白云岩(石)化和研究实例

细晶白云岩(具剩余鲕粒结构,粒间溶孔较发育)
细晶白云岩(晶间孔和晶间溶孔较发育)
中晶白云岩(晶间孔、晶间溶孔和超大溶孔非常发育)
碎裂化不等晶白云岩(晶间孔和晶间溶孔非常发育)
(3）长兴组和飞仙关组中白云岩储层成因 ①渗滤回流模式（成矿所，2005）
飞仙关组和长兴组中丰富多彩的优质白云岩储层成因， 大多数被认为与早期暴露和大气水、混合水流体有关的白 云岩化作用结果，并提出了众多成因模式，其中被最广泛 应用的模式是渗透回流和混合水白云岩化模式。
长兴组和飞仙关组中常见 的礁白云岩和颗粒白云岩、晶 粒白云岩等，普遍具很好的储 集性，部分为优质储层
①长兴组白云岩储层特征
普光6井长兴组生物礁白云岩 储层沉积剖面结构
毛坝3井长兴组生物礁白云岩 储层剖面结构
川东北地区长兴组碳酸盐缓坡和生物礁有利 储层发育相带沉积模式示意图
长兴组溶孔海绵礁白云岩
浅埋藏混合水白云岩化流体条件：1. 10-90%的海水与90-10% 的淡水混合；2.Mg/Ca>3.4；3.具备白云石生长的成核条件
近地表--海水混合水模式(据Tucker,1991)
浅埋藏混合水白云岩化流体条件： 1. 10-90%的海水与90-10%的淡水混合；2.Mg/Ca>3.4；3.具 备白云石生长的成核条件
亮晶鲕粒白云岩(粒间和粒内溶孔非常发育)
亮晶鲕粒白云岩(粒间和粒内溶孔非常发育)
粉-细晶鲕粒白云岩(粒间、粒内和超大溶孔非常发育)
亮晶鲕粒白云岩(粒间、粒内溶孔非常发育，具示底构造)
(2)飞仙关组 白云岩同位素分布特征示意图
Z:盐度指数 Z=2.048(δ 13C+50)+0.498 (δ 18O+50)（PDB‰）标准
1）白云岩化模式
不同部位的海水白云化作用模式图(据Tucker,1991)
蒸发泵模式(据Tucker,1991)
准同生白云岩化流体条件： 1.高盐度；2.Mg/Ca >8.4 ；3.具备白云石生长的成核条件
渗透回流模式(据Tucker,1991)
准同生白云岩化流体条件： 1.高盐度；2.Mg/Ca>8.4；3.具备白云石生长的成核条件
地多孔。 （文石mol体积为34.15 cm3／mol，方解石mol体积36.93cm3
／mol，白云石,mol体积为32.05cm3／mol ）
（减体积效应的理论依据）
文 石： mol体积为34.15 cm3／mol 方解石： mol体积为36.93cm3／mol 白云石：mol体积为32.05cm3／mol
泻湖
② 混合水模式（四川局和成矿所，2005）
淡水与正常海水混合水
淡水 海水
淡水或卤水与海水混合水
淡水 海水
卤水
③成岩期埋藏白云石化模式
对川东北早三叠世碳酸盐岩沉积区而言，当时 气候条件极干旱炎热，区域上以广泛发育局限和蒸 发台地为主，由于持续强烈的蒸发作用促使沉积环 境的海水或沉积物中的孔隙水盐度逐渐升高，不仅 缺乏持续性的淡水透镜体形成条件而难以构成区域 性的“混合水白云石化带” ，而且在海水或孔隙水 的不断蒸发过程中，水体中Ca2+离子不断消耗而 Mg2+不断富集，其结果是：一方面有利于白云石快 速成核而形成与石膏等盐类矿物共生的准同生阶段 白云岩化作用；另一方面在高能的鲕粒滩（或生物 礁）沉积环境中可形成高盐度的埋藏孔隙水流体而 有利于成岩过程中埋藏交代作用为主的白云岩化作 用
3.不同成岩期次的白云岩在岩石结构、晶体大小和 干净程度，以及各类孔隙的发育状况和充填物类型的 众多特征上，虽然有明显的差别，但出现继承性演化 特点，并一致反映了埋藏成岩过程中白云岩化程度越 高越有利于优质储层发育的基本规律。 4. 随成岩作用增强，白云石有序度增高和变化范 围缩小。 5.微量元素分析，不同成岩阶段白云岩的 Fe、Mn、 Sr微量元素的含量变化非常近似,说明不同成岩阶段的 白云岩化流体的性质是非常相似的，大多数样品具很 高的Sr和Fe、Mn含量，显示出非正常海水的影响特 征和很弱的外界大陆淡水干扰作用 。
