资源勘查工程专业外文翻译--中国塔里木盆地塔北地区志留系砂岩成岩作用及其对储层性质..docx
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1、中国地质大学(北京)本科毕业论文外文资料翻译院(系): 能源学院 专 业: 资源勘查工程 姓 名: 学 号: 外文出处: Petroleum Science 附 件: 1.外文资料翻译译文;2.外文原文。完成日期: 2011年3月20日 中国地质大学(北京)2011届本科毕业设计(外文翻译) 附件1.外文资料翻译译文中国塔里木盆地塔北地区志留系砂岩成岩作用及其对储层性质的影响摘要:塔里木盆地的塔北砂岩的形成包括压实作用、胶结作用(这是由石英的过度生长、方解石、粘土矿物质、少量黄铁石所致)、长石的分解以及方解石的粘合等成岩作用。由于凝聚作用其多孔性由原先预计的40%减少到22.1%,而硬化作用则
2、使其减少到26.6%.因此,相比硬化作用,凝聚作用使塔北砂石丧失的空隙更多一点。在许多水库里砂石都被中等或深深地掩埋了起来,这些砂石孔率的丧失,主要原因就是石英的胶结作用,尤其是共轴石英的过度生长。方解石的胶结作用则在砂石的多孔性演变中起到了重要作用。在被掩埋的初期,方解石胶状物占据了大部分缝隙,这就导致了砂岩很大的多孔性。从另一方面来讲,早期的多孔性得以保存下来是因为没有得到充分填充或出现了分散的方解石胶状物。除了方解石,一些粘土矿物质包括伊利石和绿泥石,也起到了填充或衬垫缝隙的作用。由于阻止了共轴石英沉淀物的过度生长,绿泥石发挥了保持多孔性的作用。而大部分伊利石就像鱼叉或桥梁周围的毛状边缘
3、出现在孔隙的入口处,造成水库渗透性的很大退化。方解石胶状物的分解是很广泛的,这在很大程度上有助于次生孔隙度的发展。关键词:塔里木盆地,成岩作用,次生孔隙,储层质量1.简介塔里木盆地由天山山脉和昆仑山脉包围,位于新疆维吾尔族自治区南部,是中国最大的沉积盆地,面积560000平方公里。作为一个重要的盆地,塔里木盆地经历了几个时期的构造运动和沉积旋回,烃源岩的部分在不同阶层发展。在志留纪期间,稳定的中央盆地是塔里木板块,该盆地是一个积极的大陆边缘,南部是隆起的阿尔金盆地边缘和昆仑前陆逆冲断裂带。塔北地区位于塔里木盆地的北部。群科裂谷区和阿克苏分别在它的东部和西部。它的北部是Erbatai裂谷,南部是
4、塔中地区的过渡地带。塔里木盆地塔北地区志留系是属于古生代,塔里木盆地志留系自下而上分为了柯坪塔格组(SK)、塔塔埃尔塔格组(ST)和依木干他乌组(Sy)。塔塔埃尔塔格跟柯坪塔格又可以分别进一步的细分为两段,其中塔塔埃尔塔格分为上段跟下段,柯坪塔格分为上段跟中段。柯坪塔格组在塔北地区的大部分都缺失,塔塔埃尔塔格组在部分的塔北地区缺失。依木干他乌组覆在塔塔埃尔塔格组上面,大多由中粗粒砂岩组成,小细砂岩沉积在下游网状平原的环境中。柯坪塔格组大约70到330米厚由细粗砂岩,粗砾岩组成,在SK形成约70厚3.3亿并包括细粗砂岩,粗砾岩。这种沉积构造,我们可以观察到交错层理的结构(图1)。塔北志留系被一辫
