CN110806405A - 一种确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法 - Google Patents

一种确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，包括以下步骤：步骤1、采集与筛选样品；步骤2、对样品进行储层岩石学特征分析；步骤3、对样品进行阴极发光分析；步骤4、对样品进行碳‑氧同位素与微量元素分析；步骤5、对样品进行激光原位碳酸盐矿物U‑Pb定年；步骤6、对样品进行热液活动年代分析。本发明具有前处理简单、测试周期短、数据精度高的有益效果。

Description

一种确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法
技术领域
本发明涉及油气地质勘探技术领域。更具体地说，本发明涉及一种确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法。
背景技术
碳酸盐岩是世界上最重要的油气储层，约40％的油气赋存在碳酸盐岩储层中。碳酸盐岩储层油气资源丰富，勘探潜力巨大。例如，北美密西根盆地、塔里木盆地、四川盆地等碳酸盐岩储层近些年的油气勘探都取得了最大的勘探突破，勘探潜力巨大。与碎屑岩沉积盆地对比，碳酸盐岩沉积盆地中的沉积储层流体活动频繁，热液流体在沉积盆地中十分普遍，对油气储层水岩作用反应具有重要的影响。热液活动对碳酸盐岩储层的影响较为复杂，建设性和破坏性的作用在不同地区不同层位都有体现。热液的强烈改造可以形成优质储层，例如热液白云岩化作用可以形成的热液白云岩储层，是我国塔里木盆地重要的油气储层类型。与此同时，热液流体也可以表现出较强的胶结作用，流体产物方解石、白云石充填于储层孔隙中，对储层发育不利。因此，对碳酸盐储层热液活动研究，对于揭示储层形成机制、指导勘探靶区优选都具有重要的意义。
热流体活动是碳酸盐岩盆地重要的研究内容，以往研究主要岩石微观分析和流体产物(方解石、白云石)碳、氧、锶同位素分析，判别流体期次、性质和活动范围，而对流体活动年代研究较少。热液活动年代是盆地流体研究领域具有挑战性的一个研究方向，然而热液年代却又也是一个不得不解决的问题。确定流体活动年代有利于精确恢复碳酸盐储层演化过程，揭示优势储层发育机理，查明盆地构造演化、流体活动、储层发育三者之间的关联性，进而有效指导油气勘探与靶区优选。在热液流体年代研究方面，以往研究主要使用流体包裹体法和自生矿物定年法。流体包裹体法在流体年代学中应用较为广泛，但该方法存在较大的不确定性，受影响的因素较多。包裹体往往具有多期次性，包裹体测温必须搞清楚包裹体形成的期次和序列，容易受到继承性包裹体的影响。尤其是在跨构造期的含油气盆地，构造事件相互叠加，恢复盆地埋藏史有难度，由此确定的流体活动时间精度较差。自生伊利石是热液流体的产物，对其展开年代学分析是确定热液活动历史的重要途径。但该方法属于一种间接方法，自生伊利石形成过程还受到流体温度、性质等其他因素的影响。此外，该方法主要应用于碎屑岩沉积盆地，并不适用于碳酸盐岩储层热液年代学研究。
综上所述，热液年代学分析对于揭示碳酸盐岩储层演化过程至关重要，但前期研究主要采用流体包裹体测温法，该技术受控因素多，精度有限，不能准确确定多期次热液活动年代。碳酸盐储层中发育的晚期方解石、白云石是热流体的直接产物，对其展开年代学研究是获得流体活动年代史的最直接的方法。然而方解石、白云石中U和Pb的含量较低，平均含量不到0.2ppm，为锆石等富铀矿物的1/1000至1/10000，给质谱测试带来较大的挑战。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，该方法以热液活动直接产物方解石或白云石为研究对象，采用激光测试，具有测试周期短、空间分辨率高(达100μm)、数据精度高的优势，可以精确确定多期次热液活动年代。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，包括以下步骤：
步骤1、采集与筛选样品；
步骤2、对样品进行储层岩石学特征分析；
步骤3、对样品进行阴极发光分析；
步骤4、对样品进行碳-氧同位素与微量元素分析；
步骤5、对样品进行激光原位碳酸盐矿物U-Pb定年；
步骤6、对样品进行热液活动年代分析。
优选的是，步骤1中采集的样品为碳酸盐岩储层样品，采集的样品是断面新鲜、未受后期蚀变或变质作用影响的贫有机物样品。
优选的是，步骤2中将样品切分为岩石薄片、铸体薄片后进行储层岩石学特征分析，确定围岩类型及储层发育特征，通过颜色、穿插关系，识别出热液成因的碳酸盐岩分布范围，并初步判定其形成期次。
优选的是，步骤3中对样品中白云石、方解石的胶结物展开进行阴极发光分析，确定热液活动的期次及各期热液产物的分布范围。
