CN115327614B - 一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法 - Google Patents

一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成‑储效应的方法，包括以下步骤：(1)典型含蒸发岩与白云岩共生体系钻井岩心观察；(2)野外剖面观测；(3)测井资料分析，单因素数据统计，确定超深层蒸发岩与白云岩平面分布规律；(4)分析沉积组合样式、发育演化规律；(5)确定成岩系统；(6)蒸发岩与白云岩共生体系成储效应分析。通过上述方案，本发明可以厘清蒸发岩与白云岩共生体系中沉积‑成岩流体的性质、演化路径及其成储效应，为有利储集相带预测提供理论支撑和分析指导。

Description

一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的 方法
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，具体涉及的是一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法。
背景技术
在全球沉积岩中，碳酸盐岩的分布面积占全球沉积岩总面积的20％，而油气产量大约占据了世界油气总产量的60％左右(马峰等，2011)。由于碳酸盐岩沉积体系的多样性和成岩作用的复杂，导致其储层类型多样，按岩性分为白云岩储层和灰岩储层两大类(朱筱敏，2008)。据全球226个大中型和特大型碳酸盐岩油气藏(占全球碳酸盐岩油气储量的90％)的统计，其中有一半的油气在白云岩中，相较于其它储油气岩石类型，白云岩孔隙度更好，是良好的油气储存空间(Warren，2000；马永生等，2019)。随着安岳、磨溪、普光、龙岗和元坝等多个大型、特大型气田的发现，四川盆地探明储量已达到4.77×1012m3(何登发等，2019)，大多数都为白云岩储层，而灰岩储层所占比例极少(马永生等，2010)。同样，在塔里木盆地、鄂尔多斯等盆地也在以白云岩作为主要油气发育“甜点区”，并成为增储上产的“重点领域”。尤其是对于目前的研究热点：超深层蒸发岩与白云岩，研究方面仍存在诸多需要攻关问题。
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蒸发岩常形成共生体系，且蒸发岩在其上或者在其下均有存在，二者间的成岩作用机制尤其重要，如果能定量分析二者间的成岩作用机制，那么对于目前诸多学者关注的蒸发岩与白云岩共存形成过程将有着诸多新的认识，但是目前对于二者间成岩作用研究极少，仅有少量的有关定性的研究，难以深入推动蒸发岩、白云岩相关的研究进展。
蒸发岩溶解会释放Ca2+和SO4 2-，导致地层流体中相应离子的浓度升高。相对于Ca2+的作用而言，SO4 2-对白云岩溶解/沉淀平衡的控制作用目前仍存在较大争议。有学者认为溶解蒸发岩在低温条件下可以促进白云石的溶解，但高温条件下形成新生矿物沉淀消耗SO4 2-离子，从而弱化其对白云岩溶解的促进作用(黄思静等，1996，2012)；也有学者认为蒸发岩溶解释放出的SO4 2-会与Mg2+在高温条件下会产生离子对效应，通过形成络合物消耗Mg2+，从而加速白云石的溶解(宋焕荣等，1993；Wang et al.,2016；丁茜等，2017；何治亮等，2021)；还有学者从白云石成因机理的角度进行讨论，认为SO4 2-会对白云石的形成起到抑制(Bakerand Kastner,1981；Kastner,1984)或催化作用(Morse et al.,2007；Sánchez-Román etal.,2009)，但究其作用机理难以厘清。
