淺海微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究進(jìn)展

李云，胡作維，詹旗勝，史格，管晉紅，王興建

1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059

2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059

0 引言

在中東、北非、東南亞和北美墨西哥灣海岸，尤其是在中東地區(qū)，白堊系淺海低能環(huán)境沉積的、以分散狀微孔隙為主要儲(chǔ)集空間、以泥晶基質(zhì)膠結(jié)或支撐為特色的含生屑泥晶灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r或泥晶生屑灰?guī)r等碳酸鹽巖類（統(tǒng)稱“微孔泥晶碳酸鹽巖Microporous Micritic Carbonate Rock”）是一種重要的油氣儲(chǔ)集巖類型[1-13]。微孔泥晶灰?guī)r從潮坪到淺海臺(tái)地都可發(fā)育，泥晶基質(zhì)中存在豐富的彌散狀微孔，形成特殊的多孔的白堊質(zhì)結(jié)構(gòu)（Chalky texture）[1,5,9,14]，直徑常小于10 μm的微孔[15]是其孔隙的主要構(gòu)成部分。在這些微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層中，由微菱形和圓形低鎂方解石組成微孔晶間格架，泥晶方解石晶體直徑一般小于8 μm，特別是在中東地區(qū)[10-11]；孔隙度為0～25%，滲透率可達(dá)數(shù)百毫達(dá)西[11-13]。與之相伴且形成明顯對(duì)比的是，泥晶灰?guī)r也可形成孔隙度和滲透率很低（常小于5%）的致密層[12,16-17]。

盡管微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層明顯不同于傳統(tǒng)的古風(fēng)化殼型巖溶儲(chǔ)層（古潛山儲(chǔ)層）、礁灘相儲(chǔ)層及層狀白云巖儲(chǔ)層等三大典型碳酸鹽巖儲(chǔ)層，但其油氣地質(zhì)意義不可忽視并且越來越重要。然而，目前對(duì)作為泥晶灰?guī)r孔隙主體的微孔孔隙的成因卻仍然知之甚少且爭(zhēng)議巨大，原因共有三方面：1）研究微米級(jí)大小的泥晶晶體及微孔（直徑小于10 μm）所涉及的分析技術(shù)和操作方法與常規(guī)儲(chǔ)層相比顯得較為復(fù)雜和明顯困難得多；2）目前缺乏可進(jìn)行類比研究的類似的碳酸鹽巖沉積物，熱帶海洋碳酸鹽臺(tái)地中沉積的現(xiàn)代碳酸鹽灰泥主要是由不穩(wěn)定的文石和高鎂方解石組成，在成巖過程中沒有保留原有的微孔結(jié)構(gòu)而呈致密狀，與中東地區(qū)白堊系微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層中以低鎂方解石為主要成分的泥晶基質(zhì)完全不同；目前也僅見西班牙馬德里盆地晚中新世湖相微孔泥晶灰?guī)r與中東地區(qū)下土倫階Mishrif組淺海碳酸鹽巖儲(chǔ)層的基質(zhì)微組構(gòu)相似[12,16]；3）以泥晶灰?guī)r或泥晶支撐的碳酸鹽巖儲(chǔ)層類型在很多國(guó)家和地區(qū)并不發(fā)育，長(zhǎng)期以來沒有得到充分認(rèn)識(shí)，其在我國(guó)的相關(guān)研究也只是隨著近年來海外油氣項(xiàng)目的拓展得以關(guān)注，并對(duì)該類微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層的發(fā)育特征、成因、主控因素等進(jìn)行了初步研究[18-24]。因此，到目前為止，微孔泥晶灰?guī)r比常規(guī)粗孔大孔灰?guī)r儲(chǔ)層受到的關(guān)注程度明顯要少得多。

盡管微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層的孔隙體積通常類似于相對(duì)粗粒灰?guī)r中發(fā)育的大孔隙（孔隙直徑>62 μm[25]），但其滲透性變化很大，常形成非均質(zhì)油藏[13,15,26-28]；束縛水常見[15,29-35]，強(qiáng)大的毛細(xì)管力將大部分石油保留在原位，導(dǎo)致石油采收變得困難，也使得水油飽和度、采收率難以預(yù)測(cè)和實(shí)現(xiàn)[36-37]。因此，本文基于國(guó)外研究現(xiàn)狀以及我國(guó)海外油氣勘探現(xiàn)狀，綜合分析歸納微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層晶體形態(tài)特征、孔隙結(jié)構(gòu)特征及孔隙成因等特征，以期能夠?qū)μ岣叻浅Ｒ?guī)成熟油田的油氣采收率、提高非常規(guī)油藏產(chǎn)量等提出指導(dǎo)性建議，并進(jìn)一步豐富對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層類型的認(rèn)識(shí)。