优选的是，步骤4中采用微钻获取碳酸盐岩储层中的白云石、方解石的胶结物样品，完成碳-氧同位素与微量元素分析，确定各期热液的物质来源和温度，进一步厘定热液的活动期次。
优选的是，步骤5中选取不同期次热液活动产物样品，完成样品激光靶制作，所述样品具有纯度高、期次清晰。
优选的是，所述的激光靶制作包括切样、灌胶、制靶、抛光、装靶过程。
优选的是，测试前对激光靶靶面进行清洗，清洗完成后在通风橱内自然晾干。
优选的是，在超净实验室完成U元素和Pb元素的测定。
优选的是，激光测试过程中，光斑大小为50～100μm，每期方解石样品测试激光点30～80个，测试数据包括238U/206Pb比值、207Pb/206Pb比值、U含量、Pb含量，测试数据经过Iolite软件处理后，再使用Isoplot软件计算得到年龄数据。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明通过对热液活动产物自生碳酸盐岩矿物定年确定碳酸盐岩储层热液活动年代，是一种直接确定热液活动历史的研究方法，与传统的间接定年技术相比，受影响因素少，具有前处理简单、测试周期短、数据精度高的优点。此外，该定年技术属于激光原位定年技术，空间分辨率高(达100μm)，可同时确定多期次热液活动年代。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法的流程图；
图2为本发明实施例的四川盆地灯影组碳酸盐岩储层白云石脉体；
图3为本发明实施例的四川盆地灯影组碳酸盐岩储层白云石微量元素分析结果；
图4为本发明实施例的四川盆地灯影组碳酸盐岩储层白云石脉体激光原位U-Pb年代学分析。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明提供一种确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、采集与筛选样品：系统采集研究区域的碳酸盐岩储层样品，采集样品的过程中保证所采集样品是断面新鲜、未受后期蚀变或变质作用影响的贫有机物样品。对含有脉状或孔洞充填型的方解石、白云石样品展开重点研究。
步骤2、对样品进行储层岩石学特征分析：将样品切分为岩石薄片、铸体薄片进行分析，确定围岩类型及储层发育特征，通过颜色、穿插关系，识别出热液成因的白云石或方解石分布范围，并初步判定其形成期次。
步骤3、对样品进行阴极发光分析：对碳酸盐岩储层中白云石、方解石的胶结物展开进行阴极发光分析，确定热液活动的期次及各期热液产物的分布范围。不同期次自生碳酸盐矿物在颜色、透明度、杂质含量上存在少许差异，通过岩石薄片可以查明热液活动期次。此外，碳酸盐矿物阴极发光性主要受控于晶格中的Fe2+、Mn2+的质量分数，根据自生碳酸盐矿物中Mn2+/Fe2+比值的不同，脉体在镜下呈现出不同强度的阴极光。早期形成的自生碳酸盐矿物Mn2+/Fe2+比值较低，阴极发光呈红色到暗红色；而晚期形成的自生碳酸盐矿物Mn2 +/Fe2+比值相对较大，阴极发光呈鲜红色到橙红色，据此可以完成热液活动期次及断裂活动期次划分。
步骤4、对样品进行碳-氧同位素与微量元素分析：采用微钻获取碳酸盐岩储层中的白云石、方解石的胶结物样品，完成碳-氧同位素同位素与微量元素分析，确定各期热液的物质来源和温度，进一步厘定热液的活动期次。不同期次的热液产物(自生碳酸盐矿物)在C-O同位素和微量元素成分上存在较大的差异。例如，早成岩阶段的白云石相比晚成岩阶段沉淀的白云石具有更高的Sr元素含量，却具有非常低的Fe、Mn元素含量。随着埋藏深度的增加，热液的还原性增强，因而深埋藏阶段形成的自生碳酸盐矿物具有较高的Fe、Mn元素含量。再如，不同期次热液的温度不同，因而C-O同位素组成必然存在差异。
步骤5、近年来，随着激光能量的增强和质谱仪精度的提高，激光原位碳酸盐岩U-Pb定年技术研发成功，具有测试周期短、空间分辨率高(达100μm)、测试精度高的优势，为盆地热液年代学分析提供了新的思路；激光原位碳酸盐矿物U-Pb定年技术：选取不同期次热液活动产物(方解石、白云石等)样品，完成样品激光靶制作。样品具有代表性，样品为纯度高、期次清晰的样品。激光靶的制作包括切样、灌胶、制靶、抛光、装靶等流程。自生碳酸盐矿物中U和Pb元素含量较低，在前期处理中需注意保持清洁，测试前需对靶面进行系统的清洗，清洗完成后在超净实验室通风橱内自然晾干，后期测试需要在超净实验室完成。根据前期热液期次分析结果，对各期次自生碳酸盐矿物展开年代学研究，不同期次的热液产物不能混淆。激光测试过程中，光斑大小通常为50～100μm，每期方解石样品测试激光点30～80个，测试数据包括238U/206Pb比值、207Pb/206Pb比值、U含量、Pb含量等。测试数据经过Iolite软件处理后，再使用Isoplot软件计算即可得到年龄数据。可以通过同一样品中多期次自生碳酸盐矿物的年代学系列分析，获得多期次自生碳酸岩矿物年代。激光原位碳酸盐矿物U-Pb定年技术空间分辨率很高(达100μm)，可用于同一储层样品中多期次热液产物展开系统的年代学分析，确定各期次热液产物年龄。
