李朋威，何治亮，羅 平，金廷福，張 英，馮建赟，宋金民，徐士林

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國石油化工股份有限公司，北京100728； 3.中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 4.成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059)

1975年，任丘潛山油氣藏的發(fā)現(xiàn)為冀中坳陷中、新元古界碳酸鹽巖油氣勘探拉開了序幕。到目前為止，冀中坳陷潛山已經(jīng)經(jīng)歷了40多年的勘探歷程，并發(fā)現(xiàn)了一系列的潛山油氣藏[1-4]。根據(jù)冀中坳陷油氣探明儲量報告，潛山油氣藏中石油與天然氣探明儲量分別為5×108t和180×108m3，分別占該區(qū)石油與天然氣探明總儲量的一半以上[5]。統(tǒng)計表明，這些油氣資源大多賦存于冀中坳陷薊縣系高于莊組(Jxg)與霧迷山組(Jxw)白云巖儲層中[5-7]。同時，地熱資源勘查結果表明，冀中坳陷潛山中亦蘊藏有豐富的巖溶地熱資源[8-9]，其中雄縣(牛駝鎮(zhèn)凸起)地熱田即為典型的代表，其熱儲主要為薊縣系霧迷山組白云巖熱儲[10-11]。據(jù)統(tǒng)計，冀中坳陷潛山地熱田的熱儲溫度最高可達110 ℃以上，熱儲單井產(chǎn)量可達120 m3/h以上[12]。因此，冀中坳陷薊縣系高于莊組-霧迷山組白云巖儲層不僅蘊藏有大量的油氣資源，同時也蘊藏有豐富的地熱資源，表明華北北部地區(qū)高于莊-霧迷山組發(fā)育有規(guī)模的優(yōu)質白云巖儲層。

根據(jù)前人研究，華北北部地區(qū)高于莊組-霧迷山組發(fā)育有風化殼型和內(nèi)幕型兩種白云巖儲層類型，以巖石類型與儲集空間類型多樣、孔隙結構與受控因素復雜以及非均質性強為特征[3,5-7,12-14]。為了進一步查明該區(qū)高于莊組-霧迷山組碳酸鹽巖儲層特征，本項目在前人研究的基礎上，以薊縣周邊露頭區(qū)主要研究對象，結合任丘潛山部分取心段，開展了野外露頭地質考察、巖心觀察、鏡下鑒定與孔滲分析等研究工作，明確了高于莊組-霧迷山組優(yōu)質白云巖儲層類型及其形成主控因素。

1 區(qū)域地質概況

華北板塊的形成與演化可劃分為結晶基底形成階段、蓋層發(fā)展階段和地殼強烈活動階段[15]。根據(jù)區(qū)域地層對比可知，華北板塊中新元古界地層發(fā)育相對完整，區(qū)域上具有相似的沉積構造背景，主要形成于蓋層發(fā)展的早期階段，為一套巨厚的碎屑巖和碳酸鹽巖沉積建造(圖1a，b)。根據(jù)華北板塊晚長城世-薊縣紀古地理格局，這一時期的碳酸鹽巖主要形成于燕遼拗拉槽地帶，呈北東向的帶狀展布(圖1c)，其沉積環(huán)境主要為潮坪相至較深水環(huán)境[16]。薊縣地區(qū)為其沉積中心，根據(jù)地層厚度統(tǒng)計，薊縣系高于莊組最厚可達1 500 m以上，霧迷山組最厚可達3 000 m以上。

薊縣地區(qū)中、新元古界地層出露連續(xù)、界線清楚，多年來一直是國內(nèi)外地質學家研究前寒武紀地層重要的層型剖面。根據(jù)最新的地層精確定年和區(qū)域地層對比，研究區(qū)中新元古界頂部多套地層有缺失。其中，鐵嶺組與下馬嶺組、下馬嶺組與長龍山組之間及井兒峪組頂部均有不同程度的沉積缺失[17]。按照最新的地層劃分方案，中新元古界可劃分為4個系、12個組，其中1個系待定[17](圖1b)。中元古界薊縣系霧迷山組和高于莊組為一套巨厚的碳酸鹽巖地層[18]，其中霧迷山組已基本被白云石化，高于莊組部分白云石化。

