不同温度条件下碳酸盐结晶沉淀研究

本文结合碳酸盐岩溶蚀机理研究,从理论上并通过模拟试验对与温度条件密切相关的碳酸盐结晶沉淀作用进行了探讨。在大量矿物结晶显微照片及测试数据的基础上,阐明了石炭岩、白云岩等碳酸盐岩类在不同温度条件下（25℃、40℃、60℃和80℃）溶蚀一结晶过程中碳酸盐晶体形态及生长发育的不同特征。同时还探讨了随溶蚀—结晶时间、压力及溶蚀液性质的改变,晶体形态、晶粒大小、结晶速率等的变化趋势。这项研究对反演自然界碳酸盐岩溶蚀—结晶过程和喀斯特形成发育规律、探索碳酸盐岩的成岩作用以及评价油气水等岩溶裂隙储集层特征等均具有重要意义。     

浅海微孔泥晶碳酸盐岩储层研究进展

微孔泥晶灰岩储层是一种重要的油气储层类型,尤其是对于中东地区白垩系碳酸盐岩储层,这明显不同于典型碳酸盐岩储层—古风化壳型岩溶储层、礁滩相储层及层状白云岩储层等三大类型。泥晶基质具有致密镶嵌结构和白垩质结构两种结构类型。泥晶晶体具有微菱形、圆形和它形三种晶体形态,以圆形泥晶储层物性最好,微菱形泥晶储层其次,它形泥晶为致密储层。微孔（直径小于10 μm）是泥晶基质中孔隙的主体,除此还发育铸模孔、海绵状基质溶孔和溶蚀沟道等。微孔的形成主要受原始矿物组分和成岩条件的共同制约:低镁方解石灰泥是微孔泥晶灰岩形成的先决原始矿物条件,相对矿物学稳定性可促进原始组构包括原生晶间微孔的保存。特殊的成岩环境是微孔泥晶灰岩发育的必要改造条件,泥晶灰岩中孔隙的形成是早期浅层埋藏下大气淡水淋滤及埋藏成岩期间有机酸溶蚀作用等两期溶蚀叠加的结果。在浅埋藏淡水透镜体内,方解石次生加大（奥斯特瓦尔德成熟过程）形成了沉积物早期胶结,防止压实的同时部分保留了原始结构和晶间微孔网络,还通过消除小晶体提高了渗透性;淡水选择性淋滤也形成了较广泛发育的铸模孔。在埋藏成岩过程中,有机酸性流体溶蚀作用形成海绵状基质溶孔及溶蚀沟道,也导致了圆形泥晶晶体的形成。     

川东北元坝地区三叠系飞仙关组鲕粒滩暴露标志的识别与地质意义

四川盆地东北部元坝地区下三叠统飞仙关组储层主要为台地相鲕粒滩灰岩沉积。以研究区6口井岩心观察描述、15块岩心薄片及200块岩屑薄片鉴定为基础,结合扫描电镜及电子探针等分析手段,识别出元坝地区飞仙关组鲕粒灰岩成岩过程中的五种暴露标志:大气淡水方解石胶结物、溶蚀现象(鲕粒内溶孔充填淡水方解石)、含砾屑鲕粒灰岩(砾屑为海滩岩的破碎产物)、渗流黏土及渗流粉砂、褐铁矿化现象。综合区域地质及构造演化,认为飞仙关期二时末期海平面下降,使原沉积区暴露地表,经受大气淡水淋滤和溶蚀。这些暴露现象可作为识别碳酸盐岩层序界面的重要标志,也可以对精细层序的划分进行印证。暴露溶蚀作用易形成大量的次生孔隙,有利于优质储层的形成。     

川东北元坝地区三叠系飞仙关组鲕粒滩暴露标志的识别与地质意义

四川盆地东北部元坝地区下三叠统飞仙关组储层主要为台地相鲕粒滩灰岩沉积。以研究区6口井岩心观察描述、15块岩心薄片及200块岩屑薄片鉴定为基础,结合扫描电镜及电子探针等分析手段,识别出元坝地区飞仙关组鲕粒灰岩成岩过程中的五种暴露标志:大气淡水方解石胶结物、溶蚀现象(鲕粒内溶孔充填淡水方解石)、含砾屑鲕粒灰岩(砾屑为海滩岩的破碎产物)、渗流黏土及渗流粉砂、褐铁矿化现象。综合区域地质及构造演化,认为飞仙关期二时末期海平面下降,使原沉积区暴露地表,经受大气淡水淋滤和溶蚀。这些暴露现象可作为识别碳酸盐岩层序界面的重要标志,也可以对精细层序的划分进行印证。暴露溶蚀作用易形成大量的次生孔隙,有利于优质储层的形成。     

