(yùn)藏在碳酸鹽巖-膏鹽巖共生組合中，Karachaganak油田可采油為41.10×108t[11]，儲(chǔ)集層亦為碳酸鹽巖，蓋層為膏鹽巖。四川盆地碳酸鹽巖-膏鹽巖組合主要分布于下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組、雷口坡組和嘉陵江組，均發(fā)現(xiàn)了規(guī)模不等的氣藏。鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖-膏鹽巖組合主要分布于奧陶系馬家溝組和寒武系。塔里木盆地碳酸鹽巖-膏鹽巖組合主要分布于中下寒武統(tǒng)，為重要勘探層系。因此，開(kāi)展碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系儲(chǔ)集層類(lèi)型、成因和儲(chǔ)蓋組合類(lèi)型研究不但具有重要的理論意義，而且對(duì)中國(guó)海相碳酸鹽巖油氣勘探具重要的現(xiàn)實(shí)意義。

前人對(duì)碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系做過(guò)大量的石油地質(zhì)基礎(chǔ)研究[11-20]。關(guān)于碳酸鹽巖-膏鹽巖體系中儲(chǔ)集層和儲(chǔ)蓋組合問(wèn)題，近幾年的研究揭示膏鹽巖之下除發(fā)育膏云巖儲(chǔ)集層外，還發(fā)育有微生物白云巖儲(chǔ)集層和微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r儲(chǔ)集層[15-16]，膏鹽巖作為蓋層有利于油氣成藏[17-20]。但該體系中白云巖成因不清、早期低溫白云石化對(duì)儲(chǔ)集層發(fā)育的貢獻(xiàn)不清，微生物白云巖和生屑灰?guī)r儲(chǔ)集層與膏鹽巖共生關(guān)系的必然性或偶然性認(rèn)識(shí)不清，有的組合中膏鹽巖之下缺白云巖儲(chǔ)集層的現(xiàn)象難以解釋?zhuān)瑑?chǔ)蓋組合類(lèi)型認(rèn)識(shí)仍需進(jìn)一步提高。

本文在全球碳酸鹽巖油氣藏調(diào)研的基礎(chǔ)上，解剖了國(guó)內(nèi)外4個(gè)碳酸鹽巖-膏鹽巖組合剖面，建立巖性共生組合序列，探討古氣候和古海洋地球化學(xué)特征變遷與碳酸鹽巖-膏鹽巖巖性組合序列的耦合關(guān)系。同時(shí)，通過(guò)地質(zhì)與實(shí)驗(yàn)分析，探究碳酸鹽巖-膏鹽巖體系中白云巖類(lèi)型、成因，明確儲(chǔ)集層成因。最后，根據(jù)已知油氣藏的解剖，分析碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系中儲(chǔ)蓋組合特征及類(lèi)型，以期為勘探領(lǐng)域評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 碳酸鹽巖-膏鹽巖體系巖性組合特征

通過(guò)鄂爾多斯盆地靳 2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組、鄂爾多斯盆地金粟山露頭馬家溝組、巴西 A盆地 B井Ariri-Barra Velha組和四川盆地鴨深1井雷口坡組4個(gè)剖面的研究，建立起碳酸鹽巖-膏鹽巖沉積體系完整的巖性組合序列，并揭示古氣候變遷與巖性組合特征的關(guān)系。

1.1 鄂爾多斯盆地靳2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組剖面

靳2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五6—馬五10亞段是典型的碳酸鹽巖-膏鹽巖組合（見(jiàn)圖1），主要由藻紋層白云巖、藻疊層白云巖、藻砂屑白云巖、膏云巖和膏巖組成，總體反映了微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖→泥晶灰?guī)r的巖性組合序列特征。

由下向上膏鹽巖含量逐漸增加，反映氣候逐漸變干旱的旋回。旋回的下部以藻紋層/藻疊層/藻砂屑白云巖與泥晶白云巖互層或夾層為特征；旋回的中部藻紋層/藻疊層/藻砂屑白云巖明顯減少，以膏云巖為主，含藻紋層/藻疊層白云巖透鏡體或薄層，夾薄層膏巖；旋回的上部為大套的膏巖，夾薄層膏云巖、藻紋層/藻疊層白云巖。馬五5亞段相變?yōu)槟嗑Щ規(guī)r，代表另一個(gè)由潮濕向干旱氣候旋回的開(kāi)始。大旋回中的每種巖性又由若干個(gè)小旋回構(gòu)成，如主體為微生物白云巖，夾薄層膏云巖；主體為膏云巖，夾薄層微生物白云巖及膏巖；主體為膏巖，夾薄層的膏云巖及微生物白云巖。大旋回是區(qū)域古氣候變遷的產(chǎn)物，小旋回可能與古地貌特征的差異有關(guān)。