2 白云巖儲層特征

2.1 巖石學特征

縱觀薊縣地區(qū)中、新元古界巖性分布特征，白云巖主要發(fā)育于薊縣系霧迷山組，而高于莊組局部層段白云石化(下部為主)，其他層系以灰?guī)r為主或碳酸鹽巖不甚發(fā)育。

通過大量的巖石露頭與鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)高于莊組-霧迷山組白云巖具有類型多樣和結構構造復雜的特征。其中，霧迷山組以大量發(fā)育的微生物白云巖為特征，可見疊層石、層紋石、均一石、凝塊石和核形石等微生物巖類型(圖2a—g)，其中疊層石按形態(tài)又可劃分為柱狀、錐狀、丘狀、層狀和波狀等類型，并以丘狀、層狀和波狀為主。巖石結構以亮暗相間的紋層、凝塊、核形石和似球粒等為特征(圖3a—f)。其中，疊層石紋層呈連續(xù)或斷續(xù)分布，紋層寬度為0.01～0.5 mm不等；凝塊多為斑狀或不規(guī)則狀，凝塊間常為亮晶膠結；核形石呈球狀、橢球狀或不規(guī)則狀，具有同心圈層構造；球粒大小較均勻，呈圓或橢圓狀，色暗富含有機質。除此之外，還可見硅質條帶狀白云巖、砂礫屑白云巖與晶粒白云巖等(圖2h，圖3h—i)。相比霧迷山組，高于莊組白云巖類型相對單一，可見大量發(fā)育微生物白云巖，但主要以層狀和微波狀疊層石為主，另外，可見硅質條帶或結核狀白云巖等(圖2i)。

2.2 儲集空間與組合特征

2.2.1 儲集空間類型

研究表明，薊縣系高于莊組-霧迷山組尤其是霧迷山組白云巖儲層的儲集空間類型多樣，在巖石露頭、巖心與薄片上均可看到不同規(guī)模和不同尺度的孔洞縫，它們單獨或呈一定組合構成孔-洞以及孔-縫或孔-洞-縫等儲集系統(tǒng)。這些孔洞縫在成因上以次生為主，同時受構造、巖溶和微生物結構等多方面的影響。

宏觀尺度方面，薊縣系高于莊組-霧迷山組可見大型的巖溶洞穴和裂縫系統(tǒng)。其中，巖溶洞穴在縱向上呈串珠狀，為多期溶蝕的產(chǎn)物，其分布與斷裂有關，往往沿斷裂分布(圖4a，b)；裂縫系統(tǒng)由多組解理縫構成，可見立縫與平縫的組合，并有溶蝕擴大現(xiàn)象(圖4c)，多發(fā)育于褶皺的軸部，即褶皺曲率較大的構造部位。裂縫的發(fā)育不僅增強了儲層的滲透性，同時又促進了巖溶作用的發(fā)生。

中觀尺度方面，可見沿疊層石紋層發(fā)育的針狀溶孔或小型孔洞(圖4d，f)，以及與凝塊石相關的溶蝕孔洞(圖4f—h)，其形態(tài)近圓形、扁平狀或不規(guī)則狀，大小一般為0.1～10 mm。這些孔洞的發(fā)育往往與微生物格架相關，其中，疊層石白云巖溶蝕孔洞的發(fā)育往往與亮色紋層的溶蝕有關，而凝塊石白云巖溶蝕孔洞的發(fā)育與凝塊石亮晶膠結物的溶蝕有關。

微觀尺度方面，可見大量晶間孔與晶間溶蝕孔洞，其大小一般為0.1～3.5 mm，且大多發(fā)育于殘余凝塊石白云巖中，認為與凝塊間亮晶膠結物的重結晶和溶蝕作用有關(圖4j—l)。除此之外，部分孔隙的發(fā)育與疊層石亮色紋層的溶蝕有關(圖4i)，但相比凝塊石白云巖，溶蝕孔洞相對不發(fā)育。微觀孔洞的發(fā)育特征更進一步說明了其形成與微生物結構相關。另外，可見構造縫，并有溶蝕擴大現(xiàn)象(圖4i，k)。

