中國的白云巖與白云巖儲(chǔ)層：分布、成因與控制因素

何治亮，馬永生,張軍濤，朱東亞，錢一雄，丁 茜，陳代釗

(1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 2.中國石油化工股份有限公司，北京 100728； 3.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 構(gòu)造與沉積儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 4.中國科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所 油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

“白云石(巖)問題”(dolomite problem)是地質(zhì)學(xué)中的世紀(jì)難題，其內(nèi)涵為“地質(zhì)時(shí)代廣泛發(fā)育，但是現(xiàn)代沉積很少出現(xiàn)。常溫常壓下實(shí)驗(yàn)室無法合成白云石[1-3]?！?791年，法國地質(zhì)學(xué)家Deodat Dolomieu在意大利北部的多洛米蒂山發(fā)現(xiàn)并命名了白云巖，由此拉開了白云巖研究的序幕[4]。兩百余年來，各種有關(guān)白云巖成因的學(xué)說風(fēng)起云涌，卻始終未能完全達(dá)成共識(shí)。由于白云巖中常常發(fā)育豐富的各類孔隙，它們可作為優(yōu)質(zhì)的油氣儲(chǔ)集空間，因而引發(fā)起石油地質(zhì)學(xué)家和油氣工業(yè)界濃厚的興趣[2,5-7]。

中國白云巖研究起步相對(duì)較晚，但也有八十余年的歷史。中文的“白云巖”一詞來源于日本地質(zhì)學(xué)家橫山又次郎的《地質(zhì)學(xué)》(1895)，由張相文于1909年編譯引入。李春昱、高振西和黃汲清等地質(zhì)學(xué)家曾在1936—1938年的文獻(xiàn)中先后提及白云巖。在20世紀(jì)中葉，各種白云巖成因?qū)W說如火如荼之時(shí)，中國的白云巖研究卻陷入了漫長的沉寂期。20世紀(jì)80年代前，中國關(guān)于白云巖的專門論著僅有10篇左右。之后，隨著中國海相油氣先后取得一系列的重大發(fā)現(xiàn)，中國白云巖研究開始迎來真正的春天，每年都能發(fā)表10篇以上的白云巖論文。近二十余年來，隨著靖邊、普光-元壩及安岳等大型白云巖氣田的發(fā)現(xiàn)[8-10]，中國白云巖領(lǐng)域的研究無論是在理論上還是在實(shí)踐中都取得了可喜的成果；尤其是在埋深大于4 500 m的深層，甚至大于6 000 m的超深層白云巖中發(fā)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的白云巖儲(chǔ)層，顛覆了前人認(rèn)為深層不太可能存在有效儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)，初步揭示了深埋條件下白云巖中儲(chǔ)集空間形成與保存的機(jī)理[11-13]，標(biāo)志著中國白云巖研究邁入到世界先進(jìn)行列。

縱觀近百年歷程，中國的白云巖以及白云巖儲(chǔ)層研究和勘探實(shí)踐目前已漸入佳境，成果豐碩，可圈可點(diǎn)，但系統(tǒng)討論、回顧和總結(jié)中國白云巖和白云巖儲(chǔ)層的論著或?qū)］嫴⒉惶?。本文試圖通過梳理中國白云巖和白云巖儲(chǔ)層發(fā)育展布及成因機(jī)理等研究現(xiàn)狀，來展示先驅(qū)者已有的研究成果，并與本專輯的其他作者一起，共同推進(jìn)中國白云巖與白云巖儲(chǔ)層的研究工作，以期能為后來者的相關(guān)研究提供引玉之磚。

1 中國白云巖(石)時(shí)空分布

中國是世界上少有的幾乎每個(gè)地質(zhì)時(shí)代都有白云巖分布的國家。從華北地區(qū)的元古宇到第四系的鹽湖沉積物，各個(gè)層系都能見到各種類型的白云巖(石)，但白云巖在層位和區(qū)域上分布極度不均，類型上也有明顯差異(表1)。

1.1 元古宇白云巖

中國最古老的白云巖位于山西五臺(tái)山地區(qū)的2.2Ga古元古界滹沱系南臺(tái)組之中。南臺(tái)組之上同為滹沱群的大石嶺組和東冶亞群開始出現(xiàn)厚層的白云巖[43-44]。華北板塊克拉通化之后的古元古代晚期，隨著以燕遼拗拉槽為代表的克拉通內(nèi)裂谷和拗陷的形成，形成了第一套區(qū)域性碎屑巖與碳酸鹽巖地層。長城系團(tuán)山子組和大紅峪組中發(fā)育以鐵質(zhì)和砂質(zhì)為主的白云巖，偶見有疊層石白云巖。

