阴极发光分析在恢复砂岩碎屑长石含量中的应用——鄂尔多斯盆地上古生界和川西凹陷三叠系须家河组的研究

鄂尔多斯盆地山西组、太原组和四川盆地须家河组的砂岩都是中国重要的天然气储集层,其特征是具有极低的长石含量和广泛的方解石胶结作用。对这些地层的样品进行了阴极发光分析并很好地揭示了方解石胶结作用发生前的砂岩组构。研究表明：在这些含煤地层的砂岩中,至少有10%~20%的长石在埋藏成岩过程中被煤系地层的酸性流体所溶解,因而砂岩的高成分成熟度和较大的“粒间孔隙体积”都不是原生的。另外,残余长石的阴极发光性还表明：埋藏成岩过程中被溶解的长石主要是钾长石,说明在风化、搬运和埋藏成岩作用的早期阶段,钾长石是相对稳定的,更多的斜长石是在埋藏前或埋藏成岩作用的早期阶段被溶解的,因而钾长石应是碎屑岩埋藏成岩过程中对次生孔隙贡献最大的长石类型。     

埋藏历史对碳酸盐溶解-沉淀的影响——以四川盆地东北部三叠系飞仙关组和塔里木盆地北部奥陶系为例

埋藏成岩过程中碳酸盐的溶解与沉淀强烈控制着深埋藏地层中碳酸盐岩储层质量,与之有关的地质过程是人们多年来不懈研究的热点领域。热流体沿断裂向上运移所造成的碳酸盐溶解成为近年人们普遍认可的模式,但这不能圆满解释大量存在的不与断裂伴生的深埋藏碳酸盐的溶解机制。基于四川盆地东北部和塔里木盆地北部深埋藏碳酸盐溶解与沉淀机制的研究,认为埋藏过程中盆地的沉降与抬升是碳酸盐溶解与沉淀以及次生孔隙发育的另一重要机制,在改变流体对碳酸盐饱和状况方面具有和热流体沿断裂向上运移相同的重要性。研究表明:与川东北飞仙关组类似的埋藏历史更有利于深埋藏成岩过程中碳酸盐的溶解,主要特点是当前埋藏深度不是最大埋藏深度,在最大埋藏深度附近发生热化学硫酸盐还原作用,其后盆地持续抬升造成温度降低和碳酸盐溶解,与之有关的次生孔隙形成所造成的岩石力学性质的变化与上覆载荷减小可以得到平衡,次生孔隙得以保存,岩石储层质量改善;塔里木盆地北部的奥陶系埋藏历史不利于深埋藏成岩过程碳酸盐的溶解,主要特点是当前埋藏深度是最大埋藏深度,古喀斯特发生之后盆地持续沉降造成温度升高和碳酸盐沉淀,并与上覆载荷的增加同步发生,结果是孔隙的封堵、岩石的致密化和储层质量的变差。     

鄂尔多斯盆地东北部太原组砂岩中伊利石的特征及成岩演化

岩石学观察和X射线衍射分析表明,伊利石是鄂尔多斯盆地东北部地区上古生界太原组砂岩储层中分布最广、含量最丰富的黏土矿物。显微观察识别出下述几种类型的伊利石:碎屑伊利石、具蒙皂石转化特征的伊利石、交代长石的伊利石、具高岭石过渡形貌的伊利石以及其他的自生伊利石。根据研究区太原组浅海沉积背景以及砂岩样品的组构、矿物学特征,认为一部分伊利石的成因与浅埋藏开放体系中大量外部来源的钾有关。而太原组砂岩中高岭石在数量上的缺失以及相关的岩相学特征则表明大部分伊利石应来自于深埋藏条件下钾长石与高岭石之间的反应。该过程是受到热力学与动力学控制的,早成岩期高K+/H+活度比的流体对钾长石的保存、伊利石化作用发生前长石向高岭石的转化以及相对较高的地层温度是其重要的控制条件。     

川东北飞仙关组白云岩的主要类型、地球化学特征和白云化机制

四川盆地东北部蕴藏有丰富的烃类资源,三叠系飞仙关组的白云岩是最主要的储层和产层,这使得飞仙关组白云岩成为人们近年来高度关注的对象.按照结构,我们可以将飞仙关组白云岩分为三种端元类型:微晶白云岩、具原始结构的粒屑白云岩和结晶白云岩,在一个向上变浅的剖面旋回中,这三种白云岩分别位于旋回的顶部、上部和中下部.微晶白云岩和具原始结构的粒屑白云岩具有较高的锰含量和较低的包裹体均一化温度,白云化流体的δ~(18O) 值(从白云石的包裹体均一化温度和δ~(18O) 值反演,以下同)介于大气水和海水之间,反映这类白云岩形成于有大气水参与的相对开放的沉积-成岩环境中,蒸发泵作用(对于微晶白云岩)和混合水作用(对于具原始结构的粒屑白云岩)可能是其主要的形成机制;结晶白云岩(表现为好储层)具有很低的锰含量和较高的包裹体均一化温度,白云化流体的δ~(18O) 值显著高于早三叠世海水,表明这类白云岩形成于相对封闭的埋藏成岩环境,白云化流体具较高的温度和盐度,但到目前为止,还没有一个已有模式可以较好地解释这类白云岩的成因.     

