柴达木盆地马海东地区古近系砂岩储层微观孔隙结构特征及微观致密区成因

柴达木盆地北缘马海东地区古近系的油气勘探已经取得发现,但储层微观孔隙结构特征认识不清是影响油气勘探与开发的主要因素之一。为揭示马海东地区古近系砂岩储层微观特征,综合运用岩石薄片显微镜观察、X射线衍射(XRD)分析和压汞测试等试验技术,开展了低渗透砂岩储层的岩石学特征、物性特征、微观孔隙结构及各储层非均质性对比研究,用变异系数定量表征了储层非均质强弱程度。研究结果表明:①古近系砂岩储层以长石岩屑砂岩为主,填隙物主要为方解石。②路乐河组Ⅰ砂组储层孔隙度较大,下干柴沟组Ⅱ砂组储层孔隙度中等,路乐河组Ⅱ砂组储层孔隙度最小。③储层岩石经历了压实、胶结和溶蚀成岩作用,路乐河组Ⅱ砂组储层非均质性最强,路乐河组Ⅰ砂组储层非均质性最弱,下干柴沟组Ⅱ砂组储层非均质性介于两者之间。④富塑性岩屑纹层或富杂基的低渗砂岩为致密储层,方解石胶结和塑性黏土质岩屑变形是致密储层形成的重要原因。

有效构建沉积学课堂教学设计范式——基于参加第六届全国高校青年教师教学竞赛的思考

基于对参赛地质学课程“沉积岩与沉积相”的课堂教学设计范式的改革与创新,从课程课堂讲授特点入手,对教学目标设计、沉积岩与沉积相两部分教学内容的课时分配关系、实践性教学服务课堂教学等方面进行了思考,总结了有效构建沉积学课堂教学设计的思路与方法。

复杂性科学在页岩油气勘探和研究中的应用

复杂性科学是当今世界科学重要的前沿领域之一。为了促进复杂性科学的基本理论和方法在页岩油气勘探和研究领域的广泛应用,笔者等重点围绕地质系统复杂性的基本内涵,从地质系统构成单元的多重耦合和相互作用、地质作用的复杂时空结构、地质作用过程中的自组织临界过程动力学以及矿产资源形成在混沌边缘等方面,介绍了地质系统复杂性研究的基本理论和研究方法。将上述地质系统复杂性理论运用于页岩油气系统,探讨了利用复杂系统的总体特征通过局域组成单元相互作用的“涌现”机制,来解决目前页岩储层中存在的如何利用微观局域精细表征进行客观刻画宏观储层特征问题;分析了利用地质作用的时空结构理论,建立页岩储层非均质性的静态和分形时空结构的方法;在整体论思想指导下,根据地质系统在混沌边缘分形生长这一规律,探讨了页岩油气在自组织临界态的混沌边缘富集预测方法。复杂性科学的理论和方法,必将在页岩油气的勘探研究中发挥越来越重要的作用。

浅析影响方解石生长和溶解的动力学因素及机制

碳酸盐岩约占显生宙沉积岩的20%,全球至少有60%已探明的石油储量赋存于碳酸盐岩储层中。方解石是普遍的碳酸盐矿物,其溶蚀对于地壳浅部次生孔隙的形成具有重要的意义。综述结果表明:方解石的生长主要受控于温度、压力、过饱和度、离子的种类及半径等因素;压力的降低、离子强度和过饱和度的增大有利于方解石的生长。方解石的溶蚀主要受温度、压力、p(CO_(2))分压、离子的种类和强度、盐度、pH值、介质流体组分、方解石表面Zeta电位及溶液相对于方解石的饱和程度等因素的影响;介质流体中的离子种类对方解石溶解所起的促进或抑制作用主要受控于方解石表面的Zeta电位。此外,本文还发现在方解石生长和溶蚀过程中,不同溶剂类型、离子的种类及浓度形成具有显著不同的微形貌,这使得通过对矿物微形貌的观察可以用来反演古介质流体的组分。本文以独特的视角对当前有关实验取得的不一致结果进行了深入剖析并提出了新的观点,着重对影响碳酸盐岩溶蚀的因素进行调研,寻找有利于碳酸盐岩溶蚀的最优解,进而为圈定优质储层提供可靠的理论依据。本文的另一个意义是便于后续相关研究能够悉知该领域的前沿热点及最新进展。