1.2 鄂爾多斯盆地金粟山露頭馬家溝組剖面

金粟山露頭剖面馬家溝組六段下部主要為藻灰?guī)r和生屑灰?guī)r，藻灰?guī)r包括藻紋層灰?guī)r、藻疊層灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r，上部主要為藻紋層白云巖、藻疊層白云巖、藻砂屑白云巖段，由下向上，微生物碳酸鹽巖含量逐漸增加（見(jiàn)圖2）。在露頭剖面上部并沒(méi)有出現(xiàn)靳2井出現(xiàn)過(guò)的膏云巖和膏鹽巖段，有兩種可能性，一是露頭地層出露不全，尤其是膏鹽巖，很容易被溶蝕、風(fēng)化和覆蓋，二是在這個(gè)地區(qū)古氣候旋回未出現(xiàn)極度干旱階段，缺膏云巖和膏鹽巖段。但在下部卻出現(xiàn)了靳 2井未曾出現(xiàn)的生屑/藻紋層/藻疊層/藻砂屑灰?guī)r，這也有兩種可能，一是靳2井未鉆遇生屑/藻紋層/藻疊層/藻砂屑灰?guī)r段，二是未經(jīng)歷潮濕氣候階段，缺生屑/藻紋層/藻疊層/藻砂屑灰?guī)r段。

從靳2井和金粟山露頭剖面均發(fā)育藻紋層/藻疊層/藻砂屑白云巖段分析，可以建立起氣候由潮濕到干旱旋回完整的巖性組合序列，即由下向上依次為微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合序列，是氣候變遷的必然響應(yīng)，氣候的突變或旋回序列的不完整會(huì)導(dǎo)致巖性組合序列的不完整。

圖1 鄂爾多斯盆地靳2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組五段沉積儲(chǔ)集層綜合柱狀圖

1.3 巴西A盆地B井Ariri-Barra Velha組剖面

巴西A盆地B井下白堊統(tǒng)Ariri-Barra Velha組提供了一個(gè)氣候由潮濕突變到干旱時(shí)，巖性組合序列呈突變式變化的案例（見(jiàn)圖3）。Barra Velha組為泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r和藻灰?guī)r組合，向上直接突變?yōu)锳riri組膏鹽巖，缺微生物白云巖、膏云巖等過(guò)渡巖性。

圖3 巴西A盆地B井下白堊統(tǒng)Ariri-Barra Velha組沉積儲(chǔ)集層綜合柱狀圖

比較分析，可以看出巴西A盆地B井下白堊統(tǒng)和靳2井馬家溝組馬五6亞段到馬五5亞段記錄了兩種相反的氣候突變。巴西A盆地B井下白堊統(tǒng)記錄了氣候由潮濕突變到干旱時(shí)的巖性組合，由Barra Velha組的泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r和藻灰?guī)r向上直接突變?yōu)锳riri組膏鹽巖；靳2井馬五6亞段到馬五5亞段記錄了相反氣候突變的巖性組合，由極度干旱氣候的膏鹽巖突變到潮濕氣候的泥晶灰?guī)r。這進(jìn)一步說(shuō)明氣候的突變或旋回序列的不完整會(huì)導(dǎo)致巖性組合序列的不完整，也解釋了有的碳酸鹽巖-膏鹽巖成藏組合中缺微生物白云巖和膏云巖儲(chǔ)集層的問(wèn)題。

1.4 四川盆地鴨深1井雷口坡組剖面

四川盆地鴨深 1井中三疊統(tǒng)雷口坡組剖面提供了一個(gè)氣候由干旱向潮濕遷移時(shí)，巖性組合呈反旋回的案例（見(jiàn)圖4）。在海侵體系域中，隨著氣候由干旱向潮濕遷移，巖性依次出現(xiàn)膏鹽巖→膏云巖→藻云巖（主要包括藻紋層白云巖、藻疊層白云巖、藻砂屑白云巖）→藻灰?guī)r組合序列。

圖4 四川盆地鴨深1井中三疊統(tǒng)雷口坡組沉積儲(chǔ)集層綜合柱狀圖

比較分析鴨深1井雷口坡組和靳2井馬家溝組所記錄的氣候變化，可以得出氣候由干旱向潮濕遷移具兩種形式。一是以靳 2井馬家溝組為代表的突變式，由馬五6亞段到馬五5亞段，氣候由極度干旱的膏鹽巖段突變到潮濕氣候的泥晶灰?guī)r段；二是以鴨深 1井雷口坡組為代表的漸變式，膏鹽巖和灰?guī)r段之間出現(xiàn)膏云巖、微生物白云巖等過(guò)渡巖性。這更揭示了碳酸鹽巖-膏鹽巖組合，隨氣候由潮濕向干旱變遷或由干旱向潮濕變遷，巖性由灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合序列的必然性，反之亦然。

