塔里木盆地塔中地区下奥陶统白云岩的成岩流体演化:来自团簇同位素的证据

基于碳酸根中¹³C-¹⁸O键的相对丰度与温度的关系，碳酸盐团簇同位素（Δ₄₇）具有独特的温度指示特征，而且不受碳酸盐沉淀时流体的化学和同位素组成的影响，是成岩流体研究中很好的温度指标。应用该指标可以更好地解决与温度相关的成岩流体来源及演化的问题。论文主要针对塔里木盆地塔中地区下奥陶统鹰山组白云岩样品，在详细的岩矿观察基础上，选取了基质（孔隙发育处）、孔洞内充填物和裂缝内充填物进行了团簇同位素测试分析，解析了深层-超深层碳酸盐岩储层的流体性质、演化与其对储层发育的影响。测试结果表明，塔中地区下奥陶统鹰山组白云岩主要经历了3期成岩流体改造：第一期流体为浅-中埋藏，为粉晶-细晶结构，团簇同位素形成温度T（Δ₄₇）分布范围为69~94℃，流体氧同位素值（δ¹⁸O_w，SMOW）分布范围为+1.81‰~+5.19‰，为奥陶系改造海水；第二期流体为晚期深埋藏卤水，多表现为细晶与中-粗晶结构，T（Δ₄₇）为111~113℃，δ¹⁸O_w（SMOW）值为+8.46‰~+8.95‰，指示进一步增加的水-岩相互作用；第三期为热流体，T（Δ₄₇）为130~147℃，δ¹⁸O_w（SMOW）值为+7.93‰~+9.42‰，矿物氧同位素较第二期明显偏负，且鞍状白云石发育。孔洞和裂缝内充填碳酸盐岩的碳、氧同位素分布范围较宽，δ¹⁸O_carb（VPDB）值为-17.38 ‰~-5.84‰，δ¹³C_carb（VPDB）值为-3.57‰~-1.33‰，也揭示了多期次流体活动的叠加改造。岩心和显微观测结果显示，白云岩具有很好的储集空间，埋藏溶蚀作用和断裂带附近的热流体活动叠加是鹰山组白云岩储层发育的主要建设性成岩作用。     

塔里木盆地下古生界碳酸盐岩中硅化作用成因

塔里木盆地下古生界碳酸盐岩局部发生了显著的硅化作用。塔北的沙15井、沙5井、沙13井、塔深1井,塔中的中3井、塔中1井等的下古生界岩心上可以看到晶簇状石英充填或半充填于碳酸盐岩溶蚀孔洞中。石英中的流体包裹体具有较高的均一温度,其主峰区间为150~190℃。石英氧同位素δ18OV-SMOW值位于18.6‰和24.14‰之间,流体包裹体水氢同位素δDV-SMOW值位于-118.36‰和-83.39‰之间。石英在稀土元素组成上具有轻稀土富集和显著的Eu负异常的特征。流体包裹体均一温度、氢氧同位素和稀土元素组成表明下古生界碳酸盐岩中的石英形成于岩浆热液流体。岩浆热液在沉淀石英的同时会对碳酸盐岩储层产生显著的溶蚀改造作用,在实际油气勘探中应该给予足够的重视。     

羌塘盆地南部布曲组含油白云岩中自生文石胶结物的鉴定及其成因探讨

在羌塘盆地南部隆鄂尼地区中侏罗统布曲组砂糖状白云岩中首次发现针柱状胶结物,分布于沥青充填的溶蚀孔隙中。显微结构、微区X射线衍射以及电子探针分析表明,胶结物类型为自生文石,呈针柱状晶形,簇状、放射状集合体,MgO和SrO质量分数呈正相关。微区同位素测试显示,文石胶结物δ13C_PDB值为3.5‰~3.98‰,δ18O_PDB值介于-11.63‰~-9.98‰。文石在地质历史时期形成的碳酸盐岩中很少发现,常通过新生变形作用或溶解作用转变为低镁方解石。砂糖状白云岩中自生文石碳氧同位素组成与现代海洋沉积和大气淡水成因的文石存在较大差异,其形成过程中淡水淋滤作用影响较小,δ18O值的负偏主要受埋藏期地温梯度控制。储层成岩序列显示文石胶结物形成于埋藏白云石化作用之后,有机酸溶蚀伴随着碳酸钙自生矿物沉淀,烃类充注抑制了文石向方解石的转化。文石胶结物形成于晚成岩阶段,属于埋藏环境下碳酸盐矿物溶解再沉淀的产物,烃类充注可能对文石的保存起重要的控制作用。      

