周 冰 ，金之鈞 ，劉全有 ，倫增珉，孟慶強，朱東亞

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083；2.頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室,北京 100083)

在沉積盆地的油氣勘探過程中通常會伴隨著CO2氣層的發(fā)現(xiàn)。目前天然CO2氣田發(fā)現(xiàn)主要集中在北美的科羅拉多高原地區(qū)、加勒比海地區(qū)、歐洲和中國的東部盆地[1-3]。北美地區(qū)CO2氣田儲量在0.028×1012～2.8×1012m3[4]，其商業(yè)開發(fā)利用市場和技術已成熟，主要用于提高二疊盆地的油氣采收率，并為人工注入CO2提供天然類比的研究場所[5]。

無論是天然CO2沿斷裂或通道侵入儲層，或人工向儲層注入CO2，富CO2流體都會與圍巖發(fā)生緩慢但持續(xù)的水巖反應，改變其物性，直到在一個有效圈閉內成藏穩(wěn)定，富CO2流體與儲-蓋層的氣-水-巖系統(tǒng)達到動態(tài)平衡。目前對天然CO2氣藏相關報道多集中在富CO2流體充注改造后的儲層巖石特征，如澳大利亞Bowen-Gunnedah-Sydney盆地、美國Springerville St.Johns CO2氣田、英國北海盆地和中國海拉爾等盆地中，富CO2流體充注砂巖儲層后在溶蝕作用之外，或多或少地形成了片鈉鋁石和其他碳酸鹽礦物[6-11]，碳酸鹽礦物含量在2%～34%[7]，顯著影響了儲層的物性。多種因素控制了富CO2流體與砂巖儲層相互作用的結果，包括原始礦物組成和滲透率等因素[12]。近年來，學者開始關注富CO2流體對泥巖/頁巖蓋層的影響。Lu等[13]對北海地區(qū)含CO2的Miller油田泥巖蓋層樣品進行分析，得到結果表明CO2在上覆泥巖蓋層的有限范圍內滲透擴散并形成了碳酸鹽礦物沉淀；劉立等[14]報道松遼盆地南部CO2氣田中青山口組泥巖中的礦物組成特征；美國猶他州綠河地區(qū)天然富CO2鹽水侵入Navajo砂巖儲層上覆蓋層7 cm左右，造成碳酸鹽巖礦物的溶蝕和再沉淀現(xiàn)象[15]?？梢钥吹侥壳暗难芯慷嘁詥我粌踊蛏w層為研究對象，而CO2運聚過程是連續(xù)的地質事件。富CO2流體在侵入儲層并橫向或縱向運移過程中，隨著水巖反應的進行其流體成分和性質可能已經發(fā)生了變化，導致侵入泥巖蓋層時發(fā)生不同的水巖相互作用。因此，有必要將儲層和蓋層作為一個整體，來研究富CO2流體充注帶來的影響和改造機制。

幾年來，蘇北盆地黃橋地區(qū)有6口井獲得工業(yè)突破，CO2與原油共生，主要儲層為泥盆系五通組、石炭系黃龍組、二疊系棲霞組、龍?zhí)督M和白堊系浦口組等，具有多套儲-蓋組合，CO2的產出層位也包括部分凝析油或輕質油顯示層位[16]。前人研究表明，黃橋地區(qū)CO2氣主要來源于喜馬拉雅期幔源巖漿活動，沿斷裂通道向上運移至各儲集層位成藏，古近紀末至新近紀初成藏，晚于油氣成藏期[17]，且主力儲層龍?zhí)督M頂部在油氣開采過程中也伴有大量CO2的產出[18]，表明在黃橋地區(qū)CO2與油氣耦合成藏現(xiàn)象存在[19]。相鄰的句容地區(qū)位于同一構造單元內，但勘探過程中未鉆遇大量CO2，僅在容2井和句北1井等獲得了工業(yè)油氣流(圖1c)。黃橋地區(qū)和句容地區(qū)地理位置相臨近，構造背景和沉積歷史相似，一個產出CO2，一個不產CO2。為了闡明富CO2流體對砂巖儲集空間和泥巖蓋層封閉性的影響，本文以黃橋地區(qū)和句容地區(qū)作為對比，從礦物巖石組合和巖石物性探討富CO2流體對儲蓋系統(tǒng)的改造作用。