步骤6、热液活动年代分析：系统分析碳酸盐矿物碳-氧同位素、微量元素与激光原位碳酸盐矿物U-Pb定年结果，确定自生碳酸盐矿物期次及各期次年龄，查明每期热液的来源、温度与特征。
<实施例>
从四川盆地灯影组碳酸盐储层采集的白云石脉样品，如图2所示，经过显微构造和阴极发光分析，认为该脉体为一期热液活动产物，岩性为中粗晶鞍型白云石。白云石脉体成分均一，阴极发光结果未见多期活动现象。显微薄片分析显示该期白云石脉体纯净，适合开展年代学分析。利用微钻获取了该期白云石样品，进而完成碳-氧同位素和微量元素分析。碳-氧同位素分析结果为：δ13C＝-0.9‰，δ18C＝-9.3‰，与研究区其他期次热液产物(δ13C和δ18C数值在-0.4‰和-8.8‰附近)存在较大的差异，可视为单独一期热液活动产物。微量元素分析结果进一步验证该期白云石脉与研究区其他白云石脉体在成分上的差异。北美页岩标准化以后，待测样品重稀土元素含量明显高于轻稀土元素，而该区域其他白云石样品表现出相反的特征，轻稀土元素含量略微高于重稀土元素，如图3所示。综上所述，通过储层岩石学特征、阴极发光、碳-氧同位素与微量元素分析，发现该期中粗晶鞍型白云石脉体与其他白云石脉体在成分上具有较大的差异，为单独一期热液活动产物，通过激光原位白云石U-Pb年代学研究可以确定该期热液活动年代。激光原位激光方解石U-Pb定年测试在澳大利亚昆士兰大学放射性同位素超净实验室完成，测试仪器选用激光诱导多接收杯电感耦合等离子体质谱仪，配备RESOlution激光剥蚀系统，激光能量为3J.cm-2，单激光点测试时间为48s，其中激光剥蚀时间为25s。数据经过Iolite软件处理后，再使用Isoplot软件计算得到该期热液活动年代为520.5±9.2Ma(MSWD＝1.6)，测试结果如图4所示。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采集与筛选样品；
步骤2、对样品进行储层岩石学特征分析；
步骤3、对样品进行阴极发光分析；
步骤4、对样品进行碳-氧同位素与微量元素分析；
步骤5、对样品进行激光原位碳酸盐矿物U-Pb定年；
步骤6、对样品进行热液活动年代分析。
2.如权利要求1所述的确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，步骤1中采集的样品为碳酸盐岩储层样品，采集的样品是断面新鲜、未受后期蚀变或变质作用影响的贫有机物样品。
3.如权利要求1所述的确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，步骤2中将样品切分为岩石薄片、铸体薄片后进行储层岩石学特征分析，确定围岩类型及储层发育特征，通过颜色、穿插关系，识别出热液成因的碳酸盐岩分布范围，并初步判定其形成期次。
4.如权利要求1所述的确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，步骤3中对样品中白云石、方解石的胶结物展开进行阴极发光分析，确定热液活动的期次及各期热液产物的分布范围。
5.如权利要求1所述的确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，步骤4中采用微钻获取碳酸盐岩储层中的白云石、方解石的胶结物样品，完成碳-氧同位素与微量元素分析，确定各期热液的物质来源和温度，进一步厘定热液的活动期次。
6.如权利要求1所述的确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，步骤5中选取不同期次热液活动产物样品，完成样品激光靶制作，所述样品纯度高、期次清晰。
7.如权利要求6所述的确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，所述的激光靶制作包括切样、灌胶、制靶、抛光、装靶过程。
8.如权利要求7所述的确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，激光测试前对激光靶靶面进行清洗，清洗完成后在通风橱内自然晾干。
9.如权利要求8所述的确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，在超净实验室完成U元素和Pb元素的测定。
10.如权利要求8所述的确定碳酸盐岩储层热液活动年代的方法，其特征在于，激光测试过程中，光斑大小为50～100μm，每期方解石样品测试激光点30～80个，测试数据包括238U/206Pb比值、207Pb/206Pb比值、U含量、Pb含量，测试数据经过Iolite软件处理后，再使用Isoplot软件计算得到年龄数据。
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