總之，碳酸鹽巖與膏鹽巖沉積體系古氣候變遷與巖性組合序列關(guān)系密切。潮濕氣候背景以正常海相灰?guī)r（泥晶灰?guī)r、生屑/藻紋層/藻疊層/藻砂屑灰?guī)r）沉積為特征。隨著氣候逐漸變得干旱和鹽度的升高，嗜鹽古菌或硫酸鹽還原菌、產(chǎn)甲烷古菌開(kāi)始繁盛，有利于微生物白云巖的發(fā)育，美國(guó)猶它州大鹽湖鹽度 15%～25%，58種古菌和 42種細(xì)菌微生物席快速生長(zhǎng)[21]。隨著氣候進(jìn)一步的干旱和鹽度的升高，古菌或細(xì)菌死亡，開(kāi)始出現(xiàn)石膏結(jié)核沉淀，形成膏云巖。當(dāng)鹽度大于350‰時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)石膏或石鹽沉積[22]，形成成層的膏鹽巖。故灰?guī)r、微生物白云巖、膏云巖和膏鹽巖組合序列的變化是古氣候變遷的響應(yīng)，既可以漸變，也可以突變，既可以由潮濕→干旱的正旋回，也可以由干旱→潮濕的反旋回。通過(guò)以上碳酸鹽巖-膏鹽巖巖性組合序列的研究揭示該沉積體系中主要發(fā)育兩類(lèi)白云巖，即微生物白云巖和膏云巖，下文就對(duì)這兩類(lèi)白云巖成因進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系中兩類(lèi)白云巖成因

碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系中主要發(fā)育兩種類(lèi)型的白云巖，一是保留藻紋層/藻疊層等原巖結(jié)構(gòu)的微生物白云巖，二是含石膏斑塊或結(jié)核的泥晶白云巖（膏云巖），其形成于干旱氣候背景，屬早期低溫白云石[23]。通過(guò)嗜鹽古菌誘導(dǎo)白云石沉淀實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代湖泊考察進(jìn)一步證實(shí)，微生物白云巖為沉淀成因的，而含石膏斑塊或結(jié)核的泥晶白云巖（膏云巖）是交代成因的。

2.1 微生物白云巖成因

Land[24]指出在地表溫壓條件下（小于 50 ℃，數(shù)米深壓力）經(jīng)歷32年的地質(zhì)作用也未能通過(guò)純無(wú)機(jī)途徑產(chǎn)生白云石，由此人們把白云巖成因研究轉(zhuǎn)向有機(jī)成因上，并開(kāi)展了微生物誘導(dǎo)白云石化的實(shí)驗(yàn)研究。微生物無(wú)處不在，碳酸鹽巖-膏鹽巖組合序列下部的微生物灰?guī)r的存在足以說(shuō)明并不是所有的微生物都能誘導(dǎo)白云石的沉淀，其可能與特殊類(lèi)型的微生物有關(guān)。Vasconcelos等[25]通過(guò)實(shí)驗(yàn)指出硫酸鹽還原菌能夠誘導(dǎo)白云石的沉淀，Warthmann等[26]通過(guò)實(shí)驗(yàn)指出產(chǎn)甲烷菌能夠誘導(dǎo)白云石的沉淀，Kenward等[27]將實(shí)驗(yàn)室沉淀的白云石與拉戈阿韋梅利亞咸化海岸的白云石進(jìn)行比較，兩者具相似的球形和低有序度特征，進(jìn)而推斷特殊類(lèi)型的微生物（硫酸鹽還原菌、產(chǎn)甲烷菌）是沉淀原白云石的條件。

前人實(shí)驗(yàn)已揭示硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌可誘導(dǎo)沉淀原白云石。而較高鹽度環(huán)境中嗜鹽古菌較容易大量繁盛，考慮到碳酸鹽巖-膏鹽巖體系中較干旱氣候背景，本文開(kāi)展了嗜鹽古菌誘導(dǎo)白云石沉淀的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)自中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，發(fā)現(xiàn)嗜鹽古菌能夠誘導(dǎo)原白云石的沉淀。Natrinemas sp.（極端嗜鹽古菌）作用72 h后沉淀了原白云石（見(jiàn)圖5a），Haloferax volcanii（沃氏富鹽菌）作用 72 h后沉淀了原白云石（見(jiàn)圖5b、圖5c），與Vasconcelos等[25]和 Warthmann等[26]實(shí)驗(yàn)沉淀的原白云石具相似的球形特征。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)較高的細(xì)胞濃度有利于原白云石沉淀（見(jiàn)圖6a），低鹽度時(shí)，無(wú)原白云石沉淀，提高鹽度可以增加細(xì)胞表面羧基密度，促進(jìn)原白云石沉淀（見(jiàn)圖6b、圖6c），短時(shí)間蒸發(fā)過(guò)程不顯著影響微生物誘導(dǎo)原白云石沉淀。高鹽度環(huán)境嗜鹽古菌細(xì)胞表面的羧基官能團(tuán)對(duì)白云石沉淀起到重要作用。

