准噶尔盆地玛湖凹陷风城组有机质多元富集机制

基于岩心和薄片资料,对准噶尔盆地玛湖凹陷风城组烃源岩开展了锆石SIMS U-Pb年代学、有机碳同位素组成、主/微量元素含量和岩矿分析等测试工作。在风城组一段获得2个锆石U-Pb年龄分别为(306.0±5.2)Ma和(303.5±3.7)Ma,结合碳同位素地层学数据,推断风城组的沉积年代约为距今297~306 Ma,跨越石炭纪—二叠纪界线,对应古气候划分的冰期事件C4和P1之间的间冰期。在风城组识别出多个Hg/TOC高值段,同时在页岩中普遍发现了蚀变的火山灰,表明在其沉积期发生多期火山活动。在风城组二段中部出现B/Ga高值段,与蒸发岩矿物及硅硼钠石的出现密切相关,表明水体高盐度与热液活动有关。综合分析表明,风城组沉积期温暖湿润的气候既有助于湖泊中藻类及细菌等生烃母质的发育又可加速大陆风化,促进营养元素输入;火山活动给湖泊提供了大量营养物质,提高了初级生产力;温暖的气候和较高的盐度有助于水体分层并导致缺氧,进而促进有机质的保存。以上多种因素相互作用,共同控制了玛湖凹陷风城组有机质的富集。

准噶尔盆地东部多类型天然气的发现与勘探启示

石炭系是目前准噶尔盆地最重要也是最现实的天然气勘探目标。针对石炭系烃源岩的勘探主要围绕上石炭统巴塔玛依内山组展开,而理论上规模更大的下石炭统滴水泉组烃源岩的有效性尚无定论。同时,石炭纪火山作用频繁,盆地内部具备生成无机成因烷烃气的地质条件,但相关研究甚少。本次研究基于准噶尔盆地东部东道海子-五彩湾凹陷和白家海凸起天然气的分子组成和碳同位素特征,系统分析了天然气的成因来源和潜在的次生改造作用,共识别出4种不同类型的天然气:①来自滴水泉组的煤成气;②来自巴塔玛依内山组的煤成气;③无机成因甲烷和热成因天然气的混源气;④发生渗漏的热成因天然气。研究结果证实了准噶尔盆地东部下石炭统烃源岩的有效性,发现了无机成因烷烃气的踪迹,有望开辟盆地深层—超深层天然气勘探新领域,并提供了一个鉴别“同型不同源”天然气的典型案例。

深时源-汇系统要素的常用定量分析方法

源-汇系统研究是构造地质学、沉积学和层序地层学的综合,因其整体性、动态化和半定量-定量的特点受到了广泛关注。首先阐述了目前深时(前第四纪)源-汇系统的关键问题是物质平衡的定量表征及搬运过程对沉积物的控制,由于地层记录缺失和参数获取困难等原因,研究仍极具挑战。随后综述了深时源-汇系统定量分析方法,可分为地质年代学法、将今论古法和沉积学法。各方法通过获取地貌要素、水力学参数、侵蚀速率、沉积通量等信息,建立“源”“汇”之间的定量关系,进而重建盆地沉积充填演化史。通过系统介绍不同方法的基本原理、相关参数,对比其优越性及局限性,认为地质年代学法应用较广,核心在于物源示踪;将今论古法关键是地质背景的类比及地质参数的选择;沉积学法受多变量控制,需兼顾构造-气候背景及研究尺度。最后对深时源-汇系统定量分析的发展进行了展望,在“将今论古”这一重要思想指导下,需着眼于物源体系、沉积物搬运路径、沉积物分配关系、系统内的各要素及其耦合作用,需注重多时间尺度的定量表征、多学科交叉的动态研究。而相较于大陆边缘源-汇系统,陆相湖盆源-汇系统模式与预测模型有待进一步完善。

