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碳酸鹽巖早成巖巖溶作用與油氣儲集層的形成

2019-10-23 9:27:31 來源:中國礦業報 作者:龔曉星 周新桂 孫相燦

“喀斯特”一詞源于印歐語系中karra/gara(石頭),最早是用來表述地處斯洛文尼亞和意大利境內喀斯特山脈西北部特殊地形的地理專用名詞,在18世紀末期最早出現,至19世紀已被廣泛接受并使用。喀斯特指由高溶解度的巖石和充分發育的次生孔隙度相結合,形成特殊的水文和地形的地區。其定義更多是具有地理學意義,強調地形和地貌的范疇。

1966年我國第二次喀斯特學術會議上,決定將“喀斯特”一詞改稱為“巖溶”,“喀斯特作用”改稱為“巖溶作用”。但在實際使用過程中,由于人們易于將巖溶一詞與“巖石溶解”相等同,同時也不便于在國際交流中使用。因此,在北方巖溶和巖溶水學術討論會上,議定“巖溶”和“喀斯特”二者皆可以通用。

四川盆地東南部寒武系龍王廟組早成巖巖溶層

自20世紀60年代以來,隨著對古代巖溶尤其是古生代、中生代巖溶作用研究的不斷深入,眾多非典型表生喀斯特作用形成的巖溶現象被廣泛報道,“巖溶(karst)”的涵義發生了擴大,經歷了從狹義到廣義的演變,即從單純的表述喀斯特地貌擴展到涵蓋巖溶作用與巖溶產物之和,巖溶作用的發育位置由地表擴展至地表和地下,巖溶的對象從碳酸鹽巖擴展到所有可溶性的巖石。目前較為普遍接受的巖溶定義為:水與可溶性巖石相互作用的過程以及由此而產生的地表及地下地質現象的總和。

近年來,碳酸鹽巖巖溶研究領域中的早成巖巖溶作用取得了重大進展,并直接影響了人們對碳酸鹽巖油氣儲層形成機制的理解。

部分喀斯特地貌形成示意圖

國外學者Vacher和Mylroie基于巖溶物質基礎和巖溶水輸導介質不同,將巖溶分為早成巖巖溶和晚成巖巖溶。他們認為早成巖巖溶是“年輕”的碳酸鹽巖,未經歷埋藏、壓實、固結成巖而發生巖溶,包括在弱成巖或未成巖碳酸鹽巖上發生的一切巖溶現象,除表層滲流帶外,還包括潛流帶巖溶及其現象。晚成巖巖石是礦物相穩定且較為致密的“成熟”碳酸鹽巖。晚成巖巖溶為經典巖溶,與重要構造運動或者海平面下降造成碳酸鹽巖大面積長期暴露有關,相當于國內學者所認為的風化殼巖溶。

早期成巖期巖溶依據巖溶發生的環境條件可以大致分為:島嶼環境、海岸環境、大陸環境,其中島嶼、海岸型研究較多。島嶼型如巴哈馬,海岸型如尤卡坦半島和澳大利亞東南部Naracoorte地區,美國佛羅里達地區近地表Biscayne含水層巖溶為大陸型。

早成巖喀斯特發生階段可從同沉積期至淺埋藏期后暴露不等,發育在較好的孔滲透性巖層中,明顯受到巖性巖相控制。溶蝕孔洞往往呈蜂窩狀、花斑狀、海綿狀等類似形態特征,多被充填;與圍巖界面模糊,呈漸變過渡特征;微觀下溶蝕破碎的顆粒和生物碎屑組分呈現出泥晶、微亮晶結構特征。

兩種方解石濃度不相等的水混合后,會降低方解石的飽和度,對方解石具有侵蝕性,因此,早成巖巖溶形成機制包括混合水選擇溶蝕機制和大氣淡水選擇溶蝕機制。早成巖期喀斯特的溶蝕作用也與早成巖期碳酸鹽巖中管道的擴溶與管道內外的水頭壓力差(液壓差)有關,島嶼、近海岸帶生物活動活躍,蜂窩狀溶洞的形成可能受生物擾動的影響。此外,早成巖巖溶孔隙增加還受淡水CO2含量、水流通過混合過渡帶的水動力及海平面變化速率等因素的影響。

早成巖巖溶作用形成的孔、洞是油氣重要的儲集空間。我國的四川盆地和塔里木盆地碳酸鹽巖均發育典型的早成巖巖溶儲集層,四川盆地的震旦系燈影組、寒武系龍王廟組、中三疊統雷口坡組中的多期短暫暴露面下孔洞儲層的形成都可以考慮用早成巖巖溶模式來解釋,四川盆地南部茅口組儲層為大陸型相控早期成巖期巖溶型儲層。塔里木盆地塔中的中-下奧陶統天然氣儲層表現為“準層狀”早成巖巖溶疊加深成巖溶作用。□

(作者單位:中國地質調查局油氣資源調查中心)

網站編輯:宮莉

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