圖1 天津薊縣地區(qū)地質圖與中、上元古界地層綜合柱狀圖(據(jù)文獻[19-20]，修改)Fig.1 The geology and composite stratigraphic column of Jixian County,Tianjin(modified after references[19-20])a.天津薊縣地質簡圖;b.天津薊縣中、新元古界地層綜合柱狀圖;c.研究區(qū)地理位置

圖2 天津薊縣地區(qū)薊縣系高于莊組-霧迷山組白云巖宏觀特征Fig.2 Macroscopic features of the Gaoyuzhuang-Wumishan dolomites in the Jixian System of Jixian County,Tianjina.(微)波狀疊層石白云巖，紋層呈波狀，連續(xù)或斷續(xù)分布，Jxw；b.丘狀疊層石白云巖，紋層呈丘狀凸起，連續(xù)分布，Jxw；c.小型柱狀疊層石,紋層呈丘狀凸起，斷續(xù)分布，Jxw;d.錐狀疊層石白云巖，紋層呈錐狀凸起，斷續(xù)或連續(xù)分布，Jxw；e.凝塊石白云巖，凝塊呈深灰色的不規(guī)則狀，Jxw；f.核形石白云巖，核形石呈球狀、橢球狀或不規(guī)則狀，Jxw；g.層紋石白云巖，紋層呈水平狀連續(xù)分布，Jxg；h.硅質條帶狀白云巖,Jxw；i.結核狀白云巖， 硅質結核呈橢球體或不規(guī)則狀，Jxg

2.2.2 儲集空間組合與分布特征

按照儲集空間組合特征，可將高于莊組-霧迷山組白云巖儲層劃分為孔洞縫復合型、裂縫-孔隙型和孔隙型3種類型。根據(jù)丁連湖[21](2002)統(tǒng)計結果表明，薊縣系霧迷山組白云巖儲層以孔洞縫復合型為主，其中任丘、雁翎和留北等潛山油氣儲層均為這種類型，其次為孔隙型和裂縫-孔隙型；而高于莊組主要發(fā)育裂縫-孔隙型和孔隙型兩種類型(表1)。

在垂向上，儲層分布具有一定的規(guī)律性。其中，孔洞縫復合型儲層主要發(fā)育于2 000～3 500 m深處，屬于中等埋藏深度，而裂縫孔隙型和孔隙型儲層則一般發(fā)育于3 500 m以深的深層。對于同一個白云巖儲集體來說，在縱向上具有明顯的分帶性。以任丘潛山油氣儲層為例，在縱向上可劃分為3個帶：蝕孔洞縫發(fā)育帶、小型溶蝕孔洞發(fā)育帶和溶蝕孔發(fā)育帶[13]。其中，大型溶蝕孔洞縫發(fā)育帶發(fā)育于儲集體的上部，并沿斷層分布，鉆井過程中發(fā)生了大量的放空、漏失和擴徑現(xiàn)象；小型溶蝕孔洞發(fā)育帶發(fā)育于儲集體的中部，順層分布；溶蝕孔發(fā)育帶則發(fā)育于儲集體的下部，順層分布(圖5)。

2.3 孔、滲特征

根據(jù)物性統(tǒng)計結果，薊縣系霧迷山組白云巖儲層物性最好，其孔隙度平均值為2.3%，最大值為9.4%，滲透率平均值為0.25×10-3μm2，最大可達45.90×10-3μm2；薊縣系楊莊組、高于莊組和長城系團山子組孔滲相差不大，儲層品質整體要比霧迷山組差(表2)，同時，楊莊組和團山子組碳酸鹽巖地層較薄，儲層發(fā)育的物質基礎較差。因此，薊縣系霧迷山組白云巖儲層為研究區(qū)最好的儲層。

