深部热流体活动对储层成岩作用及孔隙演化的影响:以莺歌海盆地LDX区中新统黄流组为例

为了解莺歌海盆地深部热流体主要类型,研究热流体特征,判断热流体活动范围,分析热流体对储层成岩-孔隙演化的影响,通过铸体薄片、扫描电镜、黏土矿物X射线衍射、物性、电子探针、包裹体均一温度、稳定同位素等分析测试手段,结合前人研究成果,对盆内LDX区中新统黄流组储层进行分析。结果表明,受构造热事件影响及深大断裂控制,在超压驱动下,热流体活动范围主要为3 900 m以下的黄流组中下部,以CO₂热流体为主,H₂S热流体次之。热流体影响下储层具有自生黏土矿物转化速率加快、镜质体反射率突变、地层水矿化度降低、包裹体均一温度大于正常地层最高温度、热液成因矿物发育等特点。将黄流组储层分为超压储层(黄流组中上部)及热超压储层(黄流组中下部)两类。其中,超压储层成岩作用阶段达中成岩A₂亚期,压实及溶蚀作用较弱,胶结作用较强,孔隙演化经历了压实减孔、压实与胶结减孔、胶结减孔与有机酸溶蚀增孔3个过程,孔隙度从38.8%减少到现今的7.6%;热超压储层成岩作用阶段达中成岩B期,压实及溶蚀作用较强,胶结作用较弱,孔隙演化经历了压实减孔、压实与胶结减孔、胶结减孔与有机酸溶蚀增孔、胶结减孔与有机酸及无机酸溶蚀增孔4个过程,孔隙度从38.1%减少到现今的9.2%。有利储层主要发育在黄流组中下部黄二段的热超压储层中。     

莺歌海盆地LD区块地层超压对泥岩成岩作用的影响及其地质意义

在综合前人研究基础上,应用X衍射、薄片鉴定、热解分析、生物标志化合物研究等技术,并与邻区的常压环境下的相关特征进行了对比,深入分析了莺歌海盆地LD区块地层超压的分布状况及其对黏土矿物转化和有机质热演化的影响。结果表明,1研究区内,超压顶界面深度从盆地中心向边缘逐渐变深;2研究区内,超压顶界面之上,随埋深和地温的增大,蒙脱石、伊蒙混层中蒙脱石和高岭石的含量逐渐降低,而伊利石和绿泥石含量逐渐增加,但超压顶界面附近及往下时,黏土矿物各组分的含量几乎不再减少,受到了地层超压作用的抑制;3Pr/nC17和Ph/nC18随深度增大而降低,但在强超压顶界面以下,变化趋势发生逆转,出现微弱增大的趋势,超压顶界面以下的实测Ro值即有机质的成熟度也出现了明显的低异常。地层超压通过抑制黏土矿物转化,间接减弱了储层的胶结作用,有利于深层优质储层的形成。研究区地层超压抑制了有机质的热演化,地层超压对生烃的抑制作用扩大了研究区有效源岩的层位和体积,并使主力源岩的生、排烃期后移,从而有利于油气的晚期快速聚集成藏。     

莺歌海盆地DX区黄流组超压对成岩作用的影响

碎屑岩的成岩作用主要受到碎屑矿物成分、地层水介质条件以及温压等因素的控制,超压流体环境对碎屑岩成岩作用和储层质量有重要影响。应用铸体薄片、扫描电镜、X射线衍射分析以及实测压力资料研究了超压对黏土矿物转化、压实作用、胶结作用和溶蚀作用的影响。结果表明:莺歌海盆地DX区约在2 500m开始出现超压,目的层黄流组一段Ⅰ、Ⅱ气组均处于超压环境中,平均压力系数1.80;超压不仅可以抑制黏土矿物的转化,而且可以抑制上覆岩层的压实效应,有利于保存原生孔隙度,现今超压环境下3 000m埋深仅相当于正常情况下1 500m埋深,总体上表现中等压实特征,实测孔隙度在18%~20%之间,且超压不利于碳酸盐胶结物的形成;超压可以间接增加CO2酸性流体与硅酸盐矿物和碳酸盐矿物的接触时间和强度,使次生孔隙增加。     

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.      