层序地层格架中岩溶储层发育的预测模型

对露头剖面中不同类型高频层序中岩溶的发育特征进行了研究。在典型钻井中,通过精细的成像测井和常规测井对岩溶发育段进行了识别,对层序内部和界面上、下系统的碳同位素进行了分析,探讨了不同类型层序中和不同级别层序界面下岩溶发育的规律。研究结果表明,在受基准面变化旋回所控制的碳酸盐岩层序内,岩溶储层的有利发育部位应是在不同级别基准面升降过程中能周期性暴露遭受溶蚀的地区。这种地区在一个层序的发育过程中是可以预测的。以塔里木盆地寒武—奥陶系为例,在不同级别的层序中,基准面上升期的地层超覆带、高位期的前积带—顶超削截带及其向陆方向是岩溶发育的有利地区。

塔里木盆地寒武纪—奥陶纪区域地球动力学转换的沉积作用响应及其储层地质意义

为了探索塔里木盆地区域构造演化对盆地内沉积相带展布和储层发育的控制,文章在综合了前人对塔里木盆地板块构造演化研究成果的基础上,深入分析了塔里木盆地周边早古生代区域地球动力学从伸展向挤压转换的时间及其所对应的盆地内部的沉积作用响应,认为古隆起的形成演化、台内相带的分异和台内台缘高能礁滩相带的展布、沉积基准面的转换、岩性岩相的突变以及盆地内奥陶系中多个不同级别不整合面的形成等均与周边的区域地球动力学环境具有密切的成因联系。受区域动力学背景所控制的盆内的这一系列沉积作用响应,对碳酸盐岩储层的发育具有重要的影响。它一方面控制了礁滩相储层的分布,同时也制约着受不整合面控制的岩溶储层的发育与分布,这为我们进一步分析和评价有利储集体的分布提供了宏观地质依据。

塔里木盆地肖尔布拉克剖面下寒武统底部硅质岩微量元素和稀土元素地球化学及其沉积背景

对塔里木盆地北部肖尔布拉克寒武系露头剖面中 8.8m厚的黑色页岩夹硅质岩组合中的硅质岩的系统采样分析表明 ,该硅质岩具有深源成因特征。其低的Th/U和Rb/Sr比也证明了其沉积时所具有的深部物源和热水注入迹象。硅质岩的稀土元素经北美页岩标准化后的Ce/Ce 从 0 .4 2到 0 .79,平均 0 .5 7。Ce的负异常明显。这些稀土元素的参数特征与加利福尼亚弗朗希斯科杂岩 (FranciscanComplex)中沉积在大洋海底硅质岩的稀土元素特征十分相似。北美页岩标准化后的Eu/Eu 值从 8.0 5下降到 1.0 3。其相对较高的Eu/Eu 值很有可能反映了热水的注入。Eu/Eu 值从剖面底部到顶部的系统降低反映了剖面底部的热水作用最强烈 ,向上热水作用逐渐减弱。上述一系列的地球化学标志指示该硅质岩应沉积在离洋中脊不远的、具有深源物质 /热水注入的远洋盆地背景中。结合区域地质和伴生黑色页岩地球化学的综合分析认为 ,该套硅质岩的形成与上升洋流的影响有关。上升洋流将形成于大洋盆地背景中的物质带到大陆边缘陆棚环境中发生沉积 ,造成了沉积在陆棚环境中的硅质岩 。

塔里木盆地奥陶系层序地层格架及其对碳酸盐岩储集体发育的控制

在纵向上,塔里木盆地奥陶系中可识别出了18个三级层序、5个超层序和2个超层序组。平面上同,由西往东奥陶系沉积由碳酸盐台地依次过渡为斜坡相和盆地相,其层序的发育呈现由西向东的不断前积,一系列呈前积型的层序向东下超在一个较大规模的下超面上。不同级别的层序界面对塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储层的发育具有重要的控制作用。三级层序界面导致的短暂暴露及其同生期的成岩作用对台地边缘礁滩相储集体的改造具有重要的促进作用,而与高级别层序界面相对应的大型不整合面是控制塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩岩溶储层发育的关键。

