中国的白云岩与白云岩储层:分布、成因与控制因素
2020-03-06何治亮马永生张军涛朱东亚钱一雄陈代钊
何治亮,马永生,张军涛,朱东亚,钱一雄,丁 茜,陈代钊
(1.页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京 100083; 2.中国石油化工股份有限公司,北京 100728; 3.中国石化 石油勘探开发研究院 构造与沉积储层实验室,北京 100083; 4.中国科学院 地质与地球物理研究所 油气资源研究重点实验室,北京 100029)
“白云石(岩)问题”(dolomite problem)是地质学中的世纪难题,其内涵为“地质时代广泛发育,但是现代沉积很少出现。常温常压下实验室无法合成白云石[1-3]。”1791年,法国地质学家Deodat Dolomieu在意大利北部的多洛米蒂山发现并命名了白云岩,由此拉开了白云岩研究的序幕[4]。两百余年来,各种有关白云岩成因的学说风起云涌,却始终未能完全达成共识。由于白云岩中常常发育丰富的各类孔隙,它们可作为优质的油气储集空间,因而引发起石油地质学家和油气工业界浓厚的兴趣[2,5-7]。
中国白云岩研究起步相对较晚,但也有八十余年的历史。中文的“白云岩”一词来源于日本地质学家横山又次郎的《地质学》(1895),由张相文于1909年编译引入。李春昱、高振西和黄汲清等地质学家曾在1936—1938年的文献中先后提及白云岩。在20世纪中叶,各种白云岩成因学说如火如荼之时,中国的白云岩研究却陷入了漫长的沉寂期。20世纪80年代前,中国关于白云岩的专门论著仅有10篇左右。之后,随着中国海相油气先后取得一系列的重大发现,中国白云岩研究开始迎来真正的春天,每年都能发表10篇以上的白云岩论文。近二十余年来,随着靖边、普光-元坝及安岳等大型白云岩气田的发现[8-10],中国白云岩领域的研究无论是在理论上还是在实践中都取得了可喜的成果;尤其是在埋深大于4 500 m的深层,甚至大于6 000 m的超深层白云岩中发现了优质的白云岩储层,颠覆了前人认为深层不太可能存在有效储层的认识,初步揭示了深埋条件下白云岩中储集空间形成与保存的机理[11-13],标志着中国白云岩研究迈入到世界先进行列。
纵观近百年历程,中国的白云岩以及白云岩储层研究和勘探实践目前已渐入佳境,成果丰硕,可圈可点,但系统讨论、回顾和总结中国白云岩和白云岩储层的论著或专辑并不太多。本文试图通过梳理中国白云岩和白云岩储层发育展布及成因机理等研究现状,来展示先驱者已有的研究成果,并与本专辑的其他作者一起,共同推进中国白云岩与白云岩储层的研究工作,以期能为后来者的相关研究提供引玉之砖。
1 中国白云岩(石)时空分布
中国是世界上少有的几乎每个地质时代都有白云岩分布的国家。从华北地区的元古宇到第四系的盐湖沉积物,各个层系都能见到各种类型的白云岩(石),但白云岩在层位和区域上分布极度不均,类型上也有明显差异(表1)。
1.1 元古宇白云岩
中国最古老的白云岩位于山西五台山地区的2.2Ga古元古界滹沱系南台组之中。南台组之上同为滹沱群的大石岭组和东冶亚群开始出现厚层的白云岩[43-44]。华北板块克拉通化之后的古元古代晚期,随着以燕辽拗拉槽为代表的克拉通内裂谷和拗陷的形成,形成了第一套区域性碎屑岩与碳酸盐岩地层。长城系团山子组和大红峪组中发育以铁质和砂质为主的白云岩,偶见有叠层石白云岩。
到中元古代蓟县纪,白云岩已成为华北地区(包括鄂尔多斯盆地)地层中最主要的岩石类型,尤其以叠层石白云岩最具特色(图1a);白云岩经过后期多次改造溶蚀,成为渤海湾盆地任丘油田最重要的一套储集层。在中扬子和云南地区,中元古界的神农架群和昆阳群也都发育有厚层的白云岩[40-41]。