到中元古代薊縣紀(jì)，白云巖已成為華北地區(qū)(包括鄂爾多斯盆地)地層中最主要的巖石類型，尤其以疊層石白云巖最具特色(圖1a)；白云巖經(jīng)過后期多次改造溶蝕，成為渤海灣盆地任丘油田最重要的一套儲(chǔ)集層。在中揚(yáng)子和云南地區(qū)，中元古界的神農(nóng)架群和昆陽群也都發(fā)育有厚層的白云巖[40-41]。

上元古界青白口系和南華系中白云巖含量明顯減少。青白口系以頁巖、砂巖和灰?guī)r為主，但在中祁連和燕山東翼也曾發(fā)現(xiàn)白云巖[39]。南華系以冰磧巖、頁巖和粉砂巖為主，在南沱組也曾見到少量白云巖[38]。

上元古界震旦系又是一個(gè)發(fā)育白云巖的層系。蓋帽白云巖是震旦系下部的標(biāo)志層，全球范圍內(nèi)具有很好的可對(duì)比性。揚(yáng)子地區(qū)陡山沱組和塔里木地區(qū)特瑞愛肯組都有這類白云巖[37]。震旦系上部普遍發(fā)育藻白云巖，如中、上揚(yáng)子地區(qū)的燈影組和塔里木盆地的奇格布拉克組(圖1b，c)。其中，燈影組藻白云巖是威遠(yuǎn)氣田和安岳氣田的一套重要的油氣儲(chǔ)層。

表1 中國白云巖分布層系與地區(qū)Table 1 Distribution of dolomite along strata and across areas in China

1.2 下古生界白云巖

下古生界是中國白云巖最為發(fā)育的層系之一，由老到新呈現(xiàn)出白云巖含量先增加后逐漸減少的趨勢。中、上寒武統(tǒng)白云巖最多，奧陶系次之，志留系白云巖明顯變少。

寒武系白云巖主要分布于第三統(tǒng)和芙蓉統(tǒng)，紐芬蘭統(tǒng)和第二統(tǒng)白云巖還不是主要巖性。中、上揚(yáng)子地區(qū)和塔里木地區(qū)紐芬蘭統(tǒng)以頁巖、磷塊巖和硅質(zhì)巖為主，僅見少量白云巖。揚(yáng)子、華北和塔里木地區(qū)寒武系第二統(tǒng)既有碎屑巖，也有白云巖。揚(yáng)子地區(qū)龍王廟組白云巖開始大量出現(xiàn)，為顆粒白云巖和粉晶白云巖(圖1d)。塔里木盆地的肖爾布拉克組出現(xiàn)了一套從盆地到臺(tái)地邊緣再到開闊臺(tái)地、局限臺(tái)地的巖相組合，以各類微生物白云巖為特色。第三統(tǒng)和芙蓉統(tǒng)，白云巖成為三大克拉通地區(qū)最主要的巖性。華北地區(qū)(含鄂爾多斯盆地)的徐莊組、張夏組、崮山組、長山組和鳳山組，以及揚(yáng)子地區(qū)的婁山關(guān)組和洗象池組都含有大量的白云巖；塔里木盆地的丘里塔格下亞群也主要為白云巖，類型有顆粒白云巖、藻白云巖和晶粒白云巖等。

奧陶系白云巖分布與寒武系正好相反，下奧陶統(tǒng)白云巖最多，向上逐漸減少。塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組主要為厚層白云巖，鷹山組下部夾白云巖，上奧陶統(tǒng)灰?guī)r中偶見白云石斑塊。華北地區(qū)與塔里木盆地類似，下奧陶統(tǒng)冶里組、亮甲山組和馬家溝組有大量的白云巖，西部的鄂爾多斯盆地以白云巖為主(圖1e)，而峰峰組之上則很少能見到成套的白云巖。揚(yáng)子地區(qū)奧陶系白云巖主要分布于下統(tǒng)的桐梓組和紅花園組。

中國志留系白云巖分布較少，僅在揚(yáng)子地區(qū)以及酒西鴨兒峽油田和云南哀牢山見到白云巖[32-33]。寧蒗地區(qū)上志留統(tǒng)竹地組見到了厚層白云石，其具有良好的儲(chǔ)集性能。

