高的热环境的影响和砂岩压实流体活动:一个案例研究在珠江口盆地白云凹陷的(南海北部)

文摘

压实被认为是减少储层物理性质的核心。热压缩过程控制盆地热流和静态压实引起的过载控制压实强度岩石都是重要的因素。然而,孔隙度损失产生的热能和静态压实没有区别。在珠江口盆地白云凹陷北部的南中国海与地温梯度高热量流动和一个变量是一个理想的设置研究热压缩过程的特点和机制。压实特性和热液活动对储层物理性质的影响,进行基于观察和识别砂岩薄片在显微镜下,温度的测量和仿真分析,利用流体包裹体和捕获压力和压实的计算孔隙度损失。结果表明,砂岩储层的压实模式在珠海的形成是由静态压实的LGR(低地温梯度地区),而珠海的成岩过程形成的经理(温和地温梯度地区)和HGR(高地温梯度区域)不仅由静态压实效果的影响也异常引起的热压缩效应形成的温度和压力条件。孔隙度损失造成的热压缩范围从5.5%到11.2%,平均为7.9%,从4.6%到16.6%,平均10.2%的经理和HGR,分别。孔隙度损失引起的静态压缩范围从15.9%到20.8%,平均为19.4%,从8.4%到15.8%,平均12.8%的经理和HGR,分别。

1。介绍

压实成岩作用的一个重要组成部分,被认为是核心的减少储层物理性质(1- - - - - -5]。在经典成岩理论,相信碎屑沉积物的压实引起的上覆地层的有效应力(6]。沉积物的孔隙度和渗透率降低覆层的增厚,沉积碎屑沉积物的深化,并增加温度和压力(5]。

最近,发现储层的压实控制不仅负载的上覆岩石和沉积物类型的礼物也被其他因素如孔隙流体的性质,盆地的地温梯度和burial-thermal进化路线(3,7- - - - - -9]。

热压缩过程由盆地热流的控制和过载引起的静态压实过程岩石都是重要的因素在控制压实强度,这碎屑岩石的压缩机制的多样性是由于复杂的地质条件,比如温度气压字段(6,10,11]。据报道,孔隙度损失引起的热压缩在盆地高热流很常见,展示一种倾向增加压实强度随着温度和地温梯度(Gra)相同的沉积条件下10,12]。此外,它已经表明,地温梯度的上升(Gra)可以提高砂岩孔隙度损失的速率(13]。

目前形成的特点主要是归因于地质背景下的burial-diagenetic进化历史包括古代和现在的热流和地温梯度。砂岩的物理性质逐渐演变成现在的性能在当地的物理和化学条件下(12]。如果地层受到热液流体的影响,温度达到地质历史中可以不同于当前的温度。次生流体包裹体,在成岩过程中形成,包含重要信息的古温度、古压力,水库paleofluid成分,可以提供重要的基础研究流体的来源和迁移和成岩演化过程(14- - - - - -17]。均化温度和砂岩次生流体包裹体的捕获压力反映了孔隙流体的温度和压力了,分别。因此,水库受到热流体活动可以追溯到从捕获压力和均一化温度高于正常地温梯度下的地层温度达到从在成岩过程中捕获的流体包裹体17,18),从分析碳、氧、锶同位素的水泥(19,20.]。

在珠江口盆地白云凹陷,在南海北部高温地热梯度流和变量,是一种理想的设置研究热压缩过程的特点和机制。之前的研究表明,高地温梯度加速粘土矿物的速度转换和改变了precipitation-dissolution碳酸盐胶结物的平衡状态,进而影响他们的垂直分布。消失埋深处的高岭石和伊利石/蒙脱石混层粘土矿物在高地温梯度地区浅比低地温梯度区域(12,21,22]。碳酸盐胶结物的溶解是强高地温梯度区域比低地温梯度(12,21,22]。砂岩的压实过程的“热盆”白云凹陷是更复杂的。然而,研究孔隙度损失造成的热压缩过程仍然是不够的。孔隙度损失引起的热静力压实并不是区分当砂岩储层的压实机理进行了讨论10]。

压实特性和热液活动对储层物理性质的影响进行了研究,根据砂岩样品从珠海在白云凹陷形成,和热压缩及其定量计算方法提出了储层孔隙度损失。提交结果将有助于理解的影响热设置和砂岩压实流体活动和高孔隙度损失,澄清砂岩储层的成岩演化模型,提供了一个参考预测储层的有利地区盆地地热梯度与变量。