在儲集巖石類型上，物性與含油性也表現(xiàn)出一定的差異性。根據(jù)余家仁等[13](1998)對任丘油田薊縣系霧迷山組巖性與物性統(tǒng)計結果，凝塊石和錐狀疊層石白云巖平均孔隙度最大，分別為3.56%和3.33%，為研究區(qū)最好的儲集巖石類型，而層紋石白云巖、泥粉晶白云巖、砂礫屑白云巖和泥質白云巖的平均孔隙度均不超過2%，同時，孔隙度越大，其含油率也越大(圖6)。綜上表明，凝塊石和錐狀疊層石白云巖為研究區(qū)最有利油氣儲層巖石類型，并在一定程度上控制著油氣的分布。

3 主控因素分析

綜合沉積、成巖與構造作用對高于莊組-霧迷山組白云巖儲層形成的影響，認為制約儲層形成的因素主要有沉積相，白云石化、溶蝕、重結晶、壓實壓溶和充填膠結等成巖作用及構造破裂作用等，其中，規(guī)模優(yōu)質白云巖儲層的形成主要受控于微生物礁灘、印支期以來的構造隆升與破裂作用及溶蝕作用，為多種有利因素耦合作用的結果。

3.1 相控與微生物結構

根據(jù)前文所述，在儲集巖石類型中，凝塊石和錐狀疊層石白云巖具有較高的孔隙度和含油性，層紋石白云巖、泥粉晶白云巖、砂礫屑白云巖和泥質白云巖孔隙度較低，含油性也相對較差。關于微生物巖的形成環(huán)境，前人研究認為層狀、波狀、錐狀或錐柱狀疊層石反映了水體能量由弱變強的變化[22-25]，層狀疊層石形成于低能環(huán)境，發(fā)育于浪基面以下或潮間帶；錐狀或錐柱狀疊層石形成于高能環(huán)境，位于朝下帶的上部或部分潮間帶環(huán)境；而波狀疊層石形成環(huán)境介于層狀和錐柱狀疊層石之間[23,26]。核形石認為是安靜環(huán)境下的產(chǎn)物，可能沉積于潟湖或水下洼地等低能環(huán)境[23]。而關于凝塊石的沉積環(huán)境，則存在一定的爭議。趙澄林等(2003)認為凝塊石沒有水動力改造特征應與核形石具有相似的沉積環(huán)境；余家仁等[13](1998)、金廷福[12](2014)等則認為凝塊石與錐狀疊層石、核形石形成于近岸潮下帶及鄰近低潮面附近的礁灘相，屬于高能環(huán)境。在露頭上，凝塊石往往呈厚層塊狀產(chǎn)出，內(nèi)部成層性差，具有一定的丘狀建隆構造，并可見錐狀或錐柱狀疊層石與其共生，同時鏡下觀察發(fā)現(xiàn)凝塊石往往為亮晶膠結，因此，認為凝塊石應形成于高能環(huán)境。

圖3 天津薊縣地區(qū)薊縣系高于莊組-霧迷山組白云巖微觀特征Fig.3 Microscopic features of the Gaoyuzhuang-Wumishan dolomites in the Jixian System of Jixian County,Tianjina.亮暗相間紋層，暗色紋層較厚，為0.2～0.5 mm，亮色紋層一般小于0.3 mm,疊層石白云巖，Jxw；b.由連續(xù)疊置生長的暗層和亮層組成，紋層寬0.01～0.1 mm不等，層紋石，Jxg；c.似球粒泥晶結構，大小較均勻，呈圓或橢圓狀，色暗富含有機質，Jxw；d.凝塊結構，凝塊多為斑狀或不規(guī)則狀，亮晶膠結,凝塊石白云巖，Jxw；e.殘余凝塊結構，凝塊邊緣較為模糊，亮晶膠結,殘余凝塊石白云巖，Jxw；f.核形石結構，具同心圈層，其直徑一般大于2 mm,核形石白云巖，Jxw；g.紋層狀泥晶白云巖，紋層不甚發(fā)育，近水平狀，Jxw；h.砂礫屑白云巖，亮晶膠結，Jxw；i.殘余凝塊細-中晶白云 巖，白云石以它型為主，可見鋸齒狀壓溶縫，Jxw

