川西北中二叠统超深层白云岩储层孔隙结构及 控制因素

杨天博，何治亮，金振奎，张军涛，李双建

[1.中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083； 2.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083； 3.中国石化 石油勘探 开发研究院 构造与沉积储层实验室，北京 100083； 4.中国石油化工股份有限公司，北京 100728； 5.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249]

深层-超深层油气资源的勘探是未来研究的重点领域和发展趋势[1-4]，尤其是深层-超深层白云岩，具备形成规模性优质储层的条件[5-9]，是实现油气商业新发现的重要方向。

四川盆地西部龙门山山前带的古生界碳酸盐岩层系埋藏深度大(一般>6 500 m)，近年来针对该地区中二叠统的天然气勘探取得了重要进展，发现了厚层孔隙型白云岩气藏[10-11]。但是，在气藏开发建产过程中，白云岩储层横向变化快、非均质性强等问题进一步凸显，并非所有类型的白云岩都能形成优质储层。前人的研究主要集中在沉积微相和白云化作用、溶蚀作用对储层物性影响的定性讨论上[12-13]，对不同类型白云岩储层孔隙结构差异性的成因缺乏更深入的研究。因此，为了深入认识超深层白云岩储层孔隙的形成条件和保存机制，本文对川西北不同类型的白云岩储层进行了岩石学、物性和储集特征等方面研究，开展了精细的储层描述和评价，特别是对孔隙结构进行了细致刻画，并分析讨论不同孔隙结构类型差异性的主控因素，为深层-超深层海相油气藏的下一步的勘探开发提供依据。

1 区域地质背景

研究区位于川北古中坳陷低缓带西北部(图1)，构造上处于龙门山前缘褶皱冲断带与川西前陆盆地的过渡区域。晚三叠世以来，受青藏高原的隆升和龙门山逆冲推覆的影响[14-16]，区内冲断变形强烈，发育一系列北东-南西向展布的逆冲推覆体，古生界-三叠系具有强烈的褶皱和冲断变形特征，盆地内中-新生界变形较弱[17-18]。

中二叠统沉积前，受加里东运动和云南运动的影响，四川盆地长期处于暴露剥蚀状态，形成了具有准平原化的沉积基底[19]，中二叠世初，四川盆地经历了一次广泛的海侵，开始沉积了一套浅水碳酸盐岩建造[20-23]。根据钻井和生物地层等资料显示，川西北地区中二叠统自下而上可包括梁山组、栖霞组和茅口组(图1)，梁山组与下伏的石炭系为不整合接触。其中白云岩主要发育在栖二段，见中-厚层状白云岩，向上过渡为斑状白云岩；在茅二段中也见有少量的斑状白云岩分布。

2 白云岩储层的岩石学特征

宏观尺度上，根据野外露头和岩心观察，白云岩可分为两类：白云化较彻底的块状白云岩和白云化不彻底的斑状灰质白云岩(图2)。块状白云岩呈灰色、浅灰色，晶粒较粗，白云化彻底，基本不含灰岩残余；斑状白云岩呈灰色、深灰色，白云化不彻底，由深色白云石斑块和浅色交代残余灰岩基质组成，白云石斑块大小不一，从几厘米到二十几厘米不等。

中观尺度上，首先可按产状将白云岩(石)划分为基质白云岩和胶结物白云石，基质白云岩主要通过交代作用或重结晶作用形成[24-25]，而胶结物白云石则是以孔洞缝中充填物的形式存在；其次，可以根据原始灰岩结构的保存情况，将基质白云岩划分为两类：原始结构基本无法识别的晶粒结构白云岩(A类)和保留了部分原始结构的残余结构白云岩(B类)。

微观尺度上，根据白云石的聚集形态、晶面弯曲度和自形程度等结构特征[24-27]，可将晶粒结构的基质白云岩细分出4种微观结构类型(图3中A1—A4)；根据原始灰质成分的含量将残余结构的基质白云岩细分出2种微观结构类型(图3中B1—B2)；同样地，胶结物白云石也可以根据晶面弯曲程度划分为平直晶面和非平直晶面2种胶结物(图3中C1—C2)。

