碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系白云巖成因及儲蓋組合

胡安平，沈安江，楊翰軒，張杰，王鑫，楊柳，蒙紹興

（1.中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2.中國石油天然氣集團有限公司碳酸鹽巖儲集層重點實驗室，杭州 310023）

0 引言

全球碳酸鹽巖-膏鹽巖組合廣泛分布[1-4]，中國碳酸鹽巖-膏鹽巖組合主要發(fā)育于寒武紀—奧陶紀、石炭紀—二疊紀、三疊紀、古近紀[5-8]。碳酸鹽巖-膏鹽巖組合在油氣勘探中具有重要的地位，據(jù)全球 206個主要碳酸鹽巖油氣田統(tǒng)計，碳酸鹽巖-膏鹽巖共生組合蘊藏的油氣田數(shù)為 63個，占全球碳酸鹽巖總油氣田數(shù)的30.6%，儲量約占碳酸鹽巖總儲量的46%[9-10]。中東是碳酸鹽巖-膏鹽巖共生組合蘊藏油氣田數(shù)最多的地區(qū)，儲量占中東碳酸鹽巖總儲量的 40%。全球最大的油氣田為沙特的加瓦爾（Ghawar）油氣田，可采油儲量為90.11×108t，天然氣為 5.27×1012m3；全球最大的氣田為卡塔爾-伊朗的北帕斯（North-Pars）氣田，可采天然氣儲量為 36.73×1012m3[11]，儲集層為碳酸鹽巖，蓋層均為膏鹽巖。中亞—俄羅斯70%的油氣田和80%的油氣儲量蘊藏在碳酸鹽巖-膏鹽巖共生組合中，Karachaganak油田可采油為41.10×108t[11]，儲集層亦為碳酸鹽巖，蓋層為膏鹽巖。四川盆地碳酸鹽巖-膏鹽巖組合主要分布于下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組、雷口坡組和嘉陵江組，均發(fā)現(xiàn)了規(guī)模不等的氣藏。鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖-膏鹽巖組合主要分布于奧陶系馬家溝組和寒武系。塔里木盆地碳酸鹽巖-膏鹽巖組合主要分布于中下寒武統(tǒng)，為重要勘探層系。因此，開展碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系儲集層類型、成因和儲蓋組合類型研究不但具有重要的理論意義，而且對中國海相碳酸鹽巖油氣勘探具重要的現(xiàn)實意義。

前人對碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系做過大量的石油地質(zhì)基礎研究[11-20]。關(guān)于碳酸鹽巖-膏鹽巖體系中儲集層和儲蓋組合問題，近幾年的研究揭示膏鹽巖之下除發(fā)育膏云巖儲集層外，還發(fā)育有微生物白云巖儲集層和微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r儲集層[15-16]，膏鹽巖作為蓋層有利于油氣成藏[17-20]。但該體系中白云巖成因不清、早期低溫白云石化對儲集層發(fā)育的貢獻不清，微生物白云巖和生屑灰?guī)r儲集層與膏鹽巖共生關(guān)系的必然性或偶然性認識不清，有的組合中膏鹽巖之下缺白云巖儲集層的現(xiàn)象難以解釋，儲蓋組合類型認識仍需進一步提高。

本文在全球碳酸鹽巖油氣藏調(diào)研的基礎上，解剖了國內(nèi)外4個碳酸鹽巖-膏鹽巖組合剖面，建立巖性共生組合序列，探討古氣候和古海洋地球化學特征變遷與碳酸鹽巖-膏鹽巖巖性組合序列的耦合關(guān)系。同時，通過地質(zhì)與實驗分析，探究碳酸鹽巖-膏鹽巖體系中白云巖類型、成因，明確儲集層成因。最后，根據(jù)已知油氣藏的解剖，分析碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系中儲蓋組合特征及類型，以期為勘探領域評價提供依據(jù)。

1 碳酸鹽巖-膏鹽巖體系巖性組合特征

通過鄂爾多斯盆地靳 2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組、鄂爾多斯盆地金粟山露頭馬家溝組、巴西 A盆地 B井Ariri-Barra Velha組和四川盆地鴨深1井雷口坡組4個剖面的研究，建立起碳酸鹽巖-膏鹽巖沉積體系完整的巖性組合序列，并揭示古氣候變遷與巖性組合特征的關(guān)系。