济阳坳陷古近系深部储层成岩演化模式

运用岩石薄片鉴定、扫描电镜分析、镜质体反射率分析、X-衍射分析和油层物性分析等手段,结合区域油气地质研究成果,以揭示济阳坳陷古近系深部碎屑岩储层的成岩演化模式和物性演化规律为目的开展工作。结果表明,济阳坳陷古近系深部碎屑岩储层主要受其所处构造背景、地层压力和流体环境的影响,发育6种成岩演化模式。弱陡坡/缓坡构造背景条件下发育早期中强超压-中强压实/胶结/溶蚀-多重介质成岩演化模式和晚期中强超压-（较）强压实/胶结/溶蚀-酸性介质成岩演化模式,超压形成的早晚是影响储层压实作用强弱的主要因素,而流体环境的差异与构造背景的差异有关。深洼陷发育弱超压/常压-（中）强压实/胶结-强溶蚀-热液酸性介质成岩演化模式和中弱超压-较强压实/胶结-强溶蚀-热液酸性介质成岩演化模式,热液活动加强了成岩流体对酸溶性组分的溶解,是该类成岩演化模式的主要影响因素。处于陡坡常压条件下的深层碎屑岩发育（中）强压实/胶结-弱溶蚀-热液酸性介质和强胶结-中弱溶蚀-多重介质成岩演化模式,早期沉积水体、后期成岩水体以及两者混合造成的多重介质是其主要影响因素。综合分析认为,层位和埋深是深部储层遭受成岩改造程度强弱的首要控制因素;构造位置是影响成岩压力场和流体场的基本前提;在不同的流体场背景中,深部热液对储层演化会不同影响;酸碱交替的多重成岩环境增加了次生孔隙带发育个数和次生孔隙垂向分布,但原始孔隙度保存率比以酸性介质为主的成岩环境低5%以上。     

沉积盆地超压系统演化与深层油气成藏条件

晚期成藏是大中型油气田形成的重要特征。从晚期成藏的观点出发，深层油气藏的形成需要盆地深层发育仍处于有利生，排烃阶段的源岩，具有较高孔隙度，渗透率的深部储层，以及有利的储层－盖层能量配置，在超压盆地中，超压对生烃的抑制作用使常压盆地中已过成熟的源岩保持在有利的生，排烃阶段，从而为深层油气成藏提供较好的烃源条件，超压条件下低有效应力引起的机械压实程度减弱，流体流动性减弱引起的化学胶结作用减缓及有机酸对矿物的溶解作用使深埋超压储层保持较高的孔隙度和渗透率。然而，由于超压引起的地层天然水力破裂和流体穿层运移。超压环境深部油气藏的形成和保存需要有效的储层－盖层能量配置。     

准噶尔盆地腹部深层储层物性保存过程多因素耦合分析

准噶尔盆地腹部莫索湾地区深层三工河组储层主体埋深在3 800~4 600 m之间,但储层物性条件相对优越,是盆地腹部油气勘探和发现的重点层位之一,因此明确其优质储层物性保存多因素耦合关系及成因机理对后期油气勘探开发具有重要意义。通过岩石薄片、扫描电镜、物性、黏土矿物X衍射等分析测试及钻测井资料,在物性保存单因素分析基础上,结合地层埋藏史及区域构造演化,从多因素间演化匹配关系出发详细讨论了莫索湾地区三工河组深层优质储层的物性保存过程。结果表明:优势沉积条件、地层超压、成岩流体碱性到酸性的转变、较低的古地温,4类单因素分别使储层物性得以有效保存。而储层物性保存过程最终可划分为5个演化阶段,且在不同演化阶段物性保存的主控因素也不同。缓慢浅埋期主控因素为浅埋深和地层超压的初始形成;第一次快速深埋早-中期为地层超压;第一次快速深埋晚期至缓慢深埋早-中期由超压转变为胶结物的固结;缓慢深埋中-后期为低地温梯度及有机酸的溶蚀;第二次快速深埋-现今为超压及地温梯度的降低,并最终建立三工河组综合成岩及油气聚集模式。     

莺歌海盆地泥-流体底辟构造成因机制与天然气运聚

莺歌海盆地的泥 -流体底辟构造发育演化是区域构造应力场变化和超压体系形成演化的结果。与盆地构造类型密切相关的不均衡压实和热作用引起盆地超压体系的发育 ,而区域构造应力场变化则导致盆地中中新世以泥底辟作用为主 ,晚中新世—第四纪以流体底辟作用为主 ,其中 ,早期泥底辟阶段形成的构造形态对晚期流体底辟作用有显著的控制作用。在莺歌海组浅层底辟圈闭中 ,圈闭形成期与中新统气源岩生烃过程的匹配是造成含不同天然气组分的流体发生幕式充注的主要原因     

