燕山地区冀北坳陷和宣龙坳陷中元古界碳酸盐岩储集空间类型及其控制因素

孙雨轩 ，罗顺社，，，吕奇奇，，刘章浩，向　吉，李昱东（1.长江大学a.地球科学学院；b.非常规油气湖北省协同创新中心，武汉40100；.中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室，武汉40074；.中国石油西部钻探吐哈录井工程公司，新疆鄯善880）

燕山地区冀北坳陷和宣龙坳陷中元古界碳酸盐岩储集空间类型及其控制因素

孙雨轩1a ，1a罗顺社1a，1b，2，吕奇奇1a，1b，刘章浩3，向吉1a，李昱东1a
（1.长江大学a.地球科学学院；b.非常规油气湖北省协同创新中心，武汉430100；2.中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室，武汉430074；3.中国石油西部钻探吐哈录井工程公司，新疆鄯善838202）

在对燕山地区冀北坳陷和宣龙坳陷中元古界露头剖面实测、钻井岩心观察的基础上，综合岩石薄片、铸体薄片以及扫描电镜等资料进行综合分析后发现，研究区储集层岩性主要为白云岩，其次是灰岩，还有部分硅质岩、砂岩及角砾岩。储集空间由基质内的微观储集空间和相对宏观的缝、洞储集空间两大储集系统组成，其中宏观储集空间包括构造裂缝、层间缝、溶蚀缝、溶蚀洞（孔）、收缩缝和压溶缝6种类型，基质孔隙包括晶间孔、粒间孔、藻窗孔、微溶孔（缝）、微构造缝及微压溶缝6种类型。沉积环境、岩性、成岩作用和构造作用，是影响研究区储集空间的4个主要因素，其中构造作用、古岩溶作用是改善研究区储集条件的重要因素。

燕山地区；中元古界；碳酸盐岩；储集空间；控制因素

自20世纪60年代以来，国内外陆续在中元古界发现数十个海相碳酸盐岩原生油气藏，证实了古老的中元古界具有一定的油气勘探前景［1-3］。长期以来，燕山地区中元古界以其较低的有机质热演化程度和广泛分布的液态油苗，引起了广大石油地质学者的兴趣［4-9］。但是，迄今为止，对燕山地区中元古界海相碳酸盐岩特征尚缺乏深入研究。

本文以野外露头剖面的实测资料为基础，结合钻井岩心、普通岩石薄片、铸体薄片及扫描电镜资料，对冀北坳陷和宣龙坳陷中元古界碳酸盐岩储集空间类型及其控制因素进行研究，以期为研究区古潜山碳酸盐岩储集层的预测提供依据。

1　区域地质概况

燕山地区西起张家口，东至阜新，横跨京、津、冀、辽4省市，是中国含油气构造单元中地层较古老的地区，构造上可划分为2个隆起和5个坳陷［10］（图1）。燕山地区隶属于华北地台，是华北地台上的活动性构造单元，称之为“燕山沉降带”。中元古代，华北地台进入了裂陷槽发展阶段，其北部的燕山地区总体以水体局限的海湾沉积为主［11-15］，海相碳酸盐岩分布范围广，沉积厚度大，有机质含量高，这种特征在冀北坳陷和宣龙坳陷中尤为明显。

图1　燕山地区构造单元区划（修改自文献［16］）

冀北坳陷和宣龙坳陷内中、新元古界未变质的沉积地层出露良好，分布广泛，为横向上稳定的海相碳酸盐岩夹碎屑岩，总厚度约8 000 m，自下而上分为中元古界长城系、蓟县系和新元古界青白口系。本文研究层位为中元古界长城系高于庄组、蓟县系雾迷山组和铁岭组。

其中，高于庄组底部发育一套灰色薄层石英砂岩，中—下部为深灰色白云岩夹泥质白云岩、硅质白云岩，上部则以浅灰色白云岩夹泥质白云岩为主。雾迷山组主要发育一套灰色—深灰色含燧石条带的叠层石白云岩、硅质白云岩，在中—下部夹有泥质白云岩或含泥质白云岩。铁岭组下部主要由灰色含硅质泥晶白云岩及叠层石白云岩组成，上部以灰色砾屑灰岩与灰白色中薄层泥晶灰岩为主。

