白云岩成因碳氧同位素分析方法初探——以北京燕山地区元古界白云岩为例

北京燕山地区元古界高于庄组—雾迷山组发育了大量的白云岩,但有关其成因机理仍认识不清.选择十三陵地区白云岩较为发育的高于庄组、杨庄组和雾迷山组进行取样研究,并采用碳氧同位素分析测试方法,对所取样品进行古盐度和古温度的恢复分析,得到如下结果：高于庄组δ13C值平均为-1.13‰,δ18O值平均为-7.87‰,Z值平均为122.188 5,平均成岩温度为51.85℃;杨庄组δ13C值平均为-0.93‰,δ18O值平均为-6.11‰,Z值平均为122.434 8,平均成岩温度为47.82℃;雾迷山组δ13C值平均为0.13‰,δ18O值平均为-4.60‰,Z值平均为125.370 7,平均成岩温度为39.48℃.对上述结果分析表明,该区雾迷山组白云岩主要为准同生白云石化作用所形成,杨庄组白云岩为混合白云石化作用所形成,高于庄组白云岩成因较为复杂,既有回流渗透白云石化作用,也有混合白云石化作用.     

燕山地区中新元古界储集体类型及特征

燕山地区中、新元古界具有较为理想的生烃、储层和盖层条件,勘探前景良好.文中运用近年发展的储层研究新理论、新方法,全面开展物质组分、结构构造等岩石学特征的研究,结合沉积相的研究成果,对碳酸盐岩与砂岩储层进行科学的成因分类;阐明各类储集岩的岩石类型、岩石学特征及其组合、分布规律.研究区冀北坳陷和宣龙坳陷中、新元古界的高于庄...     

柴达木盆地一里坪地区新近系沉积环境及碳酸盐岩碳氧同位素特征

柴达木盆地一里坪地区新近系是一个潜在的油气勘探领域,前人研究表明上油砂山组及上干柴沟组内部分层段发育有优质的烃源岩层段。为明确其沉积时期古湖泊的环境特征与优质烃源岩层段发育的控制因素,选取了研究区2口取心井:里3井的上油砂山组和博1井的下干柴沟组开展了有机地球化学、碳氧同位素分析等测试工作。分析结果表明:一里坪凹陷里3井上油砂山组沉积碳酸盐δ^13C值介于-6.4‰~-1.7‰之间,平均值为-3.2‰,δ^18O值介于-11.8‰~-6.4‰之间,平均值为-9.2‰;茫崖凹陷博1井,上干柴沟组沉积碳酸盐岩δ^13C值介于-2.1‰~-1.5‰之间,平均值为-1.84‰,δ^18O值介于-12.4‰~-4.9‰之间,平均值为-9.66‰。通过碳氧同位素、岩性及周缘大地构造背景综合判别表明:一里坪地区整体为处于半开放—开放、微咸水湖泊环境,湖平面震荡频繁,平均气温相对较低,气候变化频率较快。通过沉积环境与烃源岩分布关系研究,研究区相对优质烃源岩主要发育于咸化环境内,与柴西烃源岩发育特征一致;同时,湖水平静期、气候相对温暖湿润时期也发育较好的烃源岩。一里坪地区咸化中心是下一步天然气勘探的重要方向。     

南黄海盆地碳酸盐岩碳氧同位素特征及意义

对南黄海盆地碳酸盐岩烃源岩(P₁q-T₁q)进行了碳氧同位素测定及孢粉相等分析,研究海相碳酸盐岩有效烃源岩的形成和控制因素.通过对样品δ¹³C与δ¹⁸O相关性等的分析,发现碳氧同位素组成基本保留了原始海洋的同位素组成.栖霞组δ¹³C相对青龙组偏重,预示着较高的生物生产力,更有利于烃源岩的发育.栖霞组δ¹³C以均值为基准可以划分为3个演化阶段,并与孢粉相的变化相对应,表明不同层段烃源岩发育具有差异性.WX5-ST1井青龙组δ¹³C_PDB(均值3.83‰)明显比CZ24-1-1井(均值-1.34‰)的偏重,并与高无定形孢粉相相对应,表明同一层段不同区域烃源岩形成也具有差异性.对比碳氧同位素和孢粉相资料,发现生物生产力与保存条件有效的匹配是烃源岩发育的有利层段.     

