塔东英东区块寒武系白云岩储层岩石类型及其白云化作用机制

胡 静，王雨辰，何 赛

(成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059)

对于白云石的成因的问题，至今仍然是一个具有争议的话题，颇具魅力。不同的学者针对不同研究区域纷繁复杂地质情况提出了较多的白云石作用模式，来解释当地白云石的成因[1-3]。白云石化作用是指石灰岩部分或全部地被白云石交代而形成白云石的作用。白云石化作用可以在沉积物沉积之后立即发生，即准同生及早期成岩白云石化作用；也可以在沉积之后的很长一段时间内，通常是在胶结作用发生之后，即成岩阶段晚期及后生期发生的白云石化作用。在研究区内寒武系白云岩分布十分广泛，是形成优质储集层的重要岩石类型。英东区块属于勘探程度较低的新区，且寒武系埋藏较深，地质情况特殊，想要在英东区块的油气勘探中取得新进展，对区内寒武系白云岩成因机制研究显得尤为重要。在对区内的LX1井、ML1井、YD1井和YD2井寒武系碳酸盐岩的研究过程中，发现白云石化作用在研究区是一种十分常见的成岩作用，并具有多期多类型发育的特征。寒武系碳酸盐岩层段的白云石化程度较高，与储层的形成发育有着密切的关系。因此，专门对塔里木盆地东部英东区块寒武系白云岩成因机制进行综合的应用型研究具有重要的理论意义和现实意义。

1 地质背景

图1 塔东英东区块寒武系地层综合柱状图Fig.1 Cambrian stratigraphic column of Yingdong area of eastern Tarim basin

塔里木盆地是我国最大的含油气盆地，油气资源开发潜力巨大，其构造演化历史较我国其他含油气盆地显得更为复杂，盆地深部存在一系列深大断裂，其深度范围在50～60 km之间[4]。塔里木地台主要经历了竟宁、加里东、海西、印支、燕山和喜山等一系列大型构造运动，火成岩的大面积发育成为其明显特点[5-6]。本次研究区块位于塔里木盆地东部的塔东低突起构造带东部，寒武系发育台地相区及过渡相带[7-8]，区内存在数个下切至基底的断裂系统[9]。从岩性分布上，其中下寒武统发育有大套泥岩、以白云质泥岩为主；中寒武统发育有大套泥岩、灰质泥岩、泥质灰岩、泥质白云岩；上寒武统主要发育有大套泥晶、粉晶白云岩夹泥质灰岩、泥质白云岩(见图1)。

2 白云岩岩石类型特征

英东地区白云岩储层的岩石类型主要是晶粒结构的白云岩，其矿物类型主要是白云石，按晶粒大小可以分为微晶、粉晶、细晶、中晶和粗晶白云石。经过进一步的岩石薄片的鉴定和统计分析发现，随着井深的增大，白云岩埋藏深度增加，成岩环境中的压力和温度增加，压实作用和重结晶作用加强，所以白云石晶体粒度主要表现为由细小变粗大的趋势，白云岩岩石结构特征也随之变化，依次呈现由粉-微晶白云岩、细-中晶白云岩、中晶白云岩变为中-粗晶白云岩的趋势。另外，随着埋藏深度的增大，岩石的泥质含量增加，其白云石自形程度较好；而白云石含量越高，岩性越纯的白云岩，其重结晶作用越强，晶体之间的镶嵌越紧密，其自形程度相对较差。

在研究工作中，通过对研究区寒武系大量的岩石薄片的鉴定，并结合英东区块的实际地质情况，将区内寒武系白云岩储层的白云石按晶体大小和自形程度等因素综合归纳为六种类型，即：①粉-微晶白云石；②粉-中晶它形脏白云石；③粉-中晶较自形白云石；④中-粗晶脏白云石；⑤中-粗晶较干净白云石；⑥马鞍状白云石。