塔中地区奥陶系碳酸盐岩深部埋藏溶蚀作用研究

以岩心和岩石薄片观察为基础,对塔中地区埋藏溶蚀作用的类型、发育特征,成因机理及其对储层形成的影响进行了分析.综合研究表明,塔中地区奥陶系碳酸盐岩发育多期次、不同规模的埋藏岩溶作用,主要包括有机酸溶蚀作用和热液溶蚀作用等.其中有机酸溶蚀作用主要以组构的非选择性溶蚀作用为特征,并且其形成的溶孔多被烃类充填,有机酸溶蚀作用构成了该区深部的第一高孔隙带.热液溶蚀作用以选择性溶蚀为特征,多沿断裂、裂缝等分布,发育有萤石、绿泥石、闪锌矿、高温石英、重晶石等热液矿物,热液流体多来自地壳深部,与深部岩浆活动有关,热液溶蚀作用形成了该区第二高孔隙带.     

断裂-层序双控机制下的热液活动及成储效应——以塔里木盆地塔河、玉北地区下奥陶统为例

塔里木盆地下古生界碳酸盐岩广泛发育，是油气勘探的重要领域。以塔里木盆地塔河、玉北地区下奥陶统为例，通过岩心观察、薄片鉴定、电子探针、C、O、Sr同位素以及REE元素分析，结合测井及地震资料，探讨了断裂系统和层序地层格架中的热液活动及成储效应。研究认为：中-细晶白云岩遭受富硅质热液流体改造强烈，表现为热褪色现象、鞍状白云石充填和充填白云石、方解石、玉髓、黄铁矿等多种矿物组合沉淀，以及较高的SiO₂、FeO、MnO、BaO含量、较低的SrO含量和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值、偏负的δ¹⁸O值、较低的∑REE含量、明显的Eu正异常和Ce负异常。热液流体对白云岩储层的改造主要表现为溶蚀作用、重结晶作用和充填作用三个方面，溶蚀作用形成的次生溶蚀孔隙成为最重要的储集空间。不同尺度断裂和三级层序甚至更短周期层序界面共同构成深部热液流体运移的输导体系，对热液活动及储层发育起到强烈的控制作用，并建立了塔里木盆地塔河、玉北地区下奥陶统蓬莱坝组断裂-层序双控机制下的热液活动及成储效应的概念模型。     

中国南方地区灯影组白云岩储层流体溶蚀改造机制

对南方地区震旦系灯影组未遭受溶蚀改造作用的泥粉晶白云岩、遭受溶蚀改造的富含溶蚀孔隙白云岩储层(包括粗晶砂糖状白云岩)以及孔洞中充填的粗晶白云石开展了碳、氧和锶同位素以及稀土元素分析,以判别白云岩储层发育经历的流体改造作用类型、过程和机制。未溶蚀白云岩的δ13 C、δ18 O和87Sr/86Sr比值平均分别为3.0‰、-3.5‰和0.708 779;稀土元素组成上无显著的Ce和Eu异常,属于正常的海水成因白云岩。溶蚀改造后的砂糖状白云岩的δ13 C、δ18 O和87Sr/86Sr比值平均分别为1.7‰、-7.7‰和0.709 579,与未溶蚀改造白云岩相比具有略偏轻的碳、氧同位素组成和较高的87Sr/86Sr比值;稀土元素组成上,具有较高的REE含量和显著的Ce负异常,δCe平均值为0.5,表明多孔的砂糖状白云岩储层是大气降水和含油气流体溶蚀改造的产物。孔洞中充填的粗晶白云石的δ13 C、δ18 O和87Sr/86Sr比值平均分别为0.3‰、-11.3‰和0.710 334,具有显著偏轻的碳、氧同位素组成和显著高的87Sr/86Sr比值;稀土元素组成上,具有显著的Eu正异常,δEu平均值为3.0,最大达到9.8,表明孔隙充填白云石是从热液流体中沉淀出来的,并受地层中有机成因流体的影响。根据所确定流体作用类型并结合构造地质演化背景,探讨了灯影组白云岩储层流体改造过程和机制。南方地区在震旦纪灯影组沉积时期发育海水台地相泥粉晶白云岩沉积,局部见藻纹层结构。震旦纪末期遭受大气降水溶蚀改造,下渗至地下深处,促使白云岩溶蚀和重结晶作用;在此后的埋藏过程中,进一步遭受含油气流体的溶蚀改造作用,最终形成富含溶蚀孔隙和沥青的中粗晶白云岩储层。埋藏过程中,受盆地深部热液的改造作用,在孔隙中形成白云石充填,使白云岩储层发生了一定程度的致密化作用。     