陆西地区火山岩中碳酸盐矿物氧碳稳定同位素特征

准噶尔盆地陆西地区火山岩孔隙中充填的碳酸盐岩对储集层物性产生巨大影响,通过对碳酸盐充填物的氧 碳稳定同位素分析表明,δ 13 C 和 δ 18 O 值均较轻且 Z 值较低,反映其形成于淡水环境,碳酸盐结晶温度大致分 3 种情 况：早成岩作用阶段早期占大多数,部分形成于表生风化淋滤阶段,个别形成于热液作用阶段。通过氧同位素与古地 温间的关系,推测碳酸盐充填物的结晶时间大致为晚三叠世到早侏罗世。烃源岩低成熟至成熟早期,靠近生烃凹陷的 低凸带上,受淡水淋滤作用,火山岩中仍然存在部分未被碳酸盐岩充填的气孔。烃源岩大量排烃期,靠近凹陷区受溶 蚀作用较强,可能存在相对优质的火山岩储集层发育区。     

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成岩相碳、氧稳定同位素特征

根据岩石薄片及阴极发光图像,研究了鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成岩相类型及岩相特征。据碳、氧稳定同位素(δ¹³C, δ¹⁸O)分析数据,研究了各类成岩相的地球化学特征。奥陶系海相碳酸盐岩台地在早古生代处于近地表成岩域,划分为正常海水、蒸发海水、早期大气淡水及热海水4类成岩环境及成岩相。正常海水、热海水及蒸发海水成岩相的δ¹⁸O和δ¹³C值普遍较高,随生物碎屑含量增加δ¹⁸O及δ¹³C值趋于减小;早期淡水成岩相的δ¹⁸O和δ¹³C值普遍较低。晚古生代,奥陶系顶部进入表生期成岩域,据目前残存地层的岩石类型,表生期成岩域可划分为峰峰组的灰岩风化成岩相和马家沟组的云岩风化成岩相,其δ¹⁸O和δ¹³C值明显低于早期淡水成岩相的值。晚古生代末期,奥陶系进入3 000~4 000 m的中-深埋藏成岩域,划分为封闭系统及开放系统成岩相。封闭系统成岩相的δ¹⁸O和δ¹³C值主要继承了其原岩的δ¹⁸O和δ¹³C值特征;而在开放系统中,由于同位素高温分馏作用,其成岩相的δ¹⁸O和δ¹³C值则大幅度降低。研究结果表明,碳酸盐岩岩相特征及碳、氧稳定同位素组成是追溯碳酸盐岩成岩环境及识别和划分成岩相的重要指标。     

燕山地区中元古界页岩气成藏地质条件

燕山地区发育中元古界洪水庄组和下马岭组2套富有机质泥页岩，勘探程度低，页岩气资源的勘探潜力不明。对河北怀来、宽城和北京十三陵等地区开展野外地质调查，并对冀元1井、冀浅1井和京101井的中元古界黑色页岩开展岩心观察和实验分析，研究了洪水庄组和下马岭组黑色页岩的沉积相分布、有机质丰度、有机质类型、热成熟度、孔渗性和岩石矿物特征等页岩气成藏地质条件。研究表明，燕山地区洪水庄组和下马岭组的页岩厚度大、有机质含量高、热演化程度适中、生烃时间晚、受晚期构造活动破坏作用小，具备良好的页岩气成藏地质条件；河北承德-宽城一带稳定构造带为勘查洪水庄组页岩气的有利区；河北涿州-北京房山-门头沟-昌平一带和河北兰旗营子一带稳定的构造带为勘查下马岭组页岩气的有利区。     

燕山地区宣龙坳陷中元古界硅质岩主元素多元统计分析

运用因子分析、聚类分析及相关分析等多元统计分析方法对燕山地区宣龙坳陷中元古界硅质岩主元素进行分析。主元素聚类为陆源物质(Al2O3、TiO2、K2O和P2O5)、海洋物质(SiO2、CaO、MgO和烧失量)和热液物质(Fe2O3、MnO、Na2O和FeO)3类。每一类中各种元素之间的相关特征存在差异。提取的第1主因子、第2主因子、第3主因子分别反映了海洋因子、陆源因子和热液因子的特征,而第4主因子(Na2O和FeO)可能指示了强酸性沉积环境。研究结果表明,区内硅质岩是在有一定热水参与的强酸性海洋环境中正常化学沉积的产物。     

