构造-热液白云岩储层发育的主控因素浅析

1、构造-热液白云岩储层发育的主控因素浅析储层地质学学习报告油气地质前沿学习报告班级：_萱冰伊寒工作室 _学号： _ 姓名： 伊 寒 In Dec 2014构造-热液白云岩储层发育的主控因素浅析【摘要】构造-热液白云岩储层发育的主要控制因素有白云岩类型为储层的发育提供物质基础，深大断层为超压热液流体提供运移通道，断裂系统及多孔的碳酸盐岩构成热液的输导体系，致密的泥岩或者泥晶灰岩可作为隔挡层阻止热液继续向上运移以及热液白云岩化作用。在各要素的相互匹配之下可以形成优质储层。结合热液白云岩储层特征：岩性特征，地球化学特征，测井响应，地震响应等，以及前学者专家的研究成果，归纳分析构造-热液白云岩储层发育的

2、主要控制因，进一步认识构造-热液白云岩储层。【关键词】热液白云岩；白云岩储层；构造-热液白云石化；储层特征；控制因素0 引言近年来，虽然许多专家学者对白云岩成因机理及发育模式进行了大量的研究，但对白云岩储层形成的主控因素的研究则相对较少，尤其是热液白云岩储层的主控因素的研究更是很少见诸报道。自上世纪80年代国外提出“构造控制的热液白云岩石化作用模式”（Structurally Controlled Hydrothermal Dolomitization，简称HTD）以来，至今已经形成了一套较为完整的热液白云岩石化体系。对热液白云岩化作用的普遍性及其在白云岩储层中的重要作用的进一步认识，将有利于

3、确定勘探策略和思路。全球范围内与构造活动相关的热液白云岩化作用在碳酸盐岩地层记录中是非常普遍的1。如塔里木盆地近年来的研究也说明了构造热液白云岩广泛分布于下古生界碳酸盐岩地层中2；在海湾地区的二叠系-三叠系和侏罗系碳酸盐岩中，最近在世界最大的油田（沙特的Ghawar）3，和最大的气田（海湾的North Field）也确认有构造-热液白云岩成分1。随着我国在海相碳酸盐岩层系油气勘探取得的重要进展和进一步深化的现实需要，白云岩储层的深入认识在油气勘探中的重要作用将愈加明显，而构造-热液型白云岩储层作为非常普遍的白云岩储层（特别是对那些深埋的、时代较老的碳酸盐岩储层），是我们在实际工作中不容忽视的问

4、题。因此笔者基于学习并参考中外大量文献资料和一些专家学者的研究成果，对构造-热液白云岩化的机理、储层特征以及储层发育主控因素等方面作出浅显的归纳分析总结，进一步认识构造-热液白云岩储层。1 构造-热液白云岩化构造-热液（温度高于围岩10的热流体）白云岩化作用是指在构造控制的断裂系统中深部的热液流体沿着断裂系统运移至浅层灰岩或白云岩中，使灰岩发生白云化，使白云岩发生重结晶或过度白云化，并且形成大量的基质交代型和胶结型鞍形白云石4。其广义定义是：富镁热液（特别是卤水）在温度和压力升高的埋藏条件下沿着拉张断层或走滑断层或断裂系统向上运移，碰到渗透性差的隔挡层后侧向侵入到渗透性好的围岩中，从而发生白云

5、石化作用5。由此可以总结出发生热液白云石化作用的三个基本要素，即深大断层为超压热液流体提供运移通道，断裂系统及多孔的碳酸盐岩构成热液的输导体系，致密的泥岩或者泥晶灰岩可作为隔挡层阻止热液继续向上运移。由于鞍形白云石常与其他热液成因矿物共生，所以一般把它作为热液白云化作用的重要标志。另外，热液白云石（岩） 是指其形成的流体温度明显高于环境流体温度（至少> 10）。因此，要判断鞍形白云石是否为热液白云石（岩），不仅要看其形成时流体温度的高低，还需要与形成时的环境温度进行比较。由此可以得出，标志岩石（鞍形白云石）和温度（流体温度与环境温度）等对热液白云石的判别有一定的鉴别意义。白云化流体中的氧

