鄂尔多斯盆地奥陶系白云岩成岩相地球化学特征*

白云岩是鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩层系最主要的岩石类型和天然气藏的主要储集层。文中探讨了鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组白云岩成岩相的岩相与地球化学特征及其识别方法。根据岩心及露头观察、薄片鉴定、全岩X衍射、元素分析和碳、氧、锶同位素测试数据,识别出8种白云岩成岩相类型(准同生云化相、膏盐溶角砾相、活跃回流云化相、隐伏回流云化相、海水云化相、表生岩溶角砾相、埋藏溶蚀相和埋藏重结晶相),其分别形成于蒸发海水、中等盐度海水、正常海水、早期淡水、表生淡水及地层水成岩环境,隶属于近地表、风化壳及中—深埋藏3个成岩系统。建立了Fe-Mn、Cs-Sc、(K×Tl)/Na-(Sc×Ni)/Sr、δ¹³C-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 成岩相判别模版。弱活动性元素Sc、Ni和稳定重同位素¹³C、¹⁸O富集于蒸发海水类成岩相,较活动性元素Cs富集于中等盐度及正常海水类成岩相;K、Tl富集于还原环境成岩相,Fe、Mn富集于氧化环境成岩相;表生类成岩相以富含大量吸附态分散元素和 ⁸⁷Sr 为特征。研究结果表明,近地表及风化壳成岩系统决定了研究区马家沟组白云岩的成岩相及其地球化学特征,且岩相学研究及地球化学实验是开展白云岩成岩机理研究的有效手段。     

白云岩成岩相与地球化学特征--以鄂尔多斯盆地中东部马家沟组马五5-马五1亚段为例

白云岩成岩相研究对恢复其成岩环境具有重要意义。以鄂尔多斯盆地中东部马家沟组马五₅-马五₁亚段为例,利用岩芯及岩石薄片研究了白云岩的成岩相类型及岩相特征,并根据氧、碳稳定同位素、锶同位素以及主、微量元素等分析了各类成岩相的地球化学特征。结果显示,鄂尔多斯盆地中东部马五₅-马五₁亚段白云岩成岩相主要包括近地表环境下的膏盐溶蚀角砾相、活跃回流渗透云化相和隐伏回流渗透云化相,以及表生淡水环境下的风化岩溶角砾相等四类,其中受淡水或混合水影响的近地表环境下的膏盐溶蚀角砾相、活跃回流渗透云化相及隐伏回流渗透云化相白云岩样品具有相对奥陶纪海水"负偏"的δ18O和δ13C值,相对高Mn或低Fe含量,中等-强阴极发光,高于同期海水的87Sr/86Sr值以及相对较低的Al和Ti含量;而表生淡水环境下的风化岩溶角砾相白云岩样品因受表生期淡水以及大量陆源碎屑物的影响,呈现出低于同期海水的δ18O和δ13C值,相对高Mn和过高Fe含量,弱或无阴极发光,明显高于同期海水的87Sr/86Sr值以及明显较高Al和Ti含量。研究结果表明,氧、碳稳定同位素、锶同位素及主、微量元素等地化数据是识别白云岩成岩相的有效指标。     

鄂尔多斯盆地奥陶系风化壳岩溶储层孔洞充填特征及机理

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组风化壳岩溶储层是盆地重要的储集类型,但后期成岩及埋藏期对溶蚀孔洞的充填,造成不同地区有效储层发育具有很大差异。对显微薄片观察及地球化学测试等研究表明,充填物主要以白云石、方解石、石英、石膏、硅质等为主,并常以组合形式出现,其中以白云石为主的充填最有利于孔洞的保存。孔洞充填主要经历了早表生期(风化壳期),浅埋藏期和深埋藏期三个阶段。认为孔洞充填主要受控于后期构造格局的转变。     