1 地質背景

黃橋地區(qū)富CO2油氣田和句容地區(qū)油氣田在構造上處于中國揚子板塊東部下?lián)P子區(qū)的南京坳陷內[20]。下?lián)P子區(qū)內沉積以古生界的海相沉積為主[21]，據(jù)海相層系劃分的構造單元，研究區(qū)主要分布在南部變形區(qū)的句容地區(qū)-黃橋地區(qū)滑脫褶皺帶的北部(圖1a)。該地區(qū)經歷長期復雜的構造運動，斷層廣泛發(fā)育，地層破碎嚴重[16]。自20世紀80年代以來，中國石化華東局陸續(xù)在黃橋地區(qū)發(fā)現(xiàn)CO2工業(yè)氣藏[22-23]，現(xiàn)已探明地質儲量大約為200 ×108m3[16,24]。

圖1 下?lián)P子蘇北盆地黃橋地區(qū)和句容地區(qū)位置及構造示意圖Fig.1 Sketch map showing the locations and structures of Huangqiao and Jurong areas,North Jiangsu Basin,Lower Yangtze regiona.下?lián)P子地區(qū)海相沉積地層構造區(qū)劃；b.黃橋地區(qū)構造和井位；c.句容地區(qū)構造和井位(據(jù)中石化華東石油局資料修改)

目前在黃橋地區(qū)溪橋斷塊內有4口井見有工業(yè)油氣流，均產出高含CO2氣和輕質油/凝析油，具有產能的層位為二疊系龍?zhí)督M砂巖儲層，蓋層為上覆大隆組泥巖蓋層[19]。其中，華泰3井壓裂后日產油1.3 t，日產CO22.5×104m3，無水；溪3井常規(guī)測試日產油1.4 t，日產CO23.8×104m3，無水；溪平1井常規(guī)試采初期最高日產油5.5 t，日產CO25.6×104m3，無水；溪平5井酸化后放噴測試，最高日產油約3.0 t,日產CO21.1×104m3，日液約18 m3。句容地區(qū)已鉆井30余口，僅容2、容3和句北1井測試產出油，無CO2產出。其中句北1井龍?zhí)督M常規(guī)測試獲得0.06 t/d，日產水17.6 m3，容2井三疊系青龍組酸壓后獲穩(wěn)產1.2 t/d；容3井三疊系獲最高日產10.1 m3短暫工業(yè)油流。

本次研究以龍?zhí)督M砂巖儲層-大隆組泥巖蓋層這一主力油氣儲-蓋組合為研究對象，巖石樣品采自黃橋地區(qū)的溪1井和溪3井，兩口井均有CO2顯示，其中溪3井日產CO23.8×104m3；句容地區(qū)樣品采自容1井、容4井和石獅1井，均無CO2顯示(圖1b，圖1c，圖2)。

圖2 蘇北盆地研究區(qū)地層綜合柱狀圖(據(jù)華東局資料修改)Fig.2 Stratigraphic column showing the study area in the North Jiangsu Basin (modified from data of East China Petroleum Bureau,SINOPEC)

2 巖石學特征

2.1 主要礦物特征

全巖礦物成分分析表明(圖3)，黃橋地區(qū)儲層礦物成熟度和蓋層中的碳酸鹽巖含量更高(圖3)。黃橋地區(qū)龍?zhí)督M砂巖樣品巖石類型以長石石英砂巖和巖屑石英砂巖為主，句容地區(qū)龍?zhí)督M砂巖樣品巖石類型則以長石巖屑砂巖為主。

如圖3b所示，黃橋地區(qū)龍?zhí)督M砂巖中石英相對含量在41.5%～95.0%，平均含量為78.6%，無鉀長石，斜長石主要出現(xiàn)在溪1井樣品中，平均含量4.5%～10.1%，溪3井樣品中無斜長石，碳酸鹽礦物平均含量達3.1%。句容地區(qū)龍?zhí)督M砂巖中石英相對含量在23.5%～87.5%，平均含量為56.9%；鉀長石平均含量為2.5%，斜長石平均含量為10.2%；不發(fā)育碳酸鹽礦物。如圖3a所示，黃橋地區(qū)大隆組泥巖中斜長石相對含量在2.5%～11.4%，平均含量為7%；碳酸鹽巖礦物含量在1.7%～24.0%，平均為10.1%；黃鐵礦平均相對含量為6.4%。句容地區(qū)大隆組泥巖中斜長石平均相對含量為10.7%；含少量方解石，約3.0%；不含黃鐵礦。