2。地质背景

白云凹陷,位于珠江口盆地的深水区域的南海北部,是一个大型抑郁面积超过12000公里²和当前的水深200米到3000米(23]。珠江口盆地经历了三个主要构造演化阶段包括张性断裂阶段,postrifting沉降萧条阶段,和断块提升阶段,新生代以来,和在一个扩展环境multiperiod结构运动包括Zhuqiong运动,南海运动,白云运动,和东沙运动24,25]。特别是,白云运动(23.8 Ma)伴随着传播的转变岭新第三纪期间,快速迁移(23.8 Ma)的大陆架边缘从南部到北部的白云凹陷发生,导致强烈的加速沉降和多级白云凹陷(岩浆活动26- - - - - -29日]。

不同于克拉通盆地,白云凹陷是薄的地壳,其mantle-crust界面是浅,向南热流高由于过渡扩张脊和强烈的变薄的白云所造成的地壳运动(30.,31日]。来自深部地幔的热通量占更高比例的总热流,而地壳热流贡献比例相对较低(32,33),这意味着薄岩石圈、地幔的更多的热量转移珠江口盆地(33]。据报道,高温流发现在南中国海。珠江口盆地位于中国南海的北部,是一个典型的热盆地热流值目前范围从24.2 mW / m²121.0 mW / m²平均的 mW / m²(34- - - - - -37]。目前地热梯度(Gra)南部珠江口盆地白云凹陷增加逐渐从北到南(图1),这主要是由于岩浆和断层活动引起的地壳变薄发生在新生代(36以来,由于新构造13.8 Ma伴随着活动热流体活动在白云凹陷的南部,当前地热增温率最高的南(66.4°C /公里33]。先前的研究表明,砂岩的成岩过程和储层质量演化白云凹陷是影响高温度设定和热流体活动,提高了压实和胶结,加速了粘土矿物的转换(21];高温度设定和流体活动都是至关重要的因素对砂岩压实和孔隙度损失。

3所示。方法

3.1。薄片的观察和识别

共有141个砂岩渐新世珠海形成的核心样本取自10井白云凹陷在这项研究检查。基于观察和识别在显微镜下薄片,每个片段的比例,矩阵,和自生矿物是大约估计,统计各类碎屑矿物之间的毛孔和接触模式已经由视觉估计方法,使用一组标准矿物内容模式作为我们的比较标准。

3.2。孔隙度损失计算

压实引起的孔隙度损失可以使用以下公式计算。

的原始孔隙度(OP, %)珠海形成砂岩可以恢复以下经验公式(38]:

在公式(1), ; 和代表了颗粒直径相应的内容在25%和75%,分别的粒度累积曲线。

假设原始体积的岩石压实期间减少,粒间体积(进口),砂岩的压实孔隙度损失(COPL)珠海形成可以使用以下公式计算39]:

这种方法假定发生压实胶结和解散之前,所以晶间卷(进口包括粒间的孔隙体积由胶结毛孔,除了矩阵和水泥的体积。由于溶解孔隙体积的增加矩阵应该删除,使孔隙度损失的计算准确(4]。

压实率(CR)可以由以下公式计算:

3.3。测量温度和模拟流体包裹体的捕获压力

的气液二次盐水包裹体的均一化温度和冷冻温度(含油)发现石英生长或愈合裂缝在珠海的石英砂岩形成测量在LINKAM THMS600 INSTEC,使用合成pure-CO校准₂流体包裹体(熔点:-56.6°C),纯净水(熔点:0°C),萘(熔点:78.2°C),和己二酸(熔点:152.1°C)。测试条件如下:温度20°C,湿度30%,实验误差±0.1°C。流体包裹体显示明显收缩的迹象,泄漏或拉伸并不以显微温度学。

包含均一化温度盐度测量方法被用来恢复流体包裹体的捕获压力和代表的古压力形成流体充填期间,基于包含温度的测量结果。包含流体的盐度是由salinity-freezing点公式计算的H₂O-NaCl系统[40]。公式如下:

在公式(5),氯化钠的重量百分比(%),是冻结温度的绝对值(°C)。

据报道,有一个特定的功能之间的关系均化温度、盐度、古压力的流体包裹体和流体包裹体的最小捕获压力可以通过下面的公式41]:

在(6),(7)和(8)公式,最低捕获压力(MPa);是捕获温度(°C, 15°C高于均一化温度(42]);均化温度(°C);盐度(wt %); , , ,和是常数;和H₂O-NaCl系统, , , ,和 (42]。

然后,古压力系数( )可以获得从古压力数据通过使用下列公式(42]:

在公式(9),是古老的静水压力(MPa);是古埋藏深度(米);由于重力加速度(9.8米/秒²);和盐水的密度流体(g / cm吗³),它可以从盐水包裹体的流体密度的公式43]。

3.4。根据不同的地热梯度热区域划分

地温梯度,也被称为“地热加热速度,”是指地层温度的增长速度与埋藏深度的增加没有大气温度的影响。其区域差异可能来自热流率的变化或近地表岩体的热导率的变化。

研究地热梯度和砂岩孔隙度之间的关系表明,地热田明显控制孔隙演化、孔隙度变化。例如,地层的埋藏深度与孔隙度10% - 15%可以不同于2.5公里到3.0公里时地温梯度从20°C /公里40°C /公里,分别。砂岩的孔隙度随埋深的增加而逐渐减小,低地温梯度流域,有效储层在更深的仍然可以发现。然而,在高地热田盆地砂岩的孔隙度随埋深的增加而迅速减小,和有效储层的埋藏深度浅比低的地热田盆地(44]。

目前地热梯度(Gra)白云凹陷从北到南逐渐增加,并有证据表明,储层的成岩演化受到深部热流体(12,21,22,45,46]。分析热设置和流体活动的影响压实效果,研究区被划分为三个区域根据目前地热梯度:低地温梯度区域(LGR, °C /公里),温和地温梯度区域(下, °C /公里),高地温梯度区域(HGR, °C /公里)。的特点和差异压实效果在不同地区进行比较。

4所示。结果

4.1。砂岩岩石学和压实特性

一般来说,水库的质量不仅取决于沉积成岩作用也。砂岩的压实是由碎屑颗粒的沉降,这减少了粒子之间的距离,减少沉积物的体积,也是控制沉积条件如粒径、排序、圆度、碎屑和矩阵的内容。碎屑颗粒的塑性变形和压实下矩阵可以增加谷物和接触使砂岩更紧凑。因此,砂岩的矿物组成和粒径和较低的地温梯度高的地区在本研究首先相比。只有在沉积的前提条件基本上是相同的,我们可以比较的差异成岩作用和分析成岩作用对储层质量的影响。

观察和定量统计数据的结果在显微镜下薄片研究区域显示,珠海的砂岩地层的岩石类型基本相同,主要包括中-细粒岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩(图2)。砂岩基质含量低于5%,平均粒径和分选系数的样本显示一些差异(图3)。此外,以往的研究由我们的研究团队(21,47)也显示类型的珠海形成砂岩在不同的位置基本上是相同的,一致的原始沉积条件允许没有干涉成岩作用的比较研究。砂岩的沉积条件一致为准确地提供一个良好的基础比较的差异压实强度和不同的地热机制。

压实的强度可以反映砂岩颗粒接触模式。LGR,碎屑矿物主要是凹凸的之间的联系(数字4(一)和4 (b))。下,接触碎屑矿物主要是线性和凹凸的(数字4 (c)和4 (d))。而在HGR,线性接触(图为主4 (e)和4 (f))。

定量统计数据从砂岩薄片显微镜下显示LGR,下,HGR,珠海形成的凹凸的接触在砂岩为主占57.8%,55.2%,和52.9%,分别。值,总的来说,略微下降的趋势LGR HGR,这意味着样品的压实强度LGR有点比下的砂岩和HGR。

4.2。压实孔隙度损失

69年珠海形成的砂岩样品,粒度相似,圆度,和排序从10井位于不同地热梯度在研究区,选择计算孔隙度损失由压实。结果表明,原始的砂岩的峰值范围从37%到40%。压实引起的孔隙度损失范围从29.1%到34.2%,平均31.2%的LGR,从21.4%到32.0%,平均27.3%的下,从18.8%到25.3%,平均23.1%的HGR(表1)。样品的压实强度LGR有点比砂岩的经理和HGR,这是符合碎屑颗粒接触模式的观察和统计在显微镜下薄片。

4.3。古温度和古压力

均化和冻结温度443从石英包裹体的生长和愈合裂缝砂岩碎屑石英的珠海形成取自10井的测量上述三个区域。测量的均一化温度范围从56.0°C到236.6°C。凝固温度范围从-18.0°C到-0.1°C(表2)。包裹体的捕获压力模拟范围从35.70 MPa到40.16 MPa,平均为38.02 MPa,和压力系数从0.90到2.57不等,平均为1.64(表2)。

