摘要:
珠江口盆地珠一坳陷勘探重心逐漸由淺層轉(zhuǎn)入深層古近系,古近系火山物質(zhì)普遍發(fā)育,是影響深部碎屑巖儲層物性的重要因素之一。本次研究綜合利用鏡下薄片觀察、元素面掃描、碎屑鋯石形態(tài)特征和年代學(xué)等方法,結(jié)合研究區(qū)火山發(fā)育背景,對珠一坳陷古近系碎屑巖儲層火山物質(zhì)的性質(zhì)展開研究。結(jié)果表明:研究區(qū)古近系碎屑巖儲層中主要發(fā)育酸性、中性、基性的火山物質(zhì)。酸性火山物質(zhì)常具有高硅低堿質(zhì)特征,富Al和K元素,蝕變產(chǎn)物以高嶺石、伊利石等黏土礦物為主,其形成與酸性巖漿噴發(fā)有關(guān),常與流紋巖巖屑等伴生,并可識別出同沉積火山鋯石,主要分布于陸豐凹陷;中性火山物質(zhì)Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)中等,富K元素,蝕變產(chǎn)物主要為自生石英,常與安山巖巖屑伴生,在恩平23構(gòu)造帶和恩平27構(gòu)造帶均有分布,少量分布于陸豐13構(gòu)造帶;基性火山物質(zhì)Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低,富Fe和Mg元素,蝕變產(chǎn)物以鐵鎂質(zhì)黏土礦物和濁沸石為主,主要分布于惠州凹陷,偶見于西江凹陷。另外,研究區(qū)陸豐13構(gòu)造帶局部發(fā)育少量偏堿性的火山物質(zhì),主要通過蝕變產(chǎn)物為磷灰石來判別。凝灰質(zhì)儲層普遍呈低孔、低滲特征,但在特定的成巖條件下,少量火山物質(zhì)以及火山物質(zhì)的溶蝕性質(zhì)能夠起到增孔和??椎淖饔?,對后期油氣充注具有一定的改善作用。
關(guān)鍵詞:
火山物質(zhì)識別;元素面掃描;碎屑鋯石;年代學(xué);儲層;油氣地質(zhì);古近系;珠一坳陷
doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20240242
中圖分類號:P59;P618.13
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
何元琴,朱紅濤,丁琳,等.珠一坳陷古近系火山物質(zhì)分類、鑒定識別方法及其深層油氣地質(zhì)意義.吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版),2024,54(6):18601882. doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20240242.
He Yuanqin, Zhu Hongtao, Ding Lin,et al. Classification,Identification and Recognition Methods of Paleogene Volcanic Material and Significance of Deep Reservoir Petroleum Geology in Zhu Ⅰ Depression. Journal of Jilin University (Earth Science Edition),2024,54(6):18601882. doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20240242.
收稿日期:20240930
作者簡介:何元琴(1999—), 女, 碩士研究生, 主要從事同沉積火山活動和儲層發(fā)育機(jī)制方面的研究,E-mail: 1143598073@qq.com
通信作者:朱紅濤(1976—), 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事層序地層學(xué)、沉積學(xué)和地震沉積學(xué)方面的研究,E-mail: htzhu@cug.edu.cn
基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(41872149,41572084);中海油“十四五”揭榜掛帥項目(CCL2022SZPS0238)
Supported by the National Natural Science Foundation of China (41872149,41572084) and the Plan Technology Project of CNOOC During “14th Five Year” (CCL2022SZPS0238)
Classification,Identification and Recognition Methods of Paleogene Volcanic Material and Significance of Deep Reservoir Petroleum Geology in Zhu Ⅰ Depression
He Yuanqin1, Zhu Hongtao1, Ding Lin2,3, Tao Wenfang2,3,Wang Wei1, Zeng Zhiwei4
1. School of Earth Resource, China University of Geoscience (Wuhan), Wuhan 430074, China
2. CNOOC China Limited, Shenzhen Branch,
Shenzhen 518054, Guangdong,China
3. CNOOC Deepwater Development Limited, Shenzhen 518054, Guangdong,China
4. School of Geophysics and Geomatics, China University of Geoscience (Wuhan), Wuhan 430074, China
Abstract:
The focus of exploration gradually shifted from shallow to deep Paleogene strata in Zhu Ⅰ depression, the Pearl River Mouth basin. Volcanic materials are widely developed in Paleogene strata, which is one of the important factors affecting the physical properties of deep clastic rock reservoirs. This study comprehensively utilizes methods such as thin section, element surface scanning, morphological characteristics and UPb dating of detrital zircons, combined with the volcanic background of the study area, to study the volcanic materials properties of the Paleogene detrital reservoirs in the Zhu Ⅰ depression. The results showed that the Paleogene in the study area mainly developed acidic, intermediate, and basic volcanic materials. Acidic volcanic materials often have a high mass fraction of Si, rich in Al and K. The alteration products are mainly clay minerals such as kaolinite and illite, and their formation is related to acidic magma eruptions. They are often associated with acidic volcanic rock fragments such as rhyolite and can be identified as synsedimentary volcanic zircons, mainly distributed in the Lufeng sag. The intermediate volcanic materials have a moderate Si mass fraction and are relatively rich in potassium. The main alteration product is authigenic quartz, often associated with intermediate volcanic rock fragments such as andesite. It is distributed in Enping sag, eastern Yangjiang sag, and Lufeng sag. The basic volcanic materials have extremely low Si mass fraction and is rich in Fe and Mg. The alteration products are mainly mafic clay minerals and zeolite, mainly distributed in the Huizhou sag, with a small amount distributed in the Xijiang sag. In addition, a small amount of alkaline volcanic materials is locally developed in the Lufeng sag 13 structural belt of the study area, which is mainly distinguished by the alteration product being apatite. Low porosity and low permeability are commonly observed in tuffaceous reservoirs, but under specific diagenetic conditions, the locally developed small amount of volcanic materials and the dissolution properties of volcanic materials can play a role in increasing and preserving pores, which has a certain improvement significance for later petroleum charging.