圖3 蘇北盆地黃橋地區(qū)和句容地區(qū)平均礦物含量對比柱狀圖Fig.3 Comparison column of average mineral compositions in Huangqiao and Jurong areas,North Jiangsu Basina.大隆組泥巖；b.龍?zhí)督M砂巖

從主要礦物組成上看，遭受CO2流體作用改造后的儲層和蓋層碳酸鹽礦物含量更高，長石含量降低，而儲層中石英含量較高。

2.2 龍?zhí)督M砂巖自生礦物組合特征

薄片觀察統(tǒng)計結果表明，黃橋地區(qū)龍?zhí)督M砂巖普遍含有次生片鈉鋁石，此外還發(fā)育石英次生加大邊、高嶺石、絹云母、菱鐵礦和少量的方解石、白云石和泥晶碳酸鹽礦物(表1)。其中石英次生加大邊普遍存在(圖4b)，且平均絕對含量達1.7%。其次為高嶺石，平均含量約為1.4%，主要產狀為粒狀集合體充填粒間孔隙(圖4a)，偶見高嶺石與片鈉鋁石晶體共生于長石顆粒溶蝕孔內；絹云母平均含量為0.9%，以充填孔隙為主要產狀(圖4c)；菱鐵礦平均含量為1.2%，以粒狀集合體形態(tài)充填孔隙，單偏光下黃褐色高突起(圖4d)；片鈉鋁石為在高二氧化碳分壓下形成的碳酸鹽礦物，在本地區(qū)含量在0～1.5%，平均為0.5%，形狀多為放射狀、花狀的針狀集合體(圖4e)，單偏光下無色，正交偏光下高級白干涉色，常見片鈉鋁石交代斜長石、與高嶺石共生等現(xiàn)象，是富CO2流體與巖石相互作用的直接證據(jù)。

表1 蘇北盆地黃橋地區(qū)和句容地區(qū)龍?zhí)督M砂巖自生礦物含量Table 1 Content of authigenic minerals in the Longtan Formation sandstone in Huangqiao and Jurong areas，North Jiangsu Basin

圖4 蘇北盆地黃橋地區(qū)和句容地區(qū)龍?zhí)督M砂巖自生礦物種類及顯微特征Fig.4 Types and characteristics of authigenic minerals in the Longtan Formation sandstone in Huangqiao and Jurong areas，North Jiangsu Basina.溪1井，溪1-16，埋深1 860.9 m，單偏光，粒狀高嶺石集合體充填孔隙；b.溪1井，溪1-17，埋深1 872.4 m，正交偏光，石英次生加大邊；c.溪3井，溪3-5，埋深1 593.6 m，正交偏光，自生絹云母充填孔隙；d.溪1井，溪1-20，埋深1 875.5 m，單偏光，菱鐵礦充填孔隙；e.溪3井，溪3-7，埋深1 594.9 m，正交偏光，花狀片鈉鋁石；f.石獅1井，石獅1-5，埋深1 386.2 m，單偏光，粒狀高嶺石集合體充填孔隙

句容地區(qū)自生礦物包括次生石英加大邊、高嶺石、絹云母和菱鐵礦(表1)，無片鈉鋁石。薄片中可見微粒狀高嶺石集合體充填孔隙(圖4f)。

2.3 大隆組泥巖產狀特征

黃橋地區(qū)原生孔隙空間較少，在產油氣層段普遍發(fā)育裂縫，這些裂縫既是地層流體的通道也是儲集空間。通過巖心觀察發(fā)現(xiàn)黃橋地區(qū)的大隆組泥巖蓋層底部普遍發(fā)育裂縫，甚至下覆龍?zhí)督M頂部也發(fā)育裂縫，但這些裂縫均已充填次生方解石，使得遭受應力作用破壞的大隆組泥巖蓋層重新成為有效蓋層，下覆龍?zhí)督M成為該地區(qū)產油主力層位。而句容地區(qū)大隆組泥巖蓋層較為完整，未見大量裂縫發(fā)育和方解石脈充填。

