塔里木盆地中央隆起区上寒武统—下奥陶统白云岩储层中两类白云石充填物:特征与成因

在塔里木盆地中央隆起区,下古生界白云岩储层中的白云石充填物从形态上可分为菱形和鞍状两类,它们具有不同的岩石学特征,菱形白云石内部结构简单均一,而鞍状白云石内部结构比较复杂,由内核、环带和外缘三部分组成。地球化学组成分析表明,菱形白云石可能形成于成岩作用的早期,成岩物质可能来源于改造的海水,其沉淀是一个相对稳定的过程,后期仅少量受到富铁流体的改造。而鞍状白云石的形成则可能与断裂诱发的深部热流体活动密切相关,其物质可能来源于深部热液在运移过程中对围岩白云石的溶解,鞍状白云石内部复杂的结构可能反映了断裂的幕式活动。因此,两类白云石充填物反映了不同的成岩流体环境,特别是鞍状白云石很可能是热液溶蚀作用发生的重要标志。在白云岩储层研究中,今后需要进一步深入详细分析充填物的产状、充填作用发生的时间和机制,对于研究分析白云岩储层形成机制和储层预测都有重要意义。     

四川盆地东南地区林1井灯影组鞍形白云石成因及其意义

对四川盆地东南地区林1井上震旦统灯影组鞍形白云石的岩相学特征和碳、氧、锶同位素特征及流体包裹体成分与温度进行研究,认为它属热液成因。研究区热液活动在岩相学上表现为充填状鞍形白云石,发育鞍形白云石线状充填晶洞。鞍形白云石共生矿物包括石英、沥青等。鞍形白云石δ18O值和δ13C值异常偏负,87Sr/86Sr值异常偏高,与围岩差异明显。鞍形白云石原生流体包裹体均一温度为270～320℃,明显超过了该井最高埋藏温度;流体包裹体的气相部分以CO2、CH4和N2为主,液相部分以H2O和CO2为主。这些特征表明,形成鞍形白云石的流体来自于基底的热液,灯影组白云岩受热液溶蚀改造而发育热液改造型白云岩储层,并有过油气成藏过程。     

鄂尔多斯盆地奥陶系不同组构碳酸盐岩埋藏溶蚀实验

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩储层受埋藏溶蚀作用控制明显,而地层深部复杂的水-岩反应造成埋藏溶蚀研究难度较大,并进而影响了储层的评价与预测。分别利用CO₂溶液和乙酸溶液为流体介质进行溶蚀模拟实验,探讨埋藏条件下温度、压力、流体等因素对不同矿物及组构碳酸盐岩溶蚀作用的影响。结果表明:1）随着温度与压力升高,碳酸盐岩样品在乙酸溶液中的溶解速率均相应提高,在CO₂溶液中的溶解速率则先增加后减小,且在110℃~130℃区间内溶蚀速率最大;深埋藏环境下,各岩类溶蚀速率差异减小,并趋于一致;2）岩石矿物成分和组构,原岩初始孔隙度的大小及其连通关系,以及晶体的产状对成岩后期的埋藏溶蚀作用也具有重要的影响。不溶组分含量低、颗粒/灰泥比高、矿物成分复杂的碳酸盐岩由于组构选择性溶蚀作用而更易被溶蚀;碳酸盐岩的溶蚀速率随方解石含量的增加而增加,但深埋藏环境下,矿物成分含量差异对溶蚀速率的影响作用减弱;硬石膏与白云岩相伴生时,可优先溶蚀形成膏模孔,并促进白云石的溶解,改善储层效果。不同岩性,总体上灰岩较白云岩及过渡岩类更易发生埋藏溶蚀作用。结合研究区实际地质条件分析,砂屑灰岩、膏质白云岩等埋藏溶蚀强度较大,通过对原岩早期组构选择性溶蚀形成孔隙的继承和调整,叠加埋藏期岩溶作用后,可形成规模优质储层。     