6、同位素分馏同时受到温度和盐度的影响6，鞍形白云石胶结物的 值偏负，但又不是很负，是由于高温和高盐度共同作用的结果,一方面高温对氧同位素分馏有促进作用，所以导致鞍形白云石值偏负；另一方面热流体的高盐度对氧同位素分馏有抑制作用，所以限制了鞍形白云石的值不会非常负。而鞍形基质白云石的氧同位素相对于鞍形白云石胶结物较重，是因为鞍形基质白云石是由原基质白云石交代形成的，因此继承了基质白云石的氧同位素特征。在热液白云化作用过程中，充足的镁离子供给同样不可或缺。热液自下而上运移的过程会与白云岩地层发生相互作用，从白云岩围岩中获得了一定量的镁离子。这与白云岩中的孔洞和裂缝往往白云石胶结物占主导地位，而灰岩中的

7、孔洞和裂缝往往方解石胶结物占主导地位的现象相符。2 热液白云岩储层特征2.1 岩石学特征正因为热液白云岩的特殊性，其岩石特征相对其他成因的白云岩更容易识别，在宏观和微观上都有许多独特的识别标志，具体特征有：（1） 白云石晶体以中晶-粗晶为主，岩石表面呈砂糖状（图2-1 a-e）；（2） 沿裂缝、孔洞边缘胶结白色半透明的并且在显微镜下具有镜面弯曲、波状消光特征的鞍状白云石（图2-1 a e）；（3） 裂缝、孔洞中常充填萤石、重晶石、方铅矿、高温石膏等热液矿物（图2-1 b d）。图2-1 塔里木盆地热液白云岩储层岩石特征2.2 地球化学特征地球化学特征显示白云岩储层与热液作用有关：（1） Fe、

8、Mn元素含量高阴极发光发明亮红色或橙色光；（2） MgO/CaO摩尔比接近1，有序度高；（3） 值异常偏负；（4） 稀土元素（REE）中Eu元素出现正异常；（5） 出现高于埋藏成岩环境的异常高温包裹体，均一温度一般在110240之间。2.3 测井响应特征利用U、Th、K测井识别具有热液矿物充填的热液白云岩储层，自然伽马能谱测井能分别测量U、Th和K元素，根据U不反映粘土含量而Th和K反映粘土含量的特性，可以分析GR测井值的升高是由热液矿物沉淀引起的还是由泥质矿物引起的。当U值出现异常增高，而Th和K没有出现异常时，再结合Rd和Rs测井曲线反映高角度裂缝的双轨特征及成像测井资料，就可以定性地判别

9、出该储层发育热液白云岩储层。热液白云岩储层形成于多孔的地层中，且顶底还需要有好的封隔层，而隔挡层的岩性一般是致密的、脆性的碳酸盐岩，那么当钻遇到热液白云岩储层时，储层顶部隔挡层由于储层段应力的释放很容易产生诱导缝，根据这一特性就能利用成像测井资料识别热液白云岩储层的发育位置7。2.4 地震响应特征热液白云石化作用主要发生在拉张断层的上盘和与拉张断层有关的走滑断层的走滑位移部位，由于断层拉张作用导致断块塌陷和角砾岩化，在岩层顶部往往会出现线状凹陷或洼地8-9。根据这一特性，可以利用地震响应特征来识别热液白云岩储层。3 构造-热液白云岩储层主控因素热液白云岩储层是指形成于深埋藏环境中与热液白云石化

10、作用相关的白云岩储层10。前面指出，发生热液白云石化作用的三个基本要素，即深大断层为超压热液流体提供运移通道，断裂系统及多孔的碳酸盐岩构成热液的输导体系，致密的泥岩或者泥晶灰岩可作为隔挡层阻止热液继续向上运移。由此可以推断构造-热液白云岩储层的主控因素为断裂作用和岩溶作用。3.1 白云岩类型白云岩具晶粒大小不同、结构特征多样化和自形程度差异大的特征，直观的按晶粒大小可划分为粗晶、中晶、细晶和粉晶白云岩4种类型：（1）粗晶白云岩主要呈透镜状发育，具明显的交错层理，反映形成于高能环境，平均晶粒大于500 ，半自形-他形晶紧密镶嵌，多具残留颗粒结构，局部层段晶间孔极为发育；（2）中晶白云岩主要呈中厚