上元古界青白口系和南华系中白云岩含量明显减少。青白口系以页岩、砂岩和灰岩为主,但在中祁连和燕山东翼也曾发现白云岩[39]。南华系以冰碛岩、页岩和粉砂岩为主,在南沱组也曾见到少量白云岩[38]。
上元古界震旦系又是一个发育白云岩的层系。盖帽白云岩是震旦系下部的标志层,全球范围内具有很好的可对比性。扬子地区陡山沱组和塔里木地区特瑞爱肯组都有这类白云岩[37]。震旦系上部普遍发育藻白云岩,如中、上扬子地区的灯影组和塔里木盆地的奇格布拉克组(图1b,c)。其中,灯影组藻白云岩是威远气田和安岳气田的一套重要的油气储层。
表1 中国白云岩分布层系与地区Table 1 Distribution of dolomite along strata and across areas in China
1.2 下古生界白云岩
下古生界是中国白云岩最为发育的层系之一,由老到新呈现出白云岩含量先增加后逐渐减少的趋势。中、上寒武统白云岩最多,奥陶系次之,志留系白云岩明显变少。
寒武系白云岩主要分布于第三统和芙蓉统,纽芬兰统和第二统白云岩还不是主要岩性。中、上扬子地区和塔里木地区纽芬兰统以页岩、磷块岩和硅质岩为主,仅见少量白云岩。扬子、华北和塔里木地区寒武系第二统既有碎屑岩,也有白云岩。扬子地区龙王庙组白云岩开始大量出现,为颗粒白云岩和粉晶白云岩(图1d)。塔里木盆地的肖尔布拉克组出现了一套从盆地到台地边缘再到开阔台地、局限台地的岩相组合,以各类微生物白云岩为特色。第三统和芙蓉统,白云岩成为三大克拉通地区最主要的岩性。华北地区(含鄂尔多斯盆地)的徐庄组、张夏组、崮山组、长山组和凤山组,以及扬子地区的娄山关组和洗象池组都含有大量的白云岩;塔里木盆地的丘里塔格下亚群也主要为白云岩,类型有颗粒白云岩、藻白云岩和晶粒白云岩等。
奥陶系白云岩分布与寒武系正好相反,下奥陶统白云岩最多,向上逐渐减少。塔里木盆地下奥陶统蓬莱坝组主要为厚层白云岩,鹰山组下部夹白云岩,上奥陶统灰岩中偶见白云石斑块。华北地区与塔里木盆地类似,下奥陶统冶里组、亮甲山组和马家沟组有大量的白云岩,西部的鄂尔多斯盆地以白云岩为主(图1e),而峰峰组之上则很少能见到成套的白云岩。扬子地区奥陶系白云岩主要分布于下统的桐梓组和红花园组。
中国志留系白云岩分布较少,仅在扬子地区以及酒西鸭儿峡油田和云南哀牢山见到白云岩[32-33]。宁蒗地区上志留统竹地组见到了厚层白云石,其具有良好的储集性能。
图1 中国典型白云岩类型Fig.1 Typical dolomite types in Chinaa.粉晶白云岩,溶孔被石英白云石充填,白云石具有环带结构,蓟县系雾迷山组,北京得胜口;b.藻白云岩,溶孔被放射状(皮壳状)白云石充填,震旦系灯影组,四川范店;c.藻白云岩,藻粘结呈团块状分布,亮晶白云石充填,震旦系灯影组,四川范店;d.鲕粒白云岩,鲕粒多粉-细晶白云石,部分鲕粒及粒间、晶间发育孔隙,寒武系龙王庙组,YD2井,四川盆地;e.藻白云岩,发育裂缝,裂缝内有硬石膏充填,奥陶系马家沟组,D50井,鄂尔多斯盆地;f.细晶白云岩,具有雾心亮边结构,二叠系栖霞组,四川峡沟煤矿;g.颗粒白云岩,粒间为硬石膏充填,三叠系嘉陵江组,D11井,四川盆地;h.藻白云岩,藻粘结白云石多为泥晶,三叠系雷口坡组,YS1井,四川盆地;i.泥质白云岩,水平层理发育,由富含有机质的泥 质纹层和泥晶白云石纹层构成,单偏光,古近系潜江组,WY11井,江汉盆地
