白云岩储层中蒸发矿物的赋存形式与成因演化--以鄂尔多斯盆地中部气田区马家沟组为例 何江;赵忠军;乔琳;魏伟;王雅洁;冯春强;陈博;陈超
新婚熄与翁公李钰雯
【摘 要】鄂尔多斯盆地中部气田区马家沟组马51-马54亚段粉晶白云岩中广泛发育毫米级、厘米级的硬石膏柱状晶和小结核等蒸发矿物，是储层发育的关键。通过详细的井下地质调查、典型岩心剖面写实、系统取样配套测试和室内比对分析等方法，首次针对硬石膏矿物的赋存形式与成因演化进行精细解剖。研究发现：硬石膏柱状晶和小结核赋存于粉晶白云岩中，其中柱状晶多呈星散状分布，而硬石膏小结核发育有中-高成核数量中核径、中-高成核数量小核径及低成核数量大核径3种典型结构。上述硬石膏矿物均为局限（内）陆棚环境准同生期或早成岩浅埋藏期交代先期白云岩的产物，其数量多少取决于硬石膏开始析出时海水含盐度的高低，个体大小取决于海水中适合于硬石膏生长的含盐度持续时间的长短。不同蒸发矿物组合在成岩阶段将经历不同的改造过程。其中，含中-高成核数中核径硬石膏结核的粗粉晶白云岩中，残余溶模孔及伴生的裂碎缝极其发育，最终演化为区内最为优质的裂缝-溶孔（洞）型储层。%Anhydrite columnar crystal and nodules of millimeter to centimeter sizes are widely developed in the crystal powder dolomite of Ma 51 -54(the 1st to 4th submembers of the 5th member of Majiagou Formation) in the gas fields of the central Ordos Basin , and are critical to reservoir development .The occurrence , genesis and evolution of anhydrite were finely analyzed for the first time through detailed subsurface geological survey ,observation of typical core section ,system sampling and testing ,indoor comparative analysis ,and so on .The anhydrite columnar crystals and small nodules occur in crystal powder dolomite .The columnar crystals are scattered in the dolomite ,while the small nodules have three typical distribution forms ,namely medium nuclear diameter in middle-high nucleation number ,small nuclear diameter in middle-high nucleation number and large nuclear diameter in low nucleation number .All of the anhydrite minerals mentioned above are the products of metasomasis of early dolomite during penecontemporaneous or shallow burial periods in an re -stricted ( inside) continental shelf environment .of the amount of anhydrite minerals depends on the seawater salinity at the beginning of anhydrite precipitation ,while their sizes are controlled by the duration of seawater salinity that is suitable for the growth of anhydrite minerals .Moreover ,different evaporite mineral associations may experience different pro
cess of modification.Residual moldic pores and associated cracks are highly developed in the coarse crystal powder dolomite of medium nuclear diameter in middle-high nucleation number ,which finally evolved into the high quality fractured-vuggy reservoir in the area .
