乌尔逊凹陷含片钠铝石砂岩分布

海拉尔盆地乌尔逊凹陷发现含片钠铝石砂岩，片钠铝石为一种成岩自生矿物。将含片钠铝石砂岩和CO2气的井位综合对比，结合该区构造断裂带分布与γ5花岗岩分布特征以及含片钠铝石砂岩与CO2气纵深分布数据的研究，确定含片钠铝石砂岩的分布与断裂带以及γ5花岗岩的分布具有耦合关系，同时含片钠铝石砂岩与CO2气的分布也具有区域相关性。从而可以确定片钠铝石可以作为CO2气的示踪矿物。     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷片钠铝石的碳氧同位素组成及流体来源探讨

作为胶结物或交代自生矿物,片钠铝石(分子式为NaAlCO_3(OH)_2)大量发育于海拉尔盆地乌尔逊凹陷下白垩统南屯组、大磨拐河组砂岩中。根据片钠铝石稳定同位素组成,探讨了片钠铝石中碳的来源。片钠铝石的δ~(13)C分布连续,其范围为-5.253‰～-1.210‰(PDB),δ~(18)O分布范围为-24.896‰～-20.960‰(PDB),考虑到海拉尔盆地探井中未钻遇碳酸盐地层,片钠铝石属岩浆成因碳酸盐范畴。结合与片钠铝石平衡的CO_2的δ~(13)C值,含片钠铝石井和幔源CO_2气井分布相吻合且位于燕山期花岗岩或附近的深大断裂带上,认为海拉尔盆地乌尔逊凹陷岩浆活动-砂岩成岩(片钠铝石形成)-幔源CO_2气成藏不论在物质成分上还是在时空上均具备较好的耦合关系,形成片钠铝石所需的CO_2气为与燕山期岩浆作用有关的幔源CO_2气,深大断裂是深部CO_2气向上运移到浅部砂岩的主要通道,片钠铝石形成时因油气充注而介入少量生物成因碳。     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷片钠铝石及研究意义

海拉尔盆地乌尔逊凹陷含片钠铝石砂岩与CO2气井、燕山期花岗岩的分布一致,均产于苏仁诺尔构造带乌西断裂控制的区域.在偏光显微镜和扫描电镜下观察发现片钠铝石的产状有3种:①部分或全部交代长石、石英等碎屑颗粒,多呈长柱状、片板状集合体;②作为胶结物充填于碎屑颗粒间的孔隙中,呈放射状、束状、毛发状、菊花状集合体;③充填在碎屑矿物的溶洞或裂隙中,呈纤维状集合体.含片钠铝石砂岩的成岩共生序次和油气包裹体及现今地层水特征均表明,片钠铝石的生长时间晚于任何其它自生矿物.电子探针及INCA能谱仪分析表明,片钠铝石主要由Na、Al、O、C等组成.研究表明,海拉尔盆地乌尔逊凹陷片钠铝石可作为深部CO2热流体活动的示踪矿物.     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷与松辽盆地孤店C02气田含片钠铝石砂岩的岩石学特征

海拉尔盆地乌尔逊凹陷南屯组与松辽盆地孤店CO2气田泉头组发育大量含片钠铝石砂岩.通过偏光显微镜、扫描电镜、茜素红-S染色、X射线衍射、电子探针与INCA能谱分析等,对含片钠铝石砂岩的骨架碎屑组分、胶结物与自生矿物、成岩共生序列等岩石学特征进行了系统研究.研究表明,含片钠铝石砂岩的岩石类型为长石砂岩和岩屑长石砂岩,粒度以细粒、细-中粒为主,分选差-中等.砂岩中胶结物主要为次生加大石英、自生石英、片钠铝石、铁白云石和牯土矿物.其中,片钠铝石最高可达砂岩总体积的22%,在砂岩中或以放射状、束状、菊花状、杂乱毛发状、毛球状、板状等集合体充填孔隙,或呈束状和板状交代长石和岩屑.电子探针与INCA能谱综合分析表明,片钠铝石主要由Na、AI、O、C等组成.在含片钠铝石砂岩中,成岩共生序列依次为牯土矿物包壳-次生加大石英、自生石英、自生高岭石-油气充注-CO2充注-片钠铝石-铁白云石.其中,CO2注入前形成的自生矿物组合主要为次生加大石英、自生石英和自生高岭石,C02注入后形成的自生矿物组合主要为片钠铝石和铁白云石.     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷幔源CO2充注对下白垩统砂岩储层质量的影响