1 泥晶結(jié)構(gòu)特征

中東地區(qū)白堊系淺海相微孔泥晶灰?guī)r中的泥晶基質(zhì)由泥晶低鎂方解石晶體組成[38]，晶體粒徑總體小于4 μm，較大的晶體可以達(dá)到8 μm，即微亮晶。泥晶碳酸鹽巖中泥晶基質(zhì)通常具有多孔的白堊質(zhì)結(jié)構(gòu)（Chalky texture）和致密鑲嵌結(jié)構(gòu)（Mosaic textures）兩種結(jié)構(gòu)類型。白堊質(zhì)結(jié)構(gòu)又叫晶體骨架結(jié)構(gòu)（Crystal-framework texture），發(fā)育在具有微孔的淺水碳酸鹽臺(tái)地泥晶沉積物而非真正的遠(yuǎn)洋白堊沉積中[6-7]，具有較大的晶間孔隙度（圖1a，b），孔隙度一般介于15%～30%，滲透率超過1.0×10-3μm2。致密鑲嵌結(jié)構(gòu)在古老的灰泥中十分常見，最常見的特點(diǎn)是泥晶晶體呈它形，具有曲線狀和平直晶棱，晶間孔隙度小于5%（圖1c）。

圖1 微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層的三種主要類型泥晶形態(tài)及其巖石物性特征[39]I型儲(chǔ)層質(zhì)量最好，對(duì)應(yīng)于粒狀半自形結(jié)構(gòu)，孔隙度和滲透率較高，孔喉半徑較大；II型儲(chǔ)層質(zhì)量中等，特征為粒狀自形和聚集狀疏松結(jié)構(gòu)，中等孔隙度、中等滲透率，中等孔喉半徑；III型儲(chǔ)層質(zhì)量最差，其孔隙度、滲透率和孔喉半徑最小，且以擬合狀結(jié)構(gòu)為主Fig.1 Micrite morphology and petrophysical properties of the three main microporous micritic limestone[39]

泥晶顆粒結(jié)晶學(xué)、晶體形態(tài)和晶間接觸類型是控制微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性的最重要參數(shù)，泥晶形態(tài)結(jié)構(gòu)（包括晶體形狀和接觸關(guān)系）在微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層與無孔致密鑲嵌儲(chǔ)層之間存在較大的差異[13,17,33,39-42]。很多學(xué)者已經(jīng)[5,7,17,39]分別提出了中東地區(qū)白堊系泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層泥晶基質(zhì)的形態(tài)分類，在總體上分別分為三種主要類型的泥晶形態(tài)并對(duì)應(yīng)三種儲(chǔ)層分類。

Kaczmareket al.[39]根據(jù)泥晶晶體形狀、堆積和晶棱密度的不同，將泥晶分為粒狀半自形晶（Granularsubhedral）、粒狀自形晶（Granular-euhedral）、松散聚集狀（Clustered-loose）、熔結(jié)聚集狀（Clustered-fused）、部分?jǐn)M合（Fitted-partial）和熔結(jié)擬合（Fitted-fused）等六種形態(tài)類型，并進(jìn)一步總結(jié)劃分為粒狀、聚集狀和擬合狀三大結(jié)構(gòu)組合類型。粒狀結(jié)構(gòu)包括半自形和自形晶體，由未固結(jié)的菱形到多面體泥晶構(gòu)成，表現(xiàn)出直線—曲線狀邊界和中等晶棱密度。聚集狀結(jié)構(gòu)包括松散和熔結(jié)聚集狀晶體，由不規(guī)則形狀的泥晶構(gòu)成，具有相對(duì)高密度的不連續(xù)曲線狀晶棱。擬合狀結(jié)構(gòu)包括部分熔結(jié)和熔結(jié)擬合類晶體，表現(xiàn)為較大的泥晶晶體密集鑲嵌，大多數(shù)具曲線邊界和相對(duì)較低的晶棱密度。三種結(jié)構(gòu)類型對(duì)應(yīng)著三種巖石物理微孔“類型”（圖1）。I型與粒狀半自形晶體結(jié)構(gòu)一致，通常表現(xiàn)出較大的平均孔喉半徑（0.7 μm）以及高的孔隙度（>20%）和滲透率（（1～20）×10-3μm2）；II型包括粒狀自形和聚集狀結(jié)構(gòu)，具有中等平均孔喉半徑（0.2 μm）、孔隙度（10%～20%）和滲透率（（0.1～1）×10-3μm2）；III 型包括擬合狀結(jié)構(gòu)，通常具有較小的平均孔喉半徑（0.06 μm）及相對(duì)較低的孔隙度（<10%）和滲透率（<0.1×10-3μm2），相當(dāng)于Moshier[7]所稱的“無孔晶體鑲嵌結(jié)構(gòu)”。

