深層-超深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層形成控制因素

何治亮，張軍濤，丁 茜，尤東華,3，彭守濤，朱東亞，錢一雄,3

(1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實驗室，北京 100083；2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 構(gòu)造與沉積儲層實驗室，北京 100083；3.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214151)

深層-超深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層形成控制因素

何治亮1,2，張軍濤1,2，丁 茜1,2，尤東華1,2,3，彭守濤1,2，朱東亞1,2，錢一雄1,2,3

(1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實驗室，北京 100083；2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 構(gòu)造與沉積儲層實驗室，北京 100083；3.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214151)

基于對前期工作的總結(jié)與前人研究工作的調(diào)研，提出了構(gòu)造、層序、巖相、流體、時間五因素控儲的概念模型。①構(gòu)造對深層優(yōu)質(zhì)儲層的影響可分為原型和變形兩個方面，原型體現(xiàn)在構(gòu)造對沉積格局的控制，構(gòu)造變形如古隆起的形成演化、褶皺斷裂的發(fā)育、裂縫組合等為后期的成巖改造提供了新的宏觀背景，熱體制以及新的流體的介入會建立全新的地質(zhì)流體-巖石相互作用環(huán)境；②地層層序的結(jié)構(gòu)與樣式提供了儲層發(fā)育與分布的宏觀環(huán)境，較高級次的層序界面主要控制了規(guī)模性的巖溶型儲層的形成，較低級次的層序界面與臺緣、臺內(nèi)礁灘相儲層發(fā)育分布關(guān)系密切，也是層間巖溶流體運(yùn)移的通道；③巖相包括沉積相和成巖相，是后期流體改造的基礎(chǔ)，也是儲層最終賦存的場所，原始巖石礦物和結(jié)構(gòu)可改造性的差異影響著儲層的發(fā)育；④流體作用始終貫穿在碳酸鹽巖建造與改造過程中，開放的地質(zhì)流體環(huán)境形成儲集空間，封閉的地質(zhì)流體環(huán)境保持儲集空間；⑤時間是指碳酸鹽巖地層從沉積到成巖改造并最終定型的全過程，涉及上述4種要素各種地質(zhì)作用的持續(xù)過程和相互之間的配置關(guān)系。構(gòu)造-層序-巖相-流體-時間五種因素息息相關(guān)、相互制約，五要素在碳酸鹽巖儲層形成和保持過程中分別發(fā)揮著不同的、同時又是不可分割的作用。一般來說，優(yōu)質(zhì)的規(guī)模性碳酸鹽巖儲層是多種因素聯(lián)合和多期復(fù)合作用的結(jié)果。

構(gòu)造；層序；巖相；流體；時間；深層碳酸鹽巖；儲層成因

深層-超深層碳酸鹽巖領(lǐng)域是未來尋找油氣的重要方向。是否存在優(yōu)質(zhì)儲層是深層-超深層油氣勘探的關(guān)鍵之一。截至2010年，全球已發(fā)現(xiàn)目的層埋深超過4 500 m的含油氣盆地200個以上，發(fā)現(xiàn)了1 477個深層油氣藏[1]。目前，已發(fā)現(xiàn)世界埋深最大的油氣藏是墨西哥灣“下第三系區(qū)(Lower Tertiary Trend)”的Jack和St.Malo油氣田，埋深8 839 m，油氣儲量6 821×104t油當(dāng)量，測試產(chǎn)量818 t/d[2]。而世界上已開發(fā)的最深氣藏是美國西內(nèi)盆地阿納達(dá)科凹陷的米爾斯蘭奇氣田(Mills Ranch Field)，目的層為下奧陶統(tǒng)白云巖，埋深 7 663～8 103 m，孔隙度為5%～8%，平均滲透率為7×10-3μm2，單井產(chǎn)氣量為 6×104m3/d，可采儲量365×108m3[3]。

近20年來，我國在深層油氣碳酸鹽巖層系中陸續(xù)取得了一系列的重大突破。塔里木盆地北部的塔深1井在埋深8 408 m的中寒武統(tǒng)，仍發(fā)育優(yōu)質(zhì)白云巖儲層，并見到液態(tài)原油[4-6]；順托-古城地區(qū)的ST1井在7 658 m的中奧陶統(tǒng)一間房組也發(fā)育優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層，測試折算日產(chǎn)氣達(dá)358×104m3[2]；哈拉哈塘油田奧陶系埋深達(dá)6 500～8 000 m，也發(fā)育縫洞型碳酸鹽巖儲層[7]；輪東1井在6 800 m深度仍存在高達(dá)4.5 m的大型溶洞[8]；塔中地區(qū)中深1井在深度6 400 m以深的中、下寒武統(tǒng)阿瓦塔格組和肖爾布拉克組中存在優(yōu)質(zhì)儲層[9-10]。在四川盆地，元壩氣田儲層為上二疊統(tǒng)長興組礁白云巖，埋深6 200～7 300 m，目前已完成34×108m3凈化天然氣產(chǎn)能建設(shè)[2]。這些深層-超深層碳酸鹽巖領(lǐng)域油氣勘探的重大突破和成功開發(fā)，說明碳酸鹽巖儲層并不存在所謂的儲層“死亡線”[11]，或者即便存在，其深度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往學(xué)者所預(yù)測的深度。深層甚至超深層也具備優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的條件。

優(yōu)質(zhì)儲層，尤其是深部優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層，形成與保持受多種因素控制[8]，如早期油氣充注、超壓、生物礁發(fā)育、次生白云石化、裂縫發(fā)育和巖溶等多種作用等[11]。一些特殊的成巖過程，如硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)作用(TSR)、一些不穩(wěn)定礦物在特定物理化學(xué)環(huán)境中的溶解和被帶出等，也可能會促使新的孔-洞-縫的形成[12]。

深層碳酸鹽巖儲層發(fā)育和控制的普遍規(guī)律是什么？學(xué)界尚無定論。本文基于研究團(tuán)隊近10年來在塔里木盆地、四川盆地和鄂爾多斯盆地三大海相盆地持續(xù)開展的碳酸鹽巖儲層研究工作，采用“建造與改造”、“靜態(tài)與動態(tài)”兩個相結(jié)合的理念，遵循地質(zhì)方法描述儲層發(fā)育特征并建立地質(zhì)模式、地球化學(xué)手段闡釋儲層形成機(jī)理、地球物理預(yù)測儲層分布的基本思路，逐漸形成了“區(qū)域地質(zhì)學(xué)分析儲層形成動力學(xué)背景—溶蝕實驗及熱力學(xué)分析礦物的溶解、沉淀機(jī)制—巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)和構(gòu)造、地層、沉積分析建立儲層地質(zhì)模型—基于地質(zhì)模型建立針對性地球物理方法，評價并預(yù)測儲層分布、儲層物性與流體類型”的儲層研究程序。在系統(tǒng)地調(diào)研國內(nèi)外學(xué)者對優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層成因與分布模式等大量成果的基礎(chǔ)上，基于前期嘗試性提出的構(gòu)造、層序、流體、巖相、時間五因素控儲的概念模型[13]，結(jié)合5年多來的大量實例的分析解剖，本文試圖探討并總結(jié)深層-超深層碳酸鹽巖儲層形成與分布的控制因素。

1 構(gòu)造因素——盆地原型與變形改造

構(gòu)造對深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層的影響可分為區(qū)域地球動力學(xué)所控制的盆地原型和后期構(gòu)造改造變形兩個方面。對古構(gòu)造背景的新認(rèn)識，可能會發(fā)現(xiàn)新的勘探領(lǐng)域，并帶動一系列的油氣發(fā)現(xiàn)。

盆地原型主要體現(xiàn)在構(gòu)造對沉積格局的控制。盆地的古構(gòu)造格局與古氣候、古海洋環(huán)境一起，決定了有利的沉積環(huán)境的組合以及沉積相帶的分布，而沉積環(huán)境是碳酸鹽巖儲層形成的基礎(chǔ)。四川盆地不同時期的古構(gòu)造格局直接控制了碳酸鹽巖儲層的發(fā)育與分布，特別是礁灘型儲層的分布[14]。四川盆地晚二疊世—早三疊世的開江-梁平陸棚(海槽)，是川東北普光氣田、元壩氣田和龍崗氣田等一系列優(yōu)質(zhì)生物礁、顆粒灘型儲層發(fā)育的宏觀背景[15-16]。安岳氣田震旦系燈影組、龍王廟組顆粒灘儲層與震旦紀(jì)—早寒武世拉張槽及臺洼形成演化所控制的相對古地貌高地密切相關(guān)[17]。

