塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖溶蝕作用機理模擬實驗

彭軍，王雪龍，韓浩東，尹申，夏青松，李斌

（西南石油大學地球科學與技術學院，成都 610500）

0 引言

2013年，塔里木盆地塔中隆起中深1井鉆遇寒武系鹽下白云巖并獲得工業(yè)油氣流，標志著塔里木盆地寒武系油氣勘探取得重要突破；但是寒武系深層、超深層的儲集層類型、成因及分布規(guī)律不清制約著有利區(qū)帶預測和評價[1]，如塔深1井深達8 400 m依然發(fā)育大量次生溶蝕孔洞。因此，超深層碳酸鹽巖地層中次生孔隙成因問題是塔里木盆地寒武系儲集層成因機理研究的主要內容之一。

針對碳酸鹽巖溶蝕作用，前人在礦物巖石學特征、溶蝕流體類型及溶蝕作用與次生孔隙的關系等方面做了大量研究[2-4]。從20世紀70年代開始，國內外學者開始以溶蝕模擬實驗為手段研究碳酸鹽巖溶蝕機理[5-7]。早期側重于對不同碳酸鹽巖類型溶蝕速率的研究，研究對象以巖石碎樣或巖石塊體為主，流體與巖石表面直接接觸[8-9]。近年來，隨著技術手段的發(fā)展，國內學者開始研究酸性流體在巖石內部滲流條件下的溶蝕特征，分析巖石原始孔隙結構對溶蝕作用的影響及溶蝕前后巖石物性的變化特征[10-12]；國外學者更是從微觀角度以原位觀察的方式研究碳酸鹽巖孔隙結構及礦物成分對溶蝕作用的影響[13-21]。碳酸鹽巖溶蝕模擬實驗已經從宏觀發(fā)展到微觀，從對單一礦物受單一因素控制的溶蝕特征研究發(fā)展到多手段相結合多因素共同控制下的巖石內部滲流溶蝕模擬。目前，對碳酸鹽巖主要礦物方解石、白云石的溶蝕能力已具有統(tǒng)一認識，關于碳酸鹽巖孔隙結構、儲集空間類型對溶蝕作用的影響也取得了一定的研究成果；但關于次要礦物石膏對碳酸鹽巖溶蝕作用的影響認識尚不統(tǒng)一，關于碳酸鹽巖溶蝕能力與溫度、壓力的關系（即是否存在溶蝕窗）也存在分歧。這些問題的解決對碳酸鹽巖溶蝕機理研究具有重要的補充作用，更有利于塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖儲集層成因分析及有利區(qū)預測。

本文以塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖為實驗樣品，以地層中常見的有機酸（乙酸）和二氧化碳溶液為溶蝕流體，模擬地層溫壓條件，在連續(xù)滲流狀態(tài)下進行溶蝕模擬實驗，主要從巖石儲集空間類型、孔隙結構、礦物成分及溫壓條件方面討論塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖溶蝕機理。

1 實驗材料及流程

1.1 實驗樣品

實驗綜合考慮了溫度、壓力、儲集空間類型、孔隙結構、礦物成分對碳酸鹽巖溶蝕作用的影響，選取巴楚地區(qū)巴探5井下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組、瑪北1井中寒武統(tǒng)沙依里克組、塔北地區(qū)星火2井及于奇6井上寒武統(tǒng)下丘里塔格群共 4個巖心柱樣，井位分布如圖1所示。薄片鑒定巖性分別為白云質灰?guī)r（見圖2a—圖2b）、殘余砂屑細晶白云巖（見圖2c—圖2e）、含硅細晶白云巖（見圖 2f—圖 2g）、中晶白云巖（見圖2h—圖 2i）。X 衍射表明白云質灰?guī)r中方解石含量達52.49%（見表1），白云石含量為44.18%；其余樣品白云石含量均在 84%以上，其中殘余砂屑細晶白云巖白云石含量高達99.24%；除此之外巖石中還發(fā)育少量石英、硬石膏、石鹽等礦物，其中含硅細晶白云巖石英含量達 15.60%。偏光顯微鏡下孔隙特征（見圖 2）與物性數(shù)據(jù)（見表1）表明，瑪北1井白云質灰?guī)r、巴探5井殘余砂屑細晶白云巖、星火2井含硅細晶白云巖、于奇6井中晶白云巖4個樣品分別屬于孔隙型、裂縫-孔隙型、孔隙-裂縫型、裂縫型。