2.1 粉-微晶白云石

粉-微晶白云石在研究区内上寒武统上部广泛发育，晶粒细小，直径在0.0039～0.0625 mm之间，多出现在粉-微晶白云岩中，结构较为均匀。根据镜下观察，其往往保持着岩石原有的沉积构造，多具有纹层结构，由于晶粒细小，孔隙少见，不利于储集层的发育(图2a)。另根据阴极发光分析，此类白云石在阴极射线下发暗红色光或者近于不发光(图2b)，局部可见受到热液改造的粉-微晶白云石在阴极射线下发亮橘红色-橘红色光。

a.粉-微晶白云石，YD2井，9-103-85(-)，上寒武统；b.粉-微晶白云石，YD2井，9-103-85(cl=5.1s)，阴极射线下发暗红色光或者近于不发光，上寒武统；c.粉-中晶它形脏白云石，YD2井，11-52-9(-)，上寒武统；d.粉-中晶它形脏白云石，YD2井，11-52-9(cl-5.1s)，阴极射线下发光较暗,上寒武统；e.粉-中晶较自形白云石，ML1井，2-65-30(-)，上寒武统；f.粉-中晶较自形白云石，ML1井，2-65-30(cl=5.1s)，阴极射线下发橘红色光或者发暗橘红色光，上寒武统；g.中-粗晶脏白云石，YD2井，12-55-6(-)，上寒武统；h.中-粗晶脏白云石，YD2井，12-55-6(cl=5.1s)，阴极射线下发深玫瑰红色，上寒武统；i.中-粗晶较干净白云石，ML1井，2-65-30(-)，上寒武统；j. 中-粗晶较干净白云石，ML1井，2-65-30(cl=5.1s)，阴极射线下发深玫瑰红色，上寒武统；k.马鞍状白云石，YD2井，11-52-52(-)，上寒武统；l.马鞍状白云石，YD2井，11-52-52(cl=5.1s)，阴极射线发亮橘红色光，上寒武统

图2 塔东英东区块寒武系不同类型白云石镜下特征和阴极发光特征

Fig.2 Microscopical characteristic and Cathodoluminescence characteristics of different typesCambrian dolomites in Yingdong area of eastern Tarim basin

2.2 粉-中晶它形脏白云石

粉-中晶它形脏白云石主要发育在研究区内上寒武统中部，晶粒直径在0.0625～0.5 mm之间。晶粒呈它形，表面较脏，晶粒之间镶嵌较为紧密(图2c)。另据阴极发光分析，它们在阴极射线下发光较暗(图2 d)。

2.3 粉-中晶较自形白云石

粉-中晶较自形白云石也主要发育在研究区内上寒武统中部，晶粒直径在0.0625～0.5 mm之间。晶粒自形程度较好，呈半自形-自形，具有典型的雾心亮边特征，晶粒之间含有较多的泥质(图2e)。另据阴极发光分析，它们在阴极射线下发橘红色光或者发暗橘红色光(图2f)。

2.4 中-粗晶脏白云石

中-粗晶脏白云石主要发育在上寒武统下部，晶粒粗大，直径在0.25～1 mm之间。晶粒自形程度较好，呈半自形，表面较脏(图2 g)。晶粒之间常发育有晶间孔或者晶间溶孔，说明晶粒粗大利于白云岩储层的发育。另据阴极发光分析，它们在阴极射线下发深玫瑰红色(图2 h)。

2.5 中-粗晶较干净白云石

中-粗晶较干净白云石也主要发育在上寒武统下部，晶粒粗大，直径在0.25～1 mm之间。晶粒自形程度稍好，以半自形晶为主，表面较为干净(图2i)。晶粒之间常发育有晶间孔或者晶间溶孔，说明晶粒粗大利于白云岩储层的发育。另据阴极发光分析，它们在阴极射线下发深玫瑰红色(图2j)。

2.6 马鞍状白云石

经过对研究区内大量岩石薄片的观察，马鞍状白云石在全区广泛的发育分布，大都充填在裂缝和溶蚀孔洞之中。其晶粒较为粗大，一般为中-粗晶，晶面弯曲呈弯镰刀状，且在正交偏光下显示消光不均匀，呈明显的波状消光特征(图2k)。马鞍状白云石(Dana，1955；Radke and Mathis，1980；Gregg，1983；Barber et al.，1985；Searl，1989；Kretz，1992)是热液白云石组合的一个关键指示器[9]。结合区内黄铁矿的出现的佐证，马鞍状白云石的出现明确指示了研究区内曾经的热液过程。另据阴极发光分析，它们在阴极射线发亮橘红色光(图2l)。