綜合考慮凝塊石的宏觀形態(tài)及其內(nèi)部結構特征，凝塊石應屬于微生物礁的產(chǎn)物(圖7)。凝塊石作為微生物礁體產(chǎn)出并不罕見，美國阿拉巴馬州上侏羅統(tǒng)油田Smackover組非常重要的儲集體即為凝塊石礁[27]。綜合以上分析，高于莊組-霧迷山組白云巖儲層的形成具有明顯的相控作用，其中凝塊石和錐狀疊層石等有利儲集巖石主要形成于微生物礁或相對高能環(huán)境中。

圖4 華北北部地區(qū)薊縣系高于莊組-霧迷山組白云巖儲層宏觀與微觀特征Fig. 4 Macro- and micro-scopic features of the Gaoyuzhuang-Wumishan dolomite reservoirs in the Jixian System in the north of North Chinaa.巖溶洞穴，沿斷裂發(fā)育，京東大溶洞，Jxg；b.巖溶洞穴，沿斷裂發(fā)育，薊州溶洞，Jxw； c.裂縫系統(tǒng)，至少可識別出2～3組裂縫，其中2組近垂直，薊縣雙洞背斜，Jxw；d.針狀溶孔，沿紋層發(fā)育，層狀疊層石，Jxw；e.微生物格架相關孔隙，主要沿亮色紋層發(fā)育，丘狀疊層石，Jxw；f.小型溶蝕孔洞，可見裂縫，Y33井，Jxw；g.溶蝕孔洞發(fā)育，M41井，Jxw；h.溶蝕孔洞，GH1井，Jxw；i.溶蝕孔與裂縫，疊層石白云巖，Jxw；j.晶間溶蝕孔洞，殘余凝塊 白云巖，薊縣，Jxw；k.晶間溶孔與構造縫，殘余凝塊白云巖，薊縣，Jxw；l.晶間溶孔洞，殘余凝塊晶粒白云巖，R28井，Jxw

表1 冀中坳陷薊縣系高于莊組-霧迷山組潛山碳酸鹽巖儲層類型統(tǒng)計(據(jù)文獻[21]，修改)
Table 1 Types of the buried-hill carbonate reservoirs in the Gaoyuzhuang-Wumishan Formations in the Jixian System,Jizhong Depression(modified after reference[21])

儲層類型縫洞孔復合型微縫孔隙型孔隙型分布地區(qū)霧迷山組任丘、莫東、雁翎、薛莊、留北大王莊東八里莊、八里莊西高于莊組—梁村河間氣藏數(shù)量/個5133埋藏深度/m2 000～3 500>3 500—

圖5 任丘油田潛山巖溶垂向分布(據(jù)文獻[13]，修改)Fig.5 The vertical distribution of karstification in the buried hill of Renqiu oilfield(modified after reference[13])

表2 中、新元古界主要碳酸鹽巖儲層孔、滲特征
Table 2 Porosity and permeability characteristics of the major Middle-to-Upper Proterozoic carbonate reservoirs

儲層巖性孔隙度/%滲透率/(10-3 μm2)最小最大平均最小最大平均樣品數(shù)/個青白口系景兒峪組灰?guī)r0.535.634.33<0.010.020.083薊縣系鐵嶺組灰?guī)r0.902.141.520.010.090.052霧迷山組白云巖0.489.402.30<0.0145.900.2550楊莊組白云巖1.504.302.20<0.016.700.059高于莊組白云巖0.275.312.18<0.010.570.0520長城系團山子組白云巖1.108.501.50<0.010.580.065

圖6 任丘油田霧迷山組儲集巖物性與含油性統(tǒng)計直方圖(數(shù)據(jù)據(jù)文獻[13])Fig.6 The statistical histogram of the porosity and oil saturation of the Wumishan reservoir rocks in Renqiu oilfield (source after reference[13])

