洪永康(遼河油田塔里木項(xiàng)目管理部, 遼寧 盤錦 124010)
古氣候與古海洋對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育的控制
洪永康(遼河油田塔里木項(xiàng)目管理部, 遼寧 盤錦 124010)
最具代表性的古氣候是干熱、干燥及濕熱、濕潤(rùn),在顯生宙時(shí)期,海水的化學(xué)成分曾有明顯周期性變化,交替出現(xiàn)方解石海與文石海。在我國(guó)的塔里木盆地、四川盆地及鄂爾多斯盆地等地,油氣勘探示碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的發(fā)育特征和孔隙類型均與古氣候和古海洋有關(guān),如孔隙-孔洞型白云巖儲(chǔ)集層最適合在干熱、干燥的文石海環(huán)境下形成;蒸發(fā)鹽鑄??紫缎桶自茙r儲(chǔ)集層最適合在干熱、干燥的方解石海環(huán)境下形成;大型溶洞型儲(chǔ)集層最適合在濕熱、濕潤(rùn)的方解石海環(huán)境下形成等??梢哉f(shuō),古氣候與古海洋對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的發(fā)育起著非常重要的控制作用。本文主要以塔里木盆地、四川盆地及鄂爾多斯盆地等地為例,探討了古氣候與古海洋對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育的控制。
古氣候;古海洋;碳酸鹽巖;巖儲(chǔ)集層;發(fā)育;沉積;控制
據(jù)相關(guān)研究表明,碳酸鹽巖的形成與古氣候、古海洋環(huán)境具有十分密切的關(guān)系。不過(guò),目前學(xué)術(shù)界中對(duì)于控制碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育的地質(zhì)背景的研究和探討尚比較薄弱。筆者以塔里木盆地、四川盆地及鄂爾多斯盆地等地為例,通過(guò)觀察野外剖面和巖心,以及進(jìn)行一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析,發(fā)現(xiàn)碳酸鹽沉積時(shí)的古氣候與古海洋對(duì)巖儲(chǔ)集層的發(fā)育具有十分重要的影響。
大多數(shù)白云巖是通過(guò)白云石化作用形成的,而研究難點(diǎn)是其形成需要的Mg2+來(lái)源。目前主要認(rèn)為Mg2+來(lái)源于海水、黏土礦物釋放、地球深部巖漿熱液以及有機(jī)質(zhì)提供。從總體上來(lái)看,海水是最原始和最主要的來(lái)源。大多白云巖與蒸發(fā)巖具有密切關(guān)系,其于準(zhǔn)同生期發(fā)生交代作用,被交代的沉積物為文石泥或泥晶高鎂方解石。在干熱、干燥是古氣候下,白云石化流體形成于因強(qiáng)烈蒸發(fā)而成的富Mg2+濃縮海水。另外像是礁白云巖等的原巖沉積時(shí)與低能量、高鹽度蒸發(fā)環(huán)境不同,其主要是在埋藏期發(fā)生白云石化作用,屬于成巖埋藏白云巖。在干熱、干燥氣候下,水中Ca2+不斷消耗、Mg2+不斷富集,促進(jìn)了準(zhǔn)同生白云巖的形成,同時(shí)還可作為富含Mg2+埋藏孔隙水,促使?jié)B透性較好的灰?guī)r發(fā)生白云石化。
當(dāng)海水中c(Mg2+)與c(Ca2+)的比值小于2.2時(shí)會(huì)形成低鎂方解石,在2.2~5.3之間時(shí)會(huì)形成高鎂方解石和文石,當(dāng)大于5.3時(shí)會(huì)形成文石。而在熱帶淺海地區(qū)的碳酸鹽,主要就是由高鎂方解石和文石組成的。高鎂方解石和文石的化學(xué)活動(dòng)性不同,其為準(zhǔn)穩(wěn)定礦物,在成巖過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的低鎂方解石,所以古代碳酸鹽巖的主要成分是低鎂方解石。不同的海水成分,會(huì)導(dǎo)致碳酸鹽巖的成巖作用方式也有不同。通過(guò)研究塔里木盆地、四川盆地及鄂爾多斯盆地等地的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)現(xiàn),文石海碳酸鹽巖的基質(zhì)孔隙發(fā)育程度比方解石海好。這主要是由于文石海中存在大量的易溶文石和高鎂方解石,更易在大氣淡水溶蝕過(guò)程中形成孔洞。
