沉积盆地成岩作用系统及其时空属性

含油气盆地的勘探开发对认识沉积成岩作用和储层发育规律提出了很高的要求。然而,迄今为止沉积学家和石油工程师还很难如认识沉积过程及其结构那样认识盆地尺度或宏观尺度上成岩作用的时空分带。为此,本文探讨了成岩作用类型的时空属性和主控因素等理论问题,提出了成岩系统分级(类)的有关准则,试图以此探索成岩作用时空分布与演变研究的新思路。结合中国东、西部有关中-新生代沉积盆地实例分析,阐述了盆地域(尺度)、层序域、亚层序域、层内域等成岩作用系统的客观存在,并对盆地域、层序域成岩作用系统动力学研究的思路和方法作了进一步阐释。在盆地尺度上成岩作用的时空分布主要与盆地大地构造位置及其控制的温压场、物源、剥蚀-搬运气候背景、埋藏历史、水文体制叠置方式密切关联;层序域成岩作用系统的时空分异则主要取决于埋藏深度、层序结构与宏观物理-化学障、沉积体系(配置)、水文体制。研究认为,成岩系统的层次分析是认识不同类型沉积盆地成岩结构的重要基础,而对于确定的盆地类型而言,盆地尺度水文体制与流体-岩石相互作用研究是解析成岩作用时空属性的关键。成岩系统研究目前还面临许多关键问题亟待解决,如成岩系统及其边界条件的划分:成岩作用系统关键要素及其制约机制的厘定;盆地尺度上精细构造演化和温压历史恢复;盆地流体属性和活动期次的准确鉴别;盆地尺度上成岩作用数值模拟和动力学过程研究。     

含油气盆地成岩作用的科学问题及研究前沿

1990年代以来成岩作用研究在国际沉积学中的地位已经发生重要转变,成岩作用研究群体或"共同体"已经初步形成。从岩石类型、地理-气候环境类型、成岩演化阶段、盆地类型等不同方面,本文概括和论述了成岩作用的知识体系,在此基础上提出了当今含油气盆地成岩作用的核心科学问题,即"盆地动力学过程控制的流体-岩石相互作用系统及其时空演变机制"。围绕该科学问题,并结合本专辑讨论的热点,进一步分析了成岩作用的盆地动力学背景、流体-岩石作用机制和分布、成岩圈闭和成藏条件、油气勘探开发应用等研究前沿及其存在问题,特别针对性地指出了我国含油气盆地成岩作用研究应该加大投入的领域。     

沉积盆地深层—超深层成岩动力学：若干研究进展与专属问题

【意义】沉积成岩或流体—岩石作用是盆地动力学的重要内容，但相关深层—超深层研究仍真假混淆、疑点重重，核心科学技术问题有待凝练。【进展】主要就含油气盆地具有深层—超深层特色的、与成岩动力学密切相关的若干研究领域进行了梳理，包括盆地类型及物性演变、流体活动属性和效应、成岩动力体制以及高分辨成岩记录表征和判识技术等的研究现状和认识进展。【结论与展望】综合分析成岩动力学研究趋向，认为温度、压力/应力、流体、时间耦合演变是决定盆地充填物成岩演变的基本环境要素，而深层—超深层沉积成岩的流体相态、岩石物理属性演变、流体—岩石作用动力机制等专属性问题应成为目前基础研究前沿的重点。     

