CN111983189B - 一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，包括：（一）以四川盆地碳酸盐岩储层为对象，分别获取地质背景资料、经典野外地质露头剖面测量资料、钻测井资料、地震资料；（二）根据步骤（一）获取的资料，运用沉积学、石油地质学理论和多种地球化学测试分析，明确白云岩的基本地质特征，确定白云岩的类型、各类白云岩的岩石学以及分布规律；（三）根据各类白云岩的岩石学以及分布规律，分析各类白云岩的形态与形成机制和与膏盐岩之间的定量关系，最终确定耦合关系。本发明通过判断白云石化流体的来源、渗流方向、路径等研究，明确了层系的白云石化流体来源，定量与膏盐岩的耦合关系，这对于油气勘探来说，具有重要指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法。
背景技术
在碳酸盐岩地层中，优质的油气储层往往都经历了白云石化作用，油气大都富存在碳酸盐岩的白云岩储层中。四川盆地深层-超深层碳酸盐岩地层中发现白云岩发育与膏盐等蒸发岩伴生，且膏盐在其上或其下均有存在，这种现象表明白云岩的发育与膏盐沉积存在某种耦合关系。
目前，传统的技术手段大多都是分析膏盐岩层作为油气藏的封盖条件，同时膏盐岩层自身参与的TSR反应会生成硫化氢，从而改善储层的储集物性。但现有的技术手段并未对于膏盐岩与白云岩储层之间的这种密切关系进行深入研究，并且由于膏盐岩与白云岩非均质性极强，导致难以进行准确定量的分析。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，包括以下步骤：
（一）以四川盆地碳酸盐岩储层为对象，分别获取地质背景资料、经典野外地质露头剖面测量资料、钻测井资料、地震资料；
（二）根据步骤（一）获取的资料，运用沉积学、石油地质学理论和多种地球化学测试分析，明确白云岩的基本地质特征，确定白云岩的类型、各类白云岩的岩石学以及分布规律；
（三）根据各类白云园的岩石学以及分布规律，分析各类白云园的形态与形成机制和与膏盐岩之间的定量关系，最终确定耦合关系。
具体地，所述步骤（一）中，经典野外地质炉头剖面测量的方式为：在构造简单、露头连续分布、完整清楚、化石丰富、横向上覆盖少的地段，选择已获油气勘探突破地层膏盐岩-白云岩体系野外剖面进行精细实测。
具体地，所述步骤（二）中，所述的地球化学测试分析内容包括：（1）采用偏光显微镜观察白云岩和膏盐岩显微组构和矿物成分鉴定；（2）采用X-射线衍射鉴定白云石结构特征、白云石有序度及晶体不同部分Fe、Mn含量的变化；（3）运用阴极发光反映白云岩及膏盐岩的分类和成岩流体微环境变化；（4）采用电子探针分析白云岩和膏盐岩矿物，获得微区形貌图像以及构成元素的定量分析；（5）采用高分辨率扫描电镜观察白云岩和膏盐岩矿物超显微形态和结构；（6）地球化学研究；（7）包裹体研究。
具体地，所述的地球化学研究内容包括：（1）对白云岩和膏盐岩矿物开展常量和微量元素分析，研究成岩变化、古环境恢复、元素迁移规律、热液成因判别、热液物理化学条件、性质判别；（2）用稳定同位素分析白云岩古环境及示踪碳源，判断流体性质及来源；（3）对白云石开展Mg同位素分析，研究古环境并示踪镁离子来源。
进一步地，通过C、O同位素分析白云岩的古环境及示踪碳源，判断流体性质及来源。
再进一步地，采用MC-ICP-MS 溶液法分析Mg同位素，研究古环境、示踪热液来源及镁离子源。
具体地，所述的包裹体研究具体是指：对白云岩中的包裹体进行均一温度、冰点温度及盐度测定，厘清白云石化流体的性质、温度，并运用拉曼光谱测定白云岩中流体包裹体的气相和液相成分，最后综合分析白云石化流体的物质组成和物质来源。
进一步地，采用冷热台系统测定白云岩流体包裹体均一温度和盐度。