上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果足以證實(shí)碳酸鹽巖-膏鹽巖組合中，微生物白云巖發(fā)育的必然性，只要鹽度高到適合嗜鹽古菌繁盛的鹽度范圍，就會(huì)導(dǎo)致嗜鹽古菌的大量繁殖并誘導(dǎo)原白云石沉淀，形成微生物白云巖。海水中 Mg2+、Ca2+是以水化合物或絡(luò)合物的形式存在，而 Mg2+與水之間的靜電引力比 Ca2+與水之間和 Mg2+與 CO32-之間的靜電引力大，低溫條件下低 Mg2+濃度不易使Mg2+進(jìn)入到碳酸鈣晶格中形成白云石，較高鹽度和溫度會(huì)導(dǎo)致海水中Mg2+濃度升高，微生物作用可以克服Mg2+與水之間的靜電引力，增大Mg2+與CO32-之間的靜電引力，使Mg2+更容易進(jìn)入到碳酸鈣晶格中，誘導(dǎo)白云石沉淀。

2.2 膏云巖成因

原白云石沉淀實(shí)驗(yàn)的成功導(dǎo)致“微生物誘導(dǎo)原白云石沉淀說(shuō)”盛行，把地質(zhì)歷史時(shí)期保留原巖結(jié)構(gòu)的白云巖均納入微生物誘導(dǎo)沉淀成因。但事實(shí)上，地質(zhì)歷史時(shí)期與膏鹽巖伴生的泥晶白云巖和膏云巖，并沒(méi)有明顯的微生物結(jié)構(gòu)，而且大面積分布，如鄂爾多斯盆地馬家溝組[28]、四川盆地嘉陵江組和雷口坡組[29]、塔里木盆地寒武系[30]鹽下大量發(fā)育的泥晶白云巖和膏云巖，難以用“微生物誘導(dǎo)原白云石沉淀說(shuō)”來(lái)解釋其成因。

圖5 嗜鹽古菌誘導(dǎo)原白云石沉淀實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)自中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

筆者考察了內(nèi)蒙古吉布胡郞圖諾爾、噶布金托呼各克、都蘭油泥泉 3個(gè)鹽湖和塔日根、塔日根諾爾、達(dá)布散諾爾、敦德諾爾、布日德諾爾、呼吉日諾爾 6個(gè)非鹽湖。3個(gè)鹽湖的鹽度分別為 57.4 g/L、120‰和100‰，取松散沉積物樣分析揭示無(wú)任何微生物痕跡，經(jīng) X衍射分析，鹽湖底沉積物中發(fā)現(xiàn) X衍射峰值為30.95°的原白云石，鏡下觀察白云石含量達(dá)30%～40%（見(jiàn)圖5d），而鹽湖周邊沉積物中無(wú)白云石，非鹽湖沉積物無(wú)論在湖底還是在湖緣均無(wú)白云石。這說(shuō)明在高鹽堿度環(huán)境不需要微生物誘導(dǎo)，也可以形成白云石。前人實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)地表溫壓條件下（小于50 ℃，數(shù)米深壓力）無(wú)法沉淀原白云石[24]，一般認(rèn)為低溫白云石有兩種成因，包括微生物誘導(dǎo)沉淀成因和交代成因，而此實(shí)驗(yàn)的鹽湖中沉積物分析揭示無(wú)微生物痕跡，故這些白云石是早期交代成因的，而非直接從湖水中沉淀的產(chǎn)物，形成的白云巖以泥晶白云巖為主，含石膏斑塊和結(jié)核，無(wú)藻紋層、藻疊層等微生物構(gòu)造。

這不但很好地解釋了地質(zhì)歷史時(shí)期絕大多數(shù)與干旱氣候相關(guān)的泥晶白云巖和膏云巖的成因，而且揭示了微生物白云巖與膏云巖上下疊置序列的必然性。當(dāng)鹽度在適宜嗜鹽古菌繁盛的范圍時(shí)（35‰～100‰），嗜鹽古菌的繁盛和誘導(dǎo)原白云石沉淀，導(dǎo)致微生物白云巖大量發(fā)育，當(dāng)氣候進(jìn)一步干旱，鹽度進(jìn)一步升高至超出嗜鹽古菌適宜繁殖的鹽度范圍時(shí)，嗜鹽古菌死亡，微生物白云巖為膏云巖所取代，石膏結(jié)核和斑塊的大量出現(xiàn)暗示了超出嗜鹽古菌繁盛的鹽度范圍，當(dāng)氣候極度干旱，鹽度進(jìn)一步升高時(shí)（大于 350‰），膏云巖為膏鹽巖取代，除非氣候變遷發(fā)生突變和逆轉(zhuǎn)。

