CN113109891A - 重建沉积盆地地质流体演化历史的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种重建沉积盆地地质流体演化历史的方法，属于地质学领域。该方法基于微区原位测试技术与流体包裹体的耦合分析，通过对不同期次的碳酸盐胶结物的共生序列关系、形成温度和流体盐度信息、物质来源信息和形成时间进行整合重建了沉积盆地地质流体演化历史。与传统方法相比，该方法重建的地质流体演化历史结果不受盆地建模结果的影响，具有空间分辨率高的特征，可以实现对多期地质流体事件的精确厘定，特别是对于一些深层古老叠合盆地地质流体演化历史的重建，表现有无可比拟的优越性。
Description
技术领域
本发明属于地质学领域，涉及一种重建沉积盆地地质流体演化历史的方法，尤其涉及一种基于微区原位测试技术与流体包裹体的耦合分析重建沉积盆地地质流体演化历史的方法。
背景技术
地质流体是沉积盆地中最活跃的介质营力，对沉积岩的成岩改造以及油气藏中油气的运移和聚集具有重大影响。重建沉积盆地中地质流体的演化过程对于评估储层质量以及降低石油勘探风险至关重要。通常，利用胶结物与宿主沉积岩石之间的接触关系以及不同胶结物的共生序列关系可以有效确定地质流体活动的发生幕次，以及根据胶结物的晶体形态、分布模式和地球化学特征可以明显区分不同胶结物的物质来源。流体包裹体分析与盆地建模的耦合方法，即将流体包裹体均一温度数据直接投影到盆地埋藏史曲线来获得流体活动年龄，是沉积盆地地质流体演化历史分析的通用做法。但该方法在研究具有复杂构造地质背景沉积盆地中的流体演化历史却存在诸多不确定性和多解性。因为：(1)由于流体包裹体的保存机制、再平衡作用和测试流程的缺陷，导致无法获得真实的均一温度和盐度数据，可能会造成对地质流体活动事件的错误解释；(2)盆地模拟需要的地质参数往往存在较大不确定性(包括古构造、古热流值以及地层数据)，进一步影响地质流体活动事件解释的准确性。尤其针对一些叠合盆地，往往具有形成年代古老、地层埋深大和经历多期构造以及流体活动事件的特征，早期的流体活动记录常被晚期的地质事件所掩盖，造成其流体演化历史恢复极其困难。
因此，针对沉积盆地地质流体演化历史传统分析方法所存在的问题，建立一种有效且高精度的(特别适用于古老叠合盆地)的地质流体演化历史分析方法，是当前急需解决的一项技术问题。
发明内容
本发明提供了一种重建沉积盆地地质流体演化历史的分析方法，该方法在重建地质流体演化历史的过程中不受盆地建模结果的影响，具有空间分辨率高的特征，可实现对多期地质流体事件的精确厘定，特别对于一些古老叠合盆地地质流体演化历史的重建，表现有无可比拟的优越性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种重建沉积盆地地质流体演化历史的分析方法，包括如下步骤：
选取研究区目的层系典型的碳酸盐岩或者碎屑岩样品，并对所选取的岩石样品开展岩相学研究，厘定碳酸盐胶结物的共生序列关系；
对不同期次的碳酸盐胶结物开展流体包裹体岩相学观察以及显微测温分析，得到相应期次碳酸盐胶结物的形成温度以及对应流体的盐度信息；
对不同期次的碳酸盐胶结物开展微区原位锶同位素分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的物质来源信息；
对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位U-Pb定年分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成时间；
结合上述针对不同期次的碳酸盐胶结物的共生序列关系、形成温度和流体盐度信息、物质来源信息和形成时间，重建沉积盆地地质流体的演化历史。
作为优选，所述典型的碳酸盐岩或者碎屑岩样品为碳酸盐胶结物相对发育的岩样。
作为优选，对所选取的岩石样品开展岩相学研究具体为：
将岩石样品处理成岩石薄片，通过对其中的碳酸盐胶结物的类型、期次以及共生序列关系进行识别与划分，厘定出不同期次碳酸盐胶结物的共生序列关系。
作为优选，对不同期次的碳酸盐胶结物进行开展流体包裹体岩相学观察以及显微测温分析具体为：
将岩石样品处理成双面剖光的包裹体厚片，对其开展流体包裹体岩相学观察，确定每期碳酸盐胶结物中原生流体包裹体的分布区域；
对每期碳酸盐胶结物中的原生流体包裹体开展显微测温分析，得到流体包裹体的均一温度和冰点数据，并根据公式将冰点数据换算成的盐度数据，从而得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成温度以及对应流体的盐度信息。