圖1 實驗樣品井位分布圖

1.2 實驗流體及溫度、壓力條件

碳酸鹽巖溶蝕流體主要包括同生期與準同生期大氣淡水（以二氧化碳溶液為主）、埋藏條件下與有機質熱演化有關的酸性流體（以二氧化碳溶液和有機酸為主）[22-24]以及深部熱流體（以二氧化碳溶液為主）[4]。因此實驗選取了有機酸和二氧化碳溶液為溶蝕流體。有機酸為體積分數(shù)0.2%的乙酸溶液（pH值約為3.0），由分析純乙酸試劑和去離子水（除去了離子形式雜質的純水）配制而成；二氧化碳溶液分壓為2.0 MPa（pH值約為5.0）。實驗溫度參考塔里木盆地塔北地區(qū)和巴楚地區(qū)寒武系的埋藏熱演化史古地溫資料（見圖3—圖4），塔北地區(qū)寒武系埋藏較深，溫度可達234 ℃，而巴楚地區(qū)埋藏相對較淺，最高溫度僅為144 ℃。壓力近似為各溫度值對應埋深的地層靜水壓力（略有調整）。4個樣品的實驗溫度、壓力值見表2，其中殘余砂屑細晶白云巖的溫壓變化過程是從高溫高壓到低溫低壓，模擬地層抬升的過程，其余樣品均從低溫低壓到高溫高壓。

1.3 實驗流程及設備

表1 寒武系不同碳酸鹽巖樣品孔隙度、滲透率及X衍射分析礦物含量數(shù)據(jù)

圖3 塔北地區(qū)寒武系埋藏熱演化史（以塔深1井為例）

圖4 巴楚地區(qū)寒武系埋藏熱演化史（以巴探5井為例）

表2 不同碳酸鹽巖樣品的實驗溫度和壓力

對樣品進行洗油、烘干并磨制鑄體薄片，進行鏡下觀察。對樣品進行X衍射分析其礦物含量特征，實驗儀器為X’pert Pro型X射線衍射儀，實驗溫度為25 ℃，濕度為 38%；然后測定樣品孔滲數(shù)據(jù)，實驗儀器為FYKS-3型覆壓孔滲聯(lián)合測定儀，測試溫度為25 ℃，濕度為40%；對樣品進行CT掃描，分析其孔隙結構特征，實驗儀器為Vltomelx S工業(yè)CT，實驗溫度為25 ℃，濕度為38%。完成上述測試后開始溶蝕實驗：將巖心柱樣裝入夾持器，通入預先配置好的酸性流體，待流體勻速通過巖心柱樣后（流速恒定為1 mL/min），按設計逐步設定溫度、壓力值，待其達到設定值后開始計時，每個溫壓點溶蝕45 min，然后收集5 min的溶蝕流體，測定溶蝕流體中 Ca2+、Mg2+濃度。所用設備為中國石油天然氣集團公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室自主設計的高溫高壓動力學模擬裝置，流體離子濃度測定設備為Leeman Prodigy全譜直讀光譜儀（4015）和Thrmo X SeriesⅡ電感耦合等離子體質譜聯(lián)用儀（SN01426C），測試溫度為25 ℃、濕度為47%。樣品溶蝕后，再磨制鑄體薄片對其進行薄片鑒定、孔滲測定和CT掃描，對比分析其溶蝕前、后儲集層特征變化。