深层碳酸盐岩原位模拟实验及勘探启示——以川东北地区二叠系为例

关于川东北深层海相碳酸盐岩溶蚀型孔隙的成因,主要有两种观点:早期的大气淡水溶蚀和浅埋藏白云石化以及晚期的深埋藏流体溶蚀。以二叠系石灰岩和白云岩为例,通过原位模拟实验分析得知:随着埋深、温度的增加,方解石和白云石均趋向于胶结而不是溶蚀,其中方解石胶结程度更高。因此判定深部碳酸盐岩储层总体上发生溶蚀作用而形成孔隙的可能性较小,早期的成岩作用才是形成次生溶蚀的关键。     

裂缝充填矿物和蚀变晕对火山岩储集层流体作用的指示——以克拉美丽气田滴西地区为例

为研究克拉美丽气田滴西地区石炭系巴塔玛依内山组火山岩储集层的流体演化过程,对储集层裂缝中的石英、方解石、黄铁矿等自生矿物进行了电子探针、流体包裹体及同位素分析研究。结果表明,SiO2主要来自深部热液流体,CO2来源具有深部热液、烃类流体混合改造的特征。在压力梯度与浮力驱使下,富含SO2等挥发分的含硅热液沿断层向上及两侧运移,分别形成具拱张-高温特征以及具隐爆-低温特征的石英脉。伴随深部流体由酸性向弱碱性的演化、压力的降低、CO2含量和盐度降低、温度变化,在收缩缝中沉淀出早期方解石。在岩体顶部长期暴露出地表地质背景下,当大气淡水与偏碱性盆地流体相遇时,在风化缝中形成保留渗流环境特征的方解石胶结物。埋藏期构造作用形成构造裂缝,烃类的充注-漏失使孔隙流体再次由酸性变为碱性,并在溶蚀孔缝中沉淀出晚期亮晶方解石。晚期热液作用的叠加形成磷灰石、方解石及黄铁矿矿物组合。石英、方解石等的充填作用使裂缝由开启变为闭合,对储层物性主要起破坏作用。     

盐酸及乙酸介质中的碳酸盐岩溶蚀表面特征及机理——以南堡凹陷为例

为了研究酸性条件下碳酸盐岩的溶蚀表面特征及机理,以南堡凹陷及周边凸起区10个典型碳酸盐岩样品为研究对象,进行乙酸和盐酸溶液的溶解实验,并通过扫描电镜观察样品的溶蚀特征。结果显示,岩石结构和矿物成分的选择性溶蚀,是碳酸盐岩溶蚀过程中的主要作用形式;方解石和白云石均存在特有的溶蚀现象,即"溶蚀晶锥"方解石和"蜂窝状"白云石,为晶体选择性溶蚀的产物;表生条件下,灰岩中少量白云石的加入能够增加方解石的溶解度,白云石的含量上限为13%,超过该界限,随白云石含量的增加,溶蚀作用减弱。     

准噶尔盆地西北缘石炭—二叠系火山岩裂缝中方解石脉成因

准噶尔盆地西北缘石炭—二叠系火山岩裂缝十分发育, 普遍充填方解石矿物。通过对钻井岩心裂缝类型划分、 方解石脉原生流体包裹体均一温度测试、 方解石地球化学数据测试与分析, 揭示了方解石脉成因。结果表明, 石炭—二叠系火山岩中的裂缝主要包括风化裂缝、 构造裂缝、 成岩裂缝和溶蚀裂缝。裂缝中方解石的原生流体包裹体均一温度分布为40℃～150℃, 变化范围较大, 具有低温、 高温及混合流体特征。方解石的碳、 氧同位素表明, 方解石的形成与大气淡水和埋藏流体有关, 锶同位素和锰元素进一步证实, 埋藏流体为深部热液流体或埋藏流体溶蚀了火山物质。准噶尔盆地西北缘石炭—二叠系火山岩受逆冲推覆构造和风化淋滤作用双重影响, 构造裂缝和风化裂缝彼此连通并沟通了深部热液与大气淡水。在火山岩裂缝中形成了兼具大气淡水与深部热液流体特征的方解石充填物。     

