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碳酸盐岩早成岩岩溶作用与油气储集层的形成

2019-10-23 9:27:31 来源:中国矿业报 作者:龚晓星 周新桂 孙相灿

“喀斯特”一词源于印欧语系中karra/gara(石头),最早是用来表述地处斯洛文尼亚和意大利境内喀斯特山脉西北部特殊地形的地理专用名词,在18世纪末期最早出现,至19世纪已被广泛接受并使用。喀斯特指由高溶解度的岩石和充分发育的次生孔隙度相结合,形成特殊的水文和地形的地区。其定义更多是具有地理学意义,强调地形和地貌的范畴。

1966年我国第二次喀斯特学术会议上,决定将“喀斯特”一词改称为“岩溶”,“喀斯特作用”改称为“岩溶作用”。但在实际使用过程中,由于人们易于将岩溶一词与“岩石溶解”相等同,同时也不便于在国际交流中使用。因此,在北方岩溶和岩溶水学术讨论会上,议定“岩溶”和“喀斯特”二者皆可以通用。

四川盆地东南部寒武系龙王庙组早成岩岩溶层

自20世纪60年代以来,随着对古代岩溶尤其是古生代、中生代岩溶作用研究的不断深入,众多非典型表生喀斯特作用形成的岩溶现象被广泛报道,“岩溶(karst)”的涵义发生了扩大,经历了从狭义到广义的演变,即从单纯的表述喀斯特地貌扩展到涵盖岩溶作用与岩溶产物之和,岩溶作用的发育位置由地表扩展至地表和地下,岩溶的对象从碳酸盐岩扩展到所有可溶性的岩石。目前较为普遍接受的岩溶定义为:水与可溶性岩石相互作用的过程以及由此而产生的地表及地下地质现象的总和。

近年来,碳酸盐岩岩溶研究领域中的早成岩岩溶作用取得了重大进展,并直接影响了人们对碳酸盐岩油气储层形成机制的理解。

部分喀斯特地貌形成示意图

国外学者Vacher和Mylroie基于岩溶物质基础和岩溶水输导介质不同,将岩溶分为早成岩岩溶和晚成岩岩溶。他们认为早成岩岩溶是“年轻”的碳酸盐岩,未经历埋藏、压实、固结成岩而发生岩溶,包括在弱成岩或未成岩碳酸盐岩上发生的一切岩溶现象,除表层渗流带外,还包括潜流带岩溶及其现象。晚成岩岩石是矿物相稳定且较为致密的“成熟”碳酸盐岩。晚成岩岩溶为经典岩溶,与重要构造运动或者海平面下降造成碳酸盐岩大面积长期暴露有关,相当于国内学者所认为的风化壳岩溶。

早期成岩期岩溶依据岩溶发生的环境条件可以大致分为:岛屿环境、海岸环境、大陆环境,其中岛屿、海岸型研究较多。岛屿型如巴哈马,海岸型如尤卡坦半岛和澳大利亚东南部Naracoorte地区,美国佛罗里达地区近地表Biscayne含水层岩溶为大陆型。

早成岩喀斯特发生阶段可从同沉积期至浅埋藏期后暴露不等,发育在较好的孔渗透性岩层中,明显受到岩性岩相控制。溶蚀孔洞往往呈蜂窝状、花斑状、海绵状等类似形态特征,多被充填;与围岩界面模糊,呈渐变过渡特征;微观下溶蚀破碎的颗粒和生物碎屑组分呈现出泥晶、微亮晶结构特征。

两种方解石浓度不相等的水混合后,会降低方解石的饱和度,对方解石具有侵蚀性,因此,早成岩岩溶形成机制包括混合水选择溶蚀机制和大气淡水选择溶蚀机制。早成岩期喀斯特的溶蚀作用也与早成岩期碳酸盐岩中管道的扩溶与管道内外的水头压力差(液压差)有关,岛屿、近海岸带生物活动活跃,蜂窝状溶洞的形成可能受生物扰动的影响。此外,早成岩岩溶孔隙增加还受淡水CO2含量、水流通过混合过渡带的水动力及海平面变化速率等因素的影响。

早成岩岩溶作用形成的孔、洞是油气重要的储集空间。我国的四川盆地和塔里木盆地碳酸盐岩均发育典型的早成岩岩溶储集层,四川盆地的震旦系灯影组、寒武系龙王庙组、中三叠统雷口坡组中的多期短暂暴露面下孔洞储层的形成都可以考虑用早成岩岩溶模式来解释,四川盆地南部茅口组储层为大陆型相控早期成岩期岩溶型储层。塔里木盆地塔中的中-下奥陶统天然气储层表现为“准层状”早成岩岩溶叠加深成岩溶作用。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

网站编辑:宫莉

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