苏北黄桥CO₂气田位于下扬子中、新生代残余盆地与苏南新生代隆起的转折部位，断裂较发育，形成若干断块构造（图 1）。该CO₂气田是目前中国陆上开发利用最大的CO₂气田之一，探明地质储量达200×10⁸m³。与CO₂伴生的还有少量凝析油产出，是CO₂和凝析油共生的特殊油气藏。该区油气主要储层为龙潭组砂岩，总体上属于致密储层范畴，物性较差且非均质性强。溪2井和溪3井2个相距不足1km的钻井，溪3井是高产井，溪2井却没有产能，储层变化和成藏差异十分显著，是制约该区勘探开发的关键因素。

图  1  苏北盆地黄桥地区龙潭组地质背景图

a—黄桥地区溪桥构造龙潭组（P₃l）顶面构造图; b—黄桥地区过溪1、溪2、溪3井地质剖面^① Q—第四系；Ny—盐城组；K₂p—浦口组；T_1-2qn—青龙组；P₃d—大隆组；P₃l—龙潭组；P₂g—孤峰组；P₁q—栖霞组；C₂h—黄龙组；C₁j—金陵组；D₃w—五通组；S₃m—茅山组；S₂f—坟头组

Figure  1.  Geological map of the Longtan Formation in Huangqiao area, Subei Basin

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前人对黄桥典型CO₂-油藏开展了诸多研究。其中CO₂的来源和成因问题备受关注，前人多认为CO₂主要来自深部幔源，其成藏受区域断裂控制^[1-3]。关于油的来源及成藏机理研究，前人认为，黄桥油气藏属于自生自储的类型，且具有多期生烃、晚期成藏的特征^[4-6]。对储层的研究也受到重视，主要工作集中在沉积相、砂体展布、砂岩物性等方面。例如，李建青等^[5]认为，黄桥地区二叠系有利储层与沉积相、砂体展布及砂岩物性有关；李伶俐等^[7]指出，菱铁矿及方解石胶结是龙潭组砂岩储层孔隙降低的重要原因，而溶蚀作用是储层质量改善的重要因素。对于CO₂充注和二叠系—三叠系油气成藏的关系，黄俨然等^[8]、俞昊^[9]认为，CO₂于后期充注，成藏期次晚于油气藏，从而有限驱替油气、萃取轻质油。尽管前人已经对黄桥CO₂-油藏做了较深入的研究^[1-9]，但迄今为止，深部富CO₂流体活动对黄桥地区致密砂岩储层的影响并没有系统的研究。

实际上，作为一种能溶于水形成酸性流体的气体组分，CO₂充注后能与储层发生CO₂-H₂O-砂岩反应，对储层必然有显著影响。国外学者进行了一系列富CO₂流体-砂岩作用的实验，发现CO₂充注不仅会引起砂岩中一些碎屑矿物（例如长石）和早期自生矿物的溶蚀、溶解，形成次生孔隙^[10-11]，还会与H₂O、砂岩发生反应，以次生碳酸盐矿物形式（如片钠铝石、方解石、白云石、菱铁矿等）沉淀，被“固化”在宿主砂岩中^[12-15]。

具体到黄桥地区，前人普遍认为CO₂对储层的改造和油气的聚集具有重要影响^[8-9]，但迄今尚未开展系统的研究工作，不仅对富CO₂流体与砂岩储层作用的特征研究薄弱，对该过程的作用机理和模式也缺乏认识。基于中国东部地区发现大量CO₂气田（藏）及高含CO₂油气田（藏），关于黄桥典型CO₂气藏的深入研究，对揭示富CO₂流体与砂岩储层相互的特征、深化富CO₂流体与砂岩储层相互作用机理的认识，以及储层改造作用模式的建立，具有重要理论和现实意义。

基于前人在沉积、成岩、油气成藏等方面的研究基础^[4-9]，本文对黄桥地区典型钻井的龙潭组砂岩储层进行了系统观测和描述，重点选择CO₂产量与储层特征差异显著的溪2井和溪3井进行对比分析，开展了详细的岩矿鉴定，以及扫描电镜和电子探针微区观测，揭示了富CO₂流体-砂岩作用的特征矿物组合特点，分析了作用过程和机理，进而建立了深部富CO₂流体对砂岩储层的改造模式。