2　储集层空间类型

对冀北坳陷和宣龙坳陷的野外露头和1 000多个岩石薄片和扫描电镜样品的综合分析发现，研究区内中元古界的碳酸盐岩成岩程度高，岩石致密性强［17］，基质中的微观孔隙发育较差，其宏观储集空间，尤其是裂缝对储集层物性的改善起了重要作用。

2.1宏观储集空间类型

（1）构造裂缝主要发育在结晶白云岩、叠层石白云岩、结晶灰岩中，位于断层和褶皱转折端等附近。常见的是规模较大的单组穿层张性裂缝（图2a），垂直或者近于垂直层面，长度一般为0.5～2.5 m，最长可达3.0 m，宽0.2～3.0 mm，最宽可达10.0 mm，有时也可见两组或多组方向构成网格状的构造裂缝。裂缝空间多被方解石和白云石充填或半充填。构造裂缝的面缝率一般为1%～5%，对储集空间的总贡献率（面积比例）约为45%，同时构造裂缝也是影响岩溶作用、重结晶作用、胶结充填等的重要因素，所以构造裂缝是研究区内具有重要意义的储集空间类型之一。

图2　研究区碳酸盐岩储集空间类型

（2）层间缝在薄互层状的泥晶灰岩和泥晶白云岩中最为发育，其特征是缝壁平直，延伸远，缝长多大于1 m，缝宽1 mm左右，面缝率一般不超过1%，多呈闭合状（图2b），故其直接的储集意义一般不大，对宏观储集空间的总贡献率约为20%.但层间缝（纹）常可叠加后期的构造破裂作用，或作为流体介质的运移通道，有利于岩溶作用发生，从而使研究区的孔渗条件有一定程度的改善。

（3）溶蚀缝在各个层段都有不同规模的发育，主要形成于结晶白云岩、叠层石白云岩、结晶灰岩中，其裂缝延伸不规则，缝宽变化大，有时呈分支状，缝壁不平直，常呈蚕食状、港湾状和不规则状等，绝大多数溶蚀缝被充填或半充填，充填物多为粗粉晶到巨晶方解石和白云石（图2c）。其面缝率变化较大，为0.5%～5.0%，对研究区储集空间的总贡献率约为15%，但部分由埋藏岩溶作用形成的溶蚀缝与油气的运移和聚集期有较好的配置关系，常被油气充注，具有重要储集意义。

（4）溶蚀孔（洞）主要在冀北坳陷雾迷山组浅灰色厚层状粉晶白云岩中发育，形状多为长条状或不规则状，大小不一，内壁呈蚕食状、港湾状或不规则状。溶蚀孔在雾迷山组和铁岭组灰色厚层状粉晶白云岩及部分硅质岩中发育，溶蚀孔直径为1.0～1.2 cm，常呈椭圆状、圆状和不规则状产出。溶蚀孔（洞）局部面孔率可达3.0%，对宏观储集空间的总贡献率约为10%，与溶蚀缝一样，属局部地区或层段的重要储集空间。

（5）收缩缝在泥质含量较高的白云岩或灰岩中较为常见。一般规模较小，单条原始裂缝宽不超过1 mm，长度多为2～15 cm，大多为不规则的密集网状，基本上被早期白云石、方解石或硅质充填，对储集空间的贡献有限。但少数晚期形成或受后期构造应力或岩溶改造的收缩缝，也可成为有效的储集空间。其面缝率一般为0.2%～1.0%，局部可达5.0%，对研究区宏观储集空间的总贡献率约为8%.

（6）压溶缝主要发育于雾迷山组和铁岭组泥晶白云岩及含泥质白云岩中，其他层段仅偶见。其特征是平行或斜交于层面，呈锯齿状或者折线形，宽度多不超过1 mm，开度很小，其面缝率为0.1%～0.5%，对宏观储集空间的总贡献率约为2%.

2.2基质储集空间类型

（1）晶间孔在各研究层段的粉晶白云岩、中晶白云岩中均有发育，但数量较少，分布极不均匀。孔隙边界为平直折线，形状多为多边形，孔径一般为0.01～0.10 mm（图2d）。孔隙多以加大生长的方式被充填，充填物主要为白云石、方解石，少量晶间孔内可见沥青质。晶间孔平均面孔率约为1.55%，对基质内的储集空间的总贡献率约为15%.