准噶尔盆地二叠系源-汇系统与古地理重建

源-汇系统是目前国内外地球科学领域的研究热点,对于含油气盆地古地理重建以及源储预测评价有着重要的指导作用。本文以准噶尔盆地二叠系为研究对象,通过基于盆地地质大剖面的构造-层序特征分析、定年数据的物源体系演化分析和沉积过程约束的正演模拟等方法,深化了对准噶尔盆地二叠纪古地理格局的认识,探讨了二叠纪源-汇系统演化特征与二叠系源储分布规律。早二叠世为盆地断陷发育期,以石炭系为主物源,除东南部发育海相-海陆过渡相沉积外,总体以近物源扇三角洲-湖相沉积体系为主,多断陷的沉积格局控制了玛湖等凹陷优质烃源岩的分布,与火山岩相关的扇三角洲前缘砂体与混积云质岩构成有利储集体;中二叠世为盆地断-拗转换期,物源年龄开始趋于复杂,沉积中心、沉降中心较早二叠世明显向盆内迁移,早期断陷趋于连通,盆地西部仍以近物源的扇三角洲群-湖相沉积体系为主,东南部则转换为远物源三角洲群-湖盆沉积体系,在盆地中部发育连片分布的规模烃源岩,可与同期(扇)三角洲前缘形成良好的源储组合;晚二叠世进入盆地拗陷发育期,物源供给范围更广,物源年龄进一步复杂化,大型浅水湖盆发育远物源为主的退覆型河流-三角洲沉积体系,为盆地规模油气成藏奠定了储层基础。

四川盆地东部侏罗系凉高山组层序结构、沉积演化及其主控因素

综合利用野外露头、地震、薄片、重矿物组合、碎屑锆石U-Pb定年等资料,研究四川盆地东部(简称川东地区)中侏罗统凉高山组沉积特征、湖平面升降变化、物源性质,进而探讨周围造山带的构造作用对沉积体系的控制作用。研究表明:凉高山组主要发育三角洲—湖泊沉积体系,包含了一个完整的三级层序,进一步可划分为4次湖平面的升降旋回(四级层序),其中旋回Ⅰ和旋回Ⅱ湖盆主要分布在川东地区,旋回Ⅲ和Ⅳ湖盆迁移至四川盆地中部地区,使得川东地区南北沉积特征差异性明显。物源分析结果表明,川东地区凉高山组存在3种类型物源,其中Ⅰ类物源母岩主要以酸性火成岩为主,主要来自近源的扬子板块北缘;Ⅱ类物源母岩主要为中酸性火成岩和变质岩,物源区主要在南、北秦岭中部;Ⅲ类物源母岩以变质岩为主,中—酸性火成岩次之,物源主要来自北大巴山地区。综合研究沉积体系和物源性质的变化,认为川东地区凉高山组沉积演化受秦岭造山带构造活动的控制,沉积早期湖盆局限在研究区东侧,该时期以Ⅰ类物源为主;随着秦岭造山带南北向挤压作用的增强,湖盆快速扩张并向北迁移,Ⅱ类物源供给增强;沉积中后期北大巴山地区的隆升使得湖盆迁移的同时Ⅲ类物源的供给逐渐增强。

细粒沉积物理模拟研究进展与展望

沉积物理模拟是指在限定条件下对不同沉积环境中的沉积过程进行模拟的实验,其对研究水利工程、环境科学、环境工程、海洋学、沉积学及油气勘探等具有重要意义,但其发展远不能满足生产需求,特别是近年来快速崛起的非常规油气勘探的需求。前人基于无黏性均匀沙的研究,已经建立一系列的泥沙运动理论及方程,在泥沙特性、沉积底形、地貌景观、重力流研究等方面取得了丰硕的成果,但在黏性泥沙(细粒沉积物)方面的研究进展有限。从颗粒特性、侵蚀和沉积作用机制及底形特征、输运机制与沉积模式,以及有机质富集和保存机制等四个方面对细粒沉积物理模拟进行综述,在此基础上结合现代青海湖研究提出一种新的富有机质细粒沉积富集假说,进一步丰富了非常规油气沉积学的含义。细粒沉积物理模拟是泥页岩沉积古环境恢复和岩相分布预测的有效手段,对于非常规油气“甜点”的成因分析和优选有重要意义,多学科交叉和定量化分析是其发展趋势,多类型与多尺度实验是传统模拟实验的必要补充。