海拉尔盆地乌尔逊凹陷下白垩统含片钠铝石砂岩部分记录了幔源CO_2-砂岩相互作用历史.为揭示幔源CO_2充注对储层质量的影响,通过偏光显微镜、扫描电镜观察和孔隙度、渗透率数据研究了海拉尔盆地乌尔逊凹陷含片钠铝石砂岩的岩石学和储层特征.幔源CO_2的充注导致了长石的部分溶解和片钠铝石及铁白云石的沉淀.长石的溶解形成了次生孔隙.片钠铝石以针状晶形为特征,其集合体呈束状、簇状、扇状和玫瑰花状.部分片钠铝石呈板状.片钠铝石以充填孔隙为主,少量交代长石和其他骨架碎屑颗粒.片钠铝石局部被铁白云石交代,说明铁白云石的形成晚于片钠铝石.片钠铝石的含量为1%～20%.相同深度段的含片钠铝石砂岩(n=597,h=1309.15～2140.71m)与普通砂岩(n=1550,h=1323.72～2141.3m)的孔隙度、渗透率数据统计表明,含片钠铝石砂岩的物性整体上低于普通砂岩,说明CO_2的充注导致了储层质量的改变.片钠铝石含量-孔隙度和片钠铝石含量-渗透率之间的关系,揭示片钠铝石含量是引起储层质量改变的主要因素.片钠铝石含量10%似乎是储层质量发生变化的界限,当片钠铝石含量＞10%,随片钠铝石含量增加,砂岩的孔隙度和渗透率降低;当片钠铝石含量＜10%,随片钠铝石含量增加,部分砂岩的孔隙度和渗透率表现出增加趋势.作者认为,片钠铝石含量高的砂岩长期处于高CO_2分压成岩环境,而片钠铝石含量低的砂岩则处于高CO_2分压成岩环境的时间相对较短.     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷与松辽盆地孤店CO2气田含片钠铝石砂岩的岩石学特征

海拉尔盆地乌尔逊凹陷南屯组与松辽盆地孤店CO₂气田泉头组发育大量含片钠铝石砂岩。通过偏光显微镜、扫描电镜、茜素红-S染色、X射线衍射、电子探针与INCA能谱分析等,对含片钠铝石砂岩的骨架碎屑组分、胶结物与自生矿物、成岩共生序列等岩石学特征进行了系统研究。研究表明,含片钠铝石砂岩的岩石类型为长石砂岩和岩屑长石砂岩,粒度以细粒、细-中粒为主,分选差-中等。砂岩中胶结物主要为次生加大石英、自生石英、片钠铝石、铁白云石和粘土矿物。其中,片钠铝石最高可达砂岩总体积的22％在砂岩中或以放射状、束状、菊花状、杂乱毛发状、毛球状、板状等集合体充填孔隙,或呈束状和板状交代长石和岩屑。电子探针与INCA能谱综合分析表明,片钠铝石主要由Na、Al、O、C等组成。在含片钠铝石砂岩中,成岩共生序列依次为粘土矿物包壳-次生加大石英、自生石英、自生高岭石-油气充注-CO₂充注-片钠铝石-铁白云石。其中,CO₂注入前形成的自生矿物组合主要为次生加大石英、自生石英和自生高岭石,CO₂注入后形成的自生矿物组合主要为片钠铝石和铁白云石。     