但Kaczmareket al.[39]形態(tài)描述分類較多且術(shù)語相對(duì)復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中比較困難。在微孔泥晶灰?guī)r的相關(guān)研究中，較早地識(shí)別出一種典型的微菱形泥晶方解石（Micro-rhombic calcite）[5,8,43]。Lambertet al.[17]將泥晶灰?guī)r中泥晶分為圓形泥晶、微菱形泥晶和致密它形泥晶三種典型的微觀形態(tài)特征（圖2），這種更為直觀且易于理解的形態(tài)描述術(shù)語得到較廣泛使用[12-13,16]。微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層常由圓形和微菱形泥晶構(gòu)成，圓形泥晶最常出現(xiàn)在微孔油藏頂部附近，微菱形泥晶發(fā)育于油層或水層中部至底部及儲(chǔ)層側(cè)翼微孔相中；圓形泥晶相的儲(chǔ)層物性最好，微菱形泥晶在好儲(chǔ)層和差儲(chǔ)層中都存在，圓形泥晶的平均孔隙度比微菱形泥晶的高8%～13%；而它形泥晶常出現(xiàn)在儲(chǔ)層基部或側(cè)翼富縫合線的非儲(chǔ)層相致密層中[17]。圓形晶體晶面極少呈平面狀，晶體之間呈點(diǎn)接觸。微菱形晶體呈自形到半自形，晶體之間通常呈點(diǎn)接觸，有時(shí)呈鋸齒狀接觸。它形晶體呈半自形到它形（或異型），晶體之間呈鋸齒狀接觸。

圖2 泥晶結(jié)構(gòu)中泥晶的三種形態(tài)及形態(tài)術(shù)語[17]（a）具微孔的圓形泥晶；（b）具微孔的微菱形泥晶；（c）致密的它形泥晶；（d～f）對(duì)應(yīng)（a～c）三種泥晶形態(tài)的三維模擬圖Fig.2 Three morphologies and morphological terms for micrites in micritic limestones[17]

2 孔隙類型

微孔在中東、北非、東南亞、北美和歐洲的中新生界（尤其是中東白堊系）泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層中普遍存在[11-13,15-17,35,44-45]。“微孔”一詞通常用于描述藍(lán)色環(huán)氧樹脂鑄體的石灰?guī)r巖石薄片中觀察到的“藍(lán)色霧霾”（圖3a）。通過掃描電子顯微鏡對(duì)“藍(lán)色霧霾”進(jìn)行詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)微孔的特征是孔隙空間發(fā)育于密度不等的泥晶晶體格架內(nèi)（圖3b～d）。對(duì)微孔的定義通常是基于孔隙直徑大小，微孔直徑一般小于10 μm[25,30,46]。具有微孔的泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層具白堊質(zhì)結(jié)構(gòu)（Chalky texture）或晶體骨架結(jié)構(gòu)（Crystalframework texture），具有較大的晶間孔隙度（圖3），一般在15%～30%之間，滲透率超過1.0×10-3μm2，大多數(shù)孔隙為直徑5～10 μm 的多面體孔洞，由直徑0.5～2 μm 的孔喉相互連接，孔隙高度分散，沿著晶棱呈狹窄的、平直的或?qū)訝羁臻g，是碳酸鹽基質(zhì)晶間微孔的主要組成部分。微孔泥晶灰?guī)r的毛管壓力曲線顯示孔喉大小分布一般呈“分選良好”和傾斜較細(xì)[47-48]。

圖3 微孔泥晶灰?guī)r的微孔孔隙特征[39]（a）中東白堊系微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層的顯微薄片照片。藍(lán)色環(huán)氧樹脂鑄體薄片，在平面偏振光下顯示為典型的微孔“藍(lán)色霧霾”；（b）同一藍(lán)色環(huán)氧樹脂鑄體薄片的背散射照片，低鎂方解石泥晶基質(zhì)（灰色）中發(fā)育的微孔（小黑點(diǎn)）包圍著大孔（黑色）；（c）在更高的放大倍數(shù)下，與（b）部分相同薄片的背散射照片，顯示泥晶晶體的詳細(xì)排列特征；（d）新破碎表面（同一樣品位置）的二次電子掃描電鏡顯微照片，顯示了含有微孔隙的泥晶晶體格架Fig.3 Micropore characteristics of microporous micritic limestones[39]

