CO2与砂岩相互作用机理与形成的自生矿物组合

当CO₂以天然方式或人工方式注入到含水砂岩时,成岩流体将转变成弱酸性流体,引起宿主砂岩中不稳定矿物(如碳酸盐、长石)的分解和新矿物的沉淀,进而使砂岩的孔隙度、渗透率和地层水地球化学特征发生改变。CO₂注入砂岩后,仅有少量CO₂溶解于水中以气体形式存在,大部分CO₂以次生矿物形式(如方解石、白云石、菱铁矿等)被“固化”在宿主砂岩中,形成的典型自生矿物组合为:片钠铝石±含铁碳酸盐矿物±其它碳酸盐矿物组合和铁白云石+高岭石+自生石英组合。其中,前一种矿物组合是示踪CO₂运移、聚集的典型自生矿物组合。CO₂与砂岩相互作用机理及形成的自生矿物组合研究不仅拓宽了沉积盆地中流体-岩石相互作用研究领域,揭示了深部流体与浅部储集层之间、浅部烃源岩或其它岩石与附近储集层之间的物质转移,而且为储集砂岩品质评价、CO₂气藏(田)预测、CO₂地下储存等研究提供了基础地质信息。     

南海北部大陆架边缘盆地CO2成因和运聚规律的分析与预测

在近期所获大量新的地质地化资料基础上,重点对南海北部大陆架边缘盆地CO2成因及运聚成藏的主控因素进行了研究,并对可能的高CO₂风险区进行了初步预测。认为:莺歌海盆地壳源型及壳幔混合型CO₂的形成及富集成藏,主要受控于泥底辟热流体晚期分层、分块和多期的局部上侵活动,和巨厚的上新统―中新统海相含钙砂泥岩的物理化学综合作用,且CO₂运聚分布规律亦具多期和分层、分区的特点;琼东南盆地东部及珠江口盆地火山幔源成因型CO2则主要受控于幔源型火山活动和沟通深部气源的基底深大断裂的导气配置作用,CO₂运聚富集规律与幔源型火山活动及深大断裂的发育展布密切相关,CO₂主要来自地壳深部幔源火山活动所伴生的大量CO₂;因此,根据壳源岩石化学成因型CO₂与火山幔源成因型CO₂不同成因机理及成藏条件,可以追踪CO₂气源,可分析和预测天然气尤其是CO₂的运聚分布规律,可为天然气勘探部署及决策提供依据,可减少和降低勘探风险。另外还指出,油气藏中CO2的充注驱油特征可作为判识油气成藏动态过程的示踪标志,也可作为分析油气运聚、预测和追踪油气分布的良好指示。     

南海北部边缘盆地CO2成因及充注驱油的石油地质意义

在获取大量地质、地球化学资料的基础上,对南海北部边缘盆地CO₂的成因及充注驱油特征进行了分析,结果表明:南海北部边缘盆地CO₂可划分为壳源型岩石化学成因、壳源型有机成因、壳幔混合型及火山幔源型成因4种成因类型;其中,莺歌海盆地壳源型及壳幔混合型CO₂运聚成藏主要受控于泥底辟热流体晚期分层分块多期局部上侵活动与上新统—中新统海相含钙砂泥岩的物理化学综合作用;琼东南盆地东部及珠江口盆地火山幔源型CO₂成藏主要受控于幔源型火山活动及沟通深部气源的基底深大断裂的展布;CO₂运聚成藏中,其充注驱油过程主要受运聚输导条件及气源供给等诸多地质关键因素的制约和控制.由于CO₂充注驱替往往导致油气藏中油气再分配或重新组合,并引起原来的油气产出及产状特征发生变化,故容易形成新的油藏或气藏.因此,可以将CO₂充注驱油特征作为判识油气成藏动态过程的示踪标志,用于预测油气运聚状态,追踪油气分布特征.     

苏北盆地CO2气藏成藏规律及富氦成因

随着“碳达峰”“碳中和”双碳目标的提出,CO₂地质封存研究越来越受到重视。针对苏北盆地已发现的CO₂气藏,利用δ¹³C值、³He/⁴He值等的分析,对CO₂气藏分布、CO₂来源以及富氦气藏He富集成因等进行研究。认为苏北盆地CO₂气藏主要分布于盆地南侧的苏南隆起区、苏南隆起与东台坳陷交接处的断裂带以及断裂带外延断层发育区,苏北盆地CO₂整体为幔源岩浆成因,黄桥气藏中的氦气为混合来源。在前人提出He的富集过程主要与CO₂的溶解与矿化有关的基础上,提出He富集成藏可能是CO₂大量溶解和散失而形成的观点。     

