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含片钠铝石砂岩捕获CO_2总量的估算

为揭示CO2地质埋存过程中砂岩对于CO2以矿物形式的捕获能力,以海拉尔盆地乌尔逊凹陷下白垩统铜钵庙—南屯组含片钠铝石砂岩为研究对象,基于含片钠铝石砂岩的时空分布,结合片钠铝石的含量和分子式开展了砂岩以片钠铝石形式固存CO2总量的研究。研究表明,海拉尔盆地乌尔逊凹陷下白垩统铜钵庙—南屯组中片钠铝石资源总量约为81.9亿t,含片钠铝石砂岩捕获的CO2总量约为25.0亿t。     

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.     

松辽盆地南部乾安油田青山口组含片钠铝石砂岩的成岩作用

松辽盆地南部乾安油田青山口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染色和X-射线衍射分析等,对含片钠铝石砂岩的骨架碎屑成分、胶结物与自生矿物、成岩共生序列和流体演化等进行了系统研究.结果表明:松辽盆地南部乾安油田含片钠铝石砂岩的粒度为粉砂、微粒-细粒,分选中-好,岩石类型为微粒含片钠铝石长石砂岩、微粒含片钠铝石岩屑长石砂岩.胶结物与自生矿物主要为片钠铝石、铁白云石、方解石、次生加大石英、自生粘土矿物(高岭石及伊利石).片钠铝石一部分以放射状、束状和板状等产出,另一部分呈凝块状大面积地连片出现,尤为特殊.成岩共生序列依次为方解石-自生高岭石、次生加大石英-伊利石-片钠铝石、铁白云石.CO2注入前形成的自生矿物组合主要为多期方解石组合,高岭石、次生加大石英组合;CO2注入之后形成了片钠铝石和铁白云石组合.流体演化过程为碱性流体环境-酸性流体环境-酸性流体向碱性流体过渡或偏碱性流体环境-碱性流体环境.     

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CO2气储集砂岩中含有大量片钠铝石,是查明无机CO2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CO2的成因。CO2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。CO2气注入晚于第一期油气注入,CO2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CO2气注入后。片钠铝石的δ^13C为-5．3- -1．5‰PDB,与片钠铝石平衡的δ^13CCO2为-10．7- -7．0‰PDB,与海拉尔盆地C02气的δ^13CO2值（-11．36- -8．02‰PDB）一致,表明形成片钠铝石的CO2和气藏中的CO2均来源于无机CO2与有机CO2混合背景,总体上以无机CO2为主。结合含片钠铝石砂岩与CO2气的分布都受控于深大断裂和啪花岗岩的特点,CO2气和形成片钠铝石的CO2绝大部分属于幔源-岩浆型。含片钠铝石砂岩中保存了CO2驱油的迹象。     

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NaAlCO3（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^13C分布连续,其范围为-5.253‰～-1.210‰（PDB）,δ^18O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CO2的δ13C值,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CO2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CO2气为与燕山期岩浆作用有关的幔源CO2气,深大断裂是深部CO2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。     

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。     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷无机CO2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.     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷无机CO2与油气充注的时间记录

海拉尔盆地乌尔逊凹陷存在无机CO2与油气双重充注。通过薄片鉴定、扫描电镜观察、流体包裹体分析、伊利石K-Ar测年及岩浆岩U-Pb定年等,确定了含片钠铝石砂岩的成岩共生序列,建立了无机CO2与油气充注的时间框架。CO2气注入前形成的自生矿物组合主要为次生加大石英和高岭石,在次生加大石英形成早—中期油气开始充注。油气注入是一个连续的过程,于120Ma开始至90～105Ma达到充注高峰,持续充注到63Ma或者更晚。CO2注入晚于油气大规模充注,最早时间为90Ma,与研究区花岗岩、流纹岩等岩浆岩年龄相差较大。研究区辉绿玢岩锆石多数颗粒的206Pb/238U加权平均年龄为46.2±2.1Ma,代表了岩浆侵位结晶形成辉绿玢岩的年龄。结合片钠铝石和铁白云石是砂岩中最晚形成的自生矿物,认为CO2注入时间相对较晚,可能为46.2±2.1Ma或者更晚。含片钠铝石砂岩中保存了CO2充注驱油的迹象。     

松辽盆地红岗油田白垩系青山口组含片钠铝石砂岩自生矿物共生序列

松辽盆地红岗油田白垩系青山口组发育含片钠铝石砂岩。通过偏光显微镜、扫描电镜、阴极发光 仪、Ｘ射线衍射等多种技术手段,对含片钠铝石砂岩的碎屑成分、胶结物类型及自生矿物共生序列等特征进行 了研究。该区含片钠铝石砂岩为岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩,胶结物有次生加大长石、次生加大石英、自生 石英微晶、黏土矿物、片钠铝石、方解石、铁方解石及铁白云石。方解石的形成分为两期,第１期方解石为原 始生物碎屑颗粒溶蚀溶解的产物,第２期方解石可能与ＣＯ^２ 充注后钙长石及早期碳酸盐矿物的溶蚀溶解有关。 含片钠铝石砂岩的自生矿物共生序列为：次生加大长石、早期次生加大石英-自生石英微晶-早期高岭石、第１ 期方解石、片钠铝石-晚期次生加大石英-晚期高岭石、第２期方解石、铁方解石、铁白云石。其中ＣＯ^２ 注入 后的矿物共生组合为：片钠铝石-晚期次生加大石英-晚期高岭石、第２期方解石、铁方解石、铁白云石。     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷南部油气成藏期次研究