1.   地质背景

下扬子属于扬子准地台东端的台褶带，即地台上构造活动性较强的古生代—三叠纪的坳陷带^[16]。下扬子晚古生代时期属于断裂坳陷性质，发育晚古生代的火山活动及成矿作用^[17]。中生代下扬子区演化受到南、北两侧2条大断裂控制；侏罗纪—白垩纪火山岩中包含双峰式火山岩和具类似于大陆裂谷碱性玄武岩特征的岩石，显示了陆内裂谷的特征^[18]。

黄桥地区位于下扬子区南京坳陷的苏北斜坡，构造上处于下扬子苏北中、新生代残余盆地与苏南新生代隆起2个性质不同的构造单元转折部位。黄桥地区构造演化经历了平稳沉降、挤压推覆、拉张裂陷及隆升剥蚀四大发育阶段：①印支运动前平稳沉降阶段，构造环境比较稳定，以振荡运动为特征，属于连续沉积的陆缘海和陆表海，极少火山活动，构造运动简单、平稳，以形成隆坳构造格局为特征。②印支晚期—燕山中期挤压推覆阶段：该阶段地层遭受了最强烈的构造变形，扬子板块与华北板块相拼接，使下扬子地区隆起造山，形成冲褶构造，强烈的隆升、推覆造山使古、中生界遭受错断、走滑、褶曲和侵蚀。黄桥地区在印支晚期，形成相间排列的复杂背向斜褶皱，在燕山运动早中期，产生一系列逆冲断层，也有新生的正断层，致使原来的复式背向斜发生位置和形态的复杂变化。③燕山晚期—喜马拉雅早期拉张裂陷阶段：该阶段下扬子地区构造应力场由挤压转变为SE—NW向的拉张，表现为地层整体下降，广泛接受上白垩统沉积，中新生界陆相地层形成NNE向的构造格局。④喜马拉雅晚期隆升剥蚀阶段：此阶段地层剧烈隆升并被剥蚀，此后，区内普遍接受了新近系和第四系的坳陷型碎屑沉积^[19]。黄桥地区经历了多期旋回的构造运动叠加改造，断裂发育，新老构造破碎复杂，影响了油气成藏与保存。

黄桥地区保存了较完整的中、古生界海相及海陆交互相地层，钻井揭示有二叠系栖霞组、孤峰组、龙潭组、大隆组及三叠系青龙组。其中龙潭组为灰黑色泥岩、砂岩与煤层沉积组合，可分为上下两段，下段以灰黑色泥岩为主，局部夹泥灰岩、炭质泥岩及砂岩；上段粒度较粗，以砂岩为主，局部为砂泥互层，见煤线。砂岩中发育透镜状层理、水平层理、斜层理及大型交错层理等沉积构造。前人认为，龙潭组是一套三角洲沉积体系，砂岩层系是该区的主要储层^[5]。

黄桥地区不仅中、古生界海相地层发育较全，油气资源也较丰富。钻井显示，黄桥地区龙潭组顶部存在一套稳定展布的含油砂体，该致密砂岩中原油主要源自上二叠统龙潭组和中二叠统孤峰组，有机质类型属混合型的泥质烃源岩^[20]，以自生自储为主要特征^[8]。此外，在青龙组灰岩裂缝和浦口组底部砂岩中也有部分油气显示^[21]。

2.   样品及实验方法

在对溪3和溪2井岩心进行系统观测、编录的基础上，采集了百余件样品。所有样品均磨制薄片，进行细致的岩矿鉴定，初步确定样品的矿物组成和结构特征。然后利用扫描电镜（SEM）观察矿物的形貌和微观结构，再针对特征矿物在SEM下进行能谱分析（EDS），以了解其元素组成。SEM测试仪器为日本电子JAX-JSM-6490，成像条件为：加速电压15kV，30μm标准光栏，以二次电子成像（SE）模式运行，捕获时间40s。能谱分析（EDS）探头为Oxford INCA energy 350，分析条件为：加速电压15 kV，以EDS模式运行。为了进一步明确研究区龙潭组的砂岩矿物组成、孔隙分布与特征矿物的元素组成，还开展了电子探针(EPMA)背散射电子成像(BSE)观测和元素含量测试。EPMA测试仪器为JXA-8100M（JEOL），背散射成像（BSE）和矿物元素分析条件为：加速电压15kV，束流20nA，束斑直径1 μm。