微孔泥晶灰?guī)r中發(fā)育多種孔隙類型，包括原生晶間微孔和溶蝕增強(qiáng)的基質(zhì)晶間溶孔（或稱海綿狀基質(zhì)溶孔），還可發(fā)育鑄?？缀腿芪g溝道（Microchannels）（圖4）。溶蝕作用可增強(qiáng)晶體骨架結(jié)構(gòu)的晶間微孔。次生微孔直徑一般小于64 μm。微孔空間連通性好時(shí)，一些晶間微孔或微裂隙或縫合線為溶蝕性流體提供通道，沿基質(zhì)邊界溶蝕形成明顯的次生晶間微孔隙，骨骼碎片和微化石的溶解會(huì)產(chǎn)生微鑄?？祝部赡墚a(chǎn)生較大的溶洞和溶蝕溝道，使孔隙度和滲透率增加。

圖4 微孔泥晶灰?guī)r中基質(zhì)溶孔、鑄?？准叭芪g溝通的顯微特征（a）海綿狀基質(zhì)溶孔，生屑泥晶灰?guī)r；（b）海綿狀基質(zhì)溶孔，含生屑泥晶灰?guī)r；（c）溶蝕溝道，生屑泥晶灰?guī)r；（d）鑄?？?，含生屑泥晶灰?guī)rFig.4 Microscopic characteristics of matrix dissolution pores,mold pores and dissolution communication in microporous micritic limestones

3 微孔成因及控制因素

微孔泥晶碳酸鹽巖中微孔的成因與灰泥的成巖作用密切相關(guān)，因?yàn)樘妓猁}巖中的微孔結(jié)構(gòu)是巖石石化過程中發(fā)生的物質(zhì)和孔隙度轉(zhuǎn)變以及隨后的灰泥蝕變的產(chǎn)物。對(duì)于白堊質(zhì)結(jié)構(gòu)及微孔的形成提出了許多假說和多種成巖模式[5-8,17,49-52]，尤其是當(dāng)成巖模式中又疊加了成巖階段和演化時(shí)間等影響因素時(shí)，目前還沒有一個(gè)結(jié)論性的模型能令人滿意地解釋它們的成因，但確定這些控制沉積和成巖因素是了解和預(yù)測(cè)微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布的關(guān)鍵。盡管關(guān)于微孔泥晶灰?guī)r成因的觀點(diǎn)分歧大、爭(zhēng)論劇烈，但總體上來說，特殊的原始礦物組成及特殊的成巖條件是其主要控制因素目前得到了較廣泛的認(rèn)可。

3.1 低鎂方解石灰泥是有利于微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層形成的先決原始礦物條件

泥晶方解石晶體是目前灰?guī)r中微孔隙發(fā)育的主要賦存礦物[6-7,38-39]，而原始礦物學(xué)（文石、高鎂方解石和低鎂方解石）控制著早期礦物學(xué)穩(wěn)定的強(qiáng)度，從而控制著早期膠結(jié)和溶蝕的強(qiáng)度，被認(rèn)為是微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層形成的主要控制因素之一[11-12,16]。解釋泥晶灰?guī)r基質(zhì)及其相關(guān)微孔的主要問題之一是確定灰泥的來源和初始礦物[53-54]，對(duì)于這種物質(zhì)的原始沉積礦物有兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為原始沉積礦物是文石和/或高鎂方解石[5,12-13,16-17,30,49,51,55-56]，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為原始礦物是低鎂方解石[15,57-59]。

不管灰泥主要是來自于海水直接沉淀，還是來自于碳酸鹽質(zhì)生物的機(jī)械分解，海水性質(zhì)都控制了原生碳酸鹽礦物的性質(zhì)。Voleryet al.[11]根據(jù)不同海水化學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)中東地區(qū)在晚石炭世至三疊紀(jì)文石海時(shí)期形成的36個(gè)碳酸鹽巖儲(chǔ)層都未形成微孔碳酸鹽巖；而已知的微孔碳酸鹽巖儲(chǔ)層多發(fā)育于白堊紀(jì)方解石海期間；新生代方解石海向文石海過渡時(shí)期，4個(gè)微孔碳酸鹽巖儲(chǔ)層之中的3個(gè)是在海水成分發(fā)生變化之前形成的（圖5a）。并且白堊紀(jì)是中東儲(chǔ)層沉積時(shí)代在體積和數(shù)量上最重要的時(shí)期，白堊紀(jì)地層的可采石油和可采天然氣分別占50%和13%；白堊紀(jì)儲(chǔ)層也比中東任何其他地質(zhì)時(shí)期的儲(chǔ)層都要多[60]。

白堊紀(jì)是一個(gè)以方解石海洋為特征的時(shí)期（圖5b）[61-67]，主要由低鎂方解石組成的厚殼蛤生物是主要的碳酸鹽建造者[68]，低鎂方解石是主要的非生物成因海相沉積物[61]，文石和高鎂方解石主要是生物成因的，微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層的原始沉積物是一個(gè)“方解石?！杯h(huán)境中沉積的多礦物組合[33,69]，低鎂方解石灰泥是有利于微孔泥晶灰?guī)r發(fā)育的原始沉積物。因此，這些淺海微孔碳酸鹽巖似乎是主要由低鎂方解石晶體組成的原始灰泥發(fā)展而來的。