构造成岩作用研究现状及展望

构造成岩作用（structural diagenesis）是构造地质学与沉积学交叉融合形成的前沿研究领域,主要研究构造作用、构造和非构造成因的变形构造和变形效应与沉积物（岩）成岩变化之间的相互作用。变形构造及变形过程通过影响成岩流体流动对成岩作用非均质性产生重要影响;与变形构造相关的成岩作用研究则有助于揭示储层成岩演化、流体流动以及构造活动时期、期次及速率等重要信息。构造成岩作用提供了构造-成岩格架下探讨储层演化的新思路,在实际工作中应注意这一思路在储层成因与预测、致密化机制及沉积盆地动力学过程等研究方面的应用。碳酸盐岩变形条带相关研究起步较晚,相对较薄弱,未来应加强这方面的研究;同时亟待建立考虑碳酸盐岩在内的新的变形条带分类体系。目前,不同变形构造之间的研究程度不均衡,变形条带与裂缝几乎构成了构造成岩作用研究的主体;与软沉积物变形构造、砂岩脉等变形构造有关的构造成岩作用研究有待强化。变形构造空间分布预测及其对流体流动影响的研究要综合岩芯、露头及数值模拟等多种资料与方法。国内学者就中国中西部盆地深层系构造作用对储层演化的物理影响开展了研究,并取得了重要进展,构造作用对储层化学变化影响的相关研究已经起步;未来应重视运用构造成岩作用思路探究储层演化与分布的动力机制和过程,推进储层成岩动力学过程和沉积盆地动力学研究。     

碎屑岩储集层成岩作用研究进展与热点问题讨论

近10年来, 碎屑岩储集层成岩作用研究发展迅速, 总结国内外成岩作用研究进展、前沿研究热点和关键问题, 具有重要的学术探索意义。在归纳前人研究成果与认识基础上, 结合国内外典型研究实例, 讨论了近年来碎屑岩储集层成岩作用研究进展以及未来研究热点或发展趋势。认为成岩作用研究在物源对砂岩类型及其成岩演化路径的制约, 流体-岩石相互作用及其产物、热动力学与超压背景对成岩作用与孔隙发育的影响, 油气充注成藏过程与储集层低渗-致密化时序等研究方面取得了长足进展, 正在向将微观尺度成岩作用研究与盆地流体、盆地动力学与热动力学过程等宏观大尺度背景相结合的由源到汇的沉积作用过程、埋藏、烃类成熟与油气充注成藏、构造演化与流体活动、流体-岩石相互作用的成岩作用系统及其时空动态及定量演变机制研究方向发展。本文旨在抛砖引玉, 与业内相关领域的专家学者和同行一起, 在成岩作用研究精细程度、研究深度与广度、最先进的分析测试技术与方法之应用、以及多学科交叉融合方面共同努力, 以期推动中国碎屑岩储集层成岩作用研究的进程。     

富瑞奥砂岩的成岩作用与流体活动及矿物—水的相互作用

富瑞奥组砂岩中由埋藏成岩作用产生的胶结物分怀渗透率和流体活动有关。砂岩成岩作用与流体活动的相互关系表明了岩石改造主要是碎屑矿物，延寿矿物与孔隙中的地层水发生反应的结果。埋藏期间地层水优先流经高孔渗砂岩。     

库车坳陷克拉苏构造带白垩系砂岩埋藏成岩环境的封闭性及其胶结作用分异特征

以库车坳陷克拉苏构造带白垩系巴什基奇克组为研究层段,分别通过层间泥岩硼元素含量和碳酸盐胶结物流体包体显微测温,对不同成岩期地层流体盐度进行示踪对比.由于自沉积初始至埋藏成岩期碳酸盐胶结阶段,研究层段经历一段较为稳定的构造时期,再加上沉积及构造疏导体系的缺失,地层流体始终缺乏大规模交换与改造,不同成岩场之间水-岩体系在这一阶段呈现出一定的封闭性特征,使得研究层段在碳酸盐胶结期孔隙流体盐度时空分异较好地延续了同沉积期水体盐度的分异规律,这种延续性不仅体现在平面上,也体现在垂向上.研究层段在碳酸盐胶结期后经历了强烈的构造活动,但由于断层的封堵并未对流体介质进行有效的疏导,先期形成的碳酸盐胶结分异规律因而未受到明显干扰,从而呈现出同沉积地层水体盐度时空分异特征造就了埋藏成岩期碳酸盐胶结作用的时空分异规律.     