相比包裹体的均一化温度和捕获压力目前珠海形成的温度和压力,发现超过最大礼物的包裹体均一化温度温度的形成和包裹体的捕获压力高于目前的压力。包裹体的均一化温度测量从LGR砂岩,下,HGR,高于地层温度,分别占18.3%、7.6%和28.7%(图5(一个))。LGR,古压力系数模拟井距离从0.90到1.47,平均为1.17。在古压力系数下,模拟范围从1.79到1.96,平均为1.88。而在HGR、古压力系数从1.79到2.57不等,平均为2.27。模拟古压力大于目前地层压力下和HGR(图5 (b)),古压力系数的经理和HGR也明显高于目前的压力系数(图5 (c))。

5。讨论

5.1。水库在经理和HGR受到热流体活动

长期postrift阶段岩浆作用的高度扩展地壳白云凹陷已发现,包括两个主要阶段的岩浆活动:第一集发生在中新世的开始(23.8 Ma)和第二的发生在中新世早期(17.6 Ma) (48]。白云凹陷的岩浆作用反映了进步的大陆解体,代表postrift构造热事件与大陆解体过程(37]。然后,新构造运动称为东沙运动自13.8年马英九不断发生了断层作用和热液活动更强烈(48),导致大量的气烟囱和大倾角断层渗透的新第三纪地层在白云凹陷下第三系,被认为是热流体的主要运移通道在postrift阶段,特别是在13.8 Ma (49- - - - - -51]。

先前的研究在碳、氧、锶同位素砂岩碳酸盐胶结物的珠海白云凹陷的形成显示,珠海的成岩流体的形成是有机和无机混合血统45,46]。珠海铁方解石、铁白云石形成的形成不仅与有机酸进行脱羧反应的酶也有限的迁移和积累密切相关₂含有无机热流体从深18,45,52]。期间和之后的新构造运动,珠海形成深大断裂是由热流体迁移的入侵和天然气烟囱,造成热条件和成岩过程的下第三系地层变化(12]。主要的岩浆作用是发现白云凹陷南部[53白云凹陷),热流体活动增加从北到南,这是明显的经理和HGR。

白云凹陷的形成的压力演化表明大规模pressurization-relief过程存在以来珠海形成的沉积(大约30 Ma) [54]。从30 Ma 13.8 Ma,白云凹陷的增压的过程导致了残余压力和增压珠海的生成速率逐渐增加,和剩余压力达到了顶峰期间约马马从13.8到10.5。新构造运动后,剩余压力迅速释放(图6),地层压力下降,形成目前的正常压力。

证实古温度和古压力水平下和HGR高于目前形成由包含了均一化温度和模拟捕获压力。热流体活动改变了珠海的温度和压力形成和强化相应的水岩反应引起的。

此外,典型的热液成因矿物如碳钠铝石、重晶石、钠长石和镜质体反射率的异常( )在珠海在上部地层形成和经理和HGR [12,20.]。片钠铝石是一种示踪剂,提供公司的记录₂迁移和geofluid转移之间的深和浅55]。水库自生钠长石的出现表明不仅sodium-rich流体在孔隙的存在,也在形成强大的水岩反应(56]。重晶石,主要与高温热液流体与海水的混合,通常富集在海底热液喷口(57),是海洋热液沉积的一个重要指标。这些热液是矿物质确认热条件影响珠海形成的经理和HGR过热液体参加了成岩作用。此外,的分布随深度变化在不同的地温梯度区域(12,22]。LGR的重大转变主要发生和热流到达峰值约马从36.0到30 Ma和30 Ma后逐渐下降,这意味着热条件下的水库LGR主要是受到Zhuqiong运动和南海运动发生在早第三纪。然而,在经理和HGR的重大转变马主要发生在23.8,这表明储层主要是白云运动和新构造运动的影响(12,22]。水库在经理和HGR一直受到热流体活动,和地区地热梯度较高的经历更强烈热修改。马马从13.8到10.5,温度和压力水平下的水库和HGR达到高峰,这是高于目前的(54,58),而没有发现异常高温或高压流程LGR。

5.2。压实和胶结减少孔隙度之间的关系

除了压实、胶结是另一个重要的成岩过程中孔隙度减少,所以孔隙度损失引起的压实和胶结应该讨论。根据volume-cement图(59),样品的孔隙度损失由压实占的比例高于胶结,占81.8%,75.0%,和80.0%的总样本LGR,下,分别和HGR(图7),而胶结作用导致孔隙率从1.0%到9.7%不等,平均损失5.7% LGR,从0.1%到16.2%,平均4.4%的下,从0.3%到26.5%,平均7.6%的HGR。作为一个整体,压实的主要影响是导致砂岩的孔隙度损失在不同的地温梯度区域(图7)。