圖5 中東地區(qū)微孔碳酸鹽巖的分布時(shí)段與全球顯生宙不同時(shí)期海水性質(zhì)分布圖[11]（a）不同時(shí)期微孔碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布時(shí)段；（b）全球顯生宙不同時(shí)期海水Mg/Ca比值Fig.5 Seawater properties and distribution of microporous carbonate rocks in different periods[11]

熱帶海洋碳酸鹽臺(tái)地沉積的現(xiàn)代碳酸鹽泥主要由不穩(wěn)定的文石和高鎂方解石組成，在成巖過程中沒有保留原有的微孔結(jié)構(gòu)。在淡水[70]或埋藏成巖作用[52,71]中，文石和高鎂方解石灰泥轉(zhuǎn)化為由低鎂方解石組成的石灰?guī)r。它們的結(jié)構(gòu)與中東地區(qū)微孔泥晶灰?guī)r中的基質(zhì)顯著不同，其晶體一般大于4 μm，呈它形致密狀，常含殘余文石針。雖然新鮮的文石質(zhì)和高鎂方解石灰泥的孔隙度可以達(dá)到70%，但在成巖固結(jié)后，巖石的孔隙度只有5%左右[70]，比在典型的微孔泥晶灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)的孔隙度要低得多，因而文石和高鎂方解石灰泥不可能是微孔泥晶碳酸鹽巖的潛在原始沉積物；以文石和高鎂方解石為主的現(xiàn)代淺海環(huán)境不能作為地質(zhì)記錄中微孔泥晶碳酸鹽巖研究的類似物。這些灰泥的礦物學(xué)不穩(wěn)定性阻止了其原始微孔結(jié)構(gòu)的保存，會(huì)轉(zhuǎn)化為致密泥晶灰?guī)r。

低鎂方解石灰泥的相對(duì)高穩(wěn)定性可能解釋了為什么淺海微孔碳酸鹽巖在方解石海期間發(fā)育。與由文石或高鎂方解石晶體組成的灰泥相比，低鎂方解石灰泥礦物學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，可促進(jìn)原始微組構(gòu)（包括原生晶間微孔）在中等成巖作用條件下部分保存下來。以低鎂方解石為主的灰泥與文石和高鎂方解石灰泥相比具有相對(duì)較高的礦物學(xué)穩(wěn)定性，是形成微孔泥晶灰?guī)r的先決條件。

3.2 特殊的成巖條件是微孔泥晶灰?guī)r發(fā)育的必要改造條件

低鎂方解石灰泥是微孔灰?guī)r形成的先決原始礦物條件，但也有其他因素影響其演化，特殊的成巖條件是微孔泥晶灰?guī)r發(fā)育的必要改造條件。根據(jù)巖石學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)，各種成巖環(huán)境與微孔隙的形成有關(guān)，包括大氣潛水[5-6,12,16,58-59]，淡水—海水混合[17,49]，早埋藏[13,15,17,30,55,72-73]和深埋藏[74-75]。同時(shí)，對(duì)于控制淺層碳酸鹽臺(tái)地微孔形成的具體成巖過程也有很多說法，如海水中穩(wěn)定作用[7,55,59,76]、極淺至淺埋藏條件下大氣淡水影響的早期成巖過程[5,8,11,13,16,77-78]、深埋藏期間的溶蝕作用[17]、構(gòu)造暴露表生期溶蝕[21,79]等，因而目前成巖因素的觀點(diǎn)分歧較大。然而，目前主要有兩種成因觀點(diǎn)得到比較廣泛地認(rèn)可：與暴露有關(guān)的極淺至淺埋藏條件下大氣淡水影響的早期成巖過程[5,8,11,13,16,77-78]、埋藏期間溶蝕[17]。

（1）與暴露有關(guān)的極淺至淺埋藏條件下大氣淡水影響的早期成巖過程

在白堊紀(jì)和新生代，中東地區(qū)微孔碳酸鹽巖儲(chǔ)層的發(fā)育一般與大型海侵和相對(duì)海平面的高位有關(guān)[12,16]。有利條件出現(xiàn)在主要的海侵期，在海平面停滯或低幅度海平面下降期間，大氣潛水透鏡體發(fā)育，并在隨后的海平面上升期間迅速被反應(yīng)性較弱的海水所取代。相比之下，在海平面下降時(shí)期，會(huì)導(dǎo)致滲透性膠結(jié)作用的形成，隨著原始泥晶組構(gòu)的破壞，原生晶間微孔隙度急劇減少[80-81]，而其他類型的儲(chǔ)層可在此條件下發(fā)育（如巖溶儲(chǔ)層、古土壤和鋁土礦）[82-84]，但不會(huì)形成微孔泥晶灰?guī)r。