Key words:
volcanic material identification; element surface scanning; detrital zircon; chronology; reservoir; petroleum geology; Paleogene; Zhu Ⅰ depression
0" 引言
火山物質(zhì)在巖石學(xué)分類中多種多樣。本文所研究的火山物質(zhì)主要是指粒徑小于2 mm的火山物質(zhì),在這類火山物質(zhì)中還包括了粒度更為細(xì)小的火山充填物(lt;0.062 5 mm),在巖石組分中作為填隙物存在,有學(xué)者將其稱為凝灰質(zhì)雜基或者統(tǒng)稱為易變形組分[13]。其與泥質(zhì)雜基相比具有一定溶蝕性,成分更為復(fù)雜[1, 47],本文更多是強(qiáng)調(diào)以填隙物形式存在的火山物質(zhì)。在儲層成巖演化過程中,不同性質(zhì)的火山物質(zhì)具有不同的成巖特征,其對儲層物性的影響也具有多樣性。前人[710]對火山物質(zhì)的性質(zhì)、含量等在不同成巖演化階段過程中對儲層物性產(chǎn)生的影響進(jìn)行了一定的研究,認(rèn)為火山物質(zhì)的性質(zhì)對儲層的差異性改造成為現(xiàn)今深部低孔低滲儲層勘探的一個關(guān)鍵因素,但對于火山物質(zhì)性質(zhì)的識別尚缺乏一套完整的方法。因此,明確火山物質(zhì)的發(fā)育特征、性質(zhì)以及不同性質(zhì)火山物質(zhì)的成巖特征,對于指導(dǎo)深部有效儲層的勘探和開發(fā)至關(guān)重要。
珠江口盆地珠一坳陷古近系構(gòu)造作用強(qiáng)烈,火山活動頻繁[11],鉆遇碎屑巖儲層中普遍含有一定量的火山充填物。近些年,前人針對珠江口盆地珠一坳陷凝灰質(zhì)儲層的發(fā)育特征和性質(zhì)展開了相關(guān)研究。田立新[3]通過對惠州凹陷古近系火山機(jī)構(gòu)進(jìn)行刻畫表征,結(jié)合地震屬性,對惠州26構(gòu)造火山物質(zhì)性質(zhì)的垂向演化進(jìn)行分析;靳子濠等[1]通過元素組成,利用TAS判別圖版和微量元素比值法對惠陸地區(qū)古近系文昌組的火山物質(zhì)類型進(jìn)行了劃分。然而目前對珠一坳陷火山物質(zhì)的研究仍相對薄弱,針對火山物質(zhì)性質(zhì)的識別缺少系統(tǒng)的研究,這亟待系統(tǒng)開展火山物質(zhì)性質(zhì)的識別研究,探討不同類型的火山物質(zhì)對儲層發(fā)育特征的影響。
本文以珠江口盆地珠一坳陷古近系碎屑巖儲層為研究對象,在前人研究的基礎(chǔ)上,基于常規(guī)巖心分析、巖石薄片、掃描電鏡、背散射、元素面掃描以及測錄井資料,結(jié)合碎屑鋯石形態(tài)、定年等方法,對研究區(qū)重點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)研究,對重點(diǎn)薄片、巖心樣品進(jìn)行整理、挑選,側(cè)重分析研究區(qū)火山物質(zhì)的發(fā)育特征和性質(zhì),建立了一套相對完善的珠一坳陷火山物質(zhì)性質(zhì)的判別標(biāo)準(zhǔn),微觀上探討其對深部儲層物性的影響,以期為珠江口盆地珠一坳陷深部儲層勘探開發(fā)提供有價值的依據(jù)。
1" 區(qū)域地質(zhì)概況
1.1" 地質(zhì)背景
珠江口盆地位于南海北部陸緣,呈NE—SW走向,具有“南北分帶,東西分區(qū)”的構(gòu)造格局[1220]。珠一坳陷(包含陽江東凹)位于珠江口盆地的北部,北部為北部隆起,南部被東沙隆起以及番禺低隆起與珠二坳陷分隔(圖1a),珠一坳陷內(nèi)部被各個低凸起分隔,由西往東依次發(fā)育恩平—陽江東凹陷、西江凹陷、惠州凹陷以及陸豐凹陷4個負(fù)向構(gòu)造單元(圖1b)。
1.2" 地層發(fā)育情況
珠江口盆地地層在盆地多起構(gòu)造演化控制下具有下斷上坳、下陸上海的特征[2122]。珠一坳陷位于珠江口盆地的北部,普遍缺乏神狐組,在中生代侵入巖基底上直接沉積文昌組,受到多期區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動的影響,珠一坳陷沉積地層自下而上依次為古近系中始新統(tǒng)(文昌組)、上始新統(tǒng)(恩平組)、漸新統(tǒng)(珠海組)和新近系中新統(tǒng)(珠江組、韓江組和粵海組)、上新統(tǒng)(萬山組)以及第四系[2325](圖2)。
古近系文昌組(49.0~39.0 Ma)底部為Tg地震反射層,以下為前古近系基底,文昌組時期,珠一坳陷整體處于斷陷期,呈現(xiàn)陸相湖盆的特征,巖性以湖相泥巖為主,是烴源巖發(fā)育的主力層段。恩平組底部為T80地震反射層,恩平組時期(39.0~32.0 Ma)逐漸由斷陷期向坳陷期過渡,各個洼陷呈現(xiàn)弱分隔的特征,古地貌逐漸平緩,水體變淺,洼陷范圍擴(kuò)大。