凝塊石白云巖和錐狀疊層石白云巖之所以具有相對較高的物性，分析認為與高能環(huán)境下所形成的微生物結構構造有關。凝塊石白云巖多為亮晶膠結，且經(jīng)白云石化后晶粒一般較粗，有利于晶間孔和晶間溶孔的形成(圖4j—i)，而錐狀疊層石白云巖由于紋層呈錐狀凸起，在成巖早期便形成堅硬的格架，為后期溶蝕孔隙的形成與保存提供了有利的條件(圖4e)。

3.2 溶蝕作用

研究區(qū)高于莊組-霧迷山組碳酸鹽巖儲層主要經(jīng)歷了白云石化、壓實與壓溶、重結晶以及表生與埋藏溶蝕等復雜的成巖作用。其中，白云石化和重結晶作用具有明顯的雙重作用，壓實-壓溶與充填膠結作用以減孔作用為主，而溶蝕作用，包括表生巖溶、深部酸溶蝕和巖溶熱水的溶蝕做則是高于莊組-霧迷山組優(yōu)質白云巖儲層形成的又一關鍵因素。

3.2.1 表生巖溶作用

據(jù)統(tǒng)計，華北地區(qū)中、新元古界地層先后經(jīng)歷了楊莊期、凌源期、芹峪期、薊縣期、懷遠期、加里東期-海西期、印支期和燕山期-喜馬拉雅期8個巖溶期(表3)，但是不同巖溶期由于構造運動性質、氣候條件和持續(xù)時間的差異，所發(fā)生的巖溶作用強度不同，對儲層的改造作用也就不同。

圖7 華北北部地區(qū)薊縣系高于莊組-霧迷山組微生物巖沉積模式Fig.7 The sedimentary model of the Gaoyuzhuang-Wumishan microbiolites in the Jixian System,the north of North China

表3 華北地區(qū)中、新元古界-下古生界風化殼巖溶旋回(據(jù)文獻①，修改)
Table 3 Karstification cycles of the Middle-to-Upper Proterozoic and Lower Paleozoic weathered crusts in North China(modified after reference①)

巖溶期運動性質巖溶的地層古氣候延續(xù)時間/Ma儲層發(fā)育情況燕山期-喜馬拉雅期褶皺、斷裂Ar—O2干熱溫濕相間100儲集條件好印支期褶皺、斷開O2干熱為主50儲集條件差加里東期-海西期懷遠運動期薊縣期芹峪期凌源期楊莊期升降運動O2溫暖潮濕150亮甲山組——景兒峪組泥灰?guī)r?260鐵嶺組灰?guī)r溫暖潮濕短霧迷山組白云巖干熱短高于莊組白云巖干熱短均填滿了上覆層的沉積物,儲集條件不佳

① 史卜慶.渤海灣盆地油氣藏與前景[R].中國石油勘探開發(fā)研究院，2002.

加里東期-海西期及其以前的構造運動以整體升降為主，斷裂和裂縫不甚發(fā)育，巖溶作用主要發(fā)生在地層的表層，所形成的風化殼厚度也較薄。其中，這一時期高于莊組-霧迷山組白云巖儲層表生巖溶作用主要與楊莊和凌源運動有關，但這兩個時期均為干熱環(huán)境，且持續(xù)時間短，同時這一時期形成溶蝕孔洞往往被后期沉積物所充填，因此很難形成規(guī)模的優(yōu)質白云巖儲層。

印支期-燕山期以來，華北地臺發(fā)生了強烈的褶皺和塊斷運動，并形成了大量的裂縫，為高于莊組-霧迷山組白云巖儲層的主要造縫階段。強烈褶皺和斷塊運動導致高于莊組-霧迷山組碳酸鹽巖地層遭受不同程度的暴露、剝蝕及溶蝕作用，燕山期-喜馬拉雅期干熱溫濕相間環(huán)境更有利于巖溶作用的發(fā)生，同時裂縫的發(fā)育加劇了溶蝕作用的深度和強度，并由此產(chǎn)生了大量的溶蝕孔洞。另外，這一時期巖溶作用時間較長，又為晚期形成，不易被充填或充填完全，因此，認為這一時期是高于莊組-霧迷山組古風化殼巖溶儲層形成的主要階段。