莺歌海盆地高温超压环境下储层物性影响因素

莺歌海盆地由于独特的沉积地层和温压场特征, 使得盆地内的储层成岩演化也具有了与众不同的过程和特点.通过对莺歌海盆地内有钻井证实的两种超压体系类型(自源型和传导型) 的对比研究, 阐明了其成因差别及其石油地质意义, 并详细论述了高温超压环境下储层物性的影响因素: (1) 储层物性主要受沉积环境和成岩作用控制; (2) 高地温梯度使砂岩的孔隙度衰减较快; (3) 超压保存了一部分原生孔隙, 这是深部储层还具有高孔隙度的最主要原因; (4) 超压通过溶解等成岩作用产生了一些次生孔隙; (5) 流体压裂突破过程中产生了大量的裂缝, 有效地提高了储层渗透性.      

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。     

相山矿田热液水云母化及其与铀矿化关系研究

相山铀矿田广泛发育热液水云母化,且水云母以伊利石、蒙皂石混层矿物居多。对典型矿床围岩、蚀变岩石和矿石中粘土组成的定量分析和化学成分分析表明：随着Ｕ元素的逐渐富集,粘土矿物存在蒙皂石→伊利石、蒙皂石混层矿物→伊利石的转化过程,而且这一转化过程在本区是一个动态的平衡过程,这一研究结果很好解释了相山矿田以群脉矿床的为主的特征;蚀变岩石中高蒙皂石含量的粘土矿物为后期富大矿起了富集Ｕ的作用。     

泥质岩成岩作用中的黏土矿物研究

文章通过对泥质岩的黏土质矿物组分、成岩作用中黏土质矿物变化综合研究,认为泥质岩中存在大量黏土矿物,且泥质沉积物由松散到固结成岩实质上是黏土矿物组成的变化。泥质岩中主要黏土矿物包括高岭石、蒙皂石、绿泥石、伊利石以及其组成的混层型矿物伊利石/蒙皂石、绿泥石/蒙皂石,其成岩过程可划分为成岩早期的压实阶段、成岩晚期的黏土矿物转化阶段。压实阶段的泥质沉积物中黏土矿物具有物源的继承性、沉积水体古环境指示意义;受压实作用孔隙水、层间水被排出,原生絮凝团被压破,使片状质点趋于平行排列,黏土矿物与孔隙水发生反应,亦形成少量的新生作用矿物,因而黏土矿物具继承源和新生作用源特性。成岩晚期阶段发生层间水释放及层间阳离子交换,从而使得矿物晶体结构与成分发生变化,主要表现为一元黏土矿物向二元混层型转化,最后再到一元型黏土矿物的转化,最终形成转变源黏土矿物。     

Clay Minerals in an Active Hydrothermal Field at Iheya‐North‐Knoll,Okinawa Trough

Iheya‐North‐Knoll is one of the small knolls covered with thick sediments in the Okinawa Trough back‐arc basin. At the east slope of Iheya‐North‐Knoll, nine hydrothermal vents with sulfide mounds are present. The Integrated Ocean Drilling Program (IODP) Expedition 331 studied Iheya‐North‐Knoll in September 2010. The expedition provided us with the opportunity to study clay minerals in deep sediments in Iheya‐North‐Knoll. To reveal characteristics of clay minerals in the deep sediments, samples from the drilling cores at three sites close to the most active hydrothermal vent were analyzed by X‐ray diffraction, scanning electron microscope and transmission electron microscope. The sediments are classified into Layer 0 (shallow), Layer 1 (deep), Layer 2 (deeper) and Layer 3 (deepest) on the basis of the assemblage of clay minerals. Layer 0 contains no clay minerals. Layer 1 contains smectite, kaolinite and illite/smectite mixed‐layer mineral. Layer 2 contains chlorite, corrensite and chlorite/smectite mixed‐layer mineral. Layer 3 is grouped into three sub‐layers, 3A, 3B and 3C; Sub‐layer 3A contains chlorite and illite/smectite mixed‐layer mineral, sub‐layer 3B contains chlorite/smectite and illite/smectite mixed‐layer minerals, and sub‐layer 3C contains chlorite and illite. Large amounts of di‐octahedral clay minerals such as smectite, kaolinite, illite and illite/smectite mixed‐layer mineral are found in Iheya‐North‐Knoll, which is rarely observed in hydrothermal fields in mid‐ocean ridges. Tri‐octahedral clay minerals such as chlorite, corrensite and chlorite/smectite mixed‐layer mineral in Iheya‐North‐Knoll have low Fe/(Fe + Mg) ratios compared with those in mid‐ocean ridges. In conclusion, the characteristics of clay minerals in Iheya‐North‐Knoll differ from those in mid‐ocean ridges; di‐octahedral clay minerals and Fe‐poor tri‐octahedral clay minerals occur in Iheya‐North‐Knoll but not in mid‐ocean ridges.     