干熱、干燥的古氣候?qū)?chǔ)集層發(fā)育早期起著建設(shè)性成巖的作用。在此氣候環(huán)境下,成巖流體比較匱乏,因此導(dǎo)致沉積物中的膠結(jié)物也比較匱乏,從而發(fā)育出大量孔隙空間,給早成巖期孔洞的形成和保持提供了有利的條件。也即是說(shuō),在干熱、干燥的古氣候下,所發(fā)育形成的碳酸鹽巖膠結(jié)物及膠結(jié)期次較少,而與之相對(duì)的濕熱、濕潤(rùn)的古氣候下則正好相反。例如四川盆地震旦系燈影組的發(fā)育同生-準(zhǔn)同生期層間巖溶,每層層間巖溶面下均發(fā)育鈣結(jié)殼,鈣結(jié)殼下則是“葡萄、花邊”構(gòu)造,同時(shí)也是孔洞十分發(fā)育的好儲(chǔ)集層。從總體上看,該地碳酸鹽巖膠結(jié)物少、膠結(jié)期次少。而塔里木盆地奧陶系則與之相反,膠結(jié)物多、期次多,乃是典型濕熱、濕潤(rùn)的古氣候下發(fā)育形成的碳酸鹽巖。
在干熱、干燥的古氣候下,原巖沉積不受古海洋環(huán)境的影響是白云巖及蒸發(fā)鹽礦物發(fā)育的一個(gè)有利因素。因此,除卻文石海以外,在干熱、干燥的古氣候下,方解石??尚纬烧舭l(fā)鹽鑄模孔隙型白云巖儲(chǔ)集層,并且其規(guī)模通常較大,如鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組就是典型例子。馬家溝組在沉積期有著多次海進(jìn)及海退歷史,形成含鉀鹽盆和膏鹽盆,發(fā)育形成了含有豐富蒸發(fā)鹽礦物的泥粉晶白云巖。其特點(diǎn)是孔隙度高、滲透率低。
無(wú)論方解石海亦或文石海,濕熱、濕潤(rùn)的古氣候均不適宜早成巖期儲(chǔ)集層的發(fā)育,因此也不發(fā)育易溶的蒸發(fā)鹽礦物。不過(guò),由于構(gòu)造斷裂的作用及表生期風(fēng)化殼巖溶的影響,會(huì)形成一些較大規(guī)模的溶蝕縫洞,即所謂的大型溶洞型儲(chǔ)集層。
綜上所述,古氣候與古海洋對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育的控制作用十分明顯。一者,干熱、干燥或是濕熱、濕潤(rùn)的環(huán)境下,碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的發(fā)育特征有著差異顯著;二者,冰室期-文石海沉積對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育的控制特征明顯不同于溫室期-方解石海。
[1]張靜,張寶民,單秀琴.古氣候與古海洋對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育的控制[J].石油勘探與開發(fā),2014,01:121-128.
[2]趙文智,沈安江,胡素云,張寶民,潘文慶,周進(jìn)高,汪澤成.中國(guó)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層大型化發(fā)育的地質(zhì)條件與分布特征[J].石油勘探與開發(fā),2012,01:1-12.
[3]劉樹根,宋金民,羅平,QING Hairuo,林彤,孫瑋,李智武,王浩,彭瀚霖,余永強(qiáng),龍翼,萬(wàn)元博.四川盆地深層微生物碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征及其油氣勘探前景[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,02:129-152.
洪永康(1989- ),男,甘肅天水人,助理工程師,本科,主要從事油田地質(zhì)工作。