桩海地区下古生界碳酸盐岩表生条件下溶蚀过程模拟实验

模拟表生条件下(22℃、1.0 MPa)岩石溶蚀过程,采用0.2%的盐酸溶液分别对桩海地区下古生界6种不同类型的碳酸盐岩进行溶蚀实验,结合扫描电镜观察与离子浓度分析手段,对比研究了表生条件下大气淡水对不同类型碳酸盐岩的溶蚀差异。实验结果表明,岩石组构和矿物成分都存在选择性溶蚀,白云石多溶蚀成蜂窝状,方解石则可经溶蚀呈晶锥状;溶蚀率排序为白云质灰岩>泥质白云岩>鲕粒灰岩>灰岩>灰质白云岩>白云岩,灰岩类Ca2+、Mg2+释放合量6.35～7.08 mmol/L,明显高于白云岩类Ca2+、Mg2+的释放合量6.005～6.368 mmol/L,整体上灰岩类溶蚀率大于白云岩类,溶蚀率最高的白云质灰岩由于有少量白云石的加入促进了方解石的溶解,改善储层溶蚀效果。实际地质条件下,常规测井、成像测井以及钻录井数据显示,灰岩类地层溶蚀孔洞发育,其溶蚀的规模与强度都大于白云岩类。总体看来,实际地质条件下的碳酸盐岩溶蚀特征与本次水-岩实验结果一致,表生大气水条件下灰岩类比白云岩类易溶,其中,白云质灰岩最易溶。     

深层条件下碳酸盐岩溶蚀改造效应的模拟实验研究

为认识地层条件下碳酸盐岩的溶蚀改造效应及控制因素,设计并进行了流体在岩石内部孔-缝中渗流与反应的全新模拟实验。实验结果表明,随着地层温度升高,碳酸盐岩溶蚀量并非增加而是逐渐降低,不同实验条件下,其降低的幅度与溶蚀效应不同;而压力与碳酸盐岩溶蚀量呈较弱的正相关性。因此低温或浅埋藏环境更利于碳酸盐岩规模溶孔的形成。此外,白云岩中含一定量的方解石将显著提高白云岩的溶蚀强度,有利于形成优质白云岩储集层。但孔隙类型不同的碳酸盐岩,溶蚀会导致碳酸盐岩储集空间类型和储渗性能发生明显不同的改变,这或许是解决深层碳酸盐岩高效储集层形成的关键。     

塔河油田溶洞充填物的元素地球化学特征及环境意义

塔河油田位于塔里木盆地塔北隆起阿克库勒凸起的西南部,加里东-海西期强烈抬升导致的大气淡水岩溶作用、早石炭世发生的广泛海侵以及二叠纪大规模的火山活动,对奥陶系岩溶储层产生了不同程度的改造。对塔河地区的地质演化特征以及塔河油田地区溶洞砂泥质充填物镓、铷、锶、钡等微量元素和稀土元素的研究表明,大部分样品表现出淡水岩溶特征,仅T615井等4口井的溶洞充填物却表现出海水成因特征,充填物的元素地球化学特征表现出与早期大气淡水岩溶作用的叠加效应;此外,还有少量样品具有能反映热液作用特征的Eu正异常,说明该区碳酸盐岩地层也受热水溶蚀作用的影响。通过溶洞方解石和溶洞方解石胶结物碳、氧同位素值分布特征的分析也证实了塔河地区除了发育大气淡水岩溶作用外,还存在海水-淡水混合水溶蚀作用和热液溶蚀作用。     

渤海海域渤中凹陷奥陶系碳酸盐岩成岩作用

渤中凹陷奥陶系碳酸盐岩在沉积后经历了漫长的地质改造,不同成岩作用改造使储层极为复杂,因此识别不同成岩环境对潜山储层预测具有一定意义。通过岩石薄片观察、扫描电镜、阴极发光等分析确定研究区奥陶系碳酸盐岩经历了正常海水成岩环境、大气淡水成岩环境和埋藏成岩环境,储层储集空间以溶蚀作用引起的次生孔隙和裂缝为主,物性中等,储层非均质性强。结合区域构造演化,镜下特征,碳、氧同位素分析及包裹体分析表明虽然在大气淡水成岩环境及埋藏成岩环境下均有溶蚀作用发生,但对该区下古生界碳酸盐岩储层影响最大的是古生代-中生代期间大气淡水环境下的表生岩溶作用,构造运动导致地层抬升遭受长时间风化淋滤从而改善了储层物性,而埋藏环境下溶蚀改造对储层物性改造有限;新近纪期间深埋环境下大规模胶结作用是本区奥陶系储层物性降低的主要因素。     

