構(gòu)造-熱液白云巖儲層發(fā)育的主控因素淺析

1、構(gòu)造-熱液白云巖儲層發(fā)育的主控因素淺析儲層地質(zhì)學學習報告油氣地質(zhì)前沿學習報告班級：_萱冰伊寒工作室 _學號： _ 姓名： 伊 寒 In Dec 2014構(gòu)造-熱液白云巖儲層發(fā)育的主控因素淺析【摘要】構(gòu)造-熱液白云巖儲層發(fā)育的主要控制因素有白云巖類型為儲層的發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)，深大斷層為超壓熱液流體提供運移通道，斷裂系統(tǒng)及多孔的碳酸鹽巖構(gòu)成熱液的輸導體系，致密的泥巖或者泥晶灰?guī)r可作為隔擋層阻止熱液繼續(xù)向上運移以及熱液白云巖化作用。在各要素的相互匹配之下可以形成優(yōu)質(zhì)儲層。結(jié)合熱液白云巖儲層特征：巖性特征，地球化學特征，測井響應(yīng)，地震響應(yīng)等，以及前學者專家的研究成果，歸納分析構(gòu)造-熱液白云巖儲層發(fā)育的

2、主要控制因，進一步認識構(gòu)造-熱液白云巖儲層?！娟P(guān)鍵詞】熱液白云巖；白云巖儲層；構(gòu)造-熱液白云石化；儲層特征；控制因素0 引言近年來，雖然許多專家學者對白云巖成因機理及發(fā)育模式進行了大量的研究，但對白云巖儲層形成的主控因素的研究則相對較少，尤其是熱液白云巖儲層的主控因素的研究更是很少見諸報道。自上世紀80年代國外提出“構(gòu)造控制的熱液白云巖石化作用模式”（Structurally Controlled Hydrothermal Dolomitization，簡稱HTD）以來，至今已經(jīng)形成了一套較為完整的熱液白云巖石化體系。對熱液白云巖化作用的普遍性及其在白云巖儲層中的重要作用的進一步認識，將有利于

3、確定勘探策略和思路。全球范圍內(nèi)與構(gòu)造活動相關(guān)的熱液白云巖化作用在碳酸鹽巖地層記錄中是非常普遍的1。如塔里木盆地近年來的研究也說明了構(gòu)造熱液白云巖廣泛分布于下古生界碳酸鹽巖地層中2；在海灣地區(qū)的二疊系-三疊系和侏羅系碳酸鹽巖中，最近在世界最大的油田（沙特的Ghawar）3，和最大的氣田（海灣的North Field）也確認有構(gòu)造-熱液白云巖成分1。隨著我國在海相碳酸鹽巖層系油氣勘探取得的重要進展和進一步深化的現(xiàn)實需要，白云巖儲層的深入認識在油氣勘探中的重要作用將愈加明顯，而構(gòu)造-熱液型白云巖儲層作為非常普遍的白云巖儲層（特別是對那些深埋的、時代較老的碳酸鹽巖儲層），是我們在實際工作中不容忽視的問

4、題。因此筆者基于學習并參考中外大量文獻資料和一些專家學者的研究成果，對構(gòu)造-熱液白云巖化的機理、儲層特征以及儲層發(fā)育主控因素等方面作出淺顯的歸納分析總結(jié)，進一步認識構(gòu)造-熱液白云巖儲層。1 構(gòu)造-熱液白云巖化構(gòu)造-熱液（溫度高于圍巖10的熱流體）白云巖化作用是指在構(gòu)造控制的斷裂系統(tǒng)中深部的熱液流體沿著斷裂系統(tǒng)運移至淺層灰?guī)r或白云巖中，使灰?guī)r發(fā)生白云化，使白云巖發(fā)生重結(jié)晶或過度白云化，并且形成大量的基質(zhì)交代型和膠結(jié)型鞍形白云石4。其廣義定義是：富鎂熱液（特別是鹵水）在溫度和壓力升高的埋藏條件下沿著拉張斷層或走滑斷層或斷裂系統(tǒng)向上運移，碰到滲透性差的隔擋層后側(cè)向侵入到滲透性好的圍巖中，從而發(fā)生白云