2 實驗結果與分析

2.1 不同溫度、壓力條件下碳酸鹽巖溶蝕規(guī)律

以溶液中鈣鎂離子總量代表樣品溶蝕量、鈣鎂離子摩爾比表示溶解礦物類型來分析不同溫度、壓力條件下碳酸鹽巖溶蝕規(guī)律。圖5a中星火2井、于奇6井2個白云巖樣品分別為孔隙-裂縫型的含硅細晶白云巖和裂縫型的中晶白云巖，溶蝕流體分別為乙酸溶液和二氧化碳溶液。二者溶蝕量表現(xiàn)出隨溫度和壓力的增加，呈先增加后減少的趨勢，存在一個最佳溶蝕溫壓區(qū)間。圖5b中瑪北1井白云質灰?guī)r樣品同樣表現(xiàn)出隨溫度、壓力的升高，溶蝕量呈先增加后減小的趨勢；在高溫高壓階段，雖然流體溶出鈣鎂離子摩爾比接近白云石中的鈣鎂離子摩爾比，即表明受溶蝕的礦物變成以白云石為主，且受到了裂縫形成（見圖6a—圖6d）的影響，但溫度和壓力的變化仍是溶蝕量減小的重要原因。巴探 5井殘余砂屑細晶白云巖模擬地層抬升過程中的溶蝕，即從深埋時的高溫高壓條件到淺埋時的低溫低壓條件，溶蝕量隨著溫壓的降低，同樣存在先增加后減少的趨勢，且溶出鈣鎂離子摩爾比接近白云石中的鈣鎂離子摩爾比，說明隨著地層的抬升，白云巖的溶蝕量同樣有一個先增加后減少的趨勢。上述溶蝕特征雖然是基于巖心柱樣為溶蝕樣品而得出的，由于巖石的孔隙結構會隨著溶蝕作用的進行而發(fā)生變化，導致水巖有效接觸面積的變化，進而影響巖石溶蝕率，目前尚無定量手段確定其影響程度。但是蔣小瓊等以碳酸鹽巖碎樣為溶蝕對象、以二氧化碳和乙酸溶液為溶蝕流體對不同類型碳酸鹽巖進行了溶蝕模擬實驗[9]，該實驗過程中巖石孔隙結構的變化較小，可忽略不計，卻獲得了與本文實驗相似的實驗結果。另外，楊云坤等對碳酸鹽巖溶蝕作用進行了數(shù)值模擬計算，結果表明，在酸性氣體含量較高的水巖反應體系中，碳酸鹽礦物的溶蝕量同樣呈先增加后減少的趨勢[7]，與本模擬實驗結果相似。

圖5 碳酸鹽巖樣品溶蝕釋放的（Ca2++Mg2+）總量及Ca2+/Mg2+值與溫度、壓力的關系

實驗結果表明不同類型碳酸鹽巖在不同酸性流體侵入過程中都具有一個最佳溶蝕溫度、壓力區(qū)間。由于巖石類型的差異，區(qū)間具有一定差別，溫度分布在70～100 ℃，壓力為25～40 MPa，僅針對溫度、壓力來說，根據(jù)塔里木盆地地溫梯度計算得出有利溶蝕深度范圍大致為2 250～3 750 m。

地層流體環(huán)境分為開放環(huán)境、間歇性開放環(huán)境和封閉環(huán)境 3類，其中封閉條件下地層與外界僅存在能量的交換[25]，因此不可能發(fā)生溶蝕作用而形成規(guī)模性儲集空間[26]。所以碳酸鹽巖儲集層中規(guī)模發(fā)育的次生溶蝕孔洞主要形成于開放環(huán)境和間歇性開放環(huán)境。溶蝕流體主要有同生期、準同生期和表生期大氣淡水，埋藏條件下與有機質熱演化有關的酸性流體及深部熱液。流體運移的過程中，離源區(qū)近的區(qū)域，流體未飽和發(fā)生溶蝕作用；遠離源區(qū)的區(qū)域，溶蝕作用使流體逐漸飽和，傾向于沉淀。因此，在某一酸性流體侵入事件中，近端以溶蝕作用為主，可看成開放環(huán)境，而遠端傾向于沉淀。基于上述分析，認為本文實驗正是模擬了溶蝕孔隙規(guī)模發(fā)育的開放環(huán)境，較真實地反映了實際地層溶蝕作用的發(fā)育規(guī)律。