與具有較高δ13C 值、晶體細(xì)小（<2 μm）、晶體以它形為主、陰極發(fā)光下明亮發(fā)光的泥晶基質(zhì)占優(yōu)勢(shì)的致密泥晶灰?guī)r相比，在微孔泥晶灰?guī)r中，泥晶粗大（>2 μm），以半自形為主，在陰極發(fā)光下發(fā)光非常暗，δ13C比值偏負(fù)[81]，再加上微孔泥晶灰?guī)r中出現(xiàn)小晶體與大晶體共存的雙峰晶粒模式[16]，表明方解石次生加大是大氣潛水透鏡體內(nèi)沉積物的早期成巖轉(zhuǎn)變（圖6）。不穩(wěn)定晶體（文石、高鎂方解石與小的低鎂方解石晶體）的溶解為更穩(wěn)定晶體（大的低鎂方解石晶體）上發(fā)育的次生加大生長(zhǎng)提供了物質(zhì)[85-87]。小晶體的溶解有利于大晶體的次生加大（奧斯特瓦爾德成熟過程[85]），這些溶解—再沉淀過程或進(jìn)積新生變形作用形成了沉積物的早期膠結(jié)，使沉積物硬化，防止壓實(shí)，同時(shí)部分保留了原始的結(jié)構(gòu)和原始的晶間微孔網(wǎng)絡(luò)[12,16]，使泥晶區(qū)域孔隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變[33]；該過程還通過消除小尺寸的晶體來提高滲透性。如果在進(jìn)積新生變形作用之前發(fā)生海底巖化，使泥晶膠結(jié)物沉淀和（或）泥晶區(qū)域內(nèi)晶體生長(zhǎng)導(dǎo)致固—固接觸增加，則可發(fā)育致密灰?guī)r。Voleryet al.[12,16]根據(jù)與中東地區(qū)下土倫階Mishrif組淺海泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層的基質(zhì)微組構(gòu)相似的西班牙馬德里盆地晚中新世湖相微孔泥晶灰?guī)r研究認(rèn)為：在馬德里盆地的白堊紀(jì)海水和中新世晚期淡水湖泊中，低鎂方解石是主要的碳酸鹽沉淀礦物，致密相的壓實(shí)作用較強(qiáng)，微孔相的壓實(shí)作用較弱，而致密相和微孔相灰?guī)r的巖石結(jié)構(gòu)、沉積成分、礦物學(xué)和化學(xué)成分基本一致，唯一的區(qū)別在于方解石次生加大普遍存在于微孔灰?guī)r中，但在致密碳酸鹽中幾乎不存在。

圖6 微孔泥晶碳酸鹽巖與致密泥晶碳酸鹽巖在早成巖期間成巖過程的區(qū)別[12,16]1～4代表了在方解石海和長(zhǎng)期海侵或高位時(shí)期沉積的淺海相碳酸鹽巖臺(tái)地。A～D（微孔相）、W～Z（致密相）顯示了泥晶基質(zhì)的演化過程（圖寬約15 μm）。第一階段：碳酸鹽泥構(gòu)成了核形石、球粒、有孔蟲、雙殼、棘皮、綠藻和腹足等粒屑沉積物的基質(zhì)，主要由低鎂方解石晶體和少量文石針及來自生物解體的高鎂方解石晶體組成（圖A和W）。第二階段：在短期海退過程中，沉積物中形成了一個(gè)淡水潛水透鏡體。在透鏡體內(nèi)（主要是在其頂部），最不穩(wěn)定的晶體（文石、高鎂方解石和最小的低鎂方解石）溶蝕，有利于最穩(wěn)定的泥晶（最大的低鎂方解石）次生加大（圖B）。方解石次生加大鞏固了泥晶基質(zhì)的原始微結(jié)構(gòu)，在一定程度上保護(hù)了晶間微孔。位于淡水透鏡體之外的碳酸鹽沉積物不受這些溶解—再沉淀過程的影響，它們基本上保持不變（圖X）。第三階段：海侵再次淹沒沉積物回到海洋環(huán)境，泥晶基質(zhì)的溶解—再沉淀過程終止并不再發(fā)生改變（圖C），淡水透鏡體內(nèi)部的碳酸鹽沉積物構(gòu)成了早期膠結(jié)層。位于淡水透鏡體之外的沉積物基本保持不變（圖Y）。第四階段：可容納空間內(nèi)沉積的沉積物（淺灰色）使先前沉積物壓實(shí)（深灰色）。早期膠結(jié)層抵抗壓實(shí)形成微孔泥晶灰?guī)r（圖D，點(diǎn)狀到鋸齒狀接觸的微組構(gòu)），而早期未發(fā)生強(qiáng)烈膠結(jié)的沉積物則被壓實(shí)并形成致密泥晶灰?guī)r（圖Z為致密微組構(gòu)）Fig.6 Different diagenetic processes for microporous micritic carbonate rocks and tight micritic carbonate rocks during early diagenesis[12,16]

