油气田古岩溶研究进展

1985年，由Choquette和James召集和组织在美国科罗拉多学院召开了题为“古岩溶系统及不整合面特征和意义”的学术讨论会。会后于1987年汇编的Paleokarst研究专辑，集中反映了国际上近年来不同领域的专家们从多侧面对不同时代碳酸盐岩地层中进行古岩溶研究的成果与现状；同期，在中国地质科学院岩溶地质研究所和中国地质学会岩溶地质专业委员会的主持下，召开了第一届及第二届全国岩溶矿床学术讨论会；1992年4月，中国天然气学会地质专业委员会在无锡召开了“碳酸盐岩岩溶储层研究及海相现代沉积学术研讨会”。这期间，我国除大量介绍、吸收并应用国际相关研究的先进技术方法和理论外，还根据我国20世纪80年代以来在四川、鄂尔多斯、塔里木等地实际揭露的古岩溶现象，结合我国地质演化特点，借鉴相关学科研究理论和方法进行深入探索；并在古岩溶发育特征、形成机理、控制因素等方面开展了大量研究工作，取得了可喜的成果（梅博文，1992；唐正松，1995；王宝清等，1996；黄尚瑜，1997；郑荣才，1997；邓自强，1998；蓝江华，1999;Chan,2000；郑聪斌，2001；安润莲等，2002;Wang等，2002；邬长武等，2002；许效松，2004；贾振远等，2004），在某些方面还形成了各自的特色。

陈学时等（2004）等通过对岩溶储层发育特征与油气关系的研究，指出我国油气田古岩溶储层古岩溶在垂向分带、形态和充填类型等特征；肖玉茹等（2003）将其分为地表岩溶残积带、垂直渗流岩溶带和水平潜流岩溶带；贾振远（2004）等通过研究认为典型的碳酸盐岩古风化壳储集层（体）可划分为4个带：破碎带、渗流带、混合带和潜流带；此外还有将古岩溶纵向剖面分为地表岩溶残积带、垂直渗流岩溶带、水平潜流岩溶带和深部缓流带。

许效松等（2004）认为构造与古隆起、古气候以及岩石性质与结构是风化壳岩溶储层发育的控制因素；刘善华等（2005）将古岩溶储层发育的控制要素分为10个方面：气候、地下水的化学作用能力、矿物学、出露地表的时间长短、先存的孔洞网络、沉积相和地层特征、水文系统、出露区的规模和地形特征、基准面的改变以及构造沉降特征等；肖玉茹等（2003）认为影响古洞穴碳酸盐岩储层的平面非均质性的主要因素有古构造、古断裂、古水文系统、古岩溶地貌等，其中与古岩溶地貌关系最为密切，而多层洞穴的发育则主要受控于构造抬升和海平面升降。

黄继新等（2006）对车镇地区下古生界碳酸盐岩潜山岩溶模式的研究中共识别出3期岩溶作用，并初步探讨了3期岩溶机制，提出了在大气水与海水的混合水、地表水、地下水以及地下热液影响下的岩溶作用模式。陈清华等（2002）发现古岩溶在演化过程中经历了同沉积期、风化壳期、埋藏期、后生变化期等，将古岩溶发育过程中的溶蚀作用分为5类：早期暴露的大气水淋溶、表生阶段岩溶作用、压释水溶蚀作用、岩浆活动等热液溶蚀以及有机质热演化产生的有机酸等多期溶蚀作用，并将古岩溶分为沉积岩溶、风化壳岩溶、缝洞系岩溶等几大类；李振宏等（2004）根据形成条件及控制因素将鄂尔多斯盆地下奥陶统古岩溶划分为表生期岩溶和埋藏期岩溶2大类：表生期岩溶分为同生期层间岩溶和裸露期风化壳岩溶，埋藏期岩溶分为压释水岩溶和热水岩溶；李定龙等（1998）认为古岩溶作用可以划分为5个时期：沉积岩溶作用期（沉积水文地质期，发育沉积岩溶或层间岩溶）、风化壳岩溶作用期（淋滤水文地质期）、埋藏岩溶作用期（埋藏封闭水文地质期）、半埋藏－构造岩溶作用期（二次淋滤水文地质期，伴有强烈构造－岩浆热液活动）、二次埋藏岩溶作用期（二次埋藏封闭水文地质期）。