圖6 原白云石沉積實(shí)驗(yàn)后X衍射圖譜

3 微生物白云巖儲(chǔ)集層發(fā)育主控因素

碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系主要發(fā)育3類(lèi)儲(chǔ)集層：

①潮濕氣候背景下形成的微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r儲(chǔ)集層，以微生物灰?guī)r、生屑灰?guī)r為主，少量砂屑生屑灰?guī)r，粒間孔和格架孔為主，如巴西桑托斯盆地下白堊統(tǒng)Ariri-Barra Velha組微生物生屑灰?guī)r、柴達(dá)木盆地古近系下干柴溝組上段藻灰?guī)r（見(jiàn)圖5e），這類(lèi)儲(chǔ)集層具相控性，礁灘相沉積是這類(lèi)儲(chǔ)集層發(fā)育的基礎(chǔ)[31]；

②過(guò)渡氣候背景下形成的微生物白云巖儲(chǔ)集層，藻架孔為主，如四川盆地震旦系燈影組四段[15]、華北任丘薊縣系霧迷山組微生物白云巖。微生物白云巖具有極佳的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層發(fā)育潛力，巖心和露頭手標(biāo)本呈蜂窩狀（見(jiàn)圖5f），幾乎見(jiàn)不到方解石膠結(jié)物，與顆?；?guī)r形成鮮明的對(duì)比。

平地式農(nóng)村一般是指海拔高差小于50 m的農(nóng)村，整體上地勢(shì)極為平坦，耕地條件好且極易連成片，村莊建設(shè)、農(nóng)田劃分等受自然布局的影響較小。此外，山體以小山坡為主，交通極為便捷；河流地勢(shì)較低且一般從耕地區(qū)域穿過(guò)，植被以生態(tài)林為主。在“田—水—宅—林”的基本格局上，在建設(shè)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)時(shí)必需充分利用現(xiàn)有格局，進(jìn)而建設(shè)“田—林”、“路—林”和“水—林”的鄉(xiāng)村生態(tài)園。

③干旱氣候背景下形成的膏云巖儲(chǔ)集層，膏?？诪橹?，如鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合[28]，膏云巖儲(chǔ)集層也同樣具有相控性，平面上呈環(huán)帶狀分布于膏鹽湖周緣的膏云坪相帶，垂向上緊鄰膏鹽巖層，早期白云石化對(duì)膏?？椎谋４婢咧匾饬x[32-33]，表生環(huán)境不易溶的白云巖構(gòu)成了膏?？椎母窦埽ㄒ?jiàn)圖5g）。

碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系中的3類(lèi)儲(chǔ)集層中，微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r和膏云巖儲(chǔ)集層的成因已有很多文獻(xiàn)述及[31-33]，本文重點(diǎn)討論微生物白云巖儲(chǔ)集層發(fā)育的主控因素。

3.1 儲(chǔ)集層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)

微生物碳酸鹽巖是該類(lèi)儲(chǔ)集層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，是原生孔隙的載體。巴哈馬臺(tái)地現(xiàn)代微生物碳酸鹽巖考察揭示，無(wú)論是潟湖底部石化的微生物碳酸鹽巖，還是潟湖邊緣未石化的微生物席，原生孔孔隙度最大可達(dá)54%（見(jiàn)圖7）。此外，東西伯利亞地區(qū)新元古界發(fā)育晚里菲期和晚文德期兩套微生物白云巖儲(chǔ)集層，以原生孔為主，晚里菲期微生物白云巖儲(chǔ)集層孔隙度超過(guò)10%，晚文德期微生物白云巖孔隙度為7%～10%，油氣可采儲(chǔ)量達(dá)22×108t[34-35]。華北任丘薊縣系霧迷山組微生物白云巖儲(chǔ)集層在原生孔隙基礎(chǔ)上疊加顯生宙巖溶改造后，孔隙度可以達(dá)到15%（見(jiàn)圖5g）。

3.2 微生物早期降解對(duì)孔隙的影響

微生物早期降解形成的 CO2氣體有利于孔隙發(fā)育和保存。微生物通過(guò)厭氧呼吸、發(fā)酵、硝酸鹽還原作用導(dǎo)致的早期低溫降解形成的 CO2氣體使碳酸鹽巖地層孔隙水處于酸性環(huán)境[36]，這可能是微生物白云巖缺乏方解石或白云石膠結(jié)物的原因之一（干旱氣候背景碳酸鈣產(chǎn)率低也是重要原因之一），有利于次生孔隙的形成和先存孔隙的保存。

