沈安江，羅憲嬰，胡安平，喬占峰，張杰

（1. 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310023）

0 引言

白云巖是非常重要的油氣儲(chǔ)集層，據(jù)全球 226個(gè)大中型及以上碳酸鹽巖油氣田（占全球碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)量的 90%）的統(tǒng)計(jì)[1]，前寒武系—下古生界及三疊系碳酸鹽巖油氣田幾乎全為白云巖儲(chǔ)集層，上古生界和侏羅系碳酸鹽巖油氣田白云巖儲(chǔ)集層和灰?guī)r儲(chǔ)集層的比例相當(dāng)，白堊系和第三系則以灰?guī)r儲(chǔ)集層為主。

正因?yàn)榘自茙r儲(chǔ)集層具有重要的油氣勘探價(jià)值，白云巖成因多年來(lái)一直是研究熱點(diǎn)，許多學(xué)者提出了很多白云石化模式[2-10]。不管有多少種白云石化模式，白云石化作用不外乎發(fā)生于兩個(gè)階段[11]：準(zhǔn)同生階段及埋藏階段。準(zhǔn)同生階段的白云石化主要與干旱氣候背景有關(guān)，形成的白云巖往往保留原巖結(jié)構(gòu)；埋藏階段的白云石化主要與深部富鎂成巖介質(zhì)有關(guān)，形成的白云巖往往為細(xì)晶級(jí)以上的晶粒白云巖，原巖為灰?guī)r或準(zhǔn)同生階段形成的白云巖。

白云巖的成因不能等同于白云巖儲(chǔ)集層的成因，因?yàn)椴⒉皇撬械陌自茙r都是儲(chǔ)集層。白云石化在孔隙建造中的作用，長(zhǎng)期以來(lái)都是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)[12-14]。由于前寒武系—下古生界儲(chǔ)集層大多發(fā)育于白云巖中，很多學(xué)者[6-8]都認(rèn)為白云巖儲(chǔ)集層中的孔隙是白云石化作用的產(chǎn)物，但這無(wú)法解釋同樣發(fā)生了白云石化的致密白云巖問(wèn)題。近幾年有學(xué)者[9,15-16]提出白云巖儲(chǔ)集層中的孔隙主要是對(duì)原巖孔隙的繼承和調(diào)整，而非白云石化作用，但這無(wú)法解釋同樣是多孔的礁灘相沉積，白云石化后有的孔隙得到了很好地繼承，如川中古隆起震旦系燈影組微生物白云巖儲(chǔ)集層、元壩地區(qū)二疊系長(zhǎng)興組礁灘白云巖儲(chǔ)集層，而有的白云石化后則成為致密白云巖，如塔里木盆地奧陶系鷹山組、四川盆地二疊系棲霞組和茅口組等。白云巖形成過(guò)程及其成儲(chǔ)效應(yīng)不明確，導(dǎo)致儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)思路不清，成為勘探失利的重要因素之一。

本文通過(guò)地質(zhì)和儲(chǔ)集層地球化學(xué)分析相結(jié)合的方法，開(kāi)展不同白云石成巖組構(gòu)的產(chǎn)狀和鏡下顯微特征、白云石有序度、激光碳氧穩(wěn)定同位素組成、鍶同位素、微量稀土元素、激光U-Pb同位素測(cè)年和團(tuán)簇同位素測(cè)溫等分析測(cè)試，研究從準(zhǔn)同生到埋藏環(huán)境的白云石化路徑和成儲(chǔ)效應(yīng)，建立了白云石化路徑識(shí)別圖版，指出初始孔隙和白云石化路徑主控白云巖儲(chǔ)集層的發(fā)育，為白云巖儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)提供了理論依據(jù)。

