地质与勘探 天然气工业 2007年10月 延长组砂岩中碳酸盐胶结物氧碳同位素组成特征 王琪2禚喜准!2陈国俊2李小燕2 (1.中国科学院地质与地球物理研究所气体地球化学重点实验室2.中国科学院研究生院) 王琪等延长组砂岩中碳酸盐胶结物氧碳同位素组成特征.天然气工业,2007,27(10):28-32 摘要碳酸盐胶结物中氧碳同位素组成硏究有助于阐明成岩过程中流体一岩石相互作用的机理。为此,综 合运用岩石学、矿物学和地球化学方法,对鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩中普遍存在的不同期次碳酸盐胶结物 的成因机理和物质来源进行了系统研究。结果表明,研究区早期碳酸盐胶结物主要为方解石,其碳同位素值相对 较重,为-0.3‰-0.1‰氧同位素值较轻,分布范围为·22.1‰·19.5‰,与碱性湖水中碳酸钙发生过饱和 沉淀有关。铁方解石的碳同位素值相对较轻,为·8.02‰-3.23‰氧同位素值也较轻,分布范围为22.9‰ 19.7‰,它的形成明显与早成岩阶段晚期晚成岩阶段早期的有机质脱羧基作用有关,属于成岩阶段中晚期产 物可以作为指示烃类在油气储层中正在发生显著运移的标型自生矿物。晚期铁白云石的碳同位素值相对较重, 为·1.92‰-0.84‰氰氧同位素值变化较大,分布范围为·20.5‰~·12.6‰它的形成与晚成岩阶段中晚期形 成的碱性成岩环境及古代海相碳酸盐岩岩屑提供的碳有关。 主题词鄂尔多斯盆地三叠纪碎屑岩储集层碳酸盐胶结物氧同位素碳同位素组成 碳酸盐胶结物是一种广泛分布于碎屑岩中的屑岩中的碳酸盐胶结物引起了许多石油地质学家的 成岩产物,在我国和世界上不同类型沉积盆地的碎研究兴趣13 屑岩沉积序列中屡见不鲜,其具有分布普遍性、 长期以来,鄂尔多斯盆地三叠系砂岩储层以其 形成多期性、成因多样性的重要特点。不同期次碳低孔低渗特征而闻名于石油地质学界,那么是什么 酸盐胶结物的形成可以记录下成岩过程中流体组分原因造成该区砂岩普遍的低孔低渗背景?通过对大 特征的变化4,特别是胶结物中碳同位素组成可以量岩石薄片观察和矿物成分的统计,发现该区碎屑 指示成岩流体中碳的来源如早期白云石83C变岩储层中含有大量在成分和形成期次上有明显差异 化在6.2‰~11.5‰,表明其主要形成于还原环境,的碳酸盐胶结物,而其他成岩矿物和成岩现象则较 在这里甲烷优先分馏出轻碳同位素,而在孔隙流体少出现,压实作用和碳酸盐胶结作用才是在成岩过 中相对富集C。碳酸盐胶结层通常可由多种碳程中造成储层低孔低渗面貌的主要因素。因此,完 酸盐矿物组成,如方解石、白云石、含铁白云石等,在全有必要査明不同期次碳酸盐胶结物的成因机理, 矿物中存在着微米级(5~100μm)化学和同位素环特别是其形成时的环境特征和分布规律,而碳酸盐 带,反映出孔隙流体在微观上的幕式演化特征,这胶结物的同位素地球化学特征则可提供重要的成因 有助于了解烃类注入时间。此外,碳酸盐胶结物的信息。本项研究的目的就是通过岩石学、矿物学和 氧同位素可以估算其沉淀时的温度(如:方解石一水地球化学多学科交叉渗透的方法,来阐明不同期次 温度计)。综上所述,碳酸盐胶结物中氧碳同位素碳酸盐胶结物的成因机理、分布规律,为今后建立客 组成可为判断其形成时的地球化学环境特征和物质观、合理的储层地质模型提供重要依据 来源等提供重要信息,进而有助于阐明成岩过程中 流体一岩石相互作用、流体演化史和次生孔隙形成 、地质背景 机理等基本地质问题。正是由于上述这些特点,碎 选择西峰油田作为研究区,该区位于鄂尔多斯 本文受到国家重点基础研究规划“973”项目(编号:No.2003CB214606,2005CB422105)、中国科学院知识创新工程重 要方向项目(编号:KZCX3SW-147)和中国科学院“西部之光”项目的资助 作者简介:王琪,1967年生,研究员;主要从事油气储层沉积学和储层地球化学研究工作。地址:(730000肃省兰州市 东岗西路382号中国科学院兰州地质研究所。电话:(0931)4960883,13679452059。 Email qiwang@zb.ac,cn 21994-2007ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net3 本文受到国家重点基础研究规划“973”项目 (编号 :No. 2003CB214606 , 2005CB422105) 、中国科学院知识创新工程重 要方向项目(编号 : KZCX32SW2147) 和中国科学院“西部之光”项目的资助。 