上述的块状白云岩内部主要见晶粒结构，而斑状白云岩的云斑内则主要为晶粒结构和残余结构的白云岩。

2.1 基质白云岩

1)晶粒结构白云岩(A类)

晶粒结构白云岩主要分布于栖二段中、下部，在宏观上常以中厚层状或块状白云岩产出，部分白云化程度较高的云斑内部也具有晶粒结构，在野外常见“砂糖状”特征，局部见针孔状溶孔发育。微观上，晶粒结构的白云岩可细分为4小类：A1平直晶面自形晶、A2平直晶面半自形晶、A3平直晶面半自形晶-非平直晶面他形晶(过渡型)和A4非平直晶面他形晶白云岩(图3,图4)。

图1 川西北地区地质图及中二叠统地层综合柱状图Fig.1 The geological map of the northwestern Sichuan Basin, and the composite stratigraphic column of the Middle Permiana.川西北区域地质图(据文献[18]修改)；b.四川盆地构造区划图及研究区位置；c.川西北中二叠统地层综合柱状图

其中，A1平直晶面自形晶和A2平直晶面半自形晶白云岩的晶粒大小一般为中-粗晶，白云石晶粒常呈菱形并具有明显的雾心亮边结构，靠近孔隙周缘的白云石自形程度更好，孔隙中还常见有沥青充填(图4a，b)；A3平直晶面半自形晶-非平直晶面他形晶(过渡型)白云岩孔隙度通常低于前两种类型，晶粒大小从细晶至粗晶都可见，局部可见白云石过度生长堵塞孔隙的现象(图4c)；A4非平直晶面他形晶类型的白云岩通常较为致密，孔隙不发育，晶粒大小一般为细晶，重结晶强烈，偶见伴有缝合线发育(图4d)，孔隙极不发育。

2)残余结构白云岩(B类)

残余结构白云岩主要分布于栖二段中上部，零星见于茅口组，主要出现在斑状灰质白云岩中，常呈“豹斑状”产出。微观上，残余结构白云岩可细分为两类：B1残余灰质白云岩和B2残余痕迹白云岩(图4e，f)。

在残余灰质白云岩内，原生的灰岩残余结构占10%～50%，白云石含量在50%～90%。白云石通常聚集成直径几厘米至二十几厘米的不规则斑状形态，云斑内部的白云石晶粒大小常为中-细晶，呈非平直半自形-他形；同时常可见一定量的灰质残余，多见腕足、苔藓虫、有孔虫等灰质生物碎屑(图4e)，在灰质含量较高时还可以分辨出原始石灰岩的结构类型。

在残余痕迹白云岩中，白云石含量占绝对主导，一般大于90%，灰质成分较少，含量小于10%。白云石晶粒大小常为中-细晶，晶面不平直，半自形-他形，虽然此类白云岩中白云石含量较高，但是在岩石中还常可辨认出一些已被白云化却仍可辨认出原始生屑的幻影结构(图4f)。

图2 川西北中二叠统白云岩产状类型Fig.2 Occurrence classification of the Middle Permian dolomites, northwestern Sichuan Basina.浅灰色块状白云岩，呈砂糖状，发育方解石充填的溶蚀孔洞(红色箭头所指)，广元长江沟剖面,栖二段；b.灰色斑状白云岩，云斑为深灰色呈不规则拉长状，广元长江沟剖面,栖二段；c.灰色砂糖状白云岩，局部针孔状溶孔发育(红色箭头所指)，ST3井，栖二段，埋深7 458 m；d.灰黑色 云斑灰岩，云斑呈“树枝状”展布，ST3井，栖二段，埋深7 437 m

图3 川西北中二叠统基质白云岩和胶结物白云石结构类型(据文献[24]修改)Fig.3 Textural classification of matrix and cement dolomites of the Middle Permian, northwestern Sichuan Basin(modified after reference[24])

2.2 胶结物白云石

孔洞充填的白云石一般以孔洞缝内的胶结物形式出现，按照其晶体形态可分为C1平直晶面的白云石胶结物和C2非平直晶面的鞍状白云石胶结物(图4g,i)。

平直晶面的白云石胶结物在研究区并不常见，一般充填在直径大于2 mm的溶洞之中，白云石晶体自形-半自形，一般具有平直晶面，内部还常可见环带生长结构(图4g,h)