3.2.2 深部酸溶蝕作用

主要指石炭系、二疊系沉積后直至喜馬拉雅期，壓實水、干酪根轉化形成的酸性水造成的溶蝕作用。同時，可能還存在深部富含H2S和CO2等酸性流體對碳酸鹽巖儲層的溶蝕作用。深部溶解作用通常優(yōu)先發(fā)生于裂縫、角礫間殘存孔縫或微孔隙較發(fā)育的巖石中，使各類儲集空間溶蝕擴大，是潛山內(nèi)幕儲層的形成的重要因素。

3.2.3 地熱水溶蝕作用

深層巖溶熱儲中地熱水的溶蝕作用主要存在兩種形式：不同來源熱水體混合而引起的溶蝕作用(混合溶蝕)和深層熱水沿斷裂上涌過程中由于溫度降低而引起的溶蝕作用(逆返溶蝕)。研究表明，地下兩種飽和熱水混合后會形成不飽和熱水，從而增加了熱水的溶蝕能力[28]；而深層飽和熱水在沿斷裂向上運移過程中由于溫度的降低也會形成不飽和熱水，進而也能增加熱水的溶蝕能力[28-30]。Palmer(1991),Dublyansky(2000)和Goldscheider等(2010)多位學者強調(diào)了地熱水溶蝕作用在深層碳酸鹽巖儲層形成中的重要性[28-30]。關于碳酸鹽巖的溶蝕模擬實驗，國內(nèi)外許多學者都做了研究，但大多實驗都是在相對理想狀態(tài)下開展的?？紤]到地下地質條件的復雜性，范明等(2011)通過逼近真實的地質作用過程開展了巖溶模擬實驗，實驗結果表明深層碳酸鹽巖存在一定的“溶蝕窗”，即在一定的溫度范圍(60～120 ℃)(或深度)內(nèi)碳酸鹽巖溶蝕率達到一個最高的水平，當溫度小于60 ℃或高于120 ℃時溶蝕率迅速降低[31]。但是這種溶蝕窗和前面提到的地熱水的溶蝕作用在機理上是否存在相關性還有待深入研究。

通過對儲層中次生礦物和地下熱水的分析，認為地下熱水對高于莊組-霧迷山組碳酸鹽巖地層曾發(fā)生過強烈的熱水溶蝕改造，且目前巖溶熱水對儲層仍具有溶蝕改造的潛力。高于莊組和霧迷山組白云巖儲層裂縫和溶蝕孔洞中可見重晶石、天青石、螢石和黃鐵礦等熱液礦物[21]，成為地熱流體對白云巖儲層的改造重要證據(jù)。之所說巖溶熱水對儲層仍具有溶蝕改造的潛力，主要證據(jù)有：①周瑞良(1987)、陳墨香(1999)和閻敦實等(2000)認為渤海灣盆地碳酸鹽巖地層中廣泛存在冷熱水的交替和深層熱水的上涌現(xiàn)象，并認為這是渤海灣盆地局部(潛山)地熱異常一個重要因素[32-34]；②根據(jù)地熱井的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，高于莊組-霧迷山組碳酸鹽巖巖溶熱儲的溫度普遍介于60～120 ℃[12]，仍處于的“溶蝕窗”內(nèi)；③氫、氧同位素組成特征與Na-K-Mg三角圖解表明，渤海灣盆地潛山巖溶熱水主要來源雨水，雖然在地下經(jīng)歷了復雜的水-巖作用但目前為未成熟水，因此巖溶熱水仍對巖溶儲層仍具有溶蝕改造的潛力(圖8)。綜合以上分析，認為研究區(qū)深層地熱水對高于莊-霧迷山組碳酸鹽巖儲層曾經(jīng)進行了強烈改造作用，且現(xiàn)今仍具有強烈的溶蝕改造的潛力。

