碳酸盐成岩环境的特征

碳酸盐成岩环境是碳酸盐岩石学研究工作中的新课题之一。众所周知,碳酸盐岩是重要的生油层和油气储集层,它分布广,在我国约占沉积岩总面积的55％,特别是云、贵、川、湘、桂、鄂等省,分布尤广,而且遍及各时代地层。碳酸盐成岩环境对碳酸盐岩的储集性能与储集类型、工业油井与非工业油井、高产井与低产井,都有直接或者间接的影响,甚至还可以构成一种新的油气藏类型——“成岩圈闭”,或者称为“冻结油藏”。过去人们把一些与碳酸盐有关的“层控金属与非金属矿床”认为是“岩浆”和“热液”成因的,现已确凿不移地证明,它们是在碳酸盐沉积物的成岩作用过程中形成的。有关这方面的问题,虽然有待进一步深入地研究,但是,     

东海盆地西湖凹陷古近系花港组砂岩储层致密化与油气充注关系

东海盆地西湖凹陷致密砂岩气资源丰富,近年来古近系花港组成为勘探热点层位,但储层的致密化及与油气充注关系不明制约着花港组致密砂岩气的有效勘探和经济开发。在花港组储层特征的基础上,划分及厘定储层成岩作用类型与演化序列,恢复并揭示储层致密化过程及与油气充注的匹配关系。研究表明,西湖凹陷花港组储层砂岩主要经历压实、胶结和溶蚀3种成岩作用,压实作用是导致花港组储层孔隙损失和致密化的根本原因;并经历同生阶段、早成岩阶段(A、B期)和中成岩阶段(A、B期)共3阶段5期次的成岩演化过程;在中成岩阶段A_2期时成岩环境开始由酸性向碱性发生转变,并伴随着晚期碳酸盐、硅质等胶结作用发育以及机械压实作用持续增强,储层逐渐趋于致密化;结合与油气主成藏期(7～0 Ma)的耦合关系将研究区花港组储层划分为3种类型:成藏未致密型储层、成藏同步致密型储层、成藏已致密型储层。研究梳理了西湖凹陷花港组储层特征、成岩演化序列、储层致密化及与油气充注的耦合关系,为下一步研究区致密砂岩气的勘探提供理论支持。     

冀中坳陷廊固凹陷河西务构造带古近系沙河街组四段储集层孔隙度演化定量研究

薄片鉴定、流体包裹体分析、埋藏演化史与有机质热演化史分析、膏岩层脱水及黏土矿物转化分析等研究表明：河西务构造带古近系沙河街组四段储集层经历了碱性→酸性→碱性→弱酸性→弱碱性的成岩环境演化过程;成岩作用演化序列为：压实作用→长石溶蚀和(或)石英加大→碳酸盐胶结和(或)硬石膏胶结→少量碳酸盐胶结物溶解→少量黄铁矿胶结。利用“反演回剥”的原理, 以铸体薄片资料为基础, 计算了各关键成岩作用对储集层面孔率的贡献量, 并利用面孔率-孔隙度的函数关系, 结合机械压实校正, 定量地恢复了不同成岩特征储集层的实际孔隙度演化史。根据孔隙度演化史与油气成藏史匹配关系, 河西务构造带沙四段储集层第1期油气成藏时期储集物性较好, 孔隙度高达20％左右。第2期油气成藏时期, 北部区块储集层碳酸盐胶结强烈, 孔隙度急剧降低至7％左右, 不利于油气充注补充;而南部区块储集层碳酸盐胶结作用弱, 孔隙度仍以大于10％为主, 有利于油气充注补充和成藏, 成为有利勘探目标。     