作为优选，对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位锶同位素分析具体为：
将岩心样品处理成双面剖光的探针片或者样品靶，通过激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪得到每期碳酸盐胶结物的锶同位素比值信息，进而分析得到对应期次碳酸盐胶结物的物质来源。
作为优选，对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位U-Pb定年分析具体为：
将岩心样品处理成剖光的探针片或者样品靶，通过激光剥蚀(La)与多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)或者高分辨单接收电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)联用分析，得到不同期次碳酸盐胶结物的U-Pb模式年龄，该年龄即代表对应期次碳酸盐胶结物的形成时间。
作为优选，所述碳酸盐胶结物为方解石或者白云石胶结物。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供了一种重建沉积盆地地质流体演化历史的方法，与传统方法相比，该方法在重建地质流体演化历史过程中不受盆地建模结果的影响，具有空间分辨率高的特征，可以实现对多期地质流体事件的精确厘定，特别是对于一些古老叠合盆地地质流体演化历史的重建，表现有无可比拟的优越性。
附图说明
图1为本发明实施例的重建沉积盆地地质流体演化历史的方法流程图；
图2为本发明实施例的方解石胶结物岩相图；
图3为本发明实施例的C1-C5方解石胶结物中原生流体包裹体均一温度与盐度交会图；
图4为本发明实施例的C1-C5方解石胶结物的形成模式图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种重建沉积盆地地质流体演化历史的方法，其流程图如图1所示，具体包括如下步骤：
S1：选取研究区目的层系典型的碳酸盐岩或者碎屑岩样品，对所选取的岩石样品开展岩相学分析，厘定不同期次碳酸盐胶结物的共生序列关系
上述步骤中，在碳酸盐岩或者碎屑岩样品的取样过程中，优先采集碳酸盐胶结物相对发育的岩石样品。将采集的样品处理成岩石薄片，通过偏光显微镜以及阴极发光等实验设备，划分岩石中的碳酸盐胶结物类型、期次以及共生序列关系，为后期的分析测试做准备。
S2：对不同期次的碳酸盐胶结物开展流体包裹体岩相学观察以及显微测温分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成温度以及对应流体的盐度信息。
上述步骤中，将岩心样品处理成双面剖光，厚度近80μm的包裹体厚片，通过光学显微镜开展流体包裹体岩相学观察，确定每期碳酸盐胶结物中原生流体包裹体的分布区域。
在此基础上，利用偏光显微镜与冷热台等设备，开展流体包裹体显微测温分析，得到流体包裹体的均一温度和冰点数据，并根据冰点与盐度的换算公式(盐度(wt.％)＝0.00+1.78A-0.0442×A2+0.000557×A3，其中A指的是冰点数据的绝对值)，将冰点数据换算成盐度数据，即可确定不同期次碳酸盐胶结物的形成温度以及对应地质流体的盐度信息。
需要说明的是，为了保证流体包裹体数据的可靠性，包裹体分析过程中考虑流体包裹体的再平衡作用以及显微测温学流程的优化。流体包裹体岩相学观察过程中，优先选择形状相对规则的、气液比相对一致的原生盐水包裹体。显微测温过程中按照先测均一温度，后测冰点的顺序开展。根据得到的均一温度和冰点结果，如果均一温度和冰点温度变化太大，如同一流体包裹体组合中均一温度变化大于15℃或者冰点温度变化大于5℃，说明这些流体包裹体可能发生了再平衡作用，应对这些流体包裹体数据进行剔除。
S3：对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位锶同位素分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的物质来源信息。
上述步骤中，将岩心样品处理成剖光的的探针片(～100μm)或者样品靶，通过激光剥蚀-(多接收-)电感耦合等离子体质谱仪(LA-(MC-)ICP-MS)开展分析，得到不同期次碳酸盐胶结物的锶同位素比值。
由于碳酸盐矿物中锶同位素比值的主要取决于矿物沉淀时地质流体中的锶同位素比值，因此，通过测定碳酸盐胶结物中的锶同位素比值就可以反演出对应时期地质流体的锶同位素比值。