川中须家河组五段河道砂体地震沉积学刻画

四川盆地川中地区须家河组河流—三角洲沉积体系发育,该体系内河道砂体逐渐成为岩性勘探的热点。利用地震沉积学方法对须五段河道进行精细刻画,重点通过地震地貌分析识别出河道带、主河道、分流河道、废弃河道等地貌单元。主河道和分流河道差异明显,主河道贯穿工区南北,宽度可达1.1 km,长度可达数十千米,具有形态完整、轮廓清晰、连续性强的特征;分流河道规模小,因后期改造具有断续分布特征,宽度一般小于100m,延伸一般小于5.0km。河道侧积和加积作用形成的各种砂坝是须五段骨架砂体,叠置砂坝厚度可大于30.0m,宽度可大于5.0km,是岩性勘探的理想对象。河道砂体的识别可为陆相薄层砂体的岩性勘探提供方法和依据。

成岩相的形成、分类与定量评价方法

根据成岩作用和成岩相对储集层发育的控制作用及与储集层分布的关系,探讨成岩相的形成机理、划分方案与评价方法及其在油气勘探中的应用和意义。针对碎屑岩、碳酸盐岩和火山岩等扩容性成岩相,提出了有机酸性水溶解作用、白云石化等8种主要成岩作用机理。划分出9类扩容性成岩相和7类致密化成岩相,提出了反映岩性、成岩作用和孔渗性3个层次内容的"孔渗级别+岩石类型+成岩作用类型"的成岩相命名方案。在成岩相勘探评价中,强调根据沉积相、测井相、地震相和岩心薄片等综合定量预测,提出了"四个步骤"、"三图叠合"的评价方法和成图方式,根据不同成岩相类型的分布预测有利储集体、"甜点"、成岩圈闭及油气成藏。指出了成岩相的发展方向及成岩学的设想和思考。

塔里木盆地下寒武统微生物碳酸盐岩储集层特征

通过野外剖面详测和室内薄片观察,研究塔里木盆地阿克苏露头区下寒武统肖尔布拉克组上段微生物碳酸盐岩储集层特征。肖尔布拉克组上段与微生物作用有关的岩石结构有球粒结构、纹层构造和微生物结构,发育3种微生物碳酸盐岩储集层,即微生物礁、包壳凝块石和泡沫绵层叠层石白云岩储集层。两期微生物礁发育在震旦纪末期古岩溶高地之上：第1期为由北向南前积的表附菌礁,第2期为由南向北超覆的蓝细菌凝块建造;储集层为枝状石、凝块石和叠层石白云岩,厚40~70 m。包壳凝块石白云岩储集层在古沉积斜坡发育,厚度为30 m,发育孤立状溶孔,呈低孔低渗特征。泡沫绵层叠层石白云岩储集层在古沉积洼地发育,厚度为18 m,窗格孔成层密集,呈中低孔低渗特征。微生物碳酸盐岩储集层发育受控于沉积古地貌、成岩作用和微生物结构。

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组碱湖沉积特征与古环境演化

基于岩心及薄片观察、地球化学及元素分析、测井电性响应特征、岩相类型及展布等研究,揭示准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组的碱湖沉积特征及其演化模式。结果表明,风城组主要发育6种岩相类型,其中含碱性矿物岩相主要发育在风二段,富有机质泥岩岩相广泛分布于风一段上部和风三段下部,常与白云岩及云质岩类岩相呈互层产出。风城组古环境演化主要受火山活动和古气候控制,可以划分为5个阶段。第1阶段(风城组一段沉积前期)火山活动强烈,气候较干旱,火山碎屑岩-沉火山碎屑岩发育;第2阶段(风城组一段沉积后期)火山活动减弱,气候较湿润,富有机质泥岩发育,形成风城组主要烃源岩;第3阶段(风城组二段沉积早期)气候转向干热、湖盆开始萎缩,盐度逐渐升高,白云岩及云质岩类发育;第4阶段(风城组二段沉积后期)气候持续干热、湖平面低、盐度高,天然碱等特殊碱性矿物析出,标志着碱湖的最终形成;第5阶段(风城组三段沉积期)气候再次转为湿润,湖平面升高,湖盆开始淡化,以陆源碎屑岩、云质岩类沉积为主。

