白云岩与白云岩储层成因：回顾、进展与展望

doi:10.11743/ogg20250304

Abstract

Abstract:

This study systematically reviews and summarizes the history and advances of research on the geneses of dolomites and dolomite reservoirs， and outlines the prospects for future research orientations. The study of dolomites has had a history of over 200 years， while research on dolomite reservoirs has been kicked off since the 1950s. Previous studies established dolomitization models under varying geological conditions represented by seepage reflux and burial-compaction， and explained the geneses of dolomites with varying characteristics and occurrences in nature. Accordingly， the dolomite pores may mainly result from dolomitization as concluded. Over the past decade， progress has been made by incorporating modern sedimentary observations and simulation experiments， and four genetic types of dolomites have been identified， that is， the low-temperature organic precipitation type， the low- and high-temperature metasomatism types， and the high-temperature inorganic precipitation type. Based on this， the plot for identifying the geological and geochemical characteristics of dolomites is developed. It has been revealed that the genesis of dolomites cannot be simply equated with that of dolomite reservoirs. The porosity in dolomite reservoirs is mainly inherited from original porosity followed by modification， featuring more significant facies control and inheritance rather than modification. Although some dolomite pores are the products of burial dissolution， early-stage dolomitization is favorable for pore preservation. Two dolomitization pathways， i.e.， dolomitization with protolith texture preserved and burial-based limestone dolomitization， have been identified， with the former exhibiting the optimal reservoir-forming effects. The advancements in experimental techniques have deepened the understanding of the geneses of dolomites， while simulation experiments provide deep insights into the geneses of dolomite reservoirs. In response to hydrocarbon exploration and production， future research should intensify the fine characterization and modeling of dolomite reservoirs， as well as logging-based reservoir identification and seismics-based reservoir prediction using the geological models of reservoirs.

Key words: dolomite genetic types, dolomitization model, pore, dolomite reservoir, dolostone

CLC Number:

TE122.2

Anjiang SHEN, Anping HU, Xiucheng TAN, Zhanfeng QIAO, Jianfeng ZHENG, Liyin PAN, Min SHE. Geneses of dolomites and dolomite reservoirs： Review， advances， and prospects[J]. Oil & Gas Geology, 2025, 46(3): 740-758.

Figures/Tables 12

Table 1

Predominant dolomitization models and their connotations"

序号	模式名称	内涵	提出者
1	渗透回流白云石化（seepage-reflux dolomitization）	①蒸发潟湖石膏沉淀导致富Mg²⁺的重卤水形成； ②重卤水密度大，渗透-回流至海底或障壁导致碳酸盐沉积物被这种富镁重卤水交代白云石化	Adams和Rhodes（1960）
2	毛细管浓缩白云石化（capillary concentration dolomitization）	炎热、干旱气候条件下，海水通过毛细管泵汲到强蒸发潮上带蒸发，使潮上带碳酸盐沉积物孔隙中的海水盐度、Mg²⁺/Ca²⁺摩尔比和CO₃^2-/Ca²⁺摩尔比增高，导致碳酸盐沉积物白云石化	Friedman和Sanders（1967）
3	蒸发泵白云石化（evaporative pumping dolomitization）	①海水由于萨布哈上面的蒸发泵作用从潟湖一侧被抽吸至潮上带碳酸盐沉积物内蒸发，导致石膏沉淀； ②石膏沉淀导致粒间水Mg²⁺/Ca²⁺摩尔比升高，从而导致文石的白云石化	Mckenzie等（1980）
4	库龙白云石化（coorong model）	蒸发量超过降雨量的干-湿季节交替气候下，富镁的大陆地下水不断补给海岸带暂时性湖泊并交代碳酸盐沉积物，使其白云石化	Von der Borch（1975）
5	混合水白云石化（dorag dolomitization）	通过理论计算，5 % ~ 30 %的海水和70 % ~ 95 %的淡水混合，降低了盐度和Mg²⁺/Ca²⁺摩尔比，减少了竞争离子，放慢了结晶速度，更有利于白云石化和规则有序白云石的形成	Badiozamani（1973）
6	海水热对流白云石化（kohout dolomitization）	远洋冷水和碳酸盐台地温水密度差导致海水循环，海水流动补偿Mg²⁺带走Ca²⁺，导致台缘碳酸盐沉积物白云石化	Kohout等（1977）
7	调整白云石化（adjustment dolomitization）	在大气淡水淋滤作用下，碳酸盐沉积物或岩石中的富镁成分发生调整，使沉积物或岩石某些部分发生白云石化	Hardie等（1987）
8	埋藏-压实白云石化（burial dolomitization）	埋藏高温条件下，泥岩压实脱水，镁离子析出并运移至石灰岩地层中，导致地层水Mg²⁺/Ca²⁺摩尔比增大，地层水中的Mg²⁺替换灰岩中的Ca²⁺，导致石灰岩白云石化	Mattes和Monntjoy（1980）
9	断裂控制的热液白云石化（fault-controlled hydrothermal dolomitization）	地幔深部热液流体沿着深部断裂运移至中-浅层灰岩中，由于灰岩上部致密隔挡层的阻隔，热液流体发生侧向运移，使灰岩发生白云石化或沿断裂、不整合面及相关的溶蚀孔洞中直接沉淀白云石	Davies和Smith（2006）
10	微生物诱导白云石化（microbial-mediated dolomitization）	在特殊类型的微生物（如硫酸盐还原菌、嗜盐古菌和产甲烷菌等）、特定的盐度（100 ‰ ~ 200 ‰）和碱度、特定的温度（30 ~ 50 ℃）以及低SO₄^2-、高CO₃^2-和高Mg²⁺浓度等条件可以诱导原白云石沉淀	Vasconcelos等（1995）

