鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層水
—巖反應(yīng)特征分析

吳曉川

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

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鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層水
—巖反應(yīng)特征分析

吳曉川

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

[摘要]在巖溶型儲層中，深埋白云巖儲層儲集空間的形成與水-巖反應(yīng)密切相關(guān)，分析水-巖反應(yīng)機(jī)理是揭示白云巖儲集空間形成條件的基礎(chǔ)。以鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層的多口鉆井巖芯為研究對象，綜合利用掃描電鏡、電子探針等手段，研究礦物、巖石的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu), 觀察溶蝕孔隙和充填的次生礦物。再根據(jù)流體包裹體測溫確定水-巖反應(yīng)的溫度。研究認(rèn)為：鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層水—巖反應(yīng)相關(guān)的主要成巖作用有準(zhǔn)同生白云石化作用、溶蝕作用、礦物充填作用和壓實(shí)-壓溶作用。

[關(guān)鍵詞]鄂爾多斯盆地；下古生界；白云巖儲層；水—巖反應(yīng)

近年來，與碳酸鹽巖相關(guān)的大量油氣藏被發(fā)現(xiàn)，揭示了古生代海相碳酸鹽巖在油氣勘探中的重要地位。水—巖反應(yīng)是關(guān)乎碳酸鹽巖儲層孔隙演化的重要因素，國內(nèi)外有許多這樣的報(bào)道實(shí)例。由地質(zhì)作用的復(fù)雜性，區(qū)域間的水巖反應(yīng)情況不盡相同，當(dāng)前的勘探實(shí)踐表明，鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組為靖邊氣田的主力產(chǎn)氣層?；诖?，展開了鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層的水—巖反應(yīng)特征研究。

1白云巖類儲層巖石學(xué)特征

白云石交代方解石(或文石和鎂方解石)的作用稱為白云石化作用。白云巖是指白云石含量>50%的碳酸鹽巖，由于其成因復(fù)雜，雖然長期以來不同的學(xué)者提出了許多模式來解釋，但到目前為止還沒有一種完全可以概括所有自然界中白云巖成因的解釋模式。正因?yàn)槿绱耍自茙r研究過程中同時(shí)提出了很多分類方案，但最有代表性的是按成分分類和結(jié)構(gòu)-成因分類，而后者也是地質(zhì)學(xué)家所推崇的分類方案。白云巖的巖石學(xué)研究是一切研究的基礎(chǔ)，它可以提供很多成因上的信息，巖石學(xué)研究包括巖石成分、組分、結(jié)構(gòu)及顆粒/膠結(jié)物之間的關(guān)系等的觀察分析。目前國內(nèi)外對白云巖進(jìn)行結(jié)構(gòu)-成因分類時(shí)，更加關(guān)注結(jié)構(gòu)類型和特征的研究，因?yàn)椴煌慕Y(jié)構(gòu)類型能區(qū)分不同環(huán)境中的白云巖及其白云巖化流體性質(zhì)。在白云巖結(jié)構(gòu)的描述中，不僅要關(guān)注晶體的大小，也要關(guān)注晶體形態(tài)特征和自形程度。

2白云巖超微結(jié)構(gòu)分析

巖石微觀結(jié)構(gòu)分析可以了解碳酸鹽巖晶體在三維空間的形態(tài)、白云巖化程度、孔隙形態(tài)、非碳酸鹽巖礦物及巖石微觀結(jié)構(gòu)的改變程度，為白云巖成因及成巖作用研究提供一定的信息，掃描電鏡是巖石微觀結(jié)構(gòu)研究最有效地手段。本次研究獲得掃描電鏡樣9件，獲得掃描電鏡照片100多張，為馬家溝組白云巖微觀結(jié)構(gòu)分析提供了豐富的資料。使用儀器為掃描電子顯微鏡JSM-5500LV、X-射線能譜儀 QUANTAX400，測試條件：溫度，20℃，濕度，50%。掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)分析表明，馬家溝組白云巖晶體中鑲嵌板狀石膏，也有石鹽晶體附著于白云巖晶體之上(見圖1)，白云石晶體間往往襯墊片狀、絲狀伊利石，說明在高鹽度的環(huán)境下形成了這類白云巖。

圖1　白云巖顆粒表面的食鹽晶體

圖2　砂糖狀白云巖,晶間孔發(fā)育，連通性好

晶間孔發(fā)育的砂糖狀白云巖晶體形態(tài)并非完全的菱面體，而粉細(xì)晶白云巖中同樣發(fā)育較好的晶間孔(見圖2)，這些特征表明該類白云巖形成于相對較高的溫度；巖石晶面不僅發(fā)育各種微孔、而且發(fā)育溶孔(見圖3)，溶孔中充填六方雙錐的石英，表明后期經(jīng)過非海源流體的改造；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復(fù)三方偏三角面體，次生白云石為特征的菱面體，晶間孔發(fā)育，表明這種后期形成的方解石和白云石往往具有很好的晶型，同時(shí)也說明該類碳酸鹽巖形成于較低的溫度環(huán)境下。晶體的這些微觀結(jié)構(gòu)特征提供了巖石形成的環(huán)境及可能經(jīng)歷后期改造的一些信息，為巖石成巖作用及其成因的分析提供了一些佐證。

