纽约州上奥陶纪特伦顿-黑河群热液白云岩储层的成因和特征

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纽约州上奥陶纪特伦顿-黑河群热液白云岩储层的成因和特性

LanghorneB.SmithJr.

摘 要： 过去的十年来，在纽约州中南部上奥陶纪黑河(Black River)组的横向不连续白云岩中先后发现了20多个新气田。这些白云岩出现在地震资料可以识别的深入基底的扭断层附近。解释认为，分布在狭长的以断层为界的构造低地及其周围的大多数气田都属于负花状构造。断层远处的地层是不渗透的石灰岩，它们构成了有关储层的侧向封闭层。在多数情况下，这些断层消失在上覆的特伦顿(Trenton)组石灰岩和尤蒂卡(Utica)组页岩内。孔隙度主要发育于内壁覆盖有鞍状白云石的孔洞、角砾和裂缝带中。在本次研究所描述的黑河群岩心中，基质孔隙度不常见。

深入基底断层附近的白云岩不规则分布以及地球化学和流体包裹体的分析都支持鞍状和基质白云岩具有与断层有关的热液成因。因为处于反常规的构造环境(即构造低地对构造高地)，此类成藏层带多年来都没有被发现。如能采用适当的构造一地层一成岩作用综合模型，就有可能在纽约州的布菜克里弗群和全球的碳酸盐岩地层中发现更多的热液白云岩天然气藏 。

一 研究背景

北美洲东部的上奥陶纪特伦顿一黑河群碳酸盐岩发育有横向不连续的白云石化层段，其生产油气已有一个多世纪。1884年首次在俄亥俄州和印地安那州的莱马一印地安纳 (Lima-Indiana)构造带(图 1)的白云岩内发现了油气。多数白云岩明显与断层有关，因为它们与北一北西到南一南东走向的鲍灵格林(Bowling Green)断层以及其它断层带成一条直线分布 (Wickstrom等，1992)。莱马一印地安纳构造带已产出石油超过了5亿桶，产出天然气也达到了1万亿立方英尺以上(Wickstrom等，1992)，使之成为全球第一个大油田。其后在安大略省(Ontario)的多佛(Dover)以及密歇根州的迪尔菲尔德 (Deerfield)和诺斯维尔(Northville)地区受断层控制的白云岩内，又发现了规模稍小但仍为重要发现的油气田(Hurley和 Budros，1990)。

接下来在特伦顿一黑河群横向不连续白云岩层段获得的重大发现是密歇根州南部的阿尔比恩一锡皮欧(Albion Scipio)构造带(图 1)。在一个长50 km宽1．6 km的雁行排列构造低地带，发育了孔隙性基质白云岩、由鞍状白云石胶结的角砾岩以及由鞍状白云石衬壁的裂缝和孔洞(Hurley和Budros，1990)。阿尔比恩一锡皮欧油气田自发现以来的累计产量已达2．5亿桶油当量以上。后来又在密歇根州和安大略省相继发现了一些规模稍小的油

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气田。

图1. 北美洲东部特伦顿-黑河群热液白云岩油气田的分布图

1986年在纽约州中南部的黑河群横向不连续的白云岩层中发现了天然气。从那时起，在这套特伦顿一黑河群的横向不连续白云岩中至少新发现了20个油气田(图 2)。多数油气田的深度都是2133~3048 m。有几口气井的产量都能持续在1000万立方英尺／日以上，最好的一口气井的产量曾连续数月保持在3500万立方英尺／日以上。到2004年底，该井的累计产量已超过150万亿立方英尺，而且至今仍保持着高产水平。

这些白云石化的油气田分布在狭长的以断层为界的雁行排列构造坳陷内(Harding，1974；Prouty，1988；Hurley和Budros，1990；Colquhoun，1991)，以及其它的扭断层和可能的正断层上 (Wickstrom等，1992)。储集岩相由基质白云岩构成，而在断层附近发育有鞍状白云石胶结的孔洞角砾岩和裂缝。这些储层的侧面由致密的未发生白云石化的灰岩封闭。尽管有些油气田含有大量的溶洞孔隙(阿尔比恩一锡皮欧气田以 20 m左右的钻头放空而闻名)，但是包括纽约州油气 田在内的其它油气田却极少或根本没有溶洞孔隙。