3.   龙潭组砂岩储层基本特征

黄桥地区钻遇古生界的钻井约30余口，各井龙潭组普遍有油气显示，但因龙潭组砂岩储层物性非均质性强，含油气性变化很大。龙潭组砂岩层段主要为石英砂岩（图 2），粒度由粉砂到中粗砂变化，局部夹薄层泥岩。该区储层原生孔隙残留较少，主要的储集空间为次生孔隙中的粒间孔、粒内溶孔及铸模孔，并可见少量的成岩缝及构造缝。

图  2  黄桥地区龙潭组砂岩岩性特征及显微结构

a—龙潭组细粒钙质长石石英砂岩，溪2井，1636.2m；b—龙潭组中粒钙质长石石英砂岩，溪2井，1558m，正交偏光；c—龙潭组中粗粒石英砂岩，溪3井，1598.18m；d—龙潭组中粗粒石英砂岩，溪3井，1596.4m，正交偏光

Figure  2.  Lithologic characteristics and microstructure of the sandstone in the Longtan Formation, Huangqiao area

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龙潭组砂岩整体孔隙度、渗透率较低，且非均质性极强、变化大。其中，溪2井和溪3井相距不到1km，储层特征差异显著，且CO₂产量与含油气性差别极大。溪3井位于断层附近，穿越断层上盘，龙潭组储层岩性为中—粗粒石英砂岩，次生溶蚀作用强烈，孔隙度为9%~13.12%，平均孔隙度9.92%，渗透率为0.337×10^-3~815.675×10^-3μm²，平均渗透率128.017×10^-3μm²，属低孔、低—中等渗透率储层。该井是黄桥地区重要的高产井，试油结果为2.8t/d，日产CO₂ 3.76×10⁴ m³。但距离溪3井不远的溪2井却没有产能。溪2井距离断层较远，龙潭组储层岩性为钙质长石细砂岩，平均孔隙度6.91%，平均渗透率为0.958×10^-3μm²，储层整体较致密，不产油气，也不产CO₂。

除物性有明显的差异外，黄桥地区溪2井与溪3井受富CO₂流体作用的程度及自生矿物组合也有明显区别。具体表现在，溪2井长石整体溶蚀不彻底，发育大量方解石、菱铁矿、白云石、铁白云石等碳酸盐矿物，而溪3井镜下几乎未见长石，基本溶蚀殆尽，碳酸盐矿物较溪2井明显少，且发育片钠铝石、三水铝石、高岭石、次生石英。两者的显著差异，为研究储层物性非均质性的原因提供了素材。

4.   富CO₂流体作用的特征矿物

4.1   溪3井砂岩溶蚀改造现象与自生矿物组合

4.1.1   与CO₂作用相关的特征自生矿物——片钠铝石与水铝石

溪3井镜下几乎未见长石，溶蚀彻底，次生溶孔发育。长石溶蚀提供了Na、Ca、Si等元素，为形成各种次生矿物（如片钠铝石、高岭石、水铝石等）提供了物质来源。

溪3井龙潭组砂岩中最典型的自生矿物为片钠铝石，以针状、束状、放射状、纤维状、毛发状集合体生长于孔隙内，偏光显微镜下近无色，多被油气浸染呈浅棕褐色。经常具有交代长石的特点，并与高岭石伴生，一起产出于长石溶蚀形成的孔隙中，剩余孔隙中常见沥青。

在扫描电镜下，可清楚观察到该矿物呈针状、短柱状，以簇状集合体出现，与文献中片钠铝石的特点一致。能谱显示其主要元素有C、O、Na、Al，也符合片钠铝石成分特点（分子式NaAlCO₃(OH)₂）。片钠铝石形成于25~100℃、富含钠和铝离子、碱性流体、高CO₂分压流体条件, 是唯一在CO₂分压升高条件下热力学稳定的矿物，是CO₂运移、聚集或逸散的示踪矿物^[22]，与研究区CO₂充注的地质历史及长石溶蚀的环境一致。