1.1 鄂爾多斯盆地靳2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組剖面

靳2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五6—馬五10亞段是典型的碳酸鹽巖-膏鹽巖組合（見圖1），主要由藻紋層白云巖、藻疊層白云巖、藻砂屑白云巖、膏云巖和膏巖組成，總體反映了微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖→泥晶灰?guī)r的巖性組合序列特征。

由下向上膏鹽巖含量逐漸增加，反映氣候逐漸變干旱的旋回。旋回的下部以藻紋層/藻疊層/藻砂屑白云巖與泥晶白云巖互層或夾層為特征；旋回的中部藻紋層/藻疊層/藻砂屑白云巖明顯減少，以膏云巖為主，含藻紋層/藻疊層白云巖透鏡體或薄層，夾薄層膏巖；旋回的上部為大套的膏巖，夾薄層膏云巖、藻紋層/藻疊層白云巖。馬五5亞段相變?yōu)槟嗑Щ規(guī)r，代表另一個由潮濕向干旱氣候旋回的開始。大旋回中的每種巖性又由若干個小旋回構(gòu)成，如主體為微生物白云巖，夾薄層膏云巖；主體為膏云巖，夾薄層微生物白云巖及膏巖；主體為膏巖，夾薄層的膏云巖及微生物白云巖。大旋回是區(qū)域古氣候變遷的產(chǎn)物，小旋回可能與古地貌特征的差異有關(guān)。

1.2 鄂爾多斯盆地金粟山露頭馬家溝組剖面

金粟山露頭剖面馬家溝組六段下部主要為藻灰?guī)r和生屑灰?guī)r，藻灰?guī)r包括藻紋層灰?guī)r、藻疊層灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r，上部主要為藻紋層白云巖、藻疊層白云巖、藻砂屑白云巖段，由下向上，微生物碳酸鹽巖含量逐漸增加（見圖2）。在露頭剖面上部并沒有出現(xiàn)靳2井出現(xiàn)過的膏云巖和膏鹽巖段，有兩種可能性，一是露頭地層出露不全，尤其是膏鹽巖，很容易被溶蝕、風化和覆蓋，二是在這個地區(qū)古氣候旋回未出現(xiàn)極度干旱階段，缺膏云巖和膏鹽巖段。但在下部卻出現(xiàn)了靳 2井未曾出現(xiàn)的生屑/藻紋層/藻疊層/藻砂屑灰?guī)r，這也有兩種可能，一是靳2井未鉆遇生屑/藻紋層/藻疊層/藻砂屑灰?guī)r段，二是未經(jīng)歷潮濕氣候階段，缺生屑/藻紋層/藻疊層/藻砂屑灰?guī)r段。

從靳2井和金粟山露頭剖面均發(fā)育藻紋層/藻疊層/藻砂屑白云巖段分析，可以建立起氣候由潮濕到干旱旋回完整的巖性組合序列，即由下向上依次為微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合序列，是氣候變遷的必然響應，氣候的突變或旋回序列的不完整會導致巖性組合序列的不完整。

圖1 鄂爾多斯盆地靳2井下奧陶統(tǒng)馬家溝組五段沉積儲集層綜合柱狀圖

1.3 巴西A盆地B井Ariri-Barra Velha組剖面

巴西A盆地B井下白堊統(tǒng)Ariri-Barra Velha組提供了一個氣候由潮濕突變到干旱時，巖性組合序列呈突變式變化的案例（見圖3）。Barra Velha組為泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r和藻灰?guī)r組合，向上直接突變?yōu)锳riri組膏鹽巖，缺微生物白云巖、膏云巖等過渡巖性。

圖3 巴西A盆地B井下白堊統(tǒng)Ariri-Barra Velha組沉積儲集層綜合柱狀圖

比較分析，可以看出巴西A盆地B井下白堊統(tǒng)和靳2井馬家溝組馬五6亞段到馬五5亞段記錄了兩種相反的氣候突變。巴西A盆地B井下白堊統(tǒng)記錄了氣候由潮濕突變到干旱時的巖性組合，由Barra Velha組的泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r和藻灰?guī)r向上直接突變?yōu)锳riri組膏鹽巖；靳2井馬五6亞段到馬五5亞段記錄了相反氣候突變的巖性組合，由極度干旱氣候的膏鹽巖突變到潮濕氣候的泥晶灰?guī)r。這進一步說明氣候的突變或旋回序列的不完整會導致巖性組合序列的不完整，也解釋了有的碳酸鹽巖-膏鹽巖成藏組合中缺微生物白云巖和膏云巖儲集層的問題。