台缘微生物礁结构特点及储集层主控因素——以塔里木盆地阿克苏地区下寒武统肖尔布拉克组为例

基于5条野外露头剖面、162块薄片、12块扫描电镜(SEM)样品及52套孔渗物性数据等资料,分析塔里木盆地阿克苏地区下寒武统肖尔布拉克组台缘微生物礁的结构特点及储集层主控因素。台缘由小型微生物礁群组成,单一礁体可分为前礁相、礁前相、礁脊相、礁后相,镜下可见礁岩具有不同的显微结构。微生物礁发育微生物结构储集空间和非生物结构储集空间,前者包括窗格孔、格架孔、铸模孔及超大溶孔,后者包括微裂缝和缝合线。孔渗数据统计结果表明:于提希剖面微生物礁孔隙度基本小于5%,渗透率一般小于1.0×10^(-3) μm^2,主要为特低孔特低渗储集层,而苏盖特布拉克剖面孔隙度多为3%~10%,渗透率为(0.1~50.0)×10^(-3) μm^2,整体跨度较大,且礁内物性非均质性较强,主要为低—中孔、低—中渗储集层。说明不同微生物礁的物性特征具有较大的差异,同一微生物礁内亦具有明显的储集非均质性。古地貌特征控制微生物礁的发育,沉积作用控制相带的展布及原生孔隙的发育,而溶蚀作用受控于古地貌特征和沉积作用,最终决定微生物礁储集层孔隙的演化。

中新生代天山隆升及其南北盆地分异与沉积环境演化

明确中生代以来天山隆升的时间顺序、隆升范围,及其与南北两侧盆地的沉积环境演化之间的关系,是天山两侧准噶尔盆地、吐哈盆地与塔里木等盆地原型恢复研究的重要需求。通过分析天山南北主要盆地类型、沉积充填、古气候变化,物源属性、边缘相带迁移反映的物源区远近变化与古水流特征,以及大量磷灰石裂变径迹测年数据认为,中新生代天山主要存在晚三叠世—早侏罗世、晚侏罗世—早白垩世、晚白垩世—始新世、中新世—第四纪的四期阶段隆升。在此基础上,编制了早侏罗世早期—第四纪的天山隆升范围及其南北盆地的沉积环境演化图,表明天山的四阶段隆升控制了北疆与南疆盆地由早、中侏罗世统一泛湖盆至晚侏罗—早白垩世盆地开始分异,再到新近纪以来彻底分割成独立盆地的沉积演化过程。同时,明确了天山南北两侧各盆地储层、烃源岩及盖层的重要形成期与天山隆升的关系,对有效拓展油气勘探范围有所启示。

川中地区须五段—须六段浅水三角洲沉积特征与模式

针对川中地区须五段—须六段,在大量露头观察、岩心描述基础上,结合测井和地震分析,认为研究区为典型的浅水三角洲。根据煤岩产状、砂岩中植物颈干与碎片、河道底部冲刷程度、滞留沉积类型、层理类型等特征将浅水三角洲划分为上三角洲平原、下三角洲平原、三角洲前缘及前三角洲4种亚相。并在此基础上,建立了两种浅水三角洲模式:一种为以须五段为代表的低物源供给浅水三角洲沉积模式;另一种为以须六段为代表的高物源供给浅水辫状河三角洲沉积模式。低物源供给型的下三角洲平原发育的煤是良好烃源岩,高物源供给型的下三角洲平原分流河道及决口沉积为优质储层发育相带,两者匹配,构成良好的生储组合,是岩性油气藏勘探的重点区块。

盆地内大面积砂体分布的一种成因机理——干旱气候下季节性河流沉积

我国西部新疆地区侏罗系—下白垩统大面积、厚层状砂岩油气勘探获得了重大发现,大面积厚层状砂体及泥岩红层沉积的成因机理受到长期关注。结合现今准噶尔南缘多条季节性河流的沉积体系、砂体展布特征分析,并对比郝家沟—头屯河剖面、玛纳斯河剖面上侏罗统齐古组、喀拉扎组的岩相组合、岩石颜色、砂泥岩沉积构造、沉积序列与古环境分析,认为干旱气候下头屯河组上部—喀拉扎组的季节性曲流河—季节性辫状河沉积是上侏罗统大面积厚层状砂砾岩体及厚层状泥岩红层沉积的重要成因机理,进而建立了季节性河流的砂体构型和成因模式。准噶尔盆地南缘季节性河流沉积砂体构型和成因模式的建立,对进一步认识我国古代季节性河流沉积提供了有益参考。