根据大量的岩石薄片观察统计后发现，各类白云石在每口探井中出现的频率也有一定的差异性。粉-中晶它形脏白云石和粉-中晶较自形白云石在4口井中出现频率都很高，说明英东区块寒武系白云岩中白云石晶粒大小都集中在粉-中晶；LX1井中中-粗晶白云石出现频率相较于其他3口井明显增高，说明LX1井中寒武系白云岩的白云石晶粒相对于其他3口井较为粗大；马鞍状白云石在断裂相对发育的ML1井、YD1井和英YD2井中出现的频率都较高，而在断裂不太发育的LX1井出现的频率则明显较低(图3)。

图3 英东区块寒武系6种类型白云石在各井剖面中出现的 频率直方图Fig.3 The frequency histogram of 6 types dolomite of the well section in Yingdong area of eastern Tarim basin

3 白云化作用机制

通过岩芯观察、薄片鉴定、阴极发光等技术的综合应用，分析总结出英东区块寒武系白云石化作用从准同生期到晚成岩期持续进行，其成因机制主要有蒸发泵白云石化作用、渗透回流白云石化作用、浅埋藏白云石化作用、深埋藏白云石化作用和热液白云石化作用等5种。

3.1 蒸发泵白云石化作用

在潮上带，正常海水的Mg/Ca比率约为3∶1到4∶1，由于大气的蒸发作用在表层沉积物内形成毛细管作用带，在毛细管压力的驱动下，正常海水不断向沉积物内运动。在强烈的蒸发作用下，被吸入的海水使得潮上地带沉积物中的粒间水或表层水盐度增大，其Mg/Ca比率可高达到20∶1。这种高镁的粒间盐水经常与其中的方解石或文石相接触，将被方解石和文石交代，即被白云石化(图4)。

图4 英东区块寒武系蒸发泵白云石化作用示意图Fig.4 Sketch map of the Cambrian evaporation pump dolomitizationin Yingdong area of eastern Tarim basin

在英东区块内，寒武系粉-微晶白云石主要选择在原始沉积组构中发育，主要分布在白云岩地层的最上部，且晶间泥质含量较高，镜下可见其被缝合线、溶蚀作用和多期破裂作用切割改造。这些证据都表明了这类白云石形成时间较早，很可能是准同生期-同生期，所以，本次研究认为蒸发泵白云石化作用模式适用于区内粉-微晶白云石的形成。

3.2 渗透回流白云石化作用

在潮上地带，高镁盐水的“向上”运动，是由于毛细管浓缩作用或蒸发泵作用所产生的高Mg/Ca比率的粒间盐水，所引起的表层碳酸钙沉积物的准同生白云化作用。高镁盐水的“向下”运动是在潮上地带形成的高镁粒间盐水，产生这种高镁盐水的地质条件在当其对表层沉积物的白云化作用完成时仍持续存在，其相对密度较大，多余的高镁盐水在地表就必然会在台地边缘沿台地斜坡向下或侧向回流(图5)，而在其穿过下伏的碳酸钙沉积物或石灰岩时，必然会形成白云化作用。

图5 英东区块寒武系渗透回流白云石化作用示意图Fig.5 Sketch map of the Cambrianpenetration reflux dolomitizationin Yingdong area of eastern Tarim basin

在英东区块内，镜下观察到寒武系粉-中晶它形脏白云石也可被缝合线、各期破裂作用和溶蚀作用改造，说明其形成时间较早，亦可能是同生期产物。但其晶粒相对于蒸发泵作用形成的白云石粗大，而经过统计发现此类白云石大都发育在比粉-微晶白云石更深的部位。且其自形程度不好，有序度较低，说明白云石化过程仍是一个快速作用的过程。所以，本次研究认为渗透回流白云石化作用模式适用于区内粉-中晶它形脏白云石的形成。另外，值得注意的是，前期由蒸发泵作用形成的粉-微晶白云石粉，在后期埋藏过程中经过重结晶作用也可能形成粉-中晶白云石。

