燕山地区冀北坳陷雾迷山组白云岩类型及储集特征

郑秀才，柴华 （长江大学工程技术学院，湖北 荆州434020）

燕山地区冀北坳陷雾迷山组 （Jxw）白云岩分布广、厚度大，且液态油苗广布，浅井钻探取心也具有良好的液态油显示，结合基础石油地质条件的研究［1～8］表明，其为研究区内重要的油气勘探目标层之一，具有的良好勘探前景。目前，对区内Jxw白云岩类型及其储集性能的研究资料还相对较为欠缺。笔者以岩石学理论为指导，利用碳氧同位素、电子探针、阴极发光、扫描电镜等分析测试资料，对燕山地区冀北坳陷Jxw白云岩的类型及其储集性能进行了全面分析，探讨了白云岩储层的发育规律，对该区油气勘探具有重要意义。

1 区域地质概况

燕山地区冀北坳陷位于中新元古代燕辽裂陷槽中部，北以内蒙地轴为邻，东为辽西坳陷，其间以凌源－喜峰口大断裂为界，南临山海关隆起，西与密怀隆起相接 （图1）。中新元古代经历了长城系沉积时期的断陷海槽阶段、蓟县系沉积时期的强烈凹陷阶段和青白口系沉积时期的稳定陆表海阶段，沉积了巨厚的海相碳酸盐岩夹碎屑岩地层，总厚度约8000m。研究层段Jxw属中元古界蓟县系，下伏杨庄组为一套滨海－浅海沉积的浅灰色、棕红色及紫红色砂泥质泥晶白云岩，上覆洪水庄组主要发育一套灰黑色页岩、泥质白云岩、黄绿色粉砂质页岩及含石英砂岩透镜体泥质粉砂岩，上、下均为整合接触。

图1 燕山地区地质构造背景与研究区位置图

Jxw以潮坪沉积的灰－深灰色中厚层泥－粉晶白云岩为主［6］。潮上带以灰至深灰色薄－厚层状或纹层状泥－粉晶白云岩、泥晶灰岩为主，普遍含有燧石结核或者条带，叠层石主要为波纹石，具典型的干裂沉积构造。潮间带以含砂屑泥晶白云岩、泥晶灰岩、鲕粒白云岩为主，发育大型波状藻叠层石、凝块石及中小型锥、柱状藻叠层石，沉积构造以交错层理和波痕为主。潮下带以内碎屑、鲕粒和团粒等颗粒白云岩为主，发育柱状锥状叠层石。

2 白云岩类型及特征

以白云岩晶体结构及原岩沉积特征为主要依据，将其划分为泥晶－粉晶白云岩、叠层石白云岩、颗粒白云岩、粗粉晶－细晶白云岩、中晶－粗晶白云岩5种类型，其岩石学特征如下。

2.1 泥晶－粉晶白云岩

泥晶－粉晶白云岩在野外露头上呈薄层至中层状，纹层较为发育，常与叠层石共生，见干裂等暴露，但未见石膏假晶等咸化标志；镜下可见保存较好的显微沉积层理。岩内白云石多为泥晶－粉晶级，粒径在0．003～0．005mm之间，以泥晶为主，一般占70%～85%，细粉晶占10%～15%，自形程度较差，晶体形态以他形为主 （图2），少量半自形。晶体之间多为致密镶嵌接触，一般含较多的包裹物而显得较脏，正交偏光显微镜下均匀消光，阴极发光较弱，通常呈较暗的红色，见有白云岩化过程中残留的相对较亮的泥晶方解石黄色斑点分布。

能谱分析表明，泥晶－粉晶白云岩中CaCO3与 MgCO3的比例不是1∶1，摩尔分子数相差可达5%～20%，不是化学计量的白云石，可能反映了不同程度的交代作用。碳氧同位素分析结果 （表1）显示，δ18O和δ13C相对较高，盐度指数Z［9］大于120 （平均125．8），古温度［9］相对较低 （36．8℃），表明泥晶－粉晶白云岩为干旱潮坪环境下准同生白云石化作用形成。

