鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组白云岩储层水—岩反应特征分析

吴晓川

(西北大学 地质学系，陕西 西安 710069)



鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组白云岩储层水
—岩反应特征分析

吴晓川

(西北大学 地质学系，陕西 西安 710069)

[摘要]在岩溶型储层中，深埋白云岩储层储集空间的形成与水-岩反应密切相关，分析水-岩反应机理是揭示白云岩储集空间形成条件的基础。以鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组白云岩储层的多口钻井岩芯为研究对象，综合利用扫描电镜、电子探针等手段，研究矿物、岩石的物质成分和结构, 观察溶蚀孔隙和充填的次生矿物。再根据流体包裹体测温确定水-岩反应的温度。研究认为：鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组白云岩储层水—岩反应相关的主要成岩作用有准同生白云石化作用、溶蚀作用、矿物充填作用和压实-压溶作用。

[关键词]鄂尔多斯盆地；下古生界；白云岩储层；水—岩反应

近年来，与碳酸盐岩相关的大量油气藏被发现，揭示了古生代海相碳酸盐岩在油气勘探中的重要地位。水—岩反应是关乎碳酸盐岩储层孔隙演化的重要因素，国内外有许多这样的报道实例。由地质作用的复杂性，区域间的水岩反应情况不尽相同，当前的勘探实践表明，鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组为靖边气田的主力产气层。基于此，展开了鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组白云岩储层的水—岩反应特征研究。

1白云岩类储层岩石学特征

白云石交代方解石(或文石和镁方解石)的作用称为白云石化作用。白云岩是指白云石含量>50%的碳酸盐岩，由于其成因复杂，虽然长期以来不同的学者提出了许多模式来解释，但到目前为止还没有一种完全可以概括所有自然界中白云岩成因的解释模式。正因为如此，白云岩研究过程中同时提出了很多分类方案，但最有代表性的是按成分分类和结构-成因分类，而后者也是地质学家所推崇的分类方案。白云岩的岩石学研究是一切研究的基础，它可以提供很多成因上的信息，岩石学研究包括岩石成分、组分、结构及颗粒/胶结物之间的关系等的观察分析。目前国内外对白云岩进行结构-成因分类时，更加关注结构类型和特征的研究，因为不同的结构类型能区分不同环境中的白云岩及其白云岩化流体性质。在白云岩结构的描述中，不仅要关注晶体的大小，也要关注晶体形态特征和自形程度。

2白云岩超微结构分析

岩石微观结构分析可以了解碳酸盐岩晶体在三维空间的形态、白云岩化程度、孔隙形态、非碳酸盐岩矿物及岩石微观结构的改变程度，为白云岩成因及成岩作用研究提供一定的信息，扫描电镜是岩石微观结构研究最有效地手段。本次研究获得扫描电镜样9件，获得扫描电镜照片100多张，为马家沟组白云岩微观结构分析提供了丰富的资料。使用仪器为扫描电子显微镜JSM-5500LV、X-射线能谱仪 QUANTAX400，测试条件：温度，20℃，湿度，50%。扫描电镜微观结构分析表明，马家沟组白云岩晶体中镶嵌板状石膏，也有石盐晶体附着于白云岩晶体之上(见图1)，白云石晶体间往往衬垫片状、丝状伊利石，说明在高盐度的环境下形成了这类白云岩。

图1　白云岩颗粒表面的食盐晶体

图2　砂糖状白云岩,晶间孔发育，连通性好

晶间孔发育的砂糖状白云岩晶体形态并非完全的菱面体，而粉细晶白云岩中同样发育较好的晶间孔(见图2)，这些特征表明该类白云岩形成于相对较高的温度；岩石晶面不仅发育各种微孔、而且发育溶孔(见图3)，溶孔中充填六方双锥的石英，表明后期经过非海源流体的改造；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复三方偏三角面体，次生白云石为特征的菱面体，晶间孔发育，表明这种后期形成的方解石和白云石往往具有很好的晶型，同时也说明该类碳酸盐岩形成于较低的温度环境下。晶体的这些微观结构特征提供了岩石形成的环境及可能经历后期改造的一些信息，为岩石成岩作用及其成因的分析提供了一些佐证。