湖相白云岩成因模式及其储集性

湖相白云岩的成岩作用是非常规油气储层中非常活跃的话题,其成因模式以及储集性的研究对以碳酸盐岩为储层的油气勘探具有重要意义。通过综述前人关于湖相碳酸盐岩领域的研究成果,总结出以下几点:湖相白云岩成因模式主要有原生生物成因、准同生成因以及热液成因;湖相白云岩的储集空间类型包括以生物体腔孔为代表的原生孔、酸性流体作用下形成的溶蚀孔洞、白云石化作用或重结晶作用形成的晶间孔以及构造应力作用下形成的裂缝等4大类;其物性和孔隙结构分别受控于沉积环境及生物种类、酸性流体的溶蚀能力、白云岩化模式以及构造活动强度和岩石脆性等。以上研究成果可为湖相碳酸盐岩,乃至其他成因的碳酸盐岩物性影响因素以及油气地质意义研究提供借鉴参考。     

方解石与含硅流体的水-岩反应实验及其对“硅化碳酸盐岩”储层成因的启示

近年来的油气勘探表明, 含硅热液是碳酸盐岩层系中一种重要的溶蚀性流体, 查明其与碳酸盐岩的水-岩反应机理是揭示“硅化碳酸盐岩”储层发育机制并实现储层分布预测的基础和关键问题之一。文章采用熔融毛细硅管和水热反应釜为反应腔,开展了200~375℃范围内方解石和含硅流体的水岩反应实验。利用原位拉曼光谱技术在线描述反应过程中体系组成的变化,对于淬火后的固相样品,则采用扫描电镜—能谱分析进行形貌观测和成分鉴定。首先,查明了含硅流体与方解石脱碳反应发生的温度条件。方解石和含硅流体在275℃以上反应形成CO₂,固相为非硅灰石的钙硅酸盐,其结构有待进一步揭示。该结果表明单纯的硅质组分难以在储层温度条件下与灰岩发生反应;其次,提出高盐度、富CO2流体作用是造成灰岩溶蚀的重要因素;最后, CO₂的存在能够促进硅质（含石英）沉淀。在上述实验认识的基础上,结合前人研究结果探讨了塔里木盆地顺托果勒地区“硅化碳酸盐岩”储层的发育机制。含硅热液沿深大断裂上移,途径震旦系—下奥陶统白云岩层系,其中的硅质组分将与白云石反应形成富镁硅酸盐和CO₂。CO₂是重要的酸性组分,有利于鹰山组碳酸盐的溶蚀和孔隙的保存。流体温度和压力的降低以及CO₂的存在促进了石英沉淀,并形成了大量的石英晶间孔隙。     

塔中地区志留系海相碎屑岩储层石英溶蚀成因及影响因素分析

塔中地区志留系柯坪塔格组顶部不整合面附近沥青砂岩中发育大量因石英及次生加大边的溶蚀贡献的次生孔隙,根据薄片（铸体）观察、SEM观察显示石英溶蚀主要有3种赋存状态,其中对储层有建设性作用的溶蚀主要有石英硅质颗粒边缘的溶蚀及次生加大边的溶蚀两种,而对储层建设性作用不大的溶蚀为碳酸盐对石英及硅质的交代作用,这些SiO₂的溶蚀路径可分为碱性环境和酸性环境下的SiO₂溶解,统计表明碱性环境下的SiO₂溶蚀普遍发育,但程度较低,而在酸性环境中溶解时对有机酸的种类、数量、流体性质、溶解环境中的流体能力以及地层温度的要求更为苛刻。本次研究中的酸性流体介质条件下的石英溶解即为古油藏破坏过程中受微生物降解烃类释放出大量的草酸起主要作用,因其降低了石英颗粒表面溶解反应的活化能,并在地层水中碱金属离子的“盐效应”作用下,大大提高了SiO₂的溶解速率,溶解产物扩散到地层水中被带走,从而造成强烈的石英溶蚀现象,研究同时表明溶蚀程度强烈但具有很强的局限性。SiO₂的溶蚀（解）作用能够提供一定量的油气富集空间,改善储层的物性,对在埋藏较深、时代较老的志留系海相致密碎屑岩储层中发育孔隙度较高的优质储层具有重要意义。     