11、层状或透镜状发育，局部见交错层理，平均晶粒约300400，以自形-半自形晶为主，紧密镶嵌，多具雾心亮边结构及残留颗粒结构，局部层段晶间（溶)）孔极为发育；（3）细晶白云岩主要呈中-薄层状发育，以微波、水平层理为主，平均晶粒约150250，以自形-半自形晶为主，少量呈致密他形镶嵌，多具雾心亮边结构及残留颗粒结构，局部层段晶间（溶）孔极为发育；（4）粉晶白云岩呈薄层状发育，平均晶粒约50100，自形-半自形晶紧密镶嵌，局部发育少量晶间孔。研究表明原岩结构的粗细及孔隙空间的大小决定了白云石晶粒的大小，原岩结构粗，形成的白云石晶粒就粗;；原岩孔隙空间大，白云石晶粒就大。因此，对白云岩晶粒大小的研究可以

12、间接认识原岩结构的粗细和空隙空间的大小，进而进一步认识该白云岩储层的特性。3.2 断裂构造断裂作用及其伴生裂缝以及岩溶作用是控制研究白云岩有效储层发育的主要因素，断裂及其伴生裂缝的形成不但能够改善储层物性，而且其本身也能够作为地层中流体渗流的通道，为岩溶作用的发生创造有利条件，岩溶作用可促进孔洞和裂缝发育及进一步溶蚀，从而增大储集空间和流体运移通道。韩革华等11研究证实，断裂及其伴生裂缝是岩溶作用的先期通道，增加了水与碳酸盐岩的接触面积，增大了地表水及地下水的溶蚀范围，使溶蚀作用增强，并使溶蚀速度加快。深大断裂作为流体运移的通道促进了溶蚀作用的发生，一方面它可以作为深部热液上涌的通道，另一方面

13、断裂断至地表，又可以加大表生岩溶的深度"从而进一步改善储层12。裂缝具有控制和促进岩溶作用发育的特点，其自身可以溶蚀扩大或与溶蚀孔洞配置，构成各类缝洞型储层，成为油气储集的主要空间，因此是提高碳酸盐岩储层储渗性质的重要因素之一13。3.3 岩溶作用碳酸盐岩中的岩溶孔洞作为其主要的储集空间，与油气的富集具有密切关系，古岩溶的发育与否，在很大程度上制约着碳酸盐岩地区油气的产量。因此，古岩溶的研究对在寻找有利勘探区块具有重要的意义。主要的岩溶作用包括大气淡水岩溶和热液岩溶。大气淡水岩溶指碳酸盐岩地层主要受大气淡水的淋滤、溶蚀而形成缝、洞的现象14。大气淡水岩溶作用有效地改善了白云岩储层的物

14、性，有利于优质储层的形成。热液作用于白云岩地层或作用于石灰岩地层所形成热液白云岩储层的机理是一样的，只不过前者是地层中的白云石发生重结晶作用而后者是方解石发生交代作用。热液流体携带大量的CO2、H2S、SO2及有机酸等，沿断裂、裂缝、层理、不整合面和其他孔隙进入储层，并沿热液通道两侧进行溶蚀改造，形成油气聚集的新场所15。因此，热液对碳酸盐岩储层的溶蚀改造应引起足够的重视。热液对深部白云岩储层的改造，一方面可以促进孔洞的发育!增加储集空间；另一方面，热液矿物如硅质、黄铁矿等充填孔洞和裂缝，不利于形成良好的白云岩储层。3.4 有效的阻挡层多孔地层之上是致密的颗粒泥晶灰岩，它能阻止热液流体向上大规

15、模分流，从而使热液在多孔的石灰岩中充分发生化学作用，改造原有的储层形成更好的热液白云岩储层，并最终保存下来。3.5 热液白云岩化作用白云化流体中的氧同位素分馏同时受到温度和盐度的影响6，鞍形白云石胶结物的 值偏负，但又不是很负，是由于高温和高盐度共同作用的结果,一方面高温对氧同位素分馏有促进作用，所以导致鞍形白云石值偏负；另一方面热流体的高盐度对氧同位素分馏有抑制作用，所以限制了鞍形白云石的值不会非常负。而鞍形基质白云石的氧同位素相对于鞍形白云石胶结物较重，是因为鞍形基质白云石是由原基质白云石交代形成的，因此继承了基质白云石的氧同位素特征。在热液白云化作用过程中，充足的镁离子供给同样不可或缺。