溱潼凹陷红庄构造凝析油气地化特征研究

通过凝析油与正常原油及烃源岩的饱和烃、芳烃生物标志物及稳定碳同位素组成特征的对比分析，文章推测红庄构造古近系CO₂气层中的凝析油气不是来源于古近系烃源岩中的有机质高成熟阶段生成的产物，而是来源于深部上古生界烃源岩。深部CO₂气体向上运移过程中，经过上古生界烃源岩或储层时，对烃源岩中的沥青或原先存在于储层中原油发生气洗（超临界萃取）作用，导致原油或储层沥青中低分子量烃类选择性地溶解在CO₂中，并随CO₂气体向上运移进入古近系储层。当溶解在CO₂中的烃类化合物向上部运移过程中，由于温度、压力的降低而从CO₂中析出，形成了凝析油气。     

松辽盆地南部幔源CO2与油气充注时序-来自含片钠铝石砂岩的证据

沉积盆地中幔源CO₂的充注时间是进行CO₂-砂岩相互作用以及CO₂-原油相互作用研究的基础。一般将CO₂气藏附近火山岩的喷发年龄视为幔源CO₂的充注时间,但是,这一思路明显不适合于具有多期火山活动的含油气盆地。通过成岩共生序列和流体包裹体的系统研究,在松辽盆地南部含片钠铝石砂岩中解读出两期油气和一期CO₂充注记录,其中,第一期和第二期油气充注记录主要以液烃包裹体和气液烃包裹体形式赋存于自生矿物和碎屑矿物的裂隙中,幔源CO₂充注的记录为片钠铝石自生矿物和赋存于碎屑矿物裂隙中的含CO₂包裹体,幔源CO₂的充注略晚于第二期油气充注或与其大致同时。根据含片钠铝石砂岩的成岩共生序列和流体包裹体研究,结合已有的油气成藏时间和构造裂缝发育时间判断,松辽盆地南部形成片钠铝石的幔源CO₂的充注时间可能为白垩纪末(明水期末)-古近纪。     

中国东北地区幔源-岩浆CO2赋存的地质记录

在松辽盆地南部及海拉尔盆地CO₂气藏和片钠铝石研究的基础上,根据中国东北地区CO₂气藏中CO₂的碳同位素、氦同位素,各盆地片钠铝石的碳、氧同位素的数据,以及CO₂气藏（苗）与断裂和火山岩的关系,对中国东北地区CO₂的成因及其与片钠铝石的关系进行了研究。分析认为中国东北地区的CO₂绝大多数为幔源-岩浆成因,且形成片钠铝石的CO₂与幔源-岩浆CO₂同源;片钠铝石是CO₂的“示踪矿物”,记录了地质历史时期CO₂的聚集;地层水和原油中溶有大量的无机成因CO₂,经CO₂改造的地层水具有高矿化度及Na⁺ 、K⁺ 、HCO₃^-、CO₃^2-浓度高的特点。依据片钠铝石与CO₂的关系,地层水中离子浓度的变化,以及原油中溶解大量CO₂的事实,总结了中国东北地区幔源-岩浆CO₂赋存的地质记录。     

苏北盆地黄桥地区富CO2流体对油气储-盖系统的改造作用

查明富CO₂流体对储-盖系统的改造作用,对于研究CO₂活动与油气成藏效应、CO₂储存和CO₂驱油提高采收率有着重要意义。选取下扬子苏北盆地黄桥地区和句容地区的二叠系龙潭组储层和大隆组盖层组合,分别作为有无CO₂流体活动的对比研究对象。通过薄片观察统计、矿物成分和碳同位素分析,查明了两个地区储层的异同点。黄桥地区储层的自生矿物以石英次生加大边和高岭石充填为主,发育少量片钠铝石,句容地区不发育片钠铝石,且次生石英含量不高;黄桥地区储层孔隙度明显高于句容地区,薄片下观察到大量长石溶蚀孔隙,偶见长石溶蚀孔内生长片钠铝石雏晶,是CO₂与长石发生水岩相互作用的直接证据;黄桥地区和句容地区盖层均为黑色块状泥岩,黄桥地区盖层发育微裂隙,但裂隙均已再充填方解石脉,碳同位素数据表明方解石脉为富CO₂流体活动结果,在句容地区泥岩盖层中未见大量裂隙和矿物脉。综合研究分析表明,富CO₂流体充注引起储层砂岩中长石大量溶蚀,增加了孔隙空间,片钠铝石、次生石英和高岭石自生矿物组合序列沉淀,同时富CO₂流体的连续活动导致泥岩盖层发生方解石沉淀,充填盖层裂缝,有利于提高盖层的封盖能力。     