對黃橋地區(qū)大隆組充填裂縫的方解石進行碳同位素分析結果如表2所示，δ13CCO2(PDB)主要分布在-11.4‰～1.2‰，平均值為-4.5‰。由鏡質體反射率計算可知，黃橋地區(qū)古地溫梯度為40.3 ℃/km[26]，根據(jù)Ohmoto和Rye[25]的CO2-方解石碳同位素平衡分餾方程計算可得到方解石形成時與其平衡的CO2碳同位素δ13CCO2(PDB)主要分布在-16.7‰～-3.4‰，平均值為-9.5‰(表2)。

表2 蘇北盆地黃橋地區(qū)大隆組黑色泥巖裂縫中方解石碳同位素及與其平衡的CO2碳同位素Table 2 Carbon isotopes of calcite and equilibrium CO2 in the cracks of the Dalong Formation black mudstone in Huangqiao area，North Jiangsu Basin

受CO2流體作用后的黃橋地區(qū)與未受CO2作用的句容地區(qū)相比，砂巖儲層中石英含量更高，長石含量較低，且含有片鈉鋁石這一特征碳酸鹽礦物，而泥巖蓋層裂縫中充填CO2流體活動后的方解石脈。

3 物性特征

將黃橋地區(qū)產CO2的溪1和溪3井，和句容地區(qū)不產CO2的句北1和石獅1井的龍?zhí)督M砂巖巖心孔隙度數(shù)據(jù)進行對比，結果表明產CO2的龍?zhí)督M砂巖物性更好。其中，黃橋地區(qū)溪3井的龍?zhí)督M為含CO2油層，CO2日產能為3.8×104m3，巖心孔隙度在2.5%～13.12%，平均值為9.92%，大于其他井龍?zhí)督M孔隙度；溪1井產CO2，但主要產層為上部青龍組，龍?zhí)督M巖心孔隙度范圍為4.22%～9.44%，平均值為5.69%；句容地區(qū)兩口井均不產CO2，其中句北1井龍?zhí)督M孔隙度為0.89%～1.5%，平均值為1.14%；石獅1井龍?zhí)督M孔隙度為2.3%～6.4%，平均值為4.18%，均小于產CO2地區(qū)的物性。

黃橋地區(qū)龍?zhí)督M中CO2流體溶蝕長石等顆粒形成溶蝕孔隙，是其主要油氣儲集空間類型之一，也是導致產CO2地區(qū)儲層物性更好的原因之一。以溪3井為例，孔隙類型主要為粒內溶蝕孔(長石溶蝕孔和巖屑溶蝕孔)(圖5a，b)、粒間溶蝕孔(圖5c)和剩余原生孔隙。其中長石溶蝕孔最為常見(圖5a，c，d)，多數(shù)長石溶蝕為假晶形狀，其孔隙內部除了少量殘余長石之外，還見有片鈉鋁石雛晶和次生高嶺石充填(圖5d，e)?？傮w上黃橋地區(qū)龍?zhí)督M儲層孔隙類型以溶蝕作用導致的次生孔隙為主。

句容地區(qū)龍?zhí)督M中主要孔隙類型為剩余粒間原生孔(圖5f)和晶間孔隙，原生孔隙中多充填粘土礦物，少見溶蝕孔隙，儲層物性較差。富CO2流體對儲層巖石的溶蝕作用，增加了黃橋地區(qū)龍?zhí)督M次生溶蝕孔隙空間，且產CO2的地區(qū)儲層物性明顯優(yōu)于無CO2地區(qū)。

圖5 蘇北盆地黃橋地區(qū)和句容地區(qū)主要孔隙類型及顯微特征Fig.5 Types and characteristics of pores in Huangqiao and Jurong areas，North Jiangsu Basina.溪3井，溪3-7，埋深1 594.5 m，單偏光，長石溶蝕孔隙內殘余長石顆粒；b.溪3井，溪3-8，埋深1 596.9 m，單偏光，巖屑和長石溶蝕孔隙；c.溪3井，溪3-8，埋深1 596.9 m，單偏光，長石和粒間溶蝕孔隙；d.溪3井，溪3-8，埋深1 596.9 m，單偏光，長石溶蝕孔隙內可見片鈉鋁石雛晶；e.溪3井，溪3-7，埋深1 594.5 m，單偏光，長石溶蝕孔隙內可見高嶺石顆粒；f.石獅1井，石獅1-5，埋深1 386.2 m，單偏光，粒間孔隙