碳酸盐岩中方解石胶结物的阴极发光环带与微量元素构成的关系——以塔河油田奥陶系碳酸盐岩为例

对塔河油田奥陶系碳酸盐岩中方解石胶结物的阴极发光性和微量元素构成研究发现,一些与大气水成岩环境有关的方解石胶结物显示出亮、暗相间阴极发光环带,微量元素含量与阴极发光环带之间具有良好的对应关系,亮带具有较高的Mn、Fe含量,暗带则具有较高的Sr、Na含量,显示方解石胶结过程中大气水作用强度的变化。这些碳酸盐矿物的阴极发光环带受元素构成变化控制,并反映成岩流体中元素含量的变化和/或结晶速率的变化,这在一定程度上与大气水环境相对开放的成岩条件有关。相对晚期的环带发光较亮,并具有较高的Mn和较低的Sr、Na含量,显示与加里东—海西期构造运动有关的古岩溶过程中大气水作用逐渐加强的总体成岩趋势。     

中国古地理学研究进展与关键科学问题

古地理学着重于研究和重建地史时期地球表面自然地理状况。国际古地理学主要是在板块构造理论指导下,依托古地磁、古生物和地球化学等手段,重建地史时期的大陆位置、板块边界、海陆分布,侧重于板块尺度的板块构造古地理。中国古地理学主要侧重于以矿产资源勘探服务为导向的不同尺度的盆内岩相古地理研究及编图。当前中国古地理研究对前寒武纪板块构造体制之前的古地理研究仍处于探讨和假说阶段,对显生宙重大古地理变迁的构造机制、地表过程、生命效应是最具挑战的科学问题,诸如古生代与生物大灭绝事件相伴生的古地理变化,中三叠世末扬子板块与华北板块拼合后的古地理效应,白垩纪以来中国地势由东高西低转变为西高东低的过程和机制等。未来中国古地理学研究不仅要继续加强服务于页岩气等新矿产资源勘探的应用岩相古地理研究,还应建设对接国际的多学科融合的中国古地理数据库,系统重建中国小陆块群聚散的多重古地理演变过程,深入认识全球古地理演变的中国地质记录及其地球生命环境意义。     

鄂尔多斯盆地姬塬地区长2油层组砂岩储层特征的研究

依据相关的钻井资料,结合岩心、薄片分析等研究方法,对鄂尔多斯盆地中西部姬塬地区三叠系延长组长2油层组砂岩的储层特征以及相应的影响因素进行了探讨,研究结果得出:姬塬地区长2油层组砂岩以长石砂岩、岩屑长石砂岩为主,含有少量的长石岩屑砂岩等;研究区储层空间主要为粒间孔、长石溶孔、晶间孔、岩屑溶孔等,属于近中孔-低渗型的储层;成岩作用是该区储层发育最主要的影响因素,其中成岩过程中压实作用、胶结作用和溶解作用对储集空间有较大的影响。     

碳酸盐倒退溶解模式的化学热力学基础——与H_2S有关的溶解介质及其与CO_2的对比

以化学热力学中的吉布斯自由能增量为基础,计算了与H2S(g)/ H2S(aq) /HS-/ H+/S2-系统有关反应在不同温度下的平衡常数,同时根据方解石和白云石在酸性条件下的溶解过程,获得了这两种碳酸盐矿物溶解过程中地层中流体pH值与PCO2、地层压力和埋藏深度的关系。在此基础上,对比了从地表到深埋藏的温度和压力条件下,与CO2和H2S有关的酸性介质对流体\[H+\]贡献的差异性,以及对于碳酸盐溶解作用的差异性。计算结果表明:1）无论以CO2还是以H2S作为溶解介质,温度增加和（或）PCO2增加,都会造成方解石和白云石溶解所需要的\[H+\]增加,在深埋藏相对高温和高压条件下,高PCO2条件会使得碳酸盐矿物的溶解更加困难,如果\[H+\]受到缓冲,CO2的增加不仅不能造成碳酸盐矿物的溶解,反而会造成碳酸盐矿物的沉淀;2）无论在何种酸性介质中,碳酸盐矿物的倒退溶解模式在化学上都是成立的,低温的成岩环境,深部地层中高温流体的向上运移、构造抬升所造成的温度降低（-ΔT）都会提高H2S和（或）CO2流体（也包括其它酸性介质）对碳酸盐矿物溶解能力;3）在地表和近地表条件下（几百米深度范围内）,在同时存在CO2和H2S的环境中,CO2对应酸的电离提供的\[H+\]略多于H2S对应酸的电离,与CO2有关的酸性流体对碳酸盐矿物溶解相对重要,而在深埋藏条件下、尤其是深度大于4 000 m的深埋藏地层中,H2S对应酸的电离提供的\[H+\]显著大于CO2,其对碳酸盐矿物的溶解更为重要,在存在硫酸盐还原作用的深埋藏地层中,碳酸盐的深部溶解作用会更为发育,这可能是川东北地区深埋藏条件下次生孔隙发育的重要原因之一。     