自生片钠铝石的碳氧同位素特征及其成因意义

自生片钠铝石的碳氧同位素特征可以为片钠铝石的成因研究提供重要的地球化学依据。以海拉尔盆地乌尔逊凹陷和松辽盆地孤店构造片钠铝石碳氧同位素分析为基础，结合国内外已报道的自生片钠铝石的碳氧同位素数据，对自生片钠铝石的碳氧同位素特征及其成因意义进行了探讨。研究表明，海拉尔盆地乌尔逊凹陷和松辽盆地南部孤店CO2气田砂岩中片钠铝石的δ13C范围分别为–5.3‰～–1.5‰（PDB）、–1.9‰～+0.3‰（PDB），均分布于含无机碳物质δ13C分布区间（－9.0‰～＋2.7‰）内。计算出的海拉尔盆地和松辽盆地与片钠铝石平衡的CO2气碳同位素分布范围分别为－10.7～－7.0‰（PDB）、－8.7～－6.9‰（PDB），表明片钠铝石绝大部分形成于无机CO2背景。实际地质观察中形成片钠铝石的CO2绝大多数为岩浆脱气来源，岩浆成因片钠铝石碳同位素分布范围为－5.5～＋4.5‰（PDB）。海拉尔盆地和松辽盆地的片钠铝石是岩浆成因CO2气运移、聚集的特征矿物。计算出的海拉尔盆地和松辽盆地片钠铝石沉淀时介质水的δ18O值范围为-14.3～-9.4‰（SMOW），表现为轻同位素的特点，表明片钠铝石形成时地层水为大气降水。计算出的海拉尔盆地片钠铝石同位素为52.7～93.6℃，与样品所在深度处的古地温范围（65.4～87.6℃）基本吻合。     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷无机CO2气储层的岩石学与碳氧同位素特征

海拉尔盆地乌尔逊凹陷无机 CO_2气储集砂岩中含有大量片钠铝石,是查明无机 CO_2气注入对砂岩的改造和形成的自生矿物组合的理想砂岩。通过偏光显微镜、扫描电镜、X-射线衍射分析和 MAT253稳定同位素质谱仪等,确定了含片钠铝石砂岩中的胶结物与自生矿物类型、成岩共生序列和引起片钠铝石形成的 CO_2的成因。CO_2气注入前形成的自生矿物组合主要为方解石、次生加大石英和高岭石,在次生加大石英形成过程中发生了第一期油气注入。CO_2气注入晚于第一期油气注入,CO_2气注入后形成的自生矿物组合主要为片钠铝石和铁白云石。第二期油气注入发生在 CO_2气注入后。片钠铝石的δ~(13)C 为-5.3～-1.5‰PDB,与片钠铝石平衡的δ~(13)C_(CO2),为-10.7～-7.0‰PDB,与海拉尔盆地 CO_2气的δ~(13)C_(CO2)值(-11.36～-8.02‰PDB)一致,表明形成片钠铝石的 CO_2和气藏中的 CO_2均来源于无机 CO_2与有机 CO_2混合背景,总体上以无机 CO_2为主。结合含片钠铝石砂岩与 CO_2气的分布都受控于深大断裂和γ5花岗岩的特点,CO_2气和形成片钠铝石的 CO_2绝大部分属于幔源-岩浆型。含片钠铝石砂岩中保存了 CO_2驱油的迹象。     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷无机CO_2充注驱油的流体包裹体证据

CO2充注驱油是一种普遍的地质现象,对揭示油气藏中油气的动态成藏规律具有重要的指示意义.海拉尔盆地乌尔逊凹陷含片钠铝石砂岩既示踪了CO2充注,又记录了油气充注,是进行CO2充注驱油研究的理想岩石类型.通过岩石学和流体包裹体地球化学研究,确定了含片钠铝石砂岩的成岩共生序列、油气充注历史和CO2充注驱油的微观证据.研究表明,该区油气充注是一个连续的过程,开始于石英次生加大早期(120 Ma),在片钠铝石沉淀前(105～95 Ma)达到充注高峰.CO2充注晚于大规模油气充注,充注之后形成的自生矿物组合为片钠铝石与铁白云石.片钠铝石中首次发现一定数量的原生油气包裹体,为CO2充注驱油提供了重要的微观证据.     