1 樣品和方法

1.1 樣品特征和產(chǎn)狀

在詳細(xì)的巖石薄片觀察基礎(chǔ)上，選取以下 6類(lèi)樣品：①保留原巖結(jié)構(gòu)的白云巖（見(jiàn)圖1a、圖1b），為微生物白云巖和泥粉晶白云巖，原巖結(jié)構(gòu)清晰可辨，樣品來(lái)自四川盆地峨邊先鋒剖面、南江楊壩剖面的震旦系燈影組1-2段，塔里木阿克蘇地區(qū)奇格布拉克剖面震旦系奇格布拉克組，鄂爾多斯盆地靳 6井下奧陶統(tǒng)馬家溝組；②埋藏交代白云巖Ⅰ（見(jiàn)圖1c、圖1d），為細(xì)中晶白云巖，白云石多為自形—半自形，經(jīng)原巖結(jié)構(gòu)恢復(fù)后，可見(jiàn)白云石晶體排列受原巖組構(gòu)約束，部分表現(xiàn)為殘余顆粒結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1c、圖1d），樣品主要來(lái)自塔里木盆地巴楚地區(qū)露頭剖面蓬萊壩組；③埋藏交代白云巖Ⅱ（見(jiàn)圖1e、圖1f），為細(xì)中晶—中粗晶白云巖，白云石多為他形—半自形，晶體排列與沉積組構(gòu)無(wú)關(guān)，部分白云石晶體內(nèi)部可識(shí)別出原巖結(jié)構(gòu)，樣品主要來(lái)自塔里木盆地塔東古城601井鷹山組三段；④埋藏沉淀白云石（見(jiàn)圖1g），為充填于孔洞中的白云石晶體，多為自形晶，樣品來(lái)自四川盆地峨邊先鋒剖面、南江楊壩剖面的震旦系燈影組1-2段，四川盆地川西北磨溪42井和礦2井棲霞組，為充填于溶蝕孔洞和裂縫中的自形晶細(xì)晶白云石；⑤粗晶鞍狀白云石（見(jiàn)圖1h），多充填于孔洞中，可伴生石膏、螢石和重晶石等，樣品來(lái)自四川盆地峨邊先鋒剖面、南江楊壩剖面的震旦系燈影組1-2段，四川盆地川西北磨溪42井和礦 2井棲霞組，充填于溶蝕孔洞和裂縫中；⑥未蝕變生屑粒泥灰?guī)r（見(jiàn)圖1i），樣品來(lái)自塔里木盆地中古43-1井鷹山組上段。上述樣品中的5類(lèi)白云石基本代表了塔里木、四川和鄂爾多斯盆地白云巖/石的成因類(lèi)型，未蝕變生屑粒泥灰?guī)r樣品的選取是為了設(shè)定白云石化前地球化學(xué)特征指標(biāo)，為白云石化前后儲(chǔ)集層地球化學(xué)特征的對(duì)比建立標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 樣品特征和產(chǎn)狀

保留原巖結(jié)構(gòu)的白云巖被認(rèn)為是準(zhǔn)同生階段形成，與干旱蒸發(fā)氣候背景有關(guān)[15-16]，結(jié)構(gòu)組分由泥晶白云石構(gòu)成，如經(jīng)歷埋藏白云石化的疊加改造，晶?？勺兇肿兇?，原巖組構(gòu)被破壞或殘留部分原巖組構(gòu)。埋藏交代白云巖Ⅰ指埋藏環(huán)境富Mg2+成巖介質(zhì)交代先存白云石，使白云石晶體變粗變大，形成有序度更高、自形程度更好的細(xì)中晶白云巖。埋藏交代白云巖Ⅱ指埋藏環(huán)境富Mg2+成巖介質(zhì)交代先存灰?guī)r導(dǎo)致灰?guī)r白云石化形成的白云巖；埋藏沉淀白云石指埋藏環(huán)境富Mg2+成巖介質(zhì)在裂縫或溶蝕孔洞中通過(guò)沉淀作用形成的高有序度和高自形程度的白云石[17]，以細(xì)中晶白云石為主，自身不構(gòu)成白云巖，圍巖為灰?guī)r或白云巖。粗晶鞍狀白云石指深部熱流體侵入碳酸鹽巖地層，在裂縫或溶蝕孔洞中通過(guò)沉淀作用形成的高有序度和高自形程度的白云石[17]，主要為粗晶白云石，與埋藏沉淀白云石一樣，自身不構(gòu)成白云巖，圍巖為灰?guī)r或白云巖。如何區(qū)分上述 5種成因類(lèi)型的白云石，尤其是埋藏交代白云巖Ⅰ和埋藏交代白云巖Ⅱ，直接關(guān)系到白云巖成儲(chǔ)效應(yīng)評(píng)價(jià)和有效儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)。

1.2 樣品制備和測(cè)試

在大量露頭、巖心和巖石薄片觀察的基礎(chǔ)上，對(duì)選取的 6類(lèi)樣品開(kāi)展白云石有序度、激光碳氧穩(wěn)定同位素組成、鍶同位素組成、Fe/Mn等微量元素、Ce/Eu/Y等稀土元素、激光U-Pb同位素年齡和團(tuán)簇同位素溫度等分析測(cè)試。

