准噶尔盆地东部石炭系巴塔玛依内山组火山岩储层成岩作用研究

论文摘要

与松辽盆地火山岩油气主要储集在原生孔隙和裂缝内不同,准噶尔盆地巴塔玛依内山组火山岩油气储集在顶部的风化蚀变带内,储集空间以次生孔隙和裂缝为主。因此,对成岩作用,尤其是晚期成岩作用的研究是揭示准噶尔盆地东部巴塔玛依内山组火山岩储层形成机理的关键。成岩作用的研究离不开岩石学和年代学等方面的铺垫。因为,不同岩性的成岩作用类型不尽相同,火山岩经历次生改造时间的长短也会造成火山岩成岩作用和储层特征的差异。鉴于此,本文以准噶尔盆地东部地区的巴塔玛依内山组火山岩为研究对象,从岩石学特征、年代学特征以及成岩作用等3个方面入手,对其火山岩储层进行了研究,以揭示巴塔玛依内山组火山岩储层的形成机理,为准噶尔盆地火山岩油气勘探提供理论依据。1.巴塔玛依内山组火山岩岩性发育特征通过岩心和野外样品描述、薄片鉴定、主量元素分析,运用“成岩方式-化学成分-矿物组成”的三级火成岩分类方案,确定了巴塔玛依内山组火山岩的岩石类型、岩性发育及次生改造特征。研究区巴塔玛依内山组火山岩岩石类型比较复杂,包括火山熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩和沉火山碎屑岩等4大类。火山熔岩进一步细分为玄武岩、安山岩和流纹岩等10种基本岩石类型;火山碎屑熔岩包括玄武质集块/角砾/凝灰熔岩、玄武质/安山质/粗面质隐爆角砾岩等14种基本岩石类型;火山碎屑岩包括玄武质集块/角砾/凝灰岩、安山质集块/角砾/凝灰岩等11种基本岩石类型;沉火山碎屑岩包括沉火山角砾岩和沉凝灰岩2种基本岩石类型。此外,还发育少量浅成岩类,包括辉绿岩和粗面斑岩2种基本岩石类型。从岩石大类来看,巴塔玛依内山组以火山熔岩为主,占比68%,其次为火山碎屑熔岩和火山碎屑岩,分别占比14%和16%,此外可见少量浅成侵入岩和沉火山碎屑岩。从岩石成分来看,以中性岩和酸性类为主,分别占比34%,基性岩类相对较少,且呈现出底部以基性岩为主,向上中性岩类增加,顶部以酸性岩为主的特征。具体岩石类型来看,以安山岩、流纹岩为主,分别占比25%和24%,其次为玄武岩,占比12%。各种岩石类型均发生了或多或少的次生改造,中、基性火山岩气孔多被充填形成杏仁构造,中酸性、酸性岩则脱玻化作用和溶蚀作用常见,此外,绿泥石化、方解石化等蚀变作用在巴塔玛依内山组火山岩中也较常见。2.巴塔玛依内山组火山岩年代学特征及其地质意义通过对巴塔玛依内山组和上覆的石钱滩组地层进行系统取样,运用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和牙形刺挑选和鉴定等方法,确定了巴塔玛依内山组火山岩的年代学特征,并对相关地质意义进行了总结。