层序地层格架中碳酸盐岩准同生成岩作用分析——以轮南古隆起下中奥陶统碳酸盐岩为例

根据海平面升降而对海洋碳酸盐岩沉积划分的不同沉积体系域,和其准同生成岩作用之间存在着相关性,这种相关性可以通过不同体系域所发育的成岩作用类型体现出来。文章以塔里木盆地轮南古隆起下中奥陶统碳酸盐岩为例,把准同生成岩作用放在层序地层学格架范畴内来研究,总结了不同体系域内发育的成岩作用类型和特征,认为海侵体系域主要发育方解石胶结作用和白云石化作用,高位体系域主要发育有方解石胶结作用和大气淡水溶蚀作用等。在层序地层格架下进行成岩作用对比的结果表明,高位期以及海侵期下伏的前期高位期沉积,是有利的成岩作用改造层位,并在物性统计数据中得到了证明,为有利储集体的评价、预测提供了新的途径。     

柴达木盆地东部石炭系葡萄状灰岩缝洞的发现及成因分析

文章采用沉积学、岩石学、地球化学原理,对柴达木盆地石炭系葡萄状缝洞分布特征与成因机理进行了研究,并与四川盆地灯影组缝洞进行了对比分析。研究结果表明：柴达木盆地石炭系东部石炭系葡萄状缝洞与四川盆地灯影组葡萄状缝洞具相似的岩石学特征,可见复式纹层花边皮壳,网状泄水通道,以及大气淡水方解石、陆源砂屑、泥以及硅质自生矿物等缝洞内包卷物等岩石学标志。地化分析显示缝洞皮壳碳酸盐矿物成岩流体为海水,缝洞碳酸盐充填物的成岩流体为大气淡水。最终认为两地葡萄状缝洞皆为大气水作用的产物,柴东石炭系葡萄状灰岩缝洞是四川盆地灯影组葡萄状白云岩缝洞早期形式。二者演化过程如下：由于周期性海退使潮坪相等环境下形成的碳酸盐岩暴露而遭受溶蚀,海侵时溶蚀缝洞内形成针柱状方解石胶结,当海水进一步蒸发,胶结的针柱状方解石在海水中发生模仿交代,形成同生期白云石,这种周期性的海退海侵形成在剖面上的多套葡萄状缝洞旋回。     

混积条件下有机酸-矿物溶蚀模拟实验

为探究混积条件下储集层矿物的溶蚀规律,为以陆源碎屑为主的混积型储集层的勘探开发提供理论依据,设计了一组递增温、压条件下,Ⅱ1型干酪根所排有机酸与混合样品(钾长石、钠长石、方解石、白云石、安山岩、流纹岩)的水岩溶蚀模拟实验.通过对样品溶蚀前后的扫描电镜特征、质量损失率以及反应液中离子浓度变化的分析,明确了混积条件下样品中主要矿物成分的溶蚀特征.结果 显示,混积条件下温度低于250℃时,主要为碳酸盐矿物溶蚀;温度达到250℃时,主要为长石矿物的溶蚀,钾长石的溶蚀比例与钠长石相当.钾长石在190-250℃区间内溶蚀比例增量达到2.64％,大于钠长石的1.91％,说明钾长石在深埋条件下有更大的溶蚀速率与增孔潜力.     

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。     

塔里木盆地热液活动地质地球化学特征及其对储层影响

塔里木盆地二叠纪时发生了强烈的岩浆-火山作用,与之相关的热液流体沿着断裂、裂缝以及不整合面活动,并与所经碳酸盐岩围岩发生反应,使围岩发生不同程度的溶蚀改造,主要表现在:1热液溶蚀和热褪色现象显著;2沉淀生成多种热液矿物组合,如萤石-石英组合、闪锌矿-绿泥石-方解石组合,重晶石-石英-黄铁矿-菱铁矿组合等;3热液作用区域碳酸盐岩成分发生了明显的变化,主要表现为Fe、Mn、Si等元素含量的升高,比正常灰岩高出几倍至几十倍。上述特点与岩溶作用和成岩溶蚀作用特征明显不同。对典型钻孔碳酸盐岩储层研究表明,无论灰岩还是白云岩,在热液作用下都会产生大量的微小溶蚀孔洞,储层物性得到明显的改善,因此热液作用是影响储层物性不可忽视的重要因素。     