1.3 上古生界白云岩
加里东运动之后,中国三大克拉通均遭受了较强烈的挤压和抬升剥蚀,泥盆系和石炭系分布较少,主要为阶段性海侵背景下的碎屑岩和碳酸盐岩沉积。泥盆系和石炭系的白云岩分布也较为局限。扬子地区泥盆系白云岩主要分布于川西北和滇黔桂湘地区,观雾山组是川西北取得新突破的重要目的层。石炭系白云岩主要分布于四川盆地东部,黄龙组是该区一套重要的储集层。在塔里木盆地和武威盆地下石炭统也有少量白云岩[31,45-46]。
二叠系白云岩在四川盆地分布广泛,但时空分布不均。中二叠统栖霞组-茅口组白云岩分布于川西北、川南和川东的部分地区,主要为晶粒白云岩和颗粒白云岩,这也是新近取得天然气重大突破的层系,本专辑也专门讨论了这套白云岩储层。上二叠统长兴组生物礁白云岩主要分布于川东北地区,是普光-元坝地区重要的勘探目的层。准噶尔盆地西北缘的凤城组及准东地区的芦草沟组和红雁池组发育湖相白云岩,羌塘盆地也有白云岩分布[27,29]。
1.4 中生界白云岩
晚海西运动之后,塔里木、华北两大克拉通及周缘以陆相沉积为主。海相地层主要分布于扬子与青藏地区。中、上扬子地区的中、下三叠统成为白云岩发育的主要层段。其中,四川盆地的飞仙关组、嘉陵江组和雷口坡组都是与膏盐相伴生的以白云岩为主的层系,是四川盆地天然气重要的勘探层系,其白云岩类型有颗粒白云岩、泥-粉晶白云岩以及藻白云岩等。
侏罗系白云岩仅分布在羌塘盆地,有多种白云岩类型。在本专辑中,万利有等[25]重点讨论了羌塘盆地中侏罗统布曲组白云岩的成因。
白垩系白云岩发育在西藏措勤盆地的郎山组,主要为中-细晶白云岩和灰质白云岩[28];塔里木盆地西南坳陷上白垩统见海相白云岩。酒泉盆地白垩系陆相碎屑岩地层中夹湖相白云岩,岩性为纹层状泥晶原生含铁白云岩[25],银额盆地和松辽盆地也在白垩系钻遇到泥晶白云岩和层状白云岩、椭球状白云岩[21-22]。
1.5 新生界白云岩(石)
新生代中国大陆干旱-半干旱气候背景下,形成了一套含膏盐岩和碳酸盐岩的陆相碎屑岩沉积,多个盆地见到白云岩,是湖相页岩油和致密油潜在的勘探对象。中国东部渤海湾盆地的岐口凹陷[23]、泌阳凹陷[24]和潜江凹陷[19]古近系均见到了厚度不等的泥晶、泥质白云岩。柴达木盆地始新统[17]也发育湖相颗粒白云岩和泥晶白云岩。中国南海中新统和上新统中也发现了厚层海相白云岩,岩性有富铁的微晶和细-粉晶白云岩[47]。
最近十余年来,中国学者分别在多个现代盐湖中发现了白云石沉积物,如青海湖[18]和内蒙巴彦查干湖[19]。在西沙群岛现代生物礁沉积物中也检测出白云石[20]。
2 中国白云岩成因类型
中国的白云岩除了分布地域广、分布层系多外,白云岩类型和与之对应的白云岩化作用也丰富多彩。几十年来,国内外众多学者在中国开展了广泛且卓有成效的工作,先后发现了几乎所有国外已发现的白云岩类型。其中,报道得相对较多的白云岩化作用有微生物(生物)白云岩化、萨布哈白云岩化、回流渗透白云岩化、埋藏白云岩化、热液白云岩化和混合水白云岩化等(表2)。
2.1 微生物(生物)白云岩化
自20世纪末以来,McKenzie研究团队发表了一系列与微生物白云岩相关的研究成果,点燃了学界对微生物白云化作用研究的热情,也掀起了“原白云石(岩)”研究的高潮,成为近十年白云石(岩)研究的一个新热点[1]。
研究形成的主要共识包括:微生物活动能调节白云岩形成环境的酸碱度,增加流体的Mg/Ca比值,破坏Mg2+离子的水合作用,并能够为白云石析出提供质点(胞外聚合物)[1]。