再进一步地，采用冷热台系统结合激光共焦显微拉曼光谱仪进行流体包裹体激光拉曼分析，测定白云岩中流体包裹体气相和液相成分。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明在综合分析整理地质背景资料、经典野外地质露头剖面测量资料、钻测井资料、地震资料的基础上，运用沉积学、石油地质学理论和多种地球化学测试分析（包括：运用白云化流体追踪技术，包含碳氧同位素分析白云岩的古环境及判断流体性质及来源；运用微量元素和稀土元素进行白云岩成岩变化、古沉积环境、元素迁移规律、热液物理化学条件等分析；运用流体包裹体测定白云岩流体均一温度和盐度；运用激光拉曼分析测定白云岩流体包裹体气相和液相成分；运用镁同位素示踪形成白云岩的镁离子来源，确定白云石化流体来源及运移路径），在确定白云岩的类型、各类白云岩的岩石学以及分布规律后，最终可以定量分析膏盐岩与白云岩的耦合关系。本发明设计的方案具有分析准确、分析完整、可靠性强的特点，很好地提高了膏盐岩与白云岩成因关系的判识工作效率。
（2）本发明设计合理、逻辑严谨，各环节环环相扣、相辅相成，同时，基于这种构思，本发明深入整合了多种仪器设备的运用，充分保证了各类数据的准确性，进一步提升了整体分析的有效性和可靠性，为准确定量分析超深层膏盐岩与白云岩的耦合机制提供了良好的保障。
具体实施方式
本发明提供了一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，其是以四川盆地碳酸盐岩储层为对象，定量分析超深层膏盐岩与白云岩的耦合机制，原因在于，在四川盆地深层-超深层碳酸盐岩地层中发现白云岩发育与膏盐等蒸发岩伴生，且膏盐在其上或其下均有存在。这种现象表明白云岩的发育与膏盐沉积存在某种耦合关系，深入分析膏盐层系中白云岩成岩流体性质，确定膏盐沉积流体与白云岩成岩流体时空耦合关系，可以为白云化机理研究奠定基础。
本发明的研究和分析思路如下：
①含膏盐层系中白云岩成岩流体分析
白云岩成岩作用除了受沉积物（或岩石）本身性能、矿物组分、结构以及构造等因素影响外，还受一定地质条件下温度、压力、孔隙流体的成分和性能等因素控制。根据盆地含膏层系白云岩普遍发育的地质现象，开展盆地多层系已钻井或野外露头膏盐岩与白云岩纵横向分布大数据统计工作，落实盆地含膏盐层系沉积相展布，分析沉积盆地流体浓度时空关系；开展沉积盆地含膏层系中白云岩物质组分、结构、有序度、常量元素、微量元素、碳-氧-锶-钙-镁同位素分析，可以综合分析不同时空条件下白云岩流体性质。
②膏盐沉积与白云岩成岩耦合机制探讨
（A）不同时空下盆地流体对白云岩组构影响分析
碳酸盐沉积物在成岩作用过程中形成的胶结物主要是方解石、镁方解石和文石，一些研究者认为不同矿物形成是与流体中Mg/Ca比值有密切关系，其中大气水的Mg/Ca为0.3，海水为5.2。海水蒸发作用时，溶液的浓度就会发生变化，当浓度达到石膏沉淀浓度时，Ca在溶液中减少；当浓度达到石盐沉淀的饱和度时，Na和Cl逐渐减少；浓度进一步增加，硫酸镁和光卤石沉淀，会使Mg、K、Na降低；因此当蒸发到石盐饱和度的卤水是强烈地富含Mg的卤水，该卤水促进白云石化作用产生。
（B）不同时空下盆地流体对白云岩微量元素影响分析
碳酸盐沉积物和岩石中有众多的微量元素，通常是Mn、Fe、Sr、Na（K)微量元素含量不仅与沉积环境有关，同时也与成岩作用环境有关。
（C）不同时空下盆地流体对白云岩碳氧锶同位素影响分析
研究表明，若白云岩δ18O＜海水δ18O，白云岩δ13C＜海水δ18c，其形成条件是埋藏条件形成或早期成岩的新生变形作用；若白云岩87 Sr /86 Sr =海水87 Sr /86 Sr，为近地表白云石化作用；若白云岩∈Nd＜海水∈Nd，为埋藏条件下白云石化作用；若白云岩∈Nd = 海水∈Nd，为近地表白云石化作用。
根据以上分析，建立不同时空膏盐沉积背景条件下，含膏层系中白云岩组构、常量元素、微量元素、碳氧锶稳定同位素特征，可以落实其成岩流体性质，探讨膏盐沉积与白云岩成岩耦合机制。
③四川盆地不同层系白云岩的Mg来源及白云石化流体演化路径