富CO2深部流体对碳酸盐岩的溶蚀-充填作用的热力学分析

由于广泛而强烈的岩浆作用,我国东部的松辽、渤海湾、莺歌海以及西部的塔里木等盆地中都有富CO₂深部流体的活动。富CO₂深部流体与碳酸盐岩相互作用可用Duan and Li(2008)所建立的CO₂-H₂O-CaCO₃-NaCl体系的热力学模型来进行模拟计算。计算结果表明,富CO₂深部流体在自深部向浅部运移过程中对CaCO₃的溶解度会逐渐增加,到达一定深度后溶解度达到最大值,再向浅部溶解度开始逐渐降低; 也就是深部流体具有深部溶蚀碳酸盐岩-浅部沉淀碳酸盐矿物的规律。与浅部地层中的流体发生混合会使流体的CO₂含量和盐度降低,会导致CaCO₃的沉淀充填; 深部流体进入开启性断裂/裂缝体系中时,由于压力的降低,也会发生CaCO₃的沉淀充填。深部流体的CO₂含量、盐度、温度和压力的变化影响着实际的溶蚀-充填过程。塔中地区钻井也揭示了深部下奥陶统碳酸盐岩中发育有丰富的溶蚀孔隙,而在相对浅部的奥陶系灰岩和志留系砂岩中见有大量方解石的充填,这是富CO₂流体深部溶蚀-浅部充填的一个较好的实例。基于理论和实际分析,本文认为在岩浆火山作用广泛发育的塔里木等盆地中下古生界深部优质碳酸盐岩储层存在的可能性。     

桩海地区冶里——亮甲山组白云岩储层建设性成岩作用

以济阳坳陷桩海地区下古生界冶里—亮甲山组为研究对象,应用岩石铸体薄片、阴极发光、扫描电镜、成像测井资料、碳、氧同位素地球化学手段,并结合研究区成岩演化特征,对研究区冶里—亮甲山组白云岩储层建设性成岩作用的类型、成岩演化过程及其对储层的影响进行研究.结果表明,建设性成岩作用主要包括白云石化作用、破裂作用、溶蚀作用.区内白云岩主要为微-细晶白云岩,夹少量细-中晶白云岩和泥-微晶白云岩;碳、氧同位素特征显示研究区白云岩主要发生埋藏白云石化作用,极个别准同生白云石化作用,白云石化作用主要发育在加里东运动早期及海西运动中后期.白云石化作用可形成晶间孔发育的白云岩储层,与灰岩相比具有良好的孔渗条件,为后期裂缝的发育及流体的溶蚀提供岩石基础;破裂作用主要发育在印支运动末期、燕山运动期、喜马拉雅运动期早期,多期的构造运动使得区内构造裂缝发育,为流体的溶蚀提供通道;溶蚀作用在各构造运动阶段均有发生,主要包括表生大气淡水溶蚀、热液溶蚀以及有机酸溶蚀作用,对储层改造作用明显.整体看来,白云石化作用是白云岩优质储层形成的基础,破裂作用是条件,溶蚀作用是关键,3种成岩作用叠加,有利于次生孔隙的发育及后期改造,提高了储集物性,控制了现今白云岩优质储层的形成.     

莺歌海盆地乐东区储层碳酸盐胶结物成因机理及与流体活动的关系

乐东A区中新统黄流组是南海北部莺歌海盆地高温超高压天然气勘探的主力层系,发育重力流水道-海底扇沉积的细、中、粗粒砂岩,中、低、特低渗物性特征,多期次、多类型碳酸盐胶结。研究碳酸盐胶结物类型、期次、成因机理及其与流体活动的关系,对于储层评价预测有重要意义。研究结果表明,碳酸盐胶结物表现为早、中、晚三期方解石与早、晚两期白云石,由早期到晚期,方解石及白云石的δ¹³C、δ¹⁸O值负偏增大,MnO、BaO、SrO等含量增高,早—中期方解石的形成与生物碎屑、碳酸盐矿物溶解再沉淀有关;晚期铁方解石、(铁)白云石的形成与深部热流体、无机CO₂、有机酸脱羧有关。方解石的溶解-沉淀受地层压力及CO₂含量共同控制,地层压力与天然气组分中CO₂含量相对较高,溶解作用较强,(铁)白云石发育;反之则溶解作用较弱,(铁)方解石发育。     

