廊固凹陷马家沟组潜山白云岩储层特征及成因

薛辉

（中国石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北 任丘 062550）

廊固凹陷马家沟组潜山一直以来都是油气勘探的重点领域［1-5］。但由于埋藏深度大、构造条件复杂、储层非均质性强，多年来勘探成效有限。近年来通过精细构造解释、创新成藏模式、强化沉积储层研究，部署了多口探井，在马家沟组潜山白云岩储层中均获得高产工业油气流，显示出良好的勘探前景。前人将白云岩储层笼统分为颗粒和晶粒2种类型［6］，而对于白云岩储层成因，则几乎没有涉及，因此，分析潜山白云岩储层特征及成因机理对下一步油气勘探具有重要意义。通过对区内8口取心井岩心描述，结合大量薄片鉴定和各种分析测试资料，对廊固凹陷马家沟组潜山白云岩的岩石学特征、地化特征进行分析，探讨白云岩储层成因模式，为该区下一步油气勘探部署提供理论依据。

1 地质概况

廊固凹陷位于渤海湾盆地冀中坳陷北部，是一个受区域拉伸，并伴有走滑作用形成的箕状凹陷，整体具有西断东超、南升北降的构造格局［7-8］。研究区潜山地层从奥陶系到前寒武系，发育齐全，受加里东运动影响，发生2次大规模抬升，风化剥蚀强烈，岩溶古地貌具有北东新、西南老的特点。研究区奥陶系马家沟组与上覆二叠系不整合接触，在马家沟组沉积时期主要发育开阔台地和局限台地相。根据岩性不同，自下而上可以分为6段（见图1）。其中：马一、马三、马五段以白云岩为主，夹灰岩和石膏岩，白云岩类型多样，呈浅灰色—灰色，中—厚层沉积；马二、马四、马六段主要发育灰岩，呈灰色—深灰色，厚层沉积；马三、马五段潜山白云岩储层厚度大，物性好，储集空间以晶间孔、粒内孔、粒间溶孔、裂缝为主，是全区最重要的油气生产层段。

图1 廊固凹陷奥陶系马家沟组沉积相综合柱状图

2 白云岩储层特征

2.1 岩性特征

依据白云岩原岩结构的保留程度［9］，可将研究区白云岩分为保留残余结构的白云岩和无法辨别原始结构的白云岩，前者包括泥晶白云岩和砂屑白云岩，此类白云岩继承了原岩的结构［10］。泥晶白云岩主要分布在马一段、马三段，呈浅灰—灰色，薄至中层为主，纹层状。薄片观察发现，此类白云石晶粒细小，一般小于0.05 mm，呈半自形—他形结构，见鸟眼构造、石膏假晶（见图2a），晶面比较污浊，岩性致密，晶间孔和晶间溶孔不发育，局部见裂缝和溶蚀孔隙，但常被方解石和泥质填充（见图2b）。砂屑白云岩中砂屑结构明显，原始轮廓清晰，呈悬浮接触（见图 2c），粒径 0.1～0.3 mm，磨圆度较差，次棱角—次圆状，砂屑成分主要为粉—细晶白云岩，砂屑间多被泥晶白云石充填。

无法辨别原始结构的白云岩多为结晶白云岩，此类白云岩白云化程度较高，岩石以粉—细晶白云岩为主，少量为中—粗白云岩。粉—细晶白云岩存在自形和他形2种：前者在马家沟组潜山储层中较为常见，斑状分布，晶面污浊，镶嵌接触，晶粒结构明显，自形程度较高，此类岩石白云岩化后孔隙发育，主要有晶间孔、晶间溶孔，少量粒间孔和粒内溶孔（见图2d）；粉—细晶他形白云岩，晶面明亮，自形程度较差，部分晶体见雾心亮边，隐约见残余影像结构，见晶间孔和小型微裂缝，但多被方解石填充。中—粗晶白云岩可分为2类：一类晶粒粗大，以自形—半自形为主，镶嵌接触，常与裂缝或孔洞伴生（见图2e），晶间孔发育；另一类为典型的鞍型白云石，晶面弯曲，在正交偏光镜下见波形消光（见图2f），多见溶蚀孔洞和裂缝。

