碳酸盐岩储层特征

（一）海相碳酸盐岩储层的岩石学特征

碳酸盐岩按成分分为灰岩和白云岩两种基本类型，同时它们与粘土岩、碎屑岩之间也常出现过渡岩石类型。矿物成分最常见由方解石和白云石按不同比例混合而成，其次是方解石、白云石与粘土质之间的混合，少数可见到它们与陆源粉砂的混积岩，及与菱铁矿、石膏、硬石膏、盐岩等的混合类型。根据成分、成因、结构和储层意义，划分为灰岩、白云岩和生物岩（礁体）3大类型。

1.灰岩

根据灰岩中颗粒/灰泥比、亮晶/灰泥比及颗粒类型等多种因素，进一步划分为内碎屑灰岩、生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、球粒灰岩、团块灰岩、藻灰岩和泥晶灰岩。

内碎屑灰岩：依内碎屑大小分为砾屑灰岩、砂屑灰岩和粉屑灰岩。它们均为早期沉积的灰岩经水流再次搬运沉积而成，根据颗粒的多少、水动力的强弱表现为微晶或亮晶结构。我国华北地区寒武系和奥陶系普遍发育的竹叶状灰岩就是一种典型的砾屑灰岩，这种岩石的成因可能是产于潮上带的微晶泥灰岩，发生干裂形成泥裂片，经潮水和河水的冲刷磨蚀改造所致，多代表了水动力较强或有底冲刷的沉积环境。砂屑灰岩是内碎屑灰岩中更为常见的类型，通常具有交错层理、波痕及各种冲刷构造，粉屑灰岩形成的水动力条件较弱。砾屑和砂屑灰岩多产于台地边缘浅滩相，能量高，多为亮晶胶结，孔隙度常较高，可成为良好的油气储层。

生物碎屑灰岩：或称为骨屑灰岩、介屑灰岩。岩石中的颗粒主要由各种生物遗体所组成，根据沉积时水动力强弱，胶结物部分可能是微晶（或泥晶）的，也可能是亮晶的。如纺锤虫灰岩、有孔虫灰岩等介壳灰岩。一般岩石质纯，厚层块状，微晶或亮晶胶结，代表陆棚浅水、正常盐度和清水环境产物，具有较好的储集条件。

鲕粒灰岩：一般鲕粒含量大于岩石组分含量的 50%，按填隙物性质可分为亮晶鲕粒灰岩和微晶鲕粒灰岩。通常形成于温暖浅水，搅动剧烈，强烈蒸发的环境，常产于碳酸盐岩台地边缘浅滩（鲕滩），也可产于潮汐砂坝或潮汐三角洲地区。鲕粒间多为亮晶胶结，粒间孔发育，若有早期暴露及淡水改造，则粒间及粒内孔均很发育，而成为良好的油气储集空间。我国川东地区飞仙关组鲕滩储层即为其典型代表。

球粒灰岩：常见为藻团或粪粒灰岩，粒度较小（多为粉砂级），球粒由微晶碳酸盐矿物组成，富含有机质。球粒灰岩形成的水动力能量不高，常产于礁后潟湖环境。

团块灰岩：古代岩石中不常见，一般不呈单独的团块灰岩产出，只有少数团块与生物碎屑或鲕粒共生，常见与藻灰岩共生。

藻灰岩：指由蓝藻、红藻、绿藻及其他藻类相关形成的灰岩。除可形成单独的藻屑和粘结岩外，根据构造形态可分为层纹石、叠层石、核形石和凝块石，前两者多产于潮上-潮间带，后两者多产于潮间—潮下带。藻类对其他生物和粒屑可起粘结和缠绕作用，构成粘结岩及泥晶粒屑（呈藻屑）灰岩，特别是在浅滩和礁的岩石中，藻类起很大作用。藻灰岩对油气的生储均具有重要意义。