塔里木盆地早古生代沉積古地理格局一直存在“東盆西臺”的認(rèn)識，即東部為塔東盆地相區(qū)，西部主體為臺地相區(qū)，寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)的高能礁灘相遍布臺緣。寒武紀(jì)時期，臺緣環(huán)繞著臺地呈 “U”字型分布；早-中奧陶世，塔西南地區(qū)的臺緣斜坡帶向盆內(nèi)遷移[18-19]。近期研究發(fā)現(xiàn)，塔里木盆地北部在早古生代也可能有臺地邊緣-斜坡相帶存在(圖1)。下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組的黑色頁巖由蘇蓋特布拉克剖面到阿克蘇再到星火1井厚度逐漸增大，主要形成于中緩坡至下緩坡沉積環(huán)境[20]；之上的肖爾布拉克組中、上部見多套微生物礁體，在阿克蘇附近的蘇蓋特布拉克等剖面可見到典型的臺緣礁灘相儲層[21]。在鄂爾多斯盆地西南緣，寒武紀(jì)也可能有拗拉槽存在[22]，其兩側(cè)也有可能存在高能相帶儲層。

構(gòu)造變形對碳酸鹽巖儲層的影響內(nèi)涵豐富。盆地演化從早、中期的伸展或熱衰退沉降階段向擠壓-走滑背景下沉降或隆升階段的轉(zhuǎn)化，盆地的應(yīng)力場、熱場、流體場都會產(chǎn)生巨大的變化，會強(qiáng)烈影響碳酸鹽巖儲層次生孔隙的發(fā)育和保存。碳酸鹽巖地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化，如古隆起的形成演化、褶皺斷裂的發(fā)育、裂縫組合等為后期的成巖改造提供了新的宏觀背景，熱體制以及新的流體的介入，會建立全新的地質(zhì)流體-巖石相互作用環(huán)境，碳酸鹽巖儲層的發(fā)育與分布會呈現(xiàn)出復(fù)雜且豐富多彩的圖景。褶皺、古隆起與碳酸鹽巖儲層的關(guān)系過去討論較多，本文主要討論斷裂活動對儲層發(fā)育的影響。

塔里木盆地和四川盆地斷裂對儲層發(fā)育的控制已為眾多學(xué)者所關(guān)注。后期斷裂活動可以通過多種作用方式對碳酸鹽巖儲層進(jìn)行改造[23]。斷裂活動導(dǎo)致次級斷裂及裂縫發(fā)育，進(jìn)而改善碳酸鹽巖儲集性能；斷裂活動可作為深部流體運(yùn)移通道。深部熱流體上涌發(fā)生溶蝕作用改善碳酸鹽巖儲集性能[24]，流體中的某些化學(xué)成分還與碳酸鹽巖發(fā)生交代作用，形成諸如螢石、閃鋅礦、次生石英、重晶石等的次生熱液礦床。塔里木盆地順南地區(qū)中、下奧陶統(tǒng)鷹山組—一間房組多口井獲得了高產(chǎn)油氣流[25-26]，其儲層的成因可能與熱液溶蝕有關(guān)，走滑斷裂及其伴生的裂縫系統(tǒng)為熱液運(yùn)移提供了重要通道，地層鹵水經(jīng)巖漿加熱循環(huán)后可形成具有很強(qiáng)溶蝕作用的酸性熱水，可形成大量的溶蝕孔隙[27]。

圖1 塔里木盆地早寒武世肖爾布拉克組沉積相展布(修編自文獻(xiàn)[18-19])Fig.1 Sedimentary facies distribution of the Early Cambrian Xiaoerbulake Formation in Tarim Basin

斷裂活動是促使熱液白云巖形成的主控因素。在塔里木盆地東北部庫魯克塔格地區(qū)中寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)地層中發(fā)育典型的構(gòu)造-熱液白云巖，以晶間孔、晶間溶孔 (洞)、裂隙及沿裂隙分布的擴(kuò)溶孔洞為主，其流體為賦存于深部伸展-走滑斷裂帶的再循環(huán)地層熱鹵水，與海西晚期或燕山期—喜馬拉雅期強(qiáng)烈擠壓后弱伸展所引起的多期走滑活動有關(guān)[28-30]。另一個受構(gòu)造熱液影響的典型儲層代表為四川盆地的中二疊統(tǒng)棲霞組—茅口組，其儲層為砂糖狀白云巖，在川西地區(qū)已有多口井獲得工業(yè)氣流，構(gòu)造-熱液白云巖儲層的發(fā)育和分布明顯受走滑斷裂控制[31-32]。

2 地層因素——層序結(jié)構(gòu)與樣式

地層結(jié)構(gòu)與層序的組合樣式對碳酸鹽巖儲層的發(fā)育與分布具有重要的控制作用。碳酸鹽巖地層中存在大量的不同級次和不同成因類型的層序界面。構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)弱和海平面升降的相對幅度和持續(xù)時間不同，分別形成不同類型和不同規(guī)模的層序界面。這些層序界面可分為較高級次的層序界面，包括各種不整合面；以及較低級次的層序界面，包括海泛面或局部的短暫暴露[33]。

較高級次層序界面主要控制了規(guī)模性的巖溶型儲層的形成與展布。塔河油田主體區(qū)縫洞型儲層是典型的受多期高級次層序界面——不整合面控制的，是加里東中期—海西早期多次構(gòu)造運(yùn)動引起的多期高級次層序界面所代表的抬升剝蝕與溶蝕作用疊加改造的結(jié)果。儲層發(fā)育程度受古構(gòu)造、巖溶地貌及古水系所構(gòu)成的地質(zhì)環(huán)境所控制[34]。與塔河油田相比，塔中地區(qū)雖然也受到了較高級次層序界面的影響，但多為單次、缺少疊加，因而缺乏形成大規(guī)模表生巖溶儲層的宏觀條件(圖2)[35]。

四川盆地震旦系、石炭系和鄂爾多斯盆地奧陶系的儲層發(fā)育也受較高級次層序界面——不整合面的控制。四川盆地東部石炭系黃龍組頂部物性較好的儲層，形成于海西早期云南運(yùn)動構(gòu)造隆升和廣泛發(fā)育的表生期巖溶作用的強(qiáng)烈改造[36]。四川盆地的震旦系燈影組白云巖儲層也受燈四段和燈二段頂部兩個較大級次層序界面的影響[37]。鄂爾多斯盆地奧陶系頂部發(fā)育大型不整合，暴露時間達(dá)140 Ma以上，為Ⅰ級層序界面，使得盆地整體缺失志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)，控制了盆地內(nèi)廣泛分布的巖溶儲層[38-40]。由于暴露時間過長，溶蝕強(qiáng)烈，導(dǎo)致整體進(jìn)入老年化巖溶階段，地貌起伏小，洞穴基本被充填，有效儲層發(fā)育與分布有別于幼年和青壯年期巖溶模式，增加了預(yù)測的難度。

圖2 塔河油田近南北向地震波組及層序級別解釋剖面Fig.2 Near NS-trending seismic wave groups and interpretation sections of sequence hierarchy in Tahe oilfield

較低級次層序界面對巖溶作用的影響相對較弱，儲層分布總體較為局限，對特殊沉積相帶，如臺緣、臺內(nèi)礁灘相儲層發(fā)育程度和分布范圍影響很大[41]。研究表明，普光、元壩等礁灘型優(yōu)質(zhì)儲層其發(fā)育與分布主要受控于準(zhǔn)同生期的溶蝕作用和白云石化作用[42]。海平面短暫的下降，使碳酸鹽巖臺地大范圍接受淋濾與侵蝕，發(fā)育大面積的層間巖溶作用，受這種低級次層序界面的影響，常常形成分布廣、厚度薄、品質(zhì)較差的儲層，如果后期疊加其他有利因素，也能形成規(guī)模性的優(yōu)質(zhì)儲層。這種低級次的界面可以作為后期溶蝕流體運(yùn)移的通道，溶蝕流體既可能是下滲的大氣降水，也可能是上涌的熱流體，還可能是殘余的地層水[43]。如塔里木盆地在野外剖面、鉆井巖心上都能發(fā)現(xiàn)的蓬萊壩組頂界面即屬于較低級次的層序界面，界面之下溶蝕孔洞發(fā)育，在地震剖面上也能見到儲層的特殊地震反射特征，有望成為今后有所突破的重要層系。

3 巖相及生物控儲作用

碳酸鹽巖巖相變化很大，分別受到沉積與成巖作用的深刻影響。深層碳酸鹽巖儲層的形成既離不開早期沉積作用的基礎(chǔ)，也離不開后期成巖作用的改造。原始巖石類型及其可改造性是儲層發(fā)育的根本性因素，主要體現(xiàn)在巖石的礦物成分與巖石結(jié)構(gòu)可改造性的差異上。