Loucks(1999；2003a，b)最近提出，当特伦顿一黑河群坍塌落人下面的寒武系一奥陶系比克曼陶恩群(Beekmantown)碳酸盐岩的大气降水溶洞后，就会发生了角砾岩化作用。随后可以认为是较晚的深埋流体造成 了白云石化 和矿化作用 (Louck1999；2003a，b)。 多数研究者都认为，这种斑块状分布的白云岩形成于流体沿深入基底的断层以及所伴生裂缝的向上流动(Harding，1974；Greg和Sibley，1984；Taylor和Sibley，1986；Prouty，

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1988；Hurley和Budros，1990；Colquhoun，1991；Wickstrom 等1992；Coniglio等，1994；Smith等 2003；Davies和Smith，2006)，而与大气降水的岩溶无关Prouty(1988)、Hurley和 Budros(1990)都认为，密歇根州南部狭长的阿尔比恩一锡皮欧气田形成于左旋走滑断层带上，而且有热流体沿该断层及其裂缝带向上流动，从而使相邻的石灰岩发生了白云石化。解释认为，这些构造凹陷形成于扭张断层作用和负花状构造的发育 (Harding，1974；Hurley和Budros，1990)。Wickstrom等(1992)认为，俄亥俄州西北部北西一南东走向的鲍灵格林 (Bowling Green)断层带附近的白云岩具有类似的成 因，而 Colquhoun(1991)也对安大略省南部希尔曼(Hillman)油气田的成因做了相似的解释。

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图2. 纽约州黑河群白云岩生产油气田分的布图，图中标出了本文讨论的三段岩心的取心位置。 最近在纽约州发现的气田同俄亥俄州、密歇根州和安大略省的特伦顿一黑河群的气田相似。在地震可以识别的深人基底的隐蔽断层附近，发育了由鞍状白云石衬壁的孔洞、裂缝和角砾岩以及基质白云岩，而在远离这些断层的位置，黑河群都是未蚀变的石灰岩。 本文的目的是介绍在纽约州新发现的白云岩油气田的构造、地层、岩相和地球化学资料，因为所有资料都表明这些油气田是扭断层作用和热液流体自下而上流动的结果。此外，本文还要揭示纽约州油气田和俄亥俄州、安大略省和密歇根州油气田的相似性。蚀变作用

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的时间和深度是一个长期争论没有得到解决的问题，本文提供的数据将证明白云石化作用和其它热液蚀变作用主要发生于晚奥陶世，也就是在特伦顿一黑河群沉积之后不久埋深还不到1km之时。

二 地质背景

在纽约州和美 国东部不少地区都有分布的格伦维尔(Grenville)基底已经历了多次构造事件，产生了许多断层和裂缝带。格林维尔造山运动发生在约1l亿年前(Moore，1986)，其间形成 了冲断层和撕裂断层 。在格林维尔造山运动之后，北美洲成为超大陆的一部分，在前寒武纪晚期经历了长期(6200 5500亿年；Van Staal，2005)的裂谷作用。因此这里有许多衰退裂谷带，如罗姆(Rome)槽地、里尔富特(Reelfoot)裂谷和其它许多构造 (Burke和Dewey，1973Thomas，1991)，其中有些裂谷带已延伸至纽约州。在张性断层上还伴生有走滑转换断层 (Thomas，1991)。在这些早期构造事件中形成的断层很可能在后来的构造事件中复活。