前人通常对自生方解石Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb同位素稀释法是古流体活动时限的一种分析方法(Moorbath et al.,1987；Smith et al.,1994；Barker et al.,2009；Gorokhovet al.,2016)。但该方法精度较低，样品前处理较复杂，对定年样品的同位素含量和比值要求都较高(Barker et al.,2009；Woodhead and Pickering,2012)。另外，该方法的前提是用于定年的样品需为同一期流体活动产物，且不同样品之间的同位素比值(87Rb/86Sr、147Sm/144Nd、238U/206Pb)需有较大差异，以获得等时线年龄。然而，在碳酸盐岩热液流体研究中，因盆地流体活动具有多期次性，所用于定年的方解石样品往往为多期次流体活动产物，应用效果较差(金之钧等，2013)。
也有研究人员通过对裂缝脉体进行研究，从而恢复流体性质和活动期次信息(Sibson,1987；邱楠生等，2000；Becker et al.,2010；Capezzuoli et al.,2018)，但传统方法主要采用全岩法分析流体活动所产生脉体的微量(含稀土)元素含量、C-O和Sr同位素组分。微量(含稀土)元素对沉积环境水介质变化敏感，不同期次流体活动形成的脉体其稀土元素分配模式存在差异(Piper et al.,2015；郭小文等，2020)。C-O和Sr同位素组分也可用来判断流体性质和来源，通过前人总结的判别指标和图解，可揭示流体的源区(Holmden,1995；Roskowski et al.,2010；Slater and Smith,2012)。然而，我国多数盆地属于叠合盆地(金之钧，2005；Pang et al.,2010)，经历了多次复杂的构造活动，其沉积-成岩作用和生排烃作用具有多期性，因此同一条脉体中可能记录了多期次的古流体活动，依靠全岩法无法准确揭示同一条脉体中所记录的多期流体性质和活动期次，具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，能够定量分析四川盆地超深层蒸发岩与白云岩之间成岩流体形成机制，为油气储层、尤其是四川盆地油气储层预测与勘探开发提供支持。
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蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，包括以下步骤：
(1)典型含蒸发岩与白云岩共生体系钻井岩心观察
挑选典型重点钻井观察蒸发岩与白云岩共生体系发育段岩心特征，描述确定超深层蒸发岩-白云岩共生体系垂向发育特征，确定共生体系发育分布规律；
(2)野外剖面观测
选取典型野外露头剖面，进行典型剖面的实测和重点剖面观测相结合的方法，获得蒸发岩-白云岩共生体系野外露头资料，采集相关样品，进行室内综合研究；
(3)测井资料分析，单因素数据统计，确定超深层蒸发岩与白云岩平面分布规律
系统收集蒸发岩地层测井资料，建立岩性识别图版，统计蒸发眼厚度，勾勒蒸发眼平面边界，分小层编制蒸发眼与白云岩厚度等值线图，查明共生体系各组分平面分布规律；
(4)分析沉积组合样式、发育演化规律
在步骤(1)、(2)基础上，分析共生体系组合样式、确定超深层蒸发岩-白云岩组合样式，研究共生体系不同物质组合演化规律与平面分布特征；
(5)确定成岩系统
以盐包裹体成分作为初始流体，通过微量、稀土元素、C、O、Sr、Mg同位素、团簇同位素反演成岩流体性质，结合埋藏史，以岩石学特征为基础，开展主要演化阶段水-岩反应模拟实验，以现今钻井地层水为终点，系统反演成岩系统温度、压力特征及水-岩反应过程，获得成岩场特征及其转化动力与演化过程，确定成岩系统；
(6)蒸发岩与白云岩共生体系成储效应分析
在步走(3)、(4)的基础上，识别储集体类型，分析其发育特征及规律，结合步骤(5)的结果，分析储层形成、演化过程、成储机制，建立储层发育模式，最终以此定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应。
具体地，所述步骤(5)中，测试Mg同位素的过程如下：
(a)在岩石薄片研究的基础上，对不同的碳酸盐岩组分进行微区取样；
(b)将所取粉末样品用0.5N醋酸进行溶解；
(c)利用离子交换柱提纯Mg；
(d)利用MC-ICP-MS溶液法对Mg同位素比值进行测试。
作为优选，采用偏光显微镜观察白云岩显微组构和矿物成分鉴定。
作为优选，采用高分辨率扫描电镜观察白云岩和蒸发岩矿物超显微形态和结构。
