长石溶解-沉淀的热力学和动力学特征及其对储层物性的影响——以渤海湾盆地渤南洼陷沙三段为例

长石溶解及其次生孔隙的形成对砂岩储层质量具有重要影响。为了研究渤海湾盆地渤南洼陷有利孔隙发育带,利用长石溶解-沉淀的热力学和动力学计算,结合薄片分析、孔隙度和渗透率资料,开展了对沙三段长石次生孔隙发育的研究。结果显示,现今的地层水多有利于长石沉淀,部分区域发生长石溶解。结合孔隙度平面分布图和镜下薄片分析可知:孔隙度发育较好的区域主要是钾长石发生溶解,钙长石ΔG<-15 kJ/mol溶解速率较快和钠长石ΔG<15 kJ/mol沉淀速率较慢的区域。此外,粘土矿物(高岭石等)在长石溶解形成的次生孔隙中的沉淀,降低了储层的渗透率;且在埋深超过3000 m的区域,地层水中的SiO 2(aq)沉淀速率的显著加快降低了储层孔隙度。综上:埋藏环境中,长石的溶解对于次生孔隙的贡献十分重要,但是如果其副产物未发生迁移则对次生孔隙的贡献较小,并且较高的粘土矿物含量会降低储层的渗透率。本文对于利用热力学和动力学模型预测储层发育提供了新的方法。

碳酸盐胶结物溶解—沉淀的热力学平衡在碎屑岩储层质量预测中的应用——以渤南洼陷沙三段为例

碳酸盐胶结物对碎屑岩储层质量具有较大影响。根据渤南洼陷沙三段47口井的地层水化学数据,采用化学热力学方法,结合沉积相分布、薄片观察和孔隙度等资料,预测有利储层发育带。结果表明:现今地层水多为NaHCO3型,有利于碳酸盐矿物的沉淀(吉布斯自由能ΔG>0kJ/mol),CaCl2型水相对有利于碳酸盐矿物的溶解。碳酸盐矿物的含量与孔隙度在纵向和平面上有较好的对应关系。研究区吉布斯自由能较小的区域主要在三角洲沉积相,该区域碳酸盐含量较低,孔隙度发育较好,是有利储层的发育区。因此,碳酸盐胶结物对研究区碎屑岩储层质量起决定性影响,通过对碳酸盐矿物的溶解—沉淀热力学平衡计算,可作为一种新的储层预测方法。

塔里木盆地塔北隆起寒武系地层水化学特征、成因及矿物溶解-沉淀模拟

通过对塔里木盆地塔北隆起英买-牙哈地区14口井以及轮探1井寒武系地层水的化学成分和离子比例系数的分析,以及水文地球化学模拟,明确了研究区塔北隆起寒武系地层水化学特征和成因与演化。结果表明:塔北隆起寒武系地层水是以Na^(+)+K^(+)和Cl^(-)为主的高矿化度CaCl_(2)型地层水。地层水中Na^(+)+K^(+)和Cl^(-)浓度与矿化度的相关性好,Na^(+)+K^(+),Ca^(2+),Mg^(2+),Cl^(-)和SO^(2-)_(4)浓度随埋深的增加呈先减小后增大的趋势,与矿化度随埋深的变化趋势一致,由此将地层水划分为越流泄水浓缩带和深部渗滤浓缩带。钠氯系数为0.39~0.55,平均值为0.51;脱硫酸系数为0.07~1.91,平均值为0.35。Phreeqc软件模拟矿物饱和指数得出:白云石的饱和指数为-3.43~1.95,平均值为-0.10,50.91%的白云石沉淀;石膏的饱和指数为-1.77~0.12,平均值为-0.80,94.64%的石膏溶解;方解石的饱和指数为-0.88~1.62,平均值为0.55,18.18%的方解石溶解。研究区塔北隆起方解石的白云石化和石膏溶解导致现今地层水中Ca^(2+)富集,Mg^(2+)亏损。塔北隆起寒武系地层水变质程度小,是由海水经历蒸发浓缩、离子吸附和水-岩相互作用演变形成的。