5、状河三角洲沉积体系所控制。该系统又分为三个亚相:上辫状三角洲平原,下辫状三角洲平原和水下辫状河三角洲。此外,下辫状三角洲平原包括五个种微相,辫状三角洲河道,分流河口沙坝,远沙坝,席状砂层和天然屏障(图2)。这项研究是基于从位于塔里木盆地北部塔北地 区的7口井(Th1, Ym2, Yw2, Sl1,Cao1, H1 and Yn1)得到的志留系水库样本进行的在这项研究中,扫描电子显微镜,X射线衍射,阴极发光和电子探针分析等方法和大量的可获得的薄片(普通薄片,铸体薄片和阴极发光薄片)被用来研究成岩作用和孔隙类型。基于数据分析,本文对砂岩岩性特征,成岩矿物,成岩演化阶段,储层质量,成因及孔隙度分布有
6、充分的讨论,来说明塔里木盆地北部塔北地区储层砂岩进化模型。2.岩性特征我们在偏光显微镜下观察了代表这七口井的102个薄片以此来探讨岩石的质地和矿物学属性。柯坪塔格组中段是岩屑砂屑岩和亚岩屑砂岩,矿物含量平均值为:石英73%,岩屑25%,长石2%。柯坪塔格组上段是岩屑砂屑岩,亚岩屑砂岩和很少的石英净砂岩(H1井),平均主要由55%的石英,38%的岩屑和7%的长石构成了基本框架(图3)。薄片岩石学表明,几乎所有的志留系砂岩都很精细(0.125-0.25mm)。岩石颗粒的形状从次棱角状至近圆形不尽相同。粒间接触的主要类型是点线接触,主要的胶结类型是通过孔隙。不同组岩石的分类是不同的,柯坪塔格组中段,
7、塔塔埃尔塔格组上段和下段的砂岩都很容易进行分类,而柯坪塔格组上段的砂岩只是一种中介物质而已。 3.砂岩成岩作用及其对储层的影响3.1 压实作用沉积物的压实和胶结作用在减少孔隙率上起到了主要的作用(Fisher, et al., 1999)。机械压实的明显的证据包括石英,长石颗粒的裂缝(通常通过自生石英的合拢)和畸形的韧性颗粒。化学压实是由粒间压溶作用和缝合线构造引起的。在这项研究中,密集砂岩显示了塔北储层三种类型的粒间接触类型,包括点接触,先接触和凹凸接触。压实作用在胶结的成岩前二氧化硅或碳酸盐胶结的砂岩中是有限的。局部的,由微石英胶结形成的砂岩,压溶作用在粒间缝合和并不多见,低振幅凹凸接触(
8、0.1mm)上是有限的。砂岩通过颗粒最初孔率,韧度,和轻微的变形来表明机械压实和化学压实作用的影响。机械压实作用是决定性的过程,然而化学压实作用很少被发现,因为原生孔率的大量减少。在评估原生孔隙的成岩作用上,区分压实作用的影响与胶结作用的影响是非常有用的。这两个过程的相对重要性可以通过埃对伦伯格的(1989)图的使用(图4)观察到。压实作用在胶结的成岩前二氧化硅或碳酸盐胶结的砂岩中是有限的。胶结作用增加了将沉积物的框架强度而且保护了原生孔隙不被压实作用损失。所有时期的沉积物质,干净情节的分好类的砂岩都有一个初始孔率值。这一值被用来假定为被研究砂岩的初始值。经过沉积作用,由于压实作用和交接作用使
9、得孔率减少。砂岩由于压实作用损失的孔率可以用艾伦伯格1989年提出的以下公式给出:由于压实作用减少的孔率=最初孔率(40%)-(100晶容(粒间孔隙度+孔隙充填胶结度)-(最初孔率晶容)(100-晶容)。砂岩由于胶结作用减少的孔率可以由以下公式给出:由于胶结作用减少的孔率=(最初孔率-由于压实作用减少的孔率)CEM晶容。方程的结果表明由于压实作用减少的孔率比由于胶结作用减少的孔率多。平均起来由于压实作用减少的孔率为17.9%,最高可达28%;由于胶结作用减少的孔率为13.4%。最高可达29%。3.2 胶结作用志留系成岩矿物包括石英,方解石,白云石,伊利石,高岭石,绿泥石,黄铁矿,长石等,这些矿