综合应用圈闭形成时期、烃源岩生排烃史、包裹体均一温度和储层自生伊利石测年等4 种方法对乌尔逊凹陷南部油气藏的形成时期进行了研究。认为研究区油气成藏期主要分为两个阶段: 第一阶段在距今110 ～ 90 Ma,相当于伊敏组沉积晚期,是研究区最主要的成藏期。油气大规模注入储层时期在100 ～ 92 Ma,此时为烃源岩大量生排烃期,油气运移动力充足,有利于油气运移并聚集成藏。第二阶段始于青元岗组沉积。青元岗组沉积以来,发生过近东西向的挤压反转,使已形成的油气藏重新调整,同时,二次生成的油气继续注入成藏。     

海拉尔盆地乌尔逊、贝尔凹陷优质烃源岩特征

通过岩心观察和取样分析,对海拉尔盆地乌尔逊及贝尔凹陷优质烃源岩发育特征进行精细描述,并与普通烃源岩进行对比.研究表明:1)研究区优质烃源岩与砂岩纵向交互频繁,排烃效率高.优质烃源岩是在还原一强还原环境下沉积形成,而普通烃源岩是在氧化一弱氧化的环境下沉积形成;2)优质烃源岩有机质的赋存状态以层状富集为主,有机质呈平行或基...     

Dawsonite fixation of mantle CO2 in the cretaceous Songliao Basin,Northeast China: a natural analogue for CO2 mineral trapping in oilfields

Abundant crude oil and CO₂ gas coexist in the fourth member of the Upper Cretaceous Quantou reservoir in the Huazijing Step of the southern Songliao Basin, China. Here, we present results of a petrographic characterization of this reservoir based on polarizing microscope, X-ray diffraction, fluid inclusion, and carbon–oxygen isotopic data. These data were used to identify whether CO₂ might be trapped in minerals after the termination of a CO₂-enhanced oil recovery (EOR) project, and to determine what effects might the presence of CO₂ have on the properties of crude oil in the reservoir. The crude oil reservoir in the study area, which coexists with mantle-derived CO₂, is hosted by dawsonite-bearing lithic arkoses and feldspathic litharenites. These sediments are characterized by a paragenetic sequence of clay, quartz overgrowth, first-generation calcite, dawsonite, second-generation calcite, and ankerite. The dawsonite analysed during this study exhibits δ¹³ C (Peedee Belemnite, PDB) values of ?4.97‰ to 0.67‰, which is indicative for the formation of magmatic–mantle CO₂. The paragenesis and compositions of fluid inclusions in the dawsonite-bearing sandstones record a sequence of two separate filling events, the first involving crude oil and the second involving magmatic–mantle CO₂. The presence of prolate primary hydrocarbon inclusions within the dawsonite indicates that these minerals precipitated from oil-bearing pore fluids at temperatures of 94–97°C, in turn suggesting that CO₂ could be stored as carbonate minerals after the termination of a CO₂-EOR project. In addition, the crude oil in the basin would become less dense after deposition of bitumen by deasphalting the injection of CO₂ gas into the oil pool.     

海拉尔盆地贝尔凹陷铜钵庙组成岩作用及其对孔隙演化的影响

海拉尔盆地贝尔凹陷铜钵庙组发育一套火山碎屑岩类、火山-沉积岩类和少量的陆源碎屑岩岩石组合。其中,火山碎屑岩类、火山-沉积岩类成岩作用受火山碎屑物质控制作用明显。典型的成岩作用类型包括压实作用,胶结作用和溶蚀、溶解作用等。成岩阶段属中成岩A期。通过孔隙演化研究发现,压实作用是该区原始孔隙损失的最主要因素;其次为胶结作用。早期压实作用和胶结作用共损失83%以上的原生孔隙,晚期岩屑溶蚀和长石溶蚀作用增加6.53%的孔隙度,有效地改善了储层的物性特征。此外,不同岩石类型成岩作用特征及其对孔隙的影响差异较大。     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷石油运移模式与成藏期

海拉尔盆地由多个凹陷构成, 油气潜在资源丰富.研究含油凹陷油气的来源、油气充注方向及成藏时间对指导盆地油气勘探具有理论和现实意义.以乌尔逊凹陷为例, 采用生物标志化合物及含氮化合物定量分析技术, 研究了石油的来源及运移方向; 利用自生伊利石K-Ar同位素测年法、源岩生排烃史法及储层流体包裹体测温法, 探讨了石油成藏期.结果表明, 原油主要来源于凹陷南部“烃源灶”内的南屯组生油岩, 油气成藏中发生了侧向运移.通源大断裂是油气运移的主要通道, 断层两盘的构造圈闭是油气聚集成藏的有利部位.苏仁诺尔构造带石油沿断裂向北东方向运移, 最大距离可达20 km.乌尔逊凹陷有3次成藏期, 其中距今100 Ma左右的伊敏组沉积末期是该区的主要成藏期.凹陷中随油藏与“烃源灶”距离的减小, 成藏期呈现逐渐变晚的趋势.