然而，對(duì)于深海遠(yuǎn)洋沉積的微孔泥晶灰?guī)r，如意大利東南部的賽諾曼階和馬斯特里赫特階“Scaglia”灰?guī)r[88]或中太平洋海山的上白堊統(tǒng)碳酸鹽濁積巖[89]，則很難考慮這種情況。

除此之外，Léonideet al.[79]認(rèn)為早期大氣淡水成巖作用是法國(guó)東南部巴雷姆階—阿普特階碳酸鹽臺(tái)地灰泥中原生孔隙全部封閉的原因，認(rèn)為孔隙度的增加主要是由于早期埋藏時(shí)的奧斯特瓦爾德成熟和表生期間（Telogenesis）淡水流體的溶解。Carpentieret al.[90]研究法國(guó)巴黎盆地東部上侏羅統(tǒng)牛津階泥晶灰?guī)r微孔時(shí)，認(rèn)為地表以下大氣淡水的滲入可能有利于礦物穩(wěn)定過程，增強(qiáng)早期的孔隙閉合，早期暴露表面下的大氣淡水成巖作用并不是泥晶灰?guī)r孔隙形成的系統(tǒng)原因，相反可能導(dǎo)致致密泥晶灰?guī)r的形成。出現(xiàn)這種情況，可能與海平面下降時(shí)間長(zhǎng)和形成滲透性膠結(jié)作用有關(guān)，隨著原始泥晶組構(gòu)的破壞，原生晶間微孔隙度急劇減少。

（2）埋藏期間溶蝕

微孔泥晶灰?guī)r在埋藏成巖期間可能發(fā)育溶蝕作用[17,33]。Richardet al.[33]研究了法國(guó)東南部Jura and Bas 臺(tái)地下白堊統(tǒng)巴雷姆階上部和阿普特階中部Urgonian灰?guī)r中微孔的形成過程，認(rèn)為溶解過程在泥晶區(qū)形成了鑄?？缀途чg宏觀孔隙。Lambertet al.[17]對(duì)中東地區(qū)侏羅系—白堊系潟湖相灰泥研究后，認(rèn)為在埋藏成巖過程中，可能在油氣充注階段之前和期間發(fā)生運(yùn)移的酸性流體（特別是沿通道和蓋層上方的流體）會(huì)改善微菱形泥晶的儲(chǔ)層特性（圖7），造成埋藏溶解作用，形成圓形泥晶晶體，增加孔隙度（8%～13%），減小泥晶晶體晶粒大小（平均約1 μm）。

圖7 微孔碳酸鹽巖儲(chǔ)層的埋藏溶蝕成因模式圖[17]Fig.7 Burial dissolution genetic model of microporous carbonate reservoirs[17]

由此可見，泥晶灰?guī)r中孔隙（包括原生晶間微孔和溶蝕增強(qiáng)的海綿狀基質(zhì)溶孔以及鑄模孔和溶蝕溝道）的形成有可能是早期淺層埋藏下大氣淡水淋濾以及埋藏成巖期間有機(jī)酸溶蝕作用等兩期溶蝕作用疊加的結(jié)果（圖8）。在近地表海洋環(huán)境中，泥晶化形成了部分晶間微孔隙。在淺層埋藏大氣淡水環(huán)境下，淡水透鏡體內(nèi)部的文石和高鎂方解石的礦物學(xué)相對(duì)不穩(wěn)定作用導(dǎo)致生物骨骼顆粒溶解形成了鑄模大孔隙。不穩(wěn)定晶體的溶解（文石、高鎂方解石與小的低鎂方解石晶體）有利于更穩(wěn)定的、大的低鎂方解石晶體發(fā)生次生加大生長(zhǎng)（奧斯特瓦爾德成熟過程或進(jìn)積新生變形作用），形成了沉積物的早期膠結(jié)使沉積物硬化，在防止壓實(shí)作用進(jìn)行的同時(shí)，還部分保留了原始的結(jié)構(gòu)和原始的晶間微孔網(wǎng)絡(luò)，并通過消除小尺寸的晶體提高了滲透性。最后，在埋藏成巖過程中，有機(jī)酸性流體溶蝕作用可能會(huì)改善微菱形泥晶的儲(chǔ)層特性，形成圓形泥晶晶體并進(jìn)一步形成海綿狀基質(zhì)溶孔及溶蝕溝道，增加了孔隙度。