库车坳陷白垩系巴什基奇克组泥砾的成因机制与厚层状砂体展布

库车坳陷白垩系巴什基奇克组大面积厚层状砂体为塔里木油田重要的产气层段,厚层状砂岩的沉积环境研究一直存在争议。在厚层状砂岩中,普遍发育有褐色泥质砾石和少量粉细砂质砾石,明确与厚层砂岩相伴生的砂泥质砾石成因机制与沉积环境,可从全新角度来探讨大面积厚层状砂岩的沉积环境。通过野外露头与多口钻井的岩心观察,分析泥质砾石组成矿物成分及含量,将泥质砾石、粉细砂质砾石按照成分、形态及赋存状态(产状)进行了种类划分。依据砂泥质砾石成分判断其主要来自于厚层砂岩附近褐色粉砂质泥岩,进而采用"将今论古"的方法,发现在现代塔里木河(季节性曲流河)、赣江浅水三角洲上平原—下平原环境中,发育有泥质砾石沉积,并结合前人成果,综合类比分析后认为厚层砂岩中的砂泥质砾石具有同样的成因机制与发育环境。研究表明巴什基奇克组中的泥质砾石、砂质砾石为季节性河流及/或季节性河流浅水三角洲上平原—下平原(受间歇湖水影响区)环境下的产物,即属于处于陆上、间歇有湖水影响的沉积环境下的产物,并非长时期处于"水下"的三角洲前缘—滨浅湖环境下的产物。砂泥质砾石的成因机制为:河道堤岸沙泥质垮塌、原地堆积而成;堤岸沙泥质垮塌后短距离搬运而成。受此启示,认为巴什基奇克组厚层砂岩主要发育于季节性河流以及季节性河流浅水三角洲上平原—下平原的沉积环境。

干旱气候环境下季节性河流沉积特征——以库车河剖面下白垩统为例

通过对库车河剖面下白垩统巴西改组—古近系库姆格列木群底部的沉积露头实测,分析砂岩岩性组合、沉积构造特征、砾岩特征及沉积古环境,并结合现代天山南北季节性河流沉积特征,认为干旱气候条件下发育的季节性河流及季节性河流三角洲是白垩纪库车坳陷发育的重要沉积体系。下白垩统巴什基奇克组砂岩特征与现今广泛发育的季节性河流沉积特征极为相似,既有较为典型的河流相正韵律砂体大面积沉积,河道底部内碎屑泥砾与厚层块状的大型交错层理等砂岩,又显示出高能细砂岩和高能粉砂岩沉积,并具有较低的成分成熟度和较高的结构成熟度基本特征。在此基础上,建立了库车河剖面下白垩统巴西改组—巴什基奇克组沉积相模式:巴西改组沉积时期,库车坳陷发育面积较大的宽浅型湖泊,天山前发育的季节性河流进入湖泊后形成季节性河流三角洲;巴什基奇克组沉积时期,古天山前出现了多个小型湖泊,古天山山前发育大量的季节性辫状河与多个小型季节性辫状三角洲沉积。

微生物碳酸盐岩储层特征及主控因素——以塔里木盆地阿克苏地区下寒武统肖尔布拉克组上段为例

通过野外露头观察,室内薄片鉴定以及物性分析,详细分析了塔里木盆地阿克苏地区下寒武统肖尔布拉克组上段微生物碳酸盐岩储层特征及其主控因素。研究认为肖上段主要发育微生物礁和微生物层这两种巨观构造,其中前者包括凝块石礁和表附菌礁,后者包括凝块石层、表附菌层、叠层石层、层纹石层和泡沫绵层。微生物碳酸盐岩具有多种与微生物相关的孔隙,同时也具有非微生物储集空间。凝块石礁和泡沫绵层是最有利的微生物储层,表明不同类型的微生物岩储层具有较大的物性差别。于提希剖面和苏盖特布拉克剖面对比发现,相同类型的微生物岩储层亦具有较大的差异,这是因为微生物碳酸盐岩储层的形成与保存受控于沉积相分布、古地貌特征、成岩作用以及微生物结构的缘故。