通常，地质流体中的锶同位素组成主要受壳源和幔源两个来源锶的混合物。壳源锶主要为大陆古老岩石风化锶，其比值接近0.712；而幔源锶主要来自洋中脊热液系统，其估计值为0.703。因此，我们可以将不同期次碳酸盐胶结物的锶同位素比值与上述两个锶源进行比较，判断与上述两个锶源的接近程度，从而确定不同期次碳酸盐胶结物的主要物质来源。如果碳酸盐胶结物中锶同位素组成与壳源端元锶比值比较接近，说明其主要来自壳源锶，反之亦然。
S4：对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位U-Pb定年分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成时间。
上述步骤中，将岩心样品处理成剖光的探针片(～100μm)或者样品靶，通过激光剥蚀(La)与多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)或者高分辨单接收电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析联用，得到每期不同期次碳酸盐胶结物的U-Pb模式年龄，该年龄即代表对应期次的碳酸盐胶结物的形成时间。
上述方法的基本原理是利用样品中放射性的238U和235U通过一系列的衰变反应产生206Pb和207Pb，从而引起Pb同位素异常来计算样品的地质年龄。其一般的衰变方程为：
206Pbm＝206Pbi+238U(eλ238t-1)， (1)
207Pbm＝207Pbi+235U(eλ235t-1) (2)
上述(1)和(2)两式中206Pbm和207Pbm分别代表矿物或者岩石中现今的Pb同位素含量，238U和235U为矿物或者岩石中现今的U同位素含量，206Pbi与207Pbi分别代表矿物或者岩石形成时最初具有的206Pb与207Pb的含量，λ238和λ235分别对应于238U和235U的衰变常数，t是矿物或者岩石形成后的年龄。
S5：综合上述不同期次的碳酸盐胶结物的共生序列关系、形成温度和地质流体盐度信息、物质来源信息和形成时间，重建沉积盆地的地质流体演化历史。
上述步骤中，根据得到的实验测试结果，归纳不同期次碳酸盐胶结物的形成时间和温度、物质来源以及对应地质流体的盐度信息，就可以反演出对应期次方解石胶结物形成时的地质流体信息(比如温度、盐度以及物质来源等)，从而重建沉积盆地中地质流体的演化历史。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的重建沉积盆地地质流体演化历史的方法，以下将以塔里木盆地塔河油田奥陶系碳酸盐岩样品进行分析说明。
对于塔里木盆地塔河油田奥陶系碳酸盐岩样品的分析，主要包括以下几步骤：
第一步：对研究区目的层系的典型碳酸盐岩或者碎屑岩样品进行取样，对所取样的碳酸盐胶结物进行岩相学分析，厘定不同期次的碳酸盐胶结物的共生序列关系。
本次分析测试中，选取塔河油田奥陶系鹰山组储层中碳酸盐胶结物相对发育的碳酸盐岩样品。将选取的岩样处理成岩石薄片，通过光学显微镜以及阴极发光等实验设备，划分岩石中碳酸盐胶结物的类型、期次以及共生序列关系。
如图2所示，图中脉体共识别出5期不同的方解石胶结物，依次被命名为C1-C5。C1方解石胶结物表现为叶片状晶体形态，长轴垂直于围岩(HR)，并发深橙色光。C2方解石胶结物在C1胶结物的基底上生长，且两期胶结物之间被“尘边”(DR)所隔开。C2方解石胶结物主要由发橙色光的菱形方解石晶体构成。C3方解石胶结物由发深橙色光的自形到他形方解石晶体构成。C4方解石胶结物主要出现在C1和C5方解石胶结物之间，其主要由发亮橙色光的块状或镶嵌状的方解石集合体构成。少量的C4方解石自形晶体也存在于C3内的溶蚀孔隙中，并作为C1方解石胶结物内的裂缝填充物出现。C5方解石胶结物出现在C4方解石胶结物和围岩之间，并且也由块状或镶嵌状的方解石集合体构成。它显示出橙色光，并带有少量深红色斑点。此外，固体沥青(B)也被发现，主要出现在C3方解石胶结物的溶蚀孔隙中、C1和C4方解石胶结物和C4和C5方解石胶结物边界处。
第二步：对不同期次的碳酸盐胶结物进行流体包裹体分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成温度以及对应地质流体的盐度信息。
将上述步骤中获得的岩心样品处理成双面剖光的包裹体厚片(～80μm)，通过光学显微镜开展流体包裹体岩相学观察，确定每期碳酸盐胶结物中原生流体包裹体的分布区域，在此基础上，利用偏光显微镜与冷热台等设备，开展流体包裹体的显微测温研究，得到流体包裹体的均一温度和冰点数据，并根据冰点与盐度的换算公式(盐度(wt.％)＝1.78×A-0.0442×A2+0.000557×A3，A指的是冰点数据的绝对值)，将冰点数据换算成盐度数据。如图3所示，从C1到C5方解石胶结物中的原生盐水包裹体的均一温度(Th)分别在46.5-118.6℃、50.8-112.5℃、58.5-106.5℃、86.5-114.6℃和103.7-161.3℃范围内，相对应的盐度分别为19.8-22.9wt.％、14.8-18.3wt.％、12.0-16.7wt.％、7.6-9.9wt.％和5.1-6.7wt.％。整体表现出随着C1-C5方解石胶结物的不断生成，其形成温度逐渐升高，而对应的流体盐度逐渐降低。