碳酸盐沉积物的成岩作用

化学沉淀碳酸盐矿物在沉积后很容易受到各种作用的影响,其中最重要的是其在成岩阶段所经历的成岩作用.碳酸盐沉积物在成岩过程中主要受大气降水、海水和埋藏过程中孔隙流体的控制,经历一系列压实、溶解、矿物的多相转变、重结晶、胶结等成岩作用,逐渐转变为固结的岩石.在成岩过程中,由于孔隙流体与沉积流体之间的异同以及温度的变化,碳酸盐沉积物的原始矿物成分、地球化学特征可能会很好的保存下来,但在许多情况下,也可能会改变,从而使我们无法准确反演碳酸盐沉积物在沉积时水体的特征.因此,我们在应用碳酸盐岩重建相关古环境和古气候变化的时候,必须要通过有效的方法来对碳酸盐岩是否受到成岩作用的影响进行鉴定.     

全球新元古代冰期的记录和时限

化学沉淀碳酸盐矿物在沉积后很容易受到各种作用的影响,其中最重要的是其在成岩阶段所经历的成岩作用。碳酸盐沉积物在成岩过程中主要受大气降水、海水和埋藏过程中孔隙流体的控制,经历一系列压实、溶解、矿物的多相转变、重结晶、胶结等成岩作用,逐渐转变为固结的岩石。在成岩过程中,由于孔隙流体与沉积流体之间的异同以及温度的变化,碳酸盐沉积物的原始矿物成分、地球化学特征可能会很好的保存下来,但在许多情况下,也可能会改变,从而使我们无法准确反演碳酸盐沉积物在沉积时水体的特征。因此,我们在应用碳酸盐岩重建相关古环境和古气候变化的时候,必须要通过有效的方法来对碳酸盐岩是否受到成岩作用的影响进行鉴定。     

含油气盆地微观裂缝脉体期次、成因与流体演化研究进展及展望

沉积岩石中断裂与裂缝是含油气盆地流体活动的重要通道,断裂与裂缝中充填的不同期次、不同类型的矿物脉体是烃-水-岩相互作用的产物,记录了断裂、裂缝形成过程中不同期次流体性质、组分、来源以及温压场、氧化还原环境等信息,为研究沉积盆地断裂发育、流体动力场特征、物理化学环境及封闭与保存条件等地层古流体活动、动态演化过程提供了重要线索。系统总结了含油气盆地微观裂缝脉体流体活动示踪、演化的基本方法及其地质应用现状,认为目前主要集中在三个方面:(1)通过对裂缝脉体充填的成岩矿物岩石学观察,分析成岩矿物类型、结构及形成的相对次序;(2)通过对脉体成岩矿物的同位素、微量-稀土元素、流体包裹体等地球化学测试,示踪成脉古流体性质、来源、温压-氧化还原环境等;(3)通过对脉体成岩矿物放射性同位素(如U-Pb、Re-Os等)的测试,精确确定脉体形成时间,结合区域构造演化探讨脉体形成过程、流体动力场环境及其动态演化过程。最后分析了现有研究方法存在的问题,探讨今后的发展趋势及地质应用前景,以期为含油气盆地古流体演化及其与油气运移、聚集与保存等油气成藏机理的研究提供参考。     

Discussion on research advances and hot issues in diagenesis of clastic-rock reservoirs

The research on diagenesis of clastic-rock reservoir is developing rapidly in recent ten years. Thus, it is of great significance in academic and scientific exploration to summarize the domestic and international research progress and the key issues of frontier research on diagenesis. The research progress, main achievement and recognition in diagenesis of clastic-rock reservoirs in recent years is discussed, and the hot issues or developing trend of diagenesis in the future is probed in this paper, on the basis of summarizing the previous research results and understanding, combined with the typical research examples at home and abroad. It is believed that great progress was obtained in provenance and parent rock constraints on sandstone types and their diagenetic evolution pathways, impact of fluid-rock interaction and its product on diagenesis, influence of thermodynamics and overpressure background on diagenesis and pore development, the timing sequence between hydrocarbon accumulation and filling process and the sandstone reservoir becoming low permeability-densification. At present, diagenetic research is developing in direction of the spatial and temporal dynamics and quantitative evolution mechanistic and diagenetic system controlled by the basin fluid dynamics, thermal dynamic processes, combining the micro-scale diagenesis research with the basin macroscopic background such as sedimentation from the source to the basin, burial history, hydrocarbon maturity and charge into reservoirs, tectonic evolution and fluid activity, and fluid and rock interaction.The aim of this paper is to induce the academic peers and experts in diagenesis and the related research fields to come forward with their valuable contributions, to cooperate and work together and joint efforts on the research exquisite, profundity and breadth of diagenesis, and application of the most advanced analytical measurement techniques and methods, as well as integration and infiltration of multidisciplinary, in order to promote the course of the clastic-rock reservoir diagenetic research in China.     