图3　白云石晶体表面的溶孔，微孔

图4　鄂尔多斯盆地马家沟组马五段白云岩能谱图

利用元素的X射线光子特征能量属性对白云岩的成分进行了分析，图为白云岩EDS分析的照片(见图4)，分析显示白云岩样品CaCO3、SiO2、MgO为主要矿物，有时有石盐等晶体覆盖在表面或溶蚀孔中有再生石英等情况发生。

3水-岩反应的机制初探

流体动力学、流体地球化学是对流体和流体岩石相互作用的主要研究手段，流体与岩石的相互作用是当代研究流体作用的重心之一,国际、国内均非常重视。当前对盆地流体同岩石的相互作用的研究主要集中在：矿物的溶解和沉淀、无机作用于有机作用、离子的转移、吸附与置换等。从深部断裂或岩浆侵位带来的热液流体流经碳酸盐岩储层时，热液与围岩相互作用并形成一定的矿物序列。实际上在流体较为活跃的沉积盆地中，与流体活动紧密相关的热液白云岩已经屡见不鲜，岩浆活动是造成盆地热液流体活动的主要原因。

鄂尔多斯盆地内流体对马家沟组碳酸盐岩的物性改造主要基于物质和能量交换这两种方式，发生的主要成岩作用有充填作用、溶蚀和交代作用。如下表所示，对于样品白云石内的流体包裹体测温可以得出此类白云石重结晶的温度在90℃左右(表1)，重结晶的温度不算高。由此可以推测白云岩的生成在温度较低的环境中。

表1　鄂尔多斯盆地马家沟组包裹体测温数据表

3.1溶蚀作用

溶蚀作用在三大岩类中均有出现，但是碳酸盐岩的化学性质十分活泼，溶蚀作用会影响碳酸盐岩的整个成岩过程，其岩溶方式随着埋深的逐渐增加可依次分为同沉积岩溶、表生岩溶、风化壳岩溶以及埋藏岩溶等。延101井、延106井的实例分析表明，马家沟组的白云岩不仅同时存在上述岩溶作用，而且具有热液流体参与的白云岩溶蚀作用。热液流体对白云岩的溶蚀改造主要体现在两个方面：一是由于流体性质为酸性，能与白云岩储层发生较为强烈的化学反应；二是热液流体自身携带的大量热能，进入白云岩储层后，既能导致围岩成分的变化还具有增温作用促使溶蚀反应的快速进行。

3.2交代作用

交代作用是物质交换的体现。流体所携带的物质同碳酸盐岩进行交代时，不仅能引起矿物自身成分的改变，亦能使交代后新生成的矿物占位空间的变化，并引起碳酸盐岩储集层的孔渗性变化。很显然，这种变化会因为交代方式的不同而导致储层物性的多方位变化。一些交代作用促使矿物的体积缩小，大大的提高了白云岩的物性，然而某些情况下会使新交代的的矿物体积增大明显，从而破坏了先前的储集能力。

3.3充填作用

孔隙裂缝的充填作用是对白云岩储层物性破坏的重要成岩作用之一，随着时间的推移，流体温度的不断降低，交代作用的不断发生，大量的次生矿物从之前的溶蚀孔缝类结晶出来，如方解石、天青石等矿物等，侵占了一部分原有的孔隙空间，从而对储层的储集性能造成了一定程度的破坏。

4结语

本文通过对鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组白云岩储层的研究取得了以下几点认识：

在前人研究的基础上，运用最新的地层资料分析马家沟组碳酸盐储层沉积期间主要处于潮坪沉积环境，其中潮上云坪为最有利于优良储层形成的相带，岩石类型主要为泥微晶白云岩、细晶白云岩、溶塌角砾状白云岩、泥晶灰云岩等，由于去云化作用的强烈，存在有大量各种晶级的次生灰岩，其原岩为膏岩、霄云岩，通过灰化交代形成次生灰岩。

鄂尔多斯盆地马家沟组的白云岩储层具有极为复杂的成岩的过程，重点剖析了白云岩储层成岩作用期次和特征，其中包括准同生白云石化作用、溶蚀作用和矿物充填作用和压实—压溶作用。

通过对薄片孔隙描述、扫描电镜以及EDS分析、流体包裹体测温分析研究等，初步了解了水-岩反应作用的机理和深部流体的成分、性质和来源。

参考文献

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[中图分类号]TE122.2+3

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)02-0196-02

[作者简介]吴晓川(1991-)，男，重庆铜梁人，在读硕士研究生，主攻方向：地震资料解释。

[收稿日期]2016-01-10