鄂尔多斯盆地中央古隆起区中寒武统鲕粒碳酸盐岩

鄂尔多斯盆地中央古隆起区中寒武统鲕粒碳酸盐岩沉积于碳酸盐斜坡中的小规模浅滩,其主要矿物成分为白云石和方解石。根据全岩样品分析结果,鲕粒碳酸盐岩的δ18O_V-PDB值在-11.3‰~-4.9‰之间,平均-6.5‰;δ13C_V-PDB值在-1.7‰~0.3‰之间,平均-0.8‰。该碳酸盐岩沉积于浅水鲕粒滩,因受到淡水淋滤影响,之后又长期处于深埋环境,δ18O值明显偏低。由于成岩作用过程中受有机质影响很小,δ13C值没有表现出异常。白云岩的δ18O值较石灰岩的高。显微激光采样分析结果表明,鲕粒较胶结物有较低的δ18O和δ13C值。前者形成于动荡的浅水环境,形成后常受淡水的淋滤。胶结物大多形成于埋藏期,孔隙水具有海水性质,盐度较高,胶结物沉淀后,受淡水影响较小。由于经受了强烈的埋藏作用,鲕粒碳酸盐岩表现出的特征为Na和Sr含量低、Fe含量高—特高及Mn含量较高。白云石大多数为埋藏作用阶段高Mg含量卤水条件下交代而成,整体上有较低的有序度,MgCO₃含量高。在强烈的埋藏作用和胶结作用下,鲕粒碳酸盐岩现存孔隙度极低。      

塔里木盆地塔中地区奥陶系碳酸盐岩埋藏溶蚀特征

塔里木盆地塔中地区奥陶系碳酸盐岩发育多种形式的岩溶作用,其中深部及热液埋藏溶蚀是形成有利储层的重要机制之一。钻井岩心、录井等分析化验资料以及宏观地质背景分析表明,塔中地区奥陶系碳酸盐岩主要发育4期埋藏溶蚀,Ⅰ,Ⅱ期溶蚀孔洞基本已被充填,Ⅲ期残留孔隙和Ⅳ期溶蚀孔洞为现今储层的有效储集空间。埋藏溶蚀作用发生的流体介质主要为有机质演化过程中形成的有机酸和二氧化碳,硫化氢可能对晚期储层形成有较大贡献。通过分析前人研究成果,认为岩浆期后热液溶蚀对本区奥陶系储层的改造作用有效,具体的影响和评价还有待进一步深入研究。      

四川盆地北部元坝地区雷四上亚段埋藏成岩作用分析

以显微薄片观察为基础,结合扫描电镜、电子探针、薄片能谱、元素kσ面分布以及阴极发光等分析手段对四川盆地北部雷四上亚段古风化壳储层主要埋藏成岩作用的类型、特征、成因及对储层的影响进行了研究和探讨。本区雷四上亚段风化壳储层经历的埋藏成岩作用类型主要有压实压溶作用、破裂作用、胶结作用、埋藏溶蚀作用、自生矿物的形成等。通过对裂缝内充填胶结矿物的分析研究,认为矿物胶结期次有两期:第一期为碱性热液形成碳酸盐岩矿物(铁白云石、铁方解石);第二期为富含F-、Si4+、Sr-等离子的酸性热液形成石英、萤石、天青石等热液矿物。溶蚀作用有四期,依次为:第一期酸性热液-第二期碱性热液-第三期酸性热液-第四期碱性热液溶蚀。溶蚀作用形成的脉内晶间孔、脉内晶间溶孔以及溶蚀缝占埋藏次生孔隙的主导地位。     

