CN116430475A - 深层古老海相白云岩成因的综合研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了白云岩成因研究领域的深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，步骤一：选取样品，分别进行研磨和制片，得到粉末样品和铸体薄片；步骤二：将粉末样品均进行有序度、C‑O同位素和Sr同位素的分析测试；将铸体薄片进行晶体粒度统计；步骤三：分别将测试数据和统计数据结合，得到δ18O‑粒度图、87Sr/86Sr‑粒度图和有序度‑粒度图；步骤四：根据结合数据选出蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品；步骤五：对步骤四选出的样品开展团簇同位素、U‑Pb定年和微量元素的测试；步骤六：综合步骤五的测试结果，对深层古老海相白云岩成因进行研究分析。本发明有效排出成岩改造强的样品所造成的干扰甚至错误解释，为深层白云岩储层分布预测提供理论依据和服务。
Description
技术领域
本发明属于白云岩成因研究领域，具体是深层古老海相白云岩成因的综合研究方法。
背景技术
白云岩是重要的油气储集层，在四川盆地、塔里木盆地等深层(>4500m)海相地层中均有大规模发育，是中国深层-超深层油气勘探的热点层系和重要的接替领域。然而，深层古老海相白云岩形成之后，经历了数亿年的地质历史演化和数千米的埋深，白云岩的岩石学特征和地球化学特征均被不同程度的改造，如何正确厘定深层古老海相白云岩的成因是预测优质白云岩储层的基础和关键，成为现今研究的难点。
白云岩主要为次生交代成因，为富镁白云岩化流体交代灰岩形成。现今提出的白云岩成因模式主要存在蒸发泵白云岩化、渗透回流白云岩化、微生物白云岩化、埋藏白云岩化和热液白云岩化等模式。目前，国内外学者主要采用岩石学、包裹体测温均一温度测温和C、O稳定同位素等方法研究白云岩化流体性质和白云岩形成温度，针对白云岩形成之后的岩石学和地球化学在地质历史演化过程中的改造程度的评估和研究较少。白云岩在深埋藏环境下的重结晶会造成包裹体均一温度的增加，错误的解释为高温形成的埋藏成因；白云岩氧同位素(δ18O)可能存在被强烈的改造，不能有效代表白云岩形成时的流体性质。
本发明以白云岩的晶体粒度分析为基础，旨在多参数优选无或弱成岩蚀变的白云岩样品，用于白云岩化流体性质、白云岩成因的研究，有效排出成岩改造强的样品所造成的干扰甚至错误解释，为深层白云岩储层分布预测提供理论依据和服务。
发明内容
本发明提出了深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，有效排出成岩改造强的样品所造成的干扰甚至错误解释，为深层白云岩储层分布预测提供理论依据和服务。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，
步骤一：选取若干个海相白云岩样品，每个样品分别进行研磨和制片，得到粉末样品和铸体薄片。
步骤二：将步骤一中的粉末样品均进行有序度、C-O同位素和Sr同位素的分析测试；将步骤一中的铸体薄片进行晶体粒度统计。
步骤三：分别将步骤二中C-O同位素、Sr同位素和有序度的分析测试的测试数据和晶体粒度的统计数据结合，得到δ18O-粒度图、87Sr/86Sr-粒度图和有序度-粒度图。
步骤四：根据步骤三中的数据选出蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品。
步骤五：对步骤四中选出的蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品开展团簇同位素、U-Pb定年和微量元素的测试。
步骤六：综合步骤五中团簇同位素、U-Pb定年和微量元素的测试结果，对深层古老海相白云岩成因进行研究分析。
进一步，其中步骤二中晶体粒度的统计方法为：通过步骤一中制备的铸体薄片，利用偏光显微镜观察白云岩的结构，选取晶体均匀有代表性的五个代表性视域，每个视域拍照获取偏光和正交图像，统计白云岩中的白云石晶体大小，求取晶体粒度的平均值。