油气耗散作用及其成岩成矿效应: 进展、认识与展望

油气生成后发生运移,在途经的围岩环境中发生流—岩相互作用而损耗,以及分散于地下或暴露地表而损失,这一过程即为油气耗散。油气耗散主要特点为流—岩地质作用,在这一过程中将产生系列成岩蚀变,如氧化砂岩的绿色化、白色化,以及局部碳酸盐化等;导致一些成矿效应,如铀矿化、高岭土化等。从而在沉积盆地中构成有机与无机、金属与非金属矿产同存共荣于一盆,此即为沉积盆地成藏(矿)系统。因而油气耗散作用内容属于交叉学科方向,目前仅在鄂尔多斯盆地得到初步研究。在油气耗散成岩及成矿作用过程中,部分微量元素、有机地球化学参数、以及碳、氢、氧、硫、硅等稳定同位素可表现出一定的标志性特征。这在目前"油气—铀溶液—砂岩"相互作用模拟实验中也已得到初步的证实。当前,沉积盆地中油气耗散方向与规模、成岩与成矿效应的地球化学作用机理、有机—无机(如烃源岩—铀等无机元素)作用效应及对相关资源评价的影响、多种能源综合协同预测与勘探等方面是未来油气耗散作用学科领域的主要发展方向。     

碳酸盐成岩作用的研究前沿和值得思考的问题

碳酸盐成岩作用在碳酸盐沉积学,尤其是在碳酸盐储层沉积学中具有十分重要的意义,近年在以下领域取得重要进展：（1）白云岩烃类储层的几何学和岩石成因学,尤其涉及到对已有白云化模式的评论和重新认识等。（2）碳酸盐储层热液改造的构造控制机理,涉及热液白云岩的成因及其对烃类储层的影响,尤其是深部热流体对碳酸盐成岩作用的影响。（3）对一些经典成岩理论的更新和对传统成岩理论的挑战,尤其是对混合水成岩作用带和对海水环境下的埋藏成岩作用的重新认识等。（4）锶同位素组成在海相碳酸盐研究中的广泛应用,涉及对地质事件的跟踪研究、海相地层的等时对比、定年和成岩过程中水一岩相互作用的研究等。然而,碳酸盐成岩作用研究中也存在一些问题值得我们思考：（1）深埋条件下碳酸盐最为重要的溶解介质可能是作为硫酸盐还原作用产物的H2S和CO2,但并非是温度越高,碳酸盐越溶解,相对较低的温度条件反而有利于溶解,这就是所谓的倒退溶解模式。（2）碳酸盐溶解需要有温度的降低（即必须要有足够的负△T）,这可通过两种途径实现：其一是沿断层向上运移的流体,显示断层等构造作用在碳酸盐成岩研究中的重要性;二是构造抬升,显示与构造有关的埋藏历史在碳酸盐成岩研究中的重要性。（3）控制白云石锶含量最为重要的因素是其晶体化学习性,锶在白云石中的较低的分配系数导致了白云岩普遍较低的锶含量,因此,我们不能仅利用白云岩的锶含量来判断白云化流体的性质,白云岩较低的锶含量也不能说明相应的白云化流体与海水无关。（4）与硫酸盐还原作用有关的SO4^2-的带出会诱发白云化作用或白云石的沉淀,而与硫酸盐溶解有关的SO4^2-的引入则会加速白云石的溶解。     

吴堡地区长7致密砂岩成岩作用及成岩相划分

通过铸体薄片、扫描电镜、X衍射等分析测试,对鄂尔多斯盆地吴堡地区长7储层的成岩作用研究。结果表明,研究区砂岩经过了机械压实作用、胶结作用和溶蚀作用等多种成岩作用。储层孔隙演化与成岩作用关系密切:机械压实作用、胶结作用是储层物性降低的主要因素,孔隙损失分别达到19.69%和15.30%,研究区长7烃源岩发育,相比于研究区其他相邻层位,溶蚀作用强烈,是形成此生孔隙的主要因素,提高了储层的储集性能,孔隙增生量为1.19%。结合成岩作用与孔隙结构的关系,对研究区长7致密油储层成岩相进行定量划分,研究区成岩相可以划分粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相、剩余粒间孔相、碳酸盐胶结相和伊利石胶结相。有利成岩相粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相和剩余粒间孔相发育在分流河道/水下分流河道中央,这些成岩相控制的储层是油气聚集有利场所;不利成岩相碳酸盐胶结相和伊利石胶结相分布在分流间湾沉积相带上,不利于油气聚集。     