2.2 不同孔隙結構及儲集空間類型碳酸鹽巖溶蝕規(guī)律

對于殘余砂屑細晶白云巖，偏光顯微鏡下及 CT掃描圖像上溶蝕特征均表現(xiàn)為溶蝕后小孔擴大、合并成大孔甚至溶洞，溶蝕邊緣較為平滑（見圖 2c—圖2d、圖 6e—圖 6h）。相應的孔隙和喉道數(shù)量均減少，在體積為 0.216 mm3的三維孔隙重構區(qū)域內，孔隙數(shù)量由 12 132個減少到 3 384個，喉道數(shù)量由 21 860個減少到 12 255個；溶蝕前孔隙半徑主要為 19.01～35.72 μm，溶蝕后主要為 22.54～56.61 μm，平均孔隙半徑由21.84 μm增加到40.15 μm；溶蝕前喉道半徑主要為 8.97～22.54 μm，溶蝕后主要為 28.37～56.61 μm，平均喉道半徑由15.22 μm增加到40.22 μm。

圖6 寒武系碳酸鹽巖樣品溶蝕前后CT掃描圖像對比

對于含硅細晶白云巖，偏光顯微鏡下，溶蝕前裂縫與孔隙均有發(fā)育，溶蝕后裂縫明顯被拓寬且縫壁變得平直（見圖2g），溶孔也明顯擴大；CT掃描圖像表明裂縫和孔隙均有溶蝕現(xiàn)象發(fā)生，但是裂縫擴溶作用更強烈（見圖6i—圖6l）?？紫督Y構上表現(xiàn)為孔隙和喉道數(shù)量均增加，在體積為0.216 mm3的三維孔隙重構區(qū)域內，孔隙數(shù)量由1 489個增加到3 300個，喉道數(shù)量由83個增加到2 542個；溶蝕前孔隙半徑主要為7.13～14.22 μm，溶蝕后主要為17.90～35.72 μm，平均孔隙半徑由12.69 μm增加到22.37 μm，溶蝕前喉道半徑主要為 7.13～11.29 μm，溶蝕后主要為 14.22～28.37 μm，平均喉道半徑由8.45 μm增加到18.27 μm。

2個樣品溶蝕前后孔喉參數(shù)的變化特征一致表明溶蝕作用均擴大了孔隙和喉道的半徑，對樣品滲透率的提高具有明顯作用。但是，二者孔喉數(shù)量表現(xiàn)出相反的變化特征，這與樣品溶蝕前的孔喉發(fā)育特征有關。殘余砂屑細晶白云巖溶蝕前具有較發(fā)育的孔隙和喉道，溶蝕作用使孔隙和喉道擴大、連通直至合并，導致數(shù)量減少。而含硅細晶白云巖溶蝕前孔隙和喉道相對不發(fā)育，溶蝕作用雖然擴大了孔隙和喉道半徑，但沒有達到合并的程度，相同分辨率條件下提取的孔隙和喉道數(shù)量有所增加。

對比分析巖石樣品溶蝕前后的孔滲數(shù)據(jù)（見表3）可以看出，不同巖性、不同儲集空間類型原巖變化特征差別明顯。對于孔隙度而言，孔隙型樣品白云質灰?guī)r溶蝕前后孔隙度變化率最大，為174.92%，這與其基質中含大量方解石礦物有關；而裂縫型樣品中晶白云巖溶蝕前后孔隙度變化率最低，僅為10.56%，與其溶解的主要為裂縫中充填方解石有關（見圖6m—圖6p）；殘余砂屑細晶白云巖和含硅細晶白云巖溶蝕前后孔隙度變化率介于上述2種巖性之間，分別為14.86%和22.05%，因殘余砂屑細晶白云巖樣品溶蝕時間短，故孔隙度變化率比含硅細晶白云巖略低。對于滲透率而言，白云質灰?guī)r溶蝕后變化率同樣最大，為11 999 900.00%，與其溶蝕后期裂縫的形成有一定關系；而殘余砂屑細晶白云巖溶蝕前后變化率最低，為251.60%，主要是因為其以基質孔擴溶為主；含硅細晶白云巖和中晶白云巖溶蝕前后變化率介于上述2種巖性之間，分別為51 636.53%和125 702.14%。上述數(shù)據(jù)表明裂縫的存在對巖石樣品滲透率的改善起決定性作用，含硅細晶白云巖、中晶白云巖、白云質灰?guī)r溶蝕后裂縫顯著拓寬，滲透率比殘余砂屑細晶白云巖分別高出2，3，5個數(shù)量級。