1.3" 珠一坳陷火山活動發(fā)育背景
南海北部珠江口盆地中生代時期發(fā)育NENEE走向和NWNWW走向斷裂,其受控于古太平洋板塊俯沖作用,處于陸緣巖漿島弧構(gòu)造背景[2630],巖漿活動豐富[19],多期巖漿活動在空間上相互交織,形成復(fù)雜的巖漿巖巖性組合[30]?;鹕綆r多由安山巖和英安質(zhì)巖石組成,侵入巖產(chǎn)狀以巖基和巖株為主,伴生的深成巖體多為中酸性花崗巖巖基。
郝世豪[11]通過統(tǒng)計鉆遇古近紀(jì)巖漿巖的鉆井,表明南海北部陸緣的珠江口盆地在古近紀(jì)伴隨著強(qiáng)烈的火山活動,與傳統(tǒng)認(rèn)為的“貧巖漿型”被動陸緣有所差異?;谑占降膸r漿巖的放射性同位素定年數(shù)據(jù),指出珠一坳陷在裂陷期的巖漿活動整體上呈現(xiàn)出多幕式活動的特點(diǎn),以早、晚文昌期巖漿活動(約42.0 Ma)最為強(qiáng)烈。很多學(xué)者指出珠江口盆地巖漿活動在裂陷后期也非?;钴S[3133]。
中生代珠江口盆地處于大陸邊緣巖漿島弧背景,其北部珠一坳陷巖漿活動極其活躍,發(fā)育大型巖漿巖基底;新生代以來發(fā)生區(qū)域性裂陷作用,伴隨著強(qiáng)烈的火山活動,火山物質(zhì)豐富,作為同沉積碎屑巖儲層的物質(zhì)來源之一,對于珠一坳陷深部儲層具有重要的影響。
2" 火山物質(zhì)的識別及其性質(zhì)判別
研究區(qū)古近系儲層火山物質(zhì)普遍發(fā)育,主要包括巖屑、晶屑、玻屑以及火山灰等類型,一般以巖屑或填隙物的形態(tài)賦存在巖石顆粒間。巖屑、晶屑和玻屑具有港灣狀結(jié)構(gòu),磨圓特征不明顯;以填隙物的形式賦存在粒間的火山物質(zhì),或稱為凝灰質(zhì)雜基,無固定外形,在儲層成巖演化階段中具有更復(fù)雜蝕變過程,對儲層物性影響更強(qiáng)[1]。
2.1" 火山物質(zhì)的鏡下特征
凝灰質(zhì)雜基在鏡下一般呈不規(guī)則團(tuán)狀充填粒間,高倍鏡下無晶面、晶棱,在正交偏光下不顯光性,呈一級灰白干涉色,而泥質(zhì)雜基多為細(xì)小纖維狀或鱗片狀,干涉色高[3436](圖3a、b)。凝灰質(zhì)雜基可與具備典型火山巖性質(zhì)或火山碎屑巖巖屑共生,且具有相似的結(jié)構(gòu)特征和性質(zhì)(圖3c)。早期研究通常將細(xì)粒的火山物質(zhì)識別成泥質(zhì)成分,其與泥質(zhì)雜基的區(qū)別在于細(xì)?;鹕轿镔|(zhì)在鏡下普遍具有可溶蝕性,
可溶蝕形成一定的粒間溶孔,但由于不同巖性火山作用形成的細(xì)?;鹕轿镔|(zhì)的性質(zhì)不同,其溶蝕程度具有一定差異性(圖3d、e、f);部分細(xì)粒火山物質(zhì)在成巖流體的改造下會產(chǎn)生蝕變作用,沿著溶蝕孔的邊緣或者顆粒的邊緣發(fā)生蝕變(圖3e、f、g、h),有些蝕變產(chǎn)物在單偏光下呈棕褐色(圖3e),可見有機(jī)質(zhì)
據(jù)文獻(xiàn)[25]修編。
浸染(圖3f)。研究區(qū)細(xì)?;鹕轿镔|(zhì)的類型發(fā)育較為復(fù)雜,僅通過鏡下觀察難以準(zhǔn)確識別細(xì)?;鹕轿镔|(zhì)的性質(zhì),因此結(jié)合研究區(qū)勘探需求,本文針對火山物質(zhì)性質(zhì)的判別方法進(jìn)行系統(tǒng)研究。
2.2" 火山物質(zhì)性質(zhì)的判別方法
2.2.1" 元素地球化學(xué)特征
20世紀(jì)有學(xué)者利用TAS圖版和不活潑微量元素比值(Zr/TiO2 和 Nb/Y)建立了火山物質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)[37],將其劃分為酸性、中性、基性。酸性火山物質(zhì)具有高硅低堿質(zhì)特征,Al元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,富鉀[38];中性火山物質(zhì)Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)中等,富K;基性火山物質(zhì)具有低硅高堿質(zhì)特征,F(xiàn)e和Mg元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高[1]。
本文通過電子探針、背散射圖像采集以及主量元素能譜面掃描,對研究區(qū)不同性質(zhì)的火山物質(zhì)的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征進(jìn)行分析,分析結(jié)果如下。LF7