碳酸盐沉积物的成岩作用

化学沉淀碳酸盐矿物在沉积后很容易受到各种作用的影响,其中最重要的是其在成岩阶段所经历的成岩作用.碳酸盐沉积物在成岩过程中主要受大气降水、海水和埋藏过程中孔隙流体的控制,经历一系列压实、溶解、矿物的多相转变、重结晶、胶结等成岩作用,逐渐转变为固结的岩石.在成岩过程中,由于孔隙流体与沉积流体之间的异同以及温度的变化,碳酸盐沉积物的原始矿物成分、地球化学特征可能会很好的保存下来,但在许多情况下,也可能会改变,从而使我们无法准确反演碳酸盐沉积物在沉积时水体的特征.因此,我们在应用碳酸盐岩重建相关古环境和古气候变化的时候,必须要通过有效的方法来对碳酸盐岩是否受到成岩作用的影响进行鉴定.     

莱州湾凹陷北洼沙三段砂岩碳酸盐胶结物特征及地质意义

碳酸盐胶结特征不仅反映了成岩环境,而且可表明成岩阶段及其对储层质量的影响。综合运用岩石学、矿物学和地球化学等方法,对莱州湾凹陷北洼古近系沙三段砂岩中碳酸盐胶结物的分布规律、形成环境、物质来源、沉淀温度以及其对储层物性的影响进行了系统研究。结果表明：沙三段发育两期碳酸盐胶结物,分别为形成于埋藏早期的菱铁矿和隐晶方解石,以及成岩作用中后期形成的方解石、白云石、铁方解石和铁白云石,其中方解石是最主要的胶结物类型。碳酸盐胶结物形成于埋藏作用中后期的高盐度流体环境,与有机质脱羧作用相关,有机碳是最主要的碳来源,Ca2+是长石的溶蚀和粘土矿物转化的产物。包裹体均一温度研究结果表明,碳酸盐胶结物在油气充注的同时或之后形成。形成于成岩作用早期的碳酸盐胶结物在一定程度上增强了岩石骨架颗粒固结和抗压实能力,同时也是后期有机酸溶蚀的主要对象,对储层物性起到促进作用;溶蚀作用之后形成的碳酸盐胶结物占据粒间孔隙和部分溶蚀孔隙,对储层物性起到破坏作用。     

东营凹陷中央隆起带烃类流体活动在成岩作用上的响应

为探讨成岩作用对烃类流体活动的响应,利用显微观察、包裹体测温、扫描电镜、阴极发光等研究方法,系统地研究了东营凹陷中央隆起带沙三段自生矿物形成与烃类流体活动的相关性。研究表明：研究区沙三段储层的成岩序列为：第一期石英次生加大边→第一期碳酸盐胶结物(黄铁矿)→绿泥石薄膜→第二期碳酸盐胶结物→第二期石英次生加大边（第一期高岭石）→第三期碳酸盐胶结物→第三期石英次生加大边（第二期高岭石）→第四期含铁碳酸盐胶结物（黄铁矿）。第一期油气充注发生于第二期碳酸盐胶结物形成的后期,第二、三期油气充注发生于第三期碳酸盐胶结物形成的中后期,第四期碳酸盐胶结物的形成标志大规模油气充注时期的结束。烃类流体活动对研究区的自生高岭石、含铁碳酸盐矿物（第四期碳酸盐胶结物）、黄铁矿等3类自生矿物的形成过程产生重要影响。砂岩储层中,第二、三期碳酸盐胶结物的港湾状溶蚀现象、高岭石大量发育、第四期碳酸盐胶结物和黄铁矿的共生组合等成岩现象可作为微观上识别烃类流体活动的标志。含油性较好的层段,烃类流体活动可导致碳酸盐胶结物产生大规模的溶蚀作用,并促使长石溶蚀产生大量高岭石,砂泥岩界面处可见黄铁矿与含铁碳酸盐胶结物共生;而含油性差及不含油的层段,由于缺少烃类流体提供的大量有机酸,高岭石发育较少,早期碳酸盐胶结物保存较好。     