3.3 微生物碳酸鹽巖熱解對(duì)孔隙的影響

微生物碳酸鹽巖熱解形成的 CO2氣體和有機(jī)酸有利于孔隙發(fā)育和保存。選取 3組樣品，開(kāi)展微生物碳酸鹽巖生烴模擬實(shí)驗(yàn)研究。第 1組為取自柴達(dá)木盆地古近系的微生物碳酸鹽巖樣品，TOC值為 0.30%，S1（含游離烴量）為0.04 mg/g，S2（熱解烴）為0.18 mg/g，HI（氫指數(shù)）為60 mg/g，Ro值為0.42%，現(xiàn)今處于未成熟—低成熟階段，地質(zhì)歷史上未經(jīng)歷生烴高峰；第2組為取自泌陽(yáng)凹陷古近系的灰色泥巖，TOC值為2.64%，S2值為15.83 mg/g，HI值為600 mg/g，Ro值為0.38%；第3組為取自祿勸茂山剖面中二疊統(tǒng)的泥灰?guī)r，TOC值為3.33%，S1值為1.11 mg/g，S2值為13.9 mg/g，HI值為403 mg/g，Ro值為0.42%。模擬實(shí)驗(yàn)由中國(guó)石化無(wú)錫石油地質(zhì)研究所完成，實(shí)驗(yàn)設(shè)備是無(wú)錫石油地質(zhì)研究所自行研制的地層孔隙熱壓模擬實(shí)驗(yàn)儀，型號(hào)為DK-III，實(shí)驗(yàn)條件見(jiàn)參考文獻(xiàn)[37]。模擬實(shí)驗(yàn)在封閉條件下進(jìn)行加水熱解，起始溫度設(shè)為280 ℃，最高溫度為380 ℃。所有溫度點(diǎn)按1 ℃/min的升溫速率升至設(shè)定溫度，恒溫48小時(shí)，再降溫至150 ℃時(shí)收集烴類(lèi)氣體與無(wú)機(jī)氣體產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)試分析[37]。

圖7 巴哈馬臺(tái)地現(xiàn)代微生物碳酸鹽巖巖石和孔隙特征

實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)圖8）揭示微生物碳酸鹽巖的油產(chǎn)率、烴氣產(chǎn)率均不亞于灰色泥巖、泥灰?guī)r，具備生烴的潛力，與黑色泥巖相比，雖然不是優(yōu)質(zhì)烴源巖，但有規(guī)模，可能是現(xiàn)實(shí)的烴源巖。模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步揭示，微生物碳酸鹽巖熱解生烴過(guò)程中還伴生 CO2氣體和有機(jī)酸的形成，從圖8可見(jiàn)，微生物碳酸鹽巖的CO2氣體產(chǎn)率隨溫度升高明顯增加，也明顯高于灰色泥巖和泥灰?guī)r，其意義在于構(gòu)建了微生物碳酸鹽巖地層孔隙水的酸性環(huán)境，阻止了埋藏期方解石或白云石膠結(jié)物的沉淀，有利于次生孔隙的形成和先存孔隙的保存。

圖8 藻灰?guī)r、灰色泥巖、泥灰?guī)r熱解生烴和生酸模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果（據(jù)文獻(xiàn)[37]）

3.4 早期白云石化對(duì)孔隙的影響

微生物白云巖早期白云石化有利于孔隙的保存。如前文所述，微生物白云巖是微生物誘導(dǎo)沉淀成因的，埋藏前就已經(jīng)是富集藻架孔的白云巖，該類(lèi)白云巖在埋藏環(huán)境下經(jīng)歷的壓實(shí)壓溶作用與灰?guī)r完全不同。首先由于早期白云石化導(dǎo)致的密度加大（大于灰?guī)r）和早期固結(jié)（巴哈馬臺(tái)地現(xiàn)代微生物巖已發(fā)生固結(jié)），白云巖的抗壓實(shí)能力要大于灰?guī)r，這是微生物白云巖能保留更多沉積原生孔的原因之一。其次，微生物白云巖的抗壓溶能力遠(yuǎn)大于灰?guī)r，在灰?guī)r中常見(jiàn)的壓溶縫合線(xiàn)在白云巖中幾乎見(jiàn)不到，這也是埋藏環(huán)境下微生物白云巖先存孔隙得到更多保留的重要原因。一個(gè)典型的案例是四川盆地龍崗地區(qū)飛仙關(guān)組6 085～6 090 m井段的巖心，在6 088 m處為白云巖（6 085～6 088 m）和灰?guī)r（6 088～6 090 m）的分界線(xiàn)，白云巖段無(wú)縫合線(xiàn)，幾乎見(jiàn)不到方解石或白云石膠結(jié)物充填，鮞模孔保留完好（見(jiàn)圖5h），灰?guī)r段縫合線(xiàn)發(fā)育，粒間孔、體腔孔和鑄模孔被亮晶方解石完全充填（見(jiàn)圖5i），壓溶的產(chǎn)物為方解石膠結(jié)物提供了物源。