4 黃橋地區(qū)富CO2流體對儲-蓋巖石系統(tǒng)的影響

黃橋地區(qū)斷裂斷塊發(fā)育，且CO2儲集層位從志留系-泥盆系到淺部新近系均有分布，表明富CO2流體沿斷裂或巖性通道向上邊運移邊聚集成藏，巖性和蓋層的有效性成為油氣聚集成藏的控制因素。

4.1 富CO2流體對儲層的改造作用

黃橋地區(qū)龍?zhí)督M儲層及上覆大隆組蓋層是富CO2流體運移聚集改造的典型儲-蓋系統(tǒng)。黃橋地區(qū)溪3井龍?zhí)督M為含CO2油氣層，過量CO2流體改造后長石溶蝕孔隙明顯發(fā)育，自生礦物以石英次生加大和高嶺石充填為主，且高CO2分壓作用下形成了少量片鈉鋁石次生礦物，這一現(xiàn)象可以很好地用長石與CO2的相互作用來解釋，以鈉長石為例，如公式(1)所示，鈉長石在CO2和水參與的作用下生成片鈉鋁石和石英，在巖石學上表現(xiàn)為鈉長石溶蝕，次生片鈉鋁石交代鈉長石或充填孔隙，次生石英以石英次生加大邊和充填孔隙的微晶石英產狀出現(xiàn)，這也解釋了黃橋地區(qū)比句容地區(qū)長石含量少、石英含量高的原因。而鈉長石在富CO2流體作用下除生成片鈉鋁石和石英之外，還可以同時形成高嶺石，如公式(2)所示，對應了次生高嶺石充填孔隙現(xiàn)象。這種CO2流體邊溶蝕邊沉淀的現(xiàn)象在澳大利亞BGS盆地、也門盆地、中國海拉爾盆地和松遼盆地等均有發(fā)現(xiàn)[6-7,11,27]。而從熱力學上來看，取片鈉鋁石在標準狀態(tài)下的吉布斯自由能為-1 782 kJ/mol[28]，公式(1)的吉布斯自由能變ΔG=-1 943.57 kJ/mol，公式(2)的ΔG=-3 760.27 kJ/mol，表明鈉長石在富CO2流體作用下更易反應生成片鈉鋁石和次生石英。因此過量CO2流體作用的儲層砂巖會呈現(xiàn)石英含量高、長石含量低、溶蝕孔隙發(fā)育和通常含有片鈉鋁石的特點。

(1)

NaAlCO3(OH)2(片鈉鋁石)+Al2Si2O5(OH)4+

7SiO2+2Na+

(2)

句容地區(qū)不含CO2的龍?zhí)督M儲層孔隙類型以剩余原生孔隙為主，缺少富CO2流體的后期成巖作用是其物性較差的主要原因。此外，句容地區(qū)后期構造抬升比黃橋地區(qū)強烈，其二疊系埋深淺于黃橋地區(qū)，因此粘土礦物的充填作用較為強烈，也是其物性變差的原因之一。

4.2 富CO2流體對蓋層的改造作用

在本次研究中，富CO2流體作用后的泥巖蓋層多發(fā)育方解石再充填的微裂縫，而句容地區(qū)泥巖蓋層相對比較完整，未見大量裂縫或方解石脈?？紤]兩個相鄰地區(qū)的相似構造背景和沉積史，認為方解石充填微裂縫與后期成巖作用，尤其是與CO2的水巖相互作用過程有關。此外，在黃橋地區(qū)龍?zhí)督M儲層中方解石平均含量不高，主要出現(xiàn)在儲層頂部與蓋層交替界面附近，應與蓋層裂縫中充填的方解石形成機理相同。

黃橋地區(qū)CO2含量80%以上的氣藏中，CO2的碳同位素約為-4.1‰～-1.7‰[19,29](圖6)，這些海相地層中高純CO2氣藏的主要碳來源為深部流體活動，而在志留系墳頭組和新近系鹽城組產出的CO2碳同位素值相較偏低，可達-10.6‰，這是由于部分有機成因氣的混入[24]。而黃橋地區(qū)大隆組裂縫中充填的方解石碳同位素在-11.4‰～1.2‰，通過方解石碳同位素和樣品所在位置環(huán)境計算得到的與其平衡的CO2碳同位素值為-16.7‰～-3.4‰(圖6)，整體與現(xiàn)今產出天然CO2的碳同位素值相近，部分數(shù)據(jù)相較偏輕，表明其主體碳來源為本地區(qū)產出的CO2，在方解石形成過程較輕的碳先發(fā)生了沉淀，同時不排除可能受到其他碳來源的影響，如有機質分解和碳酸鹽巖的溶解，在方解石脈中找到的油氣包裹體也可以證實富CO2流體活動過程中攜帶了油氣的現(xiàn)象[17]。因此形成方解石的碳同位素分布范圍更寬一些，但主要來源于大規(guī)模深部CO2流體活動。