泥晶灰岩：主要由小于0.03 mm的微晶、泥晶方解石组成的岩石。这种灰岩是水动力条件最弱或静水环境的产物，其形成条件与泥质岩相似。其中，最为典型的是白垩，它是一种柔软、易碎的粉末状的微晶灰岩，含有99%以上的碳酸盐矿物（方解石或文石），主要由颗粒藻、钙球等浮游的微体化石组成，粒径小于5μm，一般为0.005～0.002 mm，白垩多形成在半深海—深海环境，可与现代深海的抱球虫软泥相比，与粘土岩一样具有高的绝对孔隙度，具有一定的储集条件。

2.白云岩

根据白云岩的成因和产状可分为同生白云岩、碎屑白云岩、成岩白云岩和后生白云岩。

同生白云岩：是指在沉积环境中，在沉积后期形成的白云岩，即指原生沉淀的白云岩和准同生交代的白云岩。绝大多数白云岩是在广大的陆棚上由无机作用形成的，常形成于潮上或潮间带，在地质剖面上常与石膏、硬石膏、盐岩等蒸发岩共生。

碎屑白云岩：在潮间和潮上坪形成的白云岩，经过潮汐、风暴的冲刷、破碎、改造、搬运再沉积成碎屑白云岩（砾屑白云岩）或形成砾屑灰岩中的内碎屑白云岩块或碎屑白云岩晶屑。在潟湖、盐盆中，由于盐水干枯，边缘早先形成的白云岩，经过干裂、破碎、再堆积，也可形成（砾状或角砾状）砾屑白云岩。

成岩白云岩：指沉积物在固结过程中，碳酸钙被交代而形成的白云岩。可以通过对碳酸盐沉积物层内或地层不连续面的交代而形成，或海水通过潮上坪沉积物向上的散发作用而形成。

后生白云岩：是指在沉积岩形成之后的构造因素控制下，在局部范围内，灰岩被白云石交代而成的白云岩，这种白云岩和灰岩中的断层和裂隙有密切的关系。这种交代白云岩与灰岩常呈侧向过渡或突变式接触，常呈断层或裂隙充填物形式出现。

由于白云岩性脆易碎，易出现各种裂缝，同时其特殊的晶体组构，晶间孔隙发育，储集性能较好，是碳酸盐岩中重要的储层类型。

3.生物岩或生物礁

这里把生物岩或生物礁单独进行讨论，主要是考虑它在成因上的特殊性。许多研究者将礁体定义为：与周围地形相比有一定幅度由原地生物建隆形成的厚层碳酸盐沉积物堆积体，同时许多研究者又根据生物建隆的抗浪性和是否具有同沉积胶结作用，划分为“生态”礁和非生态礁（地层礁），这与组成生物建隆的生物和碎屑是否能形成固体骨架有关。形成生物岩或生物礁的主要生物包括珊瑚、藻、有孔虫、软体动物、头足类和层孔虫等。

根据礁体的岩性特征可划分为骨架岩、障积岩和粘结岩。这3种造礁岩石的结构反映了造礁生物的3种抗浪的作用方式或成礁方式。

骨架岩（framestone）：原地块状化石构成坚固骨架，基质（灰泥）、胶结物及孔隙充填骨架间的空间，由直立坚硬的形体所构成。

障积岩（bafflestone）：即障积灰岩或生物捕集灰岩，沉积物含有丰富的茎状（枝状）化石遗体，成为基质堆积的一种障壁，使细的灰泥得以沉积下来。

粘结岩（bindstone）：由生物的粘结作用形成。当生物分泌有机质时，通过生物化学作用而使海水中碳酸钙沉淀在生物体的周围。这种岩石的特点是没有连生硬体的生物骨架。

一个完整的生物礁体通常由礁核相、礁前相和礁后相 3 部分组成。礁核相是礁的主体，主要由造礁生物组成；礁核向陆地一侧为礁后相，其岩石大部分由来自礁的化石碎屑、砂屑灰岩、泥晶灰岩所组成，朝陆地方向延展，与以白云岩、砂岩及红色泥岩、硬石膏为代表的潟湖相交接；礁前相是礁核向海一侧以礁碎屑为主的堆积，向海盆逐渐与盆地相沉积物呈指状交接。