图4 川西北中二叠统不同微观结构类型白云岩镜下照片Fig.4 Microscopic characteristics of the Middle Permian dolomites with different textures, northwestern Sichuan Basina.平直晶面自形中-粗晶白云岩，雾心亮边结构明显，孔隙中常见沥青充填，单偏光，蓝色铸体，栖二段，ST3井，埋深7 458.6 m；b.平直晶面半自形中-粗晶白云岩，雾心亮边结构明显，单偏光，蓝色铸体，栖二段，ST3井，埋深7 458.9 m；c.平直晶面半自形-非平直晶面他形中-细晶白云岩，单偏光，茜素红染色，栖二段，广元长江沟剖面；d.非平直晶面他形细晶白云岩，伴有缝合线发育，单偏光，蓝色铸体，栖二段，ST3井，埋深7 460.1 m；e.残余生屑白云岩，在云斑内仍可见灰质苔藓虫生屑，单偏光，栖二段，ST3井，埋深7 430.7 m；f.具有腹足类生屑幻影的白云岩，单偏光，栖二段，ST3井，埋深7 430.9 m；g.溶洞中充填的平直自形-半自形中-粗晶白云石胶结物，晶粒直径明显大于基质白云岩，单偏光，栖二段，ST3井，埋深7 449.1 m；h.图g的阴极发光图像，白云石胶结物具有明显的环带结构，且其发光性明显暗于周围的细晶白云岩基质；i.裂缝中充填 的鞍状白云石胶结物，晶面弯曲呈镰刀状，单偏光，茜素红染色，栖二段，ST3井，埋深7 441.0m

非平直晶面的鞍状白云石在整个栖二段及茅口组部分层位都有分布，晶体通常较粗大，在岩心上呈乳白色，晶面弯曲程度较大，常可见镰刀状或阶梯状(图4i)，正交偏光下具有波状消光特征，内部包裹体均一化温度较高，一般认为具有热液成因性质[28]，但也可能是压溶、热硫酸盐还原等作用的产物[29]。

3 白云岩储层的孔喉类型及特征

3.1 孔隙类型及特征

研究区中二叠统栖霞组碳酸盐岩储层中原生孔隙不发育，几乎全部为次生孔隙，且主要发育在晶粒结构白云岩中，残余结构白云岩中孔隙较少。储集空间主要为晶间孔和基质溶孔及溶洞，同时也发育少量晶内溶孔、微裂缝、溶蚀扩大缝等。

1)晶间孔

白云石晶体之间的孔隙，伴随着白云化作用形成，孔隙直径一般在0.001～1 mm，孔隙形态常呈多面体状，在晶粒结构的白云岩中，尤其是具有平直自形-半自形结构的白云岩中，晶间孔较为发育(图5a,b)，孔隙的形态、大小和白云石晶粒的大小、自形程度等特征密切相关。

2)基质溶孔和溶洞

指在基质白云岩中经溶蚀作用形成的孔隙，具有非组构选择性。因后期溶蚀扩大作用的程度不同，孔径范围变化较大，溶孔孔径一般0.5～2 mm，而溶洞直径一般大于2 mm，在岩心、露头上也发现有已被充填的厘米、分米级溶洞(图2a)，其显著特征就是孔隙周围可见明显的溶蚀痕迹(图5c,d)，多出现于中-粗晶基质白云岩中，扫描电镜下也可见孔隙周缘的白云石被溶蚀成不规则状(图5e)。