碳酸鹽巖中往往易溶的組分被溶蝕形成孔隙，難溶的部分形成骨架。兩類礦物如果比例合適，在一定條件下就能形成良好的儲層。由于碳酸鹽巖中最主要的兩類礦物白云石和方解石溶解度的差異，往往在過渡的巖性段容易形成較好的儲層，如塔里木盆地中央隆起區(qū)下奧陶統(tǒng)含灰云巖與灰質(zhì)云巖段常常發(fā)育儲層[44]。方解石和白云石的賦存狀態(tài)對孔隙形成也具有重要的制約作用，兩者可大致分為3個亞類，即粒間填隙型、粒內(nèi)包含型和包含-填隙混合型，其中以 “粒間填隙型”分布的方解石最容易被溶蝕并形成次生孔隙[45]。另外，碳酸鹽巖中賦存的特殊易溶礦物也常常被溶蝕形成儲層，如鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組五段中的膏溶鑄?？拙褪且兹芙M分硬石膏被溶解形成的[40]。

碳酸鹽巖豐富多彩的結(jié)構(gòu)是由性質(zhì)差異的微觀組分所造成的。顆粒結(jié)構(gòu)中的砂屑、鮞粒與膠結(jié)物、生物碎屑與膠結(jié)物、生物結(jié)構(gòu)中生物與膠結(jié)物之間在后期的成巖過程中都存在微觀組分上的差異。雖然對鮞粒的成因尚有爭議，但是鮞粒內(nèi)部、鮞粒與膠結(jié)物在成分和結(jié)構(gòu)上都存在差異。流體-巖石相互作用的實驗?zāi)M表明，在后續(xù)的成巖過程中，通過對構(gòu)造裂縫、鮞粒放射結(jié)合紋及顆粒晶體結(jié)合帶等結(jié)構(gòu)薄弱帶的選擇性溶蝕，可以形成各種溶蝕孔洞[46-47]。

生物潛穴白云巖也是一種特殊結(jié)構(gòu)類型。塔里木盆地下奧陶統(tǒng)鷹山組中、上部以及華北地區(qū)奧陶系馬家溝組常發(fā)育的斑狀白云巖，其形成與生物潛穴關(guān)系密切[48-49]。生物作用使得潛穴內(nèi)的滲透性變好，有利于較高鹽度的海水下滲，提供鎂離子。潛穴生物在覓食過程中可通過物理和化學(xué)兩種方式對沉積物基底進(jìn)行改造，形成有利于白云石沉淀的微化學(xué)環(huán)境，進(jìn)而發(fā)生準(zhǔn)同生期的白云石化作用，鞏固提升了原始巖石的孔隙度和滲透率，形成與生物潛穴有關(guān)的白云巖儲層。

微生物碳酸鹽巖是近期研究熱點(diǎn)之一，與顆粒碳酸鹽巖和生物礁碳酸鹽巖一樣，亦是一類特殊的巖石結(jié)構(gòu)。微生物巖的結(jié)構(gòu)決定了該類儲層的孔隙類型及其結(jié)構(gòu)特征，以及伴生的白云石化和溶蝕作用的結(jié)構(gòu)選擇性，因而對該類儲層的儲集空間類型及其結(jié)構(gòu)具有決定性的作用。四川盆地西部雷口坡組的微生物巖發(fā)育在淺水潮下粘結(jié)與障積的微生物礁或席/丘灘、潟湖近濱一側(cè)的潮坪以及藻紋層(疊層石)-球粒-凝塊石等中、低能環(huán)境之中，溶蝕孔洞、殘余藻結(jié)構(gòu)云化的晶間孔或晶間溶孔以及微裂隙是主要儲集空間，儲集體主要受沉積亞微相、白云巖化、大氣淡水淋濾與構(gòu)造裂隙作用共同控制(圖3)。塔里木盆地西北緣上震旦統(tǒng)—下寒武統(tǒng)發(fā)育泡沫綿層白云巖、非疊層石球粒白云巖、凝塊石白云巖和層狀疊層石白云巖等多種微生物碳酸鹽巖。層狀疊層石以發(fā)育窗格孔為特征，并主要分布于亮色紋層內(nèi)；非疊層球粒藍(lán)細(xì)菌白云巖主要發(fā)育于球粒相對集中的區(qū)域，其溶蝕孔隙形狀和大小與球粒類似；而非疊層藍(lán)細(xì)菌泡沫綿層白云巖的孔隙一般分布于泡沫綿層腔內(nèi)及其周邊，以泡沫綿層腔內(nèi)溶孔、鑄?？缀统笕芸诪樘卣鱗21,50]。

4 流體作用——類型、環(huán)境、強(qiáng)度

流體主要包括海水、大氣淡水、地層中的成巖/成烴流體和深源熱液等。在碳酸鹽巖的建造與改造過程中，流體作用貫穿始終[13]。溫度、壓力和流體相態(tài)/屬性，構(gòu)成了深層流體-巖石作用的環(huán)境條件[51]。形成深層碳酸鹽巖儲層的地層流體環(huán)境可以分為3類：開放環(huán)境、間歇性開放環(huán)境和封閉環(huán)境。

圖3 四川盆地西部雷口坡組微生物巖顯微照片F(xiàn)ig.3 Microbiallite in the Leikoupo Formation, western Sichuan Basina.殘余“海綿狀-泡沫狀”藻團(tuán)粒-藻紋層-球粒的灰質(zhì)粉晶云巖，纖狀與粒狀膠結(jié)物，窗格溶孔，SYS1井，埋深6 228.65 m；b.殘余藻紋層-球粒狀泥微晶灰質(zhì)云巖，窗格孔洞，SYS1井，埋深6 224.64 m；c.殘余泡沫狀-海綿疊層泥微晶云巖，窗格孔洞，SYS1井，埋深6 219.96 m；d.生物 格架礁灰?guī)r，YS1井，埋深5 779.75 m

開放地質(zhì)流體環(huán)境指碳酸鹽巖地層中的流體與外界存在持續(xù)的能量和物質(zhì)交換，巖石-流體相互作用是一個基本連續(xù)的過程，溶解-沉淀受到溶解動力學(xué)的控制。開放地質(zhì)流體環(huán)境在地質(zhì)歷史時期主要發(fā)生在碳酸鹽巖地層長期暴露的準(zhǔn)同生作用期或構(gòu)造抬升時的表生作用期，前者如頻繁暴露的礁、灘和潮坪環(huán)境，后者如近地表的喀斯特環(huán)境及深循環(huán)的淡水溶蝕環(huán)境。長期、規(guī)模性的溶蝕作用，可以形成大量的儲集空間。開放地質(zhì)流體環(huán)境盡管常常發(fā)生多種機(jī)械和化學(xué)、生物化學(xué)充填作用，但仍然是形成優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層最主要的環(huán)境。碳酸鹽巖巖石類型(成分、結(jié)構(gòu))，開放性流體作用方式、強(qiáng)度和時間，以及充填的方式與程度，決定了儲層的規(guī)模與品質(zhì)，如幼年期喀斯特環(huán)境溶蝕時間短、強(qiáng)度弱、儲層分布局限，老年期的喀斯特環(huán)境往往因為過度的溶蝕與充填而使儲層品質(zhì)變差，青壯年的喀斯特環(huán)境易于形成優(yōu)質(zhì)的規(guī)模性巖溶縫洞型儲層。

間歇性開放環(huán)境是指埋藏條件下有間歇性的新流體進(jìn)入并隨后封閉的碳酸鹽巖地層系統(tǒng)。巖石-流體相互作用是一個斷續(xù)的過程。溶蝕-沉淀受溶解動力學(xué)和熱力學(xué)規(guī)律的共同控制，溶蝕和沉淀共同存在，流體體系的酸堿度以及碳酸鈣飽和度決定溶蝕或沉淀的發(fā)生。在地質(zhì)歷史時期主要表現(xiàn)為階段性的斷裂、褶皺活動和盆地演化過程中的特殊的流體事件，改變了原有的地層流體環(huán)境，打破了地層內(nèi)的化學(xué)平衡，構(gòu)成新的流體環(huán)境，發(fā)生幕式流體-巖石相互作用。地層中物質(zhì)與能量的交換會導(dǎo)致溶蝕、交代、白云巖化、重結(jié)晶和膠結(jié)等作用的發(fā)生，部分地區(qū)孔隙度增加，部分地區(qū)減少。伴隨深埋過程，地層中會發(fā)生生烴、BSR(硫酸鹽細(xì)菌還原反應(yīng))、TSR(硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng))等作用；巖漿活動也會導(dǎo)致部分酸(堿)性流體進(jìn)入碳酸鹽巖地層，形成新的流體環(huán)境。參與流體-巖石反應(yīng)的化學(xué)侵蝕性流體來自于有機(jī)質(zhì)成熟、烴類降解或裂解過程中產(chǎn)生的酸性流體如CO2、有機(jī)酸，以及含硫酸鹽的碳酸鹽巖地層通過微生物或者熱化學(xué)還原作用產(chǎn)生的硫化氫氣體等[52-53]。烴源熱流體對深部儲集層的溶蝕改造有重要的意義[54]。特殊的間歇性開放環(huán)境，如強(qiáng)烈的構(gòu)造-熱液作用也能形成特殊的優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層。