【期刊名称】《石油与天然气地质》
黑河学院学报编辑部【年(卷),期】2013(000)005
是什么【总页数】8页(P659-666)
【关键词】赋存形式;成因演化;蒸发矿物;白云岩储层;马家沟组;鄂尔多斯盆地
【作 者】何江;赵忠军;乔琳;魏伟;王雅洁;冯春强;陈博;陈超
【作者单位】西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500; 成都理工大学地球科学学院，四川成都610059;中国石油长庆油田分公司，陕西西安710018;中国石油西南油气田分公司，四川成都610051;中国石油西南油气田分公司，四川成都610051;中国石油西南油气
田分公司，四川成都610051;西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500;西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500;西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500
【正文语种】中 文
【中图分类】TE122.2
世界油气藏储量约30%赋存于局限-蒸发海相环境形成的白云岩储层中，伴生的蒸发矿物溶解之后可构成重要的储、渗空间，是储层发育的关键。目前，与局限-蒸发海相沉积及伴生蒸发矿物有关的油、气田在中东、北美、西欧、西伯利亚、澳大利亚等广大地区均有发现。同时，在中国鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组、四川盆地华蓥山东、西两侧上石炭统黄龙组、新疆塔里木盆地丘里塔格、四川盆地下-中三叠统嘉陵江组及雷口坡组以及震旦系灯影组中也广泛分布。
20 世纪60年代以来，国外对地质历史时期局限-蒸发海相地层及伴生蒸发矿物的研究取得了一系列进展，初步建立了相应的基础理论体系;Kendal［1］发现许多古代蒸发岩是在封闭、超咸的水盆的水下沉积的，如美国德克萨斯州和新墨西哥州的二叠系卡斯堤尔组储层
、加拿大西部中泥盆统的马斯克格组和温尼伯戈西斯组储层。Given 和Wilkinson［2］对整个地质历史时期蒸发海相的地层和蒸发矿物的分布规律有精辟的分析;Loucks 和Anderson［3］，Amthor 和Friedman［4］对德克萨斯州下奥陶统和中泥盆统局限-蒸发海相地层的研究，发现了受硬石膏和石盐控制的堤礁储层。近年来，国内相关研究主要集中于鄂尔多斯盆地马家沟组［5-14］，普遍认为“特定环境沉积的含硬石膏柱状晶和小结核的粉晶白云岩是储层发育的物质基础，而表生成岩期和埋藏成岩期形成的次生孔、缝、洞及构造裂隙的发育与保存好坏程度是能否形成良好储层的关键”。“硬石膏柱状晶和小结核溶解度远比白云岩高，伴随其溶解和释压，形成大量的裂碎缝及溶孔，构成主要的孔隙网络”，取得了大量重要认识，但针对储层发育的关键因素“蒸发矿物-硬石膏柱状晶和小结核”尚无精细解剖的实例。
辛亥革命110周年大会笔者以鄂尔多斯盆地中部气田区马家沟组马51—马54 亚段为研究主体，在岩心精细观察、描述的基础上，针对不同岩石类型进行系统取样，同一样品栓作铸体薄片、压汞、孔隙度、渗透率测试，以地质背景和水化学条件为主线，解剖了硬石膏柱状晶和小结核的赋存形式、成因及演化规律，并分析其油气地质意义。
1 地质背景
古生代奥陶纪，鄂尔多斯盆地因西侧贺兰裂谷拉张作用引起的裂谷肩翘升及其均衡作用，形成一隆(中央古隆起)一坳(陕北古坳陷)的古地貌特征(图1)［15-17］，马5 段沉积期，因气候趋于干热，蒸发量大于大气降水量，海水不断浓缩，导致盆地内整体海平面降低，循环性差，海水含盐度不断升高，整体发育为局限或半局限内陆棚环境，进入超盐度蒸发盐沉淀和高密度梯度的发育阶段，东部陕北古坳陷中石膏层和石盐的厚度可达数百米［18］。此时，中部气田区位于内陆棚陕北古坳陷盆地向中央古隆起四周缓缓向上倾斜的较开阔坪地，主要处于浅水和较浅水环境，大面积呈现出宽缓的盆缘含硬石膏的白石岩坪与盆缘硬石膏白云岩坪相带，沉积了微-粉晶白云岩、含硬石膏柱状晶和小结核白云岩、含硬石膏质粉晶白云岩等组合。
图1 鄂尔多斯盆地中部气田区位置Fig.1 Location of the gas fields in the central Ordos Basin
中奥陶世末，因晚加里东运动整体抬升，后经历了130 余百万年的沉积间断，盆地主体缺失晚奥陶世至早石炭世的沉积，导致马家沟组顶部遭受不同程度的风化剥蚀。古岩溶作用主要发生在含硬石膏柱状晶和小结核的粉晶白云岩中，因硬石膏的溶解度远比白云石高，