在双井子巴塔玛依内山组剖面取得的8件火山岩样品的锆石U-Pb年龄分别为347.9±7.7Ma、336.6±2.7Ma、348.7±2.9Ma、335.2±1.9Ma、339.1±1.5Ma、327.9±1.5Ma、340.7±1.4Ma、和318.7±4.2Ma;在白碱沟巴塔玛依内山组剖面取得的1件火山岩样品锆石U-Pb年龄为333.8±4.6Ma;在双井子地区石钱滩组灰岩样品中挑选出4颗完整的牙形刺化石,分属于2个属,分别为Idiognathodus和Streptognathodus,其中,Idiognathodus最早出现在巴什基尔期晚期,繁盛于晚石炭世莫斯科期至早二叠早期;Streptognathodus则是晚石炭世晚期的标准化石,常见于卡西莫夫期至格舍尔期。这与火山岩年龄测试结果一致。由此可见,巴塔玛依内山组地层是穿时的,从早石炭世到晚石炭世连续发育,并不局限于早石炭世或晚石炭世,这一结论在双井子和白碱沟地区均成立。结合前人研究成果和区域大地构造背景,可以将巴塔玛依内山组形成年龄限定在348.7Ma和300.4Ma之间。此外,在双井子地区巴塔玛依内山组地层中取得的1件粗面斑岩侵入岩年龄为255.9Ma,这是首次在研究区发现二叠纪侵入岩,也是目前准噶尔地区发现的最年轻的古生代火成岩;根据年龄测试结果,结合区域构造演化,可以确定卡拉麦里蛇绿岩所代表的准噶尔洋盆闭合时间在泥盆世法门期和348.7Ma之间;火山岩年龄样品中出现大量的捕获锆石,其年龄介于354.7971.2Ma,这与盆地周缘的岛弧火成岩或代表大洋岩石圈的蛇绿混杂岩的形成时代非常一致,推测形成巴塔玛依内山组火成岩的岩浆所穿越的盆地基底可能主要由古生代岛弧体系和残余的大洋岩石圈构成,同时存在前寒武纪基底。3.巴塔玛依内山组火山岩储层成岩作用以样品描述和薄片鉴定为基础,运用面孔率分析、孔隙度和渗透率分析、电子探针分析（EPMA）、电子显微镜等测试手段,通过综合分析,确定了巴塔玛依内山组火山岩的成岩作用类型和储集空间发育特征,选取充填和蚀变两种晚期成岩作用进行了重点研究,确定了充填和蚀变成因,并对其储层意义进行了分析。（1）火山岩成岩作用类型及储集空间发育特征巴塔玛依内山组火山岩储层成岩作用类型包括早期成岩作用和晚期成岩作用两类,早期成岩作用包括:挥发分逸出作用、冷凝收缩作用、淬火作用、斑晶炸裂作用、准同生期热液沉淀结晶作用、熔结作用、隐爆作用、早期压实胶结作用;晚期成岩作用包括:脱玻化作用、充填作用、蚀变作用、压实胶结作用、溶解作用、构造作用等。在这些成岩作用中,挥发分逸出作用、冷凝收缩作用、淬火作用、斑晶炸裂作用、隐爆作用、脱玻化作用、蚀变作用、溶解作用、构造作用等对储层物性的改善具有积极意义。巴塔玛依内山组火山岩储层储集空间包括原生储集空间和次生储集空间两类,其中,原生储集空间包括:原生气孔、杏仁体内孔、石泡空腔孔、杏仁体收缩孔、粒间孔、收缩缝（网状收缩缝、层面节理缝、柱状节理缝和球状节理缝）、解理缝和斑晶炸裂缝;次生储集空间包括:脱玻化孔、溶蚀孔（包括斑晶内溶蚀孔、基质内溶蚀孔、杏仁体内溶蚀孔）、溶蚀缝、构造缝、充填残余构造裂缝、充填溶蚀构造裂缝等。