Differential Diagenesis of Limestone-Marl Alternations

灰岩-泥灰岩韵律层包括结核状灰岩到灰岩和泥灰岩互层,广泛分布在陆棚及深海环境中,出现于各地质时期,是研究高分辨率地层学和环境恢复的理想工具.但是成岩作用在灰岩-泥灰岩韵律层形成过程中的作用一直存在分歧,有的学者认为差异化学压实成岩作用加强了原始沉积的差异,有的学者认为成岩作用不仅能够强烈歪曲原始环境特征,还可以通过自身成岩作用形成与原始沉积特征类似的现象.灰岩-泥灰岩韵律层中的差异成岩作用是指泥灰岩中的不稳定碳酸盐矿物在海底成岩环境中经过溶解、迁移和在灰岩中再沉淀,导致灰岩层没有明显被压实,而泥灰岩层受到明显压实.本文重点评述了差异成岩作用发生的环境和过程,并对与之相关的胶结物来源问题和有机质在早期成岩过程中的作用进行了讨论.并以华南中二叠统栖霞组韵律层为例,探讨了差异成岩作用在其形成过程中的作用,最后对以后的研究方向进行了展望.     

深层油气成藏动力学研究进展

近十年来,国内外盆地深层油气勘探取得重要发现,推动油气地质学理论研究的发展。本文综述了前人在深层油气地质理论研究、分析测试技术和评价预测方法等方面的新认识,系统论述了深层特殊成藏环境条件下油气成藏要素的特征及其演化。提出沉积构造导致的差异成岩作用使得砂岩储集层具有结构非均质性,影响甚至控制了深层有效储集层的分布;受古隆起和断裂带控制的裂缝岩溶带往往是碳酸盐岩层系中最为有效的储集空间;有效储集层与断裂构造组合,构成深层输导体系,油气在其中差异性运移聚集,控制了深层油气的富集与分布。最后对未来深层油气地质和成藏研究的发展方向作了分析。     

铁元素对海相沉积物早期成岩作用的影响

铁元素是地壳中丰度最高的元素之一,在海相沉积物成岩过程中起着非常重要的作用.铁元素作为海洋初级生产力的微营养元素,影响海相沉积物中有机质的输入,其在早期成岩阶段与硫化物和磷元素的耦合关系,可以促进或者降低有机质的保存;铁元素在海相沉积物早期成岩过程中可以改变孔隙水的化学性质,影响亚稳定碳酸盐矿物的保存,导致碳酸盐沉积物...     

江汉盆地白垩系渔洋组砂岩的成岩作用及其热力学分析

江汉盆地白垩系渔洋组砂岩存在五种类型的成岩作用。其中,与油气运移有关并对储层孔隙演化产生重要影响的是硬石膏的胶结与交代作用和后期方解石再次胶结作用。为了更好的研究成岩作用发生的控制因素以及成岩环境的变化,我们通过细致的热力学推导,绘制出包含方解石、白云石和硬石膏等矿物相在内的五组分相图。通过相图分析可以看出,pH 值在成岩作用过程中有着重要的作用。方解石和白云石的胶结及交代作用代表了偏中性或碱性的成岩环境;而硬石膏的胶结及交代作用则表明成岩环境由中性或碱性向酸性转变,例如酸性的油气前锋流体的注入。另外,成岩环境中阳离子(Ca~(2 )、Mg~(2 ))和阴离子(CO_3~(2-)、SO_4~(2-))的浓度对方解石、白云石和硬石膏的胶结、溶解及交代作用也有重要影响。     