图5 川西北中二叠统白云岩储层孔隙类型Fig.5 Pore types of the Middle Permian dolomite reservoirs in the northwestern Sichuan Basina.晶间孔，孔隙中见沥青充填，单偏光，蓝色铸体，栖二段，ST3井，埋深7 458.7 m；b.晶间孔，孔隙周缘的白云石常具有平直晶面，且自形程度较好，SEM照片，栖二段，ST3井，埋深7 458.1 m；c.基质溶孔，孔隙周围可见溶蚀痕迹，单偏光，蓝色铸体，栖二段，ST3井，埋深7 457.7 m；d.基质溶洞，孔隙周围可见溶蚀痕迹，单偏光，蓝色铸体，栖二段，ST3井，埋深7 449.2 m；e.基质溶孔，孔隙周缘的白云石被溶蚀残缺不全，SEM照片，栖 二段，ST3井，埋深7 458.7 m；f.晶内溶孔，发育在白云石晶体内部，呈内凹的中空状，SEM照片，栖二段，ST3井，埋深7 458.1 m

3)晶内溶孔

白云石晶体内部遭受溶蚀形成的孔隙，较少见，具有组构选择性溶蚀特征，扫描电镜下常呈中空状(图5f)，可能与白云石晶体内相对不稳定的核心组分的溶蚀有关。

3.2 喉道类型及特征

喉道是连通孔隙的狭窄部分，主流喉道的大小、形态及其与孔隙的配位关系是影响储层的渗流能力的重要因素[30]。

结合前人对碳酸盐岩储层中喉道类型的划分方案[30-32]，研究区中二叠统白云岩储层中主要识别出了3种喉道类型：晶间隙型、构造裂缝型和孔隙缩小型(图6)。其中晶间隙型和孔隙缩小型喉道较为常见。

1)晶间隙型

喉道形态受控于白云石晶体的形态，规则-短喉型喉道多出现在平直自形-半自形白云岩中，一般具有窄、短、平的特征(图6a,d)；而在应力集中、压溶作用较强的非平直他形白云岩中则常见弯曲-曲折型喉道(图6e)。

2)构造裂缝型

相比于晶间隙型喉道，此类喉道较长、较宽且较平直，宽度一般在0.1 mm以下。此类喉道可连通各种零散而孤立分布的晶间孔隙，使其孔隙结构整体呈网格状分布(图6b)。

3)孔隙缩小型

由于在大晶体的垮塌堵塞或白云石的竞争生长(胶结作用)导致孔隙空间堵塞形成的喉道，常出现在较大的溶孔和溶洞中(图6c,f)。

4 白云岩储层的储集特征

4.1 物性特征

川西北地区中二叠统栖霞组碳酸盐岩储层物性整体为低孔、中-低渗特征。岩心样品孔隙度平均为2.8%，最高可达7.6%，孔隙度整体分布频率主要在2%～5%。晶粒白云岩储层物性最好，尤以对于晶粒较粗的白云岩，储集空间以晶间孔和基质溶孔及溶洞为主，平均孔隙度为4.42%，最大可达7.59%(图7a)，平均渗透率为1.46×10-3μm2，最大渗透率可达53.4×10-3μm2；斑状白云岩/灰质云岩物性通常较差，仅见少量的晶间孔和基质溶孔，平均孔隙度为2.62%，最大孔隙度为4.20%，渗透率通常也较低(图7b)；纯灰岩储层孔隙常不发育，仅见少量的粒间孔和粒间溶孔，平均孔隙度为2.29%(图7c)，渗透率通常较低，仅在裂缝发育的储层见极高渗透率。

图6 川西北中二叠统白云岩储层喉道类型Fig.6 Throat types of the Middle Permian dolomite reservoirs,northwestern Sichuan Basina.规则-短喉型喉道(红色箭头所指)，蓝色铸体，栖二段，ST3井，埋深7 448.92；b.构造裂缝型喉道(红色箭头所指)，蓝色铸体，栖二段，ST3井，埋深7 449.10 m；c.孔隙缩小型喉道(红色箭头所指)，白云石晶体堵塞溶孔形成，蓝色铸体，栖二段，ST3井,7 457.90 m；d.规则-短喉型喉道(红色箭头所指)，SEM照片，栖二段，ST3井，埋深7 458.10 m；e.弯曲-曲折型喉道(红色箭头所指)，SEM照片，栖二段，ST3井，埋深7 458.90 m； f.孔隙缩小型喉道(红色箭头所指)，由于白云石大晶体的过度生长形成，SEM照片，栖二段，ST3井，埋深7 456.80 m