10、物在砂岩中的产生顺序如下(图5)。3.2.1 石英硅质胶结物在这一被研究的地区广泛的开发。石英的次生增长和派生产物的沉淀发生在有效的填埋和压实作用以后。这可以由以下几点表明:(1)石英与纤维质伊利石的共生(2)相对较小的晶容和石英次生增长量(3)部分压实以后被嵌含晶体的石膏所替代。二氧化硅胶结物主要表现为次生增长石英,并且可以用来制作包含石英颗粒的马赛克。硅质胶结物在阴极发光显微镜下是不发光的,它对孔率的损失影响很大石英的次生增长在所研究地区占到1%到8%,甚至在一些样本中占到12%。一般来说,石英次生增长的程度分为五级,根据塔北地区的石英的特点,因素属于第二或第三级。据电子探针分析, 石英的
11、化学成分为: SiO2 98.6 99.32, Na2O 0.140.99, FeO 0.010.03,MgO 0.030.2, CaO 0.190.37,MnO 0.51。普遍认为二氧化硅来源于石英的胶结作用,我们可以找到3种在塔北砂岩石英沉淀物的过度生长的潜在来源:(1)粒间压溶作用和缝合线构造(2)硅酸盐碎屑的溶蚀和蚀变作用,主要是长石(3)自生增长的蒙脱石或高岭石碎屑的伊利石化。二氧化硅的压溶作用是塔北砂岩石英增长的重要来源,屡见不鲜的缝合线粒间接触和离散缝合线可以表明这一点。早期形成的蒙脱石和高岭石的伊利石化可以为中期形成的石英沉淀部分的提供二氧化硅(Madhavaraju, et
12、al., 2002)。假定钾长石是钾最可能的来源,伊利石中的蒙脱石的变化可以这样描述:2KAlSi3O8+2K0.3Al1.9Si4O10(OH)22K0.8Al1.9(Al0.5Si3.5)O10(OH)2+4SiO2 (1)(钾长石) (蒙脱石) (伊利石) (石英)此外,高岭石的伊利石化也可以为中期石英沉淀的形成提供二氧化硅:2K AlSi3O8 + Al SiO5 (OH)4 2KAl3Si3O10 (OH)2+4SiO2+H2O (2)(钾长石) (高岭石) (伊利石) (石英)上述公式表明一摩尔的钾长石与高岭石反应生成一摩尔的砂岩中的伊利石被加热到高达120到140摄氏度。因此,钾
13、长石与高岭石的比率在深埋的砂岩伊利石化以后是否有过剩的钾长石或高岭石是由深浅控制的。正如铸体薄片观察,阴极射线发光特性和X射线衍射分析,质量平衡计算所决定的表明,在塔北的砂岩中碎屑的溶蚀释放出足量的硅来形成石英胶结物。3.2.2 碳酸盐胶结物碳酸盐在被研究地区是一种重要的胶结物,包括方解石,铁白云石,白云石,菱铁矿。方解石胶结物通常是塔北砂岩内生增长最重要的组成部分。方解石胶结物在砂岩中普遍存在,含量从2%到11%不等。方解石的形态有块状的,含嵌晶体的,粒间胶结物,颗粒沉淀。平均大约三分之一的方解石是颗粒状。方解石替换石英和碎屑颗粒,也包括它们的过度生长和岩屑(Carvalho, et al.