按形态划分为点礁、丘状礁、宝塔礁、马蹄形礁、环礁、小环礁和层状礁等。

点礁（patch reef）也称斑点礁或补丁礁，礁体呈圆形或不规则状，是在潟湖或滨外海底较小隆起上形成的孤立的小礁体。

丘状礁（knoll reef）：孤立近圆形分布于浪基面以下较深水的碳酸盐岩堆积体。

宝塔礁（pinnacle reef）：向上变小的锥状礁体。因成礁期海底持续下降而形成。多出现在深水带。

马蹄形礁（horseshoe reef）：多分布于开阔海盆中，向风一侧礁体发育，背风一侧不发育，礁体凸面迎风。

环礁（atoll）：礁体围绕海底比较大的隆起边缘生长，连接成环状，中心部分凹下成潟湖，它出现在滨外广海中。

小环礁（faro）：位于障壁岛（礁）的向陆一侧，是一种环状的生物堆积，中心的潟湖很浅。

层状礁：分布面积很大，位于碳酸盐台地上，相当于生物层礁。

礁体在现代和古代碳酸盐台地均有分布（图 2-29），依其发育位置和环境特点可分为4种类型：近海岸高能边缘礁体、陆架礁体、台地边缘礁体（或障壁礁体）和上斜坡生物建隆或礁体。

近海岸高能边缘礁体：通常发育于近海岸带，沉积环境水体能量高，其沉积特点与几何形态类似于台地边缘礁体。

陆架礁体：可以发育于陆架上各种水体能量和不同深度的环境条件下，基于几何形态、生物组成、内部结构和岩性特点可划分为点礁、补丁礁、灰泥堆、生物丘、生物滩和圆丘礁等。

台地边缘礁体（或障壁礁体）：该类礁体一般沿台地边缘具有相对较好的侧向连续性，但由于受潮流、礁体类型和发育程度不同的影响，其断续程度不一。根据水动力条件、生物种类及发育程度，台地边缘礁体存在三大类型（图2-30，Wilson，1974）。

上斜坡生物建隆或礁体：分布于上斜坡背景、台地边缘向海一侧，这些礁体通常具有较大的高/宽比和近圆形或稍伸长状外形。

（二）海相碳酸盐岩储层中的孔隙类型和特点

碳酸盐岩储层的岩性类型主要为灰岩和白云岩，其发育的沉积环境可以涉及滨海—深海盆地的广大范围，而碳酸盐岩储层发育的主要环境和相带包括潮坪相带、各种浅水台地陆架相（包括生物碎屑和鲕粒滩、礁体及浅滩砂体等），陆架边缘建隆（礁和砂滩）及位于陆架斜坡和盆地相中再沉积的陆架碎屑物质。

由于碳酸盐岩的复杂性和储层的非均质性，孔隙体系与碎屑岩相比要复杂得多，包括孔隙的大小、形态、规模变化不一，以及孔隙连通性和各种微孔隙、裂隙特性的变化等。碳酸盐岩的孔隙主要由原生孔隙和次生孔隙组成，由于碳酸盐岩多为生物成因，因而颗粒内部和颗粒之间、礁体生物骨架中存在大量的原生孔隙，加之碳酸盐岩在后期埋藏成岩过程中的各种复杂变化，可以形成各种次生孔隙类型和改造型孔隙及微孔隙等，因而孔隙的分类不仅要考虑孔隙的类型和成因，同时要结合它们的结构关系等，就目前的各种分类方案中，Choquette和 Pary（1970）的分类相对全面并得到了广泛应用。分类方案见图 2-31所示。

图2-29 碳酸盐台地礁环境略图

图2-30 碳酸盐台地边缘礁体类型

图2-31 Choquette和 Pray（1970）的孔隙分类方案

该方案中提出了“组构选择孔隙”和“非组构选择孔隙”两个概念。组构选择孔隙指孔隙的发育遵从沉积物或岩石中沉积颗粒和成岩组分的空间排列方式，如原生粒间孔、次生的铸模孔等；非组构选择孔隙指孔隙发育不遵从沉积物或岩石中沉积颗粒和成岩组分的空间排列方式的组构，如孔洞和裂缝等。