进一步，其中步骤三中的C-O同位素分析测试方法为：称取0.1g步骤一中制备的粉末样品与100％磷酸反应得到CO2气体，通入MAT253plus质谱仪，分析得到白云岩δ18O值；将晶体粒度的统计数据与各样品的δ18O值投点得出步骤三中的δ18O-粒度图。
进一步，其中步骤二中的Sr同位素分析测试方法为：称取0.5g步骤一中制备的粉末样品溶解于100％磷酸中，分析得到各样品白云岩87Sr/86Sr值；将晶体粒度的统计数据与各样品的87Sr/86Sr值投点得出步骤三中的87Sr/86Sr-粒度图。
进一步，其中步骤二中的有序度分析测试方法为：称取3g步骤一中制备的粉末样品用于X衍射分析测试，得到白云岩样品的有序度，有序度值分布范围为0-1；将晶体粒度的统计数据与各样品的有序度值投点得出步骤三中的有序度-粒度图。
进一步，其中步骤五中的团簇同位素测试方法为：利用质谱法，即通过电喷雾离子源将白云岩样品中的团簇分子离子化，然后使用质谱仪进行分析。
进一步，其中步骤五中的U-Pb定年测试方法为：使用激光剥蚀离子源将白云岩样品表面剥蚀，产生微米级别的坑穴，然后通过激光诱导荧光技术来确定坑穴中铀和铅同位素的含量比例；通过对坑穴中多个点的测量，可以获得不同时间段内样品中铀-铅同位素的含量比值，并据此计算出样品的年龄。
进一步，其中步骤五中的微量元素测试方法为：通过X射线荧光光谱技术，测定白云岩样品中多种微量元素的含量。
采用上述方案后实现了以下有益效果：
1、选蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品进行研究可以更准确地揭示白云岩的成因；因为强烈的成岩蚀变可能掩盖了原始岩石的特征，影响对其成因的判断。选用无或弱成岩蚀变的白云岩样品能够更准确地揭示其形成的环境和历史。
2、选蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品进行研究可以更好地反映白云岩化流体性质；因为成岩蚀变过程中，岩石中的矿物可能被部分或完全溶解，导致流体与岩石间的交换作用发生改变，并使流体化学组成失真。采用无或弱成岩蚀变的白云岩样品，可以更好地获取与白云岩成因和流体性质相关的信息。
3、选蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品进行研究可以更容易制备出优质的样品；因为强烈的成岩蚀变可能导致样品中含有大量的裂隙、矿物颗粒等杂质，从而影响后续的样品制备和测试。选择无或弱成岩蚀变的白云岩样品，可以更容易制备出干净、质量良好的样品，提高实验的可靠性和准确性。
4、以白云岩的晶体粒度分析为基础对深层古老海相白云岩成因进行综合研究可以揭示白云岩形成的环境；白云岩的晶体粒度大小与其形成时所处的环境条件密切相关。通过晶体粒度分析，可以推断出白云岩的形成深度、沉积速率等信息，从而更好地理解白云岩形成的环境和历史。
5、以白云岩的晶体粒度分析为基础对深层古老海相白云岩成因进行综合研究可以了解白云岩的物源；白云岩的晶体粒度分析还可以揭示其物源信息。不同物源的岩石可能有着不同的晶体粒度特征，通过比较白云岩与周围岩石的晶体粒度分布，可以初步判断白云岩的物源。
6、以白云岩的晶体粒度分析为基础对深层古老海相白云岩成因进行综合研究可以辅助判断白云岩的成因；白云岩的成因常常是一个复杂的问题，需要从多个方面进行综合研究。晶体粒度分析提供了一种快速简便的方法，可以为后续的岩石学、地球化学等研究提供重要的参考，从而更准确地判断白云岩的成因。
附图说明
图1为本发明深层古老海相白云岩成因的综合研究方法实施例1的方法流程图。
图2为超深层白云岩的镜下特征图。
图3为白云岩的晶体直径与有序度相关图。
图4为白云岩的晶体直径与δ18O值相关图。
图5为白云岩的晶体直径与87Sr/86Sr相关图。
图6为白云岩87Sr/86Sr与同期海水相似，指示白云岩化流体为同期海源流体。
图7为海相地层分布图。
图8为本发明深层古老海相白云岩成因的综合研究方法实施例2的研磨装置剖视图。