在晚前寒武纪超大陆的裂谷作用之后，纽约州位于在纽约岬角发育的被动陆缘之上(Thomas，1991)。中寒武统的波茨丹组砂岩(厚度为 0～30米)不整合分布在裂谷基底上，其上覆地层为寒武系一奥陶系毕克曼陶恩群碳酸盐岩和硅质碎屑岩(图3)。在纽约州，毕克曼陶恩由寒武系利特尔福尔斯(Little Falls)组白云岩组成，利特尔福尔斯组白云岩普遍发育有孔洞、角砾岩和裂缝，局部充填有鞍状白云石、Herkimer菱形石英晶体和碳沥青。碳沥青是在基质中充填有固态烃的碳酸盐矿物。毕克曼陶恩群的上部由特里布斯希尔(Tribes Hil1)组构成，该组地层在断层附近已发生白云石化，但在远离断层的位置大部分都是石灰岩。它在纽约州摩霍克(Mohawk)峡谷出露地表 (Landing等，1996；Smith等，2004)。北美地区的毕克曼陶恩群及其同期地层(Knox，Ellenburger，Arbuckle，St．George和 Romaine)构成了密西西比河谷型铅锌硫化物矿床和白云岩油气储层。毕克曼陶恩群之上是全球性的下奥陶纪 Knox不整合面。

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图3. 纽约州中部的综合地层柱状剖面图。黑河群的年代为晚奥陶世初期。

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上覆的黑河群主要由灰泥质和细粒的浅海碳酸盐岩组成，其上覆地层是特伦顿群，由深水泥质灰岩和钙质页岩以及高能浅海相颗粒灰岩和泥粒灰岩组成(Bret和Baird，2002)。特伦顿和黑河群向纽约州东部变薄并在某些地方尖灭，同时向中南部变厚，最近的油气发现多位于此(Rickard，1973)。上覆在特伦顿群之上的是较深水相尤蒂卡(Utica)组页岩，这是一种在北美州东部不少地区都有分布的黑色页岩。这个界面具有穿时性，因为在横向上 特伦顿群灰岩向南和向东过渡为尤蒂卡组页岩。尤蒂卡组页岩向上过渡为奥陶系洛林 (1orraine)组 粉砂岩 和昆斯通 (Queenston)组砂岩，它们是从晚奥陶世在纽约州大部分地区都存在的塔康(Taconic)山脉进积而来的硅质碎屑岩。

塔康造山运动始于晚奥陶世，当时一个岛弧同位于现纽约州以东的原型北美洲陆块碰撞，并一直延续到早志留世(Ettensoh和 Brett，2002)。黑河和特伦顿群都含有斑脱土(火山灰)层，其中有些分布距离很大(Kolata等，1996)。这一时期构造活动的其他证据还有：东部前陆盆地的发育、晚奥陶世摩和克 (Mohawk)峡谷前陆区的拉伸断裂作用 (Bradley和 Kidd，1991)、特伦顿群差异性沉降的时空变化，以及在纽约州、肯塔基州和俄亥俄州与特伦顿群和尤蒂卡组相当地层的露头中存在地震层位(seismites)(Pope等，1997；Ettensohn和 Brett2002；McLaughlin和 Brett，2002)。

三 方 法

分析了测井曲线并采用 Petra软件作图，然后将图件输入 Adobe图解器 (Illustrator)以便对图像进行处理。利用切片和薄片对岩芯进行了描述。在纽约州博物馆实验室进行了地球化学取样分析。分别为每一套分析采集了基质白云石、鞍状白云石、方解石和石英的样品。在某些情况下要对岩样进行十字切分，以便从同一个岩样中获得流体包裹体、稳定同位素、痕量元素和锶同位素等数据。

流体包裹体的分析是由“流体包裹体技术公司”采用通用的技术和设备完成的。制备了抛光岩心切片并用偏光显微镜进行光学研究。将样品放入气流温度台(由“流体包裹体技术公司”制造)，就可以在加热和冷却期间(一196到+200℃或更高)采用光学方法观察水质包裹体群的单个包体的变化。所捕集流体的相平衡反映了它们的组分和体积密度，而体积密度又与各包裹体的捕集温度、压力和流体组分有关。