喜马拉雅中晚期断弯褶皱-大气水岩溶储集体形成——以塔里木盆地西北缘柯坪-羊吉坎大湾沟组碳酸盐岩为例

在新疆柯坪羊吉坎中奥陶统大湾沟组碳酸盐岩岩溶特征刻画的基础上，采用了岩相学、地球化学以及褶皱脱空分析等综合研究，并结合了古气候分析等溶蚀实验结果，揭示了喜马拉雅中晚期受断弯褶皱抬升及大气水溶蚀控制岩溶作用过程；估算了受构造挤压的层间滑脱以及溶蚀作用所产生孔隙大小。褶皱脱空（VSD模拟计算）可产生0.2%~0.5%孔隙发育带，占目前有效空洞率的1/50~1/100，但前者为“达西流及溶蚀作用”起了重要的作用。羊吉坎岩溶剖面中发育了机械破碎-流水充填物（角砾岩）、钙华及巨晶方解石；与大湾沟组的围岩相比，其δ¹³C（PDB），δ¹⁸O（PDB）偏负明显、两者呈线性关系，缝洞中方解石中发育了单相盐水溶液包裹体，典型的大气水岩溶标志；由下而上连续钙华沉积δ¹³C（PDB），δ¹⁸O（PDB），δ³⁴S（V-CDT）偏负的程度减弱；从钙华、巨粗晶至（长）柱面的偏三角面体的方解石中，Al₂O₃，Fe₂O₃，MgO，K₂O，Na₂O含量依次降低；反映了半潮湿-潮湿至半潮湿-干旱气候条件及其水动力的变化。进一步推断，在潮湿气候和强水动力条件下，高1.5~2.0 m的溶洞体最短可在5 ka内形成，而相对干旱期需要较长的时间。     

塔中地区热液改造型白云岩储层

塔里木盆地寒武系—下奥陶统以深灰色的粉—细晶白云岩发育为特征,在塔中等地区局部可见浅灰色—白色的中—粗晶白云岩。中—粗晶白云岩中的流体包裹体均一温度主峰区间为160～200℃,盐度为6.88%～14.15%;氧同位素δ¹⁸O_PDB值为－10.91‰～－7.65‰,平均为－8.98‰,与粉—细晶白云岩δ¹⁸O_PDB值相比,具有明显偏轻的特征。根据白云石与水之间的氧同位素分馏系数计算出形成中—粗晶白云岩流体的δ¹⁸O_SMOW值为+4.2‰～+10.2‰,据此判断该流体为岩浆热液流体。中—粗晶白云岩的 ⁸⁷Sr/ ⁸⁶Sr值为0.709098～0.709236,平均为0.709171,高于粉—细晶白云岩和下古生界正常海相碳酸盐岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值。锶同位素组成特征也表明了中—粗晶白云岩的形成与热液流体作用有关。再结合其产状特征,可以推测塔中地区中—粗晶白云岩是粉—细晶白云岩在热液作用下发生重结晶作用的结果。重结晶形成的中—粗晶白云岩不但有丰富的晶间孔隙,而且还发育有大量的因热液溶蚀作用而形成的溶蚀孔隙,是良好的油气储集层,在塔里木盆地下古生界深层油气勘探中应该给予足够的重视。     

鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿流体包裹体特征

对鄂尔多斯盆地北部东胜地区的砂岩型铀矿赋矿多口钻井的岩心样品的流体包裹体的均一温度、盐水包裹体的盐度以及主成分和氢氧同位素组成系统的测定结果表明,该砂岩型铀矿赋矿砂岩至少经历过2期热流体活动,成矿流体温度有2个峰值,即高温段140~180℃和低温段100~120℃。成矿流体盐度NaCl主要分布约为4%~10%,但不同钻孔的样品有多个不同的峰值。流体中以水为主要成分,其次为CO₂和CH₄等,其他气体含量很少。流体包裹体的氢-氧同位素分析表明,成矿流体的δ18O值为9.8‰~12.3‰,δD值分布为-5‰~-48.6‰。氢-氧同位素图解投点全部落在建造水的范围内,部分为变质水,据此推测,成矿流体可能是原生的岩浆水和大气降水形成的混合变质水和建造水。     