图9为本发明深层古老海相白云岩成因的综合研究方法实施例2的研磨装置主视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：外壳1、进料口101、进料斗102、盖体103、顶板2、支撑杆201、研磨锥3、固定锥4、连接杆401、研磨头5、凸条501、凸块502、支撑台6、旋转轴7、第一齿轮701、第二齿轮8、电机801、隔板9、排料孔901、接料槽10。
实施例1，基本如附图1-7所示：深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，
步骤一：选取若干个海相白云岩样品，每个样品分别进行研磨和制片，得到粉末样品和铸体薄片。
步骤二：将步骤一中的粉末样品均进行有序度、C-O同位素和Sr同位素的分析测试；将步骤一中的铸体薄片进行晶体粒度统计。
步骤三：分别将步骤二中C-O同位素、Sr同位素和有序度的分析测试的测试数据和晶体粒度的统计数据结合，得到δ18O-粒度图、87Sr/86Sr-粒度图和有序度-粒度图。
步骤四：根据步骤三中的数据选出蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品。
步骤五：对选出的蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品开展团簇同位素、U-Pb定年和微量元素的测试。
步骤六：综合团簇同位素、U-Pb定年和微量元素的测试结果，对深层古老海相白云岩成因进行研究分析。
具体实施过程如下：
步骤一：选取若干个海相白云岩样品，每个样品分别进行研磨和制片，得到粉末样品和铸体薄片；本实施例中研磨装置选用玛瑙研钵将海相白云岩样品研磨成200目的粉末，选择玛瑙研钵研磨白云岩样品，可以避免金属污染，保持粒度分布均匀，减少样品丢失，更加方便清洁，从而提高实验的可靠性和准确性。
步骤二：晶体粒度统计：通过步骤一中制备的铸体薄片，利用偏光显微镜观察白云岩的结构，选取晶体均匀有代表性的五个代表性视域，每个视域拍照获取偏光和正交图像，统计白云岩中的白云石晶体大小，求取晶体粒度的平均值，白云岩的晶体粒度分布范围介于36～172微米。
C-O同位素测试：称取0.1g步骤一中制备的粉末样品与100％磷酸反应得到CO2气体，通入MAT253plus质谱仪，分析得到白云岩δ18O值，白云岩的δ18O值介于-5.13‰～-4.73‰，平均值为-4.87‰。
Sr同位素分析测试：称取0.5g步骤一中制备的粉末样品溶解于100％磷酸中，分析得到各样品白云岩87Sr/86Sr值，白云岩的87Sr/86Sr介于0.70729～0.70740。
有序度分析测试方法为：称取3g步骤一中制备的粉末样品用于X衍射分析测试，得到白云岩样品的有序度，有序度值分布范围为0-1。
步骤三：将步骤二中的晶体粒度的统计数据与步骤二中各样品的δ18O值投点得出步骤三中的δ18O-粒度图。
将步骤二中的晶体粒度的统计数据与步骤二中各样品的87Sr/86Sr值值投点得出步骤三中的87Sr/86Sr-粒度图。
将步骤二中的晶体粒度的统计数据与步骤二中各样品的有序度值投点得出步骤三中的有序度-粒度图。
步骤四：根据步骤三中的数据选出蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品。
步骤五：对选出的蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品开展团簇同位素、U-Pb定年和微量元素的测试。
团簇同位素测试方法为：利用质谱法，即通过电喷雾离子源将白云岩样品中的团簇分子离子化，然后使用质谱仪进行分析。
U-Pb定年测试方法为：使用激光剥蚀离子源将白云岩样品表面剥蚀，产生微米级别的坑穴，然后通过激光诱导荧光技术来确定坑穴中铀和铅同位素的含量比例；通过对坑穴中多个点的测量，可以获得不同时间段内样品中铀-铅同位素的含量比值，并据此计算出样品的年龄。
步骤六：综合团簇同位素、U-Pb定年和微量元素的测试结果，对深层古老海相白云岩成因进行研究分析。
微量元素测试方法为：通过X射线荧光光谱技术，测定白云岩样品中多种微量元素的含量。
实施例2，如附图8和图9所示，与上述实施例不同之处在于：步骤一中研磨粉末样品的研磨装置包括外壳1，外壳1内部从上至下依次设有第一研磨结构和第二研磨结构，外壳1顶部开设有进料口101，进料口101处固定连接有进料斗102，进料斗102远离进料口101一端铰接有用于封闭进料斗102的盖体103。