油气储层埋藏成岩过程中的地球化学热力学

成岩作用是影响油气储层质量的重要因素,而对于埋藏过程中各种化学成岩作用的有效预测直接关系到储层的评价和预测。为了探索油气储层埋藏成岩过程中主要成岩作用对储层质量影响的预测方法,本文利用地球化学热力学的理论,分析了影响储层质量的主要化学成岩作用,包括砂岩中长石的溶解作用、碳酸盐矿物的溶解与沉淀作用和方解石—白云石的转化作用,建立其埋藏条件下溶解—沉淀的地球化学热力学模型。通过这些模型,试图利用地球化学趋势定量地预测砂岩储层次生孔隙的发育趋势、碳酸盐岩埋藏岩溶—充填趋势和埋藏白云石化趋势,为储层评价预测提供理论依据。     

碳酸盐成岩作用研究现状与前瞻

碳酸盐成岩作用是沉积学最为活跃的领域之一,与之有关的研究成果会直接影响人们对碳酸盐油气储层形成机制和层控矿床形成机制的理解。近年来,碳酸盐成岩作用在多个领域取得了令人瞩目的研究成果,主要包括以下几个方面:(1)实验室沉淀白云石获得成功:人们模拟海水(泻湖)条件下的细菌硫酸盐还原环境,在常温下沉淀出具有序反射的白云石。(2)热液白云化作为新的主流模式成为关注的热点:人们已认识到热液白云岩储层、沉积-喷流型铅锌矿床和Mississippi河谷型铅锌矿床具有共同的形成机制,它们均受构造(伸展、走滑构造)和热流体流动的强烈控制。(3)深埋藏条件下封闭系统的白云化作用受到关注:一些对油气储集空间和层控矿床有较大意义的白云化作用主要是在相对封闭条件下发生的,在对岩石储集空间的变化的贡献上以及在相应的地球化学指标上不同于开放条件下的白云化作用。(4)混合水白云化模式受到质疑:人们重新研究了作为混合水白云化典型地点的美国威斯康星弧碳酸盐的成岩作用,根据流体包裹体分析、阴极发光分析、偏光显微镜观察及稳定同位素分析等方法并结合有机物成熟度的数据,得出威斯康星弧与白云化有关的水-岩相互作用是由与温度升高有关的浓卤水导致的,白云化作用是热水成岩作用的结果。(5)淡水环境的成岩机制受到挑战:新近研究证明,大范围的低位体系域中可以没有具化学活性的淡水透镜体,海水环境同样可以产生成熟的石灰岩,细菌硫酸盐还原作用可以引起海水对碳酸盐的不饱和。(6)锶同位素在海相碳酸盐研究中的广泛应用:由于锶同位素不像氧、碳同位素那样因温度、压力和微生物作用而分馏,矿物可直接反映流体的同位素组成,地质历史中海水锶同位素组成也具有独特的长期变化趋势,这使得海相碳酸盐的锶同位素组成在沉积期后流体示踪中得到广泛应用。(7)硫酸盐还原作用对碳酸盐成岩作用的影响受到重视:如BSR和TSR可减小SO42-对白云石沉淀(或白云化)的动力学屏障,其产物H2S和CO2可在不同条件下对碳酸盐储层产生影响,BSR和TSR可提高成岩流体锶含量,甚至在形成天青石矿床中也具极大的潜在价值。     

蒙脱石的成岩演变与石油的初次运移

自从鲍尔斯提出成岩过程中蒙脱石脱水对油气初次运移的重要性以后,许多学者对成岩过程中蒙脱石的脱水反应特征及在油气初次运移中的意义进行了研究和讨论。一般认为成岩过程中蒙脱石的脱水为石油初次运移创造了下列有利条件: 1.提供水介质来源; 2.重新产生孔隙度; 3.促进泥岩异常高压带的形成; 4.由于蒙脱石层间水的加入,提高了烃类和脂肪酸在水中的溶解度,促进了石油的运移。 成岩过程中蒙脱石析出层间水只是蒙脱石成岩演变的一个方面,如果仅以脱水量的多少和烃类在水中溶解度的概念来评价蒙脱石的成岩演变对油气运移的影响,这显然是不够的。 关于松辽盆地白垩系泥岩粘土矿物成岩演变特征与有机变质作用和油气分布的关系,可参阅作者的有关论文[1][2],这里不再赘述。     