图7 川西北中二叠统栖霞组不同岩性和结构储层孔隙度/面孔率分布直方图Fig.7 Porosity/surface pore rate histogram of reservoirs with different lithology and textures in the Middle Permian Qixia Formation, northwestern Sichuan Basina.晶粒白云岩储层孔隙度分布直方图；b.斑状白云岩/灰质云岩储层孔隙度分布直方图；c.纯灰岩储层孔隙度分布直方图； e.不同微观结构白云岩储层面孔率分布直方图

通过铸体薄片分析统计发现，对于不同微观结构类型的白云岩储层，其面孔率也具有显著差异。其中A1平直晶面自形晶和A2平直晶面半自形晶孔隙最为发育，平均面孔率在7%～12%，最大面孔率可达18%；A3平直晶面半自形晶-非平直晶面他形晶(过渡型)面孔率次之，一般在4%～8%；而A4非平直晶面他形晶白云岩相对致密孔隙较不发育，面孔率一般仅在1%～2%；对于残余结构白云岩，不管是B1残余灰质白云岩还是B2残余痕迹白云岩，通过铸体薄片都未发现较大规模孔隙，面孔率一般低于2%(图7d)。

4.2 孔隙结构分类

根据川西北中二叠统白云岩储层的岩石学特征、物性分析、常规压汞和CT扫描测试方法，对白云岩储层的孔隙结构特征进行综合研究，并建立了一套多参数的储层孔隙结构划分标准(表1)。

1)Ⅰ类储层：中孔低渗大孔粗喉型

中孔低渗大孔粗喉型是物性相对最好的一类储层，常发育在具有平直晶面自形晶结构和平直晶面半自形晶结构的白云岩中，该类储层中的孔隙和喉道类型多样且组合复杂，喉道以规则-短喉型和孔隙缩小型为主，受溶蚀作用的影响，所形成的不同孔喉规模相差较大，从而造成压汞曲线上最大连通孔喉半径大、孔喉分选系数大、最大进汞饱和度高等特点(图8a，b)。通过CT扫描的结果可以更直观地发现：由于溶蚀作用的影响常可见孔径较大的基质溶孔、溶洞发育，虽然这些溶孔、溶洞在总体数量上不占优势，但其所占体积较大，半径分布在40～120 μm的孔隙在体积频率上占绝对优势(图8c)，且其孔喉配位数高、连通性较好(图8d，f)，大孔粗喉型的孔喉组合占主导(图8c—f)；而半径较小的晶间孔虽然在孔隙数量上占绝对优势，但其总体积不大，零散分布于大型溶孔之间，且孔喉配位数相对较低，因而对储层的储集性和渗透性都贡献不大。

图8 川西北中二叠统Ⅰ类储层孔隙结构特征Fig.8 Pore structure characteristics of Type 1 reservoir of the Middle Permian, northwestern Sichuan Basina.Ⅰ类储层典型毛细管压力曲线；b.Ⅰ类储层孔喉半径分布频率；c.Ⅰ类储层孔喉半径分布频率(体积加权)； d.Ⅰ类储层孔喉配位数分布频率(体积加权)；e.Ⅰ类储层CT三维灰度图；f.Ⅰ类储层CT三维球棍模型

2)Ⅱ类储层：中-低孔特低渗中孔中喉型

此类储层常发育在具有平直晶面自形晶结构、平直晶面半自形晶和平直晶面半自形-非平直晶面他形晶(过渡型)结构的白云岩中，所对应的储层物性一般，相比于Ⅰ类储层，Ⅱ类储层中溶蚀作用的影响相对较弱，总体的储集空间较Ⅰ类储层小，孔喉组合类型同样较复杂，喉道也以规则-短喉型和孔隙缩小型为主，在压汞曲线上表现出最大连通孔喉半径稍小、最大进汞饱和度稍低、孔喉分选系数变化不大等特点(图9a，b)。通过CT扫描的结果可以更直观地发现：受溶蚀作用改造形成的晶间溶孔、溶洞数量较Ⅰ类储层明显减少(图9c—f)，孔隙、喉道体积分布频率出现双峰态特征(图9c)，说明在Ⅱ类储层中存在两套孔喉组合系统，一套以大孔、粗喉型为主，主要受溶蚀作用控制，溶孔更为发育，孔隙和喉道半径均较大，且孔隙配位数高，对储层的储集性和渗透性都有较大贡献，可能在成岩历史中曾经是溶蚀性流体的主流通道(图9c—f)；而另一套以中孔、中喉型为主，晶间孔更发育，可能因为溶蚀作用的影响程度不大或是后期胶结作用更强，微观非均质性显著。