川东邻水-渝北地区石炭系黄龙组白云岩成因

以岩石结构分析为基础,结合Sr同位素和Sr含量等资料,对川东邻水-渝北地区石炭系黄龙组广泛发育的白云岩成因进行了研究,从中识别出准同生期白云岩、成岩期埋藏白云岩、表生期淡水白云石和晚成岩期热液白云石等成因类型.其中具备储集意义的仅为成岩期交代成因的埋藏白云岩,其岩性主要为颗粒白云岩和晶粒白云岩.综合不同成因类型的白云岩Sr同位素和Sr含量地球化学特征,将白云石化过程划分为准同生期,早成岩期、中成岩期,古表生期和再埋藏晚成岩期五个成岩阶段.各阶段的白云岩(或白云石)在结构上有不同特征,其Sr同位素和Sr含量地球化学特征亦有显著差别.反映研究区白云化流体不仅来自同时期禁的海源地层水,而且受到古表生期岩溶过程中的淡水和再埋藏晚期热液的影响.根据岩石学特征和各种地化指标,结合研究区古地理背景,建立了黄龙组准同生、埋藏、淡水、热液白云岩(或白云石)化模式.     

岩溶作用对鄂尔多斯盆地中部气田马五段储集层的控制作用

鄂尔多斯盆地中部气田储集层为奥陶系马家沟组五段白云岩风化壳,以古岩溶型储集层为主。其储集空间的形成是岩溶作用和其他成岩作用相互作用的结果。根据盆地发展演化阶段的不同,大致可划分出四期岩溶作用,即近地表成岩早期大气淡水淋蚀作用、表生期古岩溶作用、浅埋藏期压实溶解作用和深埋藏期深埋溶解作用,其中表生期古岩溶作用对储集层的形成起了关键的控制作用。岩溶作用对储集层的控制主要表现在对储集空间形成类型、储集岩     

鄂尔多斯盆地中部气田奥陶系马五1层的古岩溶作用与天然气富集

鄂尔多斯盆地中部气田的储层为奥陶系马家沟组白云岩风化壳,马五１层为其主力气层,该层可分为四个小层,沉积相为分布稳定的蒸发潮坪环境,经历了表生期和浅、深埋藏期岩溶作用,天然气主要聚集在岩溶孔洞缝中。     

川东北地区长兴组白云岩储层的成因研究

以岩石结构与白云石Mg/Ca比值和有序度分析为基础,结合Sr,Fe,Mn微量元素和C,O,Sr同位素地球化学特征,对川东北地区上二叠统长兴组白云岩成因进行研究,结果表明长兴组白云岩有准同生白云岩和埋藏白云岩两种成因类型,储层只是埋藏白云岩化作用的产物,其形成过程可划分为早、中、晚3个成岩阶段,各成岩阶段埋藏白云岩化流体都来自于上覆地层飞仙关组的高盐度海源地层水,证据包括如下几个方面:①埋藏白云岩的岩石学特征明显地有别于准同生白云岩;②长兴组各类白云岩的Sr,Fe,Mn微量元素特征表明埋藏白云岩作用发生在无大气水影响的封闭体系中;③白云岩的C,O同位素组成特征符合埋藏白云岩的δ13C和δ18O分布区间;④长兴组与飞仙关组埋藏白云岩的Sr,Fe,Mn微量元素和Sr同位素地球化学特征基本一致。     