表3 巖石樣品溶蝕前后孔隙度、滲透率數(shù)據(jù)對比表

巖石樣品物性變化特征表明，方解石含量高的過渡型碳酸鹽巖溶蝕后孔隙度增加最明顯，而裂縫型純白云巖溶蝕后孔隙度變化最??；滲透率的變化則主要受儲集空間類型控制，裂縫型碳酸鹽巖溶蝕后滲透率增量最大，而以基質孔為主的孔隙型碳酸鹽巖溶蝕后滲透率變化最小，若高壓條件下孔隙型碳酸鹽巖有裂縫形成，滲透率同樣會顯著增大。因為裂縫的存在易形成優(yōu)勢通道，導致溶蝕量減小，但是滲透率顯著增大，而孔隙型碳酸鹽巖中流體則均勻滲流，溶蝕量相對較高，所以孔隙度滲透率均相應增加。

2.3 不同礦物成分碳酸鹽巖溶蝕規(guī)律

對于白云質灰?guī)r樣品，偏光顯微鏡下，溶蝕前自形—半自形粉晶白云石晶體間分布大量泥晶方解石，溶蝕后泥晶方解石明顯減少，晶間溶孔相應增加，剩余白云石晶體未見明顯溶蝕痕跡（見圖 2a—圖 2b），說明方解石與白云石共存的情況下，方解石優(yōu)先溶解；CT掃描圖像上該樣品溶蝕前整體孔隙不發(fā)育，而溶蝕后孔隙呈層狀分布（見圖 6c—圖 6d），此特征明顯與方解石呈層狀分布有關。對于殘余砂屑細晶白云巖樣品，溶蝕作用沿晶間孔、晶間溶孔均勻發(fā)育，溶蝕后形成均一的基質孔隙，這與該樣品為純白云巖及原始孔隙均質性較強有關；另外偏光顯微鏡下該樣品可見少量存在裂紋且與孔隙接觸的硬石膏，然而在溶蝕后沿該裂紋沒有明顯的溶蝕痕跡（見圖2e）。

從圖5b中鈣、鎂離子溶出量變化曲線看出，在相對低溫低壓的同一溫壓點下受相同酸性流體溶蝕，白云質灰?guī)r的溶蝕量均比殘余砂屑細晶白云巖溶蝕量大，前者為后者的2.3倍；在高溫高壓階段，2者溶蝕量差別縮小至8.9%。上述變化的原因主要是低溫低壓階段，白云質灰?guī)r以溶解方解石為主，如圖 5b中Ca2+/Mg2+變化曲線所示，高溫高壓階段白云石溶解量增加，結合偏光顯微鏡下特征及CT圖像可知造成這種差異性溶蝕的原因是樣品中方解石呈層狀分布。早期流體呈層狀流動，主要溶解方解石層，隨著壓力增大，閉合縫拓寬切穿白云石層，此時流體主要沿裂縫流動，反應面積減少，且早期方解石大量溶蝕，此時以溶解白云石為主。而殘余砂屑細晶白云巖由于成分單一，白云石含量高達99.24%，始終以溶解白云石為主。

實驗結果表明，方解石含量為52.49%的白云質灰?guī)r樣品每個溫壓點的溶蝕量均比不含方解石的殘余砂屑細晶白云巖大，說明從近地表條件到深埋藏條件，方解石的溶蝕能力均比白云石強。且二者共存的情況下，酸性流體將優(yōu)先溶蝕方解石。因此，針對巖石類型來說，埋藏條件下方解石含量較高的過渡型碳酸鹽巖有利于溶蝕形成優(yōu)質儲集層。