3.3 浅埋藏白云石化作用

在后期埋藏阶段，由于在埋藏环境下成岩流体可能为沉积物中封存于孔隙中的海水，高镁方解石、文石向低镁方解石转换过程中释放出来的Mg2+进入孔隙水中，在压实作用驱动下使地层岩石白云石化。粉-细晶较自形白云石可能形成于一个流体性质与正常海水相近或盐度稍高、埋藏较浅的环境，白云石化可能是一个与渗透回流白云石化相连续的过程。在埋藏环境下，Mg2+流动受一定限制，流动速度慢，优先到裂缝、缝合线以及具有一定孔隙度和渗透率的灰岩地层中发生白云石化作用，因此白云石晶形较好。

英东区块内，晶粒较粗，自形程度较好，有序度较高，揭示了粉-中晶较自形白云石形成于一个盐度稍高、埋藏环境较浅的环境，且白云石化作用进行得较为缓慢。所以，本次研究认为浅埋藏白云石化作用模式适用于区内粉-中晶较自形白云石的形成。

3.4 深埋藏白云石化作用

随着埋深的持续增加，沉积物或沉积岩逐渐脱离近地表环境的影响而进入到深埋藏环境中，孔隙流体化学性质已不再完全受控于地表或近地表过程，而是受控于地下成岩过程，水-岩相互作用已经在很大程度上改变了原有的孔隙流体。深埋藏白云石化作用模式明显不同于近地表成岩条件下建立的近地表浅埋藏白云石化作用模式，因为白云流体的直接来源不再是蒸发海水或混合水，其中可能包括细粒沉积物中的孔隙水和基底流体、吸附水、地层流体、大气淡水等；而驱动力也不是简单的流体密度差，可能包括构造挤压、地层超压、水头压力、热对流等驱动机制。

英东区块内，中-粗晶脏白云石相较于浅埋藏白云石化作用形成的白云石晶粒更为粗大，而经过统计发现此类白云石大都发育在比粉-中晶较自形白云石更深的部位，且在镜下少见破裂作用和溶蚀作用的改造，说明形成时间晚，埋藏更深。所以，本次研究认为深埋藏白云石化作用模式适用于区内中-粗晶脏白云石的形成。

3.5 热液白云石化作用

“热液”这个术语意思就是热水。White(1957)对于“热液”的定义：任何比周围环境明显更热(5℃或更多)的与水相关的物质。地下深部来源的富镁高盐度热液流体经过深大断裂的沟通，沿着断裂向上运移，这些富镁的热液流体在深埋藏的高温高压环境下与周围的灰岩层接触，将灰岩层中的方解石交代为白云石，在断裂周围形成局部的晶粒粗大的热液白云岩。而且，高温高压的深部环境更加促进了这种交代作用的进行。

在英东区块内，马鞍状白云石和中-粗晶较干净白云石通常分布在裂缝和溶蚀孔洞中，晶粒粗大，晶体表面干净，且常常有黄铁矿相伴生，这就证实了这两类白云石的形成可能与热液作用相关。而马鞍状白云石一般被认为是在热液地质作用中形成。所以，本次研究认为马鞍状白云石和中-粗晶较干净白云石是深部热液在流动通道中沉淀形成的，可以用热液白云石化作用模式来解释其成因机制。

4 结论

(1)从岩性分布上，其中下寒武统发育有大套泥岩、以白云质泥岩为主；中寒武统发育有大套泥岩、灰质泥岩、泥质灰岩、泥质白云岩；上寒武统主要发育有大套泥晶、粉晶白云岩夹泥质灰岩、泥质白云岩。

(2)通过岩芯和薄片观察，将区内寒武系白云岩储层的白云石按晶体大小和自形程度等因素综合归纳为六种类型，即：①粉-微晶白云石；②粉-中晶它形脏白云石；③粉-中晶较自形白云石；④中-粗晶脏白云石；⑤中-粗晶较干净白云石；⑥马鞍状白云石。

(3)结合矿物学特征和阴极发光分析，认为英东区块寒武系白云石的成因机制包括：蒸发泵、渗透回流、浅埋藏、深埋藏和热液白云化作用机制，并且同类白云石往往是多种成因机制叠加的产物。

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