国内学者报道的微生物白云石主要有4种类型:1)在古老层系中发现的有具有微生物形态的白云石[47];2)与微生物岩相伴生的白云岩,如灯影组和雷口坡组中的藻白云岩[14];3)具有微生物形态的湖相白云岩(石),如准噶尔盆地芦草沟组微晶白云岩[15];4)与生物潜穴特殊的微环境有关的白云岩化,如在华北地区奥陶系马家沟组和塔里木盆地奥陶系鹰山组-良里塔格组所见到的豹斑状白云质灰岩[16]。
表2 中国主要白云岩化类型与分布层系Table 2 Types of dolomitization and distribution of dolomites in China
2.2 萨布哈白云岩化
萨布哈白云岩化往往用来解释形成于蒸发潮坪、潟湖和局限台地中,与膏盐相伴生的白云岩。萨布哈是指海岸带蒸发潮坪和内陆干旱的盐泽地区,命名来源于阿拉伯海湾。萨布哈模式是强蒸发干旱环境下白云岩化的代表模式之一。萨布哈的水文环境被描述为由洪水充注、毛细管浓缩和蒸发泵吸3个连续的阶段组成[2-3]。
中国的萨布哈白云岩主要分布于三大克拉通的含膏层系之中,如四川盆地三叠系的飞仙关组、嘉陵江组和雷口坡组,塔里木盆地的中寒武统[48],以及鄂尔多斯盆地的马家沟组[49]。萨布哈白云岩一般具有较细晶体,多为泥-粉晶,呈层状产出,常见有硬石膏结核、纹层、石盐假晶、鸟眼和帐篷构造等。由于这类白云岩的沉积成岩环境与微生物活动密切相关,对其成因认识也有分歧,有人认为这类白云岩可能属于微生物白云岩的一种特殊类型。
2.3 回流渗透白云岩化
在缺乏蒸发盐矿物但白云岩较为发育的层段,往往被认为是浅埋藏期渗透回流白云岩化作用的产物。其基本原理为:随着蒸发作用的加强,卤水密度不断增大;这种与正常海水的密度差,引起对流和下渗;当这种高盐度富Mg2+离子流体渗入到灰岩地层中时,发生白云岩化,形成较大规模的白云岩地层[2-3]。
回流渗透白云岩化作用是中国古生界各层系中报道最多的白云岩化类型,如塔里木盆地寒武系[48],四川盆地的龙王庙组[50]和长兴组等[51],以及鄂尔多斯盆地南部奥陶系[52]等。回流渗透白云岩主要存在两种类型:一种为相对低能环境下形成的具层状粉-细晶结构的白云岩,其储集物性较差;另一种是形成于相对高能环境的具有颗粒或颗粒幻影结构的白云岩,其储集物性往往较好。
萨布哈白云岩化作用和回流渗透白云岩,在纵向上和平面上往往会互相叠置,构成区域上大套的白云岩层系,如塔里木盆地寒武系,鄂尔多斯盆地奥陶系,以及四川盆地寒武系-奥陶系和中、下三叠统等。
2.4 热液白云岩化
热液白云岩化是近年来备受关注的白云岩化类型。2006年,AAPG专门出版了热液白云岩储层专辑。经典的热液白云岩化模式认为,此类白云岩多与断裂关系密切,富镁的热液流体沿断裂上涌,当遇到上覆的致密岩层时,热液流体与围岩发生白云岩化作用,形成具有特殊结构、白云石晶体形态、伴生矿物和地球化学特征的白云岩。由于存在与热液活动相关的水力破裂、溶蚀和交代作用,热液白云岩常常具有良好的储集性能[53]。
热液白云岩的主要分布层位为四川盆地中二叠统[36,54],塔里木盆地震旦系和寒武系[35],以及上扬子地区灯影组[66]。其他地区和层系也有零星的报道。
热液白云岩中的白云石晶体较粗,溶孔和晶间孔发育,孔隙之中常见到鞍状白云石。但是热液白云岩往往分布比较局限,要形成大规模的储集体需要很多有利因素的良好匹配。
另外,还有一类准同生期的热水沉积白云岩,不同于前述后期的热液改造型白云岩,多见于湖相沉积物中,如新疆三塘湖盆地三叠系所发现的湖相喷流型热水白云岩[55]和二连盆地白音查干凹陷白垩系中与白烟囱型热水相关的白云岩[67]。