14、,1995).方解石的结构和成分变化多样包括:(1)微晶孔隙填充(1-6m)方解石胶结物透镜包含碳酸盐生物碎屑,核形石,内屑。(2)20到30微米后的方解石边缘,出现在生物碎屑和含有晶状胶结物的核形石周围(3)填充溶模孔隙的块状和柱状的方解石通过生物碎屑的选择性溶蚀产生(4)好的假亮晶方解石镶嵌体(10到100m)(5)粗的不含铁的方解石镶嵌体(100m)(5)粗的含铁的方解石镶嵌体嵌含晶的方解石(100到200m)系统的覆盖在早期的粗的不含铁的方解石上。方解石的胶结作用在砂岩孔隙演变过程中起到关键性的作用(Alaa, et al., 2000)。在埋藏的初期,早期的方解石胶结物占据大部分空隙
15、空间,造成了很大的孔隙率。另一方面,一些原生孔隙被保存了下来由于不完全的填充或者是方解石胶结物分散碎片的出现。白云石的产生随着嵌含晶体的减少和菱形晶体的镶嵌结构形成。白云石中铁含量高可以通过铁氰化钾染成蓝色说明,可以通过能散X射线分析确认。铁白云石胶结物在大部分样本中存在。铁白云石呈现出块状到嵌晶矿物结晶形态(0.1-10mm)(图6C),以塔北砂岩粒间的自身替换和位移相变胶结物形式产生。3.2.3 粘土矿物塔北志留系岩层确认的粘土矿物包括伊利石,高岭石,绿泥石,伊-蒙混层等。由X射线衍射分析塔北地区的102个样本表明,伊利石是最常见的粘土矿物,几乎在所分析的所有样本中都存在。高岭石在一些样本
16、中含量很丰富,伊-蒙混层也出现在一些薄片中。绿泥石非常罕见。随着成岩作用的影响,粘土矿物随埋藏深度的变化而改变。伊-蒙混层同埋藏深度起初成很密切的正相关,后来表现为负相关。绿泥石,伊利石同埋藏深度存在密切的相关性。高岭石同埋藏深度之间没有明显的相关性(图7)。(1)伊利石伊利石是该研究地区志留系砂岩中常见的成分。它主要在填隙物质存在,部分在空隙空间存在。伊利石形成通过直接的孔中新生作用和高岭石、蒙脱石前体的置换。伊利石在本区含量约为2%, 在粘土矿物中含量约为25%(可高达40%)。伊利石有三种不同的结构类型:(1)头发放射状排列的晶体(2)纤维状(3)膜状体,孔隙填充和孔衬胶结物形式存在。孔
17、衬状和毛状伊利石已经被报道。内生发状伊利石存在于一些样品中,尽管含量很少超过岩容的1.5%。伊利石生长到孔隙中吞没了白云石和石英。次生孔隙,由于长石颗粒的溶解形成,通常填充着由自生伊利石组成的孔衬胶结物。大量的晚期成岩的纤维状伊利石出现在整个的志留系序列。(图6D)它形成发状或螺旋状的晶体替换或与原来的内生的粘土碎屑共生。它也形成孔桥覆盖,并部分的被石英胶结物包围。伊利石优先替代或与蠕虫状的高岭石共生(Wescott, et al., 1983)。较少见的,自生伊利石呈现出蜂窝状或刺状的形态。蜂窝状的伊利石说明自生伊利石包含一些蒙脱石夹层。未硅化得假基质被伊利石替代。伊利石替代高岭石是一种假象
18、替代,保留了高岭石聚合物的蠕虫状和块状的特征。这种伊利石化的高岭石出现在阐释溶解以后邻近的次生孔隙中。伊利石取代尝试颗粒沿着缝隙边界和双晶面。伊利石组成的电磁脉冲分析:SiO2 5259,Al2O3 2324, K2O 89, FeO 25, MgO 23,CaO 00.27, TiO2 00.24(2)高岭石自生高岭石几乎出现在所有的被研究的砂岩中。高岭石粘土在粘土矿物中总含量平均26(最高可达79%)。这种矿物呈现出四种微形态品种。第一种是以小柱状,相同尺寸的蠕虫状聚集物,在砂岩空的空隙中形成孔衬胶结物为代表。高岭石的第二种类型是以独立的板状体为代表的。它们是后的六方体,在生长的不同阶段最