塔里木盆地北部下寒武统底部黑色页岩形成的次氧化条件

富有机质黑色页岩的形成长期以来被认为是缺氧沉积环境的证据,并被作为全球缺氧事件的标志。塔里木盆地下寒武统底部黑色页岩的岩石学特征说明其沉积在受陆源有一定影响的陆棚环境中。矿物学研究表明,硫均以硫酸盐状态存在,没有见到黄铁矿,说明其形成在硫酸盐还原带以上。黑色页岩中结核状氟磷灰石的存在以及剖面底部结核状磷块岩的出现,表明了一种与现代热带太平洋东海岸和阿拉伯海相类似的广泛发育上升洋流的大陆边缘沉积环境。黑色页岩的地球化学特征中,Re和Mo的高度富集、高的Re/Mo比以及含有一定量的Mn,Cd和U的相对富集以及低的Cd/U比等,这些特点均支持了黑色页岩沉积于次氧化条件的认识。

青海湖底沉积物中球状白云石集合体的发现及其地质意义

青海湖为盐度低于海水的微咸水湖。为了探索白云石的成因,在青海湖二浪尖以北约15 km的湖底采集了长25cm的沉积物柱状样品。对样品所做的X-衍射矿物物相定量分析表明其中含有2.2%的白云石。文献中也曾报道青海湖底沉积物中含有高达10%的白云石矿物。对这些含白云石矿物的湖底沉积物所进行的扫描电镜研究发现了其中呈球状、椭球状,大小1-2μm的白云石集合体及其伴生的草莓状黄铁矿的存在。其特征与文献中报道的现代近海高盐度泻湖和萨勃哈中发现的微生物成因的白云石极为相似。这是内陆低盐度环境中此类白云石的首次发现,对于探讨不同盐度环境中白云石的形成机理,促进“白云石问题”的深入研究具有重要的理论意义。

塔里木盆地下寒武统底部高熟海相烃源岩中有机质的赋存状态

近年来的研究证明 ,中新生代未熟 -低熟海相富有机质泥质烃源岩中有机质是通过溶解在水中的分子规模的碳有机质以化学吸附的形式被吸附到矿物表面上和蒙脱石结构层内 .然而 ,对于高熟海相泥质烃源岩中有机质的赋存状态却少有报道 .通过对塔里木盆地下寒统底部高熟海相泥质烃源岩的有机碳含量、矿物表面积、扫描电镜和透射电镜的综合分析 ,得到了其有机质以细小的颗粒状保存于沉积物颗粒之间的结论 .同时 ,通过高熟海相烃源岩与现代未熟海相烃源岩有机质赋存状态的对比 ,提出了值得进一步研究的有关科学问题 .

成岩作用中的地下水碳酸体系与方解石溶解度

方解石在沉积岩成岩环境中的溶解度与地下水化学特征、温度等有着极为密切的关系。地下水碳酸体系中各碳酸组分的比例是溶液pH值的函数,可溶性CO2、HCO3-和CO32-分别在pH≤pK1的酸性介质、pK1≤pH≤pK2的弱酸至中性介质和pH≥pK2的碱性介质中具有绝对数量。而地下水体系中碳酸总量及各组分的变化受到pH值、气相CO2分压PCO2及固相方解石的溶解-沉淀效应的控制。通过限定溶液中离子的电价平衡和质量守恒约束条件可以确定各种温压环境中的地下水组成及方解石的溶解度特征。溶液pH值和温度是方解石溶解度的最直接的控制因素,且方解石的溶解随pH值不同分别在强酸、弱酸和碱性介质中表现出不同的反应方式。基于质量守恒条件,溶液中初始[ΣCO2]-[Ca2+]值对中性至碱性介质中的方解石溶解度带来很大的影响,当[ΣCO2]0<[Ca2+]0有利于方解石的溶解,当[ΣCO2]0>[Ca2+]0时有利于方解石的沉淀。如果CO2—H2O—CaCO3体系同时受到电价平衡和质量守恒条件的约束,则方解石只在酸性介质中溶解,碱性介质中沉淀。新疆塔里木盆地库车坳陷克拉2气田及相关储层中方解石分布特征表明,该区碎屑岩储层中方解石的大量沉淀发生于重碳酸钠型地下水环境中,而孔隙度极好、次生孔隙发育的储集段则出现于氯化型的地下水环境,从而验证了成岩作用中地下水类型对方解石溶解—沉淀的控制机制。