2.5 混合水白云岩化
混合水白云岩化是指两种对白云石不饱和的流体,如大气降水和海水,按一定比例混合后变得对白云石饱和,从而发生白云岩化作用。由于混合水白云岩化作用通常发生在较低盐度的海水中,以往多用来解释与礁滩相有关的白云岩化,如四川盆地二叠系[51,57]。
近年来,基于新的实验模拟和地球化学数据的重新解释,越来越多的学者对混合水白云岩化作用机理提出了质疑[2-3]。
2.6 埋藏白云岩化
不同于浅埋藏期的回流渗透白云岩化作用,埋藏白云岩化既是指埋藏过程中的白云岩化,也是指在早期形成的白云岩在埋藏阶段的调整。由于在深埋藏阶段,动力学障碍已经大为降低,白云岩化或白云岩再调整变得相对容易,也会促使白云岩的矿物学和地球化学特征发生重置,所以古老的白云岩,如塔里木盆地和鄂尔多斯盆地寒武系-奥陶系白云岩[58-60],往往会表现出埋藏白云岩的特征。
除上述主要的白云岩化作用类型之外,还有关于正常海水白云岩化、玄武岩淋滤白云岩化及淡水白云岩化的少量报道[61-62]。
由于侧重点的不同以及实验数据的多解性,同一层系的白云岩可能会被不同的学者解释成不同的白云岩化,这也从另一个层面说明了白云岩问题的复杂性。如四川盆地中二叠统白云岩,就存在热液白云岩化、混合水白云岩化和回流渗透白云岩化等多种解释。由于白云岩化往往是一个持续或断续的、复杂的过程,即使同一层系的白云岩也会经历多期次、多类型白云岩化作用的叠加改造。如塔里木盆地寒武系白云岩,就受到了萨布哈或微生物、回流渗透和多期热液白云岩化的影响,岩石结构和地球化学特征多变,对成因机理的认识就会出现明显分歧,犹如盲人摸象。
3 中国白云岩储层形成与保持控制因素
3.1 储层分布
白云岩是中国重要的油气储层(表3;图2)。中国三大海相气田(靖边气田、普光气田和安岳气田)储层均为白云岩。鄂尔多斯盆地的靖边气田,储层为下奥陶统马家沟组白云岩[63];四川盆地的普光气田以及同处开江-梁平陆棚边缘的元坝、龙岗和罗家寨气田,储层为上二叠统长兴组生物礁白云岩和下三叠统飞仙关组鲕粒白云岩[64-65];四川盆地的安岳特大气田,储层为震旦系灯影组和寒武系龙王庙组白云岩[68]。
在深层和古老层系之中,白云岩储层的重要性显得尤为突出。华北油田的潜山油藏,储层为中、新元古界的雾迷山组白云岩[70];四川盆地的威远气田,储层为震旦系灯影组白云岩[71]。最近,相继在大于6 000 m的超深层领域白云岩储层取得了重要油气发现。四川盆地元坝气田白云岩储层埋深达到6 200~7 300 m,川西气田雷口坡组白云岩储层埋深总体大于6 000 m,川北马深1井和川深1井在埋深大于8 000 m的灯影组也见到了优质的白云岩储层。塔里木盆地塔中地区中深1井也在深度6 400 m以深的寒武系发现优质白云岩储层,塔北地区的塔深1井在埋深8 000多米仍发育有优质白云岩储层[72,76-77]。
在湖相沉积中的白云岩也具有很好储集性能。如在准噶尔盆地西北缘风城组白云岩中持续获得重大突破[29]。渤海湾盆地北塘凹陷古近系沙河街组三段泥质白云岩,也是一套重要的油气储集层[23]。江汉盆地潜江组泥质白云岩是一套非常规油气储层[19]。
3.2 四种储层成因类型
中国的白云岩储层按照主控因素可以大致分为4种基本类型:相控准同生溶蚀型、面控表生溶蚀型、断控深埋改造型和深埋生烃溶蚀型(图3)。
1)相控准同生溶蚀型