1.4 四川盆地鴨深1井雷口坡組剖面

四川盆地鴨深 1井中三疊統(tǒng)雷口坡組剖面提供了一個氣候由干旱向潮濕遷移時，巖性組合呈反旋回的案例（見圖4）。在海侵體系域中，隨著氣候由干旱向潮濕遷移，巖性依次出現(xiàn)膏鹽巖→膏云巖→藻云巖（主要包括藻紋層白云巖、藻疊層白云巖、藻砂屑白云巖）→藻灰?guī)r組合序列。

圖4 四川盆地鴨深1井中三疊統(tǒng)雷口坡組沉積儲集層綜合柱狀圖

比較分析鴨深1井雷口坡組和靳2井馬家溝組所記錄的氣候變化，可以得出氣候由干旱向潮濕遷移具兩種形式。一是以靳 2井馬家溝組為代表的突變式，由馬五6亞段到馬五5亞段，氣候由極度干旱的膏鹽巖段突變到潮濕氣候的泥晶灰?guī)r段；二是以鴨深 1井雷口坡組為代表的漸變式，膏鹽巖和灰?guī)r段之間出現(xiàn)膏云巖、微生物白云巖等過渡巖性。這更揭示了碳酸鹽巖-膏鹽巖組合，隨氣候由潮濕向干旱變遷或由干旱向潮濕變遷，巖性由灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合序列的必然性，反之亦然。

總之，碳酸鹽巖與膏鹽巖沉積體系古氣候變遷與巖性組合序列關(guān)系密切。潮濕氣候背景以正常海相灰?guī)r（泥晶灰?guī)r、生屑/藻紋層/藻疊層/藻砂屑灰?guī)r）沉積為特征。隨著氣候逐漸變得干旱和鹽度的升高，嗜鹽古菌或硫酸鹽還原菌、產(chǎn)甲烷古菌開始繁盛，有利于微生物白云巖的發(fā)育，美國猶它州大鹽湖鹽度 15%～25%，58種古菌和 42種細菌微生物席快速生長[21]。隨著氣候進一步的干旱和鹽度的升高，古菌或細菌死亡，開始出現(xiàn)石膏結(jié)核沉淀，形成膏云巖。當鹽度大于350‰時，開始出現(xiàn)石膏或石鹽沉積[22]，形成成層的膏鹽巖。故灰?guī)r、微生物白云巖、膏云巖和膏鹽巖組合序列的變化是古氣候變遷的響應，既可以漸變，也可以突變，既可以由潮濕→干旱的正旋回，也可以由干旱→潮濕的反旋回。通過以上碳酸鹽巖-膏鹽巖巖性組合序列的研究揭示該沉積體系中主要發(fā)育兩類白云巖，即微生物白云巖和膏云巖，下文就對這兩類白云巖成因進行詳細闡述。

2 碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系中兩類白云巖成因

碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系中主要發(fā)育兩種類型的白云巖，一是保留藻紋層/藻疊層等原巖結(jié)構(gòu)的微生物白云巖，二是含石膏斑塊或結(jié)核的泥晶白云巖（膏云巖），其形成于干旱氣候背景，屬早期低溫白云石[23]。通過嗜鹽古菌誘導白云石沉淀實驗和現(xiàn)代湖泊考察進一步證實，微生物白云巖為沉淀成因的，而含石膏斑塊或結(jié)核的泥晶白云巖（膏云巖）是交代成因的。

2.1 微生物白云巖成因

Land[24]指出在地表溫壓條件下（小于 50 ℃，數(shù)米深壓力）經(jīng)歷32年的地質(zhì)作用也未能通過純無機途徑產(chǎn)生白云石，由此人們把白云巖成因研究轉(zhuǎn)向有機成因上，并開展了微生物誘導白云石化的實驗研究。微生物無處不在，碳酸鹽巖-膏鹽巖組合序列下部的微生物灰?guī)r的存在足以說明并不是所有的微生物都能誘導白云石的沉淀，其可能與特殊類型的微生物有關(guān)。Vasconcelos等[25]通過實驗指出硫酸鹽還原菌能夠誘導白云石的沉淀，Warthmann等[26]通過實驗指出產(chǎn)甲烷菌能夠誘導白云石的沉淀，Kenward等[27]將實驗室沉淀的白云石與拉戈阿韋梅利亞咸化海岸的白云石進行比較，兩者具相似的球形和低有序度特征，進而推斷特殊類型的微生物（硫酸鹽還原菌、產(chǎn)甲烷菌）是沉淀原白云石的條件。