本文的分析測(cè)試嚴(yán)格以結(jié)構(gòu)組分為檢測(cè)單元，以避免不同成因結(jié)構(gòu)組分的混樣。對(duì)較大的結(jié)構(gòu)組分樣品，用牙鉆獲取相應(yīng)質(zhì)量要求的粉末樣品，對(duì)較小的結(jié)構(gòu)組分樣品，用微鉆獲取相應(yīng)質(zhì)量要求的粉末樣品。溶液法測(cè)試時(shí)粉末樣品的化學(xué)前處理在中國(guó)石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層超凈實(shí)驗(yàn)室完成。對(duì)于更小的結(jié)構(gòu)組分，采用激光法測(cè)試，薄片厚100 μm。

2 測(cè)試結(jié)果

本文重點(diǎn)論述保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖、埋藏交代白云巖Ⅰ、埋藏交代白云巖Ⅱ、埋藏沉淀白云石、粗晶鞍狀白云石和未蝕變生屑粒泥灰?guī)r等 6類(lèi)結(jié)構(gòu)組分的地球化學(xué)特征及差異，據(jù)此建立地質(zhì)和地球化學(xué)特征識(shí)別圖版。

2.1 白云石有序度

白云石有序度反映白云石的形成環(huán)境和晶體生長(zhǎng)速度[18]。本文中 5種白云石結(jié)構(gòu)組分的有序度呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律（見(jiàn)圖2a）。保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖的有序度普遍小于0.5，氧同位素組成為0～5‰，代表早期低溫蒸發(fā)環(huán)境高鹽度介質(zhì)中沉淀或交代成因的白云石，往往因富 Ca2+濃度和高晶體生長(zhǎng)速率，有序度低。埋藏交代白云巖Ⅰ的有序度平均為0.8，大于埋藏交代白云巖Ⅱ的有序度（平均0.65），氧同位素組成差異不大，為-10‰～5‰，反映兩者形成的溫度相近。有序度高低不但與 Mg2+和晶體生長(zhǎng)速度有關(guān)，還與原巖 Mg2+及初始有序度有關(guān)，在漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史過(guò)程中，低有序度白云石經(jīng)歷交代和重結(jié)晶作用后，可使有序度升高[18]，埋藏交代白云巖Ⅰ的原巖可能為有一定初始Mg2+濃度和有序度的白云巖，埋藏交代白云巖Ⅱ的原巖可能為灰?guī)r。埋藏沉淀白云石和粗晶鞍狀白云石的有序度普遍較高，為0.8～1.0，且對(duì)應(yīng)明顯偏負(fù)值的氧同位素組成（小于-10‰），反映是從高溫富Mg2+成巖介質(zhì)中緩慢且直接沉淀的產(chǎn)物。

圖2 不同成因類(lèi)型白云石地球化學(xué)特征識(shí)別圖版

總之，早期低溫沉淀或交代成因的白云石，往往因富 Ca2+濃度和高晶體生長(zhǎng)速率，有序度低。埋藏環(huán)境高溫沉淀或交代的白云石，往往因富Mg2+和低晶體生長(zhǎng)速率，有序度更高。

2.2 碳氧同位素組成

碳氧同位素組成是推測(cè)成巖礦物的成巖介質(zhì)屬性和溫壓條件的重要手段[19]。6種碳酸巖結(jié)構(gòu)組分的碳氧同位素組成呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性特征（見(jiàn)圖2b）。碳同位素組成整體變化不大，表現(xiàn)為低負(fù)值—低正值。未蝕變生屑粒泥灰?guī)r、保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖的氧同位素組成也整體表現(xiàn)為低負(fù)值—低正值，與準(zhǔn)同生期海水膠結(jié)物的碳氧同位素值相近[20]。埋藏交代白云巖Ⅰ和埋藏交代白云巖Ⅱ的氧同位素組成整體為-10‰～-5‰，與埋藏膠結(jié)物的碳氧同位素組成值相近[20]，但埋藏交代白云巖Ⅰ的碳同位素為低負(fù)值，而埋藏交代白云巖Ⅱ的碳同位素為低正值。兩類(lèi)白云石碳同位素組成的差異可能與埋藏交代白云石化前的原巖有關(guān)。原巖為白云巖時(shí)，碳同位素組成表現(xiàn)為低負(fù)值；原巖為灰?guī)r時(shí)，殘留在生屑粒泥灰?guī)r中的有機(jī)質(zhì)發(fā)酵，導(dǎo)致碳同位素組成明顯表現(xiàn)為正值[20]。埋藏沉淀白云石和粗晶鞍狀白云石氧同位素組成整體表現(xiàn)為高負(fù)值，前者范圍為-15‰～-10‰，后者范圍為-20‰～-15‰。