3)Ⅲ类储层：低孔特低渗小孔细喉型

Ⅲ类储层主要出现在致密白云岩或斑状白云岩中，尤其是在具有非平直晶面他形晶结构或具有残余结构的晶粒白云岩或斑状白云岩中，储层的物性相对较差，孔隙类型主要为致密白云岩中残余的少量晶间孔和晶间微孔，或是斑状白云岩中在云斑周围与方解石基质过渡区域出现的晶间微孔，孔隙之间的喉道常为弯曲-曲折型，受压实和压溶作用的影响较大，因此该类孔隙结构储集性和渗透性均较差，其所对应的压汞曲线表现出最大连通孔喉半径小、最大进汞饱和度低、孔喉分选系数小等特点(图10a—d)。

5 孔隙结构差异性的主控因素

如前文所述，川西北中二叠统栖霞组的优质储层主要发育在白云岩中，但不同类型的白云岩在物性特征、孔喉类型、孔隙结构等方面均表现出较大差异。造成白云岩储层孔隙结构差异性的主控因素，一方面是先驱灰岩的岩石组构，另一方面是后期多种成岩作用的叠加耦合，特别是白云化作用和溶蚀作用方式的影响。

5.1 先驱灰岩的岩石组构

川西北栖霞组中上部主要发育相对高能的台缘浅滩相沉积[20,22]，垂向上可见多套滩相颗粒灰岩和滩间泥粒灰岩的叠置组合。对于晶粒结构白云岩，前人通过对偏光显微镜下透射光的特殊处理进行原岩结构恢复，认为原岩主要为生屑灰岩和砂屑灰岩(图11a,b)[33]；在残余结构白云岩中，常可观察到有孔虫、苔藓虫、腹足类、藻类等生物碎屑的残留或者幻影结构(图11c)，在未发生白云化的基质灰岩部分，其岩性也以颗粒灰岩和泥粒灰岩为主(图11d)，这说明颗粒滩是后期白云化作用发生的物质基础。

图10 川西北中二叠统Ⅲ类储层孔隙结构特征Fig.10 Pore structure characteristics of Type Ⅲ reservoir of the Middle Permian, northwestern Sichuan Basina.Ⅲ类储层典型毛细管压力曲线；b.Ⅲ类储层孔喉半径分布频率；c.Ⅲ类储层(斑状灰质白云岩)CT二维切片； d.Ⅲ类储层(斑状灰质白云岩)CT三维灰度图

图11 川西北中二叠统栖霞组晶粒结构、残余结构白云岩及先驱灰岩岩石组构Fig.11 The grain structure, remnant dolomite,and fabrics of precursor limestone in the Middle Permian Qixia Formation, northwestern Sichuan Basina.细晶白云岩，晶间孔和晶间溶孔发育，栖霞组，矿2井，埋深2 423.6 m(据文献[32])；b.与图a同一视域，经原岩结构恢复技术处理，可见部分原始颗粒结构(据文献[32])；c.残余结构白云岩，可见含灰质腹足类生屑幻影，栖霞组，ST3井，埋深7 430.7 m；d.含云质颗粒灰岩，未云化 部分的亮晶生屑-砂屑基质灰岩，栖霞组，ST3井，埋深7 430.7 m

但是，如前文所述，无论是晶粒结构的白云岩还是残余结构的白云岩，在储层物性、孔隙结构等方面上都表现出了较强的非均质性，先驱灰岩的岩石组构差异是造成这种非均质性的一个重要原因。