片钠铝石一般不独立产出，常与高岭石等共生，形成特定的次生矿物组合。如图 3、图 4-a所示，溶蚀孔隙中为片钠铝石（或水铝石）与高岭石等组合（成分见表 1）。电子探针下对溪3井针状自生矿物进行定量分析。由表 1可知，除片钠铝石外，溪3井内还伴生有分子式为Al₂O₃·nH₂O的簇状、针状矿物集合体，推测该矿物为水铝石。根据元素相对含量，溪3井水铝石多为三水铝石，n≤3，推测部分三水铝石脱水形成一水硬（软）铝石^[23]。在片钠铝石水热合成实验中发现，当温度为80℃时，产物为NaAlCO₃(OH)₂与Al(OH)₃的混合相。此外，曲希玉等^[25]在片钠铝石稳定性实验过程中发现，地层条件下片钠铝石发生溶解的温度区间为100~150 ℃，且反应后有碳酸盐及其他矿物生成，包括一水软铝石、钠长石、绿泥石、菱铁矿及一些未知的碳酸盐矿物。因此，在片钠铝石发育的条件下，存在水铝石是合理性的。

图  3  溪3井龙潭组砂岩内片钠铝石微观照片

a—龙潭组砂岩孔隙内片钠铝石与高岭石、菱铁矿组合，溪3井，1597.3m，单偏光；b—龙潭组砂岩孔隙内簇状片钠铝石，溪3井，1597.3m，SEM图像。Qz—石英；Kao—高岭石；Daw—片钠铝石；Sd—菱铁矿

Figure  3.  Micro-photo of dawsonite in the sandstone of Longtan Formation, Well Xi 3

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图  4  溪3井龙潭组砂岩内片钠铝石、高岭石及水铝石背散射照片

a—龙潭组砂岩孔隙内片钠铝石与高岭石伴生，溪3井，1595.1m，comp图像；b—龙潭组砂岩孔隙内放射状水铝石，溪3井，1595.1m，comp图像

Figure  4.  COMP-photo of dawsonite, kaolinite and gibbsite in the sandstone of Longtan Formation, Well Xi 3

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表  1  溪3井龙潭组石英砂岩孔隙内自生矿物EPMA数据

Table  1.  EPMA data of authigenic minerals from pores of quartz sandstone in Longtan Formation, Well Xi 3

%
点位	K2O	Na2O	CaO	TiO2	MgO	FeO	MnO	Al2O3	SiO2	总计	矿物
点1	0.02	0.04	0.04	0.01	0.06	0.06	-	39.35	48.65	88.25	高岭石
点2	0.01	8.23	0.06	-	0.05	-	0.02	68.11	0.13	76.60	片钠铝石
点3	0.02	7.34	0.09	-	0.04	0.01	0.03	78.65	0.12	86.31	片钠铝石
点4	0.10	0.15	0.01	-	0.04	0.05	-	67.15	0.05	67.55	水铝石
点5	0.07	0.15	0.02	0.03	0.04	0.03	0.01	70.22	0.39	70.94	水铝石

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4.1.2   高岭石

溪3井生长大量自生高岭石，可见高岭石以六方板状组成书页状集合体，多分布于碎屑颗粒之间，以孔隙充填的方式存在于岩石骨架之间，常与片钠铝石/水铝石伴生，边缘多有油气浸染（图 5）。高岭石为长石溶蚀的常见副产物，也可为CO₂与长石反应生成片钠铝石的中间产物。作为长石溶蚀产生的次生孔隙的标志矿物，大量堆积疏松的高岭石的存在意味着碎屑岩储层次生溶孔较发育^[26]。

图  5  溪3井龙潭组砂岩内自生高岭石SEM图像及能谱

Figure  5.  SEM-photo and EDS of authigenic kaolinite from sandstone in Longtan Formation, Well Xi 3

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4.1.3   石英次生加大

溪3井龙潭组砂岩中普遍发育石英次生加大边，呈不完整附加边状、环边状沿着石英颗粒边缘生长，常见多期式增生特点，或者形成独立的自生石英晶体（晶簇）（图 6-b）。自生石英的存在意味着流体中有大量Si来源，以及酸性流体环境。除了在早期压实过程中，地层流体矿化度升高，部分石英发生次生加大，龙潭组煤系地层的酸性淋滤作用、CO₂侵入都有利于自生石英的形成，而油气充注，改变了地层流体条件，会抑制石英次生加大过程^[27]。长石的溶解是石英次生加大重要的硅来源，通常自生石英发育的区域也是储层孔隙度较好的区域，同时自生石英胶结物起到了固结岩石骨架的作用^[26]。