總之，氧同位素組成變化與溫度及分餾作用相關(guān)，溫度升高可以導(dǎo)致氧同位素組成明顯負(fù)偏移，碳同位素組成變化與溫度關(guān)系不大，主要取決于生物分餾作用、水體中碳同位素成分、有機(jī)質(zhì)的分解作用[13]。

2.3 鍶同位素組成

鍶同位素比值可用于判斷成巖礦物的成巖介質(zhì)屬性和年代意義[19,21-22]。6種碳酸鹽礦物結(jié)構(gòu)組分的鍶同位素比值呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律（見(jiàn)圖2c）。未蝕變生屑粒泥灰?guī)r、保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖的鍶同位素值整體偏低（87Sr/86Sr值小于 0.709），代表了同期海水87Sr/86Sr的期望值[22]。埋藏交代白云巖Ⅰ和埋藏交代白云巖Ⅱ的鍶同位素比值明顯偏高，顯然與成巖介質(zhì)富鍶和分餾效應(yīng)有關(guān)，油田鹵水和地下深處埋藏水的Sr含量普遍高于海水，但埋藏交代白云巖Ⅱ和未蝕變生屑粒泥灰?guī)r的鍶同位素值更相近，可能與原巖為灰?guī)r有關(guān)。埋藏沉淀白云石和粗晶鞍狀白云石的鍶同位素高度富集，前者鍶同位素比值整體為0.710～0.711，后者整體為 0.711～0.712，同樣與成巖介質(zhì)富鍶和分餾效應(yīng)有關(guān)，尤其是地幔物質(zhì)及產(chǎn)物富含放射性同位素（尤其是87Rb）時(shí)，均可使成巖介質(zhì)的87Sr高度富集，并通過(guò)分餾作用體現(xiàn)在成巖產(chǎn)物上。

總之，成巖礦物鍶同位素含量主要受控于成巖介質(zhì)鍶的含量和分餾效應(yīng)，未蝕變生屑粒泥灰?guī)r、保留原巖結(jié)構(gòu)的早期白云巖鍶同位素值與同期海水相當(dāng)，埋藏交代白云巖鍶含量普遍高于海水值，埋藏沉淀白云石和粗晶鞍狀白云石鍶同位素高度富集。

2.4 微量稀土元素

微量稀土元素可示蹤沉積、成巖產(chǎn)物的介質(zhì)特征和氧化還原環(huán)境[23-27]。本文以塔里木盆地中下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組和鷹山組下段白云巖為例，闡述兩類(lèi)白云巖的微量稀土元素特征，建立識(shí)別圖版。前者被認(rèn)為屬埋藏交代白云巖Ⅰ，后者被認(rèn)為屬埋藏交代白云巖Ⅱ[28-29]。兩者白云石有序度、碳氧穩(wěn)定同位素組成和鍶同位素組成特征見(jiàn)圖2，其具有明顯差異。

蓬萊壩組和鷹山組下段白云石微量元素特征具有明顯差異（見(jiàn)圖3a）。鷹山組下段白云石 Mg/Ca值普遍偏低，小于0.6，Mn/Fe值為0.005～0.025，與晶粒大小無(wú)關(guān)，這與圖2a的低有序度特征一致，即使是鷹山組上段的灰?guī)r，Mg/Ca值也能達(dá)到0.2，說(shuō)明已經(jīng)發(fā)生微弱的白云石化，這說(shuō)明埋藏交代白云石化是在早期弱白云石化灰?guī)r基礎(chǔ)上的進(jìn)一步疊加改造，埋藏交代白云石化前的原巖為灰?guī)r。蓬萊壩組白云石 Mg/Ca值普遍偏高，大于 0.6，這與圖2a的高有序度特征一致，與晶粒大小無(wú)關(guān)；Mn/Fe值與鷹山組下段白云石相比，不但跨度大，范圍為 0～0.035，而且與晶粒大小有關(guān)，細(xì)晶白云石的Mn/Fe值明顯低于中晶白云石，埋藏交代白云石化過(guò)程中隨白云石晶體粒度加大，Mn元素發(fā)生富集。蓬萊壩組灰?guī)r的Mg/Ca值幾乎為零，這說(shuō)明埋藏交代白云石化的原巖不是灰?guī)r。