由于颗粒灰岩在早成岩阶段具有较强的抗压实能力，因而能够保存一定的原始孔隙度，为后期白云化流体的进入提供条件，原始颗粒灰岩中粒间孔、粒内孔、粒间溶孔及铸模孔在白云化作用后很可能会以晶间孔、晶间溶孔的形式在原位置继承下来。同时，颗粒灰岩中生物碎屑和内碎屑的含量及类型、早期胶结作用和准同生溶蚀作用的强弱也都是制约后期白云化作用进行、影响现今白云岩储层孔隙结构的重要因素，具有A1—A2平直自形-半自形结构的晶粒白云岩孔喉连通性好、物性较优，通常是高能环境下的高孔渗颗粒灰岩经白云化作用形成的，而原始灰泥含量较高、泥晶藻类碎屑较多、泥晶套更发育的泥粒灰岩或者粒泥灰岩，包括部分早期胶结作用较强的颗粒灰岩，则更易于形成残余结构白云岩。

5.2 白云化作用的阶段性

根据前人对川西中二叠统白云岩成因的研究，白云化作用的发生和晚二叠世早期峨眉山地幔柱隆起产生的异常热事件(距今约259 Ma)[34-35]密不可分，当地层温度克服了白云石形成的动力学屏障后，通过海源流体的供给在浅埋藏环境下形成了大规模的白云岩[36-37]。

白云化作用的过程开始之后，首先在基质中形成分散的晶核，之后随着白云化流体沿着灰岩中的孔缝渗流通道源源不断的供给，晶核逐渐生长成微晶最终形成菱面体，灰岩中原始颗粒也开始被白云化流体交代，直至形成白云石菱面体的网格骨架[38]。但是，此过程中发生的化学反应可能并非仅仅只有造成摩尔体积减小、孔隙度增加的交代反应：

2CaCO3(s)+Mg2+(aq)→CaMg(CO3)2(s)+ Ca2+(aq)

(1)

在实际过程可能还存在碳酸钙同镁离子和碳酸根直接化合形成白云石同时造成孔隙度减小的反应：

(2)

所以实际的反应过程可能是介于以上两个端元的中间反应：

(3)

其中，x的取值介于0～1。因此，白云化作用过程是否能产生孔隙空间主要取决于此过程中的化学反应按(1)和(2)两端元进行的程度大小[24,39]。

对于川西北地区下二叠统的碳酸盐岩，在不考虑后期溶蚀作用增孔的情况下，可发现绝大部分非溶蚀性孔隙仍发育在晶粒白云岩中，纯石灰岩和具有残余结构白云岩内很少有非溶蚀性孔隙发育。这说明了早期白云化作用的增孔效应并不明显，甚至可能是减孔的过程[40](图12a)，并且当白云化作用进行地不彻底而形成云质灰岩时，其抗压实、压溶能力更差，由于矿物成分、晶格结构的差异，在云灰接触区域易形成缝合线，反而不利于保存孔隙(图12b,c2)，这便可以解释为什么斑状白云岩储层物性较差，孔隙结构仅以Ⅲ类低孔特低渗小孔细喉型为特征，且仅发育少量晶间孔和晶间微孔。

而对于白云化作用进行彻底的晶粒白云岩，由于其在白云化过程中期建立起了刚性支撑的白云石菱面体网格骨架，在开放-半开放成岩系统中，菱面体间的原始石灰岩失去的支撑更易溶解垮塌，被流体直接带出，从而形成了多孔的白云石菱面体骨架(图12b,c3)，白云石通常具有A1平直自形晶结构，由于白云石具有比方解石更强的抗压溶性和脆性，加之白云石菱面体骨架的支撑作用，使得在深层-超深层储层中白云岩的孔隙空间更够得到更好的保存且易形成裂缝，这种白云岩是Ⅰ类和Ⅱ类孔隙结构发育的基础。

图13 川西北地区中二叠统过度白云化作用对孔隙结构的影响Fig.13 The impact of over-dolomitization during the Middle Permian on pore structure, northwestern Sichuan Basin a1.平直晶面自形-半自形结构白云岩，阴极发光图像；a2.平直晶面半自形晶-过渡型结构白云岩，阴极发光图像； b.过度白云化作用对晶间孔和喉道形态的影响，同时也造成孔隙度的持续性降低，据文献[41]修改