稳定同位素数值由迈阿密(Miami)大学的Peter Swart测量。在90℃的温度下，采用普通的酸洗方法对样品进行10分钟的处理，并采用Finnigan MAT--251仪器对生成的CO2进行分析。采用了标准的等压修正方法。使用常规的计数方法报告了相对于维也纳皮狄组拟箭石的碳和氧的同位素值。

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亚利桑那州 (Arizona)大学的MihaDucea分析了痕量元素和锶同位素。每一块岩样大约取100 mg溶入2．5 M硝酸，其中约10% 用于痕量元素分析。剩余的部分加入3．5M的硝酸中，通过Sr Spec色谱柱快速提取Sr，然后把分离出来的Sr重新溶解在1%硝酸中。 采用Perkin Elmer Elan DRGⅡ仪器在弱硝酸中分析了痕量元素。锶同位素是采用VG Sector 54仪器分析的。在我们的分析过程中，按照美国国家标准局(NBS)的 987标准测出的87Sr/86Sr值为0．71025±1。

四 有关数据

1 平面图和横剖面

图2是纽约州特伦顿一黑河群热液白云岩生产油气田和油气发现的分布图。这些油气田有很多还处于钻井和扩展阶段，当所有的钻井完成后，此图可能还会有很大变化 。

特伦顿和黑河群白云岩的分布有助于人们了解它们的成因。在纽约州的大部分地区特伦顿群碳酸盐岩都以石灰岩和泥质灰岩为主，只有少数部分发生了白云石化。这种情况同俄亥俄州、密歇根州和安大略省不同，那些地区的特伦顿群已普遍白云石化，并且其油气产量也要比下伏的黑河群高。此外，纽约州没有白云岩盖层(sensu Wickstrom等，1992)，而在俄亥俄州西北部和密歇根州西南部的不少地区，特伦顿群的最上部有一套厚度为 3～15 m的区域性致密白云岩。

图4. 纽约州中西部地区井位分布图。显示了布莱克里弗群上段至少含有 0．6 m 白云岩的井和该

段全部为石灰岩的井。

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纽约州的白云石化作用主要发生在黑河群，但在横向上是不连续的。如果有足够多的控制井进行白云岩体的填图，就可以发现白云岩分布在一个长约25 km宽1 km的近直线形的地带(图2)。在同一地层层位，没有钻遇白云岩的井距离白云岩很厚(数十英尺)的井很近(图4)。在所有的生产井中，黑河群的上半段都至少有一些孔隙性白云岩，而在几乎所有的井中，该群顶部6 m均含有白云岩。图4显示了黑河群上半段至少含有0．6 m 白云岩的井以及在该层段全部由石灰岩构成的井。黑河群的白云岩厚度从几英尺到几百英尺不等。对油气产区以外井中白云石化层段的薄片和钻井岩屑分析证实了存在基质 白云石和鞍状白云石(Nyaha和 Smith，2003)。到2003年为止，黑河群已有345口的钻井记录。其中至少有175口井在黑河群上半段钻遇了白云岩，并且至少有48口井已产出一些天然气。值得注意的是，自1996年以来几乎所有钻探黑河群的井都以寻找白云岩为目的，而在那之前，钻探的主要目的层都是其它目标，因而钻遇白云岩的可能性较小。

图5. 纽约州Glode Corners Road气田的特伦顿-黑河群的连井剖面。粉色代表白云岩层。特伦顿-黑河群的其他部分为灰岩。井位的标注包括经营方（哥伦比亚自然资源公司，简称CNR）、缩写的API编号、

区块名称以及到2003年的累计产量。深度单位为英尺。

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图5是格洛德斯科纳斯罗德 (Glode Corners Road)气田(发现纽约州白云岩带的气田)及附近地区的连井剖面。该气田长约10 km，宽约0．7 km，已产气80亿立方英尺。在黑河群范围，该剖面有多口白云岩产气井、2口致密白云岩井以及1口致密灰岩井。利用 PEF曲线可以识别白云岩，但如果没有PEF曲线，则可以将密度测井读数大于2．75 g／cm。的层段或密度测井(灰岩标度)孔隙度比中子测井孔隙度低5 的层段确认为白云岩。只要黑河群为产层，其顶部的 15 m几乎都已白云石化，再向上就是特伦顿群底部的泥质灰岩(图