火山碎屑岩对CO2的矿物捕获能力

CO2矿物捕获是指将大气中排放的CO2气注入到地下深部的含水层、油气田等渗透性储层中,通过一系列物理、化学反应,最终将CO2气以碳酸盐矿物的形式“固结”在岩石中。火山碎屑岩具有铁、镁离子含量高且容易释放及分布广泛等特点,是有前途的矿物捕获岩石类型。塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中发育大量的片钠铝石特征矿物,进一步证实了火山碎屑岩的矿物捕获能力。在火山碎屑岩中,CO2注入之后形成的矿物有片钠铝石、铁方解石、铁白云石等碳酸盐矿物,碳酸盐总量高达30%,说明CO2矿物捕获的能力较大。     

东北及邻区中生代盆地片钠铝石的分布、产状及其油气地质意义

东北及邻区中生代地层中的片钠铝石分布于海拉尔盆地、塔木察格盆地、二连盆地、开鲁盆地和阜新盆地的早白垩世地层及松辽盆地南部的早白垩世晚期-晚白垩世早期地层中.片钠铝石主要发育在油气储层或CO2气储层中富含长石的砂岩和火山碎屑岩中.在含片钠铝石砂岩和火山碎屑岩中,片钠铝石以放射状、束状、杂乱毛发状、球状和板状等集合体充填孔隙,或呈束状和板状交代长石和岩屑.片钠铝石及其共生的铁白云石都是最晚形成的自生矿物组合.越来越多的证据表明,片钠铝石是富CO2流体的指示矿物,记录了CO2和油气双重充注现象.在含片钠铝石碎屑岩中可以解读出CO2充注的时间和CO2分压的变化.     

含片钠铝石砂岩的基本特征及地质意义

含片钠铝石砂岩是一种含片钠铝石自生矿物的砂岩，一般为富含长石的砂岩，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。砂岩中片钠铝石的含量变化较大，其存在与否不受砂岩结构的制约。含片钠铝石砂岩往往分布在断裂和岩浆岩体附近，既可以作为CO2气储层，又可以作为油气储层。含片钠铝石砂岩是一种具有特殊地质意义的砂岩，表现为：①含片钠铝石砂岩记录了深、浅部层圈之间及烃源岩—储层之间的物质转移；②在含油CO2气藏和油藏中，含片钠铝石砂岩记录了CO2与油气双重充注，其中含油CO2气藏中的含片钠铝石砂岩记录了CO2充注驱油现象；③含片钠铝石砂岩是进行CO2地下储存研究的理想的天然实验室。     

海拉尔盆地与澳大利亚Bowen-Gunnedah-Sydney盆地系片钠铝石碳来源的比较研究

作为胶结物、交代物或孔洞充填物,片钠铝石[NaAlCO(3OH)2]大量发育于海拉尔盆地和澳大利亚BGS盆地系。根据片钠铝石稳定同位素组成,对比分析片钠铝石的碳来源。BGS盆地系片钠铝石的1δ3C分布连续,分布区间为-4.0×10-3～4.1×10-3,计算出的与片钠铝石平衡的CO2气的1δ3CO2值分布区间为-11.3×10-3～-4.6×10-3,结合片钠铝石的分布和区域地质背景,认为片钠铝石中的碳来源于岩浆活动而带来的无机CO2气;海拉尔盆地片钠铝石1δ3C值分布连续,为-4.64×10-3～2.12×10-3,计算出的与片钠铝石平衡的CO2气的1δ3CO2值分布区间为-11.82×10-3～-5.11×10-3,结合海拉尔盆地探井中未钻遇碳酸盐地层、含片钠铝石井和幔源CO2气井分布相吻合且位于燕山期花岗岩区或其附近的深大断裂带上,认为形成片钠铝石所需的CO2气为与燕山期岩浆作用有关的幔源CO2气,片钠铝石形成时因油气充注而介入少量生物成因碳。     