作为优选，采用X-射线衍射鉴定白云石、蒸发岩类矿物结构特征及白云石有序度及晶体Fe、Mn含量的变化。
作为优选，采用电子探针分析获得测区的微区形貌图像、相应的成分以及构成元素的定量分析。
作为优选，采用阴极发光分析反映白云岩和蒸发岩矿物分类及成岩流体微环境变化。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明具有分析准确、完整的特点，可以厘清蒸发岩与白云岩共生体系中沉积-成岩流体的性质、演化路径及其成储效应，为有利储集相带预测提供理论支撑和分析指导。
(2)采用本发明方案可以确定不同类型蒸发岩与白云岩共生体系中白云石化流体的性质及期次，识别出不同白云石化过程，明确白云石化流体演化路径及其成储效应，并建立出不同共生体系中白云岩的成因模式。
(3)采用本发明方案可以解释不同类型成岩流体对蒸发岩与白云岩共生体系储层空间的溶蚀改造机制，量化超深层埋藏条件下蒸发岩与白云岩共生体系的溶蚀增孔机制。
(4)采用本发明方案可以明确蒸发岩与白云岩共生体系储层特征、储层类型、成岩演化过程和成储机制，进而为建立蒸发岩与白云岩共生体系沉积-成岩演化过程形成的优质储层成储模式提供基础和保障。
附图说明
图1为本发明-实施例的流程示意图。
图2为本发明-实施例中超深层蒸发岩与白云岩之间成岩流体形成机制示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，针对成岩流体难以准确追踪与特征恢复为出发点，以四川盆地流体多期次且流体活动复杂的特征，采用多种前沿研究方法结合，定量分析超深层蒸发岩与白云岩之间成岩流体形成机制，为油气储层、尤其是四川盆地油气储层预测与勘探开发提供支持。
本发明主要的分析思路如下：
(1)蒸发岩与白云岩共生体系成岩流体性质、期次及运移方式示踪
通过录测井分析、岩芯观察和野外剖面观测，结合微观岩石薄片分析和阴极发光等研究的基础上，梳理共生体系发育层段岩性组合发育特征，开展该体系岩石学和沉积学的基础研究，系统分析膏岩、盐岩与白云岩垂向组合样式及发育规律，查明含蒸发岩碳酸盐岩体系岩相组合类型，分析不同组合样式下白云岩类型及特征。
开展非传统金属稳定同位素(Mg同位素为主)分析，激光微区原位微量元素和同位素分析，结合主微量元素和盐包裹体分析，厘清该体系中沉积-成岩流体类型、来源及其矿物和化学组成特征，采用高精度同位素定年新技术(激光原位方解石U-Pb定年)，揭示流体演化的时间序列，重建流体演化过程，分析不同类型流体之间的演化序列和耦合关系。
结合镁同位素数值模拟，约束白云石化流体来源、温度和压力等性质特征及其运移方式，在含蒸发岩碳酸盐岩体系中识别出不同类型的白云石化过程，示踪沉积-成岩流体性质及其演化路径及不同期次流体活动的构造动力学背景，探讨其白云石化流体演化路径及成储效应。
(2)蒸发岩与白云岩共生体系埋藏温压变化史恢复与模拟
依据沉积学、岩石学和地球化学等研究成果，明确含蒸发岩碳酸盐岩体系中的岩性组合类型和溶蚀改造流体类型和不同离子类型对溶蚀-沉淀平衡的控制作用。定量表征不同离子作用下晶体形态、晶体大小、晶体接触关系、孔隙连通性等矿物微观形貌特征和储集空间的变化。基于CT扫描的溶蚀前后储层储集空间进行三维角度表征储层微观孔隙结构、裂缝分布、微观渗流特征，定量分析岩石物性参数量化表征。在地球化学示踪和“水-岩”反应成岩模拟基础上，结合流体包裹体和团簇同位素分析，利用研究区埋藏史、温压场和流体场等资料，模拟目标层位在沉积-成岩过程中所处的不同温度-压力条件。通过溶解动力学反应模拟实验，查明酸性介质中不同离子类型对溶解动力学反应的控制作用。
(3)含蒸发岩碳酸盐岩体系沉积-成岩过程的成储效应
解析储层发育段岩石学、矿物学特征，查明不同类型储层岩石组构和物质组分，查明共生体系不同组合白云岩储层类型、储集空间特征、物性及孔隙结构，分析与非共生体系储层发育差异性及不同类型储层物性特征、储集空间类型及储集空间组合关系。结合流体活动区碳酸盐岩储层变质矿物和自生矿物特征的分布和组合，阐明不同类型流体流动过程及其对碳酸盐岩储层的改造过程和改造规模，以及导致的水-岩反应。在此基础上，根据储层储集空间发育特征、变化程度特征、裂缝发育特征等将储层进行划分。结合以上成岩流体性质、期次及运移方式示踪和水岩溶蚀反应与模拟研究的基础上，厘清成岩-孔隙演化历史，划分不同成岩演化阶段和与之对应的成岩环境，判断成岩机制，探讨沉积-成岩作用与储层的时空耦合关系，并建立探讨含蒸发岩碳酸盐岩体系沉积-成岩过程优质储层成岩演化模式，明确含蒸发岩碳酸盐岩体系优质储层发育的主控因素。