5、石化作用5。由此可以總結(jié)出發(fā)生熱液白云石化作用的三個基本要素，即深大斷層為超壓熱液流體提供運移通道，斷裂系統(tǒng)及多孔的碳酸鹽巖構(gòu)成熱液的輸導體系，致密的泥巖或者泥晶灰?guī)r可作為隔擋層阻止熱液繼續(xù)向上運移。由于鞍形白云石常與其他熱液成因礦物共生，所以一般把它作為熱液白云化作用的重要標志。另外，熱液白云石（巖） 是指其形成的流體溫度明顯高于環(huán)境流體溫度（至少> 10）。因此，要判斷鞍形白云石是否為熱液白云石（巖），不僅要看其形成時流體溫度的高低，還需要與形成時的環(huán)境溫度進行比較。由此可以得出，標志巖石（鞍形白云石）和溫度（流體溫度與環(huán)境溫度）等對熱液白云石的判別有一定的鑒別意義。白云化流體中的氧

6、同位素分餾同時受到溫度和鹽度的影響6，鞍形白云石膠結(jié)物的 值偏負，但又不是很負，是由于高溫和高鹽度共同作用的結(jié)果,一方面高溫對氧同位素分餾有促進作用，所以導致鞍形白云石值偏負；另一方面熱流體的高鹽度對氧同位素分餾有抑制作用，所以限制了鞍形白云石的值不會非常負。而鞍形基質(zhì)白云石的氧同位素相對于鞍形白云石膠結(jié)物較重，是因為鞍形基質(zhì)白云石是由原基質(zhì)白云石交代形成的，因此繼承了基質(zhì)白云石的氧同位素特征。在熱液白云化作用過程中，充足的鎂離子供給同樣不可或缺。熱液自下而上運移的過程會與白云巖地層發(fā)生相互作用，從白云巖圍巖中獲得了一定量的鎂離子。這與白云巖中的孔洞和裂縫往往白云石膠結(jié)物占主導地位，而灰?guī)r中的

7、孔洞和裂縫往往方解石膠結(jié)物占主導地位的現(xiàn)象相符。2 熱液白云巖儲層特征2.1 巖石學特征正因為熱液白云巖的特殊性，其巖石特征相對其他成因的白云巖更容易識別，在宏觀和微觀上都有許多獨特的識別標志，具體特征有：（1） 白云石晶體以中晶-粗晶為主，巖石表面呈砂糖狀（圖2-1 a-e）；（2） 沿裂縫、孔洞邊緣膠結(jié)白色半透明的并且在顯微鏡下具有鏡面彎曲、波狀消光特征的鞍狀白云石（圖2-1 a e）；（3） 裂縫、孔洞中常充填螢石、重晶石、方鉛礦、高溫石膏等熱液礦物（圖2-1 b d）。圖2-1 塔里木盆地熱液白云巖儲層巖石特征2.2 地球化學特征地球化學特征顯示白云巖儲層與熱液作用有關(guān)：（1） Fe、

8、Mn元素含量高陰極發(fā)光發(fā)明亮紅色或橙色光；（2） MgO/CaO摩爾比接近1，有序度高；（3） 值異常偏負；（4） 稀土元素（REE）中Eu元素出現(xiàn)正異常；（5） 出現(xiàn)高于埋藏成巖環(huán)境的異常高溫包裹體，均一溫度一般在110240之間。2.3 測井響應(yīng)特征利用U、Th、K測井識別具有熱液礦物充填的熱液白云巖儲層，自然伽馬能譜測井能分別測量U、Th和K元素，根據(jù)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測井值的升高是由熱液礦物沉淀引起的還是由泥質(zhì)礦物引起的。當U值出現(xiàn)異常增高，而Th和K沒有出現(xiàn)異常時，再結(jié)合Rd和Rs測井曲線反映高角度裂縫的雙軌特征及成像測井資料，就可以定性地判別