图2 廊固凹陷奥陶系马家沟组不同类型白云石岩相学特征

2.2 物性特征

本区白云岩储层总体上表现为低孔、低渗特征（见表1）。孔隙度0.17%～24.50%，小于3.00%的样本占总数的78.3%，平均孔隙度2.79%；渗透率变化范围大，分布在 1.00×10-6～4 916.00×10-3μm2，平均 0.62×10-3μm2。研究区孔渗关系复杂，潜山白云岩储层原始的储集空间经过重结晶、白云岩化、构造岩溶等次生作用的改造［11］，形成由孔、缝、洞组成的相互连通的复合储集体。从Wg4井可以看出，潜山白云岩储层孔隙度并没有随深度的增大而减小（见图3），说明白云岩储层物性受埋藏压实破坏作用影响较小，在深潜山仍能保留大量早期形成的裂缝和孔洞［12］，形成中孔高渗储层。

表1 不同晶粒白云岩储层物性对比

受后期交代和重结晶作用的影响，不同晶粒白云岩储层物性差异较大（见表1）。其中：粉—细晶白云岩储层物性最好，为最有利的岩石类型；中—粗晶白云岩晶间孔隙多由于后期压实或胶结物充填而消失，孔隙度、渗透率均比较差，为中等储集岩；泥晶白云岩晶间孔隙微小，岩性致密，为差储集层。

图3 Wg4井奥陶系潜山孔隙度特征

2.3 分布特征

根据岩心及野外露头宏观观察，结合微观分析化验等资料，认为廊固凹陷马家沟组潜山白云岩储层具有2种分布特征。

2.3.1 区域层状分布

已钻井资料显示，研究区潜山白云岩纵向上发育2套层状储层，连续性较好，分别为马五段—马四段上（①号储层）、马三段（②号储层）（见图4）。①号储层距离潜山顶面0～250 m，该套白云岩长期遭受风化剥蚀，淡水淋滤和表生岩溶等改造作用明显，白云岩晶粒较粗，多发育粉—细晶白云岩，含少量中—粗晶白云岩，储集空间类型多样，多为溶孔、溶洞、构造溶蚀缝，储层物性较好。②号储层受区域性潮坪环境影响，水动力较弱，缺乏生物活动痕迹，沉积物以泥晶白云石为主，岩性致密，储集空间以晶间孔为主，含有少量构造微裂缝，储层物性较差。

2.3.2 局部块状分布

潜山白云岩储层受构造、古地貌、后期成岩等改造作用，造成储层差异性发育。在层状分布的基础上，储集空间和物性在横向上变化强烈，局部块状分布，规模不大，具有较为独立的储渗单元和缝洞单元。研究区局部块状储层主要分布在马一段和马四段中部。其中：马一段储层主要分布在An3井区附近，该区为水动力较强的颗粒滩沉积环境，波浪淘洗作用充分［13］，沉积物以砂屑为主，原生孔隙发育，后期岩溶和白云石化双重作用的改造，造成储集空间多为晶间孔、晶间溶孔，孔渗性能较好。马四段中部好储层分布在An1井区，该区受河西务大断层和杨税务大断层夹持的地垒潜山，裂缝发育，在地层抬升过程中遭受风化剥蚀和表生岩溶，使得马四段中部白云岩储层发育大小不一的溶蚀孔洞缝，为后期流体活动提供渗流通道，促进白云岩化作用和热液溶蚀作用发生，大大改善了储层物性。

图4 廊固凹陷奥陶系马家沟组Wg2—Jn3连井剖面储层分布

3 成因分析

通过对马家沟组潜山白云岩储层特征的分析，结合本地区构造演化、沉积相和地球化学特征，认为研究区存在以下4种白云岩成因模式。

3.1 准同生期白云岩化模式

准同生期白云岩主要分布在马三段，岩性主要为泥晶白云岩，较好保留了原生沉积结构，如泥质条带、石膏假晶等。薄片观察未发现生物活动痕迹，见膏岩等蒸发岩类，说明气候干旱，水体较浅，蒸发作用强烈，为典型的潮上带蒸发沉积环境［14］。

泥晶白云岩中的钙镁质量分数比（w（Mg）/w（Ca））最高，具有较高的碳氧同位素值（见图5）和Sr质量分数（w（Sr））（见表 2）。泥晶白云岩 δ13C 分布在 0.5‰～1.9‰，平均 1.2‰，δ18O 分布在-5.5‰～-4.6‰，平均-5.1‰，均大于当时正常海水的碳氧同位素值，这说明此类白云岩为封闭条件下形成，且形成过程中没有淡水的加入。该类泥晶白云岩有序度低，平均为0.56，说明白云岩结晶速度较快，且岩性致密，呈纹层状薄—中层产出，进一步说明是准同生白云岩化作用的结果。