第一研磨结构包括顶板2，顶板2位于进料口101下方，顶板2底部固定连接有支撑杆201，支撑杆201远离顶板2一端固定连接有研磨锥3，外壳1上部内侧壁固定连接有固定锥4，固定锥4与研磨锥3之间形成研磨腔。
第二研磨结构包括研磨腔室和研磨头5，研磨头5顶部与研磨锥3底部之间固定连接有连接杆401，研磨头5表面设有凸条501，凸条501呈螺旋状环绕固定连接在研磨头5表面，研磨头5下部沿周向均匀设有若干凸块502，研磨头5底部设有支撑台6，研磨头5底部与支撑台6上表面旋转配合，支撑台6为中空结构，研磨头5底部圆心位置固定连接有旋转轴7，旋转轴7贯穿支撑台6且与外壳1底部内侧壁转动配合。旋转轴7位于支撑台6内的部分设有第一齿轮701，第一齿轮701与旋转轴7同轴固定连接，第一齿轮701啮合有第二齿轮8，第一齿轮701和第二齿轮8均为锥齿轮，第二齿轮8固定连接有电机801，电机801与支撑台6内侧壁固定连接，支撑台6底部固定连接有隔板9，隔板9四周均与外壳1内侧壁固定连接。
隔板9四周沿周向分布开设有若干排料孔901，本实施例中排料孔901的直径为200目，隔板9下方设有两个接料槽10，外壳1下部侧壁开设有与接料槽10匹配的开口，接料槽10均与外壳1内侧壁滑动配合。
具体实施过程如下：启动电机801，打开盖体103，将海相白云岩样品放入进料斗102中，关闭盖体103，海相白云岩样品从进料口101进入研磨腔，电机801带动第二齿轮8，第二齿轮8带动与之啮合的第一齿轮701，第一齿轮701带动旋转轴7，旋转轴7带动研磨头5，研磨头5带动连接杆401，连接杆401的带动下研磨锥3与固定锥4对海相白云岩样品进行研磨，当研磨锥3旋转运动时，支撑杆201和顶板2一起做旋转运动，因为顶板2为倾斜结构，所以顶板2可以帮助进料口101处的海相白云岩样品往下进入破碎腔，避免海相白云岩样品在进料口101处造成堵塞。
经过第一研磨结构研磨过的海相白云岩样品落入第二研磨结构，海相白云岩样品掉落的同时，研磨头5与研磨腔室内侧壁对海相白云岩样品进行二次研磨，因为研磨头5表面的凸条501为螺旋状环绕，所以当研磨头5旋转时，经过二次研磨的海相白云岩样品将随着凸条501向下掉落，防止在研磨腔室顶部堵塞。
经过研磨头5研磨的海相白云岩样品落入研磨头5底部的凸块502处，研磨头5转动带动凸块502和研磨腔室内侧壁对海相白云岩样品进行第三次研磨，直至研磨成粉末样品并从凸块502之间的缝隙中落入研磨腔室底部，凸块502的设计会使研磨不达标的海相白云岩样品不能从缝隙中掉落，会对其一直研磨，直至研磨充分才会在相邻凸块502的缝隙中掉落，掉落在研磨腔室底部的粉末样品会从隔板9的排料孔901中落入接料槽10，最后只需将接料槽10从外壳1的开口处拉出即可取用粉末样品。
因为200目的海相白云岩粉末样品可以提供更多的反应表面，对于一些需要进行表面反应的实验或者分析来说更为适合；同时由于200目的海相白云岩粉末样品更细，更多的表面积能够与其他物质接触，因此更容易在液体中溶解，有利于后续的分析。
所以使用研磨装置对海相白云岩样品进行研磨，可以将样品较快地研磨成均匀的粉末，同时也避免了人为因素带来的误差；更加精准的获得200目的粉末样品，提高粉末样品的均一性，其颗粒大小更加均匀，能够提供更高的灵敏度和准确性，有利于一些更为精细的分析。
与实施例1中的玛瑙研钵相比，使用研磨装置还有以下好处：第一，研磨装置可以自动完成海相白云岩样品的研磨，节省了人力和时间成本，提高了工作效率；第二，使用研磨装置可以避免手动研磨时可能出现的手部伤害或者研钵的破损等安全隐患；第三，研磨装置可以记录下每次研磨的参数和过程，保证了不同批次海相白云岩样品的一致性和可比性，有利于后续的数据分析和结果验证；第四，研磨装置可以对各种硬度的材料进行研磨，而且还可以选择不同的研磨介质和研磨方式，具有更大的适用范围，避免了研磨装置因样品材料硬度而受到损坏的现象，增加了装置的使用寿命。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，包括如下步骤：