前人實驗已揭示硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌可誘導沉淀原白云石。而較高鹽度環(huán)境中嗜鹽古菌較容易大量繁盛，考慮到碳酸鹽巖-膏鹽巖體系中較干旱氣候背景，本文開展了嗜鹽古菌誘導白云石沉淀的實驗研究，實驗結(jié)果來自中國地質(zhì)大學生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室，發(fā)現(xiàn)嗜鹽古菌能夠誘導原白云石的沉淀。Natrinemas sp.（極端嗜鹽古菌）作用72 h后沉淀了原白云石（見圖5a），Haloferax volcanii（沃氏富鹽菌）作用 72 h后沉淀了原白云石（見圖5b、圖5c），與Vasconcelos等[25]和 Warthmann等[26]實驗沉淀的原白云石具相似的球形特征。實驗還發(fā)現(xiàn)較高的細胞濃度有利于原白云石沉淀（見圖6a），低鹽度時，無原白云石沉淀，提高鹽度可以增加細胞表面羧基密度，促進原白云石沉淀（見圖6b、圖6c），短時間蒸發(fā)過程不顯著影響微生物誘導原白云石沉淀。高鹽度環(huán)境嗜鹽古菌細胞表面的羧基官能團對白云石沉淀起到重要作用。

上述實驗研究結(jié)果足以證實碳酸鹽巖-膏鹽巖組合中，微生物白云巖發(fā)育的必然性，只要鹽度高到適合嗜鹽古菌繁盛的鹽度范圍，就會導致嗜鹽古菌的大量繁殖并誘導原白云石沉淀，形成微生物白云巖。海水中 Mg2+、Ca2+是以水化合物或絡合物的形式存在，而 Mg2+與水之間的靜電引力比 Ca2+與水之間和 Mg2+與 CO32-之間的靜電引力大，低溫條件下低 Mg2+濃度不易使Mg2+進入到碳酸鈣晶格中形成白云石，較高鹽度和溫度會導致海水中Mg2+濃度升高，微生物作用可以克服Mg2+與水之間的靜電引力，增大Mg2+與CO32-之間的靜電引力，使Mg2+更容易進入到碳酸鈣晶格中，誘導白云石沉淀。

2.2 膏云巖成因

原白云石沉淀實驗的成功導致“微生物誘導原白云石沉淀說”盛行，把地質(zhì)歷史時期保留原巖結(jié)構(gòu)的白云巖均納入微生物誘導沉淀成因。但事實上，地質(zhì)歷史時期與膏鹽巖伴生的泥晶白云巖和膏云巖，并沒有明顯的微生物結(jié)構(gòu)，而且大面積分布，如鄂爾多斯盆地馬家溝組[28]、四川盆地嘉陵江組和雷口坡組[29]、塔里木盆地寒武系[30]鹽下大量發(fā)育的泥晶白云巖和膏云巖，難以用“微生物誘導原白云石沉淀說”來解釋其成因。

圖5 嗜鹽古菌誘導原白云石沉淀實驗（實驗結(jié)果來自中國地質(zhì)大學生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室）

筆者考察了內(nèi)蒙古吉布胡郞圖諾爾、噶布金托呼各克、都蘭油泥泉 3個鹽湖和塔日根、塔日根諾爾、達布散諾爾、敦德諾爾、布日德諾爾、呼吉日諾爾 6個非鹽湖。3個鹽湖的鹽度分別為 57.4 g/L、120‰和100‰，取松散沉積物樣分析揭示無任何微生物痕跡，經(jīng) X衍射分析，鹽湖底沉積物中發(fā)現(xiàn) X衍射峰值為30.95°的原白云石，鏡下觀察白云石含量達30%～40%（見圖5d），而鹽湖周邊沉積物中無白云石，非鹽湖沉積物無論在湖底還是在湖緣均無白云石。這說明在高鹽堿度環(huán)境不需要微生物誘導，也可以形成白云石。前人實驗已經(jīng)證實地表溫壓條件下（小于50 ℃，數(shù)米深壓力）無法沉淀原白云石[24]，一般認為低溫白云石有兩種成因，包括微生物誘導沉淀成因和交代成因，而此實驗的鹽湖中沉積物分析揭示無微生物痕跡，故這些白云石是早期交代成因的，而非直接從湖水中沉淀的產(chǎn)物，形成的白云巖以泥晶白云巖為主，含石膏斑塊和結(jié)核，無藻紋層、藻疊層等微生物構(gòu)造。