海拉尔盆地贝尔凹陷含片钠铝石沉凝灰岩的成岩作用

以海拉尔盆地贝尔凹陷大磨拐河组-伊敏组的含片钠铝石火山碎屑岩为研究对象,采用偏光显微镜、扫描电镜及配套能谱、茜素红 S染色、阴极发光和X 射线衍射分析等技术手段,对研究样品的岩石类型、自生矿物种类及共生序列进行了详细研究。贝尔凹陷发育片钠铝石的宿主岩石类型为沉凝灰岩,自生矿物以发育片钠铝石、铁白云石和菱铁矿三种碳酸盐矿物为主,片钠铝石含量高达25%。成岩共生序列为菱铁矿Ⅰ→高岭石、石英次生加大→片钠铝石→微晶石英→方解石→铁白云石→菱铁矿Ⅱ→沥青。不同于国内外其它地区发现片钠铝石的主要产状为充填孔隙,本区内发育的片钠铝石以交代长石、石英、岩屑颗粒和高岭石基质为赋存特征,表明沉凝灰岩中的长石、岩屑、高岭石基质可以为其提供金属离子物质来源,并在CO2参与下,与成岩流体反应生成片钠铝石。大量碳酸盐矿物（15-44%）的发育证明了火山碎屑岩具有较高的CO2矿物捕获能力。     

海拉尔盆地贝尔凹陷含片钠铝石沉凝灰岩的成岩作用

以海拉尔盆地贝尔凹陷大磨拐河组—伊敏组的含片钠铝石火山碎屑岩为研究对象,采用偏光显微镜、扫描电镜及配套能谱、茜素红-S染色、阴极发光和X-射线衍射分析等技术手段,对研究样品的岩石类型、自生矿物种类及共生序列进行了详细研究.贝尔凹陷发育片钠铝石的宿主岩石类型为沉凝灰岩,自生矿物以发育片钠铝石、铁白云石和菱铁矿三种碳酸盐矿物为主,片钠铝石含量高达25％.成岩共生序列为菱铁矿Ⅰ→高岭石、石英次生加大→片钠铝石→微晶石英→方解石→铁白云石→菱铁矿Ⅱ→沥青.不同于国内外其它地区发现片钠铝石的主要产状为充填孔隙,本区内发育的片钠铝石以交代长石、石英、岩屑颗粒和高岭石基质为赋存特征,表明沉凝灰岩中的长石、岩屑、高岭石基质可以为其提供金属离子物质来源,并在CO2参与下,与成岩流体反应生成片钠铝石.大量碳酸盐矿物(15-44％)的发育证明了火山碎屑岩具有较高的CO2矿物捕获能力.     

东北及邻区中生代盆地片钠铝石的分布、产状及其油气地质意义

东北及邻区中生代地层中的片钠铝石分布于海拉尔盆地、塔木察格盆地、二连盆地、开鲁盆地和阜新盆地的早白垩世地层及松辽盆地南部的早白垩世晚期-晚白垩世早期地层中。片钠铝石主要发育在油气储层或CO₂气储层中富含长石的砂岩和火山碎屑岩中。在含片钠铝石砂岩和火山碎屑岩中,片钠铝石以放射状、束状、杂乱毛发状、球状和板状等集合体充填孔隙,或呈束状和板状交代长石和岩屑。片钠铝石及其共生的铁白云石都是最晚形成的自生矿物组合。越来越多的证据表明,片钠铝石是富CO₂流体的指示矿物,记录了CO₂和油气双重充注现象。在含片钠铝石碎屑岩中可以解读出CO₂充注的时间和CO₂分压的变化。     