步骤一：选取若干个海相白云岩样品，每个样品分别进行研磨和制片，得到粉末样品和铸体薄片；
步骤二：将步骤一中的粉末样品均进行有序度、C-O同位素和Sr同位素的分析测试；将步骤一中的铸体薄片进行晶体粒度统计；
步骤三：分别将步骤二中C-O同位素、Sr同位素和有序度的分析测试的测试数据和晶体粒度的统计数据结合，得到δ18O-粒度图、87Sr/86Sr-粒度图和有序度-粒度图；
步骤四：根据步骤三中的数据选出蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品；
步骤五：对步骤四中选出的蚀变程度弱或者无蚀变的白云岩样品开展团簇同位素、U-Pb定年和微量元素的测试；
步骤六：综合步骤五中团簇同位素、U-Pb定年和微量元素的测试结果，对深层古老海相白云岩成因进行研究分析。
2.根据权利要求1所述的深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，其特征在于：其中步骤二中晶体粒度的统计方法为：通过步骤一中制备的铸体薄片，利用偏光显微镜观察白云岩的结构，选取晶体均匀有代表性的五个代表性视域，每个视域拍照获取偏光和正交图像，统计白云岩中的白云石晶体大小，求取晶体粒度的平均值。
3.根据权利要求2所述的深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，其特征在于：其中步骤三中的C-O同位素分析测试方法为：称取0.1g步骤一中制备的粉末样品与100％磷酸反应得到CO2气体，通入MAT253plus质谱仪，分析得到白云岩δ18O值；将晶体粒度的统计数据与各样品的δ18O值投点得出步骤三中的δ18O-粒度图。
4.根据权利要求3所述的深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，其特征在于：其中步骤三中的Sr同位素分析测试方法为：称取0.5g步骤一中制备的粉末样品溶解于100％磷酸中，分析得到各样品白云岩87Sr/86Sr值；将晶体粒度的统计数据与各样品的87Sr/86Sr值投点得出步骤三中的87Sr/86Sr-粒度图。
5.根据权利要求4所述的深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，其特征在于：其中步骤三中的有序度分析测试方法为：称取3g步骤一中制备的粉末样品用于X衍射分析测试，得到白云岩样品的有序度，有序度值分布范围为0-1；将晶体粒度的统计数据与各样品的有序度值投点得出步骤三中的有序度-粒度图。
6.根据权利要求5所述的深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，其特征在于：其中步骤五中的团簇同位素测试方法为：利用质谱法，即通过电喷雾离子源将白云岩样品中的团簇分子离子化，然后使用质谱仪进行分析。
7.根据权利要求6所述的深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，其特征在于：其中步骤五中的U-Pb定年测试方法为：使用激光剥蚀离子源将白云岩样品表面剥蚀，产生微米级别的坑穴，然后通过激光诱导荧光技术来确定坑穴中铀和铅同位素的含量比例；通过对坑穴中多个点的测量，可以获得不同时间段内样品中铀-铅同位素的含量比值，并据此计算出样品的年龄。
8.根据权利要求7所述的深层古老海相白云岩成因的综合研究方法，其特征在于：其中步骤五中的微量元素测试方法为：通过X射线荧光光谱技术，测定白云岩样品中多种微量元素的含量。
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|---|---|---|---|---|
| CN117214279A (zh) * | 2023-10-12 | 2023-12-12 | 西南石油大学 | 不同颜色白云岩成因的综合研究方法 |
| CN117214279B (zh) * | 2023-10-12 | 2024-03-19 | 西南石油大学 | 不同颜色白云岩成因的综合研究方法 |
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