圖1 中國典型白云巖類型Fig.1 Typical dolomite types in Chinaa.粉晶白云巖，溶孔被石英白云石充填，白云石具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，薊縣系霧迷山組，北京得勝口；b.藻白云巖，溶孔被放射狀(皮殼狀)白云石充填，震旦系燈影組，四川范店；c.藻白云巖，藻粘結(jié)呈團(tuán)塊狀分布，亮晶白云石充填，震旦系燈影組，四川范店；d.鮞粒白云巖，鮞粒多粉-細(xì)晶白云石，部分鮞粒及粒間、晶間發(fā)育孔隙，寒武系龍王廟組，YD2井，四川盆地；e.藻白云巖，發(fā)育裂縫，裂縫內(nèi)有硬石膏充填，奧陶系馬家溝組，D50井，鄂爾多斯盆地；f.細(xì)晶白云巖，具有霧心亮邊結(jié)構(gòu)，二疊系棲霞組，四川峽溝煤礦；g.顆粒白云巖，粒間為硬石膏充填，三疊系嘉陵江組，D11井，四川盆地；h.藻白云巖，藻粘結(jié)白云石多為泥晶，三疊系雷口坡組，YS1井，四川盆地；i.泥質(zhì)白云巖，水平層理發(fā)育，由富含有機(jī)質(zhì)的泥 質(zhì)紋層和泥晶白云石紋層構(gòu)成，單偏光，古近系潛江組，WY11井，江漢盆地

1.3 上古生界白云巖

加里東運(yùn)動(dòng)之后，中國三大克拉通均遭受了較強(qiáng)烈的擠壓和抬升剝蝕，泥盆系和石炭系分布較少，主要為階段性海侵背景下的碎屑巖和碳酸鹽巖沉積。泥盆系和石炭系的白云巖分布也較為局限。揚(yáng)子地區(qū)泥盆系白云巖主要分布于川西北和滇黔桂湘地區(qū)，觀霧山組是川西北取得新突破的重要目的層。石炭系白云巖主要分布于四川盆地東部，黃龍組是該區(qū)一套重要的儲(chǔ)集層。在塔里木盆地和武威盆地下石炭統(tǒng)也有少量白云巖[31,45-46]。

二疊系白云巖在四川盆地分布廣泛，但時(shí)空分布不均。中二疊統(tǒng)棲霞組-茅口組白云巖分布于川西北、川南和川東的部分地區(qū)，主要為晶粒白云巖和顆粒白云巖，這也是新近取得天然氣重大突破的層系，本專輯也專門討論了這套白云巖儲(chǔ)層。上二疊統(tǒng)長興組生物礁白云巖主要分布于川東北地區(qū)，是普光-元壩地區(qū)重要的勘探目的層。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的鳳城組及準(zhǔn)東地區(qū)的蘆草溝組和紅雁池組發(fā)育湖相白云巖，羌塘盆地也有白云巖分布[27,29]。

1.4 中生界白云巖

晚海西運(yùn)動(dòng)之后，塔里木、華北兩大克拉通及周緣以陸相沉積為主。海相地層主要分布于揚(yáng)子與青藏地區(qū)。中、上揚(yáng)子地區(qū)的中、下三疊統(tǒng)成為白云巖發(fā)育的主要層段。其中，四川盆地的飛仙關(guān)組、嘉陵江組和雷口坡組都是與膏鹽相伴生的以白云巖為主的層系，是四川盆地天然氣重要的勘探層系，其白云巖類型有顆粒白云巖、泥-粉晶白云巖以及藻白云巖等。

侏羅系白云巖僅分布在羌塘盆地，有多種白云巖類型。在本專輯中，萬利有等[25]重點(diǎn)討論了羌塘盆地中侏羅統(tǒng)布曲組白云巖的成因。

白堊系白云巖發(fā)育在西藏措勤盆地的郎山組，主要為中-細(xì)晶白云巖和灰質(zhì)白云巖[28]；塔里木盆地西南坳陷上白堊統(tǒng)見海相白云巖。酒泉盆地白堊系陸相碎屑巖地層中夾湖相白云巖，巖性為紋層狀泥晶原生含鐵白云巖[25]，銀額盆地和松遼盆地也在白堊系鉆遇到泥晶白云巖和層狀白云巖、橢球狀白云巖[21-22]。

1.5 新生界白云巖(石)

新生代中國大陸干旱-半干旱氣候背景下，形成了一套含膏鹽巖和碳酸鹽巖的陸相碎屑巖沉積，多個(gè)盆地見到白云巖，是湖相頁巖油和致密油潛在的勘探對(duì)象。中國東部渤海灣盆地的岐口凹陷[23]、泌陽凹陷[24]和潛江凹陷[19]古近系均見到了厚度不等的泥晶、泥質(zhì)白云巖。柴達(dá)木盆地始新統(tǒng)[17]也發(fā)育湖相顆粒白云巖和泥晶白云巖。中國南海中新統(tǒng)和上新統(tǒng)中也發(fā)現(xiàn)了厚層海相白云巖，巖性有富鐵的微晶和細(xì)-粉晶白云巖[47]。