原始沉积环境是这类储层最重要的控制因素。相控准同生溶蚀型储层多分布于高能沉积相之中,如台地边缘或中缓坡,川东北普光-元坝-龙岗气田的长兴组-飞仙关组、安岳气田的龙王庙组和川西的雷口坡组是典型代表。储层岩石多为礁白云岩、颗粒云岩和晶粒白云岩,储集空间类型有粒间孔、粒内孔、晶间孔和溶蚀孔洞。关键的成岩作用有浅埋藏期的回流渗透白云岩化作用和准同生期的大气淡水溶蚀作用,白云岩化在这类储层的形成和保持中起着重要的作用,能够改善储层的储集性能。另外,可能伴生微生物介导下的溶蚀与胶结作用,埋藏期有机酸的溶蚀作用、构造破裂与热液溶蚀-胶结作用也是常见的成岩作用。
表3 中国主要白云岩储层分布层系与孔隙类型Table 3 Strata and pore types of major dolomite reservoirs in China
图2 中国典型白云岩储层类型Fig.2 Typical types of Chinese dolomite reservoirsa.泥-粉晶白云岩,溶孔发育,蓟县系雾迷山组,天津蓟县(由李朋威提供);b.藻白云岩,溶孔发育,内有石英,沥青和白云石充填,震旦系灯影组四段,四川盆地南江桥亭剖面(由郝运轻提供);c.鲕粒白云岩,晶粒多为粉-细晶白云石,粒间、晶间发育孔隙,寒武系龙王庙组,YD2井,中扬子地区;d.粉晶白云岩,发育有硬石膏铸模孔,奥陶系马家沟组,D113井,鄂尔多斯盆地;e.细晶白云岩,发育晶间孔和晶间溶孔,奥陶系马家沟组,D50井,鄂尔多斯盆地;f.细晶白云岩,发育有裂缝,沥青充填,二叠系栖霞组,四川峡沟煤矿;g.细晶白云岩,溶孔发育,二叠系长兴组,D11井,四川盆地;h.颗粒白云岩,粒内溶孔发育,三叠系嘉陵江组,S1井,四川盆地;i.叠层石白云岩,叠层石间有溶孔发育,三叠系雷口 坡组,YS1井,四川盆地
2)面控表生溶蚀型
大型不整合面控制的表生期大气淡水溶蚀作用是这类储层最关键的成岩作用。典型的面控表生溶蚀型储层包括威远气田的灯影组四段,靖边气田的马家沟组,雅克拉、牙哈、英买力的上寒武统-下奥陶统,以及任丘油田的雾迷山组等。储层岩石和白云岩化作用类型多样,有晶粒白云岩、含膏白云岩和藻白云岩等。储集空间类型也具有多样性,有溶蚀孔洞、晶间孔和膏溶铸模孔等。随着岩溶时间的持续,后期的机械充填作用和化学胶结作用影响着这类储层的优劣。断裂的发育展布影响了白云岩岩溶作用的规模与深度,也为后期的热液改造提供了良好通道。
3)断控深埋改造型
以断裂特别是走滑断层为运移通道的热液活动是这类储层形成的关键因素。典型的断控深埋改造型储层有四川盆地中二叠统茅口组-栖霞组及塔里木盆地奇格布拉克组等。储层岩石主要有晶粒白云岩、颗粒(幻影)白云岩和斑状云灰岩等。储集空间有裂缝、溶蚀孔洞、晶间孔和粒间孔。除了热液白云岩化和溶蚀作用外,原始的储集性能影响着这类储层的发育程度。热液流体类型与变化影响了断裂带的溶蚀与胶结作用方式,决定了这类储层的形成与保持。
4)深埋生烃溶蚀型
该类白云岩储层主要赋存于烃源层系之中,常常富含有机质、粘土矿物和蒸发岩类矿物。目前所见主要以湖相泥页岩层中的泥晶白云石为主,储集空间主要为白云石晶间孔和晶间溶孔。储集空间分别形成于准同生期的白云岩化作用与生油以及油气转化过程中大量CO2和有机酸的溶蚀作用,储集空间的保持得益于烃类流体的充注和长期的弱酸性环境。深埋生烃溶蚀型储层的典型代表如江汉盆地的潜江组及准噶尔盆地乌尔禾地区的凤城组等。
图3 中国主要白云岩储层形成模式与分布Fig.3 Evolution model and distribution of major dolomite reservoirs in China
3.3 储层发育与保持机理