16、热液自下而上运移的过程会与白云岩地层发生相互作用，从白云岩围岩中获得了一定量的镁离子。这与白云岩中的孔洞和裂缝往往白云石胶结物占主导地位，而灰岩中的孔洞和裂缝往往方解石胶结物占主导地位的现象相符。热液白云岩除了作为交代作用的产物，还可以作为胶结作用的产物，如沿裂缝或溶孔、溶洞边缘胶结充填的产物粗晶鞍状白云石。根据热液白云岩储层的岩心资料，可以分析出孔隙形成的演化序列：（1）热液溶蚀石灰岩（白云岩）形成孔洞；（2）白云石交代石灰岩或对早期形成的白云岩重结晶作用形成晶间孔；（3）鞍状白云石胶结（或热液矿物的沉淀）。根据上述孔隙演化序列可以看出，鞍状白云石沿裂缝、孔洞胶结及热液矿物的沉淀是一种破坏孔

17、隙的作用，故热液作用是一把“双刃剑”，既对储层起建设性作用，又对储层起破坏性作用。由于热液白云石化作用必须要有沿深大断裂向上运移的热液流体，故不大可能发育大规模的热液白云岩，所以通过热液作用形成的单一成因的储层是不多见的。更多见的是对前期已经形成的储层进行叠加改造。虽然热液不能独自形成大规模的热液白云岩储层，但是热液对于储层改造作用是不可小视的。4 总结构造-热液白云岩化过程反映了热流体与围岩之间在较为特殊的构造应力和流体环境中的相互作用。白云岩在较高的温度和压力条件下容易发生溶蚀（范明等，2009），白云岩化作用必然会对围岩造成一定的溶蚀，而使原岩的孔隙度大大增加，这就增加了原岩的孔隙度和连

18、通性，从而形成优质的储层，更重要的是随着热液向断裂系统以外的范围扩散，产生大量溶孔，围岩会发生强烈的重结晶或交代作用，在孔隙中虽有鞍状白云石沉淀，但由于Mg离子主要来自本层白云岩围岩的溶蚀，热流体中Mg离子的浓度并不高，因此鞍状白云石的丰度并不高，常常保存了大量的残留孔洞。此外，构造-热液白云岩中的构造裂缝发育，丰富的断裂系统会引起白云岩的角砾化，加强孔、缝的联系，裂缝的发育又增强了热液流体对白云岩的溶蚀，这都大大提高了原岩的储集性能。（1）具有一定孔渗性的石灰岩或白云岩地层为热液白云岩储层的发育提供了物质基础，高角度深大断裂为热液提供了运移通道，而热液溶蚀作用和热液白云石化作用是热液白云岩储

19、层发育的主控因素；（2）热液进入孔渗性好的围岩并与之发生作用的主要成岩序列为：先发生溶蚀作用，再发生交代作用，最后沉淀鞍状白云石等热液矿物。由于伴生热液矿物的沉淀会充填孔洞从而破坏孔隙，所以热液作用既起建设性作用又起破坏性作用，但总的来说建设性作用大于破坏性作用；（3）综合利用岩石学、地球化学、测井响应及地震响应特征资料能较好地的识别热液白云岩储层。【参考文献】1 Graham R，Davies-Langhome B and Smith J. Structurally controlled hydrothermal dolomite reservoir facies：An overview.

20、AAPG，2006，11：1641-1690.2 胡九珍，刘树根，冉启贵，孙玮，张长俊. 塔东地区寒武系-下奥陶统成岩作用特征及对优质储层形成的影响. 成都理工大学学报( 自然科学版) ，2009( 36)2:138-146.3 Cantrell D L，Swart P K，Hagerty R M. Genesis and characterization of dolomite，Arab-D reservoir，Ghawar field，Saudi Arabia J，GeoArabia，2004，9(2)：1-26.4 焦存礼，何治亮等. 塔里木盆地构造热液白云岩及其储层意义. 岩石学报，2011，27(1)：277-284.5 李荣，焦养泉，吴立群等. 构造热液白云石化一种国际碳酸盐岩领域的新模式J. 地质科技情报，2008，27(3)：35-40.6 Tucker ME and Wright VP. Carbonate Sedimen