作者简介 :王琪 ,1967 年生 ,研究员 ;主要从事油气储层沉积学和储层地球化学研究工作。地址 : (730000) 甘肃省兰州市 东岗西路 382 号中国科学院兰州地质研究所。电话 : (0931) 4960883 ,13679452059。E2mail :qiwang @lzb. ac. cn 延长组砂岩中碳酸盐胶结物氧碳同位素组成特征3 王 琪1 ,2 禚喜准1 ,2 陈国俊1 ,2 李小燕1 ,2 (1. 中国科学院地质与地球物理研究所气体地球化学重点实验室 2. 中国科学院研究生院) 王琪等. 延长组砂岩中碳酸盐胶结物氧碳同位素组成特征. 天然气工业 ,2007 ,27 (10) :28232. 摘 要 碳酸盐胶结物中氧碳同位素组成研究有助于阐明成岩过程中流体 —岩石相互作用的机理。为此 ,综 合运用岩石学、矿物学和地球化学方法 ,对鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩中普遍存在的不同期次碳酸盐胶结物 的成因机理和物质来源进行了系统研究。结果表明 ,研究区早期碳酸盐胶结物主要为方解石 ,其碳同位素值相对 较重 ,为 - 0. 3 ‰～ - 0. 1 ‰,氧同位素值较轻 ,分布范围为 - 22. 1 ‰～ - 19. 5 ‰,与碱性湖水中碳酸钙发生过饱和 沉淀有关。铁方解石的碳同位素值相对较轻 ,为 - 8. 02 ‰～ - 3. 23 ‰,氧同位素值也较轻 ,分布范围为 - 22. 9 ‰～ - 19. 7 ‰,它的形成明显与早成岩阶段晚期 —晚成岩阶段早期的有机质脱羧基作用有关 ,属于成岩阶段中晚期产 物 ,可以作为指示烃类在油气储层中正在发生显著运移的标型自生矿物。晚期铁白云石的碳同位素值相对较重 , 为 - 1. 92 ‰～ - 0. 84 ‰,氧同位素值变化较大 ,分布范围为 - 20. 5 ‰～ - 12. 6 ‰,它的形成与晚成岩阶段中晚期形 成的碱性成岩环境及古代海相碳酸盐岩岩屑提供的碳有关。 主题词 鄂尔多斯盆地 三叠纪 碎屑岩 储集层 碳酸盐胶结物 氧同位素 碳同位素 组成 碳酸盐胶结物是一种广泛分布于碎屑岩中的 成岩产物 ,在我国和世界上不同类型沉积盆地的碎 屑岩沉积序列中屡见不鲜[ 124 ] ,其具有分布普遍性、 形成多期性、成因多样性的重要特点。不同期次碳 酸盐胶结物的形成可以记录下成岩过程中流体组分 特征的变化[4 ] ,特别是胶结物中碳同位素组成可以 指示成岩流体中碳的来源[5 ,6 ] 如早期白云石δ13 C 变 化在 6. 2 ‰～11. 5 ‰,表明其主要形成于还原环境 , 在这里甲烷优先分馏出轻碳同位素 ,而在孔隙流体 中相对富集13 C [7 ] 。碳酸盐胶结层通常可由多种碳 酸盐矿物组成 ,如方解石、白云石、含铁白云石等 ,在 矿物中存在着微米级 (5～100μm) 化学和同位素环 带[8 ] ,反映出孔隙流体在微观上的幕式演化特征 ,这 有助于了解烃类注入时间。此外 ,碳酸盐胶结物的 氧同位素可以估算其沉淀时的温度(如 :方解石 —水 温度计[9 ] ) 。综上所述 ,碳酸盐胶结物中氧碳同位素 组成可为判断其形成时的地球化学环境特征和物质 来源等提供重要信息 ,进而有助于阐明成岩过程中 流体 —岩石相互作用、流体演化史和次生孔隙形成 机理等基本地质问题。正是由于上述这些特点 ,碎 屑岩中的碳酸盐胶结物引起了许多石油地质学家的 研究兴趣[10213 ] 。 长期以来 ,鄂尔多斯盆地三叠系砂岩储层以其 低孔低渗特征而闻名于石油地质学界 ,那么是什么 原因造成该区砂岩普遍的低孔低渗背景 ? 通过对大 量岩石薄片观察和矿物成分的统计 ,发现该区碎屑 岩储层中含有大量在成分和形成期次上有明显差异 的碳酸盐胶结物 ,而其他成岩矿物和成岩现象则较 少出现 ,压实作用和碳酸盐胶结作用才是在成岩过 程中造成储层低孔低渗面貌的主要因素。因此 ,完 全有必要查明不同期次碳酸盐胶结物的成因机理 , 特别是其形成时的环境特征和分布规律 ,而碳酸盐 胶结物的同位素地球化学特征则可提供重要的成因 信息。本项研究的目的就是通过岩石学、矿物学和 地球化学多学科交叉渗透的方法 ,来阐明不同期次 碳酸盐胶结物的成因机理、分布规律 ,为今后建立客 观、合理的储层地质模型提供重要依据。 一、地质背景 选择西峰油田作为研究区 ,该区位于鄂尔多斯 · 82 · 地质与勘探 天 然 气 工 业 2007 年 10 月