發(fā)現(xiàn)殘余砂屑細晶白云巖樣品中的硬石膏未見明顯溶蝕痕跡，分析其原因可能與乙酸為弱酸、難與硫酸鈣反應有關，且乙酸易與碳酸鈣或碳酸鈣鎂反應生成大量鈣離子，由于同離子效應[27]使硫酸鈣更難溶于水溶液中。為了驗證這一推測，采用CO2-H2O-CaCO3-CaSO4-NaCl模型[28]計算了碳酸鈣和硫酸鈣的溶解度，受模型限制，由于二氧化碳溶液和乙酸均為弱酸，本文實驗以二氧化碳溶液近似代替乙酸溶液。圖 7表明在65 ℃、20 MPa、NaCl濃度為0.17 mol/kg的條件下，硫酸鈣溶解度隨著二氧化碳濃度增加而減小，同時也隨著溶液中碳酸鈣含量的增加而減??；圖 8表明硫酸鈣和碳酸鈣均充足的情況下，早期溶液中不含二氧化碳，硫酸鈣溶解度是碳酸鈣的 816倍，隨著溫壓的升高，溶液中二氧化碳含量逐漸增加，同時硫酸鈣溶解度逐漸降低，而碳酸鈣溶解度迅速增加且超過硫酸鈣溶解度，當二氧化碳濃度增加到1 mol/kg時，硫酸鈣溶解度降到一個極小值，之后隨著溫度、壓力的增加，呈先增大后減小的趨勢，但始終比碳酸鈣溶解度小。

圖7 硫酸鈣溶解度隨碳酸鈣濃度增加變化特征

圖8 硫酸鈣、碳酸鈣溶解度隨溫壓變化特征

模擬計算結果表明，硬石膏在埋藏條件下且流體中弱酸濃度較高時明顯比碳酸鹽礦物難溶，反而在同生、準同生期，弱酸濃度較低的情況下更易溶解，這與本次實驗觀察結果十分吻合，說明膏云坪碳酸鹽巖發(fā)育膏模孔的關鍵時期應為同生、準同生階段。

綜上所述，認為方解石與白云石共存的情況下，方解石優(yōu)先溶解；埋藏條件下硬石膏與碳酸鹽礦物共存的情況下，則碳酸鹽礦物較易溶，硬石膏相對難溶。

3 寒武系碳酸鹽巖溶蝕作用

控制碳酸鹽巖溶蝕作用的因素非常復雜，由于實驗技術條件的限制，本文實驗只考慮了溫度、壓力、礦物類型、儲集空間類型、孔隙結構對溶蝕作用的影響，暫未考慮有效反應面積的變化。因此，討論碳酸鹽巖溶蝕量隨溫壓變化的特征時，未考慮有效反應面積變化的影響。

實驗結果表明在實際地層溫壓條件下，方解石始終比白云石易溶，似乎與白云巖地層更易發(fā)育優(yōu)質儲集層相悖，原因在于白云巖具有相對較高的硬度，對孔隙空間的支撐保護具有重要作用[29]。碳酸鹽巖礦物組分主要為方解石、白云石，且 2者存在溶蝕能力的差異，容易發(fā)生選擇性溶蝕。過渡型碳酸鹽巖中的方解石與酸性流體接觸，易優(yōu)先溶解形成大量儲集空間，此實驗結論正是塔里木盆地寒武系沙依里克組礫屑灰?guī)r與粉晶白云巖互層中灰?guī)r層發(fā)育水平層狀溶洞的原因（見圖9a）。另外，在礁灘相的同生、準同生期，白云石化程度相對低，原生孔隙發(fā)育，間歇性暴露受大氣淡水淋濾，易形成大量溶蝕孔洞，這與優(yōu)質碳酸鹽巖儲集層主要分布于礁灘相一致。實驗還發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖中硬石膏在埋藏條件下相對碳酸鹽礦物更難溶解，理論計算表明在酸性流體濃度、鈣離子濃度較低的情況下硬石膏易溶解，因此推測碳酸鹽巖中膏模孔形成的關鍵時期應為同生、準同生階段，主要發(fā)育于膏云坪沉積。