5)。这些白云岩变厚、变薄以及横向不连续的特征表明，白云石化流体的来源具有很强的局限性。

图6. 纽约州白云岩带北西-南东走向6个生产油气田黑河群的连井剖面。请注意白云石化和孔隙度发育程度的变化。井位标注包括了油气田名称、经营方、缩写的API编号、区块及到2004年12月的累计

产量。

图6是部分重要生产气田一些产量较高井的连井剖面。该剖面从西北部的格洛德斯科纳斯罗德气田延伸到东南部的锡利克雷克(Seeley Creek)气田。在许多情况下，一旦发现天然气，作业者就会停止钻井并起出钻具，所以黑河群的有些录井曲线并不完整。值得注意的是白云石化程度变化很大，在格洛德斯科纳斯罗德和马克法姆(Muck Farms)气田仅有几英尺发生白云石化，而在 PGE 22862 Lant井(特里希尔南气田)和 PGE 22891 Parker井(威

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尔逊霍洛气田)却有近乎弥漫性的白云石化。在另外几口井中还出现了互层性较强的白云化。白云石化程度的这种变化性再次证明白云石化作用不是区域性的，而是具有高度的局限性。井与井之间的孔隙度分布也多有不同，但黑河群顶部 15 m厚的层段普遍具有孔隙性。

2 地震数据

图7. 根据塔利斯曼(Talisman)能源公司的三维地震数据绘制的安大略省罗切斯特(Rochester)气 田特 伦顿群顶面的时间构造图。请注意发生了白云石化以及有孔隙度发育和石油分布的雁行排列凹陷群。

色标表示以米为单位的海平面以下深度。罗切斯特气田的位置见图 1。

黑河群的热液白云岩气田是通过分析地震资料发现的。白云石化的层段主要分布在以雁行断层为边界的构造低地及其附近(Prouty，1983；Hurley和 Budros，1990；Davies，2004)。这些构造通常被称为“地堑”或“凹陷”。图 7是安大略省一个热液白云岩生产油田的特伦顿群顶面等时构造图，图中显示了雁行排列的凹陷。石油产自构造低地内的缝、洞性白云岩，而在凹陷以外的特伦顿和黑河群大多为不渗透的灰岩(Horvath等，2004)。雁行排列的凹陷可以解释为由扭张(走向滑动和拉伸)断层作用产生的负花状构造(参考 Hurley和 Budros，1990)。

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图8. 纽约州马克法姆和威尔逊霍洛油田的地震测线。(A)马克法姆油田的连续测线。(B)测取的层位和基底中可能存在的断层。需要注意的是，凹陷位于特伦顿群的顶部，但在比克曼陶恩群中没有凹陷构造。

(C）解释的具有以断层为界构造凹陷的花状构造。(D)威尔逊霍洛油气田的连续测线。(E)测取的地层和可能的基底断层。请注意凹陷存在于特伦顿群和尤蒂卡组下段。(F)特伦顿和黑河群中可能延伸至基底

的花状构造。具有以断层为界的凹陷。

图8显示了纽约州两个不同的黑河群热液白云岩气田的地震特征，它们分别是马克法姆(Muck Farm)气田(图8A-C)和威尔逊霍洛(Wi1son Hollow)气田(图 8D-F)。这里的白云岩一般均分布在构造低地的黑河群中。基底中断层的测取(图8B，E）是不确定的，但反射层有明显的偏移和错断有些负花状构造的典型特征是，直接位与于基底之上的反射层在垂向