塔里木盆地塔中地区晚寒武世-奥陶世碳酸盐岩碳、氧同位素特征

为了探讨塔里木盆地塔中地区寒武系-奥陶系碳酸盐岩碳同位素变化的原因,对取自塔中地区中3、中4、中12和中13等井的49块碳酸盐岩样品进行了分析,结果显示δ13C值的变化曲线与同时期该区海平面的升降变化一致,说明寒武-奥陶系海相碳酸盐岩的碳同位素变化可能与海平面变化有密切联系.在晚寒武世-早奥陶世晚期为一海退期,有机质产率及有机碳埋藏速率的下降导致碳酸盐岩δ13C值的降低;而在早奥陶世晚期-中奥陶世为一海侵期,有机质产率及有机碳埋藏速率的增加导致了碳酸盐岩δ13C值的增高;晚寒武世-早奥陶世海水中的硫酸盐含量高,硫酸盐细菌的还原作用使有机质氧化,从而导致碳酸盐岩δ13C值降低.     

华北北部中、上元古界生烃潜力及有机质碳同位素组成特征研究

对华北北部中、上元古界83个样品的有机质碳同位素组成测定的结果，分布区间为-35‰～-26‰，据此研究其有机质类型和沉积环境，根据干酪根相对富集^12C（δ^13C值小于-28‰）认为基干酪根类型为腐泥型和腐殖-腐泥型；有机碳含量越高且有机质类型越好的样品有机质碳同位素组成越径。根据所分析样品的有机质丰度及生烃潜量，下马岭组、铁岭组和洪水庄组生烃潜力较好。     

塔里木盆地石炭系碳酸盐岩同位素地球化学特征

从塔里木盆地石炭系碳酸盐岩的δ13C(‰PDB)为-4.68‰～+6.7‰,δ18O(‰PDB)为-9.72‰～-1.8‰来看,基本上属海相环境,从塔北经满西至巴楚地区,石炭系碳酸盐岩沉积时受淡水和陆源有机碳影响逐渐减少。经计算,石炭系碳酸盐岩沉积时的平均古水温为25℃,说明海水较温暖。碳酸盐岩87Sr/86Sr平均值为0.70860,纵向上生屑灰岩段87Sr/86Sr平均值为0.70854,标准灰岩段为0.70821,小海子灰岩段为0.70794,说明石炭纪海侵规模不断增大,海水深度不断增加。平面上由西向东北方向87Sr/86Sr比值增大,说明石炭纪海侵是由西向东侵入的。     

塔河油田原油稳定碳同位素特征及其成藏意义

塔河油田原油族组分中烷烃δ¹³C值为33,3‰～－31,5‰,差异不明显,但全油、芳烧、非短、沥青质δ¹³C值的差别却逐渐增大,特别是4、6、7区部分奥陶系原油出现沥青质δ¹³C值低于非炬、芳炬组分,甚至低于全油的“倒转”现象,详细的地球化学分析表明,这种同位素“倒转”现象主要是由于生物降解造成的;塔河油田存在两期原油充注的成藏历史,早期成藏原泊成熟度较低,具有相对较低的碳同位素值,在经历了生物降解后残留以非炬,特别是沥青质为主的族组分,与后期充注来的原油相混合,呈现复杂的稳定碳同位亲值分布特征。     

中上扬子地区二叠系烃源岩特征

基于烃源岩的类型、分布,有机质的丰度、成熟度等方面的分析,对中上扬子地区二叠系烃源岩的特征进行了详细研究,并对烃源岩发育的控制因素进行了探讨。研究表明:中上扬子地区二叠系烃源岩主要为暗色碳酸盐岩、暗色泥(页)岩和煤,薄层硅岩也是潜在的烃源岩;其中中二叠统烃源岩以暗色碳酸盐岩为主,上二叠统烃源岩以暗色碳酸盐岩和暗色泥(页)岩为主;栖霞阶和茅口阶烃源岩厚度较大,分布较广;吴家坪阶和长兴阶烃源岩厚度相对较小,分布相对较局限;川西北-川东北-渝东-鄂西-黔北-黔中地区是各阶烃源岩分布的叠合区,是有利的生烃区带;研究区二叠系烃源岩的发育与沉积环境和上升流作用的关系密切,沉积环境控制着烃源岩的岩石类型和有机质丰度,中二叠统优质烃源岩的发育还与上升流的作用有关。     