a. EP17A井,恩平組,3 553.4 m,見少量火山物質(zhì)充填粒間,少量高嶺石呈鱗片狀充填粒間,單偏光;b. EP17A井,恩平組,3 553.4 m,凝灰質(zhì)雜基在正交偏光下不顯光性,正交偏光;c. LF7C井,恩平組,3 341.6 m,火山物質(zhì)與火山巖巖屑共存,單偏光;d. XJ34A井,文昌組,4 560.7 m,凝灰質(zhì)雜基溶孔,單偏光;e. HZ27E井,恩一、二段,3 648.0 m,凝灰質(zhì)雜基溶孔,可見溶蝕產(chǎn)物,單偏光;f. LF13E井,文昌組,4 161.2 m,凝灰質(zhì)雜基溶孔,并見蝕變產(chǎn)物,單偏光;g. LF13E井,文昌組,4 215.0 m,火山物質(zhì)呈雜基狀,見溶蝕產(chǎn)物形成自生黏土礦物,單偏光;h. HZ26B井,恩一、二段,3 050.0 m,可見少量凝灰質(zhì)雜基蝕變,單偏光。
B井火山物質(zhì)廣泛分布,背散射圖像上可見火山物質(zhì)充填在粒間孔隙中(圖4a左);元素能譜面掃描顯示火山物質(zhì)具有高Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征,K、Al元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,F(xiàn)e元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,為酸性火山物質(zhì)特征(圖4a右)。LF15B井3 716.3 m處火山物質(zhì)以巖屑形式存在,背散射圖像下可見顆粒邊緣發(fā)生溶蝕,基質(zhì)為隱晶質(zhì),可見斑狀結(jié)構(gòu),為中性安山巖巖屑(圖4b左);Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,富Al、K元素,F(xiàn)e、Mg元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)低(圖4b右)。HZ27D井文五段3 630.5 m處背散射圖像上可見大顆噴出巖巖屑,以及堿性長石發(fā)育(圖4c左);主量元素面掃描顯示火山物質(zhì)呈現(xiàn)Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低,具有典型基性火山物質(zhì)特征,粒間充填火山玻璃,F(xiàn)e、Mg元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,為基性火山物質(zhì)蝕變的中間產(chǎn)物(圖4c右,紅色箭頭處)。
2.2.2" 火山物質(zhì)蝕變產(chǎn)物特征
火山物質(zhì)具有溶蝕性,不同性質(zhì)火山物質(zhì)溶蝕程度有差異[1],蝕變產(chǎn)物受控于火山物質(zhì)自身性質(zhì)以及儲層成巖流體變化,常見的蝕變產(chǎn)物主要有高嶺石、綠泥石、自生石英、濁沸石、碳酸鹽膠結(jié)物及磷灰石等[1, 8, 3941]。因此,可根據(jù)火山物質(zhì)的蝕變產(chǎn)物來反推其性質(zhì)。
酸性火山物質(zhì)的蝕變產(chǎn)物主要包括自生高嶺石和伊利石等黏土礦物[1]。火山物質(zhì)蝕變的自生高嶺石形成于次生溶蝕孔內(nèi)部或邊緣(圖5a、b、c、d),伴隨鐵質(zhì)礦物析出(圖5c),高嶺石呈鱗片狀產(chǎn)出(圖5b),部分可保留高嶺石晶間孔(圖5d)。中性火山物質(zhì)蝕變產(chǎn)物主要以自生石英為主,粒間溶蝕的火山物質(zhì)殘余部分向伊利石等黏土礦物轉(zhuǎn)化(圖5e、f、g),自生石英鏡下具有很好的晶型,以微晶形態(tài)存在于次生溶孔中,顆粒大小不一,生長方向隨機(jī)(圖5f、g)。濁沸石可作為基性火山物質(zhì)蝕變的指標(biāo)礦物[38](圖5h、i),鏡下可見濁沸石呈板狀充填在火山物質(zhì)溶孔中,并且自身具有溶蝕性,可見溶孔發(fā)育(圖5h、i),基性火山物質(zhì)富含F(xiàn)e、Mg元素,常蝕變?yōu)楦昏F鎂質(zhì)黏土礦物,鏡下可見火山物質(zhì)綠泥石化[8](圖5j)。
堿性火山物質(zhì)相對富鈉,多代表響巖等偏堿性巖漿的噴出產(chǎn)物。靳子濠等[1]對陸豐13構(gòu)造帶部分含火山物質(zhì)的樣品進(jìn)行TAS圖版分析,樣品主要分布于偏堿性的粗面安山巖和玄武粗安巖區(qū)域,指示其來源于堿性巖漿[42]。堿性火成巖礦物組合,例如鈦鐵礦、磷灰石、金云母、方解石、透長石和霞石等,可以指示堿性巖漿來源。其中,磷灰石的成因大多與偏堿性的火山物質(zhì)蝕變有關(guān),在大氣淋濾作用下,堿性火山物質(zhì)會在原地形成磷灰石[1, 910]。研究區(qū)僅陸豐13構(gòu)造帶局部發(fā)育磷灰石,磷灰石鏡下呈針狀或球粒狀散布于顆粒之間,或呈成團(tuán)狀發(fā)育于火山物質(zhì)溶孔內(nèi)部,可見鐵質(zhì)沉淀(圖5k、l)。
2.2.3" 伴生及同生火山巖巖屑類型