圖3 埋藏交代白云巖Ⅰ和埋藏交代白云巖Ⅱ的微量和稀土元素特征

蓬萊壩組和鷹山組下段白云石稀土元素特征具有明顯差異（見(jiàn)圖3b、圖3c）。蓬萊壩組和鷹山組下段白云石稀土元素的配分型式完全不同，總體表現(xiàn)為蓬萊壩組白云石富稀土元素, 鷹山組下段白云石輕稀土元素（見(jiàn)圖3b）。在表生氧化環(huán)境下，Ce3+很容易被氧化成難溶的Ce4+，出現(xiàn)Ce負(fù)異常，在埋藏還原環(huán)境中，隨溫度升高，Ce3+易被還原為難溶解的Ce2+，使Ce富集出現(xiàn)正異常，Eu、Gd、Dy和Ho則表現(xiàn)出與Ce完全不同的地球化學(xué)特征，如在表生氧化環(huán)境，Eu3+易被氧化為難溶解的Eu4+，出現(xiàn)Eu正異常[30]。蓬萊壩組白云巖Eu、Gd、Dy、Ho元素的正異常說(shuō)明白云石化起始于表生氧化環(huán)境，而鷹山組下段白云巖Eu、Gd、Dy、Ho元素的負(fù)異常恰恰說(shuō)明白云石化起始于埋藏還原環(huán)境。蓬萊壩組和鷹山組下段白云石 Eu/Eu*、Ce/Ce*值也具有明顯差異（見(jiàn)圖3c），蓬萊壩組白云石的Eu/Eu*值小于 1.0，Ce/Ce*值大于 1.0，而鷹山組下段白云石的Eu/Eu*值大于1.0，Ce/Ce*值小于1.0，同樣反映前者為氧化的白云石化環(huán)境，后者為還原的白云石化環(huán)境。兩種埋藏交代白云石稀土元素的差異主要體現(xiàn)在含量上，配分型式相似，這與埋藏白云巖的成因有關(guān)。無(wú)論是埋藏交代白云巖Ⅰ還是埋藏交代白云巖Ⅱ，都不是早期成因的，而是埋藏白云石化作用的產(chǎn)物，其稀土配分型式已不受古海洋環(huán)境的控制。兩種埋藏交代白云石稀土配分型式的相似性與埋藏環(huán)境分餾機(jī)理的相似性有關(guān)，含量的不同則與成巖介質(zhì)含量的差異有關(guān)。

2.5 團(tuán)簇同位素溫度

團(tuán)簇同位素（Δ47）是近十幾年新興的一種同位素地球化學(xué)指標(biāo)，對(duì)溫度效應(yīng)非常敏感，是新型碳酸鹽礦物溫度計(jì)，被廣泛用于古溫度重建和成巖流體示蹤研究[31-36]。本文重點(diǎn)開(kāi)展了保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖、埋藏沉淀白云石、粗晶鞍狀白云石和未蝕變生屑粒泥灰?guī)r4種結(jié)構(gòu)組分的團(tuán)簇同位素測(cè)試工作（見(jiàn)圖4）。保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖的團(tuán)簇同位素溫度較低，與未蝕變生屑粒泥灰?guī)r的團(tuán)簇同位素溫度相當(dāng)，基本代表了沉積或極淺埋藏成巖環(huán)境的溫度，反映白云石化發(fā)生于早期。埋藏沉淀白云石具有較高的團(tuán)簇同位素溫度或包裹體均一溫度（125～171 ℃），粗晶鞍狀白云石具有更高的團(tuán)簇同位素溫度或包裹體均一溫度（172～230 ℃），反映兩者不但形成于較深的埋藏成巖環(huán)境，而且具有多期次性。