圖8 泥晶灰?guī)r微孔的成因機(jī)制Fig.8 Genetic mechanism of micritic limestone micropores

4 對(duì)國(guó)內(nèi)油氣勘探的啟示

盡管淺海微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究在國(guó)外已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注，但由于這類儲(chǔ)層多發(fā)育在中生界白堊系海相地層，而我國(guó)白堊系多為陸相地層，同時(shí)近期的一些相關(guān)研究也是基于海外區(qū)塊油氣項(xiàng)目，因而總的來說，我國(guó)對(duì)以泥晶灰?guī)r或泥晶支撐的碳酸鹽巖儲(chǔ)層并沒有給予太多關(guān)注。

事實(shí)上，前期已有一些學(xué)者對(duì)我國(guó)古生代泥微晶灰?guī)r儲(chǔ)層給予了一些關(guān)注，如葉德勝[75,91]研究了塔里木盆地北部上丘里塔格群致密灰?guī)r微孔儲(chǔ)層，并認(rèn)為上述泥微晶灰?guī)r是重要的潛在儲(chǔ)集巖。但值得注意的是，上述泥微晶灰?guī)r儲(chǔ)層的孔隙度很小，大多數(shù)均小于1.5%[75,91]，同時(shí)其儲(chǔ)集空間頗有爭(zhēng)議（裂隙型、裂隙—縫合線型或縫合線—微孔型？），且其微孔幾乎只能通過掃描電鏡進(jìn)行觀察，因而這些泥微晶灰?guī)r儲(chǔ)層與國(guó)外淺海微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層仍有很大差別，而且我國(guó)古生代淺海泥晶灰?guī)r所在層系總體具有時(shí)代老、成因多、埋藏深、成巖強(qiáng)、改造大等特點(diǎn)，造成其儲(chǔ)層形成機(jī)理非常復(fù)雜，因而我國(guó)古生代淺海泥晶灰?guī)r油氣勘探仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)。當(dāng)然，我國(guó)古生代淺海泥晶灰?guī)r相當(dāng)發(fā)育，這類儲(chǔ)層仍具有一定的油氣勘探潛力。

5 結(jié)論

（1）泥晶灰?guī)r通常具有微孔的白堊質(zhì)結(jié)構(gòu)和致密的鑲嵌結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)類型。泥晶顆粒結(jié)晶學(xué)、晶體形態(tài)和晶間接觸類型是控制微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性的最重要參數(shù)，泥晶形態(tài)結(jié)構(gòu)（包括晶體形狀和接觸面）在微孔泥晶碳酸鹽巖儲(chǔ)層相與非微孔致密泥晶儲(chǔ)層之間存在較大的差異，泥晶基質(zhì)總體上分為三種主要類型的泥晶形態(tài)并對(duì)應(yīng)三種儲(chǔ)層分類：常由圓形泥晶和微菱形泥晶構(gòu)成的微孔泥晶灰?guī)r儲(chǔ)層，由它形泥晶構(gòu)成的致密灰?guī)r。

（2）泥晶灰?guī)r中存在多種孔隙類型孔，包括原生晶間微孔和溶蝕增強(qiáng)的海綿狀基質(zhì)溶孔，以及鑄模孔和溶蝕溝道。碳酸鹽基質(zhì)的晶間微孔寬度一般為5～10 μm，是碳酸鹽基質(zhì)晶間微孔的主要組成部分。溶蝕可增強(qiáng)晶體格架結(jié)構(gòu)的晶間微孔隙度。

（3）微孔的形成主要受到原始礦物組分和成巖條件的共同制約。以低鎂方解石晶體為主的灰泥與文石和高鎂方解石灰泥相比具有較高的穩(wěn)定性，是形成微孔泥晶灰?guī)r的先決礦物條件。特殊的成巖條件是微孔泥晶灰?guī)r發(fā)育的必要改造條件，表現(xiàn)為泥晶灰?guī)r中孔隙（包括原生晶間微孔和溶蝕增強(qiáng)的海綿狀基質(zhì)溶孔、鑄?？缀腿芪g溝道）的形成是早期淺層埋藏下大氣淡水淋濾以及埋藏成巖期間有機(jī)酸溶蝕作用等兩期溶蝕作用疊加的結(jié)果。在淺埋藏淡水透鏡體內(nèi)，方解石次生加大（奧斯特瓦爾德成熟過程）形成了沉積物早期膠結(jié)抵抗壓實(shí)作用，部分保留了原始結(jié)構(gòu)和原始晶間微孔網(wǎng)絡(luò)，并通過消除小尺寸晶體提高了滲透性；淡水選擇性淋濾也形成了較廣泛發(fā)育的鑄?？?。在埋藏成巖過程中，有機(jī)酸性流體溶蝕作用形成海綿狀基質(zhì)溶孔及溶蝕溝道，也導(dǎo)致了圓形泥晶形狀的形成。