珠一坳陷古近系伴隨著強(qiáng)烈的火山活動,存在大面積的火山噴發(fā)[11]。其鉆井揭示,研究區(qū)鉆遇到多種類型的火山巖以及火山碎屑巖,包括凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r、安山巖以及玄武巖等巖性[30](表1)。通過已鉆遇到的火山巖層的性質(zhì)可判斷同生火山物質(zhì)的性質(zhì),例如恩平27構(gòu)造鉆遇到安山巖,推測同生火山物質(zhì)主要為中性。
前文2.1提及凝灰質(zhì)雜基可與具有相似性質(zhì)的火山巖巖屑共生,通過火山巖巖屑的性質(zhì)也可判斷伴生及同生火山物質(zhì)的性質(zhì)。例如:EP21A井發(fā)育大量流紋巖巖屑,可見典型的流紋構(gòu)造(圖6a),并伴隨有少量的凝灰質(zhì)雜基,火山物質(zhì)發(fā)生蝕變,鏡下可見蝕變產(chǎn)物被有機(jī)質(zhì)浸染,在正交偏光下顯光性,部分流紋巖巖屑絹云母化嚴(yán)重(圖6b),推測與流紋巖巖屑伴生的同期凝灰質(zhì)雜基性質(zhì)為酸性特征;
EP23B井在恩平組鉆遇到凝灰質(zhì)砂巖,厚度達(dá)47.0 m(表1),在凝灰質(zhì)砂巖中可見有安山巖巖屑,且邊緣發(fā)生溶蝕(圖6c),并伴隨有大量凝灰質(zhì)雜基充填粒間(圖6d),推測此樣品的火山物質(zhì)為中性;XJ34A井鏡下薄片揭示有玄武巖巖屑發(fā)育,并有大量氣孔發(fā)育,可見杏仁體(圖6e、f),因此推測同期火山物質(zhì)的性質(zhì)為基性。
2.2.4" 同沉積火山碎屑鋯石
鋯石作為最穩(wěn)定的副礦物之一,其具備較高的U、Th質(zhì)量分?jǐn)?shù),穩(wěn)定性較高,即使經(jīng)歷多次構(gòu)造沉積改造,仍能保留豐富的原始物質(zhì)信息,因此近年來廣泛用于進(jìn)行物源示蹤工作。碎屑鋯石根據(jù)成因可以分為巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石。目前,很多學(xué)者開始關(guān)注巖漿成因鋯石自身性質(zhì)的差異,不同性質(zhì)的鋯石產(chǎn)能和粒度具有顯著差異性。酸性巖漿成因鋯石Zr元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,Si元素易飽和,鋯石結(jié)晶早、持續(xù)時間長,更易形成大尺寸鋯石顆粒[43]。而基性巖漿鋯石中Zr和Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)低,不易飽和,難以達(dá)到鋯石結(jié)晶程度,因此不易生長鋯石或鋯石顆粒極小,很難使用常規(guī)方法挑選制靶[4445]。因此,在常規(guī)鋯石分析當(dāng)中多使用的是酸性巖漿成因鋯石進(jìn)行分析。
本文基于LA(MC)ICPMS定年的傳統(tǒng)碎屑鋯石年代學(xué)分析,采用基本一致的鋯石分離提純流程(機(jī)械粉碎、重選、磁選、雙筒顯微鏡下挑選),制靶,陰極發(fā)光選區(qū)與激光定年。樣品的預(yù)處理、陰極發(fā)光(CL)圖像拍攝和LAICPMS定年均在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成,激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193 nm準(zhǔn)分子激光器和MicroLas光學(xué)系統(tǒng)組成,ICPMS型號為Agilent 7900。
以珠一坳陷東部惠陸地區(qū)為例,碎屑鋯石UPb年齡原始數(shù)據(jù)見表2,碎屑鋯石年齡從太古宙到新生代古近紀(jì)均有分布(表3)。陸豐地區(qū)受火山作用影響明顯,并發(fā)育有大規(guī)模的火山物質(zhì),LF13A與LF15B井鋯石年齡頻譜中均可見38 Ma左右的年齡峰值,指示其受到古近系同沉積火山作用的影響。對兩口井分別進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),LF13A井在
a. EP21A井,恩平組,3 340.0 m,礫石成分主要為流紋巖,可見流紋構(gòu)造,正交偏光;b. EP21A井,文昌組,3 648.0 m,見少量火山物質(zhì)充填粒間并發(fā)生蝕變,蝕變產(chǎn)物在正交偏光下顯光性,部分流紋巖巖屑絹云母化嚴(yán)重,正交偏光;c. EP23B井,恩平組,3 930.3 m,見安山巖巖屑,邊緣有暗花邊,單偏光;d. EP23B井,恩平組,3 930.3 m,火山物質(zhì)充填粒間,并發(fā)生蝕變,可見少量白云石交代,單偏光;e. XJ34A井,文昌組,4 272.0 m,含大量火山物質(zhì),少量火山角礫巖,單偏光;f. XJ34A井,文昌組,4 272.0 m,巖屑為玄武巖巖屑,見大量氣孔構(gòu)造,并被方解石交代,可見圓形杏仁體,單偏光。