川东北普光气田下三叠统飞仙关组白云岩成因——来自岩石结构与Sr同位素和Sr含量的证据

研究了川东北普光气田下三叠统飞仙关组白云岩储层的岩石结构Sr的含量和Sr同位素组成,讨论了它的成因,飞仙关组优质储层为成岩期埋藏交代白云化作用的产物,来自岩石结构和Sr同位素和Sr含量的证据包括如下几个方面:(1)与准同生白云岩比较,埋藏白云岩的岩石结构和Sr同位素和Sr含量地球化学特征与前者有显著差别;(2)飞仙关组所有各类碳酸盐岩(或矿物)具有早三叠世海水Sr同位素组成特征,~(87)Sr/~(86)Sr比值变化范围为0.706588～0.708187,覆盖了全球早三叠世海水Sr同位素的变化范围(0.7076～0.7078),平均值0.707656与全球早三叠世平均值(0.707743)基本一致;(3)埋藏白云岩~(87)Sr/86Sr比值变化范围为0.707122～0.707419,平均值0.707421,都略低于全球早三叠世海水Sr同位素变化范围和平均值,但与已报道的川东北早三叠世飞仙关期海水Sr同位素变化范围(0.707330～0.707383)和平均值(0.707350)都非常接近,说明白云石化流体具有强烈的川东北地区早三叠世飞仙关期海水Sr同位素组成特征;(4)综合岩石结构、Sr同位素和Sr含量地球化学特征,证明飞仙关组白云岩储层为成岩期埋藏交代作用产物,白云石化流体来自地层中高Sr和高盐度的海源地层水.     

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组马五段白云岩的同位素地球化学特征

鄂尔多斯盆地中央气田奥陶系马家沟组马五段白云岩是重要的油气储集层,多年来,马家沟组白云岩的成因问题一直是地质研究者讨论的热点话题.对马五段白云岩的C、O、Sr同位素地球化学资料的分析表明,孔洞充填的白云石(含鞍状白云石)和白云岩的δ13C、δ18O值极其近似,且白云岩的δ18OPDB值比奥陶纪海水值要偏负1.752‰～4.395‰(平均2.911‰);成岩流体(水)的占δ18OSMOW平均值为+8‰,比当时海水值偏正;87Sr/86Sr比值比奥陶纪海水87Sr/86Sr比值要高.从C、O同位素数据上看,形成白云岩和沉淀于孔洞中的白云石(含鞍状白云石)的流体为同源流体;造成白云岩的δ18O值偏负的原因主要是埋藏条件的"温度效应";87Sr/86Sr比值偏高可能是交代流体来自或流经了富含放射成因Sr的铝硅酸盐基底或硅质碎屑岩.这些特征表明马五段白云岩很可能形成于埋藏环境.     

鄂尔多斯盆地东部奥陶系风化壳岩溶储层孔隙充填特征

勘探实践表明,鄂尔多斯盆地东部奥陶系风化壳蕴含了丰富的天然气资源,是重要的勘探领域,深入分析盆地东部奥陶系风化壳岩溶储层的孔隙充填特征,对储层平面分布预测及提高钻探成功率具有重要意义。早奥陶世,鄂尔多斯盆地处于稳定的碳酸盐台地沉积环境,马家沟期发育广泛的碳酸盐岩地层,其中马家沟组马五1亚段和马五2亚段发育典型的含硬石膏结核白云岩坪沉积,至中晚奥陶世,受构造抬升后遭受长达1.3亿年的风化溶蚀,形成风化壳膏模孔型岩溶储层。在岩心及薄片观察基础上,重点通过激光碳氧同位素、电子探针、阴极发光等微区多参数实验分析,研究表明奥陶系风化壳岩溶储层膏模孔中的充填物,包括渗流白云石粉砂、(含铁)方解石、(含铁)白云石、石英、萤石、黄铁矿、高岭石、硬石膏、残余泥质及有机质等12种,常见8种充填矿物组合类型。结合成岩演化分析,奥陶系风化壳岩溶储层膏模孔经历了早表生期、晚表生期、浅埋藏期和深埋藏期等4期充填。盆地东部膏模孔的充填程度明显高于盆地中部的靖边气田,充填程度主要受风化壳古岩溶地貌的控制,在盆地东部奥陶系风化壳二级古岩溶地貌中的平台、残丘、坡地及古沟槽两侧,膏模孔充填弱,储集空间大,储集性能更好。     