1.原生孔隙

指在沉积时就存在或产生的孔隙，主要有以下几类。

粒间孔隙：系存在于碳酸盐颗粒之间的孔隙，其形态似碎屑岩的砂粒间孔，但它们更复杂。按颗粒类型不同可有鲕间孔、砂屑间孔、砾屑间孔、生物间孔等。

遮蔽孔隙：指由于大颗粒（如生物）之间的遮蔽，使其下无沉积物而保留的孔隙。

粒内孔隙：存在于碳酸盐颗粒本身之内的孔隙，如生物（腹足类、双壳类、介形虫等）的体腔孔。

生物骨架孔隙：为生物骨架存在而形成的孔隙。

生物钻孔孔隙：即虫孔构造未被充填者。

鸟眼孔隙：指未被充填的鸟眼构造。

2.次生孔隙

指在沉积之后，在成岩后生及表生阶段的改造过程中产生的孔隙。主要有以下几类。

粒内溶孔：指原颗粒在后来经溶蚀作用而产生的孔隙。

铸模孔：当溶蚀作用继续进行时，粒内溶孔进一步扩大，直到把整个颗粒或晶粒全部溶蚀掉，而保留一个与原颗粒形态和大小一样的孔隙时，便称为溶模孔隙或铸模孔隙。常见的有鲕模孔、生物铸模孔及（石）膏或盐岩模孔。

粒间溶孔：由次生溶蚀作用产生的粒间孔。

晶间孔：多存在于晶粒状白云岩中的白云石晶体之间，是因灰岩的白云岩化而产生的孔隙，其孔隙小，但孔隙度可很高。

窗格状孔隙：沿层理面或节理面溶蚀而成的孔隙。

裂缝：由应力或收缩破裂所形成。

孔洞：由铸模孔溶蚀加大，裂隙、层理面或节理面的加宽和联合而成。

（三）海相碳酸盐岩储层类型和特征

海相地层中油气储层发育，类型多样，大类包括砂岩和碳酸盐岩两大类。根据岩性、岩相及成因可进一步划分为：浅海高能滩坝砂岩、近海三角洲砂体、海底扇及浊积扇砂体、潮缘白云岩储层、浅海高能浅滩碳酸盐鲕粒灰岩及砂屑灰岩储层、礁体、碳酸盐岩岩溶储层及裂缝性储层等。

1.浅海高能滩坝砂岩及三角洲砂体

浅海高能滩坝砂岩及三角洲砂体是海相盆地中最为广泛发育的储集体，其中在克拉通裂谷型盆地及被动大陆边缘型盆地中最为发育，如北海盆地、墨西哥湾沿岸盆地及西西伯利亚盆地北部等，由于经历了充分分选和磨圆，砂岩成分成熟度较高，物性普遍条件较好，特别是在浅埋条件下，物性条件极好，如墨西哥湾三角洲和海岸相储层中的东德克萨斯大油田储层，平均孔隙度 25%，渗透率 1000×10-3μm2 ，最大为 4000×10-3μm2 ，深部储油气层由于受沉积相、成岩作用影响，物性变化较大，孔隙度从小于15%到大于20%，渗透率从小于0.5×10-3μm2 到500×10-3μm2 ，储集空间既有原生粒间孔也有次生孔隙和微孔隙等。

2.海相灰岩储层

在海相含油气盆地中广为发育，其中高能滩坝鲕粒灰岩、砂屑灰岩是其主要的储集岩类，在许多大型含油气盆地，如波斯湾的侏罗系和白垩系、威利斯顿盆地下石炭统、墨西哥湾沿岸斯马科佛组（侏罗系）和白垩系斯利戈组等均发育高能滩坝鲕粒灰岩及砂屑灰岩储层，我国四川盆地川东地区三叠系飞仙关组鲕粒灰岩已成为重要的天然气储层。该类储层通常具有良好的孔渗条件，孔隙度一般可达10%～25%，渗透率平均在10×10-3μm2 以上，最高可达15000×10-3μm2 ，其分布呈带状分布，厚度较大，是非常重要的碳酸盐岩储层类型。