图  6  溪3井龙潭组砂岩内石英次生加大现象

a—龙潭组砂岩多期石英次生加大，溪3井，1596.2m，正交偏光；b—龙潭组砂岩内自生石英晶簇，溪3井，1597.84m，SEM图像；c—龙潭组砂岩内多期石英次生加大边环带，溪3井，1599.1m，comp图像；d与c同一视域CL图像；Qz—陆源石英颗粒；Qs—次生加大边

Figure  6.  Quartz secondary enlargement in sandstone of Longtan Formation, Well Xi 3

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4.1.4   菱铁矿

溪3井碳酸盐含量较溪2井明显较低，主要为自生菱铁矿，方解石、白云石及铁白云石含量较少且多以脉的形式存在。自生菱铁矿呈叶片状、球粒状、菱形集合体等形态，多生长在颗粒之间的孔隙内，且部分菱铁矿与片钠铝石、高岭石等共生（图 3-a）。根据电子探针EPMA数据分析结果，菱铁矿FeO含量可达47.496% ~59.024%，MnO含量为0.015% ~2.583%，MgO含量为4.531% ~0.018%，且FeO、MnO含量随着MgO含量增加而减小，表现出多期次的特征。

4.2   溪2井溶蚀改造现象与自生矿物组合

4.2.1   长石溶蚀

与溪3井相比，溪2井龙潭组砂岩中可见大量长石颗粒，并发生了不同程度的溶蚀。多数长石表面发育次生微孔隙，解理缝变宽，边缘呈锯齿状或港湾状，并常见各种形状的粒内溶孔（孤立状、条纹状或蜂窝状等）。值得注意的是，不少次生孔隙被次生碳酸盐胶结物充填（图 7）。此外，也有部分长石蚀变为粘土矿物及云母。

图  7  溪2井龙潭组钙质长石石英砂岩内长石溶蚀现象

a—龙潭组钙质长石石英砂岩内长石被溶蚀、交代，溪2井，1632.4m，正交偏光；b—龙潭组砂岩内钾长石被溶蚀，溪2井，1554.95m，comp图像。Qz—石英；Cal—方解石；Fsp—长石；Kfs—钾长石

Figure  7.  Dissolution of feldspar in calcareous feldspathic quartz sandstone of Longtan Formation, Well Xi 2

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4.2.2   碳酸盐胶结物

溪2井龙潭组砂岩碳酸盐胶结物非常发育，颗粒间充填大量方解石、铁白云石及多期菱铁矿（图 8）。其中分布最多的碳酸盐胶结物为方解石，含量高达15.4%，多以镶嵌状填充于骨架颗粒之间，部分方解石发生溶蚀并重结晶。菱铁矿含量其次，多呈菱形、半自形球粒状、叶片状，并且表现出多期次的特征。白云石含量较少，多呈菱形自生晶体形态，局部含铁量高达15%（FeO），为铁白云石（表 2）。部分碳酸盐胶结物以脉的形式存在。总体上，大部分碳酸盐矿物具有次生特征，显示出溶蚀-交代，或溶蚀-再沉淀特征。

图  8  溪2井龙潭组砂岩石英颗粒之间大量碳酸盐矿物

a—钙质长石石英砂岩内大量方解石胶结物，溪2井，1630.85m，comp图像；b—钙质长石石英砂岩处碳酸盐胶结物，溪2井，1630.85m，comp图像。Qz—石英；Ca—方解石；Sd—菱铁矿

Figure  8.  Mass carbonate minerals among quartz grains in sandstone of Longtan Formation, Well Xi 2

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表  2  溪2龙潭组石英砂岩内碳酸盐矿物EPMA数据

Table  2.  EPMA data of carbonate minerals from quartz sandstone in Longtan Formation, Well Xi 2

