白云岩化机理
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读书报告
――川东地区三叠系飞仙关组白云岩优 质储层的形成
1. 研究川东北白云岩的意义
从沉积学角度来看形成油气的优质储层必须具有以下两个条件： （1）必须是
滩坝（如鲕粒滩）高能环境沉积物；（2）必须是白云岩，如果没有白云岩，即使 是储层，效果也不好。而四川盆地东北部蕴藏着丰富的烃类资源， 并且这里的三 叠系飞仙关组的结晶白云岩就很符合这两个条件， 所以它们是最主要的储层和产 层，这也就使得飞仙关组白云岩成为人们近年来高度关注的对象。
2. 川东飞仙关组白云岩分类：
黄思静老师等主要将川东飞仙关组的白云岩分为三种主要的端元类型， 分别 是微晶白云岩（包括泥晶白云岩）、具有原始结构的粒屑白云岩和结晶白云岩。 其中微晶白云岩和具有原始结构的粒屑白云岩都很好地保留了原始的结构， 如原
始机构中的微晶或泥晶部分在白云化以后都基本上保留了微晶或泥晶的结构。 而
在结晶白云岩中，即使在结晶白云岩中也可以具有粒屑结构， 但是构成岩石的白 云石基本上都是结晶白云石（细晶一中晶一粗晶）。
（1） 微晶白云岩，具有泥晶结构或微晶结构（白云石晶体大小在微晶以下） 或者泥微晶机构，几乎完全白云石化，没有可利用的孔隙度，水平层理是最常见 的原生沉积构造，在纵向上，这类岩石主要分布于向上变浅旋回顶部的泻湖潮坪
环境中。
（2） 具原始结构的粒屑白云岩，岩石具有明显的粒屑结构，粒屑主要由凝 块石、叶状藻、团粒、鲕粒构成。填隙物可以是微晶基质，也可以是亮晶，局部 有不均一分布的斑块状亮晶白云石。岩石白云化程度很咼 （白云石含量咼达90% 以上），粒屑或基质可以由微晶甚至泥晶级的白云石构成 （在这一点上不同于结晶 白云岩），亮晶则由它形的不等晶白云石构成，川东北飞仙关组的这类白云岩中
常有示底构造。这类白云岩主要分布于向上变浅旋回的上部， 或台隆边缘浅滩相 上部靠近泻湖潮坪相的部位。
（3） 结晶白云岩，岩石具有结晶结构，白云石晶体大小通常为细晶一粗晶（在 这一点上结晶白云岩不同于原始结构保存的粒屑白云岩， 因此，该类岩石的亚类
可以有细晶白云岩、中晶白云岩和粗晶白云岩等。白云石以半自形 -自形晶为主
（相当于Machel（2004）补充过渡类型后重新绘制的白云石结构分类图中的平直晶 面一自形和平直晶面一半自形，即 planar-e和planar-s）,部分有雾心亮边。一些 结晶白云岩具明显的残余粒屑结构和溶蚀现象， 残余粒屑呈球形，大小近于相等， 因而原始颗粒以鲕粒为主。岩石也几乎完全白云化（白云石含量90%以上）。岩石 有较多孔隙，包括晶间孔、残余粒间孔和粒间溶孔等。在纵向上，这类白云岩主 要分布于向上变浅旋回的中部，台隆边缘浅滩相的核心部位，即台隆边缘浅滩相 的中部。
3. 白云岩化机制
由于川东北飞仙关组油气储层规模很大， 具备优质储层的两个基本条件，所 以众多学者对此地的碳酸盐白云化机制进行了卓有成效的研究， 并提出了不同的 机制，如埋藏条件下海源流体的白云化模式（黄思静等。 2006; 2007），混合水、 渗透回流和埋藏白云化模式（陈更生等， 2005;苏立萍等，2004）等。
（1）回流渗透白云化作用
在潮上地带形成的高镁粒间盐水，当其对表层沉积物的白云化基本完成时， 产生这种高镁盐水的地质条件还仍然持续存在。 由于这种高镁盐水的相对密度较
大，当地表无出路时，其向下回流渗透是必然的。这种向下回流渗透的高镁盐水， 在其穿过下伏的碳酸钙沉积物或石灰岩时， 必然会使它们白云化，从而形成白云 岩或部分白云化的石灰岩（如图 1 ）。渗透回流作用发生的环境主要应是海水潜 流带，因而是近地表的开放环境。
蒸发
图1回流渗透白云化作用
（2） 蒸发泵作用