5.4 飞仙关组储层白云岩化流体来源的讨论
1. 综合上述飞仙关组白云岩储层的锶同位素组成特征，认 为源于早三叠世地层封存的孔隙水（海源水）为各埋藏成岩阶 段的富Mg2+离子的白云岩化流体来源，如果Sr锶同位素组成特 征在判别成岩流体的来源方面是可靠的，那么Sr同位素变化规 律可以进一步论证埋藏白云岩化作用的可靠性，如87Sr／86Sr偏 低的样品主要是正常海相微晶灰岩，偏高的主要是准同生白云 岩和热液方解石，而与海水最接近的则是早-中成岩阶段埋藏交 代成因的细～中晶白云岩，并且白云岩化程度越高， 87Sr／86Sr 比值越接近McArthur的早三叠世海水锶同位素值。黄思静教授 对罗家寨和渡口坝构造飞仙关组白云岩储层的锶同位素地层研 究结果，也得出了白云岩化流体的锶同位素符合沉积期海水特 征 的 结 论 ， 在 其 分 析 的 37 件 鲕 粒 和 晶 粒 白 云 岩 样 品 中 ， 87Sr/86Sr 比 值 变 化 范 围 为 0.707406 ～ 0.708276 ， 平 均 值 为 0.707659，与本项目研究得出的平均值0.707656完全一致。
川东北飞仙关组各成岩阶段鲕粒白云岩结构演化图谱
早成岩阶段A期
早成岩阶段B期
早成岩阶段B期
中成岩阶段A期
川东北飞仙关组各成岩阶段鲕粒白云岩结构演化图谱
中成岩阶段A期 中成岩阶段B期
中成岩阶段B期
晚成岩阶段构造活动期 晚成岩阶段
白云岩化过程的减体积效应
文石质转变成方解石时体积会加大８.1４％ ,加大的体积主要
占据孔隙而使岩石变得非常致密； 文石质转变成白云石颗粒时体积会缩小6.15％,产生晶间孔隙 而岩石变得多孔（如考虑Sr2+被Ca2+取代时造成的体积变化， 体积缩小还会略多一些 ）；
方解石转变成白云石时体积会缩小14.81％，使岩石变得更加
蒸发-浓缩模式(据Tucker,1991)
准同生白云岩化流体条件： 1.高盐度；2.Mg/Ca>8.4；3.具备白云石生长的成核条件
地下水与海水的混合液对方解石和白云石的 饱和程度的影响 (据巴迪奥札曼尼，1973)
美国威斯康星中奥陶统米夫林段的白云化作用示意图，此图表 示在威斯康星背斜，在岩石出露水面以后，淡水透镜体及其下 伏的半咸水带的位置，混合白云化作用就在此透镜体以下的半 咸水带中进行(据巴迪奥札曼尼，1973)
六、白云岩（石）化
1. 白云岩化的意义
白云岩化（或白云石化）的实质是成岩介质中Mg2+ 逐渐置换方解石晶格中Ca2+的过程，在此过程中，由 于离子半径较小的Mg2+置换了方解石晶格中离子半径 较大的Ca2+而使新生白云石晶体的晶形变好和体积相 对方解石缩小。理论上，由方解石转化为白云石的过 程可缩小的体积最多可达14.81%，即所谓的减体积效 应，由此而产生的规则多面体晶间孔使岩石的孔隙度 增大，因此，白云岩化过程是形成次生孔隙、即晶间 孔的一个重要过程，是形成碳酸盐岩储层的最重要的 成岩作用方式之一。
深潜淡水--海水混合水模式(据Tucker,1991)
埋藏压榨水模式—成岩白云石化模式(据Tucker,1991)
有关白云岩化的几个理论问题
①近地表条件下形成的白云石（原白云石）是很不稳定的； ②在温度高于60℃时，富Ca2+离子的孔隙水会伴随Ca2+离子 的消耗会变成富Mg2+离子的白云岩化流体，从而使地下水或 埋藏的孔隙水满足白云岩化的要求； ③很多白云岩的原始沉积组构在埋藏成岩阶段遭到严重的破 坏，白云石的重结晶作用使岩石的整体特征与近地表条件下形 成的白云岩面貌迥然不同； ④形成大规模块状白云岩的Mg2+的来源问题，对埋藏深度 的定义，以及埋藏成因的白云岩与准同生阶段的白云岩如何区 别等。海水作为白云岩化Mg2+离子的主要来源已是不争的事 实，现在讨论更多的是这些富Mg2+离子的白云岩化流体是通 过什么方式来。
储层白云岩研究实例
川东北地区飞仙关组和长兴组
储层白云岩成因分析