综上分析思路，下面对本发明的实施流程做进一步说明。
本发明所涉及的部分主要设备如下：
偏光显微镜(型号DM4500P)：用于观察白云岩显微组构和矿物成分鉴定。
高分辨率扫描电镜(SEM)：用于观察白云岩和蒸发岩矿物超显微形态和结构。
X-射线衍射(XRD)：用于鉴定白云石、蒸发岩类矿物结构特征及白云石有序度及晶体不同部分一些元素(Fe、Mn等)含量的变化。
电子探针分析(EPMA)：用于获得测区的微区形貌图像、相应的成分，以及构成元素的定量分析。
阴极发光分析(CL8200 Mk5-2型阴极发光显微系统)：用于反映白云岩和蒸发岩矿物分类及成岩流体微环境变化。
电感耦合等子体质谱仪：用于研究岩石成岩变化、古沉积环境、元素迁移规律、热液成因判别、热液物理化学条件、性质判别等。
C、O同位素分析：用于分析白云岩的古环境及示踪碳源，判断流体性质及来源。采用Finnigan MAT 253IRMS气体同位素质谱仪，连接GasBench II、TC/EA元素分析仪和GC气相色谱仪ConfloⅣ装置，能够满足C、O同位素测定需要。
THMSG-600型冷热台系统：用于测定白云岩流体包裹体均一温度和盐度。
流体包裹体激光拉曼分析：用于测定白云岩中流体包裹体气相和液相成分。采用英国Linkam公司生产的THMSG-600型冷热台系统配英国Renishaw inVia系列新型激光共焦显微拉曼光谱仪可满足样品测试。
本发明的主要流程包含：典型含蒸发岩与白云岩共生体系钻井岩心观察，野外剖面观测，确定超深层蒸发岩与白云岩平面分布规律，分析沉积组合样式、发育演化规律，确定成岩系统，发岩与白云岩共生体系成储效应分析，如图1所示。具体内容如下：
一、典型含蒸发岩与白云岩共生体系钻井岩心观察
挑选典型重点钻井观察蒸发岩与白云岩共生体系发育段岩心特征，描述确定超深层蒸发岩-白云岩共生体系垂向发育特征，确定共生体系发育分布规律。
二、野外剖面观测
选取典型野外露头剖面，进行典型剖面的实测和重点剖面观测相结合的方法，获得蒸发岩-白云岩共生体系野外露头资料，采集相关样品，进行室内综合研究。
三、测井资料分析，单因素数据统计，确定超深层蒸发岩与白云岩平面分布规律
系统收集蒸发岩地层测井资料(例如四川盆地钻遇蒸发岩地层测井资料)，建立岩性识别图版，统计蒸发岩厚度，勾勒蒸发岩平面边界，分小层编制蒸发岩与白云岩厚度等值线图，查明共生体系各组分平面分布规律。
四、分析沉积组合样式、发育演化规律
在步骤(1)、(2)基础上，分析共生体系组合样式、确定超深层蒸发岩-白云岩组合样式，研究共生体系不同物质组合演化规律与平面分布特征。
五、确定成岩系统
以盐包裹体成分作为初始流体，通过微量、稀土元素、C、O、Sr、Mg同位素、团簇同位素反演成岩流体性质，结合埋藏史，以岩石学特征为基础，开展主要演化阶段水-岩反应模拟实验，以现今钻井地层水为终点，系统反演成岩系统温度、压力特征及水-岩反应过程，获得成岩场特征及其转化动力与演化过程，确定成岩系统。
对白云岩的Mg同位素进行精确的测试是本发明的关键点之一。Mg同位素分析测试方法主要涉及Mg的分离纯化和同位素比值测定。首先，在岩石薄片研究的基础上，对不同的碳酸盐岩组分进行微区取样；而后，将所取粉末样品用0.5N醋酸进行溶解；然后利用离子交换柱提纯Mg；最后利用MC-ICP-MS对Mg同位素比值进行测试，其测试精度可以到达0.1‰。
六、蒸发岩与白云岩共生体系成储效应分析
在步骤(3)、(4)的基础上，识别储集体类型，分析其发育特征及规律，结合步骤(5)的结果，分析储层形成、演化过程、成储机制，建立储层发育模式，最终以此定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应。