巴塔玛依内山组火山岩储层残留的有效储集空间以次生储集空间为主。具体来看,残存的孔隙类储集空间以斑晶溶蚀孔和基质内溶蚀孔最为常见,原生气孔已经消失不见,被绿泥石、方解石和玉髓等次生矿物部分或全部充填;裂缝类储集空间以构造裂缝、充填残余构造裂缝、溶蚀缝和解理缝为主,同样以次生裂缝为主。（2）火山岩气孔充填类型、成因及储层意义巴塔玛依内山组火山岩气孔充填矿物有石英、方解石、沸石、绿鳞石、绿泥石、皂石等。可分为单成分杏仁体和复成分杏仁体两种,以复成分杏仁体为主。单成分杏仁体有石英和绿鳞石两种,复成分杏仁体分为以下10种:石英→沸石;方解石→石英;石英→皂石→石英;皂石→石英→方解石→石英;绿泥石→石英;石英→绿鳞石→皂石;绿鳞石→绿泥石→石英;皂石→沸石;绿鳞石→绿泥石→皂石;绿鳞石→皂石。气孔内充填的绿泥石形成温度介于84.7-123.6℃之间,为低温充填。结合对火山岩杏仁体形成时间、组成矿物、元素构成、杏仁体边部特征的综合分析,认为巴塔玛依内山组杏仁体为后生低温流体成因,成因模式如下:1)气孔和微裂缝形成,为杏仁体的形成提供了空间和物质运移通道;2)宿主岩石在后期低温流体的作用下发生溶蚀、蚀变,为杏仁体的形成提供了物质基础;3)富含离子的低温流体在气孔内沉淀结晶形成杏仁体。充填作用使火山岩储层质量变差,70.2%的原生气孔被全部充填,29.2%的原生气孔被部分充填。综合来看,94.5%的原生气孔储集空间丧失。气孔被充填后残存的杏仁体内孔、杏仁体收缩孔仍具储集能力,此外溶蚀作用和蚀变作用产生的溶蚀孔也对气孔体积的减少起到补偿作用。（3）火山岩蚀变类型、成因及储层意义巴塔玛依内山组火山岩蚀变类型有皂石化、伊丁石化、绿鳞石化、黑云母化、磁铁矿化、绿泥石化、绢云母化、黏土化、碳酸盐化、脱玻化和硅化等11种;运用MFW蚀变图解来确定巴塔玛依内山组火山岩的蚀变程度是行之有效的。根据MFW图解和W值分布特征,可以确定巴塔玛依内山组火山岩蚀变特征:整体属于新鲜至部分蚀变,少部分全部蚀变或蚀变程度较高;盆内火山岩蚀变程度较盆缘火山岩略高;酸性岩的蚀变程度高于中、基性岩。巴塔玛依内山组火山岩蚀变可分为两种模式:沿裂缝蚀变和沿结晶环带蚀变,两种蚀变的发生均与裂缝和热液等流体密切相关。其成因模式可总结如下:1)火山岩内部形成了裂缝,为热液等流体的运移提供了通道;2)富含各种离子的热液流体在裂缝处与矿物作用,在溶蚀易蚀变矿物的同时,沿裂缝沉淀出方解石、绿泥石等蚀变矿物;3)随蚀变作用的进行,蚀变作用向矿物核部发展,直至矿物全部蚀变为次生矿物。蚀变作用可以使致密的火山物质变得疏松多孔。随基性到酸性火山岩蚀变程度的增加,巴塔玛依内山组火山岩储层物性变好。脱玻化作用可使储层孔隙度增加15%,渗透率呈指数增加;绿泥石化作用可以使火山岩储层的面孔率增加9.19%-15.98%。