圖3　白云石晶體表面的溶孔，微孔

圖4　鄂爾多斯盆地馬家溝組馬五段白云巖能譜圖

利用元素的X射線光子特征能量屬性對白云巖的成分進(jìn)行了分析，圖為白云巖EDS分析的照片(見圖4)，分析顯示白云巖樣品CaCO3、SiO2、MgO為主要礦物，有時(shí)有石鹽等晶體覆蓋在表面或溶蝕孔中有再生石英等情況發(fā)生。

3水-巖反應(yīng)的機(jī)制初探

流體動(dòng)力學(xué)、流體地球化學(xué)是對流體和流體巖石相互作用的主要研究手段，流體與巖石的相互作用是當(dāng)代研究流體作用的重心之一,國際、國內(nèi)均非常重視。當(dāng)前對盆地流體同巖石的相互作用的研究主要集中在：礦物的溶解和沉淀、無機(jī)作用于有機(jī)作用、離子的轉(zhuǎn)移、吸附與置換等。從深部斷裂或巖漿侵位帶來的熱液流體流經(jīng)碳酸鹽巖儲層時(shí)，熱液與圍巖相互作用并形成一定的礦物序列。實(shí)際上在流體較為活躍的沉積盆地中，與流體活動(dòng)緊密相關(guān)的熱液白云巖已經(jīng)屢見不鮮，巖漿活動(dòng)是造成盆地?zé)嵋毫黧w活動(dòng)的主要原因。

鄂爾多斯盆地內(nèi)流體對馬家溝組碳酸鹽巖的物性改造主要基于物質(zhì)和能量交換這兩種方式，發(fā)生的主要成巖作用有充填作用、溶蝕和交代作用。如下表所示，對于樣品白云石內(nèi)的流體包裹體測溫可以得出此類白云石重結(jié)晶的溫度在90℃左右(表1)，重結(jié)晶的溫度不算高。由此可以推測白云巖的生成在溫度較低的環(huán)境中。

表1　鄂爾多斯盆地馬家溝組包裹體測溫?cái)?shù)據(jù)表

3.1溶蝕作用

溶蝕作用在三大巖類中均有出現(xiàn)，但是碳酸鹽巖的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，溶蝕作用會影響碳酸鹽巖的整個(gè)成巖過程，其巖溶方式隨著埋深的逐漸增加可依次分為同沉積巖溶、表生巖溶、風(fēng)化殼巖溶以及埋藏巖溶等。延101井、延106井的實(shí)例分析表明，馬家溝組的白云巖不僅同時(shí)存在上述巖溶作用，而且具有熱液流體參與的白云巖溶蝕作用。熱液流體對白云巖的溶蝕改造主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是由于流體性質(zhì)為酸性，能與白云巖儲層發(fā)生較為強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)；二是熱液流體自身攜帶的大量熱能，進(jìn)入白云巖儲層后，既能導(dǎo)致圍巖成分的變化還具有增溫作用促使溶蝕反應(yīng)的快速進(jìn)行。

3.2交代作用

交代作用是物質(zhì)交換的體現(xiàn)。流體所攜帶的物質(zhì)同碳酸鹽巖進(jìn)行交代時(shí)，不僅能引起礦物自身成分的改變，亦能使交代后新生成的礦物占位空間的變化，并引起碳酸鹽巖儲集層的孔滲性變化。很顯然，這種變化會因?yàn)榻淮绞降牟煌鴮?dǎo)致儲層物性的多方位變化。一些交代作用促使礦物的體積縮小，大大的提高了白云巖的物性，然而某些情況下會使新交代的的礦物體積增大明顯，從而破壞了先前的儲集能力。

3.3充填作用

孔隙裂縫的充填作用是對白云巖儲層物性破壞的重要成巖作用之一，隨著時(shí)間的推移，流體溫度的不斷降低，交代作用的不斷發(fā)生，大量的次生礦物從之前的溶蝕孔縫類結(jié)晶出來，如方解石、天青石等礦物等，侵占了一部分原有的孔隙空間，從而對儲層的儲集性能造成了一定程度的破壞。

4結(jié)語

本文通過對鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組白云巖儲層的研究取得了以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

在前人研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最新的地層資料分析馬家溝組碳酸鹽儲層沉積期間主要處于潮坪沉積環(huán)境，其中潮上云坪為最有利于優(yōu)良儲層形成的相帶，巖石類型主要為泥微晶白云巖、細(xì)晶白云巖、溶塌角礫狀白云巖、泥晶灰云巖等，由于去云化作用的強(qiáng)烈，存在有大量各種晶級的次生灰?guī)r，其原巖為膏巖、霄云巖，通過灰化交代形成次生灰?guī)r。

鄂爾多斯盆地馬家溝組的白云巖儲層具有極為復(fù)雜的成巖的過程，重點(diǎn)剖析了白云巖儲層成巖作用期次和特征，其中包括準(zhǔn)同生白云石化作用、溶蝕作用和礦物充填作用和壓實(shí)—壓溶作用。

通過對薄片孔隙描述、掃描電鏡以及EDS分析、流體包裹體測溫分析研究等，初步了解了水-巖反應(yīng)作用的機(jī)理和深部流體的成分、性質(zhì)和來源。

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[中圖分類號]TE122.2+3

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)02-0196-02

[作者簡介]吳曉川(1991-)，男，重慶銅梁人，在讀碩士研究生，主攻方向：地震資料解釋。

[收稿日期]2016-01-10