圖4 不同結(jié)構(gòu)組分團(tuán)簇同位素溫度直方圖

2.6 激光U-Pb同位素年齡

激光U-Pb定年技術(shù)近年取得長(zhǎng)足進(jìn)步，可準(zhǔn)確限定碳酸鹽礦物的形成或改造年齡，為限定白云石化作用發(fā)生以及白云石重結(jié)晶的絕對(duì)年齡，并根據(jù)其與地層年齡的相關(guān)關(guān)系判斷成巖階段提供了良好的約束[37]。本文對(duì)5種白云石結(jié)構(gòu)組分別開(kāi)展了激光U-Pb同位素測(cè)年，結(jié)果見(jiàn)表1。保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖的同位素年齡與地層年齡（埃迪卡拉系，距今時(shí)間大于 542 Ma）相當(dāng)，這說(shuō)明白云石化發(fā)生在早期。埋藏交代白云巖Ⅰ或Ⅱ的同位素年齡有可能代表地層的年齡，也有可能代表白云石化的年齡，也有可能介于兩者之間。從測(cè)試結(jié)果分析，細(xì)中晶白云石的年齡更接近于埋藏交代白云石化的年齡，而且是晚期的，泥粉晶白云石的年齡更接近于地層年齡。埋藏沉淀白云石和粗晶鞍狀白云石的同位素年齡應(yīng)該代表白云石晶體的形成年齡，從解剖實(shí)例測(cè)試結(jié)果分析，它們均晚于地層年齡，并具有多期次性，與多期次的構(gòu)造旋回和熱液活動(dòng)有關(guān)。

表1 5種白云石結(jié)構(gòu)組分激光U-Pb同位素年齡

3 討論

以下重點(diǎn)討論從準(zhǔn)同生到埋藏環(huán)境的白云石化路徑及其成儲(chǔ)效應(yīng)問(wèn)題，這對(duì)白云巖儲(chǔ)集層分布規(guī)律認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)具重要指導(dǎo)意義。

3.1 不同白云石成因結(jié)構(gòu)組分識(shí)別圖版

綜合上述地質(zhì)特征和產(chǎn)狀、地球化學(xué)特征、團(tuán)簇同位素溫度（或包裹體均一溫度）和U-Pb同位素年齡，建立了5種白云石成因結(jié)構(gòu)組分的識(shí)別圖版（見(jiàn)表2、圖1—圖4）。

表2 5種白云石結(jié)構(gòu)組分的地質(zhì)和地球化學(xué)特征

自然界白云石（巖）主要發(fā)育以上 5種成因類(lèi)型的結(jié)構(gòu)組分，雖然具有期次性，但其地質(zhì)特征和產(chǎn)狀、地球化學(xué)特征、形成溫度和年齡均具專(zhuān)屬性，是可以識(shí)別的。不同成因結(jié)構(gòu)組分白云石的識(shí)別為白云石化路徑和成儲(chǔ)效應(yīng)研究奠定了基礎(chǔ)。

3.2 白云石化路徑及成儲(chǔ)效應(yīng)評(píng)價(jià)

上述 5種白云石結(jié)構(gòu)組分中，保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖、埋藏交代白云巖Ⅰ和埋藏交代白云巖Ⅱ以巖石的形式存在，盡管可能經(jīng)歷多期次的埋藏交代白云石化作用，形成不同粒級(jí)（細(xì)晶、中晶、粗晶）的白云巖，而埋藏沉淀白云石和粗晶鞍狀白云石是在埋藏環(huán)境從成巖介質(zhì)中直接沉淀出來(lái)的，主要以礦物的形式充填于巖石的粒間孔、裂縫和孔洞中，本身不構(gòu)成巖石，白云石礦物的載體可以是灰?guī)r，也可以是白云巖。盡管解剖案例中埋藏沉淀白云石和熱液相關(guān)鞍狀白云石的沉淀時(shí)間遠(yuǎn)晚于地層年齡，但是理論上而言，埋藏沉淀白云石和熱液相關(guān)的鞍狀白云石只要在合適的條件下即可沉淀，如熱液白云石沉淀只需熱液進(jìn)入地層即可發(fā)生，與埋藏深度和時(shí)間無(wú)關(guān)，并且可能存在多期次。據(jù)此，建立了從準(zhǔn)同生到埋藏環(huán)境的3類(lèi)6種白云石化成巖路徑（見(jiàn)表3），為白云石化成儲(chǔ)效應(yīng)評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

表3 3類(lèi)6種白云石化成巖路徑及成儲(chǔ)效應(yīng)評(píng)價(jià)[15-16,38-39]

由于白云巖儲(chǔ)集層的孔隙是對(duì)原巖孔隙的繼承和調(diào)整，白云石化本身對(duì)孔隙新增的貢獻(xiàn)不大，但早期白云石化導(dǎo)致巖石具較強(qiáng)的抗壓實(shí)和壓溶能力，有利于先存孔隙的保存[16]，因此，白云石化前的原巖初始孔隙和白云石化路徑主控白云巖儲(chǔ)集層的發(fā)育[40]。這很好地解釋了白云巖保持型和白云巖改造型白云石化路徑的成儲(chǔ)效應(yīng)最佳的原因，灰?guī)r埋藏白云石化型往往因埋藏白云石化之前，灰?guī)r經(jīng)歷壓實(shí)和壓溶作用，初始孔隙消失殆盡，加上白云石化作用對(duì)孔隙新增的貢獻(xiàn)不大，難以形成有效儲(chǔ)集層（見(jiàn)圖5）。