论文目录

中文摘要

abstract

第1章前言

1.1 选题来源、目的和意义

1.1.1 选题来源

1.1.2 选题目的和意义

1.2 研究现状及存在问题

1.2.1 研究现状

1.2.1.1 巴塔玛依内山组火山岩岩性研究现状

1.2.1.2 巴塔玛依内山组火山岩年龄研究现状

1.2.1.3 火山岩储层成岩作用研究现状

1.2.1.4 火山岩储层晚期成岩作用研究现状

1.2.2 存在问题

1.3 研究内容及研究思路

1.4 技术路线

1.5 论文主要创新点

1.6 实物工作量

第2章区域地质概况

2.1 盆地概况

2.2 盆地基底、演化及地层特征

2.2.1 盆地基底

2.2.2 盆地演化

2.2.3 地层特征

2.3 研究区地质概况

第3章巴塔玛依内山组火山岩岩石学特征

3.1 巴塔玛依内山组火山岩岩性分类方案

3.1.1 研究材料

3.1.2 研究方法

3.1.3 分类方案

3.2 巴塔玛依内山组火山岩岩石学特征

3.2.1 火山熔岩

3.2.2 火山碎屑熔岩

3.2.3 火山碎屑岩

3.2.4 沉火山碎屑岩

3.2.5 浅成岩

3.3 巴塔玛依内山组火山岩岩性发育特征

3.4 小结

第4章巴塔玛依内山组火山岩年龄及地质意义

4.1 样品分析测试

4.1.1 样品采集

4.1.1.1 火山岩年龄样品

4.1.1.2 牙形刺样品

4.1.2 样品分析测试方法

4.1.2.1 年代学方法

4.1.2.2 牙形刺样品处理方法

4.2 测试结果

4.2.1 锆石和年代学特征

4.2.1.1 锆石特征

4.2.1.2 年代学特征

4.2.2 牙形刺样品处理结果

4.3 地质意义

4.3.1 巴塔玛依内山组地层时代归属

4.3.2 准噶尔地区岩浆活动时限

4.3.3 卡拉麦里洋盆闭合时间

4.3.4 准噶尔盆地基底性质

4.4 小结

第5章巴塔玛依内山组火山岩储层成岩作用

5.1 巴塔玛依内山组火山岩成岩演化过程

5.2 巴塔玛依内山组火山岩成岩作用类型及特征

5.2.1 早期成岩作用类型

5.2.2 晚期成岩作用类型

5.3 巴塔玛依内山组火山岩储集空间类型及特征

5.3.1 原生储集空间

5.3.2 次生储集空间

5.4 巴塔玛依内山组火山岩储集空间类型发育特征

5.5 小结

第6章巴塔玛依内山组火山岩储层充填作用研究

6.1 取样位置及研究方法

6.1.1 取样位置

6.1.2 研究方法

6.2 巴塔玛依内山组火山岩气孔充填类型

6.2.1 单成分杏仁体

6.2.2 复成分杏仁体

6.3 讨论

6.3.1 火山岩杏仁体成因探讨

6.3.1.1 杏仁体的形成温度

6.3.1.2 杏仁体的形成时间

6.3.1.3 杏仁体的成因模式

6.3.2 气孔充填的储层意义

6.4 小结

第7章巴塔玛依内山组火山岩储层蚀变作用研究

7.1 取样位置和研究方法

7.1.1 取样位置

7.1.2 研究方法

7.2 巴塔玛依内山组火山岩蚀变作用类型

7.3 讨论

7.3.1 巴塔玛依内山组火山岩储层蚀变程度

7.3.1.1 蚀变参数的选取

7.3.1.2 蚀变程度的确定

7.3.2 巴塔玛依内山组火山岩蚀变模式和成因

7.3.2.1 巴塔玛依内山组火山岩蚀变模式

7.3.2.2 巴塔玛依内山组火山岩蚀变的成因探讨

7.3.3 巴塔玛依内山组火山岩蚀变的储层意义

7.3.3.1 脱玻化作用的储层意义

7.3.3.2 绿泥石化作用的储层意义

7.3.3.3 火山岩蚀变程度与储层物性的关系

7.4 小结

结论

参考文献

作者简介及在学期间所取得的科研成果

攻读博士学位期间参加的学术活动

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 杨凯凯

导师: 王璞珺

关键词: 准噶尔盆地,石炭系,巴塔玛依内山组,火山岩储层,火山岩成岩作用,储集空间,充填作用,蚀变作用

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,石油天然气工业

单位: 吉林大学

基金: 国家重点基础研究发展计划项目(“973”项目)《火山岩油气藏的形成机制与分布规律》的05课题《重要盆地火山岩储层分布规律及其成藏相关性研究》(课题编号: 2009CB219305),中国石油勘探开发研究院项目《火山岩野外地质模型与岩相模式及火山机构》(合同编号: RIPED-2009-JS-113),中国地质调查局油气资源调查中心项目《准噶尔盆地东部地区石炭系火山岩油气成藏条件研究》(合同编号: 1211302108019),《准噶尔及周缘盆地火山岩油气成藏机理研究》(合同编号: DD201607170-1)

分类号: P618.13

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