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上没有被断层明显错断，而位于地层剖面较高部位的反射层却具有明显的垂直位移[参阅Dooley和 McCla(1997)的横剖面，以了解这些反射层的可能成因]。需要注意的是，这两个气田的白云岩产油构造有很大不同。这在扭断层带很典型，因为这种断层带会明显改变走向上的特征。地震道的垂直位移大多出现在黑河群，而在上覆的特伦顿或下伏的比克曼陶恩群几乎都没有位移。大多数伴有白云石化的断层都消失在特伦顿群或上覆的尤蒂卡组页岩层内。需要注意的是，在可以测取比克曼陶恩群反射层的马克法姆剖面(图 8B)上不存在塌陷进入比克曼陶恩群的现象。此外，在威尔逊霍洛测线上，对特伦顿群下部和黑河群有影响的构造凹陷有不少在尤蒂卡期之初就得到了充填(图8E） 。

3 岩心

本文研究了可以公开获得的纽约州黑河群热液白云岩成藏层带的三段岩心。每段岩心都有各自的特点，对于了解这一层带的沉积、地层和成岩作用有重要意义。这些岩心的具体位置见图2。

(1)岩石类型和地层

黑河群的碳酸盐岩是在低起伏的热带浅水碳酸盐岩缓坡上沉积的。岩石类型有泥灰岩(有时含有沉积缩孔和粘土披盖)、细至粗粒 的骨屑粒泥灰岩以及很细到细粒的球粒泥粒灰岩和颗粒灰岩 [为了解更详细的岩相分析可参阅Comell(2001)]。所有这些岩石类型都可以发生白云石化，但是球粒颗粒灰岩和泥粒灰岩的白云石化可能更常见。粘土披盖层外表类似于缝合线，但与压溶作用无关。潜穴在大多数岩石类型中都很常见。在北美洲东部的不少地区，黑河群的碳酸盐岩都有相当一致的岩石类型。如果没有发生白云石化作用，这些岩石类型都不是储集岩相。

与下面的黑河群相比，特伦顿群的颗粒灰岩和泥粒灰岩粒度较粗，而且含化石更多，同时特伦顿群还常含有深灰色到黑色的页岩(Breett和Baird，2002)。较深水相的岩石类型包括黑色或深灰色页岩、含化石页岩和骨屑粒泥灰岩。在有些部位还有较浅水相岩层，包括粗粒骨屑颗粒灰岩和泥粒灰岩。与俄亥俄州、密歇根州和安大略省相比，纽约州中部的特伦顿群一般含有较多泥质。这可能就是纽约中部特伦顿群白云石化不常见的主要原因。实际上特伦顿和黑河群的石灰岩层都没有孔隙，所以可以认为这些不渗透的石灰岩是油气储层的垂向和侧向封闭层 。

(2)基质白云岩描述

特伦顿一黑河群的储集岩类型主要分布在横向不连续的白云岩中。基质白云石化和填充孔洞的鞍状白云石都存在。含油斑的浸染岩心的薄片分析显示，超过95的白云石是中到粗粒 (50～400μm)的基质交代白云石。根据纽约州的岩心研究，基质白云岩极少有或没

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有孔隙。在其它井中可能有基质白云岩孔隙，但本次研究的岩心没有。这种缺乏基质白云岩孔隙的现象完全不同于安大略省和俄亥俄州的特伦顿一黑河群白云石化储层，它们的基质白云岩孔隙比较常见，并且构成了重要的储集空间(Colquhoun，1991；Wickstrom等 ，1992)。

有不少基质白云石化都会破坏岩石组构，并形成他形和非平面的白云石晶体(Gregg和 Sibley，1984)。本文把较细粒白云岩的前身解释为泥灰岩和以灰泥为主的粒泥灰岩，而把较粗粒白云岩的前身被解释为似球粒或球粒的颗粒灰岩和泥粒灰岩(参阅 Lucia，1995)。 尽管这一成藏层带具有重要的构造和成岩因素，但地层因素也很重要。在发生白云石化时，仍保留较高孔隙度和渗透率的地层更有可能出现白云石化，而且在白云石化后更有可能保留一部分孔隙。随着岩心资料的增多，研究的重点将放到识别白云石化之前的岩石类型以及原始岩相对储层质量的影响。