超压背景下粘土矿物转化的化学动力学模型及应用

在目前的粘土矿物转化化学动力学模型中,人们仅考虑了温度、时间和流体介质的影响。然而新近的一些研究表明,超压可以抑制粘土矿物的转化,增加反应活化能。通过超压调节反应活化能,建立超压背景下粘土矿物转化的化学动力学模型,并根据渤海湾盆地板桥凹陷、歧北凹陷超压发育井和歧南凹陷超压不发育井的粘土矿物实测资料,确定了相关参数。模拟结果表明,在超压井中,伊/蒙混层中蒙皂石层含量S%的计算值与实测数据吻合较好,但与Pytter和Reynolds(1989)模型的预测结果相差甚远,在压力系数为1.2~1.7的地层中,超压对S%的抑制最大可达15%~20%。由于在蒙皂石向伊利石转化的过程中,释放出大量S i4+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Na+等阳离子,所以超压对粘土矿物转化的抑制,导致了泥岩中这些阳离子生成量的减少和相邻砂岩中许多胶结作用的延迟,这非常有利于深层(埋深>3 500 m)优质储层的发育和油气藏的形成。     

广安地区侏罗系凉高山组粘土矿物研究

四川广安地区侏罗系粘土矿物类型主要为绿泥石、高岭石、伊蒙混层和伊利石;同一口井随着深度的增加,伊利石、绿泥石含量增加,伊蒙混层中的蒙脱石混层比降低。粘土矿物特征与储集层物性的相关性分析认为:伊蒙混层含量、伊利石含量均与储集层孔渗性能呈负相关,绿泥石与高岭石含量与储集层孔渗性呈正相关;通过对伊蒙混层中蒙脱石的混层比的计算,大多数为有序混层,说明该区凉高山组处于生油高峰期,这与岩石中TOC(%)介于0.8与1.3,Ro(%)介于0.7与1.2相吻合。     

准噶尔盆地南缘新生界粘土矿物分布及影响因素

根据粘土矿物的相对含量研究了准噶尔盆地南缘新生界砂岩粘土矿物类型、组合特征及纵、横向分布规律及其主要影响因素。划分出无序伊/蒙混层型、部分有序伊/蒙混层型、伊利石+伊/蒙混层型、蒙皂石型以及含坡缕石型等5类粘土矿物组合。按照伊/蒙混层相对含量的变化,粘土矿物纵向上演化呈正常转化型(伊/蒙混层相对含量降低)、反向转化型(伊/蒙混层相对含量增加)和“S”型(伊/蒙混层相对含量呈曲线变化)3种形式。平面上,伊/蒙混层和伊利石这两类主要粘土矿物从湖盆的边缘向中心分别呈现减少和增多的趋势,湖盆边缘相带以无序伊/蒙混层型、蒙皂石型和含坡缕石型为主,湖盆中心则为部分有序伊/蒙混层型和伊利石+伊/蒙混层型组合等类型。上述分布规律的控制因素主要有沉积环境、构造运动及层序发育等。     