鄂尔多斯盆地下奥陶统马家沟组马五段白云岩的地球化学特征

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组马五段属于浅海碳酸盐层系,间夹蒸发岩层。盆地中东部通常含有白云岩,它们是主要油气储集层。一些研究者把它们看成近地表回流白云岩。然而白云岩的岩石学和地球化学表明这些白云岩具有埋藏成因的证据。〓〓马家沟组白云岩（马五段）具有暗红色阴极发光,微量元素Fe为5 500×10-6～6 200×10-6,Mn为170×10-6~210×10-6,稳定同位素氧组分为-7.093‰～-9.932‰PDB,（平均值为-8.671‰PDB）,稳定同位素锶（87Sr/86Sr）为0.709 766～0.708 65（有硅质碎屑物的放射性87Sr的影响）。薄片下可以看到白云石沿着裂缝交代,上述特征表明白云岩可能在埋藏条件下形成。〓〓白云岩稀土元素的分布模式与海水的稀土元素分布有明显的差别,缺少Ce和Eu的负异常,表明交代流体不会是海水或蒸发海水。包裹体的均一化温度为160~220℃,盐度为5wt%～25wt%,暗示白云石化作用温度高,压力大,交代流体为卤水。〓〓密西西比谷型（MVT）矿化作用（方铅矿和闪锌矿）以及共生的低温热液矿物——钾长石、萤石、石英、黄铁矿等表明白云岩具有区域热液特征。     

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组豹皮灰岩特征及其成因

在野外剖面观察与勘测的基础上,应用岩石薄片鉴定、地球化学分析和包裹体测温等方法,开展了鄂尔多斯盆地马家沟组沉积与成岩序列、碳酸盐岩岩相及地球化学特征研究,并分析和探讨了马四段和马六段豹皮灰岩的特征及其成因。鄂尔多斯盆地南部金粟山剖面马六段B亚段可划分为3个准层序组,其中下部2个准层序组以豹皮灰岩为主,且自下向上云斑的连续性及白云化程度呈现增强的趋势。云斑由有序度较高的自形—半自形白云石构成,具有相对较高的δ13C值和相对较低的δ18O及87Sr/86Sr值,贫Fe、Mn等元素,包裹体均一温度及盐度较高。研究结果表明,鄂尔多斯盆地马四段和马六段的豹皮灰岩主要形成于埋藏阶段,是低海平面期渗入生物钻孔的蒸发海水在埋深和地温增加过程中白云化作用的结果。     

鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部马家沟组马五5亚段白云岩地球化学特征及其成因

鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部奥陶系马家沟组马五₅亚段优质白云岩储层发育,多口井在该层系钻获高产工业气流,展现出巨大的天然气勘探潜力,而关于该层系白云岩储层的成因机理至今未达成共识.为此,在岩石学特征分析基础上,通过对白云岩碳、氧、锶同位素及微量元素等测试资料的系统分析,深入探讨了鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部马五₅亚段白云岩的成因机理.结果表明:研究区马五₅亚段主要发育泥、粉细晶白云岩和豹斑灰云岩3种类型,前者主要发育于马五₅亚段底部,后两者主要发育于马五微晶白云岩₅亚段中上部,是主要的天然气储集体;粉细晶白云岩和豹斑灰云岩白云石有序度均较低,平均值分别为0.86、0.68,δ13C值多数与同期海水一致,δ18O值均显著偏负;多数粉细晶白云岩87Sr/86Sr值较同期海水显著偏正,豹斑灰云岩与同期海水一致;总体具有高Fe、Mn、Na、K和低Sr含量特征,豹斑灰云岩Fe、Mn、Na含量介于泥晶灰岩与粉细晶白云岩之间;稀土元素含量总体较低,且稀土元素配分模式相似,轻稀土元素富集,重稀土元素亏损,具明显Eu负异常和弱Ce正异常.综上认为研究区白云石化流体主要为海源性流体,早期可能有大气淡水的混入,两类优质白云岩均应形成于局限台地潮间-潮下带环境中的浅埋藏期回流渗透作用阶段.基于上述岩石学和地球化学特征,建立了研究区马五₅亚段纵向的沉积与成岩序列模式,为研究区优质白云岩储层的预测提供了理论依据.      