9、出該儲層發(fā)育熱液白云巖儲層。熱液白云巖儲層形成于多孔的地層中，且頂?shù)走€需要有好的封隔層，而隔擋層的巖性一般是致密的、脆性的碳酸鹽巖，那么當鉆遇到熱液白云巖儲層時，儲層頂部隔擋層由于儲層段應(yīng)力的釋放很容易產(chǎn)生誘導縫，根據(jù)這一特性就能利用成像測井資料識別熱液白云巖儲層的發(fā)育位置7。2.4 地震響應(yīng)特征熱液白云石化作用主要發(fā)生在拉張斷層的上盤和與拉張斷層有關(guān)的走滑斷層的走滑位移部位，由于斷層拉張作用導致斷塊塌陷和角礫巖化，在巖層頂部往往會出現(xiàn)線狀凹陷或洼地8-9。根據(jù)這一特性，可以利用地震響應(yīng)特征來識別熱液白云巖儲層。3 構(gòu)造-熱液白云巖儲層主控因素熱液白云巖儲層是指形成于深埋藏環(huán)境中與熱液白云石化

10、作用相關(guān)的白云巖儲層10。前面指出，發(fā)生熱液白云石化作用的三個基本要素，即深大斷層為超壓熱液流體提供運移通道，斷裂系統(tǒng)及多孔的碳酸鹽巖構(gòu)成熱液的輸導體系，致密的泥巖或者泥晶灰?guī)r可作為隔擋層阻止熱液繼續(xù)向上運移。由此可以推斷構(gòu)造-熱液白云巖儲層的主控因素為斷裂作用和巖溶作用。3.1 白云巖類型白云巖具晶粒大小不同、結(jié)構(gòu)特征多樣化和自形程度差異大的特征，直觀的按晶粒大小可劃分為粗晶、中晶、細晶和粉晶白云巖4種類型：（1）粗晶白云巖主要呈透鏡狀發(fā)育，具明顯的交錯層理，反映形成于高能環(huán)境，平均晶粒大于500 ，半自形-他形晶緊密鑲嵌，多具殘留顆粒結(jié)構(gòu)，局部層段晶間孔極為發(fā)育；（2）中晶白云巖主要呈中厚

11、層狀或透鏡狀發(fā)育，局部見交錯層理，平均晶粒約300400，以自形-半自形晶為主，緊密鑲嵌，多具霧心亮邊結(jié)構(gòu)及殘留顆粒結(jié)構(gòu)，局部層段晶間（溶)）孔極為發(fā)育；（3）細晶白云巖主要呈中-薄層狀發(fā)育，以微波、水平層理為主，平均晶粒約150250，以自形-半自形晶為主，少量呈致密他形鑲嵌，多具霧心亮邊結(jié)構(gòu)及殘留顆粒結(jié)構(gòu)，局部層段晶間（溶）孔極為發(fā)育；（4）粉晶白云巖呈薄層狀發(fā)育，平均晶粒約50100，自形-半自形晶緊密鑲嵌，局部發(fā)育少量晶間孔。研究表明原巖結(jié)構(gòu)的粗細及孔隙空間的大小決定了白云石晶粒的大小，原巖結(jié)構(gòu)粗，形成的白云石晶粒就粗;；原巖孔隙空間大，白云石晶粒就大。因此，對白云巖晶粒大小的研究可以