图5 不同类型白云岩碳、氧同位素交会

表2 奥陶系马家沟组地球化学特征

3.2 回流渗透白云岩化模式

回流渗透白云岩主要为粉—细晶他形白云岩。在奥陶系马家沟组时期，研究区属于碳酸盐岩台地相，海平面周期性的下降，使台地环境受限，蒸发作用强烈，再加上海水连通性差，富镁的卤水在重力作用下向下渗透（见图6），构成回流渗透白云化模式。

图6 廊固凹陷奥陶系马家沟组潜山白云岩成因模式

此类白云岩具有较高的Mn2+和Fe2+，说明形成于地下还原环境［15］。薄片观察发现，此类白云岩晶粒较粗，有序度较高，为0.62，说明结晶速率较快，碳氧同位素较高，但比准同生白云岩稍低，表明二者的白云岩化流体具有相似性，都为蒸发浓缩作用形成的高盐度卤水。岩心观察发现，此类白云岩多位于准同生白云岩下方，即上覆的地层岩性多为准同生的泥晶白云岩，与早期准同生环境形成的富镁高盐度卤水一起向下渗流，使台地内沉积物发生白云岩化［16］。

3.3 混合水白云岩化模式

混合水白云岩晶粒较粗，主要以粉—细晶自形白云岩为主，含有少量砂屑云岩。奥陶系马家沟组沉积时期，海平面发生3次区域性下降，使碳酸盐岩台地边缘周期性暴露，风化剥蚀和大气淋滤形成的大量溶蚀孔缝，为大气淡水与海水混合并向下渗流提供条件，特别在研究区马五段，岩心薄片多见碎屑颗粒被选择性溶蚀，证实有流体活动痕迹。

混合水白云岩δ13C和δ18O具正相关性，即δ13C值随δ18O值的增大而增大。δ13C值分布在-6.87‰～0.56‰，平均值-3.42‰；δ18O呈明显负值，分布在-9.35‰～-6.86‰，平均-7.51‰。同时对比7个样本数据发现w（87Sr）/w（86Sr）比值介于 0.706 42～0.710 28，平均值为 0.709 85，明显大于同时期的海水，说明成岩环境具有开放性，反映有大气淡水携带放射性Sr的加入［17］。同时，马五段粉—细晶自形白云岩 w（Mg）/w（Ca）值接近于 1，说明混合水白云岩化进行较为彻底。

3.4 埋藏白云岩化

埋藏白云岩晶粒粗大，主要为中晶及以上晶级，晶内洁净，晶形较好。从表2可以看出，中—粗晶白云岩有序度最大，最大值0.78，说明形成的白云岩晶体成核速度缓慢。δ13C为低正值，δ18O为高负值，Fe，Mn质量分数高，说明沉积环境封闭，是还原条件下的产物［18］。

研究区埋藏白云岩分布局限，集中分布于马一段。该层段温度和压力均较高，有利于白云岩化的持续进行［19］。白云岩晶粒大小和自形程度不一，具有波形消光和晶面弯曲，说明成岩流体为残留在上覆地层中的高盐度的流体［20］。在压实作用下，进入到邻近的灰岩地层或早期形成的白云岩地层，对原始结构进行强烈的交代。薄片观察发现，此类白云石压溶缝合线构造发育，且白云岩沿缝合线富集，越靠近缝合线白云石化作用越强，晶粒越粗，说明在埋藏条件下，富Mg白云石化流体供给有限，造成原岩局部发生交代。白云岩样品中也见到少量马鞍状晶形结构，说明在深埋条件下受温度和压力的影响，导致晶体生长格架变形。

4 结论

1）廊固凹陷马家沟组潜山白云岩存在保留残余结构和无法辨别原始结构2种类型。白云岩岩性可进一步细分为泥晶白云岩、砂屑白云岩、粉—细晶白云岩和中—粗晶白云岩4种类型。

2）白云岩储层物性整体上表现为低孔、低渗特征，局部发育中孔、高渗储层，存在裂缝孔隙型和岩溶缝洞型2种储层类型。不同晶粒白云岩储层物性差异较大，储层分布具有区域性层状和局部块状特征。

3）准同生期白云岩是泥晶白云岩的形成模式，形成于潮上带蒸发环境；回流渗透白云岩主要为粉—细晶他形白云岩，多分布在准同生白云岩下，为富镁的高盐度卤水向下渗流形成；粉—细晶自形白云岩和砂屑白云岩主要为大气淡水与海水混合形成；埋藏白云岩化是中—粗晶白云岩成岩模式，分布局限，受高温高压作用形成，具有δ13C低正值、δ18O高负值、有序度高等特征。