3 610.0~3 640.0 m處共測得71個鋯石測試點(diǎn),年齡呈單峰式特征,集中在44~34 Ma之間(圖7a),其中同沉積鋯石約占鋯石總數(shù)的69%(表3);LF15B井樣品在3 865.0~3 875.0 m處對碎屑鋯石測得102個測試點(diǎn),年齡分布頻率圖呈現(xiàn)多峰式特點(diǎn),主要有三組峰值,第一組測得15個測點(diǎn),年齡范圍為43~32 Ma;第二組測得8個測點(diǎn),年齡范圍為132~118 Ma;第三組測得11個測點(diǎn),年齡范圍為428~408 Ma(圖7b),同沉積鋯石年齡峰值最高,同沉積鋯石約占該樣品鋯石總數(shù)的20%(表3)。HZ26C井的取樣點(diǎn)在3 975.0~3 995.0 m處,共計81個測試點(diǎn),年齡呈單峰式特征,主要在120 Ma左右(圖7c)。LF13A井鋯石粒度為50~200 μm,自形、多呈短柱狀和長柱狀,部分鋯石可見巖漿振蕩生長環(huán)帶,其鋯石年齡和形態(tài)指示該樣品受到同沉積期酸性火山活動影響大(圖8a)。LF15B井碎屑鋯石粒度在100 μm左右,半自形、不規(guī)則狀,晶面有溶蝕,部分可見巖漿生長振蕩環(huán)(圖8b)。HZ26C井碎屑鋯石晶面顯示明顯溶蝕現(xiàn)象,可見巖漿生長振蕩環(huán)帶,具有一定棱角狀(圖8c)
基于捕獲到的古近系同沉積巖漿成因碎屑鋯石及其年齡,指示陸豐凹陷地區(qū)主要受到酸性火山活動的影響,推測其火山物質(zhì)的性質(zhì)主要為酸性;而HZ26C井所有鋯石年齡均大于65 Ma,未捕獲到新生代年輕鋯石,且鉆井揭示HZ26C井在古近系中鉆遇到厚層凝灰質(zhì)砂巖和凝灰?guī)r(表1),指示其受到了同沉積期火山活動的影響,因此,推測該井受到同沉積基性火山活動的影響。
2.3" 珠一坳陷古近系火山物質(zhì)分布特征
通過元素面掃描、蝕變產(chǎn)物特征、火山巖巖屑類型和碎屑鋯石定年等方法可知,研究區(qū)主要發(fā)育酸性、中性和基性火山物質(zhì),此外還發(fā)育少量偏堿性的火山物質(zhì)。研究區(qū)酸性火山物質(zhì)主要分布于陸豐凹陷,其元素特征為高硅低堿特征,Al、K元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,蝕變產(chǎn)物以高嶺石和伊利石等黏土礦物為主,常與流紋巖等酸性的噴出巖巖屑伴生,并且在陸豐13、15構(gòu)造帶地層中捕獲到同沉積碎屑鋯石。中性火山物質(zhì)主要見于恩平23構(gòu)造帶和恩平27構(gòu)造帶,少量分布于陸豐13構(gòu)造帶,富K,Si元素質(zhì)量分
數(shù)不高,蝕變產(chǎn)物主要為自生石英,部分蝕變?yōu)轲ね恋V物,常與安山巖等中性的噴出巖巖屑伴生?;曰鹕轿镔|(zhì)主要分布于惠州凹陷,少量分布于西江34構(gòu)造帶,基性火山物質(zhì)Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低,F(xiàn)e和Mg元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,蝕變產(chǎn)物以鐵鎂質(zhì)黏土礦物和濁沸石為主,鏡下常見火山物質(zhì)綠泥石化,以及濁沸石充填火山物質(zhì)次生溶孔中,可與基性玄武巖伴生。堿性火山物質(zhì)少見,主要分布在陸豐凹陷,本文以蝕變產(chǎn)物磷灰石作為判別依據(jù)。
綜上所述,研究區(qū)陽江東凹和恩平凹陷火山物質(zhì)有中、酸性,西江凹陷火山物質(zhì)為基性,惠州凹陷火山物質(zhì)多為基性,陸豐凹陷火山物質(zhì)多為中、酸性,局部可見偏堿性的火山物質(zhì)。
3" 火山物質(zhì)對深部儲層的影響
3.1" 凝灰質(zhì)儲層成巖作用
壓實(shí)作用" 壓實(shí)作用是對深部儲層物性影響最大的成巖作用。研究區(qū)深部古近系沉積地層普遍受到壓實(shí)作用的影響,造成儲層孔隙大量減少,滲透率大幅降低。對于含有大量具有塑性特征的火山物質(zhì)的儲層而言,火山物質(zhì)往往充填在石英、長石等剛性顆粒之間,隨著埋深加大,壓實(shí)作用不斷增強(qiáng),火山物質(zhì)在儲層中發(fā)生塑性變形,加劇壓實(shí)減孔(圖9a)。
膠結(jié)作用" 研究區(qū)火山物質(zhì)在儲層中膠結(jié)作用
較為普遍,鏡下可見大量同沉積期形成的火山物質(zhì)呈基底式膠結(jié),顆粒之間呈點(diǎn)接觸或線接觸,粒間孔隙完全被充填(圖9b)。
溶蝕作用" 溶蝕作用是凝灰質(zhì)儲層非常重要的作用。研究區(qū)火山物質(zhì)溶蝕作用存在較大的差異,主要包括弱—強(qiáng)蝕變和強(qiáng)烈溶蝕。蝕變主要是指火山物質(zhì)發(fā)生蝕變作用,其產(chǎn)生的蝕變產(chǎn)物原地堆積,鏡下可見酸性火山物質(zhì)發(fā)生蝕變作用生成高嶺石等黏土礦物,并充填在粒間孔隙中(圖9c),中性火山物質(zhì)蝕變并沉淀大量自生石英等(圖9d),基性火山物質(zhì)蝕變?yōu)榫G泥石以及濁沸石(圖9e、f、g),堿性火山物質(zhì)蝕變沉淀大量磷灰石(圖9h、i)。強(qiáng)烈溶蝕