由于缺乏直接的沉积学/地球化学证据，对古代白云岩的Mg来源及白云石化流体演化路径的研究一直以来存在很大争议。因此，本发明对相应层位的典型野外剖面进行精细解剖，结合钻井岩心资料，开展白云岩Mg同位素组成的纵、横向对比分析，结合Mg同位素数值模拟，示踪不同层系白云岩的Mg来源及白云石化流体演化路径沉积相及海平面变化对白云石化过程的控制。
④四川盆地海相白云岩中包含了不同类型，形成于不同沉积环境的白云岩。通过对不同沉积相白云岩Mg同位素体系的系统研究，可以对形成于不同沉积相的白云岩的成因机制进行定量分析，识别其白云石化过程，探讨沉积相对白云石化作用类型的控制作用，建立白云石化过程与沉积相的耦合关系，进一步确定海平面变化对白云石化过程的控制。
⑤不同层系白云岩的形成机理
综合前两项研究内容，对不同层系、不同类型白云岩的形成机理进行研究：首先根据Mg来源和白云石化流体演化路径，判断白云石化模式（同一层系可能存在多种白云石化模式）；然后根据沉积相及海平面变化与白云石化过程的关系研究，建立不同类型白云石化过程在不同时空尺度上的叠置关系，厘清不同层系白云岩的具体白云石化机理。
综上研究思路，下面对本发明作进一步说明。
本发明的主要流程如下：
（一）以四川盆地碳酸盐岩储层为对象，分别获取地质背景资料、经典野外地质露头剖面测量资料、钻测井资料、地震资料；
（二）根据步骤（一）获取的资料，运用沉积学、石油地质学理论和多种地球化学测试分析，明确白云岩的基本地质特征，确定白云岩的类型、各类白云岩的岩石学以及分布规律；
（三）根据各类白云岩的岩石学以及分布规律，分析各类白云岩的形态与形成机制和与膏盐岩之间的定量关系，最终确定耦合关系。
在步骤（一）中，经典野外地质露头剖面测量的方式为：在构造简单、露头连续分布、完整清楚、化石丰富、横向上覆盖少的地段，选择已获油气勘探突破地层膏盐岩-白云岩体系野外剖面进行精细实测。
而在步骤（二）中，地球化学测试分析内容包括：（1）采用偏光显微镜观察白云岩和膏盐岩显微组构和矿物成分鉴定（本实施例采用了德国Leica 公司生产DM4500P偏光显微镜进行鉴定）；（2）采用X-射线衍射鉴定白云石结构特征、白云石有序度及晶体不同部分Fe、Mn含量的变化（本实施例采用了日本产Rigaku D/Max IIIC Ｘ-射线衍射仪进行鉴定）；（3）运用阴极发光反映白云岩及膏盐岩的分类和成岩流体微环境变化（本实施例采用了英国CITL 公司生产的CL8200 Mk5-2型阴极发光显微系统对白云岩进行阴极荧光成像分析）；（4）采用电子探针分析白云岩和膏盐岩矿物，获得微区形貌图像以及构成元素的定量分析（本实施例采用了日本EPMA-17200H Series型电子探针微区分析仪，元素分析范围：5B-92U，分析精度：主元素可达到≤1%）；（5）采用高分辨率扫描电镜观察白云岩和膏盐岩矿物超显微形态和结构（本实施例采用美国FEI 公司Quanta250 FEG 型场发射扫描电子显微镜，分辨率最高可达1.2nm，最大放大倍数可达100万倍，并可即时成像）；（6）地球化学研究；（7）包裹体研究。
其中，地球化学研究内容包括：（1）对白云岩和膏盐岩矿物开展常量和微量元素分析，研究成岩变化、古环境恢复、元素迁移规律、热液成因判别、热液物理化学条件、性质判别（本实施例采用PerkinElmer Elan DRC-e电感耦合等子体质谱仪对白云岩和膏盐岩矿物开展常量和微量元素分析）；（2）通过C、O同位素分析白云岩的古环境及示踪碳源，判断流体性质及来源（本实施例采用Finnigan MAT 253 IRMS气体同位素质谱仪，并连接GasBenchII、TC/EA元素分析仪和GC气相色谱仪Conflo Ⅳ装置进行C、O同位素测定和分析）；（3）对白云石开展Mg同位素分析，研究古环境并示踪镁离子来源（本实施例采用MC-ICP-MS 溶液法分析Mg同位素，仪器选用Neptune MC-ICP-MS，具有高分辨率、高精度、高准确度特点，并有相配套的超过250m2的超净化空间）。