以四川盆地雷口坡组的超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应研究为例，针对四川盆地流体多期次且流体活动复杂的特征，划分共生体系中成岩作用类型，如白云石化作用、去白云石化作用、溶解作用、压实压溶作用等，并将共生体系的成岩流体特征、运移路径进行定性分析从而恢复共生体系形成模式，最终定量分析超深层蒸发岩与白云岩之间成岩流体形成机制，如图2所示。
本发明定量分析了共生体系和非共生体系发育的差异性和共性分析，并在岩石学、沉积学、沉积地球化学研究基础上，确定了蒸发岩与白云岩共生体系岩相组合样式发育及空间展布特征，为四川盆地油气储层预测与勘探开发提供了可靠的支持。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式，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蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)典型含蒸发岩与白云岩共生体系钻井岩心观察
挑选典型重点钻井观察蒸发岩与白云岩共生体系发育段岩心特征，描述确定超深层蒸发岩-白云岩共生体系垂向发育特征，确定共生体系发育分布规律；
(2)野外剖面观测
选取典型野外露头剖面，进行典型剖面的实测和重点剖面观测相结合的方法，获得蒸发岩-白云岩共生体系野外露头资料，采集相关样品，进行室内综合研究；
(3)测井资料分析，单因素数据统计，确定超深层蒸发岩与白云岩平面分布规律
系统收集蒸发岩地层测井资料，建立岩性识别图版，统计蒸发眼厚度，勾勒蒸发眼平面边界，分小层编制蒸发眼与白云岩厚度等值线图，查明共生体系各组分平面分布规律；
(4)分析沉积组合样式、发育演化规律
在步骤(1)、(2)基础上，分析共生体系组合样式、确定超深层蒸发岩-白云岩组合样式，研究共生体系不同物质组合演化规律与平面分布特征；
(5)确定成岩系统
以盐包裹体成分作为初始流体，通过微量、稀土元素、C、O、Sr、Mg同位素、团簇同位素反演成岩流体性质，结合埋藏史，以岩石学特征为基础，开展主要演化阶段水-岩反应模拟实验，以现今钻井地层水为终点，系统反演成岩系统温度、压力特征及水-岩反应过程，获得成岩场特征及其转化动力与演化过程，确定成岩系统；
(6)蒸发岩与白云岩共生体系成储效应分析
在步走(3)、(4)的基础上，识别储集体类型，分析其发育特征及规律，结合步骤(5)的结果，分析储层形成、演化过程、成储机制，建立储层发育模式，最终以此定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应。
2.根据权利要求1所述的一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，测试Mg同位素的过程如下：
(a)在岩石薄片研究的基础上，对不同的碳酸盐岩组分进行微区取样；
(b)将所取粉末样品用0.5N醋酸进行溶解；
(c)利用离子交换柱提纯Mg；
(d)利用MC-ICP-MS溶液法对Mg同位素比值进行测试。
3.根据权利要求2所述的一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，其特征在于，采用偏光显微镜观察白云岩显微组构和矿物成分鉴定。
4.根据权利要求3所述的一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，其特征在于，采用高分辨率扫描电镜观察白云岩和蒸发岩矿物超显微形态和结构。
5.根据权利要求4所述的一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，其特征在于，采用X-射线衍射鉴定白云石、蒸发岩类矿物结构特征及白云石有序度及晶体Fe、Mn含量的变化。
6.根据权利要求5所述的一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，其特征在于，采用电子探针分析获得测区的微区形貌图像、相应的成分以及构成元素的定量分析。
7.根据权利要求6所述的一种定量分析超深层蒸发岩与白云岩共生体系成-储效应的方法，其特征在于，采用阴极发光分析反映白云岩和蒸发岩矿物分类及成岩流体微环境变化。
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