川东北地区七里峡剖面须家河组泥岩地球化学特征及其地质意义

泥岩中对沉积环境敏感的元素或元素比值可以定性或半定量地反映古沉积环境。研究通过川东北地区七里峡剖面须家河组12件泥岩样品的扫描电镜观察,主微量元素、X射线衍射的测试分析,开展了该区古气候、古环境及物源特征研究。研究结果表明,七里峡剖面须家河组细粒泥岩样品中的粘土矿物以伊-蒙混层矿物为主(含量62%~88%),其次是绿泥石(3%~19%)、伊利石(3%~11%)、高岭石(1%~9%),Fe O/Mn O值为28. 08~104. 23,反映七里峡地区晚三叠世总体温暖潮湿的气候条件,其中须三、五段沉积期气候较为温湿,须一、二、四段沉积期气候略干热;较低的Li、Sr、Ni、Ga丰度及Sr/Ba值(0. 08~0. 24)揭示了须家河组泥岩沉积时水体盐度较低;V/(V+Ni)值(0.69~0.85)和Ceanom(0. 26~0. 30)等指示须家河组沉积时期为缺氧的还原环境,且须一段到须五段水体的还原性逐渐减弱;研究区样品的稀土元素配分曲线与南秦岭、龙门山和米仓山-大巴山地区类似,指示了区内早期物源主要来自南秦岭地区闪长岩、花岗岩和玄武岩的混合,部分来自龙门山地区的花岗岩,晚期物质来源以米仓山-大巴山花岗岩为主。

砂岩孔喉结构复杂性定量表征及其对渗透率的影响——以东营凹陷沙河街组为例

砂岩孔喉结构复杂性是影响其渗透率的重要因素,而渗透率是评价优质储层的重要参数,因此定量表征砂岩孔喉结构复杂性是砂岩储层质量分析的重要基础。为此,以东营凹陷沙河街组砂岩为例,基于薄片鉴定、粉晶XRD和MICP测试,引入孔喉体积分形维数、迂曲度和迂曲度分形维数对砂岩的孔喉结构进行定量描述,并探究其岩石学控制因素,系统地分析体积分形维数、迂曲度和迂曲度分形维数与渗透率之间的关系。结果表明:东营凹陷沙河街组砂岩孔喉结构复杂性及渗透率受沉积微相的影响较大。平均孔喉直径是控制孔喉结构复杂性的重要因素,孔喉结构复杂性(体积分形维数、迂曲度和迂曲度分形维数)是影响砂岩渗透率的关键因素。

自生泥晶:过去,现在和未来

自生泥晶,也称作原地微晶碳酸钙或原地灰泥以区分他生泥晶或异地泥晶,指的是通过无机和/或有机媒介过程作用在原地形成的泥晶碳酸钙。在前人的基础上,对自生泥晶概念的提出和发展进行了概括;对自生泥晶的矿物组成、显微结构、荧光和阴极发光特征进行了总结;对自生泥晶的形成过程和来源(包括生物矿化作用、有机矿化作用和无机沉淀三种方式)进行了探讨;对自生泥晶在不同沉积环境碳酸盐岩中的贡献及其地球化学指示进行了论述;对自生泥晶在地质历史时期的分布做了归纳;最后对自生泥晶的后续研究提出了一些展望。认为正确认识自生泥晶的性质,其形成过程和来源对碳酸盐岩的结构成因分类、地质历史时期生物礁丘的演化和地球化学指示、建筑工程和环境修复、探寻地外生命和油气地质等方面都将产生深远的影响。

准同生白云石化作用及其对储层的影响——以塔里木盆地寒武系白云岩为例

为厘清准同生白云石化作用对储层的影响,基于实验室模拟合成白云石实验,利用实验得到的有序度和模拟时间并结合塔里木盆地塔北地区埋藏史和寒武系综合柱状图确定了塔北地区寒武系白云岩大约在521 Ma、480 m深度时已发生了较高程度的白云石化。通过对不同地区白云岩晶胞参数计算,发现晶胞体积大的白云石有序度低、晶胞体积小的有序度高,反映了白云石化过程中白云石有序度的调整会导致整体矿物体积的缩小,得出白云石有序度与晶胞体积呈负相关的指数关系。根据计算的晶胞体积数值得出方解石白云石化过程晶胞体积缩小量平均值为12.6%,即该过程产生12.6%的晶间孔隙。通过对灰岩—白云岩压实曲线和薄片观察得出白云石化后岩石物理化学性质改变,其抗压性使得准同生期产生的晶间孔隙得到保存,有利于后期深埋藏环境下热液流体在原始萨布哈白云岩晶间孔隙基础上进行溶蚀和重结晶,从而扩大了储积空间形成优质白云岩储层。