含油气盆地蒸发盐矿物成因类型及其地质意义*

中国是一个多盐湖国家,然而盐湖研究主要集中于分析湖水化学性质、盐类物质来源和盐矿资源开发等,对盐类矿物沉积特征和埋藏成岩改造研究较少,造成从蒸发岩角度去理解古代盐湖盆地的油气富集规律较为困难。在广泛阅读国内外大型盐湖文献的基础上,笔者介绍了盐湖分类方案和蒸发岩中盐类矿物的主要成因类型,并总结了中国陆相含油气盆地中常见的硫酸盐、氯化物、含钠碳酸盐和硼酸盐的沉积—成岩过程及其古环境和古气候意义。同时,尝试利用盐湖沉积最新研究成果去探讨中国含油气盆地蒸发岩研究中存在争议或值得关注的问题,得出: (1)深部热液可为湖泊输送大量元素离子,但要在湖泊环境下富集大量蒸发岩,则(半)干旱气候和蒸发浓缩作用是前提条件;(2)易溶蒸发岩(如石盐)在沉积中心单层厚度大,而在斜坡—边缘区缺失,这是季节性气温变化和温跃层浮动引发“中心聚集效应”的结果;(3)温度可影响蒸发岩中盐类矿物溶解度、晶体结构形态和发育深度,而部分无水盐类矿物在常温常压下却无法结晶,这一现象可用来指示古地温和地层埋藏史;(4)碳酸盐型盐湖中的Na-碳酸盐种类可指示大气CO₂浓度和古温度。     

含油气盆地蒸发盐矿物成因类型及其地质意义*

中国是一个多盐湖国家,然而盐湖研究主要集中于分析湖水化学性质、盐类物质来源和盐矿资源开发等,对盐类矿物沉积特征和埋藏成岩改造研究较少,造成从蒸发岩角度去理解古代盐湖盆地的油气富集规律较为困难。在广泛阅读国内外大型盐湖文献的基础上,笔者介绍了盐湖分类方案和蒸发岩中盐类矿物的主要成因类型,并总结了中国陆相含油气盆地中常见的硫酸盐、氯化物、含钠碳酸盐和硼酸盐的沉积—成岩过程及其古环境和古气候意义。同时,尝试利用盐湖沉积最新研究成果去探讨中国含油气盆地蒸发岩研究中存在争议或值得关注的问题,得出: (1)深部热液可为湖泊输送大量元素离子,但要在湖泊环境下富集大量蒸发岩,则(半)干旱气候和蒸发浓缩作用是前提条件;(2)易溶蒸发岩(如石盐)在沉积中心单层厚度大,而在斜坡—边缘区缺失,这是季节性气温变化和温跃层浮动引发“中心聚集效应”的结果;(3)温度可影响蒸发岩中盐类矿物溶解度、晶体结构形态和发育深度,而部分无水盐类矿物在常温常压下却无法结晶,这一现象可用来指示古地温和地层埋藏史;(4)碳酸盐型盐湖中的Na-碳酸盐种类可指示大气CO₂浓度和古温度。     

巴哈马现代叠层石的生物学及岩石学特征

作名从生物学和岩石学角度研究巴哈马安德罗斯岛西北部潮上淡水沼泽区采集的现代叠层石,获以下几点认识:1.藻碳酸盐沉积物既与不同类型的藻类有关,又与不同环境有牵连;2.碳酸盐叠层石日生长层在成岩期间会被强烈改造;3.一些蓝绿藻能富集镁,形成高镁方解石,较易于白云石化;4.粘捕碳酸盐颗粒和原地沉淀碳酸盐晶体都是叠层石的重要成因;5.构成叠层石的藻类的降解作用在叠层石堆积过程中不间断地进行,所以藻碳酸盐岩中的这些生物难于保存为化石。     

成岩作用研究的近期发展及其方向

在回顾国内外成岩作用研究的基础上,本文评述了有关成岩作用的研究方法、成岩机理及其与油气等矿床勘探方面的研究现状.与此同时,本文指出了成岩研究中现存的主要问题及其研究方向,如系统研究、定量化和模拟研究等.