塔里木盆地塔中北围斜中下奥陶统顶部暴露剥蚀的证据探讨

塔里木盆地塔中北围斜地区中下奥陶统顶部是否存在暴露剥蚀,对明确该地区的储层发育主控因素及下一步勘探方向至关重要。通过对新三维地震剖面反射特征、已钻井R_o热演化剖面及裂缝充填方解石δ13C、δ18O同位素特征的分析,初步认为受加里东中期Ⅰ幕构造运动的影响,塔中北围斜地区中下奥陶统顶部遭受了不同程度的暴露剥蚀,临近塔中Ⅰ号断裂带的地区剥蚀程度增大,这将会提升该地区加里东中期Ⅰ幕风化壳岩溶领域的油气勘探潜力。      

鄂尔多斯盆地大气田的烷烃气碳同位素组成特征及其气源对比

鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地,至2002年底已发现4个储量为10¹¹m³以上的大气田.上古生界与煤系有关的烃源岩形成了苏里格、榆林、乌审旗3个位于碎屑岩中的煤成气大气田,在下古生界奥陶系马家沟组碳酸盐岩中发现了靖边气田(其气源仍存在争议).对4个大气田125个气样烷烃气碳同位素分析成果的研究表明,上古生界大气田烷烃气碳同位素组成较重,数值分布域小,表现了煤成气特征,其δ¹³C_iC4>δ¹³C_nC4,各个气田仅发现单项性碳同位素倒转.下古生界靖边气田δ¹³C₁频率主峰值和δ¹³C_B,δ¹³C_T与上古生界具有相似性,也表现出煤成气为主的特征.但靖边气田具有多项性碳同位素倒转,δ¹³C₁,δ¹³C₂,δ¹³C₃数值分布域大,δ¹³C₂较轻,表现出了以煤成气为主油型气为辅的混合气特征.煤成气和油型气的气源均来自上古生界的石炭-二叠系煤系和太原组含煤地层中有机碳丰度高的石灰岩,否定了有机碳含量约为0.20%的马家沟组碳酸盐岩是油型气烃源岩的结论.     

四川盆地南江栖霞组白云岩岩石学、地球化学特征及成因

四川盆地南江桥亭剖面中二叠统栖霞组二段灰岩局部白云岩化,基质白云岩主要由非平直晶面他形晶白云石构成,孔洞缝中充填鞍形白云石和结晶方解石,溶解作用主要发生在白云石中。在岩石学研究基础上,综合运用碳氧同位素、元素、包裹体均一化温度、阴极发光测试手段,结合埋藏史、热史以及峨眉山玄武岩喷发非正常地热增温事件,研究了基质白云石和鞍形白云石的特征和成因。研究表明:基质白云石、鞍形白云石和结晶方解石的包裹体均一化温度分别为100~110,130~230,130~230℃;富含基质白云石、鞍形白云石和结晶方解石样品的δ18O_PDB值分别为-4.27‰~-6.28‰,-4.87‰~-5.80‰,-5.16‰~-6.50‰,δ13C_PDB值分别为3.97‰~5.22‰,4.88‰~5.35‰,2.73‰~4.29‰;与基质白云岩相比较,鞍形白云石和结晶方解石的δ18O值略负,并显示三者碳源为同时期海水。反演的基质白云岩形成流体的δ18O_SMOW值分布在3‰~6‰之间,鞍形白云石δ18O_SMOW主要分布在7‰~14‰之间,盐度均显著高于同期海水,因而两者都是在高温和高盐度的流体中形成的。三者都受到了峨眉山玄武岩喷发活动所引起的热事件影响,高温和高盐度克服了白云石沉淀的动力学屏障,形成交代灰岩的基质白云岩和孔洞缝中充填的鞍形白云石,流体的持续高温和Mg2+的消耗,导致了高温方解石的沉淀,显示热液对碳酸盐岩的改造作用。      