一种基于组分闪蒸运算的CO2驱动态埋存潜力计算方法

CO₂驱油与埋存具有经济效应和环保作用,计算CO₂埋存潜力对油藏开发方案设计和安全封存意义重大。已有的潜力计算方法主要针对CO₂的静态埋存潜力进行粗略估算,不能考虑油田的生产实际。为此,提出了一种基于组分闪蒸运算的CO₂驱动态埋存潜力计算方法, 方法基于组分闪蒸运算,考虑了油田的生产实际和CO₂驱的埋存机理,可以计算溶解CO₂、束缚CO₂、自由CO₂和总的CO₂埋存潜力。研究表明:随着埋存时间的增加,会有自由CO₂转变成束缚CO₂和溶解CO₂;经历过水驱开发的油藏,地层水含量高,不能忽略CO₂在地层水中的溶解。基于组分闪蒸运算的CO₂驱动态埋存潜力计算方法可以计算不同种类油藏不同开发方式的动态埋存潜力,方法简单实用且符合生产实际。     

CO2在地层水中溶解对驱油过程的影响

利用CO₂-烃-地层水相平衡热力学模型模拟计算了CO₂在地层水中的溶解规律。建立了考虑CO₂在地层水中溶解的一维长岩心数值模拟模型,模拟计算了注CO₂驱替过程中原油采出程度、气油比、油气水饱和度剖面、CO₂在地层油和地层水中摩尔分数剖面的变化规律。研究表明：CO₂在地层水中的溶解量随着压力的升高而增加,随着温度的升高而降低;当温度达到100℃以上或压力达到20 MPa以上时,压力和温度对CO₂在水中溶解量影响变小。注气初期,考虑CO₂溶解时采出程度比不考虑溶解时低,注气突破时间更迟,油墙向生产井端推进速度更慢。含水饱和度越高,影响程度越大。当含水饱和度为0.67、注入1.0倍烃孔隙体积CO₂时,考虑CO₂溶解采出程度比不考虑CO₂溶解低约6%。CO₂在地层水中溶解可导致CO₂的损失,使得CO₂驱油见效时间滞后。     

松辽盆地北部昌德东气藏CO2成因的地球化学判据

CO2气藏中CO2的百分含量、CO2伴生的烃类气体含量、稀有气体的含量及同位素、CO2产出的地质背景、δ13CCO2以及伴生甲烷同系物的碳同位素系列等特征都可以用来对CO2成因进行判别。昌德东气藏天然气中的CO2含量最高(89%~90%),CO2的碳同位素值为-4.06‰~-6.61‰,落在无机成因区,3He/4He值为3.9×10-6和4.5×10-6,介于幔源与壳源之间,伴生甲烷同系物的碳同位素都呈倒序排列,具有无机成因气负碳同位素系列的特征。对其更具体的母源区的判别有赖于对松辽盆地北部深部地质结构的研究及CO2/3He等新的CO2成因判据的探索。     

川中地区中三叠统风化壳中的油气勘探

在川中地区中三叠统风化壳中,不仅分布着古岩溶、古潜丘等类型的油气圈闭,而且还有一定数量的小断层。这些小断层及其所在部位的古地貌,有利于上覆香溪群油气的富集。因此,寻找风化壳类型的油气圈闭和小断层,应成为川中地区今后油气勘探的主要对象之一。     

积极开展无机成因油气领域的勘查─—无机成因油气是油气资源战略后备领域

无机成因油气领域可能存在比有机油气领域大得多的油气潜量.无机成因油气的成欧条件是:要有岩石圈级深大断裂作通道,以及无机控类运移到地壳表层的过程中不被氧化.根据这些条件和岩石圈结构特征,提出了2种无机成因油气可能成藏的模式;一是在有较厚的还原环境沉积段(在还原环境沉积段中,氧逸度低,无机烃类可以保存不被氧化)的裂谷系或裂陷盆地(这些盆地一般都有与岩石圈底部相通的深大断裂)内的有关圈闭中成藏,往往与有机油气混合成藏;二是在与裂陷盆地相邻共生的隆起区内,水平破裂带(地壳深部烃类的储集体)隆升后的残留体(是理想的裂隙圈闭).在此基础上,指出了无机油气的有利远景区以及勘查无机油气领域的方法.      

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地球化学特征显示,松辽盆地在多处发现的高含量CO2气藏属于无机成因天然气,徐家围子地区发现的具重碳同位素和负碳同位素系列的烃类气体说明盆地不内不仅存在无机成因的CO2气藏,而且也极有可能形成无机成因的烃类气藏。盆地深部地质研究表明,地幔上隆、地壳减薄、地壳中发育的“网状”结构以及部分深大断裂的发育,使松辽盆地具备了形成无机成因气的条件,也说明盆地内现在发现的无机成因天然气可能来源于地球深部。 地球内部不同圈层内发育的流体是无机成因天然气 形成的基础。松辽盆地古中央隆起带两侧、西部凹陷区是无机成因天然气发育的有利地区;沿嫩江大断裂带和幔源岩浆底劈带是寻找无机烃类气体的有利地区。     