圖5 白云石化路徑的成儲(chǔ)效應(yīng)模式圖

白云巖保持型儲(chǔ)集層的典型代表有四川盆地震旦系燈影組、塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組和鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組上組合，均為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，基本未見(jiàn)埋藏交代白云石化的疊加改造，孔隙主要以沉積原生孔和早表生溶孔為主，埋藏和熱液溶蝕作用可以形成少量溶蝕孔洞，但不是主要貢獻(xiàn)者，同時(shí)熱液礦物（包括埋藏沉淀白云石和粗晶鞍狀白云石）的充填是破壞孔隙的。初始孔隙得以保持，應(yīng)主要?dú)w功于早期白云石化。

白云巖改造型儲(chǔ)集層的典型代表有塔里木盆地蓬萊壩組、四川盆地棲霞組與長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組和鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組中下組合，均為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，雖然經(jīng)歷了埋藏交代白云石化的疊加改造，形成了晶間孔、晶間溶孔，但這些孔隙主要是對(duì)原巖初始孔隙的繼承和調(diào)整，是儲(chǔ)集空間的主要貢獻(xiàn)者，埋藏和熱液溶蝕作用可以形成少量溶蝕孔洞，但先存孔隙是基礎(chǔ)，同時(shí)熱液礦物（包括埋藏沉淀白云石和粗晶鞍狀白云石）的充填是破壞孔隙的。

灰?guī)r埋藏白云石化型儲(chǔ)集層的典型代表有塔東鷹山組下段、四川盆地茅口組，其與白云巖改造型儲(chǔ)集層的最大區(qū)別是經(jīng)歷埋藏交代白云石化疊加改造前，因灰?guī)r（尤其是古老灰?guī)r地層）的壓實(shí)和壓溶作用，原巖的初始孔隙已基本消失殆盡，即使后期再經(jīng)歷埋藏和熱液溶蝕作用可以形成少量溶蝕孔洞，甚至局部富集，但也很難形成規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層。

綜上所述，5種白云石結(jié)構(gòu)組分地質(zhì)和地球化學(xué)識(shí)別圖版的建立為白云石化路徑的判識(shí)奠定了基礎(chǔ)，不同白云石化路徑的成儲(chǔ)效應(yīng)不同，白云巖保持型和白云巖改造型白云石化路徑的成儲(chǔ)效應(yīng)最佳。這很好地解釋了高初始孔隙度礁灘灰?guī)r，同樣都發(fā)生了白云石化，有的成為優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)集層，有的則為致密白云巖的科學(xué)問(wèn)題，指出初始孔隙和白云石化路徑主控白云巖儲(chǔ)集層的發(fā)育，從而很好地解釋了灰?guī)r經(jīng)歷白云石化后有的成為優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)集層，有的則為致密白云巖的現(xiàn)象。