粘土矿物对广安须家河组致密砂岩物性影响

粘土矿物广泛分布于川中广安地区上三叠统须家河组的各个层段中,是须家河组重要的烃源岩和致密砂岩储集层中的填隙物,对砂岩储集性能起着至关重要的作用。在岩芯铸体薄片鉴定基础上,通过扫描电镜、能谱仪以及X-衍射仪等对砂岩中的粘土矿物进行了全面系统的研究,认为:早成岩期形成的绿泥石薄膜抑制石英次生加大,有效地保护了原生孔,对致密砂岩储层物性具有极其重要的积极意义;自生伊利石在砂岩储层中将原生孔和次生孔分割成无数微孔,在降低有效孔隙的同时,还大大降低了储层的渗透性,是造成川中须家河组储集层低孔低渗特征的重要原因之一;自生高岭石往往预示着次生孔隙发育区带,但在研究区分布有限,仅见于须六段。

浅水三角洲动态生长过程模型与有利砂体分布——以鄱阳湖赣江三角洲为例

浅水三角洲是湖盆内大面积砂体分布的重要成因,但大面积砂体的非均质性较强,预测并寻找有利砂体(甜点)是现今油气勘探的重要需求。通过开展现代赣江三角洲上平原-下平原及河口区多个沉积部位探坑挖掘工作,对探坑中沉积物岩性与沉积相序进行了描述、取样以及沉积特征对比,并且对顺直河道中心的沉积物样品进行了采集与分析化验后,认为浅水三角洲上平原河道内沙洲的洲头与洲尾、堤岸近河端,下平原上游、下游的堤岸近河端,入湖河口区的水下分流河道、纵向坝、横向坝是有利砂体的发育区及有利砂体类型。由于赣江浅水三角洲的河道主要为顺直型,正韵律的分流河道砂体不发育,赣江浅水三角洲垂向上具有早期湖泊相泥-反韵律河口沙坝-下平原与上平原堤岸相沙泥质互层的沉积演化特征。结合鄱阳湖枯水期与洪水期的水文地质特征,建立了赣江浅水三角洲的动态生长过程模型,其动态成因演化过程可分为先期枯水期湖泊沉积,湖平面上升至最大洪泛期和再次枯水期三角洲进积等3阶段。该模型既为浅水三角洲沉积由静态描述向动态过程演化研究奠定了基础,又为湖盆内大面积砂体中甜点预测提供了有益参考。

深层储集层长石溶蚀增孔的物理模拟与定量计算

以塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带白垩系巴什基奇克组深层储集层为例,开展成岩物理模拟实验研究,定量计算巴什基奇克组砂岩在早期长期浅埋—后期快速深埋地质过程下,长石骨架颗粒的溶蚀率及溶蚀增孔量。运用场发射扫描电镜大面积扫描分析技术,定量计算大北、克深地区实际岩心样品中长石骨架颗粒的溶蚀度及溶蚀增孔量值,实验数值与实际岩心数值相互校验,由此建立了陆相深层较高长石骨架颗粒含量储集层中长石溶蚀增孔量的演化过程模型。定量计算出克深地区长石在早期长期浅埋—后期快速深埋地质过程下,最大溶蚀增孔量为0.86%~2.05%,模拟的埋深超过7 000 m砂岩的长石溶蚀增孔量值稍稍偏大,校准后绝对误差值为0.23%。大北地区次生溶蚀孔隙的贡献者主要是方解石,长石次之,定量计算出该地区长石最大溶蚀增孔量为0.62%~1.48%,模拟埋深超过7 000 m砂岩中长石溶蚀增孔量值稍稍偏大,校准后绝对误差值为0.15%。造成误差的原因有二:(1)模拟实验代表了深层储集层的均一、理想状态;(2)实际地质情况下深层储集层的非均质性强,不同地区溶蚀作用强弱存在差异。