第三步：对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位锶同位素分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的物质来源信息。
本步骤中，将岩心样品处理成剖光的的探针片(～100μm)或者样品靶，通过激光剥蚀-(多接收-)电感耦合等离子体质谱仪(LA-(MC-)ICP-MS)得到每期碳酸盐胶结物的锶同位素比值。
如表1所示，C1至C5方解石胶结物的锶同位素比值平均值分别在0.70835、0.71030，0.71042，0.70918以及0.70910。围岩的锶同位素比值范围为0.70881。其中，C1方解石锶同位素与石炭纪杜内期的同时期的海水锶同位素组成相近，其形成可能与该时期的海水有关。C2和C3方解石胶结物其值大于围岩的锶同位素比值(0.70881)，并与壳源锶值(0.712)接近，可能代表其形成过程中存在大气淡水的参与。C4和C5方解石胶结物锶同位素与围岩的锶同位素接近，可能代表其形成与原水海水有关。
表1塔里木盆地塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层C1-C5方解石脉体锶同位素比值以及U-Pb模式年龄
| 期次 | <sup>87</sup>Sr/<sup>86</sup>Sr | 年龄 | 1σ |
| C1 | 0.70835 | 353.01 | 2.66 |
| C2 | 0.71030 | 336.42 | 1.60 |
| C3 | 0.71042 | 336.34 | 3.33 |
| C4 | 0.70918 | 325.82 | 3.74 |
| C5 | 0.70910 | 315.52 | 3.22 |
| HR | 0.70881 | 470.80 | 2.27 |
第四步：对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位U-Pb定年分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成时间。
本步骤中，将岩心样品处理成剖光的探针片(～100μm)或者样品靶通过激光剥蚀(La)与多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)或者高分辨单接收电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)联用分析，得到不同期次碳酸盐胶结物的U-Pb模式年龄，该年龄即代表对应期次的碳酸盐胶结物的形成时间。如表1所示，C1方解石胶结物获得的模式年龄为353.01±2.66Ma(1σ)。C2和C3方解石胶结物获得的模式年龄比较接近，分别为336.42±1.60Ma和336.34±3.33Ma。C4方解石胶结物的模式年龄为325.82±3.74Ma，而C5方解石胶结物的模式年龄为315.52±3.22Ma。此外，围岩获得的模式年龄为470.80±2.27Ma，与其生物地层年龄比较一致。
第五步：综合上述不同期次的碳酸盐胶结物的共生序列关系、形成温度和地质流体盐度信息、物质来源信息和形成时间，重建沉积盆地的地质流体演化历史。
上述步骤中，根据得到的实验测试结果，归纳不同期次碳酸盐胶结物的形成时间和温度、物质来源以及对应地质流体的盐度信息，就可以反演出对应期次方解石形成时的地质流体信息(比如温度、盐度以及物质来源等)，从而重建沉积盆地中地质流体的演化历史。
如图4所示，C1方解石胶结物形成时间为535.01Ma，其形成温度为46.5℃，对应地质流体盐度为21.5wt.％，其锶同位素比值与石炭纪杜内期的海水锶同位素比值比较相近，说明其形成可能与该流体有关；C2和C3两期方解石胶结物的形成时间比较接近，分别为336.42Ma和336.34Ma，其形成温度分别为50.8℃和58.5℃，对应地质流体的盐度分别为17.0wt.％和14.0wt.％，其锶同位素比值大于围岩的锶同位素比值，并与壳源锶比值比较接近，说明在其形成过程中可能存在大气淡水的参与；C4方解石胶结物的形成时间为325.82Ma，其形成温度为86.5℃，对应地质流体的盐度分别为9.1wt.％，其锶同位素比值与围岩的锶同位素比值比较接近，说明其形成过程中有原生海水的参与；C5方解石胶结物的形成时间为315.52Ma，其形成温度为103.7℃，对应地质流体的盐度分别为5.8wt.％，其锶同位素比值与围岩的锶同位素比值更加接近，说明原生海水在其形成过程中起到了更加重要的作用。