（2）粒间孔在各研究层段中的粒屑碳酸盐岩和砂岩中发育，一般呈似三角形、多边形、不规则条形等，孔径为0.02～0.20 mm，最大可达0.50 mm（图2e），平均面孔率约2.15%，最高可达20.00%，对基质储集空间的总贡献仅约为5%.但经破坏的粒间孔常会残留一些缝隙，可以为后期岩溶作用提供有利条件。

（3）藻窗孔主要发育于藻叠层石白云岩中。其形态多呈不规则状，大小不一，孔径一般为0.10～ 1.20 mm，在数量较多的层段内，可互相连通，形成有效的储集空间。其面孔率为0.5%，对基质储集空间的总贡献率约为8%.同样有利于后期的岩溶作用，使岩石的储集性得到改善。

（4）微溶孔（缝）、微构造缝、微压溶缝与宏观储集空间中溶蚀孔（缝）、构造裂缝、压溶缝的成因机理及发育位置相同，只是大小不同。多被充填（图2f），其对基质储集空间的总贡献率最大，约为72%.

3　储集层发育的主控因素

3.1沉积环境

据钻井和露头资料统计，中元古界储集层主要为碳酸盐岩和砂岩，含油层岩性主要为藻结构碳酸盐岩和结晶白云岩，其中藻结构碳酸盐岩储集层主要为凝块石白云岩、叠层石白云岩、凝块石灰岩和叠层石灰岩、核形石白云岩和层纹白云岩。

研究区中元古界碳酸盐岩储集层主要为碳酸盐岩潮坪相和生物礁相［18］，潮坪相可进一步分为潮上带、潮间带及潮下带；生物礁相主要为障积-粘结礁，在宣龙坳陷高于庄组较为发育。物性较好的储集层主要分布在高于庄组和雾迷山组的顶部和底部，原生孔隙较为发育，如晶间孔、粒间孔、藻窗孔等较为常见，而表生风化带溶蚀孔-洞-缝最为发育。

研究区中元古界碳酸盐岩有利储集层主要发育于水体相对较浅、沉积环境相对开阔的潮间—潮下带和滨外陆棚的高能环境。

3.2岩性

研究区内主要发育碳酸盐岩类，还有伴生的硅质岩类及少量的碎屑岩类等。根据岩石的结构组分及研究的需要将研究区内的储集岩划分为5个大类、12个小类，其中碳酸盐岩类是本次研究最主要的储集岩类型（表1）。

（1）白云岩类是研究区最主要的岩石类型，在各组中都颇为发育，可以进一步细分为结晶白云岩、颗粒白云岩、叠层石白云岩，主要为碳酸盐岩潮坪相沉积产物。

表1　研究区储集层岩石类型及其分布

结晶白云岩约占白云岩总量的2/3，颜色多为灰色—浅灰色，部分有机质含量较高，为深灰色—黑灰色，主要为泥晶—细晶结构，常发育晶间孔，部分可被溶蚀形成晶间溶孔（图3a）。颗粒白云岩，为灰色—深灰色，可识别出鲕粒、内碎屑、球粒，胶结物多为泥晶—细粉晶白云岩，部分为硅质。叠层石白云岩主要为泥晶—细晶结构，纹层亮暗相间（图3b），根据其形态分为纹层状（最为发育）、波状、柱状、锥状、核形石和凝块石等类型，凝块石白云岩中重结晶作用形成的细晶—中晶白云岩可具有晶间孔或晶间溶孔。

图3　研究区储集层主要岩石类型

（2）灰岩类研究区内灰岩类主要分布在冀北坳陷高于庄组、雾迷山组、铁岭组和宣龙坳陷高于庄组、雾迷山组局部层位。主要的岩石类型有结晶灰岩（图3c）、颗粒灰岩、叠层石灰岩等，以结晶灰岩为主，占整个灰岩厚度的80%，颜色多为灰色—深灰色。除不含凝块石、核形石和鲕粒灰岩外，其他性质与白云岩相似。

（3）硅质岩类研究区内硅质岩类作为碳酸盐岩的伴生岩类（图3d），普遍发育在各个组中，规模仅次于白云岩类。硅质岩类同样可以细分为结晶硅质岩、颗粒硅质岩、叠层石硅质岩。结晶硅质岩是硅质岩中最主要的岩石类型，以灰色、浅灰色、灰绿色、浅褐色为主，常以薄层状、条带状、透镜体和团块状产出。颗粒硅质岩以褐色、浅褐色、浅灰色为主，呈条带状、团块状夹于纹层泥晶云岩、颗粒云岩等岩石之中。叠层石硅质岩可分为纹层状、锥状、柱状、波状和板锥状，其特征与其伴生的叠层石白云岩极其相似。