最近十余年來，中國學(xué)者分別在多個(gè)現(xiàn)代鹽湖中發(fā)現(xiàn)了白云石沉積物，如青海湖[18]和內(nèi)蒙巴彥查干湖[19]。在西沙群島現(xiàn)代生物礁沉積物中也檢測出白云石[20]。

2 中國白云巖成因類型

中國的白云巖除了分布地域廣、分布層系多外，白云巖類型和與之對(duì)應(yīng)的白云巖化作用也豐富多彩。幾十年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者在中國開展了廣泛且卓有成效的工作，先后發(fā)現(xiàn)了幾乎所有國外已發(fā)現(xiàn)的白云巖類型。其中，報(bào)道得相對(duì)較多的白云巖化作用有微生物(生物)白云巖化、薩布哈白云巖化、回流滲透白云巖化、埋藏白云巖化、熱液白云巖化和混合水白云巖化等(表2)。

2.1 微生物(生物)白云巖化

自20世紀(jì)末以來，McKenzie研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一系列與微生物白云巖相關(guān)的研究成果，點(diǎn)燃了學(xué)界對(duì)微生物白云化作用研究的熱情，也掀起了“原白云石(巖)”研究的高潮，成為近十年白云石(巖)研究的一個(gè)新熱點(diǎn)[1]。

研究形成的主要共識(shí)包括：微生物活動(dòng)能調(diào)節(jié)白云巖形成環(huán)境的酸堿度，增加流體的Mg/Ca比值，破壞Mg2+離子的水合作用，并能夠?yàn)榘自剖龀鎏峁┵|(zhì)點(diǎn)(胞外聚合物)[1]。

國內(nèi)學(xué)者報(bào)道的微生物白云石主要有4種類型：1)在古老層系中發(fā)現(xiàn)的有具有微生物形態(tài)的白云石[47]；2)與微生物巖相伴生的白云巖，如燈影組和雷口坡組中的藻白云巖[14]；3)具有微生物形態(tài)的湖相白云巖(石)，如準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組微晶白云巖[15]；4)與生物潛穴特殊的微環(huán)境有關(guān)的白云巖化，如在華北地區(qū)奧陶系馬家溝組和塔里木盆地奧陶系鷹山組-良里塔格組所見到的豹斑狀白云質(zhì)灰?guī)r[16]。

表2 中國主要白云巖化類型與分布層系Table 2 Types of dolomitization and distribution of dolomites in China

2.2 薩布哈白云巖化

薩布哈白云巖化往往用來解釋形成于蒸發(fā)潮坪、潟湖和局限臺(tái)地中，與膏鹽相伴生的白云巖。薩布哈是指海岸帶蒸發(fā)潮坪和內(nèi)陸干旱的鹽澤地區(qū)，命名來源于阿拉伯海灣。薩布哈模式是強(qiáng)蒸發(fā)干旱環(huán)境下白云巖化的代表模式之一。薩布哈的水文環(huán)境被描述為由洪水充注、毛細(xì)管濃縮和蒸發(fā)泵吸3個(gè)連續(xù)的階段組成[2-3]。

中國的薩布哈白云巖主要分布于三大克拉通的含膏層系之中，如四川盆地三疊系的飛仙關(guān)組、嘉陵江組和雷口坡組，塔里木盆地的中寒武統(tǒng)[48]，以及鄂爾多斯盆地的馬家溝組[49]。薩布哈白云巖一般具有較細(xì)晶體，多為泥-粉晶，呈層狀產(chǎn)出，常見有硬石膏結(jié)核、紋層、石鹽假晶、鳥眼和帳篷構(gòu)造等。由于這類白云巖的沉積成巖環(huán)境與微生物活動(dòng)密切相關(guān)，對(duì)其成因認(rèn)識(shí)也有分歧，有人認(rèn)為這類白云巖可能屬于微生物白云巖的一種特殊類型。

2.3 回流滲透白云巖化

在缺乏蒸發(fā)鹽礦物但白云巖較為發(fā)育的層段，往往被認(rèn)為是淺埋藏期滲透回流白云巖化作用的產(chǎn)物。其基本原理為：隨著蒸發(fā)作用的加強(qiáng)，鹵水密度不斷增大；這種與正常海水的密度差，引起對(duì)流和下滲；當(dāng)這種高鹽度富Mg2+離子流體滲入到灰?guī)r地層中時(shí)，發(fā)生白云巖化，形成較大規(guī)模的白云巖地層[2-3]。

回流滲透白云巖化作用是中國古生界各層系中報(bào)道最多的白云巖化類型，如塔里木盆地寒武系[48]，四川盆地的龍王廟組[50]和長興組等[51]，以及鄂爾多斯盆地南部奧陶系[52]等?；亓鳚B透白云巖主要存在兩種類型：一種為相對(duì)低能環(huán)境下形成的具層狀粉-細(xì)晶結(jié)構(gòu)的白云巖，其儲(chǔ)集物性較差；另一種是形成于相對(duì)高能環(huán)境的具有顆?；蝾w粒幻影結(jié)構(gòu)的白云巖，其儲(chǔ)集物性往往較好。