19、厚可达50毫米。第三种是以多重聚合体为代表。其中一些的形成是由于长石颗粒的蚀变。最后一种师大型柱体,它与硅酸盐颗粒形成掩饰的框架没有直接的关系,但是它们在尺寸上是相似的。自生高岭石以两种生长方式充填孔隙空间:其一是发育良好的全形假六方板状体形成的聚集体,其二是薄的半自形的板状体通常形成蠕虫状体。包含颗粒涂层高岭石的砂岩性对松散,白中略带红色,有较低的大孔隙率和较低的渗透率。(Hiatt, et al.,2003)。高岭石的空隙填充是一个常见的特性,发生在充满没有明显的择优取向的自生高岭石的孔隙空间中。高岭石的空隙填充随着假六方板状体的堆积序列,生长在颗粒碎屑和展示桥梁之间。高岭石替代一般作为长
20、石的替代产物发生。这些砂岩中的高岭石是自生的,包括胶结物和硅酸盐颗粒框架替代。(3)绿泥石绿泥石在塔北地区志留系砂岩大部分的样本中能够观察到。在塔北砂岩中,绿泥石既是一种空隙填充矿物,又是一种矿物颗粒碎屑的替代,例如长石,岩石碎片,次生增长石英,方解石胶结物。绿泥石占岩石体积的3%。空隙填充绿泥石表现为空隙中玫瑰花状或晶体状聚集物(Pimentel, 2002)。绿泥石也切向的生长到颗粒碎屑的表面,形成玫瑰花类型的结构。发育良好的假六面晶体覆盖或被石英的过度生长部分的吞没。根据扫描电镜观察,绿泥石涂层像是垂直于颗粒表面精细的板状晶体。如果石英颗粒被绿泥石完全的包裹,那么将很少或根本没有石英次生
21、增长的现象(Schmid, et al., 2004)。因此,一些原生孔隙由于绿泥石胶结物被保存了下来。在塔北砂岩中,绿泥石环石英颗粒的发育似乎通过阻止石英的过度生长帮助了孔隙度的保存。X射线衍射数据显示这些砂岩中粘土矿物的平均含量为14%(追踪至27%),其中绿泥石占了30%(追踪至71%)。据电子探针分析, 绿泥石的化学成分为: FeO 23.1028.80, Al2O3 13.7020.80,MgO 5.416, Na2O 00.51,TiO2 04.10,SiO2 28.6038.40, K2O 06.10, CaO 0.040.40。(4)伊蒙混层在塔北地区广泛存在伊-蒙混层(图6G
22、), 这些砂岩的X 衍射可知,在粘土矿物中的含量为22%(最多30%,最少15%)。X射线衍射分析表明,伊蒙混层是有序的,他们是通过生物扰动作用形成或是沉淀物内屑压实作用形成的假基质。在埋藏成岩过程中, 随着埋藏深度的增加蒙脱石逐渐转变为伊-蒙混层(Zhang, 2004)。(5)长石长石胶结物在塔北砂岩中并不多见,但它产生于一些长石颗粒上的共轴过度生长。一个提供钠、钾、硅的环境是长石适宜的化学环境(Haszeldine and Macaulay, 2000)。一般来说,几种溶蚀的特性可以被确认,包括:(1)粒间接触溶蚀(2)碳酸盐替代长石(3)过度生长的钾长石的溶蚀。(6)黄铁矿成岩黄铁矿微
23、球粒经常在砂岩的孔隙中发现。黄铁矿含量普遍较低,但在几个样本中含量很高。黄铁矿在岩床和下部的泥岩中含量丰富,变现为一厘米大小的球状体。基于电子探针分析数据,黄铁矿中铁的含量为46.63%到47.61%,硫的含量为51.99%到52.97%。一般说来,组成成分随着环境的变化而改变。铁与硫的比值表明一些地区的脱氧程度。根据塔北砂岩的铁与硫的比值,黄铁矿形成于一个脱氧的环境。3.2.4硫酸盐胶结物硬石膏和重晶石胶结物在被研究地去也不常见。硬石膏典型表现为100微米嵌晶菱形孔隙填充物,也表现为矿脉填充胶结物(Zhang and Shen, 1990)。硬石膏和重晶石形成所需演的硫酸盐来源于硬石膏的溶蚀
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