包裹体研究则具体指对白云岩中的包裹体进行均一温度、冰点温度及盐度测定（本实施例采用英国Linkam 公司THMSG-600 型冷热台系统，可研究矿物中的流体包裹体在-190℃～600℃范围的相态变化），厘清白云石化流体的性质、温度，并运用拉曼光谱测定白云岩中流体包裹体的气相和液相成分（本实施例采用英国Linkam 公司THMSG-600 型冷热台系统与英国Renishaw inVia系列新型激光共焦显微拉曼光谱仪结合测定白云岩中流体包裹体气相和液相成分），最后综合分析白云石化流体的物质组成和物质来源。
本发明通过判断白云石化流体的来源、渗流方向、路径等研究，明确了层系的白云石化流体来源，定量与膏盐岩的耦合关系，这对于油气勘探来说，具有重要指导意义。因此，相比现有的技术手段来说，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)以四川盆地碳酸盐岩储层为对象，分别获取地质背景资料、经典野外地质露头剖面测量资料、钻测井资料、地震资料；
(二)根据步骤(一)获取的资料，运用沉积学、石油地质学理论和多种地球化学测试分析，明确白云岩的基本地质特征，确定白云岩的类型、各类白云岩的岩石学以及分布规律；
(三)根据各类白云岩的岩石学以及分布规律，分析各类白云岩的形态与形成机制和与膏盐岩之间的定量关系，最终确定耦合关系；
所述步骤(一)中，经典野外地质露 头剖面测量的方式为：在构造简单、露头连续分布、完整清楚、化石丰富、横向上覆盖少的地段，选择已获油气勘探突破地层膏盐岩-白云岩体系野外剖面进行精细实测；
所述步骤(二)中，所述的地球化学测试分析内容包括：(1)采用偏光显微镜观察白云岩和膏盐岩显微组构和矿物成分鉴定；(2)采用X-射线衍射鉴定白云石结构特征、白云石有序度及晶体不同部分Fe、Mn含量的变化；(3)运用阴极发光反映白云岩及膏盐岩的分类和成岩流体微环境变化；(4)采用电子探针分析白云岩和膏盐岩矿物，获得微区形貌图像以及构成元素的定量分析；(5)采用高分辨率扫描电镜观察白云岩和膏盐岩矿物超显微形态和结构；(6)地球化学研究；(7)包裹体研究。
2.根据权利要求1所述的一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，其特征在于，所述的地球化学研究内容包括：(1)对白云岩和膏盐岩矿物开展常量和微量元素分析，研究成岩变化、古环境恢复、元素迁移规律、热液成因判别、热液物理化学条件、性质判别；(2)用稳定同位素分析白云岩古环境及示踪碳源，判断流体性质及来源；(3)对白云石开展Mg同位素分析，研究古环境并示踪镁离子来源。
3.根据权利要求2所述的一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，其特征在于，通过C、O同位素分析白云岩的古环境及示踪碳源，判断流体性质及来源。
4.根据权利要求3所述的一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，其特征在于，采用MC-ICP-MS溶液法分析Mg同位素，研究古环境、示踪热液来源及镁离子源。
5.根据权利要求1所述的一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，其特征在于，所述的包裹体研究具体是指：对白云岩中的包裹体进行均一温度、冰点温度及盐度测定，厘清白云石化流体的性质、温度，并运用拉曼光谱测定白云岩中流体包裹体的气相和液相成分，最后综合分析白云石化流体的物质组成和物质来源。
6.根据权利要求5所述的一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，其特征在于，采用冷热台系统测定白云岩流体包裹体均一温度和盐度。
7.根据权利要求5所述的一种定量分析超深层膏盐岩与白云岩耦合机制的方法，其特征在于，采用冷热台系统结合激光共焦显微拉曼光谱仪进行流体包裹体激光拉曼分析，测定白云岩中流体包裹体气相和液相成分。
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