3.3 白云石化路徑的油氣地質(zhì)意義

白云石化路徑對(duì)白云巖乃至白云巖儲(chǔ)集層的形成和發(fā)育分布具有重要控制作用，影響相關(guān)領(lǐng)域的勘探方向確定。中國(guó)3大克拉通盆地白云巖均具有年代老、改造強(qiáng)的特點(diǎn)，除四川盆地震旦系燈影組、長(zhǎng)興組和飛仙關(guān)組、塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組和鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組等部分地層中發(fā)育保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖及白云巖保持型儲(chǔ)集層之外，相當(dāng)一部分準(zhǔn)同生白云巖和灰?guī)r在埋藏期又經(jīng)歷了復(fù)雜的白云石化作用改造，或準(zhǔn)同生白云巖轉(zhuǎn)變?yōu)榘自茙r改造型，或者形成了灰?guī)r埋藏白云石化型，二者均表現(xiàn)為晶粒白云巖[41-42]。由于傳統(tǒng)上對(duì)白云石化路徑認(rèn)識(shí)不夠深刻，導(dǎo)致勘探經(jīng)歷了一定的挫折，如四川盆地棲霞組。以往根據(jù)白云石晶體粗大，鞍狀白云石發(fā)育，認(rèn)為四川盆地棲霞組白云巖是單一的熱液白云巖成因，因此，勘探主要圍繞著大型斷裂展開(kāi)，效果欠佳。后期通過(guò)巖石學(xué)與地球化學(xué)手段結(jié)合研究，認(rèn)識(shí)到所謂的晶粒白云巖經(jīng)原巖結(jié)構(gòu)恢復(fù)后為顆粒白云巖，白云石晶體排列受到了原巖結(jié)構(gòu)的約束，圍巖的U-Pb年齡與孔洞中充填方解石的U-Pb年齡差異明顯[43]，均顯示晶粒白云巖為準(zhǔn)同生期白云巖在埋藏期經(jīng)過(guò)白云石化作用進(jìn)一步改造而形成，為典型白云巖改造型。由于準(zhǔn)同生顆粒白云巖主要發(fā)育于高能丘灘相帶，自此而形成的白云巖改造型也具有明顯的相控性，盡管由于埋藏沉淀白云石對(duì)部分孔隙可能造成一定充填，儲(chǔ)集層非均質(zhì)性加強(qiáng)，但是總體上儲(chǔ)集層發(fā)育的基礎(chǔ)為高能丘灘帶。因此，油氣勘探方向應(yīng)圍繞高能丘灘相帶展開(kāi)。根據(jù)該思路，在巖相古地理研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行白云巖儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)，在四川盆地陸續(xù)取得了角探 1井、平探 1井等一系列突破，使得棲霞組勘探擺脫了斷裂的約束。相對(duì)地，塔里木盆地塔東地區(qū)鷹山組的勘探中，前期以灘相顆粒白云巖為勘探思路一直效果欠佳，主要原因可能在于其屬于灰?guī)r埋藏白云石化型，埋藏白云石化作用發(fā)生的時(shí)候灰?guī)r已經(jīng)過(guò)礦物穩(wěn)定化并且在淺埋藏沉積期基質(zhì)孔丟失嚴(yán)重，白云石化作用主要表現(xiàn)為對(duì)先期孔隙的充填，儲(chǔ)集層的形成和發(fā)育主要受控于晚期沿?cái)嗔寻l(fā)生的熱液白云石化和溶蝕改造，因此發(fā)現(xiàn)井均位于沿?cái)嗔迅浇?/p>

總之，對(duì)于古老白云巖的成因判斷中，不能僅以晶體特征和地球化學(xué)特征判定，應(yīng)充分考慮白云巖所經(jīng)歷的完整形成路徑，進(jìn)而判定白云巖及白云巖儲(chǔ)集層的發(fā)育分布規(guī)律，才能為油氣勘探方向提供更可靠的指導(dǎo)。

4 結(jié)論

在詳細(xì)巖石薄片觀察基礎(chǔ)上，識(shí)別出保留原巖結(jié)構(gòu)白云巖（泥晶結(jié)構(gòu)）、埋藏交代白云巖Ⅰ（半自形—自形細(xì)、中、粗晶結(jié)構(gòu)）、埋藏交代白云巖Ⅱ（他形—半自形細(xì)、中、粗晶結(jié)構(gòu)）、埋藏沉淀白云石和粗晶鞍狀白云石5種結(jié)構(gòu)組分，前3者以巖石的形式存在，后兩者以充填孔洞和裂縫的白云石礦物形式存在，并分別建立了地質(zhì)和地球化學(xué)特征識(shí)別圖版?；?5種白云石結(jié)構(gòu)組分的巖石學(xué)與地球化學(xué)特征揭示的成巖改造序列，建立了從準(zhǔn)同生期到埋藏期白云巖形成演化過(guò)程中存在的3類(lèi)白云石化路徑，即白云巖保持型、白云巖改造型和灰?guī)r埋藏白云石化型，進(jìn)一步細(xì)分出6種白云石化路徑，不同路徑下形成的白云巖/白云石在巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)特征以及宏觀發(fā)育分布上存在明顯差異。指出白云石化前的原巖初始孔隙和白云石化路徑主控白云巖儲(chǔ)集層的發(fā)育，白云巖保持型和白云巖改造型白云石化路徑的成儲(chǔ)效應(yīng)最佳，因?yàn)榘自茙r儲(chǔ)集層的孔隙是對(duì)原巖孔隙的繼承和調(diào)整，早期白云石化有利于原巖初始孔隙的保存，儲(chǔ)集層發(fā)育具有相控性和規(guī)模性，為深層油氣勘探的首選對(duì)象。