3.3 構造作用

如前文所述，高于莊組-霧迷山組碳酸鹽巖儲層在地質演化過程中，經(jīng)歷了多期褶皺、斷裂和斷塊運動，巖石內(nèi)部產(chǎn)生了多期斷層和節(jié)理系統(tǒng)，為風化殼和內(nèi)幕型巖溶作用提供了有利構造條件。斷層相當于大型構造縫，常伴生大量小型構造縫。根據(jù)鉆井巖心和地面露頭統(tǒng)計，層內(nèi)縫和穿層縫密度一般為50～100條/m，具有多期、多組系組合的特點，大多為未充填縫或半充填縫，見溶蝕擴大現(xiàn)象，開啟寬度多在0.01 mm以上。同時可以發(fā)現(xiàn)，次生裂縫發(fā)育與構造應力面(褶皺軸面和斷面)分布密切相關，如雙洞背斜軸部碳酸鹽巖網(wǎng)狀裂縫發(fā)育于背斜軸部與逆斷層交匯處(圖4c)。

根據(jù)裂縫充填物碳氧同位素分析，認為印支期以來的構造運動為本區(qū)的主要造縫階段，但印支期構造縫多被充填。燕山-喜馬拉雅期構造縫則被半充填或未充填(圖9)，為研究區(qū)白云巖儲層的有效裂縫，對形成現(xiàn)今有效網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)具有決定性的意義。斷裂與裂縫作用在一定程度上提高儲層孔隙度，更能使有效滲透率成幾何數(shù)量級增長，形成斷裂高滲帶，成為酸性流體和熱水運移的重要通道。因此，斷裂與裂縫的發(fā)育能夠有效促進巖溶作用的發(fā)生和內(nèi)幕型巖溶儲層的形成。

圖8 華北平原基巖潛山地下水地球化學特征Fig.8 Geochemical characteristics of the underground water in the buried hill bedrock reservoir of North China Plaina.氫、氧同位素散點圖(數(shù)據(jù)據(jù)文獻[35-38]；b.潛山巖溶熱水K-Na-Mg平衡圖解(底圖據(jù)文獻[39])

圖9 華北北部地區(qū)薊縣系高于莊組組-霧迷山組溶蝕孔洞與裂縫充填物碳、氧同位素組成Fig.9 Carbon and oxygen isotopic compositions of the fillings in the dissolved pores and cavities,as well as fractures in the Gaoyuzhuang-Wumishan Formations in the Jixian System,the north of North China

4 結論

1)華北地區(qū)高于莊組-霧迷山組為一套巨厚的碳酸鹽巖，目前已基本白云石化或部分白云石化。總體上，白云巖以微生物巖為主，巖石結構構造復雜，霧迷山組可見大量的疊層石、層紋石、均一石、凝塊石和核形石等微生物巖類型，而高于莊組巖石類型相對單一，以層狀和微波狀疊層石為主。其中，形成于高能環(huán)境的錐狀疊層石和凝塊石白云巖為最有利的儲集巖石類型。

2)白云巖儲層儲集空間類型多樣，可見到不同規(guī)模和不同尺度的孔洞縫，它們單獨出現(xiàn)或呈一定的組合構成孔-洞和孔-縫或孔-洞-縫等儲集系統(tǒng)。根據(jù)儲集空間組合特征，可將儲層劃分為孔洞縫復合型、裂縫-孔隙型和孔隙型3種類型。其中，薊縣系霧迷山組白云巖儲層物性最好，以孔洞縫復合型為主；高于莊組物性相對較差，以裂縫-孔隙型和孔隙型為主。

3)綜合分析認為，制約研究區(qū)高于莊組-霧迷山組白云巖儲層形成的因素主要有沉積相，白云石化、溶蝕、重結晶、壓實壓溶和充填膠結等成巖作用以及構造破裂作用，其中，規(guī)模優(yōu)質白云巖儲層的形成主要受控于微生物礁灘、印支期以來的構造隆升與破裂作用及溶蝕作用，為多種有利因素耦合作用的結果。其中，經(jīng)歷了晚期構造破裂、風化淋濾及溶蝕作用的微生物礁灘為華北地區(qū)高于莊組-霧迷山組最有利的儲集體。