国外学者也注意到埋藏成岩阶段的有机酸溶蚀作用（David,1989;Stephen,1989a,b;Wagner 1990），对早期地表环境或浅埋藏环境下大气淡水或同生期海水岩溶的改造，提高储层的孔隙度和渗透率，对储层起到建设性作用。在对中东地区侏罗系至白垩系碳酸盐岩储层研究中发现（David,1989;Stephen,1989a），从早期成岩阶段大气淡水环境到浅埋藏成岩阶段的海水环境中，高镁方解石和文石重结晶作用使得微孔网络重组，并成为现代储层孔隙的重要来源。Esteban和Taberner（2003）通过碳酸盐胶结物的流体包裹体温度和稳定同位素（δ¹³C,δ¹⁸O）测定，发现碳酸盐岩储层埋藏后期咸水混合与咸水冷却过程会产生次生孔隙。油气田中高浓度H₂S累积通常与深埋藏高温碳酸盐岩储层和烃类的硫酸盐的热化学降解产生的非生物氧化作用有关，而含高浓度H₂S的流体对碳酸盐岩的溶蚀和生烃具有关键的作用。我国学者马永生等（1999）也以模拟实验证实了硫化氢对川东飞仙关组碳酸盐储层溶蚀改造作用。Morrow（1990）在新西兰Taranaki盆地渐新世地层研究中提出高含盐的孔隙流体在碳酸盐岩储层埋藏阶段的白云岩化过程中起到重要作用，压裂过程中白云岩易形成良好的裂隙储集网络。此外，李定龙（1999）考虑到古岩溶系统与环境要素与现代岩溶的差异性，提出“古岩溶地球化学”的概念和研究方法。

流体—岩石相互作用研究中，一般借助模拟实验手段，Rauch等（1977）、翁金桃（1987）、宋焕荣等（1990）实验得出了碳酸盐岩的溶解受岩性控制，在常温常压酸性介质中，碳酸盐岩的溶解速率随方解石含量的增加而增加，随白云石含量的减少而降低。翁金桃（1987）还得出溶蚀作用与碳酸盐岩结构有关。韩宝平（1991）得出在90℃，20MPa的埋藏条件下，白云岩比其在地表时的溶蚀速度快。杨俊杰等（1995）模拟了近地表表生开放体系和埋藏环境两种不同条件下方解石、白云石的相对稳定性，得出近地表条件下碳酸盐岩的溶解速率与其矿物组成有关，方解石含量越高溶解速率越快；埋藏条件下白云石溶解速率大于方解石，现深埋藏油气储层多为白云岩被认为与此有关。类似的实验国内外还有很多，从中看出，一方面利用溶蚀实验手段开展流体—岩石作用研究有着十分重要的意义；另一方面溶蚀作用是相当复杂的，影响因素是多方面的，诸如岩性、温度、压力、有机酸、CO₂分压等（Milliman,1974;Longman,1980;James等，1984;Moori等，1981,1984;Fridman,1987;Charles,1988;Quinn,1991;Cater等，1994;Saller等，1994;Beach,1995;Sun,1995;Leslie,1996；郑荣才等，1997a,b）。

综合国内外文献，古岩溶研究方面取得的进展包括：①从地层、地貌、岩石矿物、地球化学等方面提出了古岩溶的宏观和微观鉴别标志；②借鉴现代岩溶学理论，开展古岩溶作用过程与内外地质因素机理研究；③研究了古生代以来的一些岩溶实例，总结地表和地下岩溶的发育特征，对岩溶在垂向剖面上的分带性和洞穴充填物的分带特征有了较详细的论述；④应用碳酸盐沉积学、储层成岩作用、地球化学等基础理论和实验分析手段，开展了洞穴物理、化学等充填物的研究，提出了大气水成岩作用体系的地球化学、胶结物地层学和水动力学模式，建立实例性的古岩溶发育综合模式；⑤认识到了古岩溶对决定大型储渗空间、碳酸盐岩储集体形成和分布的控制作用及地质意，识别到世界上许多大储量、高产油气田的形成多与地质历史时期中的古岩溶作用有关，并从地质、钻井、录井、测井、开发动态等方面对岩溶型储层的特征进行了表征性的描述（Buchbinder等，1984;Kovluk,1984;Bhatia,1985;Flexer等，1985;Daniels等，1986；李永安等，1991;Mutti等，1991;Fritz,1993；雷国良等，1994；贾振远等，1995；张美良等，1998；李定龙等，1999；马振芳等，2000；隋少强，2001；严兆彬等，2005）。