Diagenesis of sandstones in the back-arc basins of the western Pacific Ocean

ABSTRACT Sandstones occur in back-arc basins of the western Pacific at DSDP sites 299 (Sea of Japan), 297 (northern Shikoku Basin), 445 and 446 (Daito-Ridge-and-Basin Province), 453 (Mariana Trough), 286 (New Hebrides Basin) and 285 (South Fiji Basin). These sandstones are dominantly volcaniclastic arenites derived from andesitic island arcs. The degree of sandstone diagenesis is dependent on original composition, burial rate, heat flow history of the basin, and timing of sandstone deposition with respect to rifting processes and associated high heat flow.
Sandstones containing a larger proportion of volcaniclastic components showed more diagenetic effects than sandstones containing a significant volume of other rock fragments and mineral components. Sandstones deposited during early stages of rifting (sites 445, 446) with a slow burial rate and high crustal heat flow showed the greatest degree of downhole diagenetic change. These diagenetic changes include early pore-space reduction and rim cementation by clay minerals followed later by calcite, and subsequent pore-fill cementation by clinoptilolite, heulandite, analcite and later calcite. Replacement of recognizable volcanic rock fragments by chert, calcite and zeolites was observed in the deepest part of the hole. Sandstones deposited after rifting under conditions of associated lower heat flow showed considerably less diagenetic changes, particularly if burial was rapid.
The high heat flow associated with earliest rifting, associated fluid circulation driven by thermal convection, and slow burial rate controlled the diagenetic history of these sandstones. Thus, timing of sandstone deposition with rifting stage and associated burial rates were key factors in controlling sandstone diagenesis in back-arc basins.     

安塞油田长2油层成岩作用及其对储层物性的影响

安塞地区长2油层储层以中细粒长石砂岩为主，主要成岩矿物为绿泥石环边、方解石胶结物、石英和长石加大生长、伊利石、伊一蒙混层、钠长石和高岭石等。绿泥石环边的发育对原生粒间孔的保存起到有利的作用。石英加大级别达Ⅲ级，加大边含有丰富的有机包体，均一温度范围48．1～76．5℃，烃类进入储层的时间为早白垩世中期至晚白垩世。储层发育多种孔隙类型，面孔率平均为11．60％．主要类型有粒间孔、骨架颗粒溶孔和微裂缝等。残余粒间孔和骨架颗粒溶孔是本区长2储层的主要孔隙类型。根据成岩作用的矿物岩石学标志、有机质成熟度及古温度，将长2油层砂岩的成岩作用划分为3个成岩阶段：早成岩阶段、晚成岩阶段和表生成岩阶段。储层性质明显地受到沉积微相和成岩作用的影响，沉积物粒度较粗、厚度较大的分流河道储集物性明显优于各种粒度较细、厚度较薄的分流间席状砂体。     

沉积成岩作用研究的若干问题

20世纪60年代由于物理化学动力学的引入和低温低压下矿物相平衡的研究,沉积成岩作用的研究有了突破性的进展,有机地球化学大大促进了沉积成岩作用的研究。现在沉积成岩作用的研究已经成为包括大地构造、盆地分析、沉积学、物理化学、有机地球化学等学科、范围包括大、中、小尺度的各种作用的综合研究。对油气和固体矿产资源的需求促进了沉积成岩作用的深入研究,石油天然气的形成和聚集、储层性质的变化涉及沉积成岩的全过程;一些低温低压的层控固体矿产的富集涉及盆地沉积充填、盆山转化的岩相及流体的动力和物理化学行为,自上世纪70年代以来,研究工作都有重要进展。近年来有关海洋沉积的研究、硅、锰、碳酸盐等沉积物形成、大地构造背景、同位素、有机物形成演化等的成岩过程的研究都有重要进展,也成为研究的热点问题。     