這不但很好地解釋了地質(zhì)歷史時期絕大多數(shù)與干旱氣候相關(guān)的泥晶白云巖和膏云巖的成因，而且揭示了微生物白云巖與膏云巖上下疊置序列的必然性。當鹽度在適宜嗜鹽古菌繁盛的范圍時（35‰～100‰），嗜鹽古菌的繁盛和誘導原白云石沉淀，導致微生物白云巖大量發(fā)育，當氣候進一步干旱，鹽度進一步升高至超出嗜鹽古菌適宜繁殖的鹽度范圍時，嗜鹽古菌死亡，微生物白云巖為膏云巖所取代，石膏結(jié)核和斑塊的大量出現(xiàn)暗示了超出嗜鹽古菌繁盛的鹽度范圍，當氣候極度干旱，鹽度進一步升高時（大于 350‰），膏云巖為膏鹽巖取代，除非氣候變遷發(fā)生突變和逆轉(zhuǎn)。

圖6 原白云石沉積實驗后X衍射圖譜

3 微生物白云巖儲集層發(fā)育主控因素

碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系主要發(fā)育3類儲集層：

①潮濕氣候背景下形成的微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r儲集層，以微生物灰?guī)r、生屑灰?guī)r為主，少量砂屑生屑灰?guī)r，粒間孔和格架孔為主，如巴西桑托斯盆地下白堊統(tǒng)Ariri-Barra Velha組微生物生屑灰?guī)r、柴達木盆地古近系下干柴溝組上段藻灰?guī)r（見圖5e），這類儲集層具相控性，礁灘相沉積是這類儲集層發(fā)育的基礎[31]；

②過渡氣候背景下形成的微生物白云巖儲集層，藻架孔為主，如四川盆地震旦系燈影組四段[15]、華北任丘薊縣系霧迷山組微生物白云巖。微生物白云巖具有極佳的優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育潛力，巖心和露頭手標本呈蜂窩狀（見圖5f），幾乎見不到方解石膠結(jié)物，與顆?；?guī)r形成鮮明的對比。

平地式農(nóng)村一般是指海拔高差小于50 m的農(nóng)村，整體上地勢極為平坦，耕地條件好且極易連成片，村莊建設、農(nóng)田劃分等受自然布局的影響較小。此外，山體以小山坡為主，交通極為便捷；河流地勢較低且一般從耕地區(qū)域穿過，植被以生態(tài)林為主。在“田—水—宅—林”的基本格局上，在建設生態(tài)網(wǎng)絡時必需充分利用現(xiàn)有格局，進而建設“田—林”、“路—林”和“水—林”的鄉(xiāng)村生態(tài)園。

③干旱氣候背景下形成的膏云巖儲集層，膏?？诪橹?，如鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合[28]，膏云巖儲集層也同樣具有相控性，平面上呈環(huán)帶狀分布于膏鹽湖周緣的膏云坪相帶，垂向上緊鄰膏鹽巖層，早期白云石化對膏?？椎谋４婢咧匾饬x[32-33]，表生環(huán)境不易溶的白云巖構(gòu)成了膏模孔的格架（見圖5g）。

碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系中的3類儲集層中，微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r和膏云巖儲集層的成因已有很多文獻述及[31-33]，本文重點討論微生物白云巖儲集層發(fā)育的主控因素。

3.1 儲集層發(fā)育的物質(zhì)基礎

微生物碳酸鹽巖是該類儲集層發(fā)育的物質(zhì)基礎，是原生孔隙的載體。巴哈馬臺地現(xiàn)代微生物碳酸鹽巖考察揭示，無論是潟湖底部石化的微生物碳酸鹽巖，還是潟湖邊緣未石化的微生物席，原生孔孔隙度最大可達54%（見圖7）。此外，東西伯利亞地區(qū)新元古界發(fā)育晚里菲期和晚文德期兩套微生物白云巖儲集層，以原生孔為主，晚里菲期微生物白云巖儲集層孔隙度超過10%，晚文德期微生物白云巖孔隙度為7%～10%，油氣可采儲量達22×108t[34-35]。華北任丘薊縣系霧迷山組微生物白云巖儲集層在原生孔隙基礎上疊加顯生宙巖溶改造后，孔隙度可以達到15%（見圖5g）。