%
点位	K2O	Na2O	CaO	TiO2	MgO	FeO	MnO	Al2O3	SiO2	总计	矿物
点10	0.01	0.12	5.03	-	5.95	47.54	0.50	0.01	0.04	59.21	菱铁矿
点11	0.00	0.05	9.61	-	8.69	13.59	0.63	0.03	0.02	52.62	铁白云石
点12	0.01	0.10	30.09	-	10.46	10.96	0.88	-	0.05	52.55	铁白云石
点13	0.00	0.10	5.01	0.03	5.81	47.65	0.58	0.01	0.04	59.21	菱铁矿
点14	0.01	0.04	55.60	-	0.07	0.96	0.20	0.02	0.06	56.96	方解石
点15	0.01	0.08	4.60	0.01	5.76	48.00	0.63	0.00	0.02	59.10	菱铁矿
点16	0.04	0.21	3.37	0.03	0.52	51.73	2.67	0.10	0.23	58.89	菱铁矿
点17	0.01	0.07	29.28	-	8.93	13.68	0.62	0.02	0.08	52.69	铁白云石

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与溪3井比，溪2井龙潭组砂岩钙质含量较高，胶结物主要为碳酸盐（方解石及菱铁矿），局部含铁白云石胶结物。大量碳酸盐胶结物的存在，填充了碎屑颗粒之间的孔隙及长石溶蚀产生的粒间、粒内溶孔，大大降低了储层孔隙度及孔隙连通性，对储层起到了破坏作用。

5.   溶蚀改造机理与模式

5.1   特征自生矿物对CO₂作用过程的指示意义

溪3井自生矿物组合为片钠铝石、水铝石、自生石英、粘土矿物高岭石，而溪2井自生矿物组合主要为碳酸盐矿物。片钠铝石是CO₂运移、聚集或逸散的示踪矿物，形成于富含钠和铝离子、碱性流体、高CO₂分压流体条件，是唯一在CO₂分压升高条件下热力学稳定的矿物，如果CO₂分压降低到临界值以下，它就发生分解。即如果孔隙中CO₂气分压较高，则形成片钠铝石，否则形成菱铁矿、铁白云石、白云石等^[28]。与片钠铝石稳定共生的自生矿物主要为铁白云石、菱铁矿等碳酸盐矿物。热力学分析表明，在Na₂O-CaO-SiO₂-Al₂O₃-CO₂-H₂O体系中, 钠长石、蒙脱石、云母、高岭石、三水铝石、钙长石都可以转变成片钠铝石^[29]。

根据张向峰等^[24]的水热合成实验，在80℃时，产物为片钠铝石NaAlCO₃(OH)₂与三水铝石Al(OH)₃的混合相；在80~120℃区间内，生成产物为单相片钠铝石NaAlCO₃(OH)₂，且温度升高有助于片钠铝石形成。Hellevang等^[28]的热力学模拟数据表明，在更高的温度条件下, 要使片钠铝石稳定存在, 需要更高的CO₂分压。

研究区溪3井距离断层较近，始终保持着较高的CO₂分压，即使温度升高，大部分片钠铝石也能稳定保存，少量分解生成水铝石（钾长石溶解过程也能生成水铝石）；且高温条件有助于高岭石水解生成石英和三水铝石^[30]。根据生产观测资料，溪3井每开采1t凝析油就有1×10⁴m³CO₂气采出，可见CO₂浓度极高，这也是片钠铝石之所以发育并稳定存在的条件。溪2井则不同，距离断层较远，CO₂分压较低，且流体pH=7.3较大，很可能超过片钠铝石稳定存在的临界值，片钠铝石不生成或不稳定。

所以，在CO₂与储层作用较强的区域，长石溶蚀，生成片钠铝石、水铝石，并伴随明显的石英次生加大现象及高岭石生成；而在CO₂与储层作用稍弱的外围区域，富CO₂流体补充大量的CO₃^2-，生成大量碳酸盐矿物，如方解石、菱铁矿、铁白云石等。