笔者在对中国典型深层-超深层碳酸盐岩储层系统分析的基础上,尝试提出了构造、层序、岩相、流体和时间五因素控储的概念模型[12]。白云岩储层作为碳酸盐岩储层的重要类型,当然也受这些因素所控制。
1)构造对白云岩储层形成展布的控制,一方面体现在构造对原始沉积格局的控制,影响了有利相带和白云岩的分布;另一方面体现在构造对后期变形的影响,为后期改善白云岩储集性能的流体活动提供了构造背景和通道。
2)层序为白云岩及储层分布提供了宏观沉积-成岩环境,不同级次的层序界面分别控制了溶蚀作用的发生。
3)岩相及其组合是白云岩储层形成的基础,普光和安岳气田白云岩储层离不开原始的礁滩沉积环境,靖边气田马家沟组储层得益于含膏云坪有关沉积环境。
4)流体包括白云岩化流体和溶蚀流体等,流体性质包括海水、大气降水和热液等,所有白云岩储层的形成和保持都存在特殊的岩石与流体相互作用。
5)时间是指白云岩储层从沉积到成岩改造再到最终成储并长期保持的全过程,涉及各种地质作用的过程和相互之间的配置关系。
在白云岩储层形成和保持过程中,既有同期的联合作用,也有多期的复合作用,这些作用的差异造成了白云岩储层发育展布的多样性。从沉积—成储—保持,符合“三元控储”模式所揭示的总体规律[78]。
4 结论
1)中国是世界上少有的几乎每个地质时代都有白云岩分布的国家。从元古宇到第四纪,各个层系都能见到各种类型白云岩(石);但层位和区域上分布极度不均,类型上也有明显差异。其中,下古生界白云岩分布最为普遍,上古生界、中生界和新生界仅有局部地区发育白云岩。
2)中国白云岩的类型和与之对应的白云岩化作用丰富多彩,主要有微生物(生物)白云岩化、萨布哈白云岩化、回流渗透白云岩化、热液白云岩化、混合水白云岩化和埋藏白云岩化。由于白云岩化作用是一个持续或断续的、复杂的过程,即使同一层系的白云岩也会经历多期次、多类型白云岩化作用的叠加改造。
3)白云岩是中国重要的油气储层,其类型多、时间跨度大。在深层和古老海相层系之中,白云岩比灰岩更易于形成优质的油气储层,其重要性显得尤为突出。在晚古生代和中、新生代形成的湖相白云岩也具有很好的储集性能,是非常规油气的重要赋存场所。白云岩储层形成和保持受构造、层序、岩相、流体和时间五因素的联合-复合作用所控制,这些因素和成储作用的差异,造就了白云岩储层发育展布的多样性。白云岩储层按照主控因素可以大致分为4种基本类型:相控准同生溶蚀型、面控表生溶蚀型、断控深埋改造型和深埋生烃溶蚀型。
中国白云岩与白云岩储层的研究方兴未艾。随着油气勘探向纵深展开,会有越来越多的科学与油气新发现涌现出来。在深层、超深层白云岩领域,中国油气界已经成功发现并开发了深度大于7 000 m的白云岩气田,在深度大于8 000 m的白云岩地层中见到了优质白云岩储层和良好的油气显示。可以预见,在塔里木和四川盆地深度大于9 000 m甚至10 000 m的白云岩地层中也会有令人惊喜的油气发现。在中国海相白云岩领域油气勘探开发迅速展开的同时,针对中国陆相白云岩的勘探与研究工作也获得了多点突破,部分盆地中的湖湘白云岩是勘探开发页岩油、致密油的目的层,有望为中国未来的“陆相页岩油革命”增砖添瓦,作出不可或缺的贡献。
致谢:本文是一篇尝试概述中国白云岩与白云岩储层的粗浅之作,受作者的阅历和积淀所限,难免挂一漏万。本文成文与本专辑的编辑得益于几代碳酸盐岩沉积储层学者的艰苦卓绝的探索和努力,得益于几大油公司丰富的勘探开发成果,得益于几次碳酸盐岩储层学术会议上国内外众多学者的精彩报告以及作者与他们面对面的深入讨论交流。三位评审专家为本文的完善提供了有益的建议,郝运轻博士和李朋威博士为本文提供了部分岩石薄片,在此一并表示衷心感谢!