（4）砂岩类研究区内砂岩类主要分布于冀北坳陷高于庄组的下部、雾迷山组底部、铁岭组底部，宣龙坳陷高于庄组下部、雾迷山组底部，发育规模很小。岩性以石英砂岩为主，细—中砂级，一般呈条带状、薄—中层状产出。多发育大量的粒间孔和粒间溶孔（图3e）。

（5）角砾岩类研究区内角砾岩类（图3f）也普遍发育，按其成因可以分为两种类型:构造角砾岩、岩溶角砾岩。通常由砾石颗粒和砾间基质组成，基质中细碎屑物质约占75%，化学沉淀物约占25%，角砾大小2～6 cm，以3～4 cm为主，呈棱角—次棱角状，无分选，杂乱排列，角砾成分与围岩相似。基质比较松散，溶蚀孔发育。

3.3构造作用

燕山地区中元古界碳酸盐岩储集层的缝洞系统，尤其是裂缝对储集性的贡献具有重要意义［19］。虽然储集层的天然裂缝可以在沉积、成岩、后期构造运动等各个阶段中形成，形成机制也是极为复杂多样，但根据野外观测统计，认为研究区内研究层段形成裂缝的主要机制是构造应力作用，即构造裂缝，如铁岭组顶部中有大量成组发育的张性构造裂缝（图4a）。构造裂缝（节理）的数量在各类裂缝中占有最高比例，可达到50%以上，而且其他性质的裂缝或孔洞也往往间接地与构造裂缝有一定的成因联系，如溶蚀缝（洞）即大多继承先期存在的（微）构造裂缝发展形成的。

3.4成岩作用

研究区内成岩作用以类型多样、多期次叠加为特征，其中对储集性影响明显的成岩作用有白云岩化作用、硅化作用、古岩溶作用、胶结交代作用、重结晶作用、压溶作用等，其中古岩溶作用对改善研究区储集性能具有重要的建设性意义［20］。

（1）白云岩化作用研究区主要存在准同生白云岩化和埋藏白云岩化两种白云岩化作用（图4b）。在白云石交代方解石过程中，溶解作用大于沉淀作用，产生溶蚀孔隙，并且由于晶粒增大，晶间孔径增大，都会使白云岩化灰岩的孔隙度和渗透率有所增加，对岩石储集性能起到改善作用［21］。

（2）硅化作用一般来说，硅化作用对储集性能起破坏作用或影响不大，但有时可增加岩石的脆性，使其易于形成裂缝，或当硅质交代不彻底时，所残余的碳酸盐组分易于受到选择性溶解，形成一定量的溶蚀孔、溶蚀洞和溶蚀缝（图4c）。

图4　研究区不同储集层类型及其特征

（3）古岩溶作用古岩溶作用对改造储集性能具有重要的建设意义［22］，包括表生岩溶作用和埋藏岩溶作用。表生岩溶带主要见于高于庄组顶部及雾迷山组顶部（图4d），广泛发育溶蚀缝、溶蚀孔和溶蚀洞，使原岩的储集性能得到极大的改善。由于埋藏地下，成岩环境的稳定性和时间的持续性，所以埋藏岩溶作用比表生岩溶作用对储集性能的改善作用更强。其表现为沿一些薄弱界面发生溶解作用，或使各类缝隙的原始边界受溶拓宽，或溶解各种先期胶结充填物，形成次生孔隙或缝隙。作用时期略早于油气的主运聚期，所形成的各类次生缝隙最有机会接受油气并抑制了其后胶结作用，所以研究区目前含油苗或有机质残留的孔（洞）隙、缝隙多与埋藏岩溶作用有关。

（4）胶结交代作用胶结交代作用对储集性起着明显的破坏作用，以碳酸盐矿物胶结最为普遍和强烈，其他自生矿物（如石英、萤石、重晶石、高岭石等），因分布的数量较少，其影响也相对较弱。