川东鄂西上二叠统生物礁白云石化岩石学和地球化学

川东鄂西上二叠统生物礁常有白云岩发育。白云石化的晶间孔和溶孔是礁型气田的主要储集空间。岩石学和地球化学资料表明,礁白云石化为埋藏成因。交代的流体是盐度比海水要高的地层水。在埋藏成岩作用过程中,礁白云岩是多次交代形成的。     

鄂尔多斯盆地西北部中奥陶统斑状白云岩成因研究

在鄂尔多斯盆地西北部,中奥陶统桌子山组和马五段到马三段斑状白云岩广泛分布。通过岩石、矿物学及地球化学特征研究,发现该白云岩具有岩溶、生物遗迹、深埋藏的证据,其原岩是早成岩阶段浅埋藏环境下形成的粉晶~细晶白云岩,在晚成岩阶段深埋藏环境下发生差异白云石化,形成细~粉晶白云石组成的斑块。因此,细晶~粗粉晶斑状白云岩受生物影响,是表生岩溶作用和深埋藏环境导致的差异白云石化作用的产物。     

鲁西隆起区奥陶系碳酸盐岩成岩作用及其对储集性的控制作用

以鲁西隆起区奥陶系碳酸盐岩沉积旋回与不整合面分析为基础, 应用薄片、铸体和阴极发光等室内分析技术, 对其成岩作用、成岩序列、孔隙演化及其特征进行了详细研究。研究区的成岩作用分为两类: 建设性成岩作用和破坏性成岩作用, 前者包括白云石化、压溶、去石膏化、溶蚀和破裂等作用; 后者以重结晶、胶结、压实、硅化和充填作用为主。奥陶系碳酸盐岩经历了多期次和多种类型的成岩作用演化, 与马家沟组相比, 三山子组多经历了一次其沉积后的短期表生和随后的埋藏作用。三山子组白云岩、马家沟组东黄山段、土峪段和阁庄段粉细晶白云岩以及八陡段不整合面以下的溶蚀角砾岩段发育次生孔洞缝系统, 是较为有利的储集层段。     

云南会泽石炭系摆佐组白云岩地球化学特征及其成因分析

为了解云南会泽石炭系摆佐组中、粗晶白云岩的地球化学特征及其成因,对白云岩进行岩石学、岩石地球化学和同位素等分析、研究。研究区位于华南陆块群扬子微陆块滇中（昆明）中生代隆起带,白云岩岩石类型主要为灰-灰白色、肉红色、米黄色中、粗晶白云岩,白云岩在岩石学特征上具有半自形-自形结构,MgO-CaO分析显示白云石是交代或重结晶成因而非沉积成因的;微量元素分析显示白云岩中Sr含量较低,反映了白云岩可能是后期埋藏成岩作用过程中形成的,且白云化时间较晚,Sr已经大量流失,同时Sr/Ba比值较高,表明白云岩在深埋过程中所形成时水介质盐度较高;稀土元素配分模式显示Ce、Eu呈现负异常,Ce弱负异常由于Ce3+ 将不断被氧化成相对易溶的Ce4+ 离子被迁移而贫化,Eu弱负异常可能为Eu在化学风化过程中被优先带出而造成的;碳、氧同位素分析研究表明该区白云岩具有较高的成岩温度（52.40℃～69.44℃）和盐度指数Ｚ值（121～125）,表明其形成环境为超咸浓缩海水环境并具较高的成岩温度,推测该地区白云岩为中深埋藏环境,根据区域地层资料、区域构造演化史推测其白云岩化时间可能发生于二叠纪,属后生白云岩。综合分析认为本区白云岩成因为埋藏成因,并且在后期可能受到了构造作用和地壳抬升作用的影响,使白云岩产生化学风化作用,造成Eu的负异常,这可能与滇东北地区印支-海西阶段所形成的拉张和垂直升降运动有关。     