薩布哈白云巖化作用和回流滲透白云巖，在縱向上和平面上往往會(huì)互相疊置，構(gòu)成區(qū)域上大套的白云巖層系，如塔里木盆地寒武系，鄂爾多斯盆地奧陶系，以及四川盆地寒武系-奧陶系和中、下三疊統(tǒng)等。

2.4 熱液白云巖化

熱液白云巖化是近年來備受關(guān)注的白云巖化類型。2006年，AAPG專門出版了熱液白云巖儲(chǔ)層專輯。經(jīng)典的熱液白云巖化模式認(rèn)為，此類白云巖多與斷裂關(guān)系密切，富鎂的熱液流體沿?cái)嗔焉嫌浚?dāng)遇到上覆的致密巖層時(shí)，熱液流體與圍巖發(fā)生白云巖化作用，形成具有特殊結(jié)構(gòu)、白云石晶體形態(tài)、伴生礦物和地球化學(xué)特征的白云巖。由于存在與熱液活動(dòng)相關(guān)的水力破裂、溶蝕和交代作用，熱液白云巖常常具有良好的儲(chǔ)集性能[53]。

熱液白云巖的主要分布層位為四川盆地中二疊統(tǒng)[36,54]，塔里木盆地震旦系和寒武系[35]，以及上揚(yáng)子地區(qū)燈影組[66]。其他地區(qū)和層系也有零星的報(bào)道。

熱液白云巖中的白云石晶體較粗，溶孔和晶間孔發(fā)育，孔隙之中常見到鞍狀白云石。但是熱液白云巖往往分布比較局限，要形成大規(guī)模的儲(chǔ)集體需要很多有利因素的良好匹配。

另外，還有一類準(zhǔn)同生期的熱水沉積白云巖，不同于前述后期的熱液改造型白云巖，多見于湖相沉積物中，如新疆三塘湖盆地三疊系所發(fā)現(xiàn)的湖相噴流型熱水白云巖[55]和二連盆地白音查干凹陷白堊系中與白煙囪型熱水相關(guān)的白云巖[67]。

2.5 混合水白云巖化

混合水白云巖化是指兩種對(duì)白云石不飽和的流體，如大氣降水和海水，按一定比例混合后變得對(duì)白云石飽和，從而發(fā)生白云巖化作用。由于混合水白云巖化作用通常發(fā)生在較低鹽度的海水中，以往多用來解釋與礁灘相有關(guān)的白云巖化，如四川盆地二疊系[51,57]。

近年來，基于新的實(shí)驗(yàn)?zāi)M和地球化學(xué)數(shù)據(jù)的重新解釋，越來越多的學(xué)者對(duì)混合水白云巖化作用機(jī)理提出了質(zhì)疑[2-3]。

2.6 埋藏白云巖化

不同于淺埋藏期的回流滲透白云巖化作用，埋藏白云巖化既是指埋藏過程中的白云巖化，也是指在早期形成的白云巖在埋藏階段的調(diào)整。由于在深埋藏階段，動(dòng)力學(xué)障礙已經(jīng)大為降低，白云巖化或白云巖再調(diào)整變得相對(duì)容易，也會(huì)促使白云巖的礦物學(xué)和地球化學(xué)特征發(fā)生重置，所以古老的白云巖，如塔里木盆地和鄂爾多斯盆地寒武系-奧陶系白云巖[58-60]，往往會(huì)表現(xiàn)出埋藏白云巖的特征。

除上述主要的白云巖化作用類型之外，還有關(guān)于正常海水白云巖化、玄武巖淋濾白云巖化及淡水白云巖化的少量報(bào)道[61-62]。

由于側(cè)重點(diǎn)的不同以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的多解性，同一層系的白云巖可能會(huì)被不同的學(xué)者解釋成不同的白云巖化，這也從另一個(gè)層面說明了白云巖問題的復(fù)雜性。如四川盆地中二疊統(tǒng)白云巖，就存在熱液白云巖化、混合水白云巖化和回流滲透白云巖化等多種解釋。由于白云巖化往往是一個(gè)持續(xù)或斷續(xù)的、復(fù)雜的過程，即使同一層系的白云巖也會(huì)經(jīng)歷多期次、多類型白云巖化作用的疊加改造。如塔里木盆地寒武系白云巖，就受到了薩布哈或微生物、回流滲透和多期熱液白云巖化的影響，巖石結(jié)構(gòu)和地球化學(xué)特征多變，對(duì)成因機(jī)理的認(rèn)識(shí)就會(huì)出現(xiàn)明顯分歧，猶如盲人摸象。