封閉地質(zhì)流體環(huán)境是指碳酸鹽巖地層沉積后長期處于封閉的環(huán)境，地層與外界僅存在能量的交換，而基本沒有物質(zhì)交換[55]。溶蝕-沉淀遵循溶解熱力學(xué)規(guī)律，流體總量極為有限，不可能形成規(guī)模性的溶蝕與沉淀。前人研究認(rèn)為，封閉體系隨著溫壓升高碳酸鹽巖傾向于沉淀[56]，也有相反的觀點(diǎn)(降溫沉淀)[55]，不論沉淀或者溶蝕其作用與產(chǎn)物均很有限。封閉環(huán)境主要效應(yīng)體現(xiàn)在儲集空間的保持作用，如果早期能夠形成優(yōu)質(zhì)儲層，后期長期具有穩(wěn)定的封閉流體環(huán)境，儲集空間就能夠長期保存下來，在合適的條件下成為油氣聚集和長期保存的場所。

一系列高溫、高壓物理模擬實驗表明，開放地質(zhì)流體環(huán)境是優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層形成的重要環(huán)境[57-58]。對比實驗表明，在同樣的溫度和壓力條件下，開放系統(tǒng)碳酸鹽巖的溶蝕程度比間歇性開放系統(tǒng)碳酸鹽巖的溶蝕程度更高(圖4)，更有利于溶蝕孔隙的形成。實驗對象為方解石標(biāo)準(zhǔn)樣品和白云石標(biāo)準(zhǔn)樣品，酸性流體介質(zhì)選擇CO2水溶液，CO2水溶液中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.3%，pH為4.2左右。按照地表到地層深7 000 m(地溫梯度25 ℃/km)匹配地層條件的溫度和壓力值，溫度范圍為25～200 ℃，壓力范圍為1～70 MPa。每個溫度、壓力的實驗時間長度為3～4 h；流體中鈣、鎂離子濃度不再變化后，繼續(xù)反應(yīng)2 h，以確保水-巖反應(yīng)達(dá)到平衡。反應(yīng)完畢后，測試分析液體中的鈣、鎂離子濃度，稱量樣品質(zhì)量損失，計算溶蝕率。實驗中流體流速設(shè)置為1 mL/min及0 mL/min，分別對應(yīng)開放地質(zhì)流體系統(tǒng)和間歇性開放地質(zhì)流體系統(tǒng)。這些實驗結(jié)果說明，準(zhǔn)同生期和表生期長時間大氣淡水淋濾，以及中、晚期深埋藏成巖階段特殊酸性地質(zhì)流體對儲層的溶蝕，能顯著改善儲層物性[59-60]。

圖4 開放系統(tǒng)和間歇性開放系統(tǒng)碳酸鹽巖標(biāo)樣溶蝕率對比Fig.4 Comparison of dissolution mass losses between carbonate rock samples from an open system and a semi-open system

不同環(huán)境下不同性質(zhì)流體的流動方式、強(qiáng)度和作用時間決定了溶蝕強(qiáng)度和溶蝕速率，巖石結(jié)構(gòu)、成分類型及流體-巖石接觸面積影響儲層的品質(zhì)，不同流體通道類型分別形成溶蝕孔、縫、洞等儲集空間。封閉流體環(huán)境對前期形成的儲集空間的保持至關(guān)重要，地層的深埋或者抬升過程，會使儲層內(nèi)部發(fā)生微量的物質(zhì)遷移和調(diào)整，孔隙度變化較小，但對滲透性與非均質(zhì)性變化的影響更為明顯。

5 時間——成儲作用過程與規(guī)模

時間因素是碳酸鹽巖儲層形成與保持的最重要因素之一。碳酸鹽巖儲集空間的演化過程貫穿于整個地質(zhì)演化過程之中[13]。不同因素的持續(xù)時間和不同因素之間的組合關(guān)系制約著儲層發(fā)育的程度。

巖溶作用的持續(xù)時間與儲層發(fā)育有一定的聯(lián)系。如四川盆地震旦系燈影組二段頂部的暴露時間較短，尚處于巖溶作用的早期，儲層多為順層發(fā)育，在晶洞四壁上形成紋層狀環(huán)邊或葡萄狀構(gòu)造[37]。塔里木盆地奧陶系頂部巖溶在不同區(qū)域持續(xù)時間不盡相同，在塔河北部奧陶系暴露時間可達(dá)數(shù)千萬至一億年，處于巖溶青壯年期，儲層以大型縫、洞為主[61]。而鄂爾多斯盆地的奧陶系頂部巖溶持續(xù)時間更長，約為140 Ma，已到了巖溶中老年期，大部分洞穴已被破壞，地形已近夷平[62]。

白云巖化作用持續(xù)時間也與孔隙有很大的聯(lián)系。經(jīng)典的理論認(rèn)為，白云石交代方解石 [2CaCO3+Mg2+CaMg(CO3)2+Ca2+]的過程中，會造成方解石摩爾體積的減少(約13%)，次生孔隙度增加。但是，隨著白云巖化作用的持續(xù)，孔隙度并不一定會增加；在過度白云巖化作用→(1+x)CaMg(CO3)2]的情況下，白云巖的孔隙度甚至?xí)然規(guī)r更低，這種情況往往發(fā)生在基質(zhì)交代白云石化作用之后，緊跟著發(fā)生基質(zhì)白云石增生(重結(jié)晶)和孔-縫系統(tǒng)內(nèi)的膠結(jié)作用，從而降低孔徑大小，特別是存在高通量蒸發(fā)回流滲透的區(qū)域[63]和過度的熱流體改造(重結(jié)晶、膠結(jié)作用)的區(qū)域。熱液白云巖化儲層形成的過程包括早期的溶蝕和白云巖化，后期則表現(xiàn)為鞍狀白云石的充填[64-65]。

圖5 四川盆地?zé)粲敖M儲層成巖與孔隙演化史Fig.5 Reservoir diagenesis and pore evolution of the Dengying Formation，Sichuan Basin

不同成巖作用先、后組合關(guān)系決定了儲層孔隙度的保持。先溶蝕后白云巖化可能是儲層形成的一個較好的組合形式。準(zhǔn)同生期的溶蝕作用，其后伴隨淺埋藏期的白云巖化，是普光氣田長興組-飛仙關(guān)組優(yōu)質(zhì)礁灘儲層的最佳搭配關(guān)系[66-67]；而塔里木盆地上丘里塔格群過早的廣泛的準(zhǔn)同生期白云巖化[68-69]，增加了后期成巖改造形成優(yōu)質(zhì)儲層的難度。

孔隙形成之后的油氣充注也是優(yōu)質(zhì)儲層保存的主要機(jī)制[70]。油氣充注能夠改變白云巖儲層中的成巖流體環(huán)境，并抑制了后續(xù)成巖作用的發(fā)生，有利于儲層的保存[71]。

限定碳酸鹽巖成巖作用發(fā)生時間難度較大，因而成巖定年一直是眾多學(xué)者探索的方向。古地磁定年約束、Rb-Sr同位素等時線定年等不斷地應(yīng)用于碳酸鹽巖之中。對于巖溶作用發(fā)生的準(zhǔn)確時間，我們建立了基于從“源”到“匯”的地球化學(xué)及年代學(xué)對比的思路，把不同類型原巖與來源區(qū)作為統(tǒng)一的研究對象，從多尺度的沉積記錄上進(jìn)行對比，以確定其來源與形成時期。如塔河北部于奇11井在鷹山組溶洞中的灰綠色泥質(zhì)粉砂巖鋯石中測得最新的年齡為399 Ma，說明從加里東晚期(晚志留世—早泥盆世)開始巖溶洞穴已開始發(fā)育[72]。

塔河油田在空間上呈現(xiàn)出明顯的分帶性，不同地區(qū)的儲層主控因素亦不相同。塔河北部地區(qū)在長期和多期的暴露過程中，發(fā)生了多期巖溶旋回的疊加，儲層形成受控于構(gòu)造-層序-流體多期的復(fù)合作用。塔河南部地區(qū)，只存在加里東中期第Ⅰ幕和第Ⅱ幕的巖溶作用，由于暴露時間短，巖溶作用相對較弱，有利儲層的發(fā)育同時受層序(不整合面)、時間(暴露時間)、巖相(高能相帶)、構(gòu)造(斷裂體系)和流體(大氣淡水深循環(huán)和埋藏溶蝕)多種因素的聯(lián)合作用所控制[73]。