沉积岩物质成分所蕴含的地球深部信息

沉积岩的稀土元素、微量元素、Ｓｒ同位素和Ｎｄ同位素等物质成分中蕴含着与地壳构造演化密切相关的地球深部信息。当盆地发育处于拉张裂陷时期，盆地基底不太稳定，沉降比较快，且常有来自地球深部的幔源物质进入沉积盆地。来自地球深部的沉积物源，其成分和性质与来自陆源的完全不同，这种物源加入到沉积盆地中，必然导致沉积物中元素地球化学体系的异常。与正常陆源沉积岩相比，通常表现为，在经球粒陨石标准化后的稀土元素分布模式中，Ｅｕ负异常减小甚至消失，ｗｎ（Ｔｂ）／ｗｎ（Ｙｂ）值增高，ｗ（Ｔｈ）／ｗ（Ｓｃ）值、ｗ（Ｔｈ）／ｗ（Ｕ）值、ｗ（Ｌａ）／ｗ（Ｓｃ）值明显降低，Ｃｒ，Ｎｉ等铁镁质元素含量增高，Ｎ（８７Ｓｒ）／Ｎ（８６Ｓｒ）值低，而ε（Ｎｄ）值将明显增高。沉积岩物质成分中的这些特征，可作为判断沉积物受深部幔源物质影响的重要证据。

克拉2气田储集岩中方解石胶结物的溶解及其对次生孔隙的贡献

沉积物成岩作用中碳酸盐胶结物的形成和溶解直接关系到岩石孔隙体积及其连通性,对石油、天然气等的储集和运移具有重要影响。通过纵向对比分析发现库车坳陷的克拉2气田储集岩层的孔隙度和渗透率值与碳酸盐含量呈反相关关系,即碳酸盐含量越高,孔、渗值越低。引起碳酸盐含量变化的正是其中的方解石胶结物的变化。岩石显微结构表明,方解石随深度的变化是通过粒间胶结物的早期沉淀、深埋时的溶解及晚期再胶结而发生的,并且导致本区K 201井3 800 m深处的孔、渗高异常带。伴随方解石在深度上的含量变化,地下水也呈现出纵向上的分带性。基于水岩作用热力学相平衡及质量守恒理论,利用相关的热力学数据库和溶液模型,模拟方解石的溶解度与水型之间的关系得出,方解石的溶解度与地下水中[ΣCO2]-[C a2+]值密切相关,该值越小越有利于方解石的溶解,否则发生沉淀。克拉2气田中N a2SO4型水的[ΣCO2]-[C a2+]≈0,是典型的方解石饱和溶液,方解石与这种溶液呈平衡态,既无大量的沉淀,也无明显的溶解;N aHCO3型水的[ΣCO2]-[C a2+]>0,是一典型的过饱和溶液,这种地下水所在的岩石中出现大量方解石胶结物的沉淀,孔、渗值很低;C aC l2型水的[ΣCO2]-[C a2+]<0,代表了典型的欠饱和溶液,与其对应的储层内不但无方解石沉淀,而且早期的方解石胶结物也要被彻底溶解,形成大量的次生孔隙,导致孔、渗值增高,从而成为本区天然气的最有利储集层段。