3 中國白云巖儲(chǔ)層形成與保持控制因素

3.1 儲(chǔ)層分布

白云巖是中國重要的油氣儲(chǔ)層(表3;圖2)。中國三大海相氣田(靖邊氣田、普光氣田和安岳氣田)儲(chǔ)層均為白云巖。鄂爾多斯盆地的靖邊氣田，儲(chǔ)層為下奧陶統(tǒng)馬家溝組白云巖[63]；四川盆地的普光氣田以及同處開江-梁平陸棚邊緣的元壩、龍崗和羅家寨氣田，儲(chǔ)層為上二疊統(tǒng)長興組生物礁白云巖和下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組鮞粒白云巖[64-65]；四川盆地的安岳特大氣田，儲(chǔ)層為震旦系燈影組和寒武系龍王廟組白云巖[68]。

在深層和古老層系之中，白云巖儲(chǔ)層的重要性顯得尤為突出。華北油田的潛山油藏，儲(chǔ)層為中、新元古界的霧迷山組白云巖[70]；四川盆地的威遠(yuǎn)氣田，儲(chǔ)層為震旦系燈影組白云巖[71]。最近，相繼在大于6 000 m的超深層領(lǐng)域白云巖儲(chǔ)層取得了重要油氣發(fā)現(xiàn)。四川盆地元壩氣田白云巖儲(chǔ)層埋深達(dá)到6 200～7 300 m，川西氣田雷口坡組白云巖儲(chǔ)層埋深總體大于6 000 m，川北馬深1井和川深1井在埋深大于8 000 m的燈影組也見到了優(yōu)質(zhì)的白云巖儲(chǔ)層。塔里木盆地塔中地區(qū)中深1井也在深度6 400 m以深的寒武系發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層，塔北地區(qū)的塔深1井在埋深8 000多米仍發(fā)育有優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層[72,76-77]。

在湖相沉積中的白云巖也具有很好儲(chǔ)集性能。如在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣風(fēng)城組白云巖中持續(xù)獲得重大突破[29]。渤海灣盆地北塘凹陷古近系沙河街組三段泥質(zhì)白云巖，也是一套重要的油氣儲(chǔ)集層[23]。江漢盆地潛江組泥質(zhì)白云巖是一套非常規(guī)油氣儲(chǔ)層[19]。

3.2 四種儲(chǔ)層成因類型

中國的白云巖儲(chǔ)層按照主控因素可以大致分為4種基本類型：相控準(zhǔn)同生溶蝕型、面控表生溶蝕型、斷控深埋改造型和深埋生烴溶蝕型(圖3)。

1)相控準(zhǔn)同生溶蝕型

原始沉積環(huán)境是這類儲(chǔ)層最重要的控制因素。相控準(zhǔn)同生溶蝕型儲(chǔ)層多分布于高能沉積相之中，如臺(tái)地邊緣或中緩坡，川東北普光-元壩-龍崗氣田的長興組-飛仙關(guān)組、安岳氣田的龍王廟組和川西的雷口坡組是典型代表。儲(chǔ)層巖石多為礁白云巖、顆粒云巖和晶粒白云巖，儲(chǔ)集空間類型有粒間孔、粒內(nèi)孔、晶間孔和溶蝕孔洞。關(guān)鍵的成巖作用有淺埋藏期的回流滲透白云巖化作用和準(zhǔn)同生期的大氣淡水溶蝕作用，白云巖化在這類儲(chǔ)層的形成和保持中起著重要的作用，能夠改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。另外，可能伴生微生物介導(dǎo)下的溶蝕與膠結(jié)作用，埋藏期有機(jī)酸的溶蝕作用、構(gòu)造破裂與熱液溶蝕-膠結(jié)作用也是常見的成巖作用。

表3 中國主要白云巖儲(chǔ)層分布層系與孔隙類型Table 3 Strata and pore types of major dolomite reservoirs in China