5.2   CO₂与储层作用过程分析

结合研究区龙潭组砂岩岩相学特征及CO₂侵入过程分析，推测研究区CO₂与储层作用过程大致如下：黄桥地区龙潭组的形成，经历了印支期—燕山中期的挤压变形和燕山晚期—喜马拉雅早期的拉张变形阶段，构造变形强烈，断裂发育。早期含CO₂流体沿断裂侵入，地层流体呈酸性环境，早期碳酸盐及长石发生溶蚀，储层被改造。其中溪3井离断层较近，始终保持较高的CO₂分压，大量CO₂与长石反应，生成片钠铝石、水铝石及次生石英。长石及其他碳酸盐被溶蚀形成次生孔隙，生成针状、放射状、簇状的片钠铝石及堆积疏松的高岭石，大大改善了储层孔渗性。晚期成藏时油气大量侵入，油气的充填改变了溪3井的水岩反应条件，抑制了石英次生加大^[27]。后期溪3井CO₂分压降低或随着埋深增加地层温度升高，部分片钠铝石逐渐分解形成水铝石，晚期溶液中部分碳酸盐重新结晶，主要为菱铁矿。而远离断层的溪2井，CO₂分压始终较溪3低，且含CO₂流体流经过程中沿途溶蚀长石、岩屑、粘土矿物及其他铝硅酸盐矿物、早期碳酸盐等，流体环境由酸性逐渐转变为中性。当含CO₂流体注入时，溪2井部分长石、早期碳酸盐等矿物被溶蚀，Na⁺、Ca²⁺、Al³⁺等碱性离子溶出，流体碱度进一步增加，根据CO₂注入碳酸盐长石砂岩溶蚀实验，几周或月余便很快达到平衡^[31]，流体环境由酸性变为中性-弱碱性，大量碳酸盐析出，形成方解石、铁白云石、菱铁矿等，使得储层更加致密（图 9）。

图  9  CO₂与储层作用过程

Figure  9.  The process of the CO₂ fluid interaction with reservoirs

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溪2井和溪3井与断层距离不同引起的CO₂分压差异，是导致含CO₂流体与储层作用机理不同的重要原因。储层在含CO₂流体作用下差异明显，CO₂分压高、温度高的溪3井附近储层被改造，为龙潭组油气聚集提供了有利条件。CO₂分压低、温度低的溪2井附近储层被破坏，最终未能成藏。石英次生加大主要发生在含CO₂流体与储层作用阶段。含CO₂流体与储层的不同作用过程在岩相学特征上也有明显表现，长石、早期碳酸盐溶蚀程度的不同及自生矿物组合的差异均证明了溪2井与溪3井的区别。

5.3   CO₂与储层作用模式

黄桥地区断裂发育，大量断裂为深部含CO₂流体的运移和聚集提供了有效通道。含CO₂流体随着地幔物质沿断层上涌，进入储层，发生一系列物理、化学反应。在CO₂分压较高的地区，即靠近断层的高温区，主要的自生矿物组合为自生石英、片钠铝石、水铝石、粘土矿物；在远离断层的中-低温区域，主要的自生矿物组合为铁白云石、菱铁矿、方解石。具体表现为靠近断层的高温区主要发生硅质沉淀及特征自生矿物的生长，并对储层有一定改造作用；而相对远离断层的中-低温区则主要发生大量碳酸盐沉淀，对储层有破坏作用（图 10）。

图  10  黄桥地区含CO₂流体与龙潭组砂岩作用模式（地层代号注释同图 1）

Figure  10.  Mode of the CO₂-rich fluid interaction with sandstone reservoirs from Longtan Formation in Huangqiao area

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6.   结论

（1）黄桥地区储层非均质性强，不同钻井在矿物类型、溶蚀程度、胶结程度上有明显差异。溪3井距离断层较近，发育特征自生矿物片钠铝石、水铝石及大量高岭石，孔渗性相对较好；距离断层较远的溪2井岩性主要为钙质长石石英细砂岩，长石溶蚀不彻底，发育大量碳酸盐胶结物。

（2）黄桥地区储层特征与含CO₂流体作用有关。CO₂分压较高的区域表现为长石溶蚀及特征自生矿物片钠铝石的生长，形成次生孔隙及铝硅酸盐矿物自生矿物组合，提高了储层孔渗性；CO₂分压较低的区域主要表现为大量碳酸盐沉淀，造成储层原始孔隙的损失，导致储层进一步致密化。

（3）黄桥地区含CO₂流体与龙潭组砂岩作用，形成片钠铝石及其他碳酸盐矿物的过程，对储层改造和油气富集有重要意义。在断裂控制下，与富CO₂流体作用改造相关的储层发育模式，为后续油气勘探和开发提供了新依据，并为其他CO₂聚集地区的地质特征提供了有利信息。