12、間接認識原巖結(jié)構(gòu)的粗細和空隙空間的大小，進而進一步認識該白云巖儲層的特性。3.2 斷裂構(gòu)造斷裂作用及其伴生裂縫以及巖溶作用是控制研究白云巖有效儲層發(fā)育的主要因素，斷裂及其伴生裂縫的形成不但能夠改善儲層物性，而且其本身也能夠作為地層中流體滲流的通道，為巖溶作用的發(fā)生創(chuàng)造有利條件，巖溶作用可促進孔洞和裂縫發(fā)育及進一步溶蝕，從而增大儲集空間和流體運移通道。韓革華等11研究證實，斷裂及其伴生裂縫是巖溶作用的先期通道，增加了水與碳酸鹽巖的接觸面積，增大了地表水及地下水的溶蝕范圍，使溶蝕作用增強，并使溶蝕速度加快。深大斷裂作為流體運移的通道促進了溶蝕作用的發(fā)生，一方面它可以作為深部熱液上涌的通道，另一方面

13、斷裂斷至地表，又可以加大表生巖溶的深度"從而進一步改善儲層12。裂縫具有控制和促進巖溶作用發(fā)育的特點，其自身可以溶蝕擴大或與溶蝕孔洞配置，構(gòu)成各類縫洞型儲層，成為油氣儲集的主要空間，因此是提高碳酸鹽巖儲層儲滲性質(zhì)的重要因素之一13。3.3 巖溶作用碳酸鹽巖中的巖溶孔洞作為其主要的儲集空間，與油氣的富集具有密切關(guān)系，古巖溶的發(fā)育與否，在很大程度上制約著碳酸鹽巖地區(qū)油氣的產(chǎn)量。因此，古巖溶的研究對在尋找有利勘探區(qū)塊具有重要的意義。主要的巖溶作用包括大氣淡水巖溶和熱液巖溶。大氣淡水巖溶指碳酸鹽巖地層主要受大氣淡水的淋濾、溶蝕而形成縫、洞的現(xiàn)象14。大氣淡水巖溶作用有效地改善了白云巖儲層的物

14、性，有利于優(yōu)質(zhì)儲層的形成。熱液作用于白云巖地層或作用于石灰?guī)r地層所形成熱液白云巖儲層的機理是一樣的，只不過前者是地層中的白云石發(fā)生重結(jié)晶作用而后者是方解石發(fā)生交代作用。熱液流體攜帶大量的CO2、H2S、SO2及有機酸等，沿斷裂、裂縫、層理、不整合面和其他孔隙進入儲層，并沿熱液通道兩側(cè)進行溶蝕改造，形成油氣聚集的新場所15。因此，熱液對碳酸鹽巖儲層的溶蝕改造應(yīng)引起足夠的重視。熱液對深部白云巖儲層的改造，一方面可以促進孔洞的發(fā)育!增加儲集空間；另一方面，熱液礦物如硅質(zhì)、黃鐵礦等充填孔洞和裂縫，不利于形成良好的白云巖儲層。3.4 有效的阻擋層多孔地層之上是致密的顆粒泥晶灰?guī)r，它能阻止熱液流體向上大規(guī)

15、模分流，從而使熱液在多孔的石灰?guī)r中充分發(fā)生化學作用，改造原有的儲層形成更好的熱液白云巖儲層，并最終保存下來。3.5 熱液白云巖化作用白云化流體中的氧同位素分餾同時受到溫度和鹽度的影響6，鞍形白云石膠結(jié)物的 值偏負，但又不是很負，是由于高溫和高鹽度共同作用的結(jié)果,一方面高溫對氧同位素分餾有促進作用，所以導致鞍形白云石值偏負；另一方面熱流體的高鹽度對氧同位素分餾有抑制作用，所以限制了鞍形白云石的值不會非常負。而鞍形基質(zhì)白云石的氧同位素相對于鞍形白云石膠結(jié)物較重，是因為鞍形基質(zhì)白云石是由原基質(zhì)白云石交代形成的，因此繼承了基質(zhì)白云石的氧同位素特征。在熱液白云化作用過程中，充足的鎂離子供給同樣不可或缺。