Table 1

Fig.1

Table 2

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Table 3

Geological and geochemical characteristics of dolomites of varying geneses"

结构组分		地质特征和产状	地球化学特征				均一温度/团簇同位素（Δ₄₇）温度	U-Pb同位素年龄
结构组分		地质特征和产状	有序度	碳/氧同位素	锶同位素（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）	微量和稀土元素	均一温度/团簇同位素（Δ₄₇）温度	U-Pb同位素年龄
低温有机沉淀白云石		微生物白云岩，层状-准层状，保留原岩结构	< 0.4，低有序度	δ¹⁸O（PDB）： -5 ‰ ~ 0，低负值； δ¹³C（PDB）： -4 ‰ ~ -1 ‰，低负值	< 0.709 0，低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值	—	地表低温（< 50 ℃）	近似于白云石沉淀年龄
低温交代白云石		颗粒白云岩、膏（盐）云岩，层状-准层状，保留原岩结构	0.4 ~ 0.6，中-低有序度	δ¹⁸O（PDB）： -8 ‰ ~ -5 ‰，中-低负值； δ¹³C（PDB）： -5‰ ~ 0，低负值	0.710 5 ~ 0.708 0，中-低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值	—	地表低温（< 50 ℃）	与地层年龄相当，近似于白云石化年龄
高温交代白云石	灰岩白云石化型白云石	细晶—粗晶他形-半自形晶，斑块状产出，包裹体少见	0.5 ~ 0.8，中有序度	δ¹⁸O（PDB）： -8 ‰～ -4 ‰，中-低负值； δ¹³C（PDB）： -1 ‰～3 ‰，低负-低正值	0.710 0 ~ 0.708 5，中-低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值	微量元素：低Mg/Ca元素含量比值、低Mn/Fe元素含量比值；稀土元素总量：低ΣREE；稀土元素配分模式： LREE， MREE和HREE型；稀土元素异常：Eu正异常	包裹体少见，Δ₄₇温度高，但不代表白云石形成温度	介于地层年龄和白云石化年龄之间，晶粒越粗越自形，越接近白云石化年龄
高温交代白云石	白云岩继承型白云石	细晶—粗晶半自形-自形晶，准层状-斑块状产出，包裹体少见	> 0.8，高有序度	δ¹⁸O（PDB）：-10 ‰ ～ -8 ‰，中负值； δ¹³C（PDB）：-3 ‰ ～ -1 ‰，低负值	0.710 0 ~ 0.711 0，中-高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值	微量元素：高Mg/Ca元素含量比值、高Mn/Fe元素含量比值；稀土元素总量：高ΣREE；稀土元素配分模式： LREE， MREE和HREE型；稀土元素异常： Ce正异常	包裹体少见，Δ₄₇温度低，但不代表白云石形成温度	介于地层年龄和白云石化年龄之间，晶粒越粗越自形，越接近白云石化年龄
高温无机沉淀白云石		细晶—巨晶自形晶，充填于孔-洞-缝中，富含包裹体	> 0.8，高有序度	δ¹⁸O（PDB）：-20 ‰ ～ -10 ‰，高负值； δ¹³C（PDB）：-2 ‰ ～ 2 ‰，低负-低正值	0.710 5 ~0.712 0，高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值	—	中-高温多期包裹体温度（> 80℃），代表白云石形成温度	代表白云石沉淀的年龄，多期，比围岩年轻

Table 3

Table 4

Conditions and results of simulation experiments on major factors controlling the dissolution rates of carbonate minerals and on the dissolution patterns of the minerals"