Burial Metamorphism of the Ordos Basin in Northern Shaanxi

Burial metamorphism has been found in the Ordos basin of northern Shaanxi. On the basis of a rather intensive study of burial metamorphism of sandstone, it has been shown that the evolution from diagenesis to metamorphism involves four stages: cementation of clay minerals, regrowth of pressolved quartz and feldspar, cementation of carbonates and formation of laumontite. On that basis it has been put forward that the laumontite is formed by burial metamorphism of clay and carbonate minerals. According to the thermodynamic data of minerals, the conditions under which laumontite is formed are T<250℃ and X_(CO_2)<0.17. High-resolution SEM and TEM studies of clay minerals in mudstone show that there occur a mixed layer assemblage of bertherine and illite/chlorite and transformation from bertherine to chlorite. On that basis coupled by the X-ray diffraction analysis the author suggests the following transformation of clay minerals during burial metamorphism: the earliest smectite-kaolinite assemblage changes into the bertherine-illite mixture with increasing depth, then into the illite/chlorite mixed layer assemblage and finally into dispersed individual illite and chlorite. The reaction of the transformation is:smectite+kaolinite+K~+=illite+chlorite+quartz According to the study of the oxygen isotope thermometry of the coexisting illitequartz pair, the temperature of the above transformation is lower than 180℃.     

Characteristics and distribution of clay minerals and their effects on reservoir quality: Huagang Formation in the Xihu Sag,East China Sea Basin

Abstract

The characteristics and distribution of clay minerals and their effects on reservoir quality in the Huagang sandstones in the Xihu Sag, East China Sea Basin were studied by using X-ray diffraction, casting thin-sections, scanning electron microscopy, electron microprobe analysis, fluid inclusion analysis, constant-rate mercury injection and nuclear magnetic resonance. Clay minerals consist of kaolinite, chlorite, illite and illite–smectite mixed layer (I/S); kaolinite forms from dissolved feldspars, chlorite occurs as clay coatings that are transformed from clay precursors owing to the flocculation of suspended detrital clays or the crystallisation of pore fluids, and illite forms from the illitisation of detrital smectite, authigenic kaolinite and K-feldspars. Clay distribution is controlled by sedimentary environments, burial history and lithologies. Typical reservoirs in the western sub-sag are thin and developed in braided river facies at relatively shallow burial depths with clays dominated by kaolinite. However, typical reservoirs in the central inversion tectonic zone are thicker and developed in a braided delta front facies at deeper burial depths with clays mainly consisting of chlorite, illite and I/S. High-quality reservoirs are characterised by coarse granularity, high quartz content and low clay content with widespread development of chlorite coatings that inhibit quartz cements at low temperatures. At higher temperatures, the high-quality reservoirs develop more pores providing growth space for quartz cements and result in the coexistence of chlorite coatings and quartz cements. The high-quality reservoirs are controlled by their lithological characteristics rather than chlorite coatings. Illite and I/S clays create severe damage to reservoirs by reducing the size and connectivity of pore-throats.     

松辽盆地扶新隆起带北部扶余油层超低渗储层 粘土矿物特征及其对敏感性的影响

以储层敏感性流动实验为基础,结合X射线衍射、扫描电镜、铸体薄片等方法,对松辽盆地扶新隆起带北部扶余油层超低渗储层粘土矿物特征及其对储层敏感性的影响进行了研究,结果表明:扶余油层主要含有绿泥石、伊利石、高岭石和伊/蒙混层等4种矿物,其中伊利石含量最多,绿泥石和伊/蒙混层次之,高岭石最少。储层速敏性和碱敏性相对较弱,水敏性和盐敏性较强,对储层影响较大,勘探开发时应重点关注。粘土矿物对储层水敏性的影响主要有3个方面,其中粘土矿物绝对总量是扶余油层水敏性强弱的主控因素。     

Study of the Stacking Sequences of an Irregular Mixed—Layer Illite / Smectite (I / S) Clay Mineral1

Abstract There are two aspects in the study of irregular mixed—layer clay minerals: one is the kinds and ratios of their basic structural unit layers and the other is the junction probabilities of the unit layers. Irregular mixed—layer illite / smectite clay minerals (I / S) are widespread in nature. While studying the clay minerals from the Permian—Triassic (P / T) boundary bed, the authors found that I / S clay minerals are developed in all P / T boundary clay layers in areas from the northwest to southeast of China. Systematic mineralogical studies of the I / S clay minerals from Hunan, Hubei, Sichuan and Zhejiang were made by means of X—ray, infrared spectroscopic, electron microscopic and chemical analyses and a deepened study of the stacking sequences of their structural unit layers was conducted by the MacEwan one—dimentional direct Fourier transform. It was found that the stacking of the illite and smectite crystal layers along the c axis can be derived from Fibonacci sequences. Hence, the authors propose that such I / S clay minerals are possessed of two—dimentional crystal lattice and one—dimentional quasicrystal lattice.