库车坳陷白垩系深层致密砂岩储层溶蚀作用实验模拟研究

库车坳陷前陆区白垩系发育特低物性、强非均质性和高稳产砂岩储层,溶蚀作用显著,但成因机制尚不是很明确。利用高温高压热模拟实验还原了目的层在成岩演化过程中1种表生流体和2种埋藏流体环境下溶蚀作用差异,揭示了成岩矿物演化过程及储集空间结构变化特征。结果表明,表生成岩期大气淡水淋滤弱酸性流体环境（CO₂饱和溶液,pCO₂=1 MPa）溶蚀作用最为显著,长石类矿物发生明显溶蚀,石英和黏土矿物相对难溶,Na+、Ca2+和K+等离子析出明显,Si4+和Al3+析出较少,样品表面沉淀出较多的疑似多边形石英和铝硅酸类矿物;成岩晚期油气充注酸性流体环境（乙酸溶液,2 mL/L）溶蚀作用其次,易于溶解白云石、石膏和长石类矿物,Ca2+、Mg2+、Na+和Si4+等离子析出明显,样品表面无沉淀;成岩早-中期碱性流体环境（NaHCO₃溶液,pH=7.46、HCO₃-=0.6 mol/L）溶蚀作用相对较弱,石英、长石和部分黏土矿物均发生了不同程度的溶蚀,且随着温度、压力的增加,溶蚀作用程度增加。综合分析表明:表生流体是研究区砂岩储层溶蚀孔隙发育的关键因素,其次为有机酸和碱性埋藏流体。这一认识能够丰富致密砂岩储层孔隙成岩演化理论,为下一步寻找规模储层发育区和气田有效开发提供理论支撑。     

鄂尔多斯盆地南部奥陶系碳酸盐储层的胶结作用

鄂尔多斯盆地南部奥陶系马家沟组主要由原始沉积的碳酸盐岩和岩溶角砾岩组成。储集空间以次生孔隙为主。中奥陶世沉积作用之后不久,即发生了溶解作用、白云石沉淀、干化脱水作用、机械压实作用、岩溶作用和胶结作用。胶结作用很普遍,主要发生在中石炭世之后的埋藏条件下,是对储层重要的破坏作用。充填于硬石膏结核溶模孔和非组构选择性溶蚀孔、洞、缝的方解石和白云石是最常见的胶结物。这些方解石和白云石胶结物具泥晶、嵌晶状或粒状晶粒结构。泥晶白云石基质的δ18O值-10.98‰~-0.8‰,平均-5.54‰;δ13C值-4.76‰~5.77‰,平均1.51‰。充填于溶蚀孔、缝中的白云石的δ18O值-12.54‰~-2.67‰,平均-7.34‰;δ13C值-5.56
‰~3.48‰,平均0.28‰。充填于溶蚀孔、缝方解石的δ18O值-15.42‰~-6.02‰,平均-9.51‰;δ13C值-12.44‰~1.33‰,平均-3.20‰。总的来说,白云石和方解石胶结物的δ18O和δ13C值低于泥晶白云石基质的,原因是形成晚,受淡水淋滤、埋藏作用和有机质影响较大。泥晶白云石基质的Na含量0~350 μg/g,平均59 μg/g; Sr含量0~380 μg/g,平均10 μg/g;Fe含量0~14 570 μg/g,平均1 040 μg/g;Mn含量0~4 670 μg/g,平均183 μg/g。充填于次生孔隙中的胶结物的Na、Sr、Mn含量与泥晶白云石基质的差别不大,因这些元素含量均低。充填于次生孔隙的碳酸盐胶结物较泥晶白云石基质有明显高的Fe含量。胶结物包裹体的均一温度在90℃~140℃范围内。胶结物沉淀于埋藏较深,温度较高的还原条件下。流体包裹体的气相成分以CH4最为普遍,液相成分以H2O占绝大多数。早期胶结物形成于天然气形成前,晚期胶结物形成于天然气形成之后。岩溶洼地是胶结作用最发育的地带。     