（5）重结晶作用重结晶作用可使晶体颗粒变粗，有序度提高，缩小整体体积，同时原来细小晶间孔隙重新分布，晶体结构不断变粗，形成一些相对集中连通的大晶间孔。与此同时，粗粒结构的岩石强度降低，脆性增强，易形成裂缝，有利于流体的贮存、流动以及形成晶间溶孔和溶蚀缝（图4e）。早期的重结晶还可增强岩石的抗压实性，有利于原生孔隙和后期次生孔隙的形成和保存。

（6）压溶作用在负荷或一定的应力作用下，颗粒、晶体和岩层的接触点上发生晶格变形和溶解作用。一般认为，局部溶解而形成的压溶缝合线可以作为油气水运移的有利通道，对油气的运移和和沉积后的埋藏溶解作用可起到积极作用。这类压溶作用形成的缝合线在研究区高于庄组下部和雾迷山组部分层段中较为常见（图4f）。

4　结论

（1）研究区中元古界碳酸盐岩储集空间类型包括相对宏观的缝、洞储集空间和基质内的储集空间两大系统。宏观储集空间主要包括构造裂缝、层间缝、溶蚀缝、溶蚀洞（孔）、收缩缝和压溶缝6种类型，而基质孔隙包括晶间孔、粒间孔、藻窗孔、微溶孔（缝）、微构造缝和微压溶缝。这些孔、洞、裂缝的发育，特别是构造裂缝及溶蚀洞（孔）改善了研究区储集状况。

（2）研究区中元古界储集层岩性有白云岩类、灰岩类、硅质岩类、砂岩类和角砾岩类5大类，以白云岩类为主，灰岩类次之。

（3）研究区中元古界含油碳酸盐岩主要为藻结构碳酸盐岩和结晶白云岩，其中藻结构碳酸盐岩储集层岩石类型主要为凝块石白云岩、叠层石白云岩、凝块石灰岩和叠层石灰岩、核形石白云岩和层纹石白云岩，其主要为水体相对较浅、沉积环境相对开阔的潮间—潮下带和滨外陆棚的高能环境产物。

（4）研究区中元古界碳酸盐岩储集空间的影响因素主要有4个方面:沉积环境、岩性、构造作用和成岩作用。其中构造作用和古岩溶作用是研究区储集性能改善的重要因素。

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（编辑顾新元）

Storage Space Types and Controlling Factors of Mesoproterozoic Carbonate Rocks in Jibei and Xuanlong Depressions in Yanshan Area

SUN Yuxuan1a，LUO Shunshe1a，1b，LÜ Qiqi1a，1b，LIU Zhanghao2，XIANG Ji1a，LI Yudong1a
（1.Yangtze University，a.School of Geosciences，b.Hubei Cooperative Innovation Center of Unconventional Oil and Gas，Wuhan，Hubei
430100，China；2.Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources（China Univesity of Geosciences），Ministry of Education，WuhaN 430074，China；3.Tuha Log Engineering Company，Xibu Drilling Engineering Co.，CNPC，Shanshan，Xinjiang 838202，China）

On the basis of field measurement and core observation of Mesoproterozoic outcrops in Jibei depression and Xuanlong depression in Yanshan area，through integrated analysis on common thin sections，cast thin sections and SEM data，it is found that the reservoir rocks in the study area are mostly composed of dolomite，secondly of limestone and partially of siliceous rock，sandstone and breccia.The storage spaces of the reservoir are mainly composed of 2 storage systems that are micro-storage spaces in the matrix and macro-storage spaces of fissures and caves，in which the macro-storage spaces include 6 types such as tectonic fissures，interlayer fissures，dissolution fissures，dissolved caves（pores），constricted fissures and pressolution fissures，and the matrix pores are composed of intercrystalline pores，intergranular pores，alga-window pores，slightly dissolved pores（fissures），micro-tectonic fissures and micro-pressolution fissures.The sedimentary environment，lithology，diagenesis and tectonism are the main 4 factors influencing the storage spaces in the study area，among which tectonism and palaeo-karstification are the key factors to improve the storage conditions in the study area.

Yanshan area；Mesoproterozoic；carbonate rock；reservoir storage space；controlling factor

TE112.21

A

1001-3873（2016）03-0275-06

10.7657/XJPG20160305

2016-02-29

2016-04-13

国家自然科学基金（41172105）；构造与油气资源教育部重点实验室开放课题（TPR-2015-13）

孙雨轩（1991-），男，江苏扬州人，硕士研究生，沉积与储集层，（Tel）18062789621（E-mail）1198820333@qq.com