3.生物礁

碳酸盐台地上发育的礁体是最为常见的油气储层类型，在世界上许多盆地中均由其形成大型油田，礁体储层在志留系—第三系中最为重要。由于其具有重要的学术和经济意义，已有大量文献对现代和古代礁体类型、形态、形成背景、生物组成和演化及成岩作用进行了大量深入细致的研究。

比较典型的有密执安盆地中志留统塔礁储层（图 2-32），加拿大阿尔伯达省北部中泥盆统礁储层（图 2-33），礁体的储集性为良到优，其孔隙度变化很大，可从 3%～37%，平均孔隙度可达 10%左右，渗透率变化也较大，而且横向和垂向上也有差异，通常横向渗透率大于垂向渗透率，渗透率可从129×10-3μm2 到近1680×10-3μm2 ，礁体本身千姿百态，如边缘礁、环礁、弓形环礁、斑块礁及塔礁或堡礁等。加拿大阿尔伯达省彩虹（Rainbow）礁体由大小不同的礁岩隆组成，大的可长达 6 km左右，最小的只有几米，最大岩隆可突起海底近300 m，密执安盆地中发育的塔礁可达 90～180 m。因而礁体储层可能具有很高的生产能力，而且开采整个礁体仅仅需要几口井，含油饱和度大，约为85%～90%，原地石油的一次采收率可很高（约40%～50%），从而使该类储层成为引人注目的重要勘探目的层。

图2-32 密执安盆地中、上志留统横剖面示意图

4.白云岩储层

潮缘白云岩及蚀变白云岩也是重要的碳酸盐岩储层类型，在许多海相含油气盆地中均有发育，密执安盆地的一个大油田已从蚀变的白云岩中产出了3亿多吨油当量的油气。威利斯顿盆地奥陶系红河组潮缘白云岩储层及阿基垣（Aquitaine）盆地侏罗系潮缘白云岩储层均为重要的产层，白云岩中粒间孔、晶间孔、溶蚀孔洞、铸模孔隙发育，在晶间孔隙发育良好的地方，孔隙度可达20%，渗透率超过100×10-3μm2。

5.岩溶型储层

克拉通盆地在盆地发育演化过程中，由于地台层序沉积之后的抬升及海平面下降而发生剥蚀，特别是构造抬升而发生沉积间断及风化淋滤作用，使早期形成的台地相碳酸盐岩发生溶蚀作用，形成岩溶型碳酸盐岩储层，溶蚀型孔、洞、缝储层在一些海相含油气盆地中可作为重要的储层类型，特别是在不整合面发育的多旋回含油气盆地中，如三叠盆地、东西伯利亚盆地、塔里木盆地（塔河油田）、鄂尔多斯盆地（中部大气田）和四川盆地（威远气田）。

图2-33 加拿大西部中泥盆统彩虹油田岩石地层横剖面示意图

6.裂缝型储层

碳酸盐岩储层中的孔隙，除了原生孔隙及次生孔隙和孔洞外，裂隙起了重要的作用。裂隙不仅增加孔隙度，更重要的是增加渗透性。裂隙常常把原生孔隙和次生孔隙连接起来，形成渗滤-储集系统。因此在裂缝型碳酸盐岩储层中，油气产量主要决定于裂隙的发育程度。根据裂缝型储层的渗滤-储集特点可以分为两类：一类是岩石中粒间孔隙很小，孔隙性及渗透性都是裂隙产生的；另一类是有适当数量的粒间孔隙，裂隙主要促使渗透性大大增高，前者是真正意义上的裂缝型储层。裂缝型储层主要与后期构造活动有关。伊朗西南部油田就是裂隙性灰岩产油的著名例子，石油主要产自第三系阿斯玛丽灰岩；苏联高加索东北部山前带中的谢利油田，石油主要产自白垩系裂隙性灰岩中；此外如我国四川盆地震旦系也发育该类储层，石油的聚集与背斜上裂隙的密集程度有关。

碳酸盐岩储层,储层特征,碳酸盐岩分类,碳酸盐岩,储层非均质性,成岩作用,储层分类,辫状河沉积模式,断鼻构造,脆性矿物,沉积构造,沉积岩结构