4 碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系儲(chǔ)蓋組合類(lèi)型

碳酸鹽巖-膏鹽巖組合的烴源具有多樣性，本文重點(diǎn)討論儲(chǔ)蓋組合類(lèi)型。前已述及，碳酸鹽巖-膏鹽巖體系發(fā)育微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r、微生物白云巖和膏云巖3類(lèi)儲(chǔ)集層，分鹽下和鹽上兩種背景，理論上應(yīng)該存在鹽下3類(lèi)7種儲(chǔ)蓋組合和鹽上3類(lèi)7種儲(chǔ)蓋組合，共有6類(lèi)14種儲(chǔ)蓋組合（見(jiàn)表1），同樣是古氣候由潮濕→干旱、由干旱→潮濕、由漸變→突變的響應(yīng)。

上述儲(chǔ)蓋組合中，微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r和微生物白云巖都可以發(fā)育成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，以基質(zhì)孔為主，孔隙連通性好，具高孔高滲特征，膏云巖以膏?？诪橹鳎吒呖椎蜐B特征。膏鹽巖的封蓋作用和塑性特征有利于鹽下和鹽上形成良好的儲(chǔ)蓋組合[13]。本文重點(diǎn)介紹以下4種儲(chǔ)蓋組合油氣藏的案例。

4.1 微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合

膏鹽巖是非常優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層，下伏 3套碳酸鹽巖儲(chǔ)集層，分別為微生物/生屑灰?guī)r、微生物白云巖和膏云巖儲(chǔ)集層。烴源可以來(lái)自于碳酸鹽巖-膏鹽巖組合體系外，也可部分來(lái)自于體系內(nèi)的微生物巖熱解。

表1 碳酸鹽巖-膏鹽巖沉積體系儲(chǔ)蓋組合類(lèi)型

位于卡塔爾-伊朗境內(nèi)的全球最大氣田 North-Pars氣田屬于該類(lèi)組合[38]（見(jiàn)圖9）。該氣田位于卡塔爾半島東北波斯灣淺海內(nèi)，探明天然氣可采儲(chǔ)量36.73×1012m3。氣田主要產(chǎn)層為二疊系 Khuff組白云巖和微生物灰?guī)r，主要蓋層是二疊系中部的Sudair組硬石膏層及頁(yè)巖，主要?dú)庠磶r是寒武系和奧陶系淺海相泥頁(yè)巖。非洲古近系Zeit Bay和Ras Fanar油氣田也屬于這種類(lèi)型[11]。

4.2 微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→膏鹽巖組合

膏鹽巖是非常優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層，下伏微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r儲(chǔ)集層。烴源主要來(lái)自碳酸鹽巖-膏鹽巖組合之外，組合內(nèi)的微生物碳酸鹽巖可提供少量的烴源。

全球最大的油氣田沙特 Ghawar油氣田屬于該組合類(lèi)型[11]（見(jiàn)圖10），探明可采儲(chǔ)量油90.11×108t，天然氣5.27×1012m3。主要產(chǎn)層為侏羅系A(chǔ)rab組微生物灰?guī)r、生屑灰?guī)r、砂屑生屑灰?guī)r，烴源巖主要為下部的Tuwaiq組灰質(zhì)泥巖生油巖，蓋層為膏鹽巖。中亞-俄羅斯的中二疊統(tǒng) Tengiz、Korofevskoy、Zhanazhol、Urikhtau、Karachaganak油氣田也屬于這種類(lèi)型[39]。

4.3 微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合

膏鹽巖是非常優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層，下伏微生物白云巖和膏云巖兩套儲(chǔ)集層，兩套白云巖儲(chǔ)集層可以同時(shí)出現(xiàn)，也可能只出現(xiàn)一套。烴源可以來(lái)自于碳酸鹽巖-膏鹽巖組合體系外，也可部分來(lái)自于體系內(nèi)的微生物碳酸鹽巖熱解。