3.2 微生物早期降解對孔隙的影響

微生物早期降解形成的 CO2氣體有利于孔隙發(fā)育和保存。微生物通過厭氧呼吸、發(fā)酵、硝酸鹽還原作用導致的早期低溫降解形成的 CO2氣體使碳酸鹽巖地層孔隙水處于酸性環(huán)境[36]，這可能是微生物白云巖缺乏方解石或白云石膠結(jié)物的原因之一（干旱氣候背景碳酸鈣產(chǎn)率低也是重要原因之一），有利于次生孔隙的形成和先存孔隙的保存。

3.3 微生物碳酸鹽巖熱解對孔隙的影響

微生物碳酸鹽巖熱解形成的 CO2氣體和有機酸有利于孔隙發(fā)育和保存。選取 3組樣品，開展微生物碳酸鹽巖生烴模擬實驗研究。第 1組為取自柴達木盆地古近系的微生物碳酸鹽巖樣品，TOC值為 0.30%，S1（含游離烴量）為0.04 mg/g，S2（熱解烴）為0.18 mg/g，HI（氫指數(shù)）為60 mg/g，Ro值為0.42%，現(xiàn)今處于未成熟—低成熟階段，地質(zhì)歷史上未經(jīng)歷生烴高峰；第2組為取自泌陽凹陷古近系的灰色泥巖，TOC值為2.64%，S2值為15.83 mg/g，HI值為600 mg/g，Ro值為0.38%；第3組為取自祿勸茂山剖面中二疊統(tǒng)的泥灰?guī)r，TOC值為3.33%，S1值為1.11 mg/g，S2值為13.9 mg/g，HI值為403 mg/g，Ro值為0.42%。模擬實驗由中國石化無錫石油地質(zhì)研究所完成，實驗設備是無錫石油地質(zhì)研究所自行研制的地層孔隙熱壓模擬實驗儀，型號為DK-III，實驗條件見參考文獻[37]。模擬實驗在封閉條件下進行加水熱解，起始溫度設為280 ℃，最高溫度為380 ℃。所有溫度點按1 ℃/min的升溫速率升至設定溫度，恒溫48小時，再降溫至150 ℃時收集烴類氣體與無機氣體產(chǎn)物進行測試分析[37]。

圖7 巴哈馬臺地現(xiàn)代微生物碳酸鹽巖巖石和孔隙特征

實驗結(jié)果（見圖8）揭示微生物碳酸鹽巖的油產(chǎn)率、烴氣產(chǎn)率均不亞于灰色泥巖、泥灰?guī)r，具備生烴的潛力，與黑色泥巖相比，雖然不是優(yōu)質(zhì)烴源巖，但有規(guī)模，可能是現(xiàn)實的烴源巖。模擬實驗進一步揭示，微生物碳酸鹽巖熱解生烴過程中還伴生 CO2氣體和有機酸的形成，從圖8可見，微生物碳酸鹽巖的CO2氣體產(chǎn)率隨溫度升高明顯增加，也明顯高于灰色泥巖和泥灰?guī)r，其意義在于構(gòu)建了微生物碳酸鹽巖地層孔隙水的酸性環(huán)境，阻止了埋藏期方解石或白云石膠結(jié)物的沉淀，有利于次生孔隙的形成和先存孔隙的保存。