圖6 蘇北盆地黃橋地區(qū)大隆組泥巖中方解石脈計算平衡CO2和天然CO2碳同位素隨深度變化Fig.6 Carbon isotopes of natural CO2 and calculated equilibrium CO2 in the calcite veins changing with depth in the mudstone of the Dalong Formation in Huangqiao area，North Jiangsu Basin

黃橋地區(qū)大隆組泥巖在巖石學上并未見明顯溶蝕作用，并起到了有效封蓋其下部油氣的作用，表明大規(guī)模富CO2流體的充注和反應并未給泥巖蓋層造成實質性破壞作用，反而以方解石充填微裂縫的形式，增強了蓋層的有效性。方解石的形成可以是流體中運移而來的Ca離子與CO2直接發(fā)生反應形成，如公式(3)所示，也可以是富鈣元素的粘土礦物與富CO2流體相互作用形成的。

(3)

CO2流體充注儲層引起上覆泥巖蓋層中發(fā)生方解石沉淀的現(xiàn)象，在美國天然CO2氣藏和人工注入CO2的工程中均有觀察到。美國猶他州綠河地區(qū)天然CO2氣藏，CO2充注Navajo砂巖儲層事件發(fā)生在10萬年前左右，而富CO2鹽水流體在10萬年間侵入蓋層造成碳酸鹽巖礦物的溶蝕和再沉淀現(xiàn)象，影響距離僅為7 cm[15]；美國西南密西西比地區(qū)，人為地向Cranfield早白堊世砂巖層持續(xù)注入CO2，注入一年后，在其上覆的泥巖蓋層巖心樣品中形成了次生方解石膠結物，無泄露[30]，均證實了富CO2流體充注后能夠引起泥巖蓋層的碳酸鹽礦物沉淀。碳酸鹽巖礦物充填孔隙和裂縫，能夠降低蓋層的物性，同時提高其封蓋能力。

5 地層流體對巖石溶蝕-充填作用的影響因素

地質條件下，流體與巖石相互作用過程是一個動態(tài)變化的地球化學行為，受到多種環(huán)境條件的控制和約束，如溫度、壓力、開放/閉合流體環(huán)境、原始巖石組分等。通常來講，低壓條件下，CO2溶解度隨著溫度的升高而降低，而在高壓條件下，CO2溶解度隨著溫度的升高先降低后升高，同時高溫能夠促進水巖反應的速率[31-33]。深部來源富CO2流體通常攜帶較高的熱能，能夠提高反應效率[46-47]。另一方面，流體和巖石的化學反應過程本身對壓力的變化不敏感，但壓力的升高能夠導致CO2等氣體的溶解度升高，相應的流體的pH值降低，因此壓力的升高可以間接增強流體對巖石的溶蝕作用。本研究區(qū)CO2氣藏為深部來源，其儲層中的溶蝕和充填作用導致的物性變化充分體現(xiàn)了富CO2流體活動帶來的影響。

開放/閉合的流體環(huán)境和原始巖石礦物組分也是影響地層流體與巖石相互作用的重要因素。常見的開放流體環(huán)境多發(fā)生在多組分地層流體沿地質通道(斷裂或儲層孔隙)運移過程中，以CO2過飽和的酸性地層流體為例，運移過程通常伴隨著對圍巖的溶蝕作用，并攜帶溶蝕釋放的離子等物質共同運移；而在有效圈閉的蓋層下，多組分地層流體充注并穩(wěn)定之后，通常會形成一個封閉的流體環(huán)境，這種環(huán)境下水巖反應消耗流體中氫離子，流體pH值發(fā)生變化，流體礦化度升高，系統(tǒng)較易達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)。同時，圍巖的礦物組成對水巖反應速率有著至關重要的影響，不同礦物的熱力學性質不同，反應速率也不盡相同。碳酸鹽礦物的溶蝕速率整體高于硅鋁酸鹽礦物[34-37]。以富CO2地層流體為例，封閉條件下，若圍巖中含有方解石，則方解石首先與富CO2流體發(fā)生快速反應，消耗氫離子，減弱流體酸性，釋放金屬離子，起到了酸性緩沖劑的作用[38-39]，對礦物的沉淀有重要的貢獻。