序号	模拟实验名称	样品特征	实验条件	实验结果
序号	模拟实验名称	样品特征	实验条件	中-浅层（压力 < 70 MPa、温度 < 120 ℃）	深-特深层（压力 > 70 MPa、温度 > 120 ℃）
1	碳酸盐矿物类型对溶解速率影响模拟实验	孔隙型白云岩和孔隙型灰岩柱塞样，孔隙度和渗透率分别为6.78 %和5.56 %以及1.43 × 10^-3 μm²和1.27 × 10^-3 μm²	浓度2 mol/L乙酸溶液和CO₂饱和溶液，岩石内部溶蚀，开放-流动体系，流速1 mL/min	乙酸对方解石溶解速率远大于白云石，随温-压增加，方解石和白云石溶蚀能力均呈上升趋势	随温-压增加，CO₂饱和溶液对白云石的溶解速率迅速增大，并明显大于方解石
2	流体类型和浓度对碳酸盐矿物溶解速率影响模拟实验	孔隙型白云岩和孔隙型灰岩柱塞样，孔隙度和渗透率分别为6.78 %和5.56 %以及 1.43 × 10^-3 μm²和1.27 × 10^-3 μm²	浓度2 mol/L乙酸溶液、3.5 mol/L乙酸溶液和CO₂饱和溶液，岩石内部溶蚀，内部溶蚀，开放-流动体系，流速1 mL/min	随温-压增加，碳酸盐矿物的溶蚀速率增加，乙酸对碳酸盐矿的溶解速率大于CO₂饱和溶液，乙酸流体浓度越高溶解速率越大	随温-压增加，CO₂饱和溶液对白云石的溶解速率迅速增大，并明显大于方解石
3	岩性和物性对碳酸盐矿物溶解速率影响模拟实验	白云岩和灰岩柱塞样，孔隙度和渗透率分别为19.80 %和4.40 %以及1.70 × 10^-3 μm²和3.60 × 10^-3 μm²	浓度2 mol/L乙酸溶液和CO₂饱和溶液，岩石内部溶蚀，开放-流动体系，流速1 mL/min	随温-压增加，乙酸溶液和CO₂饱和溶液对白云岩的溶解量（离子浓度）大于灰岩	随温-压增加，CO₂饱和溶液对白云岩溶解量（离子浓度）大于灰岩

Table 4

Table 5

Fig.7

References 57

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成岩阶段	成岩流体	白云石化形式	白云石化模式	白云石化机理	白云岩（白云石）地质特征
成岩阶段	成岩流体	白云石化形式	白云石化模式	白云石化机理	产状	有序度	矿物学
准同生阶段	蒸发海水、海水、大气淡水和混合水等	低温有机沉淀白云石	微生物诱导白云石沉淀	特殊类型的细菌（如嗜盐古菌）+高盐度	层状-准层状	低	纹层状、叠层状微生物白云岩，由泥晶白云石构成
准同生阶段	蒸发海水、海水、大气淡水和混合水等	低温交代白云石	渗透回流、毛细管浓缩、蒸发泵、库龙、混合水、海水热对流和调整白云石化	流体中Mg²⁺交代先期沉淀的方解石（灰岩）中的Ca²⁺，使灰岩发生白云石化	层状-准层状	低	（含膏盐）泥晶白云岩、保留或残留原岩颗粒结构白云岩，颗粒由泥-粉晶白云石构成
埋藏阶段	地层水和深部地幔热液等	高温交代白云石	埋藏-压实白云石化和断裂控制的热液白云石化	地层水或深部地幔热液中Mg²⁺交代方解石（灰岩）中的Ca²⁺，使灰岩发生白云石化	斑块状	中	晶粒（细晶及以上）白云岩，不保留或残留原岩结构，原岩为灰岩
埋藏阶段	地层水和深部地幔热液等	高温无机沉淀白云石	断裂控制的热液白云石化	从富Mg²⁺的地层水或深部地幔热液中直接沉淀白云石	充填状	中-高	晶粒（细晶及以上）白云石，鞍状白云石常见，围岩为灰岩或白云岩

白云石化路径	白云岩特征与成因	白云岩储层特征与成因	储层评价
白云岩保持型	原岩为礁（丘）滩灰岩和蒸发潟湖周缘含膏（盐）的泥晶灰岩，经历准同生期白云石化，保留原岩结构	原生孔和早表生期组构选择性溶孔，是对原岩孔隙的继承，早期白云石化有利于孔隙的保存	Ⅰ类
白云岩叠加改造型	准同生期白云石化形成的白云岩经历埋藏-热液交代白云石化叠加改造，形成晶粒白云岩，残留部分原岩结构	原生孔和早表生期组构选择性溶孔，是对原岩孔隙的继承，早期白云石化有利于孔隙的保存，埋藏交代白云石化是孔隙的调整过程，对孔隙增减的意义不大，但进一步提升了孔隙保持能力	Ⅰ-Ⅱ类
灰岩埋藏白云石化型	埋藏环境灰岩白云石化，埋藏交代白云石化的产物，中-粗晶和粗晶白云岩为主，残留部分原岩结构	埋藏交代白云石化前，灰岩发生了强烈的压实-压溶作用，压实减孔和压溶产物对邻近孔隙的充填使初始孔隙几乎消失殆尽，少量的原生孔隙被继承	Ⅲ-Ⅳ类

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Geneses of dolomites and dolomite reservoirs： Review， advances， and prospects

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