圖8 藻灰?guī)r、灰色泥巖、泥灰?guī)r熱解生烴和生酸模擬實驗結(jié)果（據(jù)文獻[37]）

3.4 早期白云石化對孔隙的影響

微生物白云巖早期白云石化有利于孔隙的保存。如前文所述，微生物白云巖是微生物誘導沉淀成因的，埋藏前就已經(jīng)是富集藻架孔的白云巖，該類白云巖在埋藏環(huán)境下經(jīng)歷的壓實壓溶作用與灰?guī)r完全不同。首先由于早期白云石化導致的密度加大（大于灰?guī)r）和早期固結(jié)（巴哈馬臺地現(xiàn)代微生物巖已發(fā)生固結(jié)），白云巖的抗壓實能力要大于灰?guī)r，這是微生物白云巖能保留更多沉積原生孔的原因之一。其次，微生物白云巖的抗壓溶能力遠大于灰?guī)r，在灰?guī)r中常見的壓溶縫合線在白云巖中幾乎見不到，這也是埋藏環(huán)境下微生物白云巖先存孔隙得到更多保留的重要原因。一個典型的案例是四川盆地龍崗地區(qū)飛仙關(guān)組6 085～6 090 m井段的巖心，在6 088 m處為白云巖（6 085～6 088 m）和灰?guī)r（6 088～6 090 m）的分界線，白云巖段無縫合線，幾乎見不到方解石或白云石膠結(jié)物充填，鮞?？妆Ａ敉旰茫ㄒ妶D5h），灰?guī)r段縫合線發(fā)育，粒間孔、體腔孔和鑄?？妆涣辆Х浇馐耆涮睿ㄒ妶D5i），壓溶的產(chǎn)物為方解石膠結(jié)物提供了物源。

4 碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系儲蓋組合類型

碳酸鹽巖-膏鹽巖組合的烴源具有多樣性，本文重點討論儲蓋組合類型。前已述及，碳酸鹽巖-膏鹽巖體系發(fā)育微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r、微生物白云巖和膏云巖3類儲集層，分鹽下和鹽上兩種背景，理論上應該存在鹽下3類7種儲蓋組合和鹽上3類7種儲蓋組合，共有6類14種儲蓋組合（見表1），同樣是古氣候由潮濕→干旱、由干旱→潮濕、由漸變→突變的響應。

上述儲蓋組合中，微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r和微生物白云巖都可以發(fā)育成優(yōu)質(zhì)儲集層，以基質(zhì)孔為主，孔隙連通性好，具高孔高滲特征，膏云巖以膏?？诪橹?，具高孔低滲特征。膏鹽巖的封蓋作用和塑性特征有利于鹽下和鹽上形成良好的儲蓋組合[13]。本文重點介紹以下4種儲蓋組合油氣藏的案例。

4.1 微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合

膏鹽巖是非常優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層，下伏 3套碳酸鹽巖儲集層，分別為微生物/生屑灰?guī)r、微生物白云巖和膏云巖儲集層。烴源可以來自于碳酸鹽巖-膏鹽巖組合體系外，也可部分來自于體系內(nèi)的微生物巖熱解。

表1 碳酸鹽巖-膏鹽巖沉積體系儲蓋組合類型

位于卡塔爾-伊朗境內(nèi)的全球最大氣田 North-Pars氣田屬于該類組合[38]（見圖9）。該氣田位于卡塔爾半島東北波斯灣淺海內(nèi)，探明天然氣可采儲量36.73×1012m3。氣田主要產(chǎn)層為二疊系 Khuff組白云巖和微生物灰?guī)r，主要蓋層是二疊系中部的Sudair組硬石膏層及頁巖，主要氣源巖是寒武系和奧陶系淺海相泥頁巖。非洲古近系Zeit Bay和Ras Fanar油氣田也屬于這種類型[11]。

4.2 微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→膏鹽巖組合

膏鹽巖是非常優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層，下伏微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r儲集層。烴源主要來自碳酸鹽巖-膏鹽巖組合之外，組合內(nèi)的微生物碳酸鹽巖可提供少量的烴源。

全球最大的油氣田沙特 Ghawar油氣田屬于該組合類型[11]（見圖10），探明可采儲量油90.11×108t，天然氣5.27×1012m3。主要產(chǎn)層為侏羅系Arab組微生物灰?guī)r、生屑灰?guī)r、砂屑生屑灰?guī)r，烴源巖主要為下部的Tuwaiq組灰質(zhì)泥巖生油巖，蓋層為膏鹽巖。中亞-俄羅斯的中二疊統(tǒng) Tengiz、Korofevskoy、Zhanazhol、Urikhtau、Karachaganak油氣田也屬于這種類型[39]。

4.3 微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合

膏鹽巖是非常優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層，下伏微生物白云巖和膏云巖兩套儲集層，兩套白云巖儲集層可以同時出現(xiàn)，也可能只出現(xiàn)一套。烴源可以來自于碳酸鹽巖-膏鹽巖組合體系外，也可部分來自于體系內(nèi)的微生物碳酸鹽巖熱解。