表1 研究区Jxw白云石碳氧同位素统计分析表

2.2 叠层石白云岩

叠层石白云岩是一种由明暗相间的基本纹层所构成的岩石类型 （图3）。暗层为富藻纹层，以泥晶白云石为主，藻类组分多，有机质含量高；明层为贫藻纹层，一般白云石晶粒较暗层粗，有机质含量少或者不含有机质。上述2种基本纹层交互出现，构成不同的几何形态，表现出不同的外貌特征。根据基本纹层的构造特征，可再细分出层状、波状、锥状、柱状叠层石白云岩。白云石呈他形粒状－半自形菱面体状，以泥晶级为主，发育鸟眼状孔隙，孔径在0．25～2．5mm之间，被亮晶白云石和硅质充填。能谱分析显示，其与泥晶－粉晶白云岩具有一致的CaCO3与MgCO3的比例。氧碳同位素分析结果显示，δ18O、δ13C与泥晶－粉晶白云岩相比向负向偏移，但幅度不大 （表1，图4），Z平均为124．6，古温度平均为45．1℃。由此推测，叠层石白云岩可能与泥晶－粉晶白云岩的成因机理相同。

图3 叠层石白云岩 （藻体内的藻窗孔被粉晶白云石充填。辽宁省凌源县魏杖子村剖面第1段48层；铸体薄片 （－），4×4）

图2 泥晶－细粉晶白云岩 （半自形镶嵌状，局部重结晶。辽宁省凌源县魏杖子村剖面第5段第212层；铸体薄片 （－），4×4）

2.3 颗粒白云岩

颗粒白云岩主要包括砂屑白云岩、含砾砂屑白云岩和鲕粒白云岩等，呈灰－深灰色，多以条带状、透镜状，薄层状－中层状产出，单层厚度5～40cm，最大可达80cm。见小型交错层理 （图5），其与上、下围岩界线清楚。魏杖子剖面Jxw第2段106层发育的鲕粒白云岩具有代表性，其下部为灰色中层状泥晶白云岩（30cm），中部为深灰色中层状夹硅质条带鲕粒白云岩 （80cm），上部为浅灰色中层状泥晶白云岩，含硅质条带。在放大镜下观察，鲕粒白云岩中可见溶孔，孔径1～1．5mm，圆－椭圆状，溶孔的边壁呈蚕蚀状、港湾状，未被充填。孔隙分布不均匀，集中发育处约占岩石总体积的3%，多呈孤立状。显微镜下观察可见，鲕粒以圆形为主 （图6），少量次圆状，大小分布均匀，粒径介于0．25～2mm之间，集中于0．25～1mm，分选好。鲕粒在岩石中所占体积分数为80%～85%，接触－孔隙式胶结。

颗粒白云岩中颗粒的原始形态特征完整，未见压实变形，同时胶结物的形态特征也保存较好，如纤状、粒状，表明其白云石化时间较早，颗粒白云岩与泥晶－粉晶白云岩和叠层石白云岩具有类似的碳氧同位素组成 （表1，图4），推断其为早成岩期浅埋藏交代成因［10，11］。

2.4 粗粉晶－细晶白云岩

粗粉晶－细晶白云岩呈灰色、浅灰色，以中至厚层状为主，层厚稳定，一般介于30～100cm。在野外露头上，粗粉晶－细晶白云岩略显 “粗糙”。显微镜下观察可见，岩石结构不均匀 （图7），从粉晶级到细晶级均有分布，白云石晶体大小在0．05～0．25mm之间，以自形－半自形为主，不同结晶程度的白云石富集成 “团块”。晶体之间直线接触，正交偏光显微镜下均匀消光，阴极发光为暗紫、暗橙红色。该类白云岩晶间孔较发育，常被白云石或方解石胶结、充填，部分可被溶蚀形成晶间溶孔。一般说来，白云石颗粒越大其自形程度就越好，但白云岩较少完全由粗粒白云石组成，常保留有暗色泥晶白云石“斑块”。该类结构较粗的白云岩在区内普遍发育，主要为泥晶白云岩经重结晶作用后形成，常见硅质交代白云石晶粒的现象。