沉积盆地流体活动及其成岩响应

盆地流体活动通过改变成岩场的温压和孔隙水介质条件,进而影响到盆地内成岩作用序列、水—岩相互作用以及储层孔隙变化。对于碎屑岩而言,流体活动仅能导致母岩中少部分矿物的溶蚀以及孔隙内溶解与沉淀作用发生,富含二氧化碳和有机酸的流体活动为次生孔隙发育提供条件,超压环境下流体幕式释放既可导致超压体内次生孔隙的发育,又可以导致热流体活动影响区域内浅部储层的成岩异常;对于碳酸盐岩而言,由于碳酸盐岩具有很强的溶解性,盆地流体活动导致碳酸盐岩储层组构及空间发生巨大的变化,其中天水的下渗以及与深部热液或热流体沿断裂或裂缝释放均可导致碳酸盐岩成分、组构、储集空间发生根本性变化,故与盆地流体活动密切相关的风化壳型岩溶储层和构造热液白云岩储层构成碳酸盐岩中最为重要的储层类型。然而,盆地流体活动及其成岩响应研究仍存在许多亟待解决的难点问题,急待深入的研究探索。     

塔里木盆地西北缘下寒武统黑色岩系差异性成岩演化及其影响因素

尽管泥页岩在埋藏过程中经历的复杂成岩改造会显著影响页岩油气储层发育潜力,但对其成岩作用,特别是泥页岩中成岩矿物的类型、成岩演化及其影响因素、成岩矿物元素在低孔低渗孔隙系统中的迁移等问题的认识仍很薄弱,因而制约了对泥页岩储层的深入认识。为此,本文以塔里木盆地西北缘下寒武统玉尔吐斯组发育的两套黑色岩系为例,在沉积环境认识的基础上,通过矿物组分、黏土矿物组合、有机碳含量及有机质成熟度等测定分析,着重研究了黑色岩系自生矿物的分布及在成岩演化阶段的变化特征,阐述了成岩变化的时空分布及其影响因素。研究结果表明：（1）在浅水缓坡台地环境下,玉尔吐斯组受两个较为完整的海进-海退沉积旋回控制而形成的两套黑色岩系主要经历了早成岩阶段和中成岩阶段;（2）受沉积环境和热液作用的影响,这两套黑色岩系在石英、重晶石、碳酸盐胶结物和黏土矿物等自生矿物的组合、分布及形成顺序上存在显著的差异,呈现出差异性成岩演化的特点;（3）伊利石、伊蒙混层、绿泥石、白云石、石英胶结等中成岩阶段成岩产物的广泛分布,反映出在成岩过程中特别是中成岩阶段低孔低渗的泥页岩仍存在一定程度的内部和外部来源的矿物元素迁移。本次研究对深入认识塔里木西北缘下寒武统黑色岩系成岩机制,以及分析页岩储层发育特征提供了重要的依据。     

陆相碎屑岩成岩作用系统研究进展及发展趋势

文章围绕陆相碎屑岩成岩作用系统这一议题,概述了成岩作用系统研究的发展历程,总结近年来国内外成岩作用系统的研究进展,提出了未来的研究趋势。认为当前陆相碎屑岩成岩作用系统研究取得的进展包括5个方面:(1)原始沉积环境对成岩作用系统的影响,(2)成岩流体对成岩作用系统的影响,(3)构造作用对成岩作用系统的影响,(4)成岩系统的封闭性与成岩作用的关系,(5)层序控制下的成岩响应。未来成岩作用系统研究的趋势:各种实验手段的革新和综合利用、成岩系统过程恢复、成岩作用定量化研究及多学科交叉融合等方面将是未来成岩作用系统研究的主要方向,必将推动成岩作用系统研究进入新的阶段。