(3)储集岩相描述

图 9 哥伦比亚自然资源公司采自纽约州斯托本县Gray-1井岩心的照片。有孔洞的基质白云石是由白色

鞍状白云石衬填内壁的。岩心宽 9 cm。

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图 10 Fortuna能源公司采自纽约州齐芒(Chemung)县 Whiteman-1井岩心的照片。该岩心普遍存在裂 缝、孔洞、条带组构(ZF)和网格族构(BF)，而且总体上表现为角砾化。有白色鞍状白云石衬填于灰色基

质白云石的孔洞和裂缝中。岩心宽5 cm。

黑河群白云岩的连通孔隙大都出现在衬填有鞍状白云石的裂缝、孔洞、条带组构和网格组构中以及角砾岩的碎屑之间(图 9，10)。有些孔洞接近球形，直径可达几厘米。另有一些孔洞呈长条形(宽达几毫米，长为几厘米)，可能是溶解扩展的裂缝。这些长条形裂缝有水平的，也有倾斜的。孔隙性的条带组构和网格族构是同时存在的(图 10)。角砾岩很常见，但数量不多，由几毫米到几厘米大小的棱角状到磨圆的碎屑构成，胶结物是鞍状白云石。

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图11. 壳牌石油公司在纽约州齐芒县所钻Matejka 1 井的岩心描述（包括测井曲线和岩心照片）。岩心中白云石化的层段对应于密度测井孔隙度比中子测井孔隙度低5%的层段。岩心描述所采用的色标为：灰色=较深水相泥岩、粒泥灰岩和页岩，深蓝=中缓坡相骨屑粒泥灰岩，浅蓝=浅海相球粒骨屑粒灰岩（出现在白云石化层段），棕褐色=浅海相泥质泥灰岩和粒泥灰岩。图中M=泥岩，W=粒泥灰岩，P=泥粒灰岩，G=颗粒灰岩。岩心照片用字母编号，其中（A）=特伦顿群下部含化石的互层页岩，泥岩已被错断被方解石胶结。这一岩心采自2983m深处，具有一定的裂缝空隙度。（B）黑河群最上部的白云岩层，含有残留的粘土填充、小裂缝以及致密的灰色基质白云石。（C）=黑河群上部的白云石化砾岩，含有由方解石胶结的裂缝但无孔隙度。（D）=黑河群下部的典型灰岩是含有粘土纹层的浅海相泥灰岩。

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Matejka 1取心井 (图11)位于齐芒(Chemung)县(图 2)，是由壳牌石油公司在1975年钻的，也就是在正式宣布获得第一项油气发现之前的11年。该井在黑河群钻遇了白云岩 ，并在上覆的特伦顿群钻遇了裂缝十分发育的石灰岩。特伦顿群底部的石灰岩主要是由粗粒方解石胶结的，有一定的裂缝孔隙度 (图11A)。黑河群的白云岩没有孔隙度(图11B，C)，也没有连通孔洞、裂缝或角砾岩。白云石化层段的裂缝充填有鞍状 白云石和方解石。该井虽作为干井而被填埋，但它距一口白云石化层段的产油气井仅几百米，因而其特伦顿群底部灰岩的裂缝也许能产出油气。

由哥伦比亚自然资源公司钻的 Gray1取心井(图9)位于马克法姆气田西部，但该井的天然气产量没有达到经济标准。此井岩心上半段的基质已发生白云石化，而下半段以灰岩为主。白云石化层段含有由鞍状白云石衬壁的孔洞(图9)，但不存在连通裂缝或角砾。该井试获少量天然气，但不具经济价值，因而有可能进行侧钻。