四川盆地西部中二叠统栖霞组晶洞充填物特征与热液活动记录

热液环境在碳酸盐岩成岩作用中十分重要,MVT铅锌矿床和热液白云岩储层都与之有关。四川盆地西部中二叠统栖霞组普遍发育厘米级大小的晶洞,其充填物主要为晶体粗大的非平直晶面鞍形白云石,这些鞍形白云石经历了广泛的溶解作用,次生方解石充填于鞍形白云石溶解空间及其晶间孔隙中。本文在碳酸盐岩岩石学特征研究的基础上,测试了晶洞充填物的碳氧同位素组成、元素构成和包裹体均一化温度,结合川西中二叠统埋藏历史和二叠纪以来的非地热增温热事件,研究了晶洞充填物中鞍形白云石的沉淀与溶解流体,以及充填于鞍形白云石溶解空间和晶间孔隙中次生方解石的沉淀流体。研究表明:在作为晶洞充填物的碳酸盐矿物中,鞍形白云石和沉淀于白云石晶间、晶内的次生方解石具有显著不同的氧同位素组成和包裹体均一化温度,前者δ18O值-5.94‰～-4.35‰,包裹体均一化温度主要为110～210℃,后者δ18O值-10.34‰～-8.75‰,包裹体均一化温度主要为70～110℃,据此反演的鞍形白云石沉淀流体的δ18O值为+4‰～+14‰(SMOW),方解石相应值为-4‰～+5‰(SMOW),显示白云石是在高盐度和高温流体中沉淀的,方解石是在相对低盐度和低温流体中沉淀的;晶洞充填物的碳同位素分析表明,鞍形白云石和沉淀于白云石晶间和晶内的次生方解石的δ13C值大致分布在0.7‰～2.6‰的范围内,显著低于同期海水的δ13C值,两种碳酸盐矿物中的碳具有同期海水和深部CO2混合碳源的特征;中二叠世末东吴运动期间峨眉山玄武岩喷发时岩浆活动的热效应导致了当时处于浅埋藏环境的栖霞组地层中鞍形白云石的沉淀,而热事件后流体温度和盐度的同时降低则使得鞍形白云石溶解,同时伴随方解石沉淀在鞍形白云石溶解后的孔隙和晶间孔隙中。     

四川盆地宣汉渡口和重庆北碚下三叠统海相碳酸盐碳同位素组成与演化

早三叠世海水的碳同位素组成与演化是二叠纪-三叠纪生物群体灭绝事件之后全球生态萧条与重建时期地球碳循环的重要记录,为地学界长期高度关注。文中测试了四川盆地宣汉渡口和重庆北碚下三叠统及相邻地层258个海相碳酸盐样品的碳、氧同位素组成,以便探讨早三叠世海水的碳同位素组成与演化。这些样品对海水碳同位素组成具有不同的保存性,飞仙关组及嘉陵江组第一、三段保存较好,而嘉陵江组第二、四段保存较差。基于氧同位素可以更为敏感地反映海相碳酸盐成岩蚀变性的原理,在碳、氧同位素相关性分析的基础上,以δ¹⁸O<-7.5‰为剔除标准,筛选出近200个有效数据建立了碳同位素演化曲线,该曲线与前人在贵州建立的同期曲线具有很好的可对比性。曲线显示出海水碳同位素组成的巨大波动,变化幅度达8.55‰,包括2个完整的上升-下降旋回,第1个旋回由飞仙关组和嘉陵江组第一段组成,第2个旋回由嘉陵江组第二段、第三段和部分第四段组成,同时还包括若干短周期的次级旋回。利用曲线形态与前人建立的同期曲线进行了岩石地层与年代地层单位的对比,飞仙关组可大致与Induan阶对应,嘉一段可大致与Smithian亚阶对应,嘉二段、嘉三段和嘉四段下部可大致Spathian亚阶对应;绿豆岩作为下-中三叠统界线其位置可能偏高,下-中三叠统界线应该位于绿豆岩之下的嘉四段内部。早三叠世海水碳同位素组成高频率大幅度的波动指示了生物大灭绝后环境的不稳定性,其中菌藻类等微生物灾后过度繁盛,可能导致了有机碳在短时间内的快速埋藏和海水碳同位素的正漂移;而碳同位素大规模的负漂移可能与甲烷水合物释放带来的轻碳有关。研究认为,白云岩所在的地层段往往具有更高的δ¹³C值,这可能说明微生物活动、白云岩形成和海水δ¹³C值升高之间的有机联系。下三叠统的白云岩、尤其是嘉二段和嘉四段的白云岩可能是微生物成因的,嘉陵江组有机碳的生产和埋藏可能主要是与白云岩形成有关的微生物的贡献,具最高δ¹³C值的嘉二段的烃类在一定程度上可能具有自生自储的特点。