圖2 中國典型白云巖儲(chǔ)層類型Fig.2 Typical types of Chinese dolomite reservoirsa.泥-粉晶白云巖，溶孔發(fā)育，薊縣系霧迷山組，天津薊縣(由李朋威提供)；b.藻白云巖，溶孔發(fā)育，內(nèi)有石英，瀝青和白云石充填，震旦系燈影組四段，四川盆地南江橋亭剖面(由郝運(yùn)輕提供)；c.鮞粒白云巖，晶粒多為粉-細(xì)晶白云石，粒間、晶間發(fā)育孔隙，寒武系龍王廟組，YD2井，中揚(yáng)子地區(qū)；d.粉晶白云巖，發(fā)育有硬石膏鑄?？?，奧陶系馬家溝組，D113井，鄂爾多斯盆地；e.細(xì)晶白云巖，發(fā)育晶間孔和晶間溶孔，奧陶系馬家溝組，D50井，鄂爾多斯盆地；f.細(xì)晶白云巖，發(fā)育有裂縫，瀝青充填，二疊系棲霞組，四川峽溝煤礦；g.細(xì)晶白云巖，溶孔發(fā)育，二疊系長興組，D11井，四川盆地；h.顆粒白云巖，粒內(nèi)溶孔發(fā)育，三疊系嘉陵江組，S1井，四川盆地；i.疊層石白云巖，疊層石間有溶孔發(fā)育，三疊系雷口 坡組，YS1井，四川盆地

2)面控表生溶蝕型

大型不整合面控制的表生期大氣淡水溶蝕作用是這類儲(chǔ)層最關(guān)鍵的成巖作用。典型的面控表生溶蝕型儲(chǔ)層包括威遠(yuǎn)氣田的燈影組四段，靖邊氣田的馬家溝組，雅克拉、牙哈、英買力的上寒武統(tǒng)-下奧陶統(tǒng)，以及任丘油田的霧迷山組等。儲(chǔ)層巖石和白云巖化作用類型多樣，有晶粒白云巖、含膏白云巖和藻白云巖等。儲(chǔ)集空間類型也具有多樣性，有溶蝕孔洞、晶間孔和膏溶鑄?？椎取ｋS著巖溶時(shí)間的持續(xù)，后期的機(jī)械充填作用和化學(xué)膠結(jié)作用影響著這類儲(chǔ)層的優(yōu)劣。斷裂的發(fā)育展布影響了白云巖巖溶作用的規(guī)模與深度，也為后期的熱液改造提供了良好通道。

3)斷控深埋改造型

以斷裂特別是走滑斷層為運(yùn)移通道的熱液活動(dòng)是這類儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵因素。典型的斷控深埋改造型儲(chǔ)層有四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組-棲霞組及塔里木盆地奇格布拉克組等。儲(chǔ)層巖石主要有晶粒白云巖、顆粒(幻影)白云巖和斑狀云灰?guī)r等。儲(chǔ)集空間有裂縫、溶蝕孔洞、晶間孔和粒間孔。除了熱液白云巖化和溶蝕作用外，原始的儲(chǔ)集性能影響著這類儲(chǔ)層的發(fā)育程度。熱液流體類型與變化影響了斷裂帶的溶蝕與膠結(jié)作用方式，決定了這類儲(chǔ)層的形成與保持。

4)深埋生烴溶蝕型

該類白云巖儲(chǔ)層主要賦存于烴源層系之中，常常富含有機(jī)質(zhì)、粘土礦物和蒸發(fā)巖類礦物。目前所見主要以湖相泥頁巖層中的泥晶白云石為主，儲(chǔ)集空間主要為白云石晶間孔和晶間溶孔。儲(chǔ)集空間分別形成于準(zhǔn)同生期的白云巖化作用與生油以及油氣轉(zhuǎn)化過程中大量CO2和有機(jī)酸的溶蝕作用，儲(chǔ)集空間的保持得益于烴類流體的充注和長期的弱酸性環(huán)境。深埋生烴溶蝕型儲(chǔ)層的典型代表如江漢盆地的潛江組及準(zhǔn)噶爾盆地烏爾禾地區(qū)的鳳城組等。

圖3 中國主要白云巖儲(chǔ)層形成模式與分布Fig.3 Evolution model and distribution of major dolomite reservoirs in China

3.3 儲(chǔ)層發(fā)育與保持機(jī)理

筆者在對(duì)中國典型深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，嘗試提出了構(gòu)造、層序、巖相、流體和時(shí)間五因素控儲(chǔ)的概念模型[12]。白云巖儲(chǔ)層作為碳酸鹽巖儲(chǔ)層的重要類型，當(dāng)然也受這些因素所控制。

1)構(gòu)造對(duì)白云巖儲(chǔ)層形成展布的控制，一方面體現(xiàn)在構(gòu)造對(duì)原始沉積格局的控制，影響了有利相帶和白云巖的分布；另一方面體現(xiàn)在構(gòu)造對(duì)后期變形的影響，為后期改善白云巖儲(chǔ)集性能的流體活動(dòng)提供了構(gòu)造背景和通道。

2)層序?yàn)榘自茙r及儲(chǔ)層分布提供了宏觀沉積-成巖環(huán)境，不同級(jí)次的層序界面分別控制了溶蝕作用的發(fā)生。

3)巖相及其組合是白云巖儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)，普光和安岳氣田白云巖儲(chǔ)層離不開原始的礁灘沉積環(huán)境，靖邊氣田馬家溝組儲(chǔ)層得益于含膏云坪有關(guān)沉積環(huán)境。