图4 研究区Jxw白云岩氧碳同位素分布特征图

图5 鲕粒白云岩 （中层状，发育小型交错层理，上下为灰白色硅质条带。辽宁省凌源县魏杖子村剖面第3段第144层，野外露头）

图6 鲕粒白云岩 （鲕粒具泥晶边缘，内部为微晶硅质交代，鲕粒间的原生粒间孔为细晶石英胶结。辽宁凌源县魏杖子剖面第1段33层；铸体薄片 （＋），4×4）

粗粉晶－细晶白云岩的δ13C与泥晶白云岩相似，而δ18O较低 （表1，图4）。一般认为，大气淡水成岩环境下δ18O和δ13C偏向较高负值；正常和咸化海水成岩环境下δ18O和δ13C偏向较高正值；较深埋藏成岩环境下δ18O向高负值偏移而δ13C相对较稳定或向低负值偏移。结合粗晶－细晶白云岩其白云石自形程度提高，具雾心亮边，颗粒大小不均等特征，推测其为较深埋藏成岩环境下白云石化作用或重结晶作用的产物［12，13］。

2.5 中晶－粗晶白云岩

该类白云岩结构不均匀，白云石以半自形，自形晶为主，少数为他形晶，粒径主要分布于0．25～1．0mm之间，以中晶级0．25～0．5mm最为常见，粉晶级白云石不均匀分布，较大晶体中包含有细小粉晶，具明显重结晶现象。白云石晶体常显雾心亮边结构 （图8），粒径越大越 “干净”，且呈现出环带结构特征。

图7 粗粉晶－细晶白云岩 （白云石镶嵌结构，发育晶间溶孔。辽宁省凌源县魏杖子村剖面第3段第154层；铸体薄片 （－），4×4）

图8 中晶－粗晶白云岩 （白云石晶体常显雾心亮边，呈现出环带结构特征。辽宁省凌源县魏杖子村剖面第2段54层；铸体薄片 （－），4×4）

中晶－粗晶白云岩的碳氧同位素明显负向偏移 （表1，图4），Z小于120，古温度超过60℃。白云石晶体具有马鞍状结构特征及波状消光现象，且常与裂缝、孔洞中充填的鞍形白云石胶结物或者萤石胶结物共生，表明后期的构造活动及与之伴生的热液对其具有一定的影响，白云岩或灰岩在热液的作用下会发生强烈的重结晶或交代作用［12，13］。

3 储集性能

3.1 储集空间类型及特征

通过野外调查、浅井钻探岩心观察、铸体薄片鉴定发现，研究区白云岩储集空间组合类型以裂缝－孔隙型为主，孔隙主要为次生孔隙，原生孔隙几乎全被胶结充填 （图5）。原生孔隙主要为晶间孔，次生孔隙主要为溶孔，裂缝主要为溶缝及构造缝。

晶间孔是发育在白云石晶体间的孔隙，多为多边形，孔径一般为0．01～0．1mm （图9～11），孔径的大小与周边晶粒大小呈正相关关系。孔隙多被充填 ，仅有极少量呈半充填或未充填状态。晶间孔分布不均，多见于中－厚层的粗粉晶－细晶白云岩、凝块石白云岩及藻叠层石白云岩内 （图9、10），其面孔率一般为0．5%～2%，对基质内的总有效储集空间贡献率约为15%。

图9 晶间孔 （部分被黑色有机质充填。辽宁省凌源县魏杖子村剖面第8段第386层；铸体薄片 （－），4×4）

图10 晶间孔 （辽宁省凌源县魏丈子村剖面第5段第237层；铸体薄片 （－），4×4）

溶孔的形状多样，多为圆、椭圆或不规则状 （图12），孔隙外缘呈明显不规则蚕食状、港湾状等溶解特征，孔径变化范围较大。较为主要的溶孔类型有晶间溶孔 （图13）、粒间溶孔、藻格架溶孔等。非组构选择性溶孔的赋存部位与岩石组构无关，形成该类溶孔的岩溶作用主要为叠加于先期存在的构造裂缝 （纹）上发育的 （图14），或与热液有关的 （图12）。