四川盆地震旦系燈影組也是多種因素聯(lián)合、多期復(fù)合作用的結(jié)果。燈影組儲層先是沉積于藻席、藻丘和顆粒灘環(huán)境(巖相)之中，存在準(zhǔn)同生期暴露溶蝕作用；燈二段與燈四段沉積末期，遭受了桐灣Ⅰ幕、Ⅱ幕運(yùn)動隆升剝蝕和大氣降水的溶蝕改造(層序與流體)；燈影組白云巖儲層在后期埋藏過程中分別經(jīng)歷了多期構(gòu)造-流體耦合改造，包括早寒武世興凱期以及二疊紀(jì)峨嵋期構(gòu)造拉張環(huán)境下熱液流體的溶蝕改造，志留紀(jì)末期開始有油氣流體充注和相關(guān)的埋藏溶蝕作用，直至燕山期—喜馬拉雅期再次發(fā)生天然氣的充注及深埋溶蝕作用[74-75]。由于地層時代老、埋藏深度大、成巖歷史復(fù)雜，燈影組儲層傾向于向兩個極端發(fā)展。原始相帶有利且位于古隆起的地區(qū)，后期聚集古油藏并經(jīng)歷深埋裂解和天然氣充注過程，儲層發(fā)育并且得到了長期有效保存，如位于川中古隆起上的威遠(yuǎn)、安岳氣田的燈影組儲層；許多地區(qū)的燈影組儲層或者原始條件不利，或者后期成巖環(huán)境不好，表現(xiàn)為致密化的差儲層或非儲層。

6 結(jié)論

1) 構(gòu)造對深層優(yōu)質(zhì)儲層的影響可分為原型和變形兩個方面。原型體現(xiàn)在構(gòu)造對沉積格局和沉積環(huán)境的控制；構(gòu)造變形如古隆起的形成演化、褶皺斷裂的發(fā)育及裂縫組合等為后期的成巖改造提供了新的宏觀背景，熱體制以及新的流體的介入會建立全新的地質(zhì)流體-巖石相互作用環(huán)境。

2) 地層層序的結(jié)構(gòu)與樣式提供了儲層發(fā)育與分布的宏觀環(huán)境。較高級次的層序界面主要控制了規(guī)模性的巖溶型儲層的形成；較低級次的層序界面與臺緣和臺內(nèi)礁灘相儲層發(fā)育分布的關(guān)系密切，也是層間巖溶流體運(yùn)移的通道。

3) 巖相包括沉積相和成巖相，是后期流體改造的基礎(chǔ)，也是儲層最終賦存的場所。原始巖石礦物和結(jié)構(gòu)可改造性的差異，影響著儲層的發(fā)育。

4) 流體作用始終貫穿在碳酸鹽巖建造與改造過程中。開放的地質(zhì)流體環(huán)境形成儲集空間；封閉的地質(zhì)流體環(huán)境保持儲集空間。

5) 時間是指碳酸鹽巖地層從沉積到成巖改造并最終定型的全過程，涉及上述4種要素中各種地質(zhì)作用的持續(xù)過程和相互之間的配置關(guān)系。

6) 構(gòu)造-巖相-層序-流體-時間五種因素息息相關(guān)、相互制約，五要素在碳酸鹽巖儲層形成和保持過程中分別發(fā)揮著不同的、同時又是不可分割的作用。一般來說，優(yōu)質(zhì)的規(guī)模性碳酸鹽巖儲層是多種因素聯(lián)合和多期復(fù)合作用的結(jié)果。

致謝：本文研究工作由中國石化石油勘探開發(fā)研究院、中國石化西北油田分公司、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)、中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)、成都理工大學(xué)和南京大學(xué)組成的碳酸鹽巖儲層研究團(tuán)隊共同完成。文中采用了中國石化、中國石油相關(guān)單位的寶貴資料，在此一并表示誠摯的謝意！

[1] 賈承造,龐雄奇.深層油氣地質(zhì)理論研究進(jìn)展與主要發(fā)展方向[J].石油學(xué)報,2015,36(12):1457-1469. Jia Chengzao,Pang Xiongqi.Research processes and development directions of deep hydrocarbon geological theories[J].Acta Petrolei Sinica,2015,36(12):1457-1469.

[2] 何治亮,金曉輝,沃玉進(jìn),等.中國海相超深層碳酸鹽巖油氣成藏特點(diǎn)及勘探領(lǐng)域[J].中國石油勘探,2016,21(1):3-14. He Zhiliang,Jin Xiaohui,Wo Yujin,et al.Hydrocarbon accumulation characteristics and exploration domains of ultra-deep marine carbo-nates in China[J].China Petroleum Exploration,2016,21(1):3-14.

[3] 龐雄奇.中國西部疊合盆地深部油氣勘探面臨的重大挑戰(zhàn)及其研究方法與意義[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(5):517-534. Pang Xiongqi.Key challenges and research methods of petroleum exploration in the deep of super imposed basins in western China[J].Oil & Gas Geology,2010,31(5):517-534.

[4] Zhu D,Meng Q,Jin Z,et al.Formation mechanism of deep Cambrian dolomite reservoirs in the TarimBasin,northwestern China[J].Marine and Petroleum Geology,2015,59(1):232-244.

[5] 翟曉先,顧憶,錢一雄,等.塔里木盆地塔深1井寒武系油氣地球化學(xué)特征[J].石油實驗地質(zhì),2007,29(4):329-333. Zhai Xiaoxian,Gu Yi,Qian Yixiong,et al.Geochemical characteristics of the Cambrian oil and gas in Well Tashen 1,the Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2007,29(4):329-333.

[6] 云露,翟曉先.塔里木盆地塔深1井寒武系儲層與成藏特征探討[J].石油與天然氣地質(zhì),2008,29(6):726-732. Yun Lu,Zhai Xiaoxian.Discussion on characteristics of the Cambrian reservoirs and hydrocarbon accumulation in Well Tashen-1,Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2008,29(6):726-732.

[7] 朱光有,楊海軍,朱永峰,等.塔里木盆地哈拉哈塘地區(qū)碳酸鹽巖油氣地質(zhì)特征與富集成藏研究[J].巖石學(xué)報,2011,27(3):827-844. Zhu Guangyou,Yang Haijun,Zhu Yongfeng,et al.Study on petroleum geological characteristics and accumulation of carbonate reservoirs in Hanilcatam area,Tarim basin[J].Acta Petrologica Sinica,2011,27(3):827-844.

[8] 孫龍德,鄒才能,朱如凱,等.中國深層油氣形成、分布與潛力分析[J].石油勘探與開發(fā),2013,40(6):641-649. Sun Longde,Zou Caineng,Zhu Rukai,et al.Formation,distribution and potential of deep hydrocarbon resources in China[J].Petroleum Exploration and Development,2013,40(6):641-649.

[9] 王招明,張麗娟,孫崇浩.塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖巖溶分類、期次及勘探思路[J].古地理學(xué)報,2015,17(5):635-644. Wang Zhaoming,Zhang Lijuan,Sun Chonghao.Classification，period and exploration for carbonate karst in the Ordovician，Tarim Basin[J].Journal of Palaeogeography,2015,17(5):635-644.

[10] 宋到福,王鐵冠,李美俊.塔中地區(qū)中深1和中深1C井鹽下寒武系油氣地球化學(xué)特征及其油氣源判識[J].中國科學(xué):地球科學(xué),2016，46(1):107-117. Song Daofu,Wang Tieguan,Li Meijun.Geochemistry and possible origin of the hydrocarbons from Wells Zhongshen1 and Zhongshen1C,Tazhong Uplift[J].Science in China:Earth Science,2016,46(1):107-117.

[11] 張光亞,馬鋒,梁英波,等.全球深層油氣勘探領(lǐng)域及理論技術(shù)進(jìn)展[J].石油學(xué)報,2015,36(9):1156-1166. Zhang Guangya,Ma Feng,Liang Yingbo,et al.Domain and theory-technology progress of global deep oil & gas exploration[J].Acta Petrolei Sinica,2015,36(9):1156-1166.

[12] 朱光有,張水昌.中國深層油氣成藏條件與勘探潛力[J].石油學(xué)報,2009,30(6):793-802. Zhu Guangyou,Zhang Shuichang.Hydrocarbon accumulation conditions and exploration potential of deep reservoirs in China[J].Acta Petrolei Sinica,2009,30(6):793-802.

[13] 何治亮,魏修成,錢一雄,等.海相碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲層形成機(jī)理與分布預(yù)測[J].石油與天然氣地質(zhì),2011,32(4):489-498. He Zhiliang,Wei Xiucheng,Qian Yixiong,et al.Forming mechanism anf distribution prediction of quality marine carbonate reservoirs[J].Oil & Gas Geology,2011,32(4):489-498.

[14] 韓克猷,孫瑋.四川盆地海相大氣田和氣田群成藏條件[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(1):10-18. Han Keyou,Sun Wei.Conditions for the formation of large marine gas fields and gas field clusters in Sichuan Basin[J].Oil & Gas Geology,2014,35(1):10-18.