4)流體包括白云巖化流體和溶蝕流體等，流體性質(zhì)包括海水、大氣降水和熱液等，所有白云巖儲(chǔ)層的形成和保持都存在特殊的巖石與流體相互作用。

5)時(shí)間是指白云巖儲(chǔ)層從沉積到成巖改造再到最終成儲(chǔ)并長期保持的全過程，涉及各種地質(zhì)作用的過程和相互之間的配置關(guān)系。

在白云巖儲(chǔ)層形成和保持過程中，既有同期的聯(lián)合作用，也有多期的復(fù)合作用，這些作用的差異造成了白云巖儲(chǔ)層發(fā)育展布的多樣性。從沉積—成儲(chǔ)—保持，符合“三元控儲(chǔ)”模式所揭示的總體規(guī)律[78]。

4 結(jié)論

1)中國是世界上少有的幾乎每個(gè)地質(zhì)時(shí)代都有白云巖分布的國家。從元古宇到第四紀(jì)，各個(gè)層系都能見到各種類型白云巖(石)；但層位和區(qū)域上分布極度不均，類型上也有明顯差異。其中，下古生界白云巖分布最為普遍，上古生界、中生界和新生界僅有局部地區(qū)發(fā)育白云巖。

2)中國白云巖的類型和與之對(duì)應(yīng)的白云巖化作用豐富多彩，主要有微生物(生物)白云巖化、薩布哈白云巖化、回流滲透白云巖化、熱液白云巖化、混合水白云巖化和埋藏白云巖化。由于白云巖化作用是一個(gè)持續(xù)或斷續(xù)的、復(fù)雜的過程，即使同一層系的白云巖也會(huì)經(jīng)歷多期次、多類型白云巖化作用的疊加改造。

3)白云巖是中國重要的油氣儲(chǔ)層，其類型多、時(shí)間跨度大。在深層和古老海相層系之中，白云巖比灰?guī)r更易于形成優(yōu)質(zhì)的油氣儲(chǔ)層，其重要性顯得尤為突出。在晚古生代和中、新生代形成的湖相白云巖也具有很好的儲(chǔ)集性能，是非常規(guī)油氣的重要賦存場所。白云巖儲(chǔ)層形成和保持受構(gòu)造、層序、巖相、流體和時(shí)間五因素的聯(lián)合-復(fù)合作用所控制，這些因素和成儲(chǔ)作用的差異，造就了白云巖儲(chǔ)層發(fā)育展布的多樣性。白云巖儲(chǔ)層按照主控因素可以大致分為4種基本類型：相控準(zhǔn)同生溶蝕型、面控表生溶蝕型、斷控深埋改造型和深埋生烴溶蝕型。

中國白云巖與白云巖儲(chǔ)層的研究方興未艾。隨著油氣勘探向縱深展開，會(huì)有越來越多的科學(xué)與油氣新發(fā)現(xiàn)涌現(xiàn)出來。在深層、超深層白云巖領(lǐng)域，中國油氣界已經(jīng)成功發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了深度大于7 000 m的白云巖氣田，在深度大于8 000 m的白云巖地層中見到了優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層和良好的油氣顯示?？梢灶A(yù)見，在塔里木和四川盆地深度大于9 000 m甚至10 000 m的白云巖地層中也會(huì)有令人驚喜的油氣發(fā)現(xiàn)。在中國海相白云巖領(lǐng)域油氣勘探開發(fā)迅速展開的同時(shí)，針對(duì)中國陸相白云巖的勘探與研究工作也獲得了多點(diǎn)突破，部分盆地中的湖湘白云巖是勘探開發(fā)頁巖油、致密油的目的層，有望為中國未來的“陸相頁巖油革命”增磚添瓦，作出不可或缺的貢獻(xiàn)。

致謝：本文是一篇嘗試概述中國白云巖與白云巖儲(chǔ)層的粗淺之作，受作者的閱歷和積淀所限，難免掛一漏萬。本文成文與本專輯的編輯得益于幾代碳酸鹽巖沉積儲(chǔ)層學(xué)者的艱苦卓絕的探索和努力，得益于幾大油公司豐富的勘探開發(fā)成果，得益于幾次碳酸鹽巖儲(chǔ)層學(xué)術(shù)會(huì)議上國內(nèi)外眾多學(xué)者的精彩報(bào)告以及作者與他們面對(duì)面的深入討論交流。三位評(píng)審專家為本文的完善提供了有益的建議，郝運(yùn)輕博士和李朋威博士為本文提供了部分巖石薄片，在此一并表示衷心感謝！