陆相湖盆富有机质页岩微相特征及对页岩油富集的指示意义——以渤海湾盆地济阳坳陷为例

页岩油作为非常规油气资源的重要组成部分是石油地质学研究的热点之一。中国的页岩油资源大量赋存于陆相湖盆中,由于其储集、封盖、圈闭和运移等与常规油气不同,岩相对于页岩油的控制尤为显著。岩石学、全岩X衍射(XRD)、总有机碳(TOC)含量和油气显示等资料的分析表明,渤海湾盆地济阳坳陷沙河街组三段下亚段—沙河街组四段上亚段富有机质泥页岩的微相构成主要为薄透镜状晶粒灰岩微相(LF1)、纹层状泥晶灰岩微相(LF2)、厚层块状灰质泥岩微相(LF3)、块状泥岩微相(LF4)和黑色页岩微相(LF5)。其中,页岩油发育的有利微相和微相组合为黑色页岩微相(LF5)、块状泥岩微相(LF4)以及薄透镜状晶粒灰岩与黑色页岩的微相组合(LF1+LF5)。济阳坳陷有2种页岩油富集模式:(1)以块状泥岩微相(LF4)和黑色页岩微相(LF5)为主的“自生自储”模式;(2)以薄透镜状晶粒灰岩与黑色页岩微相组合(LF1+LF5)为主的“晶粒灰岩储层”模式。晶粒灰岩更有利于页岩油富集和开发生产,薄透镜状晶粒灰岩与黑色页岩的微相组合(LF1+LF5)是济阳坳陷陆相页岩油勘探开发的“甜点”岩相组合。

碳酸盐岩—膏盐岩组合水—岩反应热力学和动力学模型及其在塔北地区寒武系储层的应用

埋藏过程中,碳酸盐矿物和石膏组合的溶解—沉淀对深埋条件下的岩溶和孔洞保持具有至关重要的影响。以塔北隆起寒武系储层为研究对象,根据英买、牙哈地区14口井及轮探1井的地层水离子含量,建立水—矿物相互作用的热力学和动力学模型,结合孔隙度及薄片分析,开展碳酸盐岩—膏盐岩组合型储层的精细评价。结果显示,碳酸盐矿物和石膏的溶解—沉淀反应速率与其ΔG呈较好的指数关系,溶解速率随着ΔG的减小而增大,而沉淀速率随着ΔG的增大而增大。计算结果表明塔北隆起寒武系埋藏环境总体上有利于碳酸盐矿物—石膏组合的溶解,西北部地区岩溶作用强于东南部,有利于储层孔洞的保持,与实际的储层物性测试结果基本吻合。该研究为深埋碳酸盐岩—膏盐岩组合型储层有利储集区的定量预测及评价提供了新方法。

渤海湾盆地东营凹陷沙河街组泥晶碳酸盐岩中的微生物沉积作用

东营凹陷古近系沙河街组发育纹层状泥晶碳酸盐,其产出与相邻泥、页岩中有机质含量之间存在较好相关性,但对其成因认识尚不明确。为了正确认识陆相湖泊环境中纹层状泥晶碳酸盐的成因机制,通过岩芯(619.65m)、薄片(NY1井9片,FY1井3片)观察、荧光显微镜(2片)、扫描电镜(10片)观察和地球化学分析对上述纹层状泥晶碳酸盐进行研究。观察发现纹层中存在纳米级球状和丝状碳酸盐矿物组构,与微生物活动导致其细胞外微环境物理化学条件改变而形成的胞外聚合物和丝状细菌十分相似。泥晶碳酸盐岩纹层有机-无机碳同位素对分析结果显示,无机碳同位素δ13 Ccarb值为2.1‰~4.8‰,有机碳同位素值为-27.9‰^-22.6‰,两者呈明显负相关。基于该结果提出单一碳库有机-无机碳同位素演化模式佐证泥晶碳酸盐的沉积作用与微生物活动之间存在直接联系。以上研究表明纹层状泥晶碳酸盐形成过程中受微生物活动的影响,为湖相环境中生物活动对碳酸盐矿物沉积作用的影响研究提供了重要的实例。