从C1到C5方解石胶结物的形成过程来看，整体表现出随着埋深加大(方解石形成温度升高)，其对应的地质流体盐度呈逐渐降低的趋势。据此，我们可以重建该盆地在距今353.01-315.52Ma的时间范围内地质流体的演化情况。在距今353.01Ma附近，该沉积盆地受到石炭纪杜内期海水的影响，地层中发育了C1方解石胶结物；而在距今336.42-336.34Ma附近，该沉积盆地受到了大气淡水的侵入，相继形成了C2和C3两期方解石胶结物；之后，随着上覆地层的增加，该盆地地层受到大气淡水的影响变小，方解石的形成主要受地层中保留下来的原生海水的影响，并分别在距今325.82Ma和315.52Ma附近沉积了C4和C5两期不同的方解石胶结物。
Claims (7)
1.一种重建沉积盆地地质流体演化历史的方法，其特征在于，包括如下步骤：
对研究区目的层系的典型碳酸盐岩或者碎屑岩样品进行取样，对所取样的碳酸盐胶结物进行岩相学分析，厘定不同期次的碳酸盐胶结物的共生序列关系；
对不同期次的碳酸盐胶结物进行流体包裹体分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成温度以及对应时期流体的盐度信息；
对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位锶同位素分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的物质来源信息；
对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位U-Pb定年分析，得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成时间；
结合上述针对不同期次的碳酸盐胶结物的共生序列关系、形成温度和流体盐度信息、物质来源信息和形成时间，重建沉积盆地的地质流体演化历史。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述典型碳酸盐岩或者碎屑岩样品为碳酸盐胶结物相对发育的岩心样品。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所取样的碳酸盐胶结物进行岩相学分析具体为：
将岩心样品处理成岩石薄片，通过对岩石薄片中的碳酸盐胶结物的类型、期次以及共生序列关系进行划分，厘定不同期次的碳酸盐胶结物的共生序列关系。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对不同期次的碳酸盐胶结物进行流体包裹体分析具体为：
将岩心样品处理成双面剖光的包裹体厚片，对所得包裹体厚片进行岩相学观察，确定每期碳酸盐胶结物中原生流体包裹体的分布区域；
对每期碳酸盐胶结物中的原生流体包裹体进行显微测温，得到流体包裹体的均一温度和冰点数据，并以此换算成流体包裹体的盐度，从而得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成温度以及对应时期流体的盐度信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位锶同位素分析具体为：
将岩心样品处理成剖光的的探针片或者样品靶，通过激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪分析，得到每期碳酸盐胶结物的锶同位素比值，进而分析得到对应期次的碳酸盐胶结物的物质来源。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对不同期次的碳酸盐胶结物进行微区原位U-Pb定年分析具体为：
将岩心样品处理成剖光的探针片或者样品靶，通过激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪分析，得到每期碳酸盐胶结物的U-Pb模式年龄，从而分析得到对应期次的碳酸盐胶结物的形成时间。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述碳酸盐胶结物为方解石胶结物。
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