塔里木盆地塔中西北部多期、多成因岩溶作用地质-地球化学表征--以中1井为例

中1井是一口在塔中西北部的奥陶系碳酸盐岩中取得工业油气流突破的重要发现井。对中1井岩心观察、过井的地震剖面、古生物分析和溶蚀-胶结作用成因的矿物学、岩石学及地球化学研究表明中1井T₇0(相当于志留系底)、T₇4(相当于上奥陶统底)存在两至三个构造削截-沉积间断面,与加里东中晚期岩溶有关;奥陶系碳酸盐岩储层方解石充填物的铁、锰、锶和钡含量相对较低、δ18_OPDB为-6.4‰~-4.5‰,δ13_OPDB为-1.4‰~0.5‰,87Sr/86Sr平均为0.7092;而石炭系巴楚组膏岩、东河砂岩、志留系碎屑岩中的方解石胶结物δ18_OPDB为-10.5‰~-16.1‰、平均为-13.9‰,δ13_OPDB为-1.5‰~-9.6‰、平均为-4.8‰;87Sr/86Sr为0.7090(志留系)、0.7091(石炭系);研究表明奥陶系碳酸盐岩具有准同生期、浅埋条件下混合水以及较短暴露期下大气淡水下的表生溶蚀的多种复合成因,而志留系和石炭系具有大气淡水溶蚀-充填或埋藏成岩作用特征,海西晚期发生了热液-热水交代有关的溶蚀作用;87Sr/86Sr均低于0.7100,表明中1井区经历的大气淡水条件下暴露期相对较短,陆源物质影响较小,因而不具备沙雅隆起海西早期发生的大规模表生岩溶地质条件。     

威远气田震旦系灯影组古岩溶与成藏探讨

四川威远震旦系灯影组为一套浅海相潮坪环境下沉积的藻白云岩沉积，其发育的古岩溶循征具有纵向上的多期性和横向上的不均性。根据古岩溶的特征，笔者将其划分为以间岩溶，风化壳岩溶和缝洞纱岩溶三种类型，并对其不同的判别标志进行了详细研究和论述。层间岩溶和碳酸盐岩地层在沉积期或成岩早期抬暴露地表，受到大气淡水渗入淋滤所发生的岩溶作用；风化壳岩溶系指碳酸盐岩地层长时间受到大气淡水的淋滤作用，由于淡水的渗入和循环地层进入埋藏期后，随着埋藏深度的增加，在地层中不断排出压释水作用下，碳酸盐岩中发生的岩溶，威远构造的灯影组的震四顶的层间岩溶和震四顶的风化壳岩溶，成为威远气田气藏的主要储集层。尤其是震四顶风化壳岩溶发育时，形成一个古潜丘，孔洞发育的潜丘属于古圈团类型，有利于油气的早期聚集成藏。     

南海珠江口盆地流花地区珠江组碳酸盐岩埋藏酸性流体溶蚀机理初探

以流花地区珠江组碳酸盐岩储集层抽提物GC、GC/MS分析为基础,结合区域构造运动史、地层水动力特征等,分析了该区埋藏酸性流体的成因与来源,探讨了"白垩状"灰岩的形成以及该区的埋藏酸性流体溶蚀模式。研究认为,埋藏酸性流体主要来自惠州凹陷文昌组烃源岩热演化成因有机酸,原油生物降解成因有机酸,岩浆活动生成的CO2等酸性流体。"白垩状"灰岩是在活跃油田底水环境下,主要由有机酸性流体长期溶蚀、浸泡和淘洗作用的结果。埋藏酸性流体以东沙构造运动形成的深大断裂及伴生的复杂裂缝网络为运移通道和物质交换空间,在流花低势汇流的强水动力条件下,与碳酸盐岩发生强烈的酸—岩反应,造成地层溶蚀垮塌,形成了现今流花地区灰岩坑的分布面貌。研究还排除了该区灰岩坑大气淡水溶蚀作用和白云岩化溶蚀作用成因的可能性。