a. LF13A井,文五段3 610.0~3 640.0 m處鋯石年齡,n =71;b. LF15B井,文五段3 865.0~3 875.0 m處鋯石年齡,n =102;c. HZ26C井,文四段3 975.0~3 995.0 m處鋯石年齡,n =81。
是指火山物質(zhì)完全溶蝕形成的次生溶孔,這類孔隙成為深部儲層的重要油氣儲集空間(圖9j)?;鹕轿镔|(zhì)的蝕變產(chǎn)物在酸性流體的作用下也會發(fā)生不同程度的溶蝕,濁沸石充填在粒間,可見發(fā)生了一定程度的溶解,內(nèi)部出現(xiàn)溶蝕微孔(圖9g),而磷灰石大部分已完全溶解,形成較為干凈的溶孔,殘余部分沿著顆粒邊緣呈球粒狀分布(圖9h、i),形成的溶蝕孔隙改善了儲層的物性[7]。
脫?;饔? 研究區(qū)火山物質(zhì)含有玻屑等不穩(wěn)定組分,在埋藏過程中易發(fā)生脫?;饔茫摬;^程中形成石英等礦物時體積縮小,生成一些微孔隙或微裂縫[46](圖9k、l),達(dá)到增孔的目的,玻璃質(zhì)的脫?;饔檬悄屹|(zhì)儲層的重要成巖作用[47]。鏡下可見LF13D井和EP27B井凝灰質(zhì)雜基發(fā)生收縮,形成了大小不一的收縮孔(縫)(圖9k、l)。
3.2" 火山物質(zhì)對儲層差異性影響
3.2.1" 儲層物性特征
本次研究統(tǒng)計了珠一坳陷部分重點(diǎn)構(gòu)造古近系凝灰質(zhì)儲層的物性數(shù)據(jù)(表4),總結(jié)對比了其他盆地的凝灰質(zhì)儲層物性特征[40]。研究發(fā)現(xiàn):研究區(qū)古近系儲層孔隙度普遍低于15.00%,滲透率大部分小于50.00×10-3 μm2,呈現(xiàn)出低孔、低滲特低滲的特點(diǎn);國內(nèi)其他盆地凝灰質(zhì)儲層孔隙度大多集中在10%~20%之間,滲透率有較大差別,如準(zhǔn)噶爾盆地西北緣烏夏斷裂帶平均滲透率可達(dá)149.00×10-3 μm2,孔隙度為14.00%,屬于低孔中滲儲層。從統(tǒng)計結(jié)果(表4)可知,該地區(qū)裂縫較為發(fā)育,裂縫的發(fā)育對孔隙度影響不大,但能在一定程度下增大儲層滲透率。
3.2.2" 儲層孔隙類型
本文對研究區(qū)凝灰質(zhì)儲層的孔隙類型和微觀特征進(jìn)行統(tǒng)計,并結(jié)合前人[4854]統(tǒng)計的其他盆地數(shù)據(jù)展開研究(表4)。研究區(qū)深部凝灰質(zhì)儲層孔隙多以次生溶蝕孔為主,保留極少部分原生粒間孔,受到酸性凝灰質(zhì)填隙物的影響,陸豐13構(gòu)造發(fā)育有火山物質(zhì)收縮縫。與其他盆地不同的是,珠一坳陷凝灰質(zhì)儲層中脫?;装l(fā)育較少,裂縫僅在局部地區(qū)發(fā)育。
3.2.3" 火山物質(zhì)對儲層的差異性改造
火山物質(zhì)進(jìn)入到湖盆中沉積,成巖期通過固結(jié)壓實(shí)和流體改造作用對儲層造成影響。火山物質(zhì)是影響儲層質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一,而火山物質(zhì)的性質(zhì)影響著儲層的物性、儲集空間類型和含油性等特征。
研究[7]表明基性火山物質(zhì)具有較強(qiáng)的溶蝕能力,溶蝕孔更為發(fā)育,并且基性火山物質(zhì)蝕變更易促使綠泥石、濁沸石等自生礦物產(chǎn)生,成巖晚期濁沸石會受到酸性流體的侵蝕而發(fā)生再次溶蝕,形成不同規(guī)模的溶蝕孔,進(jìn)而提高儲層的粒間溶孔占比。自生綠泥石在成巖作用早期形成顆粒包膜,通過降低膠結(jié)物的成核面積限制膠結(jié)物生長,是深部儲層??椎闹匾獧C(jī)制之一[5556]。另外,在埋藏成巖過程中,火山物質(zhì)中的玻璃質(zhì)組分易發(fā)生脫?;饔茫w積收縮形成收縮縫(孔),有利于儲層中流體溝通,一定程度上能夠提高儲層的滲透率[2, 46](表4),脫玻化作用常見于中、酸性凝灰質(zhì)巖中[57]。梁官忠[58]指出,二連盆地哈南地區(qū)發(fā)育中性和基性凝灰?guī)r含油氣儲層,裂縫是儲層的重要儲集空間和流體交換通道。
結(jié)合研究區(qū)凝灰質(zhì)儲層發(fā)育特征及發(fā)育規(guī)律,表明基性火山物質(zhì)比其他性質(zhì)的火山物質(zhì)更易溶蝕成孔,對儲層的改善作用更為明顯。
4" 火山物質(zhì)識別油氣地質(zhì)意義討論
在深部儲層中火山物質(zhì)本身作為填隙物大量充填孔喉,加劇壓實(shí)減孔,滲透率降低,使得儲層更加致密,儲層孔隙結(jié)構(gòu)受到破壞,導(dǎo)致儲層含油氣性差,大部分儲層為干層,極大地影響儲層油氣成藏效益。但是,前人[9]研究認(rèn)為,火山物質(zhì)具有可溶蝕
a. LF13A井3 610.0~3 640.0 m處同沉積鋯石CL圖像;b. LF15B井3 865.0~3 875.0 m處同沉積鋯石CL圖像;c.HZ26C井3 975.0~3 995.0 m典型中生代鋯石CL圖像。