16、熱液自下而上運移的過程會與白云巖地層發(fā)生相互作用，從白云巖圍巖中獲得了一定量的鎂離子。這與白云巖中的孔洞和裂縫往往白云石膠結(jié)物占主導地位，而灰?guī)r中的孔洞和裂縫往往方解石膠結(jié)物占主導地位的現(xiàn)象相符。熱液白云巖除了作為交代作用的產(chǎn)物，還可以作為膠結(jié)作用的產(chǎn)物，如沿裂縫或溶孔、溶洞邊緣膠結(jié)充填的產(chǎn)物粗晶鞍狀白云石。根據(jù)熱液白云巖儲層的巖心資料，可以分析出孔隙形成的演化序列：（1）熱液溶蝕石灰?guī)r（白云巖）形成孔洞；（2）白云石交代石灰?guī)r或?qū)υ缙谛纬傻陌自茙r重結(jié)晶作用形成晶間孔；（3）鞍狀白云石膠結(jié)（或熱液礦物的沉淀）。根據(jù)上述孔隙演化序列可以看出，鞍狀白云石沿裂縫、孔洞膠結(jié)及熱液礦物的沉淀是一種破壞孔

17、隙的作用，故熱液作用是一把“雙刃劍”，既對儲層起建設(shè)性作用，又對儲層起破壞性作用。由于熱液白云石化作用必須要有沿深大斷裂向上運移的熱液流體，故不大可能發(fā)育大規(guī)模的熱液白云巖，所以通過熱液作用形成的單一成因的儲層是不多見的。更多見的是對前期已經(jīng)形成的儲層進行疊加改造。雖然熱液不能獨自形成大規(guī)模的熱液白云巖儲層，但是熱液對于儲層改造作用是不可小視的。4 總結(jié)構(gòu)造-熱液白云巖化過程反映了熱流體與圍巖之間在較為特殊的構(gòu)造應(yīng)力和流體環(huán)境中的相互作用。白云巖在較高的溫度和壓力條件下容易發(fā)生溶蝕（范明等，2009），白云巖化作用必然會對圍巖造成一定的溶蝕，而使原巖的孔隙度大大增加，這就增加了原巖的孔隙度和連

18、通性，從而形成優(yōu)質(zhì)的儲層，更重要的是隨著熱液向斷裂系統(tǒng)以外的范圍擴散，產(chǎn)生大量溶孔，圍巖會發(fā)生強烈的重結(jié)晶或交代作用，在孔隙中雖有鞍狀白云石沉淀，但由于Mg離子主要來自本層白云巖圍巖的溶蝕，熱流體中Mg離子的濃度并不高，因此鞍狀白云石的豐度并不高，常常保存了大量的殘留孔洞。此外，構(gòu)造-熱液白云巖中的構(gòu)造裂縫發(fā)育，豐富的斷裂系統(tǒng)會引起白云巖的角礫化，加強孔、縫的聯(lián)系，裂縫的發(fā)育又增強了熱液流體對白云巖的溶蝕，這都大大提高了原巖的儲集性能。（1）具有一定孔滲性的石灰?guī)r或白云巖地層為熱液白云巖儲層的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，高角度深大斷裂為熱液提供了運移通道，而熱液溶蝕作用和熱液白云石化作用是熱液白云巖儲

19、層發(fā)育的主控因素；（2）熱液進入孔滲性好的圍巖并與之發(fā)生作用的主要成巖序列為：先發(fā)生溶蝕作用，再發(fā)生交代作用，最后沉淀鞍狀白云石等熱液礦物。由于伴生熱液礦物的沉淀會充填孔洞從而破壞孔隙，所以熱液作用既起建設(shè)性作用又起破壞性作用，但總的來說建設(shè)性作用大于破壞性作用；（3）綜合利用巖石學、地球化學、測井響應(yīng)及地震響應(yīng)特征資料能較好地的識別熱液白云巖儲層?！緟⒖嘉墨I】1 Graham R，Davies-Langhome B and Smith J. Structurally controlled hydrothermal dolomite reservoir facies：An overview.

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