其基岩粉晶白云岩亦多孔。伴随硬石膏柱状晶和小结核的溶解和释压，形成形式多样的溶模孔及伴生的裂缝，并与成互层或夹层的粗粉晶白云岩一起形成早期的，也是主要的孔隙网络，奠定了储层发育的基础［19］。
2 硬石膏柱状晶和小结核赋存形式
目的层位中广泛发育的毫米级、厘米级的硬石膏柱状晶和小结核溶模孔，其产状、大小及含量变化多端。防撞梁
据大量的岩心及薄片观察发现，硬石膏结核溶模孔呈不规则的小球状赋存于粉晶白云岩中，主要存在以下3 种典型分布形式。①Ⅰ型中-高成核数量中核径，发育于薄-中层含硬石膏结核溶模孔的粉晶白云岩中(图2a)，溶模孔含量高，达15%～25%，并常含少量硬石膏柱状晶。核径一般为2～3 mm 左右，这是最常见的型式。与不含或少含结核的粉晶白云岩常呈递变和互层关系。基岩中白云石晶体较粗，一般为0.03～0.04 mm，个别可大于0.05 mm 达到粗粉晶级，常含1%～2%或更多的晶间隙。②Ⅱ型中-高成核数量小核径，发育于薄层状含小核径硬石膏结核溶模孔的的粉晶白云岩中(图2b)，溶模孔含量中等，5%～10%左右，很少有硬石膏柱状晶伴生，核径仅1 mm 左右。从结核个数来讲，可能与Ⅰ型式白
云岩中的个数不相上下，但因核径小，因而在岩石中的含量较少。含结核层向上、下过渡为不含硬石膏结核的细粉晶、甚至微晶白云岩。基岩中的白云石晶径较细，一般为0.01～0.03 mm，有的在显微镜低倍镜头下几乎成微晶级。③Ⅲ型-低成核数量大核径，分布于薄层状含大核径硬石膏结核的粉晶白云岩中(图2c)，剖面上硬石膏结核核径和数量成正粒序或逆粒序分布。因而由下向上结核量为10%～0，或0～10%左右，核径可大于5 mm，由于结核核径大，因而结核数量较少。基岩中白云石晶径较细，仅0.01～0.03 mm 左右。
硬石膏柱状晶主要在细粉晶白云岩中呈星散状赋存，含量一般不超过5%，但亦见个别层内硬石膏晶体成纹层状产出，纹层内含量可达20%～30%，而且晶体长度亦较大，有的长径可达2～3 mm(图2d)。硬石膏柱状晶为斜方晶系，由于a 轴和c 轴在基本晶胞中的长度几乎相等，因之沿a 轴的切面几乎为正方形。硬石膏晶可以为板柱状，也可以沿b 轴方向生长成细长柱状。内丹修炼的四个过程
上述不同赋存形式的硬石膏柱状晶和小结核溶模孔绝大多数均经历了细粉晶白云石、石英、方解石等矿物多期复杂的，但又不同程度的充填和交代-充填，剩余的溶模孔隙量为0～75%(图2e，f)。
图2 鄂尔多斯盆地中部气田区硬石膏柱状晶和小结核典型赋存形式Fig.2 Occurrences of anhydrite columnar crystal and nodules in the gas fields of the central Ordos Basina. 含硬石膏结核粉晶白云岩与粉晶白云岩成不等厚的薄互层(或纹层)，榆38 井，马51(3)，3 191.30 m;b. 含硬石膏结核的细粉晶白云岩中结核溶模孔已完全被方解石交代-充填，隐约可见纵向的方解石细脉，陕250 井，马五1(4)，3 577.10 m;c. 硬石膏结核具正粒序构造，结核溶模孔上部被方解石充填，显示“假示底”构造，莲3 井、马54，3 944.20 m;d. 细粉晶白云岩中含纹层状、星散状的硬石膏柱状晶，陕221 井，马52(2)，3322.70m;e. 硬石膏结核溶模孔被细粉晶亮晶白云石、石英、方解石半充填，单偏光，铸体片，城川1 井，马53(3)，2 636.21 m;f. 呈板状的硬石膏柱状晶溶模孔，被细粉晶亮晶白云石、石英半充填，单偏光，铸体片，G42-8 井，马51(2)，3 674.06 m
3 硬石膏柱状晶和小结核成因及演化
3.1 硬石膏柱状晶和小结核成因
国内外众多学者对区内白云岩的成因机理做了深入研究，取得了大量共识。目前主流观点认为区内泥微晶白云岩为准同生白云岩化，晶粒白云岩为埋藏白云岩化，但局部仍然存在
热液白云岩化［20-24］。通过对工区87 口井岩心的宏观观察，426 个铸体薄片的微观分析表明，硬石膏柱状晶和小结核均为局限(内)陆棚环境中交代先期白云岩的产物，既可以在准同生期，随海水继续浓缩对沉积界面及附近白云质沉积物发生交代，亦可以于早成岩浅埋藏期由浓缩的隙间水交代半固结甚至固结的白云岩，证据如下。
1)在林5 井马54(1)、陕12 井马53(2)和马54(1)、陕106 井马52(1)及陕193 井、陕175 井马54(1)小层均见到保存完好的硬石膏结核，结核中由若干个硬石膏晶体成向心花瓣状生长，达二级鲜艳的干涉，内部均含有分散的交代基岩后的细粉晶白云石包裹体(图3a)。此外，显微镜下赋存硬石膏结核的白云岩毫无例外的为粉晶白云岩，在微(泥)晶白云岩中很少见到，可见硬石膏结核是细粉晶白云岩沉积后交代析出。
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