沉淀作用發(fā)生的決定性因素是流體中相關離子的濃度是否達到了礦物飽和度。地層流體中金屬離子和相關陰離子的富集可以來源于外部流體攜帶，也可以來源于水巖相互作用過程中釋放的離子。無論是在上述哪種條件下，水巖系統(tǒng)達到了某種礦物的飽和度，則可以發(fā)生礦物沉淀[40-42]。

實際地質條件下的地層流體-巖石相互作用是一個多因素控制的復雜動態(tài)過程。地層流體垂向運移時面臨溫度壓力的變化；地層流體運移、充注和成藏過程是一個流體環(huán)境開放到閉合的過程；流體充注引起地層壓力升高，易形成斷裂，造成流體環(huán)境閉合到開放發(fā)展；巖石礦物分布的非均質性引起反應速率的非均質性等。因此在實際研究中應根據(jù)具體地質背景，確定主控因素，考慮多種因素影響下的地層流體對巖石改造作用。

6 應用前景

查明富CO2流體對油氣儲蓋系統(tǒng)的改造作用，不僅為富CO2的油氣藏成藏機制提供重要信息，也可以為CO2地質封存和CO2驅油氣的利用方面提供重要基礎。

中國東部含油氣盆地中大多發(fā)育CO2氣藏，如松遼盆地、渤海灣盆地和鶯歌海盆地等[43-45]。以本研究中黃橋地區(qū)為例，富CO2流體沿儲層通道運移過程中溶蝕長石等礦物，形成溶蝕粒間孔和溶蝕粒內孔，增加了孔隙空間，而攜帶溶蝕作用產物到達封閉環(huán)境時，易發(fā)生沉淀作用，在蓋層附近，則沉淀作用可以提高蓋層的封蓋能力[48]。這一改造過程為油氣的充注成藏提供了良好的環(huán)境。但不同地區(qū)CO2充注期次、油氣充注期次、斷裂和地層發(fā)育情況不盡相同，需針對具體地區(qū)情況進行分析。

在CO2地質封存和利用方面，富CO2流體對巖石的改造作用為CO2長期安全封存和CO2注入目標層位選擇提供參考。在CO2封存目的層位選擇過程中，除了常規(guī)的埋深、物性特征、蓋層發(fā)育情況等參數(shù)，還可以考慮儲層和蓋層的礦物組成，富含長石的碎屑巖在CO2充注后通常被溶蝕形成次生孔隙，且可以為后期形成片鈉鋁石等碳酸鹽礦物提供物質來源，以礦物形式“固碳”[7,11,27]。而蓋層中富含微量的方解石，可以對富CO2流體起到緩沖酸性的作用，降低溶蝕作用對泥巖蓋層的影響，從而利于封存和利用的長期安全性。

7 結論

1) 黃橋地區(qū)龍?zhí)督M儲層砂巖巖石類型以長石/巖屑石英砂巖為主，句容地區(qū)以長石巖屑砂巖為主。富CO2流體改造后的砂巖儲層中石英的相對含量升高。

2) 黃橋地區(qū)富CO2流體與長石等礦物相互作用，導致長石含量降低，形成片鈉鋁石+次生石英+高嶺石的特征次生礦物組合；句容地區(qū)不發(fā)育片鈉鋁石，且次生石英含量不高。

3) 黃橋地區(qū)產CO2的龍?zhí)督M儲層砂巖的物性最好，句容地區(qū)儲層物性較差。富CO2流體對砂巖中長石等礦物的溶蝕作用，是使其物性變好、增加儲層孔隙空間的最主要控制因素。

4) 黃橋地區(qū)泥巖蓋層發(fā)育充填方解石的微裂隙，碳同位素證實其主要來源為大規(guī)模深部CO2流體，方解石沉淀充填作用增強了蓋層的封蓋能力。