5.3 溶蚀作用的差异性

川西北下二叠统碳酸盐岩中可识别出准同生阶段和中-深埋藏阶段两期溶蚀作用，这两期溶蚀作用对储层质量的影响均表现出了一定的差异性。

准同生期的溶蚀作用主要发育在近地表环境下的淡水渗流带和潜流带，此时的溶蚀作用多具有选择性，会对一些文石或高镁方解石质颗粒进行溶蚀。虽然现今能识别出的准同生期溶蚀孔隙、孔洞数量较少且多被后期胶结充填，但在浅埋藏阶段白云化作用发生时推测仍有部分溶蚀孔隙(洞)尚存，这些孔隙(洞)可为白云化流体提供通道，有利于白云化作用的进行，并且这些孔洞可能具有一定的继承性，在白云化过程结束后仍有部分孔洞未被完全充填。

中-深埋藏期的溶蚀作用主要来源于有机质热演化释放的有机酸、H2S等组分[12-13]，而且由于埋藏较高温条件下白云岩较灰岩的易溶性[42-43]埋藏期溶蚀主要发生在白云岩储层中。根据铸体薄片、扫描电镜和CT扫描发现，受有机酸溶蚀作用影响的孔隙主要是一些半径较大(通常大于50 μm)的晶间孔，溶蚀后会使平直的白云石晶面变成不规则状、港湾状；而当白云岩的孔喉半径小到一定范围时，可发现这些小型的孔喉基本未受到溶蚀作用的影响或影响较弱，因而还保留了四面体或多面体的孔隙形态，以及平直-片状的喉道形态(规则-短喉型)。中-深埋藏期的溶蚀作用也是造成Ⅰ,Ⅱ类储层孔隙结构差异性的主要原因，Ⅰ类储层中-大孔粗喉型的孔喉组合更为发育，受溶蚀作用的影响更强，同时成岩体系相对开放，溶蚀后产物被迅速带出，从而使白云岩的多孔骨架保留，过度白云化作用较弱；而Ⅱ类储层发育大孔粗喉型和中孔中喉型两套孔喉组合，说明溶蚀作用的程度有限，同时成岩体系更封闭，溶蚀后产物无法及时带出，造成微区的溶蚀-沉淀过程更明显，储层具有极强的非均质性。

6 结论

1)川西北中二叠统宏观上主要可识别出白云化较彻底的块状白云岩和白云化不彻底的斑状白云岩两种产状类型，中观尺度上可根据白云岩的结构-成因分类划分出晶粒结构和残余结构两种基质白云岩以及孔洞充填的胶结物白云石，并且还可根据白云石的晶体自形程度、晶面弯曲度等特征进行更细致的微观结构类型划分。

2)结合物性分析、压汞实验和CT扫描等测试主要可识别出3种孔隙结构类型的白云岩储层，其中Ⅰ类中孔低渗大孔粗喉型和Ⅱ类中-低孔特低渗中孔中喉型孔隙结构主要发育在物性较好的孔隙式白云岩中，而Ⅲ类低孔特低渗小孔细喉型孔隙结构主要发育在较致密的白云岩或斑状白云岩中。

3)栖霞组中上部台缘浅滩相沉积为后期白云岩储层的发育提供了条件，原始孔隙度较优的颗粒灰岩经白云化作用后易于形成多孔的晶粒白云岩储层，而原始灰泥含量更高、物性较差的泥粒灰岩和粒泥灰岩后期则更易于形成残余结构白云岩。

4)白云岩储层孔隙结构的差异性还主要受控于埋藏期多种成岩作用在时空上的叠加，白云化作用不彻底形成的斑状白云岩抗压实、压溶能力弱，仅能形成Ⅲ类储层；而白云化作用彻底形成的晶粒白云岩具有菱面体骨架，抗压实、压溶能力极强，是优质储层形成的基础，但过度白云化作用会造成白云石晶体的竞争生长而堵塞孔隙，从而形成具有Ⅲ类孔隙结构的致密白云岩；Ⅰ类和Ⅱ类储层前期的白云化作用彻底，两者差别主要取决于晚期溶蚀作用的强弱。