图11 粉晶－细晶云岩中发育晶间孔 （部分受溶蚀改造。辽宁省凌源县魏杖子村剖面第8段401层；铸体薄片 （－），4×4）

图12 发育于细粉晶云岩中的溶孔 （溶孔主要为萤石半充填。辽宁省凌源县魏杖子村剖面第8段386层；铸体薄片 （－），4×4）

图13 细晶白云岩中发育晶间溶孔 （可见白云石晶体边缘明显溶蚀迹象。辽宁省凌源县魏杖子村剖面第2段92层；扫描电镜照片）

图14 沿粉晶云岩中构造微裂发育的溶缝 （孔）（辽宁省凌源县魏杖子村剖面第3段125层；铸体薄片 （－），4×10）

构造缝在野外露头上一般长度为0．5～2．5m，最长可达3m以上，宽0．2～3mm，最宽处大于10mm，多呈充填或半充填状，充填物以方解石和白云石为主。以凌源剖面Jxw第2段第76～79层为例，裂缝发育在灰色厚层－块状粉晶白云岩中，线密度25～38条／m，大致平行产出，产状为211°∠80°，缝长0．6～3m，宽0．4～0．2mm，边壁见蚕蚀状，其间被白色方解石充填，在裂缝发育且相互交切处，常见溶蚀形成较大的孔洞。在镜下薄片观察中，微构造缝宽度一般小于0．5mm，多为0．05～0．2mm，缝壁平直，大部分被充填。由于形成于不同阶段，微裂缝常相互切割，可具有不同充填物，或具有世代性的相同充填物，显示其多次开启的特征，由此说明在不同阶段微构造缝是流体介质运移的重要通道。部分微构造缝已受岩溶作用改造，成为溶缝、溶孔。据铸体薄片观察统计，单纯的微构造裂缝的面缝率一般为0．1%～1%，密集发育部位可达3%。

溶缝 （图14）是由岩溶作用所形成的缝隙，即在地表水、地下水或地下热液等流体使碳酸盐岩发生溶解过程中形成的长宽比大于5的缝隙空间。溶缝的特征为：裂缝延伸不规则，缝宽变化大，有时呈分支发育，缝壁不平直，常呈蚕食状、港湾状或不规则状。绝大多数溶缝被充填或者不完全充填，未充填者 （现代地表溶蚀者除外）少见，充填物多为粗粉晶到巨晶方解石和白云石，有时可见硅质、萤石、重晶石等。由埋藏岩溶作用形成的溶缝与油气的运聚期有较好的配适关系，常被油气充注，故该部分溶缝具有重要的储集意义。

3.2 孔隙结构特征

整体上看，区内白云岩孔隙结构均较差 （表2），具有进汞速度慢，汞饱和度小，喉道窄，孔隙度、渗透率低等特点。排驱压力多为7～13MPa，平均10．58MPa，20%的分析样品在仪器最大工作压力（32．1MPa）下未能进汞，所有样品均未测到中值压力；最大孔喉半径为0．05～0．2μm，平均孔喉半径为0．02～0．05μm，为微细喉型孔隙结构。上述特征均表明，研究区Jxw白云岩结构较为致密，其中粗粉晶－细晶白云岩的孔隙结构最好，其次为泥晶－粉晶白云岩。

表2 研究区主要储集岩类型典型压汞曲线参数平均值统计表

必须指出，尽管不同类型白云岩其孔隙结构整体上均属微细喉道型，但是它们表征的是现今孔隙结构特征，并不能完全代表各成岩阶段的整体孔渗条件。野外观察和镜下研究均表明，岩溶作用和构造破裂作用产生的大量溶孔 （缝）和构造缝，可以构成良好的孔渗体系，虽然其中的部分被相对晚期的胶结充填作用所破坏，导致储集岩的致密化和孔隙结构较差，但是从野外油苗调查结果来看，只要孔隙演化与油气成藏具有良好的匹配关系，完全可以形成裂缝－孔隙型油藏［7，8］。区内发育的古油藏就很好地证明了这一点。

4 结论

1）燕山地区雾迷山组 （Jxw）的白云岩可分为泥晶－粉晶白云岩、叠层石白云岩、颗粒白云岩、粗粉晶－细晶白云岩、中晶－粗晶白云岩5种类型，其中以粗粉晶－细晶白云岩的孔隙结构最好，其次为泥晶－粉晶白云岩。

2）区内Jxw的白云岩储集空间组合类型以裂缝－孔隙型为主，原生孔隙几乎全被胶结充填。

3）岩溶作用和构造破裂作用产生的大量溶孔 （缝）和构造缝，可以构成良好的孔渗体系，只要孔隙演化与油气成藏具有良好的匹配关系，区内Jxw白云岩便可形成良好的裂缝－孔隙型油藏。

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