裂解热模拟实验中碳同位素变化特征及其地球化学意义

采用高温模拟技术,对原油、氯仿沥青“A”、烃源岩、干酪根和原油族组分样品进行热模拟实验,分析不同样品在裂解过程中产物碳同位素组成的变化特征,研究其地球化学意义。原油、氯仿沥青“A”、干酪根、烃源岩和饱和原油族组分随热演化温度的增加,热模拟气态烃碳同位素演化规律是由重变轻再变重的演化趋势,700℃以前碳同位素分布呈正碳同位素系列分布,750℃以后出现丙烷碳同位素倒转,芳烃馏分和沥青质馏分的碳同位素值和正碳同位素系列分布出现差异;各样品随热模拟温度的增加,Δδ¹³C_2-1值都呈增大的趋势;Δδ¹³C_3-1、Δδ¹³C_3-2对原油、氯仿沥青“A”、饱和烃馏分与芳烃馏分和沥青质馏分随模拟温度的变化有差异;δ¹³C₂ -δ¹³C₃ 值和LN（C₂/C₃）值随模拟温度的增加呈正相关性。     

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δ¹⁸O值在-16.0‰~-1.9‰（VPDB标准,下同）之间,平均为-8.5‰;δ¹³C值在-16.1‰~4.83‰之间,平均为-0.90‰。激光显微采样样品δ¹⁸O值在-15.8‰~-0.8‰之间,平均为-7.7‰;δ¹³C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δ¹⁸O最大值均为5.8‰,代表原始碳酸盐岩的δ¹⁸O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δ¹⁸O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δ¹⁸O值。原始沉积的白云石或白云岩δ¹⁸O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δ¹⁸O值。碳酸盐岩δ¹³C最大值明显偏高,与全球海水的δ¹³C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。     

混源气的组分与碳同位素特征研究

以两种干酪根（Ⅰ型与Ⅲ型）热模拟气作为单元组合,进行不同条件的混合,考察了其混合气组成与同位素的变化。结果表明：不同来源天然气混合可导致天然气组成与碳同位素的变化,混合的两种气体组分与碳同位素差别越大,对混合气的影响越大。相近成熟度的Ⅰ型与Ⅲ型气混合,虽可在一定程度上导致天然气同位素变化,但不会导致碳同位素序列倒转。同位素倒转仅出现在某些特殊条件,如在很高成熟度Ⅲ型气中混入少量低、中成熟Ⅰ型气,可导致混合气δ13C2与δ13C3、甚至δ13C1与δ13C2倒转。在高成熟Ⅰ型气中混入少量低成熟Ⅲ型气可导致δ13C1-δ13C2值与δ13C2-δ13C3值变小,但一般不会引起碳同位素倒转。不同来源天然气的混合导致天然气地球化学指标存在多解性,在天然气成因评价时应当予以重视。     

渤海湾盆地廊固凹陷烃源岩特征及其发育模式

通过对廊固凹陷古近系沙河街组四段-沙河街组三段下亚段烃源岩热解数据、碳氧同位素和分子地球化学参数的深入分析,探讨了不同构造气候条件下低丰度湖相烃源岩的发育机理。岩石热解和干酪根显微组分分析表明沙河街组四段-沙河街组三段下亚段有机质类型主要为Ⅱ型,有机质丰度存在明显差异。结合区域构造-气候背景以及碳氧同位素和分子地球化学参数,建立了沙河街组四段-沙河街组三段下亚段的烃源岩发育模式。沉积于裂陷初始阶段的沙河街组四段烃源岩,其湖盆宽/深比小,气候干热,水体为咸水-半咸水,发育稳定的盐度分层。有机-无机碳同位素的负偏移与较低的Pr/Ph值反映了相对低的古生产力和较好的保存条件。沙河街组三段下亚段烃源岩沉积于强烈裂陷阶段,湖盆宽/深大,气候温暖湿润,水体为淡水,上、下水体交换相对频繁,发育不稳定的温度分层,碳同位素正偏移以及C₂₇/C₂₉甾烷的变化反映了生产力增高和陆源有机质输入增多。