亞太油氣區(qū)中三疊統(tǒng)Wuolonghe油氣田和下奧陶統(tǒng) Jingbian油氣田屬于該組合類型[38]，中國四川盆地嘉陵江組和雷口坡組氣藏[40]、鄂爾多斯盆地馬家溝組中組合（馬五6亞段—馬五10亞段）氣藏也屬于這種組合類型[6]（見圖11），塔里木盆地寒武系鹽下白云巖屬于這類勘探領域。鄂爾多斯盆地馬家溝組中組合探明天然氣地質(zhì)儲量2 007×108m3。

圖9 卡塔爾-伊朗North-Pars氣藏剖面（據(jù)文獻[38]修改）

圖10 沙特Ghawar油氣藏剖面（據(jù)文獻[11]修改）

4.4 膏云巖→微生物白云巖→致密碳酸鹽巖或碎屑巖組合

前3種儲蓋組合是古氣候由潮濕變干旱背景下的組合類型。在古氣候由干旱變潮濕背景下形成的巖性組合序列中，膏鹽巖→膏云巖→微生物白云巖與上覆致密碳酸鹽巖或碎屑巖形成的儲蓋組合中也有油氣藏發(fā)現(xiàn)。在這種組合中，儲集層為膏云巖與微生物白云巖，蓋層為致密碳酸鹽巖或細粒碎屑巖地層，而非膏鹽巖層，由于下伏膏鹽巖層的隔擋作用，烴源主要來自于上覆的新地層。

鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合（馬五1亞段—馬五4亞段）屬于膏鹽巖→膏云巖→微生物白云巖→細粒碎屑巖組合的氣藏[41]（見圖12），以膏云巖儲集層為主，膏?？资侵饕獌臻g，氣源被認為主要來自于上覆石炭系沼澤相沉積，蓋層為石炭系細粒碎屑巖，探明天然氣地質(zhì)儲量6 547×108m3。

從目前掌握的資料和油氣發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計來看，碳酸鹽巖-膏鹽巖體系絕大多數(shù)的油氣藏分布于以上4種儲蓋組合中，顯然與地質(zhì)歷史時期古氣候變遷的內(nèi)在規(guī)律有關(guān)。通過以上研究揭示微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合、微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→膏鹽巖組合、微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合和膏云巖→微生物白云巖→致密碳酸鹽巖或碎屑巖組合是現(xiàn)實的儲蓋組合，勘探前景值得期待，但不能排除其他儲蓋組合油氣藏的存在，這也正是該沉積體系儲蓋組合研究的意義所在。

圖11 鄂爾多斯盆地馬家溝組中組合氣藏剖面（據(jù)文獻[6]修改）

圖12 鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合氣藏剖面（據(jù)文獻[41]修改）

5 結(jié)論

本文在全球碳酸鹽巖油氣藏調(diào)研的基礎上，解剖了國內(nèi)外4個碳酸鹽巖-膏鹽巖剖面，取得了以下3個方面的認識。

潮濕氣候→干旱氣候的變遷決定了碳酸鹽巖-膏鹽巖體系巖性序列，由微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖變化的必然趨勢，反之亦然，其間氣候的突變會導致某種巖性的缺失。

碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系發(fā)育沉淀和交代兩種成因的白云巖和微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r、微生物白云巖和膏云巖 3類儲集層。微生物白云巖之所以能成為優(yōu)質(zhì)儲集層原因是由于微生物早期降解和微生物巖晚期熱解形成的 CO2和有機酸具有溶蝕作用，有利于孔隙的發(fā)育，早期白云石化作用有利于孔隙的保持。

建立了碳酸鹽巖-膏鹽巖體系鹽下和鹽上兩種背景下6類14種儲蓋組合類型，目前的油氣發(fā)現(xiàn)主要位于4種儲蓋組合中，包括微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合、微生物灰?guī)r/生屑灰?guī)r→膏鹽巖組合、微生物白云巖→膏云巖→膏鹽巖組合和膏云巖→微生物白云巖→致密碳酸鹽巖或碎屑巖組合，這與地質(zhì)歷史時期古氣候變遷的內(nèi)在規(guī)律有關(guān)。通過已發(fā)現(xiàn)油氣藏的儲蓋組合解剖，揭示在碳酸鹽巖-膏鹽巖體系中以上 4種組合是現(xiàn)實的儲蓋組合，勘探前景值得期待，但不能排除其他儲蓋組合油氣藏的存在，這也正是該沉積體系儲蓋組合研究的意義所在。