云南会泽石炭系摆佐组白云岩地球化学特征及其成因分析

为了解云南会泽石炭系摆佐组中、粗晶白云岩的地球化学特征及其成因,对白云岩进行岩石学、岩石地球化学和同位素等分析、研究。研究区位于华南陆块群扬子微陆块滇中(昆明)中生代隆起带,白云岩岩石类型主要为灰—灰白色、肉红色、米黄色中、粗晶白云岩,白云岩在岩石学特征上具有半自形—自形结构,MgO—CaO分析显示白云石是交代或重结晶成因而非沉积成因的;微量元素分析显示白云岩中Sr含量较低,反映了白云岩可能是后期埋藏成岩作用过程中形成的,且白云化时间较晚,Sr已经大量流失,同时Sr/Ba比值较高,表明白云岩在深埋过程中所形成时水介质盐度较高;稀土元素配分模式显示Ce、Eu呈现负异常,Ce弱负异常由于Ce3+将不断被氧化成相对易溶的Ce4+离子被迁移而贫化,Eu弱负异常可能为Eu在化学风化过程中被优先带出而造成的;碳、氧同位素分析研究表明该区白云岩具有较高的成岩温度(52.40℃~69.44℃)和盐度指数Z值(121~125),表明其形成环境为超咸浓缩海水环境并具较高的成岩温度,推测该地区白云岩为中深埋藏环境,根据区域地层资料、区域构造演化史推测其白云岩化时间可能发生于二叠纪,属后生白云岩。综合分析认为本区白云岩成因为埋藏成因,并且在后期可能受到了构造作用和地壳抬升作用的影响,使白云岩产生化学风化作用,造成Eu的负异常,这可能与滇东北地区印支—海西阶段所形成的拉张和垂直升降运动有关。     

鄂尔多斯盆地南部奥陶系马家沟组白云岩特征及成因机理分析

宏观与微观结合并以地球化学分析为主要手段,研究认为:鄂尔多斯盆地南部奥陶系马家沟组存在准同生白云岩化、渗透回流及混合水白云岩化、埋藏白云岩化和热液白云岩化4种白云岩化成因。准同生白云岩主要发育于马一、三、五段,由常规蒸发泵白云岩化形成;渗透回流及混合水白云岩由富镁盐水下渗白云岩化以及富镁盐水混同大气淡水对先成碳酸盐岩进行白云岩化共同作用形成;埋藏白云岩为大气降水溶蚀古陆老硅铝质岩石形成的盐水下渗和海(湖)水沿溶蚀孔洞下渗这两种白云岩化叠加形成的;热液白云岩为热液在粗晶粒白云岩孔隙或构造裂缝中溶蚀碳酸盐岩,过饱和后晶出。     

塔里木盆地下奥陶统白云岩化流体来源的地球化学分析

塔里木盆地是中国重要的含油气盆地,其中奥陶系白云岩是主要储层之一,然而有关白云岩成因的问题众说纷纭,其中的关键是对于白云岩化流体性质的认识不一。元素地球化学和同位素测试分析表明,白云岩的稀土元素来源大部分继承原始灰岩,具有与海水类似的配分特征,只不过稀土元素的含量明显增高了;Sr、Ti含量和Sr/Ba比值较高,且Sr和Mn都具典型的埋藏演化特征;碳、氧同位素分布于正常海相范围内,与典型的埋藏白云岩特征类似;在局部发育一些与断裂相关的铁(锰)白云岩和鞍状白云岩,显示明显的Eu正异常,具相对较高的Fe-Mn-Ba-Si(-Zn-Pb)元素含量及Sr/Ba比值。分析结果说明塔中和塔北下奥陶统的白云岩化流体主要为正常或浓缩了的海水,白云岩形成于准同生和/或埋藏环境,局部发育与断裂相关的热液白云岩,而前人强调的大气淡水或混合水作用对白云岩的形成并不重要。