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页岩气成藏机理和分布77496541

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页岩 气成藏 机理 分布 77496541
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2010 年 7 月断 块 油 气 田白云岩为一种重要的碳酸盐岩储层类型 ,就世界范围而言 ,有 50%的碳酸盐岩储层都含有白云岩[1],但有关白云岩的成因问题至今还没有一个圆满的解释[2]。随着先进测试技术的应用 (如扫描电镜 ,X 射线衍射 ,酸不溶物分析 ,C、O、位素分析 ,微量元素分析 ,电子探针 ,阴极发光 ,包裹体测温及稀土元素等 )[2白云东营凹陷沙四段湖相白云岩沉积特征及成因李得立1谭先锋2夏敏全2赵宇超3邱桂强4张守鹏4(四川 成都 610059;重庆 401331;天津 300280;山东 东营 257015)摘 要 以岩石学特征为基础 ,结合沉积特征和沉积地球化学资料 ,对东营凹陷沙四段湖相白云岩成因进行了研究 。 结果表明 :不同成因的白云岩 ,其岩石结构 、发育环境和地球化学特征有所不同 ;该地区白云岩类型多样 ,普遍具有泥 白云岩主要位于滨浅湖 、深湖 —半深湖及盐湖环境中 ,岩性组合上与泥页岩 、粉砂岩 、膏岩及玄武岩伴生 ;受层序发育的控制 ,该时期白云岩多发育在晚期高位体系域之中 ,白云石化作用不彻底 ,白云岩含灰质成分较高 。 地球化学数据表明 :白云石有序度普遍较低 ,量分数普遍较高 ,平均值接近海水中的 量分数 ,说明沙四时期受到了海侵作用和构造热液 高 特征反映了该时期主要的沉积环境为干旱 —半干旱的蒸发环境 。综合构造条件 、沉积环境及地球化学分析等因素 ,建立了沙四段准同生白云岩化和构造热液白云岩化模式 。关键词 湖相白云岩 ;沉积特征 ;白云岩成因 ;构造热液 ;准同生中图分类号 :献标志码 :1005010)04of in 10059, 01331, 00280, 57015, on of of in of of in of in to in by in at of is r is to r of in of n, e of is In on of 李得立 ,谭先锋 ,夏敏全 ,等 J]2010,17(4):et of in ]. 010,17(4): 油 气 田 7 卷第 4 期418第 17 卷第 4 期岩成因问题的研究更加深入和完善 ,也引起了人们对该类储层的重新关注 。 到目前为止 ,已在东营凹陷梁205、梁 206、利 9 等井的白云岩夹层中发现了具有工业价值的油藏[6],认为与蒸发台地有关的膏质泥 近年来 ,不少学者开始注意到这一研究领域[7 作者根据白云岩的产出特征 、薄片分析及白云石微量元素地球化学等资料 ,对东营凹陷沙四段白云岩的沉积特征及成因模式进行了探讨 。1 地质背景东营凹陷古近系沉积表现为白垩 —第四系断陷湖盆 。 盆地北部为陈家庄凸起 ,西为滨县凸起 、林樊家凸起和青城凸起 ,东部为青坨子凸起 ,南为鲁西隆起 ,呈北断南超的箕状断陷形状 。 古近系沉积处于断陷湖盆发育期 ,沉积了巨厚的湖泊相地层 ,主要包括始新统孔店组 、渐新统沙河街组和东营组 。 通过对研究区 40 余口井的钻井 、薄片和古生物资料分析 ,将沙河街组沙四段分为 2 个亚段 。其中沙四下主要岩性为砂砾岩 、灰色泥岩 、泥灰岩 、粉砂岩 、岩盐 、夹膏质白云岩及泥质白云岩 ;沙四上沉积时期主要发育一套灰色 、深灰色泥岩及泥灰岩 。 北部陡坡带发育近岸水下扇砂砾岩体 ;南部缓坡带多发育与滩坝沉积有关的粉砂岩 、灰质砂岩 、砂质灰岩及砂质白云岩 , 主要为半干旱 —潮湿盐湖沉积环境 。 同时 ,沙四时期为湖盆断陷较活跃期 ,断裂构造和深部流体的岩浆活动比较活跃 ,在多口井都发现了玄武岩和凝灰质白云岩 。2 沉积特征从研究区 40 余口井的钻井资料来看 ,白云岩呈夹层产出 ,单层厚度 0~5 m,大多数在 2 m 左右 ,部分井的白云岩可见到油气显示 。