塔里木盆地寒武系—奥陶系泥质烃源岩发育的构造和沉积背景控制

塔里木盆地寒武系—奥陶系是主力烃源岩发育层段,而泥质岩烃源岩则是此时满加尔坳陷及其周边地区的主要烃源岩类型。通过露头和钻井资料,结合盆地区域构造演化分析可知,塔里木盆地寒武系—奥陶系泥质烃源岩主要沉积在具上升洋流的陆棚、滞流的海湾陆棚、正常陆棚、深海盆地以及淹没台地陆棚等不同的环境中。它们分别属于伸展的被动大陆边缘、伸展的裂陷槽盆和稳定的克拉通构造背景。这些沉积在不同构造和沉积背景中的泥质烃源岩,其有机质含量具有较大的差异,具上升洋流的陆棚环境中形成的泥质烃源岩中有机质含量最高,其次是滞流的海湾陆棚环境中形成的泥质烃源岩,正常陆棚环境中形成的泥质烃源岩的有机质含量相对较低,而真正深海洋盆环境中沉积的泥质沉积物中的有机质含量远不如陆棚环境中的泥质沉积物。淹没台地陆棚环境中沉积的泥质岩中有机质含量最低。这说明塔里木盆地构造和沉积背景对海相泥质烃源岩发育具有重要的控制作用。

贵州地区新元古代-三叠纪沉积岩中稀土元素地球化学特征与地壳演化

通过对贵州地区自新元古界板溪群—三叠系深水相泥质岩系统的稀土元素地球化学研究，发现寒武系、泥盆系和上二叠统这３个稀土元素组成明显不同于其他层位和后太古代页岩稀土元素特征的异常层，并由此构成了地质历史中３个明显的稀土元素地球化学旋回。这３个稀土元素地球化学旋回与本区的大地构造旋回具有明显的一致性，且上述的３个稀土元素地球化学异常层正好与盆地发育的明显的拉张裂陷时期相对应，说明在盆地拉张裂陷时期来自盆下深部物源的加入是造成稀土元素地球化学异常的根本原因。这为我们正确认识本区的地壳演化提供了强有力的地球化学证据。

扬子地块西南部晚元古代——三叠纪沉积地球化学演化

本文通过对扬子地块西南部自上元古界板溪群到三叠系发育在盆地和下斜坡背景中的泥质岩的系统的无素地球化学研究，首次发现了下寒武统、上泥盆统和上二叠统这三个在元素地球化学性质上明显不同于其它层位的地球化学异常层，从而构成了本区地质历史中三个明显的地球化学旋回。通过地球化学旋回与本区地壳演化和一系列沉积事件之间关系的研究，发现它们之间存在着内在的必然联系，说明沉积地层的地球化学演化是地球发展演化的必然结果和物质表现形式。因此，可通过这些地层的元素地球化学体系来恢复地壳发育和演化历史。

油气储层埋藏成岩过程中的地球化学热力学

成岩作用是影响油气储层质量的重要因素,而对于埋藏过程中各种化学成岩作用的有效预测直接关系到储层的评价和预测。为了探索油气储层埋藏成岩过程中主要成岩作用对储层质量影响的预测方法,本文利用地球化学热力学的理论,分析了影响储层质量的主要化学成岩作用,包括砂岩中长石的溶解作用、碳酸盐矿物的溶解与沉淀作用和方解石—白云石的转化作用,建立其埋藏条件下溶解—沉淀的地球化学热力学模型。通过这些模型,试图利用地球化学趋势定量地预测砂岩储层次生孔隙的发育趋势、碳酸盐岩埋藏岩溶—充填趋势和埋藏白云石化趋势,为储层评价预测提供理论依据。

克拉2气田砂岩储层中成岩方解石-白云石的平衡及其对储层质量的影响

基于水-岩化学反应平衡原理,利用相关矿物及流体的热力学数据库及白云石有序度参数,建立了成岩条件下方解石-白云石-水溶液的热力学相关系图解.发现温度和地下水的Ca/Mg值对成岩环境中方解石-白云石平衡起了重要的控制作用,同时,成岩环境中白云石的有序度反过来又决定了孔隙水的Ca/Mg值,但白云石的有序度不受水溶液的控制,而是结晶温度和时间的函数.据此,分析了库车坳陷克拉2气田储层砂岩中碳酸盐胶结物及孔隙特征与孔隙水化学之间的密切关系,指出在不同深度的储层内,方解石-白云石-孔隙水之间平衡体系的不同对砂岩储层质量的控制.