[15] 王一剛,洪海濤,夏茂龍,等.四川盆地二疊、三疊系環(huán)海槽礁、灘富氣帶勘探[J].天然氣工業(yè),2008,28(1):22-27. Wang Yigang,Hong Haitao,Xia Maolong,et al.Exploration of reef-bank gas reservoirs surroundingPermian and Triassic troughs in Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry,2008,28(1):22-27.

[16] 馬永生,牟傳龍,譚欽銀,等.關(guān)于開江-梁平海槽的認(rèn)識[J].石油與天然氣地質(zhì),2006,27(3):326-331. Ma Yongsheng,Mou Chuanlong,Tan Qinyin,et al.A discussion on Kaijiang-Liangping ocean trough[J].Oil & Gas Geology,2006,27(3):326-331.

[17] 劉樹根,宋金民,趙異華,等.四川盆地龍王廟組優(yōu)質(zhì)儲層形成與分布的主控因素[J].成都理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2014,41(6):657-670. Liu Shugen,Song Jinmin,Zhao Yihua,et al.Controlling factors of formation and distribution of Lower Cambrian Longwangmiao Formation high-quality reservoirs in Sichuan Basin,China[J].Journal of Chengdu University of Technology:Science & Technology Edition,2014,41(6):657-670.

[18] 高志前,樊太亮,焦志峰,等.塔里木盆地寒武-奧陶系碳酸鹽巖臺地樣式及其沉積響應(yīng)特征[J].沉積學(xué)報,2006,24(1):19-27. Gao Zhiqian,Fan Tailiang,Jiao Zhifeng,et al.The structural types and depositional characteristics of carbonate platform in the Cambrian-Ordovician of Tarmi Basin[J].ActaSedmentologica Sinica,2006,24(1):19-27.

[19] 高志前,樊太亮,楊偉紅,等.塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖臺緣結(jié)構(gòu)特征及其演化[J].吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版),2012,42(3):657-665. Gao Zhiqian,Fan Tailiang,Yang Weihong,et al.Structure characte-ristics and evolution of theEopaleozoic carbonate platform in Tarim Basin[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2012,42(3):657-665.

[20] 朱光有,陳斐然,陳志勇,等.塔里木盆地寒武系玉爾吐斯組優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)現(xiàn)及其基本特征[J].天然氣地球科學(xué),2016,27(1):8-21. Zhu Guangyou,Chen Feiran,Chen Zhiyong,et al.Discovery and ba-sic characteristics of the high-quality source rocks of the Cambrian Yuertusi Formation in Tarim Basin[J].NaturalGas Geoscience,2016,27(1):8-21.

[21] 李朋威,羅平,陳敏,等.塔里木盆地西北緣上震旦統(tǒng)微生物碳酸鹽巖儲層特征與成因[J].石油與天然氣地質(zhì),2015,36(3):416-428. Li Pengwei,Luo Ping,Chen Min,et al.Characteristics and origin of the Upper Sinian microbial carbonate reservoirs at the northwestern margin of Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2015,36(3):416-428.

[22] Yunlai B,Yuhu M,Yong H,et al.Properties of continental margin and its hydrocarbon exploration significance inCambrian in the Sou-thern Ordos kratogen of north China[J].Acta Geologica Sinica (English Edition),2013,87(3):777-803.

[23] 呂修祥,楊寧,周新源,等.塔里木盆地斷裂活動對奧陶系碳酸鹽巖儲層的影響[J].中國科學(xué)(D輯),2008,38(S1):51-57. Lv Xiuxiang,Yang Ning,Zhou Xinyuan,et al.The influence of fracture activity on the carbonate reservoir in Ordovician of Tarim Basin[J].Science in China(D Series),2008,38(S1):51-57.

[24] 朱東亞,胡文瑄,張學(xué)豐,等.塔河油田奧陶系灰?guī)r埋藏溶蝕作用特征[J].石油學(xué)報,2007,28(5):57-62. Zhu Dongya,Hu Wenxuan,Zhang Xuefeng,et al.Characteristics of burial dissolution in the Ordovician limestone of Tahe oilfield[J].Acta Petrolei Sinica,2007,28(5):57-62.

[25] 云露,曹自成.塔里木盆地順南地區(qū)奧陶系油氣富集與勘探潛力[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(6):788-797. Yun Lu,Cao Zicheng.Hydrocarbon enrichment pattern and exploration potential of the Ordovician in Shunnan area，Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2014,35(6):788-797.

[26] 漆立新.塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖大油氣田勘探實踐與展望[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(6):771-779. Qi Lixin.Exploration practice and prospects of giant carbonate field in the Lower Paleozoic of Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2014,35(6):771-779.

[27] 李映濤,葉寧,袁曉宇,等.塔里木盆地順南4井中硅化熱液的地質(zhì)與地球化學(xué)特征[J].石油與天然氣地質(zhì),2015,36(6):934-944. Li Yingtao,Ye Ning,Yuan Xiaoyu,et al.Geological and geochemical characteristics of silicified hydrothermal fluids in Well Shunnan 4,Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2015,36(6):934-944.

[28] 錢一雄,尤東華,陳代釗,等.塔東北庫魯克塔格中上寒武統(tǒng)白云巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征與成因探討——與加拿大西部盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面對比[J].巖石學(xué)報,2012,28(8):2525-2541. Qian Yixiong,You Donghua,Chen Daizhao,et al.The petrographic and geochemical signatures and implication of origin of the Middle and Upper Cambrian dolostone in eastern margin Tarim:Comparative studies with the Whirlpool point of the Western Canada Sedimentary Basin[J].Acta Petrologica Sinica,2012,28(8):2525-2541.

[29] 錢一雄,陳代釗,尤東華,等.塔東北庫魯克塔格地區(qū)中上寒武統(tǒng)白云巖類型與孔隙演化[J].古地理學(xué)報,2012,14(4):461-476. Qian Yixiong,Chen Daizhao,You Donghua,et al.Types of dolostones and pore evolution of the Middle and Upper Cambrian in Kuruk Tag area of northeastern Tarim Basin[J].Journal of Palaeogeography,2012,14(4):461-476.

[30] Dong S,Chen D,Zhou X,et al.Tectonically-driven dolomitization of Cambrian to Lower Ordovician carbonates of the Quruqtagh area,north-eastern flank of Tarim Basin,northwest China[J].Sedimento-logy,2017,64(4):1079-1106.

[31] 陳軒,趙文智,劉銀河,等.川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)熱液白云巖特征及勘探思路[J].石油學(xué)報,2013,34(3):460-466. Chen Xuan， Zhao Wenzhi,Liu Yinhe,et al.Characteristics and exploration strategy of the Middle Permian hydrothermal dolomite in southwestern Sichuan Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2013,34(3):460-466.

[32] 舒曉輝,張軍濤,李國蓉,等.四川盆地北部棲霞組-茅口組熱液白云巖特征與成因[J].石油與天然氣地質(zhì),2012,33(3):442-448. Shu Xiaohui,Zhang Juntao,Li Guorong,et al.Characteristics and genesis of hydrothermal dolomites of Qixia and Maokou Formations in northern Sichuan Basin[J].Oil & Gas Geology,2012,33(3):442-448.

[33] 何治亮,高志前,張軍濤,等.層序界面類型及其對優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層形成與分布的控制[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(6):853-859. He Zhiliang,Gao Zhiqian,Zhang Juntao,et al.Types of sequence boundaries and their control over formation and distribution of quality carbonate reservoirs[J].Oil & Gas Geology,2014,35(6):853-859.

[34] 漆立新,云露.塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶發(fā)育特征與主控因素[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(1):1-12. Qi Lixin,Yun Lu.Development characteristics and main controlling factors of the Ordovician carbonate karst in Tahe oilfield[J].Oil & Gas Geology,2010,31(1):1-12.

[35] 錢一雄,Conxita Taberner,鄒森林,等.碳酸鹽巖表生巖溶與埋藏溶蝕比較——以塔北和塔中地區(qū)為例[J].海相油氣地質(zhì),2007,12(2):1-7. Qian Yixiong,Taberner C,Zou Senlin,et al.Diagenesis comparison between epigenic karstification and burial dissolution in carbonate reservoirs:An instance of Ordovician carbonate reservoirs in Tabei and Tazhong regions，Tarim Basin[J].Marine Origin Petroleum Geo-logy,2007,12(2):1-7.

[36] 胡明毅,鄧猛,胡忠貴,等.四川盆地石炭系黃龍組儲層特征及主控因素分析[J].地學(xué)前緣,2015,22(3):310-321. Hu Mingyi,Deng Meng,Hu Zhonggui,et al.Reservoir characteristics and main control factors of the Carboniferous Huang-long Formationin Sichuan Basin[J].Earth Science Frontiers,2015,22(3):310-321.