刚沉积不久的表层沉积物，主要是文石，这些沉积物还是疏松的，其粒间充 满着水。这些粒间水，在开始阶段是正常的海水。由于该地区气候干热，蒸发作 用强烈，这些粒间水就不断地向空气中散发。 与此同时，海水又通过毛细管作用， 源源不断地补充道这些疏松沉积物的颗粒之间。这些沉积物的粒间水或表层积 水，其Mg/Ca比率可达20:1，甚至更高。这种高镁的粒间水或表层水经常与文 石颗粒相接触，将不可避免地使文石被交代，被白云化，即使文石转变为白云石。 许靖华何西跟撒勒（Hsu and Siegenthale，1969,1971）把这一作用称为“蒸发泵 作用”。此作用可以用来解释川东飞仙关组微晶白云岩的成因和形成时期和环境 主要是准同生期的潮坪环境。
（3） 混合白云岩化
由巴迪奥札曼尼在总结了前人大量研究成果的基础上提出的白云化作用机 理，即大气水（淡水）与海水混合的白云化作用的机理，这个白云化机理，不需 要蒸发作用，也不需要高 Mg/Ca比率的盐水，就可以相当圆满地解释与陆表陆 棚或正性单元共生的白云岩的成因问题。 此作用主要发生在滩相环境，在川东飞
仙关组的白云岩中混合白云化作用可以很好地解释具有原始结构的粒屑白云岩 的成因和形成时期和环境主要是准同生期一埋藏成岩作用的早期的近地表的相 对开放环境。
3.优质储层与系统的封闭性
我们都知道一个好的油气的储层必须是封闭的，不然就无法保存下产生的油 气，而川东北的飞仙关组的白云岩里面，蒸馏泵作用产生的微晶白云岩和混合白 云化作用产生的原始结构的粒屑白云岩都是在近地表的开放性系统中， 不能作为
油气的储层。只有结晶白云岩，产生于封闭的系统，而且岩层的孔隙度很高，是 储层的良好环境。
那要怎么才能形成良好的封闭系统呢？
首先，我们来看一下在圭寸闭系统中发生白云石化最有可能的化学反应：
2CaCO3 （方解石）+Mg2+=CaMg（CO3）2 （白云石）+Ca2+
经过计算，我们可以知道方解石的颗粒转变成白云石时， 体积缩小了 14.8%, 也就是说封闭系统中的白云石化作用使岩石固体不封体积减小了， 储集的空间明 显增加了。
但是并不是就一个封闭系统的化学反应就能简单地让白云石成为良好的储
层，因为在发生上述化学反应的同时，会排出锶（Sr）元素，锶元素在地层中发 生如下反应：
S042■+ Sr2+ =SrSO4
因为地层中的热化学硫酸盐还原反应 （TSR造成「 离子的消耗，使上述 反应向左移动，该过程就是白云石化过程排出的锶进一步富集。 如果富集的锶流
体进入铝硅酸盐地层系统，便会形成天青石矿床，但是这样就破坏了储层的封闭 性，所以不能成为油气的良好储层；但是如果锶流体没有进入到铝硅酸盐地层， 就能使系统保持良好的封闭性，成为油气的优质储层。
在实际应用中，我们可以通过检验岩芯中的锰（ Mn）含量、与同期海水类 似的」的值来确定是不是好的储层，其中极低的锰含量和与同期海水类似的
:■值表明锶流体没有进入铝硅酸盐地层，是优质储层；较高的锰含量和低于 同期海水的」表明白云石化过程中存在大气水的介入，说明系统的封闭性不 好，不能作为良好储层。同时还可以通过宀 的值判断白云石化发生的时期， 低 西用。表明白云化过程发生在较晚的埋藏成岩阶段； 较高的西用。表明白云石化过程
发生在准同生一一早成岩阶段。
4. 参考文献
1. 黄思静、佟宏鹏、刘丽红等，川东北飞仙关组白云岩的主要类型、地球化学特征和白云
化机制，岩石学报 2009,25 （ 10）.
2. 黄思静、Hairuo QING裴昌容、胡作维等，川东三叠系飞仙关组白云岩锶含量、锶同位
素组成与白云石化流体，岩石学报 2006,22 （ 8）.
3. 黄思静、Hairuo QING胡作维等，封闭系统中的白云石化作用及其石油地质学和矿床学
意义一一以四川盆地东北部三叠系飞仙关组碳酸盐岩为例，岩石学报 2007,23 （ 11 ）。
4. 黄思静、Hairuo QING胡作维等，四川盆地东北部三叠系飞仙关组硫酸盐还原作用对碳
酸盐成岩作用的影响，沉积学报 2007，6（ 25）.
5. 姜在兴，沉积学，石油工业出版社， 2003.5 p205~211.