蒙古国塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中片钠铝石胶结物的成因

塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中发育大量的片钠铝石自生矿物。通过偏光显微镜、扫描电镜及X射线衍射分析等,查明了火山碎屑岩中的胶结物与自生矿物类型和成岩共生序列。含片钠铝石火山碎屑岩的成岩共生序列为粘土包壳-方解石-一期微晶石英-一期高岭石-二期微晶石英、二期高岭石、片钠铝石-铁白云石;通过MAT253稳定同位素质谱仪确定了片钠铝石和铁白云石的稳定同位素组成为片钠铝石的δ¹³C_PDB为-8.15‰~-2.81‰,与片钠铝石平衡的CO₂的δ¹³C_CO2为-12.91‰~-7.55‰,通过与海拉尔盆地及BGS盆地系碳氧同位素数据的类比,表明片钠铝石中的碳主要为幔源岩浆来源,形成片钠铝石的钠和铝主要来源于安山岩岩屑、长石晶屑碎屑、玻屑和火山灰等;铁白云石的δ¹³C_PDB为-6.76‰~-2.65‰,与片钠铝石的碳氧同位素数据相似,结合相关地质实例及地球化学模拟实验,可以推断铁白云石中的碳也是幔源岩浆来源,铁白云石中的铁离子主要来源于安山岩岩屑、玻屑、火山灰和蒙脱石等矿物。     

海拉尔盆地贝尔凹陷铜体庙组-南屯组储层次生孔隙成因及意义

海拉尔盆地贝尔凹陷白垩系南屯组和铜体庙组凝灰质砂岩、凝灰质泥岩、沉凝灰岩和凝灰岩储层是该区主要产层。油气储集空间以次生孔隙为主。大量碱性矿物组合如柯绿泥石、钠板石、碳钠铝石、方沸石、绿磷石、铈褐帘石、铁绿泥石等的存在,证明发生了大规模碱性溶解和交代作用。晶屑、玻屑、长石和粘土等填隙物均发生不同程度的溶解现象。研究表明,次生孔隙是凝灰质储层大规模碱交代作用的结果,预示盆地深部存在油气储集空间并富集油气。     

松辽盆地南部红岗背斜幔源-岩浆成因CO2大规模泄露的岩石学记录

通过片钠铝石自生矿物的时空分布、产状和含片钠铝石砂岩中流体包裹体特征的研究,揭示了松辽盆地南部红岗背斜CO2大规模渗漏的岩石学记录。在红岗背斜,片钠铝石主要分布于白垩系青山口组,其次为泉头组和姚家组。绝大部分含片钠铝石砂岩中不含CO2,部分含片钠铝石砂岩发育层段为油层。片钠铝石含量与沥青含量呈弱正相关,沥青普遍分布于油层和干层中。在含片钠铝石砂岩中发育CO2充注前和充注后2个成岩共生组合。其中:在CO2充注前形成的成岩共生组合中,赋存以液烃包裹体为主的第一期油气包裹体;在CO2充注后形成的成岩共生组合中,赋存以气液烃包裹体为主的第二期油气包裹体。研究表明,CO2大规模泄露的岩石学记录主要为广泛分布的、赋存于非CO2气藏中的片钠铝石自生矿物和沥青。前者是CO2大规模泄露的重要标志,后者是CO2渗漏过程中由于地层压力降低,引起原油轻重组分分离而形成的。红岗断层可能是CO2大规模泄露的通道,其渗漏时间应该不晚于明二段沉积之前。     

含片钠铝石砂岩与地层水相互作用实验

不同温度(100℃、150℃和200℃)地层水对含片钠铝石砂岩的改造作用研究显示,随着温度升高,砂岩的溶解程度逐渐增强,样品中片钠铝石的稳定性逐渐减弱。在片钠铝石溶解的同时,200℃时样品表面有高钠长石和绿泥石生成,且通过X-射线衍射分析发现,在150℃和200℃时有某种未知的碳酸盐矿物生成,生成量随温度升高而增大。100℃时片钠铝石的微弱溶解及150℃和200℃时碳酸盐矿物的生成表明,在地层条件下以片钠铝石等碳酸盐矿物形式捕获的CO2能够稳定存在。