[37] 王國芝,劉樹根,李娜,等.四川盆地北緣燈影組深埋白云巖優(yōu)質(zhì)儲層形成與保存機(jī)制[J].巖石學(xué)報,2014,30(3):667-678. Wang Guozhi,Liu Shugen,Li Na,et al.Formation and preservation mechanism of high quality reservoir in deep burial dolomite in the Dengying Formation on the northern margin of the Sichuan Basin[J].Acta Petrologica Sinica,2014,30(3):667-678.

[38] 方少仙,何江,侯方浩,等.鄂爾多斯盆地中部氣田區(qū)中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五-馬五亞段儲層孔隙類型和演化[J].巖石學(xué)報,2009,25(10):2425-2441. Fang Shaoxian,He Jiang,Hou Fanghao,et al.Reservoirs pore space types and evolution in M55to M51,submembers of Majiagou Formation of Middle Ordovician in central gasfield area of Ordos Basin[J].Acta Petrologica Sinica,2009,25(10):2425-2441.

[39] 李振宏,胡健民.鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與古巖溶儲層分布[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(5):640-647. Li Zhenghong,Hu Jianmin.Structural evolution and distribution of paleokarst reservoirs in the Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology,2010,31(5):640-647.

[40] 張軍濤,金曉輝,李淑筠,等.鄂爾多斯盆地奧陶系馬五段孔隙充填物類型與成因[J].石油與天然氣地質(zhì),2016,37(5):684-690. Zhang Juntao,Jin Xiaohui,Li Shujun,et al.Types and origin of pore-fillings from the 5thmember of the Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology,2016,37(5):684-690.

[41] 郭彤樓.川東北元壩地區(qū)長興組—飛仙關(guān)組臺地邊緣層序地層及其對儲層的控制[J].石油學(xué)報,2011,32(3):387-394. Guo Tonglou.Sequence strata of the platform edge in the Changxing and Feixianguan formations in the Yuanba area,northeastern Sichuan Basin and their control on reservoirs[J].Acta Petrolei Sinica,2011,32(3):387-394.

[42] 李國蓉,武恒志,葉斌,等.元壩地區(qū)長興組儲層溶蝕作用期次與機(jī)制研究[J].巖石學(xué)報,2014,30(3):709-717. Li Guorong,Wu Hengzhi,Ye Bin,et al.Stages and mechanism of dissolution in Changhsing reservoir,Yuanba area[J].Acta Petrologica Sinica,2014,30(3):709-717.

[43] 張軍濤,胡文瑄,王小林,等.塔里木盆地西北緣寒武系中熱水白云石團(tuán)塊特征及成因研究[J].地質(zhì)學(xué)報,2011,85(2):234-245. Zhang Juntao,Hu Wenxuan,Wang Xiaolin,et al.Character and origin of Cambrian hydrothermal dolomite conglomeration in the northwes-tern margin of Tarim Basin[J].Acta Geologica Sinica,2011,85(2):234-245.

[44] 張軍濤,胡文瑄,錢一雄,等.塔里木盆地白云巖儲層類型劃分、測井模型及其應(yīng)用[J].地質(zhì)學(xué)報,2008,82(3):380-386. Zhang Juntao,Hu Wenxuan,Qian Yixiong,et al.Classification and logging modes of dolomite reservoirs in the Tarim Basin,northwestern China [J].Acta Geologica Sinica,2008,82(3):380-386.

[45] 王小林,胡文瑄,張軍濤,等.白云巖物質(zhì)組分與結(jié)構(gòu)對微孔儲集體系形成的制約——以塔里木盆地下古生界白云巖為例[J].天然氣地球科學(xué),2008,19(3):320-326. Wang Xiaolin,Hu Wenxuan,Zhang Juntao,et al.Dolomite composition and texture constrain the formation of micropore reservoir:An example from Lower Paleozoic dolomite,Tarim Basin[J].Natural Gas Geoscience,2008,19(3):320-326.

[46] 張?zhí)旄?鮑征宇,馬明,等.鮞粒灰?guī)r的溶解動力學(xué)特征和微觀形貌的發(fā)育演化[J].沉積學(xué)報,2009,27(6):1033-1042. Zhang Tianfu,Bao Zhengyu,Ma Ming,et al.Dissolution kinetic cha-racteristics and morphology evolution of oolitic limestone[J].Acta Sedimentologica Sinica,2009,27(6):1033-1042.

[47] 方旸,謝淑云,何治亮,等.基于巖石薄片的鮞粒碳酸鹽巖地球化學(xué)溶蝕[J].地球科學(xué),2016,41(5):779-791. Fang Yang,Xie Shuyun,He Zhiliang,et al.Thin section-based geochemical dissolution experiments of ooid carbonates[J].Earth Science,2016,41(5):779-791.

[48] 郭川,陳代釗,董少峰,等.塔里木盆地鷹山組生物潛穴白云巖成因機(jī)理[C]∥全國沉積學(xué)大會沉積學(xué)與非常規(guī)資源摘要文集.2015:316-317. Guo Chuan,Chen Daizhao,Dong Shaofeng,et al.The genetic mechanism of the dolomite in Yingshan Formation,Tarim Basin[C]∥A collection of sedimentology and unconventional resource abstracts in the national depositional science conference.2015:316-317.

[49] 王起琮,閆佐,寧博,等.鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組豹皮灰?guī)r特征及其成因[J].古地理學(xué)報,2016,18(1):39-48. Wang Qicong,Yan Zuo,Ning Bo,et al.Characteristics and genesis of leopard limestone of the Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin[J].Journal of Palaeogeography,2016,18(1):39-48.

[50] 宋金民,羅平,楊式升,等.塔里木盆地下寒武統(tǒng)微生物碳酸鹽巖儲集層特征[J].石油勘探與開發(fā),2014,41(4):404-413. Song Jinmin,Luo Ping,Yang Shisheng,et al.Reservoirs of Lower Cambrian microbial carbonates,Tarim Basin,NW China[J].Petro-leum Exploration and Development,2014,41(4):404-413.

[51] 李忠.盆地深層流體-巖石作用與油氣形成研究前沿[J].礦物巖石地球化學(xué)通報,2016,35(5):807-816. Li Zhong.Research frontiers of fluid-rock interaction and oil-gas formation in deep-buried basins[J].Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,2016,35(5):807-816.

[52] Cai C,Hu G,Li H X,et al.Origins and fates of H2S in the Cambrian and Ordovician in Tazhong area:Evidence from sulfur isotopes,fluid inclusions and production data[J].Marine & Petroleum Geology,2015,67:408-418.

[53] 張水昌,朱光有,何坤.硫酸鹽熱化學(xué)還原作用對原油裂解成氣和碳酸鹽巖儲層改造的影響及作用機(jī)制[J].巖石學(xué)報,2011,27(3):809-826. Zhang Shuichang,Zhu Guangyou,He Kun.The effects of thermochemical sulfate reduction on occurrence of oil-cracking gas and reformation of deep carbonate reservoir and the interaction mechanisms[J].Acta Petrologica Sinica,2011,27(3):809-826.

[54] 胡文瑄.盆地深部流體主要來源及判識標(biāo)志研究[J].礦物巖石地球化學(xué)通報,2016,35(5):817-826. Hu Wenxuan.Origin and indicators of deep-seated fluids in sedimentary basins[J].Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,2016,35(5):817-826.

[55] Moore C H.Carbonate reservoirs:Porosity,evolution and diagenesis in a sequence stratigraphic framework[M].Amsterdam,The Netherlands：Elsevier,2001.

[56] 楊云坤,劉波,秦善,等.基于模擬實驗的原位觀察對碳酸鹽巖深部溶蝕的再認(rèn)識[J].北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,50(2):316-322. Yang Yunkun,Liu Bo,Qin Shan,et al.Re-recognition of deep carbonate dissolution based on the observation of in-situ simulation experiment[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,2014,50(2):316-322.

[57] 范明,何治亮,李志明,等.碳酸鹽巖溶蝕窗的形成及地質(zhì)意義[J].石油與天然氣地質(zhì),2011,32(4):499-505. Fan Ming,He Zhiliang,Li Zhiming,et al.Dissolution window of carbonate rocks and its geological significance[J].Oil & Gas Geology,2011,32(4):499-505.

[58] 范明,蔣小瓊,劉偉新,等.不同溫度條件下CO2水溶液對碳酸鹽巖的溶蝕作用[J].沉積學(xué)報,2007,25(6):825-830. Fan Ming,Jiang Xiaoqiong,Liu Weixin,et al.Dissolution of carbonate rocks in CO2solution under the different temperatures[J].Acta Sedimentologica Sinica,2007,25(6):825-830.

[59] Morse J W,Arvidson R S.The dissolution kinetics of major sedimentary carbonate minerals[J].Earth Science Reviews，2002,58(1):51-84.

[60] Biehl B C,Reuning L,Schoenherr J,et al.Impacts of hydrothermal dolomitization and thermochemical sulfate reduction on secondary porosity creation in deeply buried carbonates:A case study from the Lower Saxony Basin,northwest Germany[J].Aapg Bulletin,2016,100(4):597-621.