亞太油氣區(qū)中三疊統(tǒng)Wuolonghe油氣田和下奧陶統(tǒng) Jingbian油氣田屬于該組合類(lèi)型[38]，中國(guó)四川盆地嘉陵江組和雷口坡組氣藏[40]、鄂爾多斯盆地馬家溝組中組合（馬五6亞段—馬五10亞段）氣藏也屬于這種組合類(lèi)型[6]（見(jiàn)圖11），塔里木盆地寒武系鹽下白云巖屬于這類(lèi)勘探領(lǐng)域。鄂爾多斯盆地馬家溝組中組合探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量2 007×108m3。

圖9 卡塔爾-伊朗North-Pars氣藏剖面（據(jù)文獻(xiàn)[38]修改）

圖10 沙特Ghawar油氣藏剖面（據(jù)文獻(xiàn)[11]修改）

4.4 膏云巖→微生物白云巖→致密碳酸鹽巖或碎屑巖組合

前3種儲(chǔ)蓋組合是古氣候由潮濕變干旱背景下的組合類(lèi)型。在古氣候由干旱變潮濕背景下形成的巖性組合序列中，膏鹽巖→膏云巖→微生物白云巖與上覆致密碳酸鹽巖或碎屑巖形成的儲(chǔ)蓋組合中也有油氣藏發(fā)現(xiàn)。在這種組合中，儲(chǔ)集層為膏云巖與微生物白云巖，蓋層為致密碳酸鹽巖或細(xì)粒碎屑巖地層，而非膏鹽巖層，由于下伏膏鹽巖層的隔擋作用，烴源主要來(lái)自于上覆的新地層。

鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合（馬五1亞段—馬五4亞段）屬于膏鹽巖→膏云巖→微生物白云巖→細(xì)粒碎屑巖組合的氣藏[41]（見(jiàn)圖12），以膏云巖儲(chǔ)集層為主，膏?？资侵饕獌?chǔ)集空間，氣源被認(rèn)為主要來(lái)自于上覆石炭系沼澤相沉積，蓋層為石炭系細(xì)粒碎屑巖，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量6 547×108m3。

從目前掌握的資料和油氣發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，碳酸鹽巖-膏鹽巖體系絕大多數(shù)的油氣藏分布于以上4種儲(chǔ)蓋組合中，顯然與地質(zhì)歷史時(shí)期古氣候變遷的內(nèi)在規(guī)律有關(guān)。通過(guò)以上研究揭示微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合、微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→膏鹽巖組合、微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合和膏云巖→微生物白云巖→致密碳酸鹽巖或碎屑巖組合是現(xiàn)實(shí)的儲(chǔ)蓋組合，勘探前景值得期待，但不能排除其他儲(chǔ)蓋組合油氣藏的存在，這也正是該沉積體系儲(chǔ)蓋組合研究的意義所在。

圖11 鄂爾多斯盆地馬家溝組中組合氣藏剖面（據(jù)文獻(xiàn)[6]修改）

圖12 鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合氣藏剖面（據(jù)文獻(xiàn)[41]修改）

5 結(jié)論

本文在全球碳酸鹽巖油氣藏調(diào)研的基礎(chǔ)上，解剖了國(guó)內(nèi)外4個(gè)碳酸鹽巖-膏鹽巖剖面，取得了以下3個(gè)方面的認(rèn)識(shí)。

潮濕氣候→干旱氣候的變遷決定了碳酸鹽巖-膏鹽巖體系巖性序列，由微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖變化的必然趨勢(shì)，反之亦然，其間氣候的突變會(huì)導(dǎo)致某種巖性的缺失。

碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系發(fā)育沉淀和交代兩種成因的白云巖和微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r、微生物白云巖和膏云巖 3類(lèi)儲(chǔ)集層。微生物白云巖之所以能成為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層原因是由于微生物早期降解和微生物巖晚期熱解形成的 CO2和有機(jī)酸具有溶蝕作用，有利于孔隙的發(fā)育，早期白云石化作用有利于孔隙的保持。

建立了碳酸鹽巖-膏鹽巖體系鹽下和鹽上兩種背景下6類(lèi)14種儲(chǔ)蓋組合類(lèi)型，目前的油氣發(fā)現(xiàn)主要位于4種儲(chǔ)蓋組合中，包括微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合、微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→膏鹽巖組合、微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合和膏云巖→微生物白云巖→致密碳酸鹽巖或碎屑巖組合，這與地質(zhì)歷史時(shí)期古氣候變遷的內(nèi)在規(guī)律有關(guān)。通過(guò)已發(fā)現(xiàn)油氣藏的儲(chǔ)蓋組合解剖，揭示在碳酸鹽巖-膏鹽巖體系中以上 4種組合是現(xiàn)實(shí)的儲(chǔ)蓋組合，勘探前景值得期待，但不能排除其他儲(chǔ)蓋組合油氣藏的存在，這也正是該沉積體系儲(chǔ)蓋組合研究的意義所在。