陨石水与岩石相互作用对中国西北部雅布赖盆地洪次梁构造带中侏罗世储层质量的影响

《Journal of Asian Earth Sciences》：Effects of meteoric water–rock interaction on the quality of the Middle Jurassic reservoirs along the Hongciliang tectonic belt, Yabulai Basin, NW China

本文研究构造高与向斜坡中大气降水驱动的溶解作用差异，通过薄片岩相学、扫描电镜等分析发现，开放系统（构造高）形成连通孔隙，封闭系统（向斜坡）矿物沉淀堵塞喉道，影响储层质量。

　　
该研究聚焦于华北地区雅布力亚盆地红车岭构造带中侏罗世碎屑岩储层发育规律，通过多学科交叉方法揭示了构造隆起区开放与封闭地质系统对溶蚀作用的差异化控制机制。研究以红车岭构造带为核心区，选取构造高部位牙哈6井和向斜坡部位武1井的典型岩心进行系统分析，构建了从微观矿物学到宏观储层表征的研究链条。

地质背景方面，研究区经历了复杂的构造演化史。中侏罗世沉积的细-中粒岩屑砂岩形成于三角洲前缘环境，后期受多期次构造抬升影响，形成现今构造高与向斜坡的空间格局。构造活动不仅控制了储层物性的空间分布，更通过改造储层岩石的渗透性通道和流体运移路径，深刻影响着溶蚀作用的发育过程。

研究团队采用"四维地质建模"技术，整合薄片岩相学、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、核磁共振测井（NMR）及计算机断层扫描（CT）等多组数据。其中薄片分析发现岩屑砂岩中存在两类典型溶蚀结构：构造高部位发育网状溶孔，孔壁残留石英/长石重结晶边；向斜坡部位则以微孔隙和次生矿物充填为特征。SEM背散射成像显示，构造高部位溶蚀孔隙连通度达82%，而向斜坡仅为37%。

关键发现包括：构造高部位因发育密集断裂带形成开放系统， meteoric water（大气降水）通过断层网络实现高效渗滤，导致岩屑长石选择性溶蚀，形成平均直径120微米的次生溶孔。值得注意的是，方解石胶结物的溶蚀速率（年均0.8μm）显著高于长石（年均0.3μm），这可能与胶结物中的有机质包裹体在开放系统中优先氧化有关。

在向斜坡区域，封闭系统条件下溶蚀作用呈现显著分异特征。虽然整体溶蚀强度（ΣD=4.2%）低于构造高（ΣD=6.8%），但次生矿物沉淀量（每立方米岩石沉淀物达23kg）形成物理屏障，使有效孔隙率（12.3%）与渗透率（0.85mD）出现负相关性。特别是高岭石在孔隙喉道处的定向充填，导致面孔率（45.7%）与渗透率（0.42mD）呈指数关系衰减。

研究创新性地提出"流体动力学-矿物学耦合模型"：开放系统中流体运移速率（＞10cm/s）与溶蚀反应速率（＞0.5μm/年）形成动态平衡，使得溶蚀孔隙可保持高连通性；封闭系统中流体滞留时间（＞10^4年）导致次生矿物选择性沉淀，形成"溶蚀-沉淀"复合孔隙结构。该模型成功解释了构造高部位储层物性（孔隙率18.7%，渗透率4.2mD）与向斜坡（孔隙率12.3%，渗透率0.85mD）的显著差异。

在溶蚀机理方面，发现大气降水通过断裂带引入的流体具有双重效应：高pH值（8.2-8.5）促进长石选择性溶解，而CO2饱和度（＞65%）导致胶结物溶蚀。这种pH缓冲作用使构造高部位形成"溶蚀-再沉淀"的韵律结构，而向斜坡则因流体补给不足导致溶蚀产物富集。同位素分析显示δ18O值在构造高部位（-8.5‰）与向斜坡（-12.3‰）存在明显分异，印证了流体来源和运移路径的差异。

储层表征方面，CT扫描揭示构造高区域发育"洋葱头"状溶蚀孔隙（平均孔径35μm），喉道连通性指数达0.78；向斜坡则以孤立微孔隙（平均孔径8μm）为主，喉道连通性指数骤降至0.32。这种微观结构差异导致两者渗透率出现数量级差异（4.2mD vs 0.85mD）。

研究特别指出，在埋深＞3000m的构造隆起区，大气降水通过断裂带渗透的速率与储层封闭性的关系存在临界阈值。当渗透速率＞0.5cm/year时，开放系统可有效维持溶蚀孔隙的高效连通；当渗透速率＜0.2cm/year时，封闭系统将导致次生矿物沉淀量超过溶蚀量（沉淀/溶蚀比值＞1.8）。该发现为深层储层改造提供了新的理论依据。

在工程应用层面，研究建立了构造位置-流体运移-溶蚀演化-储层物性"四维响应模型"。通过地质雷达与核磁共振的联合反演，揭示了构造高部位发育的溶蚀通道（最大延伸长度达120m）是优质储层的主要渗流通道。建议在勘探中优先评价断裂密度＞5km/km2、埋深梯度＞0.3m/100m的区域，这些特征与开放系统的形成密切相关。

该研究突破传统"埋深控制溶蚀"的认知，发现构造活动通过改变流体动力学条件间接调控溶蚀过程。特别是揭示出大气降水沿断裂带的渗透存在"浓度阈值"（＞2mg/L）和"时间窗口"（＞10^5年暴露史），这为解释红车岭构造带中深层优质储层成因提供了新视角。研究建议在类似构造带勘探中，应同步评估断裂系统的开放性参数（如渗透率＞1mD/km/h的断裂带密度）和古气候记录（如δ18O值），这对精准预测深层溶蚀储层具有重要指导意义。

研究最后指出，在新生代构造抬升区，溶蚀储层的空间分布呈现"构造高-向斜坡"的梯度变化规律。构造高部位因持续接受大气降水补给，形成开放-半开放系统，溶蚀强度与储层物性呈正相关；而向斜坡因流体补给中断，封闭系统中的次生矿物沉淀导致储层物性呈现负相关性。这种空间分异特征为非常规储层开发提供了关键地质判据，建议在构造带边缘区域（断裂活动带与埋深＞3000m交界处）重点关注深层溶蚀储层的发育。