从图 1 可看出 ,湖相白云岩主要沉积在深湖 、半深湖 、滨浅湖和盐湖环境 ,具有以下特征 :1)与粉砂质泥岩共生 ,并夹有碳质页岩和泥岩(见图 1a、1f),这类岩性组合属滨浅湖到半深湖沉积环境 ;2)与典型的钙质泥岩互层 ,偶见钙质砂岩 (见图1b),反映了沉积时期钙质成分较高 ,水体较安静 ;3)与粉砂岩呈接触关系产出 (见图 1c),有时可见刺穿和爬坡现象 ,并有钙质砂岩 ,缺乏碳质页岩 ,表明是在滨浅湖环境下形成 ;4) 白云岩完全夹在泥岩和碳质页岩中 ,钙质泥岩和砂质泥岩发育 (见图 1d), 通常是在含钙质较多水体的半深湖 —深湖环境下形成 ;5)白云岩与砂质泥岩 、泥质粉砂岩互层 (见图 1e),未见明显钙质 ,但可见碳质页岩 ,通常是在滨浅湖 —半深湖环境下形成的 ;6)与膏岩呈互层状产出 (见图 1g),为典型的湖相白云岩沉积 ,说明白云岩在盐湖环境下生成 ,与海相白云岩有相似之处 ;7)白云岩与喷流岩类玄武岩共生(见图 1h),这类白云岩也称为热液流体白云岩 。东营凹陷沙四时期断裂活动发育 ,受这种构造热液控制 ,大多数白云岩夹层处于晚期高位体系域中 ,这是由于晚期高位湖平面下降 ,导致局部地方暴露地表 ,长期蒸发作用导致 量分数增加 ,有利于白云岩化作用的发生 。图 1 东营凹陷沙四段湖相白云岩沉积结构剖面李得立 ,等 :东营凹陷沙四段湖相白云岩沉积特征及成因 4192010 年 7 月断 块 油 气 田3 白云岩成因类型东营凹陷沙河街组沙四段白云岩的主要类型有泥 砂屑白云岩 、鲕粒白云岩 、砂质白云岩 、粪球粒白云岩 、灰质白云岩 、生物白云岩及硬石膏质白云岩等 。这些不同种类的白云岩 ,结构上基本属于泥 含膏 )。 研究认为 ,这种湖相白云岩是准同生白云岩化的产物[8 近年来 ,也有人认为是由构造热液作用形成的[10 通过对白云岩薄片鉴定及岩石结构分析 ,认为东营凹陷白云岩夹层主要形成于准同生期的毛细管浓缩 、回流渗透作用及成岩期的热液作用 ,不同条件下形成的白云岩组构特征不同 。同生期白云岩准同生白云岩化主要形成泥 具有他形结构 。 由于沉积环境的差异 ,这种白云岩类型多样 ,其特征为 :1)白云岩化不彻底 ,灰质白云岩发育 ;2)陆源碎屑物质掺伴砂质白云岩较多 ,白云岩与陆源碎屑物质混合沉积 ,生物扰动构造明显 ,反映了沉积时湖水浑浊 、动荡 ,属于滩坝环境 ;3)膏质白云岩普遍 ;4)泥质成分较高的泥质白云岩发育 ,该地区白云岩与深灰色泥岩和页岩共生 ,发育于半深湖沉积环境 ,多数属于准同生期回流渗透作用形成 ;5)生物白云岩发育 。沙河街组生物灰岩主要为一些管状藻和介形虫组成的生物碎屑 ,常常由于准同生白云岩化作用形成白云岩 。岩期构造热液成因白云石该类白云岩主要分布在一些构造活动带 ,与岩浆活动伴生 。 岩性主要以泥晶白云岩 、藻纹层白云岩为主 ,多呈凝灰质泥 偶见黄铁矿 、天青石等 ,裂隙较发育 ,白云石被油浸染 。陈 7沙四段岩心分析可见天青石 ,说明白云岩成岩流体中 较富集 。4 云石晶体有序度白云石晶体有序度是描述白云石的基本数据 ,而白云石中 研究表明 ,白云石结晶速度和有序度直接受盐度和 a 的控制 。 也就是说 , 白云石有序度和 与盐度较高的蒸发盐相伴生的白云石 ,其 量分数较高 ,而 从前人研究的结果来看 ,湖相白云岩有序度普遍较低[6,12]。表 1 为东营凹陷沙四段部分井白云岩 X 衍射分析数据 。表 1 东营凹陷沙四段白云岩 X 衍射分析结果从表 1 可以看出 ,白云岩中的白云石有序度普遍较低 , 主要分布在 9%~50%,接近理想白云岩 。 硬石膏质白云岩 、泥 说明是蒸发台地环境下准同生白云岩化作用形成的 ;而砂质白云岩有序度稍高 ,反映了是在滩坝沉积环境回流渗透作用影响下缓慢结晶而形成的 。 其他白云岩有序度介于这两者之间 。量元素特征常量元素 判别氧化 、还原环境的敏感元素 ,以判断盐度和沉积环境[13]。 本研究主要选取的常量元素有 g、a、 K,对研究区 6 种不同类型的白云岩进行了常量元素分析 ,其结果见表 2。 