塔中Ⅰ号断裂坡折带上奥陶统碳酸盐岩储层微观孔隙成因

塔中Ⅰ号断裂坡折带上奥陶统良里塔格组碳酸盐岩储集空间类型主要有孔、洞、缝三大类,微观储集空间主要有粒内溶孔、铸模孔、粒间溶孔、晶间溶孔和微裂缝。通过对台地边缘16口井的良里塔格组灰岩进行岩石薄片鉴定、胶结物地球化学分析以及成岩演化序列研究,指出微观孔隙主要形成于埋藏成岩环境中,并列出4项具有指示意义的证据,包括：方解石胶结物中高温包裹体普遍存在;方解石胶结物稳定氧碳同位素丰度分异特征;灰岩中丰富与优质储层伴生的指示埋藏成岩作用的白云石;广泛分布的H₂S气体。此外,分析了溶蚀性流体的主要组分和不同区域埋藏溶蚀作用强度的差异性。     

莺歌海盆地LD区块地层超压对储层成岩作用的影响及其地质意义

莺歌海盆地异常地层压力的分布状况、异常地层压力条件下的流-岩相互作用以及其对储层成岩演化影响方面的研究尚未展开, 综合应用岩石薄片鉴定、扫描电镜分析、稳定同位素分析、流体包裹体均一温度测试等技术, 系统分析了莺歌海盆地LD区现今压力分布特征、超压环境下储层成岩作用特征及超压流体活动对储层成岩演化的影响.结果表明: (1)地层超压驱动深层热流体向上释放, 富含碳酸盐类离子成分的热流体运移到超压顶界面附近时由于温压条件变化而重新沉淀, 形成高含量的碳酸盐胶结物致密层; (2)地层超压通过抑制粘土矿物的转化来减少碳酸盐胶结物的生成和石英次生加大, 使原生孔隙得以有效保存; (3)LD区块储层普遍富含CO₂, 在超压环境下CO₂在流体中溶解度增大, 会大量生成H+; 另外一方面, 超压增加了LD区块有机酸的释放空间和时间, 促进溶蚀作用的产生.由此可知, 造成研究区中深部超压储层具有较高的孔隙度的主要因素为超压抑制了胶结物的生成, 其次为超压降低了机械压实作用及促进了次生孔隙的发育.      

塔中地区深部流体活动及其对油气成藏的热作用

利用塔中地区钻井岩心、分析化验、地震等资料,系统地分析了深部流体活动机制及其对油气成藏的热作用。通过奥陶系岩石热液矿化蚀变、古地温异常及CO₂无机成因气与储层包裹体测温等研究后认为：深部流体通过地震、火山或其它各种通道,如断裂、不整合面等向浅部运移;深部流体提高生烃量及生烃速率,而且降低烃源岩中残余有机质含量,影响有效烃源岩评价;深部流体对油气储层的影响,既有热液方解石充填的破坏性,又有热液溶蚀、热液次生矿物带的建设性;深部流体在向上运移的过程中形成异常高压, 为油气二次运移提供动力。深部流体对天然气形成的热作用、储层改造与成藏动力学方面,不仅在能量上,而且在物质上都对油气藏的形成和演化起到重要影响,并使塔中地区奥陶系油气成因更加复杂化。     

川西中泥盆统观雾山组白云岩储层储集空间类型、成因及演化

川西地区观雾山组白云岩储层储集空间主要为孔洞和裂缝两类.为弄清观雾山组白云岩储层孔洞成因、孔洞充填期次及演化,首先,通过对孔洞型白云岩储层发育规律与沉积相、层序关系的分析,结合第一期白云石胶结物形成与围岩白云石化的先后顺序,认为川西地区观雾山组白云岩储层孔洞为相控准同生岩溶形成;针对孔洞内不同期次白云石和方解石胶结物的包裹体均一温度、碳氧同位素、激光原位U-Pb同位素定年、锶同位素、稀土元素等分析,认为孔洞内胶结物形成于封闭的成岩环境,成岩流体为受下伏碎屑岩地层水加入改造的中泥盆世海水.观雾山组白云岩储层储集空间经历了三个演化阶段:沉积期-白云石化之前的孔洞及裂缝形成阶段、白云石化期间的围岩白云石化及第一期白云石胶结物形成阶段和中—深埋藏成岩期的孔隙定型阶段,其中中—深埋藏阶段是孔隙减少的主要阶段,造成约250的孔隙损失.     