[61] 康志宏,陳琳,魯新便,等.塔河巖溶型碳酸鹽巖縫洞系統(tǒng)流體動態(tài)連通性研究[J].地學(xué)前緣,2012,19(2):110-120. Kang Zhihong,Chen Lin,Lu Xinbian,et al.Fluid dynamic connecti-vity of karst carbonate reservoir with fracture and cave system in Tahe oilfield[J].Earth Science Frontiers,2012,19(2):110-120

[62] 侯方浩,方少仙,何江,等.鄂爾多斯盆地靖邊氣田區(qū)中奧陶統(tǒng)馬家溝組五1—五4亞段古巖溶型儲層分布特征及綜合評價[J].海相油氣地質(zhì),2011,16(1):1-13. Hou Fanghao,Fang Shaoxian,He Jiang,et al.Distribution characters and comprehensive evaluationof Middle Ordovician Majiagou 51-54submembers reservoirs in Jingbian gas field area,Ordos Basin[J].Marine Origin Petroleum Geology,2011,16(1):1-13.

[63] Lucia F J.Origin and petrophysics of dolostone pore space[J].Geological Society,London,Special Publications,2004,235(1):141-155.

[64] Davies G R,Smith Jr L B.Structurally controlled hydrothermal dolomite reservoir facies:An overview[J].AAPGBulletin,2006,90(11):1641-1690.

[65] Zhang J,Hu W,Qian Y,et al.Formation of saddle dolomites in Upper Cambrian carbonates,western Tarim Basin (northwest China):Implications for fault-related fluid flow[J].Marine and Petroleum Geology,2009,26(8):1428-1440.

[66] 高林.碳酸鹽巖成巖史及其對儲層的控制作用——以普光氣田為例[J].石油與天然氣地質(zhì),2008,29(6):733-739. Gao Lin.Diagenesis of carbonate rocks and their control over reservoirs—An example form the Puguang gas field[J].Oil & Gas Geology,2008,29(6):733-739.

[67] 王恕一,蔣小瓊,管宏林,等.川東北普光氣田下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組儲層成巖作用研究[J].石油實驗地質(zhì),2010,32(4):366-372. Wang Shuyi,Jiang Xiaoqiong,Guan Honglin,et al.Diagenesis effects of Lower Triassic Feixianguan Formation reservoir in Puguang gas field,Northeast Sichuan[J].Petroleum Geology & Experiment,2010,32(4):366-372.

[68] 吳仕強(qiáng),朱井泉,王國學(xué),等.塔里木盆地寒武—奧陶系白云巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造類型及其形成機(jī)理[J].巖石學(xué)報,2008,24(6):1390-1400. Wu Shiqiang,Zhu Jingquan,Wang Guoxue,et al.Types and origin of Cambiran-Ordovician dolomites in Tarim Basin[J].Acta Potrlogica Sinica,2008,24(6):1390-1400.

[69] 朱井泉,吳仕強(qiáng),王國學(xué),等.塔里木盆地寒武—奧陶系主要白云巖類型及孔隙發(fā)育特征[J].地學(xué)前緣,2008,15(2):67-79. Zhu Jingquan,Wu Shiqiang,Wang Guoxue,et al.Types and porosity characteristics of the Cambrian-Ordovician dolostones in Tarim Basin[J].Earth Science Frontiers,2008,15(2):67-79.

[70] 黃文明,劉樹根,馬文辛,等.深層海相碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲層的形成、保存和破壞機(jī)制——以四川盆地震旦系—志留系為例[J].地質(zhì)科學(xué),2011,46 (3):875-895. Huang Wenming,Liu Shugen,Ma Wenxin,et al.Formation,preservation and mechanism of marine deep carbonate high quality reservoir rocks:Illustrated by Sinian to Silurian System in Sichuan Basin[J].Chinese Journal of Geology,2011,46 (3):875-895.

[71] 朱東亞,張殿偉,張榮強(qiáng),等.深層白云巖儲層油充注對孔隙保存作用研究[J].地質(zhì)學(xué)報,2015,89(4):794-804. Zhu Dongya,Zhang Dianwei,Zhang Rongqiang,et al.Role of oil charge in preservation of deep dolomite reservoir space[J].Acta Geologica Sinica,2015,89(4):794-804.

[72] 彭守濤，何治亮，錢一雄，等.巖溶儲層洞穴演化時限的沉積學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)約束[C]∥第五屆中國石油地質(zhì)年會文集,2013:157-158. Peng Shoutao,He Zhiliang,Qian Yixiong,et al.Evolutional time limit of karst reservoirs constraining from the sedimentological,geochemical and chronological data[C]∥A collection of the Fifth Annual Mee-ting of China Petroleum and Geology,2013:157-158.

[73] 何治亮,彭守濤,張濤.塔里木盆地塔河地區(qū)奧陶系儲層形成的控制因素與復(fù)合-聯(lián)合成因機(jī)制[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(6):743-752. He Zhiliang,Peng Shoutao,Zhang Tao.Controlling factors and genetic pattern of the Ordovician reservoirs in the Tahe area,Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2010,31(6):743-752.

[74] 朱東亞,張殿偉,張榮強(qiáng),等.中國南方地區(qū)燈影組白云巖儲層流體溶蝕改造機(jī)制[J].石油學(xué)報,2015,36(10):1188-1198. Zhu Dongya,Zhang Dianwei,Zhang Rongqiang,et al.Fluid alteration mechanism of dolomite reservoirs in Dengying Formation,South China[J].Acta Geologica Sinica,2015,36(10):1188-1198.

[75] 朱東亞,張殿偉,劉全有,等.多種流體作用下的白云巖儲層發(fā)育過程和機(jī)制[J].天然氣地球科學(xué),2015,26(11):2053-2062. Zhu Dongya,Zhang Dianwei,LiuQuanyou,et al.Dynamic development process and mechanism of dolomites reservoir under multi-fluid alterations[J].Natural Gas Geoscience,2015,26(11):2053-2062.

(編輯 李 軍)

Factors controlling the formation of high-quality deep to ultra-deep carbonate reservoirs

He Zhiliang1,2,Zhang Juntao1,2,Ding Qian1,2,You Donghua1,2,3,Peng Shoutao1,2,Zhu Dongya1,2,Qian Yixiong1,2,3

(1.StateKeyLaboratoryofShaleOilandGasAccumulationMechanismandEffectiveDevelopment,Beijing100083,China;2.LaboratoryofStructuralandSedimentologicalReservoirGeology,PetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China; 3.WuxiResearchBranchofPetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214151,China)

Based on our preliminary works and previous researches,we proposed a conceptual model of five main factors controlling the formation of carbonate reservoirs,including tectonics,sequence,lithofacies,fluid and timing.Tectonics exerted influences on the reservoirs through prototyping and deformation.The former controlled the sedimentary pattern and the latter,such as the formation and evolution of ancient uplifts,the development of folds and fractures,and the combination of fractures,provide a new macro background for a late diagenetic transformation.A brand new geological fluid-rock interaction environment could be formed through the intervention of thermal events and new fluids.The structure and style of stratigraphic sequence provided a macroscopic environment for reservoir development and distribution.Boundaries of relatively higher order of sequence controlled mainly the formation of scaled karst reservoirs,while those of relatively lower order of sequence were closely related to the development and distribution of reef-facies reservoirs in platforms and their margins,which also acted as channels of inter-layer karst fluid migration.Lithofacies,including sedimentary and diagenetic facies,were the basis of a later fluid transformation and the place where reservoirs were finally sat.The differences of modifiability of different original mineral components and the structures could affect the development of reservoirs.The effects of fluids existed all the way through the formation and reconstruction of carbonate rocks.Open geological fluid environment contributed to the formation of reservoir spaces,while closed geological fluid environment contributed to the preservation of reservoir spaces.Timing refers to the whole process of carbonate formation from sedimentation to diagenetic transformation and finalization,which involved the continuous processes of and the relationships between the geological effects controlled by the above four factors.Tectonics,sequence,lithofacies,fluid and timing were closely related to one another,and each played different and inseparable roles in the formation and preservation of carbonate reservoirs.In general,large-scale high-quality carbonate reservoirs are resulted from the combined effects of multiple factors through multi-stages.

tectonics,sequence,lithofacies,fluid,timing,deep carbonate reservoir,reservoir genesis

2017-06-07;

2017-06-14。

何治亮(1963—)，男，博士、教授級高級工程師，石油地質(zhì)。E-mail:hezl.syky@sinopec.com。

國家自然科學(xué)基金項目(U1663209)；國家科技重大專項(2017ZX05005)；中國科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(XDAXX010200)。

0253-9985(2017)04-0633-12

10.11743/ogg20170401

TE122.2

A