莺歌海盆地泥底辟热流体上侵活动与天然气及CO2运聚规律剖析

莺歌海盆地属南海北部被动大陆边缘新生代高热盆地,其高地温场及高大地热流主要集中于盆地中部莺歌海坳陷泥底辟构造带,因此泥底辟热流体上侵活动,尤其是晚期泥底辟热流体活动控制了天然气及CO₂的运聚富集规律。同时,由于热流体分区、分块与分层的局部性侵入,导致了壳源型CO₂及烃类气运聚富集的差异性和分区、分块与分层的局部富集特点。总之,泥底辟热流体上侵活动是控制天然气及CO₂运聚成藏的主控因素。根据CO₂与烃类气的地化特征及其控制因素,可以分析和预测其运聚规律,为天然气勘探提供决策依据。      

应用成藏门限理论评价吐哈盆地前侏罗系油气资源潜力

针对油气区远景资源潜力评价中缺乏定量依据的问题,提出了一种评价油气远景资源潜力的新概念———成藏门限,论述了油气成藏门限的地质含义及地质证据,并应用基于成藏门限理论开发的"油气成藏体系定量评价系统"对吐哈盆地前侏罗系油气资源潜力进行了定量评价,计算其油、气远景资源潜力分别为3.354×108t和2652×108m3,原油资源探明率仅为15%,表明吐哈盆地前侏罗系仍具较大勘探潜力。      

塔里木盆地深层海相轻质油/凝析油的成因机制与控制因素

塔里木盆地是中国蕴含丰富海相凝析油的克拉通含油气盆地,目前已在塔北隆起、塔中隆起及其斜坡区的震旦系—三叠系发现6个大型海相凝析油气藏,这些油气藏呈现出轻质油、高含蜡凝析油气、干气—轻质油—挥发性油多种类型油气藏围绕烃源岩有序聚集的特点。基于烷烃损失量计算、凝析油中烃类分子成熟度参数和天然气同位素组成的分析,提出塔北隆起满深—顺北地区轻质油和塔中隆起西部地区凝析油气藏是烃源岩在高成熟度演化阶段的产物,明确轮古东—吉拉克—桑塔木地区和塔中东段凝析油气藏是气洗分馏作用的产物。多套烃源岩差异生烃形成多期油气充注是塔里木盆地海相凝析油气藏的物质基础;晚期天然气对早期油藏的改造,导致液态烃组分与天然气发生溶解-解溶作用;构造抬升或断裂活动导致的地层温度和压力条件改变,决定了油气藏的相态。叠合盆地的多期构造活动、多源灶的多阶段供烃以及盆地在晚期的持续深埋作用,共同控制了塔里木盆地海相轻质油和凝析油气藏的富集和分布。气洗分馏作用机制不仅可为叠合盆地拓展轻质油/凝析油勘探领域提供新思路,也有助于预测盆地深层斜坡区油气的物理性质、评价深层天然气的勘探潜力。     

造山运动对变质流体及深部有机质演化的控制

对深部岩层应变速率在超临界阈值状态下形成的变质流体中有机质的化学物理反应进行剖析,认为地壳深部的高温高压条件是有机质生油的另一种地质特殊环境。讨论了碰撞造山过程中垂向增生应变、水平挤出应变、极限拉升应变与深部有机质的生、运、聚之间的相关性,认为中国西部新构造运动控制着成盆、成烃、成藏的全过程。深部有机质成烃是中国西部盆地新生代陆相油气藏的重要组成部分。     

汝箕沟煤矿的热液活动与煤炭成因

鄂尔多斯盆地西缘汝箕沟煤矿的热液活动: 石英脉(硅化)、白云石化、绿泥石化、伊利石化、黄铁矿化, 特别是煤矿中广泛分布的玄武岩, 均表明了裂谷的拉张构造环境; 认为盆地中存在着地幔流体活动。地学断面揭示了盆地的深部地壳有一低速高导层, 富含大量的Na+、K+、Mg2+等碱金属、碱土金属离子, 还有大量的烃。这些流体不仅提供了一些金属离子与金属矿物, 而且提供了大量的碳元素, 这些碳元素构成了煤的主要组成并形成了高变质的无烟煤。结论指出, 煤不仅可以由植物而形成, 也可以通过深部流体而生成。     

鄂尔多斯盆地石油中沥青的地球化学特征

对鄂尔多斯盆地石油中沥青的微量元素和稀土元素地球化学特征研究表明,鄂尔多斯盆地石油中沥青富集铁族元素、亲硫元素和碱金属元素,相对贫含稀有稀土元素和放射性元素,稀土元素比值接近上地壳及中国沉积岩的稀土元素特征,反映其并非全是.上地壳沉积岩中的有机质的聚集,还应有部分深部物质的加入。