从表 2 可以看出 ,泥晶白云岩 质量分数差别较大 ,总体上偏小 ,平均值略高于其他白云岩 ;量分数差别也较大 , 总体上偏大 ,说明沉积岩处于蒸发环境 ,而不是淡水环境 ;砂屑白云岩和砂质白云岩也具有高特点 ,这与陈中红等[14]分析的结果基本一致 ,说明是与混合沉积有关的滨浅湖滩坝沉积环境 。量元素地球化学特征微量元素在碳酸盐岩中可以判别沉积环境和研究成岩变化 ,根据每种微量元素的质量分数可以分析其成因 。 胡明毅等[15]指出 ,素在深水相中的质量分数较高 ,平均在 200×10 在浅水相中质量分数较低 ,平均在 100×10- 6以下 。 海水中 量分数较高 ,大气淡水中 量分数较低 ,湖相中 ,盐湖 量分数较高 。 本文对东营凹陷沙四段白云岩含有的微量元素质量分数特征进行了分析 。r 质量分数量分数普遍较高 。为了搞清楚白云岩高 特点 ,分别选取了能代表原生沉积环境的泥灰岩和后井号 深度 /m 岩性%白云岩有序度梁 9 6 5 石膏质白云岩 49 27 2 质岩 9 6 3 质微晶白云岩 50 04 2 物白云岩 50 6 1 屑白云岩 50 7 2 质粪球粒白云岩 49 7 卷第 4 期期构造活动引起的玄武岩作参照对比 。 从前人对该地区的研究来看[14],也证实了该地区白云岩具有较高的量分数 。 郑荣才等[3]对川东北地区飞仙关组白云岩进行成因研究时发现 ,构造热液白云岩形成的白云岩也在 上 。该区湖相灰岩的 量分数均值为 %,明显高于 [16]推导的正常海相灰岩 质量分数 最低的为砂质泥云岩 (,最高的为泥云岩 (%)。从已有的分析资料来看 ,量分数为 %。 在 6 类主要的白云岩中 ,量分数均值最大的是砂屑白云岩 (%),说明形成于滨浅湖环境 。泥晶白云岩的质量分数差别较大 ,最低为 %,明显低于正常灰岩 ,最高为 平均为 %。 砂质白云岩 量分数都较低 ,说明受到了淡水的影响 。 砂质粪球粒白云岩与砂质白云岩相似 ,具有回流渗透白云岩化特征 。 袁文芳等[17]认为 ,济阳坳陷沙河街组曾发生过海侵事件 ,这为东营凹陷沙河街组高 量分数提供了有力的证据 。n、n 质量分数东营凹陷沙四时期为一咸化 —半咸水环境 , 陈中红等[18]对东营凹陷古近系古化学场进行了研究 ,认为该时期湖水为高矿化度盐水 ,加之深部卤水的注入 ,增加了湖盆的盐度 。 碳酸盐岩成岩作用过程是一个 因此 ,从理论上来讲 ,白云岩化过程中 该地区原生灰岩 量分数较低 (,少数泥晶白云岩 量分数也较高 ,量分数较其他白云岩都高 ,量分数也较高 ,与玄武岩接近 ,说明这类白云岩是在较深水环境下形成的 ,与热液作用存在一定的关系 ;泥质白云岩 量分数和 量分数都较高 ,说明了该区白云岩曾处在还原环境 。另外 , 质量分数都比原生的泥灰岩高 ,这可能与准同生期的蒸发效应有关 ,是湖水浓缩作用造成的 。 需要注意的是 :微晶白云岩 量分数最低 ,这很可能是在埋藏过程中受到了低锰流体的影响 。 显然 ,玄武岩中 量分数也是比较低的 。泥灰岩 1 0泥晶白云岩 6砂质微晶白云岩 1 7砂质白云岩 1 g a 岩石类型 样品数常量元素质量分数 /%表 2 东营凹陷沙四段白云岩常量元素质量分数统计注 :玄武岩 、泥晶白云岩及泥质白云岩的 g、a、质量分数横线上面的是值的范围 ,横线下面的是平均值 。5 结论1)东营凹陷沙四段广泛发育湖相白云岩夹层 ,主要为泥 且多含灰质和泥质 ,白云岩化不彻底 。 在沉积序列上 ,与深湖碳质页岩 、滨浅湖粉砂岩及喷发类玄武岩共生 。2)白云石有序度普遍较低 , 量分数都较高 , 量分数较低 ,说明沙四段沉积时期为干旱 、咸化 、封闭的沉积环境 。3)东营凹陷沙四段白云岩夹层的主要成因是 :准同生毛细管浓缩 、回流渗透作用和晚期热液白云石化作用 。 毛细管浓缩作用形成的白云石通常含膏质和陆源碎屑 ,主要分布在滨湖以上沉积环境中 ;回流渗透作用形成的白云石含一些生物和碎屑 ,多发育生物白云岩和砂屑白云岩 ;晚期热液形成的白云石 ,可以形成凝灰质白云岩和充填裂缝间的中晶白云石 。李得立 ,等 :东营凹陷沙四段湖相白云岩沉积特征及成因 4212010 年 7 月断 块 油 气 田参 考 文 献[1] H, B, L. 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