〈来自岩石结构和锶同位素的证据〉
1 ）川东北长兴组和飞仙关组白云岩 储层的基本特征
川东北长兴组和飞仙关组发育有两种 结构类型的白云岩：其一是泥-微晶白云岩 和石膏质白云岩，岩性非常致密，不利储 层发育；其二是长兴组的礁白云岩和飞仙 关组以鲕粒为主的颗粒白云岩、晶粒白云 岩，岩石晶粒粗和多孔，往往是优质碳酸 盐岩储层发育的岩性。
长兴组和飞仙关组中常见的泥-微晶白云岩和石膏质白云岩
大多数研究者认为川东北长兴组和飞仙关组准同生白云岩是蒸 发台地萨勃哈环境的产物，用蒸发泵模式解释其成因，典型的 岩石类型是泥-微晶的、含硬石膏的，或与硬石膏互层产出的膏 盐质泥-微晶白云岩、层纹石泥-微晶白云岩、膏质藻团粒微晶 白云岩和硬石膏、盐岩组合，常见干裂、钙结壳等暴露标志
⑤埋藏深度划分方案中的浅埋藏与中、深埋藏深度的界定，
多数人认为是1000m，也有认为500m即可，目前还没有共同 认可的标准； ⑥在多阶段白云岩化叠加作用的产物，所记录的大多数是 对最终成岩环境留下的标志，因此，要准确区分不同埋藏成 岩阶段和成因类型白云岩化过程，无论是从岩石学还是从地 球化学角度，都是非常困难的。 ⑦地球化学分析资料(尤其是Sr同位素特征)反映，埋藏成岩 阶段与准同生阶段形成的白云石在很多方面存在明显差异； ⑧一些先进的分析手段，通过矿物流体包裹体资料分析提 供了埋藏成岩阶段的流体组成及成岩温度等珍贵信息。
长兴组溶孔海绵岩
长兴组溶孔海绵礁白云岩
白云岩—藻团粒粘结白云岩
②飞仙关组白云岩储层特征
普光2井飞二段开阔台地大滨外滩 鲕粒和晶粒白云岩储层剖面结构
普光6井飞一段开阔台地大滨外滩 鲕粒和晶粒白云岩储层剖面结构
川东北地区飞仙关组碳酸盐岩台地大滨外滩 有利储层发育相带沉积模式示意图
Dolomites are important hydrocarbon reservoirs with excellent porosity and permeability.
200 mm
3-8-1-11W2, 3213.2 m. w = 1.3 mm
3. 白云岩的成因分类及其相应的生成机理
需要特别强调的是，“渗透回流”和“混合水白云 岩化”是否能形成大规模的块状白云岩，近十年来在 欧美国家遭到广泛质疑，在近期众多有关块状白云岩 储层的研究成果中，对白云岩成因机理解释的更多的 是“成岩埋藏白云岩化作用”，最经典的研究成果是 “加拿大西部沉积盆地中泥盆统埋藏白云岩的锶同位 素组成-白云化流体来源的明显证据”（W.Mountjoy， 1999 ）和“阿尔伯特深盆中西部泥盆系受断裂和管 道 流 体 控 制 的 埋 藏 成 岩 白 云 石 化 作 用 ” （ Darrly G.Green and Eric W.Mountjoy，2005）。川东北地 区飞仙关组鲕粒白云岩和长兴组礁白云岩储层被确定 为成岩埋藏白云岩化的产物依据如下几方面的证据：
(4) 川东北飞仙关组和长兴组储层是埋藏成岩 白云岩化作用结果的证据 ①岩石学特征；②矿物学特征（白云石的标型特
征和有序度）；③阴极发光性特征； ④Fe、Mn、Sr 微量元素地球化学特征 ；⑤碳、氧稳定同位素地球 化学特征 ；⑥次生方解石单矿物异常锶丰度 ；⑦锶 稳定同位素 ；⑧包裹体均一温度 ； 以下重点讨论来自岩石结构和锶稳定同位素的证据
(1)来自岩石结构的证据 1.由准同生白云岩化所形成的白云石多以它形和半 自形的泥-微晶结构为主，飞仙关组和长兴组白云岩储 层晶粒普遍以较粗的细～中晶为主，部分达到粗晶；
2. 以鲕粒白云岩、残余鲕粒白云岩、残余礁白云岩 及晶粒白云岩为代表，据白云石产出特征和白云岩残 余结构的保存状况，可划分出三阶段五期次埋藏白云 岩化： ①早成岩阶段A期结构保存非常好的亮晶鲕粒 白云岩，②早成岩阶段B期鲕粒结构保存较好的粉-细 晶鲕粒白云岩， ③中成岩阶段 A期残余鲕粒细-中晶白 云岩，④中成岩阶段B期中-粗晶白云岩，⑤晚成岩阶 段构造活动期碎裂化不等晶白云岩。