鄂尔多斯盆地中奥陶统马家沟组碳酸盐岩碳、氧稳定同位素特征

鄂尔多斯盆地中奥陶统马家沟组沉积于局限的、高盐度陆表海碳酸盐岩台地,以泥晶白云岩、泥晶石灰岩和蒸发岩为主。部分岩石经岩溶作用改造成岩溶角砾岩。马家沟组碳酸盐岩全岩或手选样品的δ18 O值在-16.0‰～-1.9‰(VPDB标准,下同)之间,平均为-8.5‰;δ13 C值在-16.1‰～4.83‰之间,平均为-0.90‰。激光显微采样样品δ18 O值在-15.8‰～-0.8‰之间,平均为-7.7‰;δ13 C值在-12.4‰～5.77‰(VPDB标准,下同)之间,平均为-0.15‰。总的来说,2种采样方法的结果没有大的差别,后者较前者能更准确地反映不同组分特征。原始沉积方解石和石灰岩δ18 O最大值均为5.8‰,代表原始碳酸盐岩的δ18 O值,与大多数学者的全球同位素地层学研究成果吻合。由于淡水淋滤和埋藏作用,原始沉积方解石和石灰岩δ18 O最小值和平均值均较低。充填于孔隙的方解石受淡水淋滤和高温埋藏作用影响,一般有较低的δ18 O值。原始沉积的白云石或白云岩δ18 O最大值较原始沉积方解石和石灰岩相应值明显偏高,白云石沉积于高盐度、局限环境条件下,由微生物白云石机理形成。因形成较晚,充填于孔隙的白云石有较低的δ18 O值。碳酸盐岩δ13C最大值明显偏高,与全球海水的δ13 C值在晚奥陶世升高有关,鄂尔多斯盆地海水δ13C值在中奥陶世晚期已升高。受有机碳影响,部分样品具有低的δ13C值。     

松辽盆地孤店二氧化碳气田片钠铝石的特征及成因

松辽盆地孤店二氧化碳气田储集砂岩中含有大量片钠铝石,根据其特征可以查明注入CO₂气形成的自生矿物与CO₂成因之间的联系。利用偏光显微镜、扫描电镜、X-射线衍射分析仪和MAT251稳定同位素质谱仪,详细描述了片钠铝石的形貌、产状和成分,确定了含片钠铝石砂岩的成岩共生序列和形成片钠铝石的CO₂的成因。注入CO₂气前形成的自生矿物组合主要为次生加大石英、高岭石和伊利石,注入CO₂气后形成的自生矿物组合主要为片钠铝石和铁白云石。其中,片钠铝石呈板柱状、束状、放射状、菊花状、杂乱毛发状集合体,主要作为胶结物产于碎屑岩碎屑颗粒间的孔隙中,少量交代长石、石英等碎屑。INCA能谱测试表明组成片钠铝石的主要元素为氧、钠、铝、碳。片钠铝石的δ¹³C值为-1.9‰~+0.3‰,与片钠铝石平衡的δ¹³C_CO2为-8.7‰~-6.9‰,与孤店CO₂气田中CO₂气的δ¹³C_CO2值(-9.76‰~-5.74‰)接近。由于含片钠铝石砂岩与CO₂气的分布都受控于深大断裂和玄武岩,CO₂气和形成片钠铝石的CO₂绝大部分属于幔源-岩浆型。     

无机成因油气论和无机成因的气田(藏)概略

我国无机成因油气理论的研究走在世界的前沿。科学实践证明,在油气中很大部分,特别是石油是有机成因的,然而并不排除在油气中相当多的部分,特别是天然气是无机成因的。无机成因的烷烃气的甲烷一般δ¹³C₁>-30‰,具负碳同位素系列,甲烷的CH₄/ ³He值为n×10^5~7。无机成因的二氧化碳的δ¹³C_CO2>-8‰。我国的昌德气田可能是迄今为止发现的第一个以烷烃气为主的无机成因气藏。无机成因二氧化碳和烷烃气有利发育带主要分布在:莫霍面隆起或地幔柱上隆地区;热流值大于1.3HFU,地温梯度大于3.5℃/100m的高热-热构造区带;R/Ra>1正异常带,特别在R/Ra>2的地带往往发现气藏;近期或较新时代玄武岩或岩浆活动带,以及沿气源断裂 区等。