鲁西地区张夏组碳酸盐岩成岩系统

鲁西地区寒武系碳酸盐岩广泛发育,但针对该区碳酸盐岩成岩作用的研究较少.镜下鉴定显示研究区发育压实作用、胶结作用这两种破坏性成岩作用及溶解作用、压溶作用和白云石化作用等三种建设性成岩作用.新生变形作用对物性的影响可分两种情况,退变新生变形作用对改善岩石物性意义不大,进变新生变形作用有利于晶间孔的形成.结合流体包裹体分析,将研究区张夏组划分为海水、大气淡水、封存压实卤水、温压水4个连续演化的成岩系统,不同成岩系统中发育不同的成岩流体体系和成岩作用类型.海水成岩系统的特征为:在浅海海底成岩环境下,成岩温度低,流体包裹体为单相;成岩作用有压实、泥晶化作用、胶结作用(形成纤维状、共轴纤维状、共轴增生胶结物),海水和淡水过渡带鲕粒发生白云石化作用.在大气淡水系统:早成岩期的成岩体系为CaCl₂-H₂O、NaCl-H₂O、MgCl₂-H₂O和NaCl-MgCl₂-H₂O盐水体系,且盐度较低,发育等轴粒状方解石胶结作用和淡水溶解作用;古表生期和表生期发育溶解作用.封存压实卤水成岩系统,成岩流体体系为NaCl-MgCl₂-MgSO₄和KCl-CaCl₂-H₂O体系,主要发育胶结作用和压溶作用.温压水系统中,成岩流体体系为CaCl₂-H₂O、NaCl-CaCl₂-6H₂O、NaCl-MgCl₂-MgSO₄、MgCl₂-H₂O和FeCl₂-H₂O,发育胶结作用、埋藏溶蚀、压溶作用(表现为粗缝合线)和进变新生变形作用.淡水成岩系统和温压水系统都有利于溶解作用的发育,但是淡水成岩系统中选择性的溶解作用造成的溶蚀孔隙多被后期胶结物充填,而温压水体统中的溶蚀作用可新增1%~5%次生孔隙;压溶作用形成的未被完全充填的粗缝合线和进变新生变形作用发育的晶间孔,均有利于改善岩石物性.     

CO2泄漏停止后天然条件下浅层含水层的自我修复能力评价

由于盖层中可能存在未知断层和裂隙或被废弃井穿透,储存于深部地层的CO₂会发生向上运移泄漏影响浅层地下水水质,在天然流场的作用下,受影响含水层在泄漏停止后,可能表现出一定的自我修复能力。以美国某野外试验场地为例,以TOUGHREACT软件为平台,模拟分析当CO₂泄漏停止后含水层的自我修复能力。结果表明：CO₂泄露进入含水层会降低地下水中的pH值,从而引起地下水中碳酸盐矿物（本次研究中为方解石矿物）的溶解发生;当泄漏停止后,在天然流场的作用下,地下水中pH值逐渐回升,说明天然条件下的含水层对pH值具有一定的自我修复能力,但在修复过程中,由于沿途方解石矿物的溶解,使得地下水中Ca的浓度值逐渐升高,研究区天然流场对地下水中的Ca修复效果不佳。     

CO2矿物捕获能力的研究进展

全球碳存储的研究表明, CO2最稳定的存储方式是 CO2的矿物捕获, 即将 CO2注入到地下,使其以方解石、菱铁矿、白云石及片钠铝石等碳酸盐矿物的形式存在.适合 CO2矿物捕获的岩石类型主要有火山岩、砂岩和火山碎屑岩.分析了3种岩石类型的金属元素含量、金属元素的释放能力、与 CO2反应生成的矿物类型及对 CO2的捕获量,并比较了3种岩石类型对 CO2矿物捕获能力的差异.其中玄武岩等火山岩的金属离子含量高,但其孔隙空间有限,制约了成岩反应,且 CO2注入后具有逸散的风险;砂岩分布广泛,有足够的孔隙利于流体注入,但是金属离子含量相对较低,对 CO2的矿物捕获所需时间相对较长;火山碎屑岩则结合了前2种岩石类型在矿物捕获方面的优势,是一种理想的 CO2矿物捕获的岩石类型.