Fortuna能源公司所钻 Whiteman-1井的岩心(图10)发生过弥漫型白云石化，并普遍存在由鞍状白云石衬壁的孔洞、条带组构、角砾和裂缝。孔隙度主要出现在孔洞和裂缝中，基质孔隙度很少或不存在。到2004年末，该井3年的累计产量约为5亿立方英尺，至今仍在生产。

(4)共生序列

图12. 纽约州布莱克里弗群白云石化岩心中后生事件的共生序列

纽约州上奥陶纪特伦顿-黑河群热液白云岩储层的成因和特征

图 13 纽约州黑河群岩心的薄片照片。(A)鞍状白云石(SD)和基质白云石(MD )，使用了Gray 1井岩心，取心深度2378m。(B)破裂的铁白云石中的石英胶结物，使用了纽约州奥内达加县 Auburn地热井的岩屑。取样深度1264m。(C)孔洞内的自生长石，使用了Whiteman 1井岩心，取心深度 2904.2m。(D）填充方解石的裂缝其形成时间明显晚于填充白云石的裂缝。黑河群储层的孔隙普遍被晚期方解石堵塞。使用了Gray1井岩心。取心深度 2382m。(E)孔洞内沥青的分布表明，在沥青沉淀后白云石可能经受了淋滤作用。使用了Whiteman 1井岩心，取心深度2906 m。(F)缝合线的形成明显晚于白云石化作用。不存在白云石越过缝合线生长的现象，所有菱面体都在缝合线上有损耗。使用了Gray 1井岩心。取心深度

2378m。

图12显示了黑河群白云石化储层的后生事件共生序列，而图13是有关证据的照片。在发生白云石化之前，曾有过早期海相和浅埋藏的方解石胶结作用和压实作用，并伴有小规模的颗粒缝合作用。在这些早期成岩作用之后发生了基质白云石化(图13A)、断层作用、破裂作用和角砾岩化作用(图 10)，随后沉淀了鞍状白云石(图13A)、石英(图 13B)、不太常见的自生长石(图13C)、黄铁矿、沥青和方解石 (图13D)。在某些情况下，晚期方解石

纽约州上奥陶纪特伦顿-黑河群热液白云岩储层的成因和特征

和／或鞍状白云石是由一次较晚的成岩事件淋滤出来的(图13E)。图13E显示了一个孔隙内的沥青，很明显是在菱形白云石晶体之间沉淀下来的，后来经受了淋滤作用。重要的缝合作用出现在所有矿化作用之后(图 13F)。没有被 白云石填充的裂缝切割了主缝合线，而且在缝合线上基质白云石和鞍状白云石的菱形晶体都有明显损耗。所有这些成岩作用都发生在油气运移之前，而油气运移可能发生在晚古生代。在许多孔隙及裂缝中衬壁的沥青并不代表大规模的油气运移事件。

孔洞的发育时期目前还不确定。多数孔洞可能形成于基质白云石化之前(人们倾向的解释)，也就是在前白云石化的淋滤作用期间。但也可能形成于基质白云石化之后以及因基质白云石 的溶解而沉淀鞍状白云石之前。不存作白云石发生过明显溶解的证据，例如衬填孔洞的侵蚀菱面体。在某些情况下，孔洞似乎是扩展的裂缝(图10)，这意味着它们的发育与裂缝同期或在裂缝发育之后。

4 地球化学和流体包裹体分析

白云石的地球化学和流体包裹体分析有助于认识其成 因 (Allan和 Wiggins，1993)。我们已对鞍状白云石、块状方解石、基质白云石和基质灰岩进行了稳定同位素、锶同位素、痕量元素分析，同时对鞍状和基质白云石以及块状方解石进行了流体包裹体分析。

(1)流体包裹体

图 14 Whiteman 1井和 Gray 1井岩心样品的流体包裹体均一化温度与含盐度的关系

纽约州各井鞍状白云石的原生流体包裹体的均一化温度在110～170℃之间，平均为130℃(图 14)。基质白云石的原生或次生包裹体均一化温度的分布范围与之相似，但平均

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