圖9 塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖溶蝕作用特征

上述結論與前人研究認為的白云巖儲集空間主要受沉積相及同生期巖溶作用控制，埋藏溶蝕作用只起到了改造或者優(yōu)化儲集空間的作用結論相符。

雖然碳酸鹽巖溶蝕作用存在一個最佳溫度、壓力區(qū)間，對應塔里木盆地寒武系2 250～3 750 m埋深段，但溶蝕作用除受溫度和壓力的影響外，巖石礦物成分、儲集空間特征、酸性流體等都具有重要作用，達到最佳溶蝕溫壓條件溶蝕孔隙卻不一定最發(fā)育，相反同生、準同生期儲集層具相對易溶的方解石、膏質，且處于開放環(huán)境，為溶蝕孔隙形成最佳階段。埋藏條件下以孔隙的保存為主，但當埋深達到一定深度后，如果具有酸性流體侵入，將是儲集空間的最佳改造時期。對于塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖而言，埋深達到最佳溶蝕深度段的時期正好與寒武系烴源巖有機質熱成熟生烴期一致[30]，大量有機酸的生成匹配最佳的溶蝕溫壓條件，有利于埋藏溶蝕作用的發(fā)育，表現(xiàn)為埋藏條件下形成大量非選擇性溶孔，且孔隙邊緣殘余瀝青（見圖 9b）。

儲集空間類型是控制碳酸鹽巖溶蝕作用效果的重要因素，裂縫的存在控制著酸性流體流動方向，進而使溶蝕作用沿著裂縫邊緣發(fā)育。塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖裂縫發(fā)育，多形成溶蝕縫-洞組合（見圖 9c），此類儲集空間的形成主要與埋藏條件下有機酸性流體及熱液流體沿構造破裂形成的裂縫通道侵入有關。

實驗結果與儲集層溶蝕孔洞特征綜合分析，認為塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖最重要的孔隙形成時期為同生、準同生期。該時期碳酸鹽沉積物壓實、膠結作用弱，原生孔隙發(fā)育，且方解石含量高，受大氣淡水溶蝕可以形成大量溶蝕孔洞（包括膏模孔），盡管后期受壓實、膠結作用破壞，但其殘余孔隙仍為埋藏酸性流體提供了重要的滲流通道；寒武系碳酸鹽巖儲集層埋深達2 250～3 750 m深度段時，在裂縫的溝通下，與有機質熱演化有關的酸性流體、熱液流體等多種酸性流體進行疊加改造最終形成優(yōu)質儲集層。

4 結論

實際地層條件下，方解石比白云石易溶，即方解石含量高的碳酸鹽巖地層，方解石易優(yōu)先溶解形成次生孔洞。碳酸鹽巖地層中的石膏、硬石膏由于同離子效應，在埋藏條件下的酸性流體中不易溶解，石膏、硬石膏的溶蝕主要發(fā)生在同生、準同生期酸性流體含量較低的情況下。

隨著溫壓的增加，酸性流體對碳酸鹽巖的溶蝕能力先增強后減弱，熱力學數(shù)值模擬和實驗結果一致表明，存在最佳溶蝕溫壓范圍，溫度為70～100 ℃，壓力為25～40 MPa，對應塔里木盆地寒武系2 250～3 750 m埋深，此階段正好與寒武系烴源巖有機質生烴期一致，有機酸與合適的溫壓條件疊加有利于埋藏溶蝕作用的發(fā)育。

原巖儲集空間類型及孔隙結構控制流體滲流特征，影響溶蝕作用結果。孔隙型巖石流體均勻地在連通孔隙中流動，以孔隙的擴溶為主，孔隙度和滲透率均有增加；裂縫型或高壓下形成裂縫的孔隙型巖石中流體則主要沿裂縫流動和擴溶，裂縫的形成易導致溶蝕量減少從而使孔隙度增加不明顯，但是滲透率會得到極大的提高?？紫逗秃淼腊l(fā)育的碳酸鹽巖，流體滲流能力強，原巖更易溶蝕，形成優(yōu)質儲集空間。

多種溶蝕特征表明塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖儲集層儲集空間形成的最重要時期為同生、準同生期，該時期碳酸鹽沉積物壓實、膠結作用弱，原生孔隙發(fā)育，方解石含量相對較高，受大氣淡水溶蝕可以形成大量溶蝕孔洞。在埋藏深度達到2 250～3 750 m時，受與有機質熱演化有關的酸性流體、深部熱流體等多種酸性流體疊加改造，形成現(xiàn)今優(yōu)質儲集層。

致謝：感謝中國石油杭州地質研究院斯春松高級工程師、碳酸鹽巖儲層重點實驗室沈安江教授在實驗條件上提供的大量幫助和支持，感謝佘敏、蒙紹興等專家在實驗方法及操作上給予的幫助和指導。