a. EP17A井,文昌組,4 331.2 m,火山物質(zhì)充填,可見被壓實(shí)發(fā)生塑性變形,單偏光;b. XJ34A井,文昌組,4 485.0 m,大量火山物質(zhì)膠結(jié)孔隙產(chǎn)出,單偏光;c. LF13D,恩平組,3 217.5 m,酸性火山物質(zhì)蝕變產(chǎn)物高嶺石充填粒間,單偏光;d. EP23B井,恩平組,3 658.8 m,自生石英和伊利石侵占孔隙空間,掃描電鏡;e. HZ26A井,文昌組,3 399.4 m,見綠/蒙混層和次生石英加大,掃描電鏡;f. HZ26A井,文昌組,3 405.0 m,見自生綠泥石,掃描電鏡;g. HZ26A井,文昌組,3 569.3 m,濁沸石充填粒間,可見溶蝕,單偏光;h. LF13A井,文昌組,3 451.5 m,大量磷灰石沿顆粒邊沿分布,可見溶蝕,單偏光;i.LF13A井,文昌組,3 451.5 m,磷灰石溶蝕孔,單偏光;j. LF13A井,文昌組,3 413.0 m,見凝灰質(zhì)雜基溶孔,單偏光;k. LF13D井,文昌組,3 775.0 m,火山物質(zhì)蝕變,并見收縮縫發(fā)育,單偏光;l. EP27B井,恩平組,4 211.5 m,大量火山物質(zhì)蝕變收縮形成收縮縫(孔),單偏光。Qtz. 石英;lll. 伊利石;C/S. 綠/蒙混層;Ch. 綠泥石。
性,低含量的火山物質(zhì)溶蝕改造能適當(dāng)增加溶蝕孔占比,提高孔隙度,其溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙增孔率最高,對形成較高質(zhì)量油氣儲層是有利的[2],儲層含油性好。
火山物質(zhì)在油氣儲層質(zhì)量和油氣成藏中占據(jù)著非常重要的地位。目前關(guān)于火山物質(zhì)對于儲層油氣富集的影響是具有多面性的,火山物質(zhì)充填普遍會使儲層呈現(xiàn)低孔、低滲的特征,對后期油氣充注造成影響。但是在前人研究的成果中,凝灰質(zhì)儲層也形成了有效的油氣藏,接連在國內(nèi)的二連盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、松遼盆地等地區(qū)取得突破[53, 58],準(zhǔn)噶爾盆地西北緣烏夏斷裂帶烏爾禾組凝灰質(zhì)儲層發(fā)育了大量
裂縫型的儲集空間,改善了儲層的儲集性能及油氣藏的分布和規(guī)模[53]。脫?;瘹饪祝p)的發(fā)育程度能在一定程度上決定儲層物性的好壞,同時對儲層的含油性產(chǎn)生一定的影響[59]。珠一坳陷古近系火山物質(zhì)對儲層的改善作用大多集中在增加次生溶蝕孔,以及溶蝕產(chǎn)物形成的黏土包膜的??鬃饔梅矫?。
少量的火山物質(zhì)以及火山物質(zhì)的溶蝕性質(zhì)能夠起到增孔和??椎淖饔?,從而對后期油氣充注起到改善作用。然而,針對火山物質(zhì)對油氣成儲和成藏的差異性作用還需深入研究,以及需要進(jìn)一步明確火山物質(zhì)在成巖—成儲—成藏過程中差異性演化的成因機(jī)制和影響模式。
5" 結(jié)論
1)珠一坳陷古近系碎屑巖儲層中火山物質(zhì)主要為酸性、中性和基性,局部受到堿性巖漿的影響,發(fā)育堿性的火山物質(zhì)。
2)酸性火山物質(zhì)具有高硅低堿特征,富含Al、K元素,低Fe、Mg元素質(zhì)量分?jǐn)?shù),蝕變產(chǎn)物通常為高嶺石和伊利石等黏土礦物,其形成與酸性巖漿噴發(fā)相關(guān),其同沉積火山鋯石顆粒較大,易于識別,主要分布于陸豐凹陷。中性火山物質(zhì)Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)中等,富K元素,蝕變產(chǎn)物以自生石英為主,部分可蝕變?yōu)轲ね恋V物,常與安山巖等中性噴出巖巖屑伴生,多見于恩平23構(gòu)造帶和恩平27構(gòu)造帶,少量分布于陸豐13構(gòu)造帶。基性火山物質(zhì)Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低,富含F(xiàn)e、Mg元素,蝕變產(chǎn)物以鐵鎂質(zhì)黏土礦物和濁沸石為主,常見基性凝灰質(zhì)綠泥石化,與基性火山活動相關(guān),其同沉積火山鋯石顆粒較小,難以識別,主要分布于惠州凹陷,偶見于西江凹陷。偏堿性火山物質(zhì)以蝕變產(chǎn)物磷灰石為主要特征,僅僅分布于陸豐13構(gòu)造帶。
3)凝灰質(zhì)儲層普遍呈現(xiàn)低孔、低滲特征,次生孔隙是凝灰質(zhì)儲層的主要儲集空間,裂縫能增大儲層滲透率?;曰鹕轿镔|(zhì)更易溶蝕成孔,對儲層的改善作用更為明顯。珠一坳陷古近系火山物質(zhì)對于儲層的改善作用大多集中在增加次生溶蝕孔,以及溶蝕產(chǎn)物形成的黏土包膜的??鬃饔梅矫?。
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