5.3。热压缩强度的差异在不同的地温梯度地区

热流体活动的重要影响珠海形成的成岩过程由于高和热量流动变量和构造热事件发生在白云凹陷。热压缩的特点在不同的地温梯度区域可能不同,由于水库的不同的温度和压力演化过程。水库在珠海的形成不仅由静态控制压实作用引起的上覆岩层的负载,但也由热压缩效应引起的高温环境和热流体活动。

虽然有一些差异在整个压实影响砂岩在不同的地温梯度区域(表1),孔隙度和渗透率降低的速率随着埋藏深度显示相同的一般模式。统计基于珠海形成砂岩显示的最大孔隙度储层在LGR减少从36.0%到10.2%的速度1.0% / 100米深度内2501米(从1463米至3964米)。最大的储层孔隙度下减少从34.7%到10.9%的速度1.7% / 100米深度内1441米(从1651米至3092米),而在HGR的最大孔隙度储层减少从36.1%到8.0%的速度1.4% / 100米的深度1972米(从828米至2800米)(图8)。渗透性和埋藏深度之间的关系(图也显示同样的趋势8)。

此外,埋藏深度的样品几乎相同的孔隙度和渗透率明显浅与地温梯度的增加,孔隙度和渗透率与埋藏深度的增加迅速降低地温梯度较高的区域。例如,当地温梯度从35°C /公里增加到55°C /公里,最低的埋藏砂岩样品的极限为10%,20%,和30%的孔隙度减少从大约4400米,3200米,2200米,约2700米,1800米,1300米,分别和埋限制最低的样品1医学博士,医学博士100年和1000年马里兰州渗透率从大约4300米,3700米和3300米,约2500米,2000米,1800米,分别(图9)。上述事实表明,砂岩的压实率增加显著提高升温速率。地热梯度越高,越明显和强烈的热压缩效应(10,13]。

直观地理解热流体活动的影响,压实过程中,孔隙度损失引起的静态压缩效应和热压缩效应是杰出的基于压缩的计算孔隙度损失。

在研究区,可用从井Y25-2地热增温率最低的( )嗯,选为参考,假设计算压实的砂岩孔隙度损失是完全由静态引起的压实效果,和相对静态压实率(等于孔隙度损失在静态压缩由于过重的负荷在埋深)计算每公里从Y25-2是8.6%。静态压缩孔隙度损失(S-COPL)剩下的可以计算研究区井 ,和热压缩孔隙度损失(T-COPL)可以获得S-COPL COPL -。

在每个地区珠海地层的埋藏深度变化很大。总的来说,它从LGR逐渐浅(白云凹陷北部)HGR(白云凹陷南部)。上珠海地层的埋藏深度Y25-2 ( )大约3374。1米,大约是972.3年W21-1 ( )。每个地区的差异化在静态压缩强度是归因于珠海地层的埋藏深度的变化,进而导致减少的趋势从LGR S-COPL HGR(图10)。

然而,差异压实效果和孔隙度损失威尔斯在每个地区都是不明显的。选择砂岩样品在这个研究中被认为是足够的,因为岩性、粒度、圆度、分类特点,和矩阵的内容在每个地区砂岩是几乎一样的。砂岩孔隙度损失的差异在每个地温梯度地区被认为是不受原始沉积环境,但主要是由热条件下,由于原始沉积条件的一致性。

LGR研究表明,砂岩储层的压实是由静态压实效果,S-COPL和T-COPL平均分别为30.4%和0.8%,分别和砂岩储层在很大程度上是由热流体活动的影响。下,S-COPL和T-COPL平均平均分别为19.4%和7.9%,分别和HGR S-COPL和T-COPL平均为12.8%和10.3%,分别。中的高比例的T-COPL mgr_home_dir_t HGR表明,珠海的压实形成砂岩在这两个地区显然是影响热环境和流体活动。

5.4。差压实过程及其热流体活动的关系

珠海的砂岩储层形成LGR没有遭受大规模隆升过程和由热流体活动几乎没有受到影响,所以珠海形成的温度慢慢随着埋深增加,形成和当前温度是在成岩过程中形成的温度达到最高(21]。珠海形成的古压力LGR恢复通过包含捕获压力目前地层压力几乎是一样的,没有超压在珠海LGR在成岩过程中形成。在稳定的温度和压力条件下,LGR砂岩储层的压实模式是由静态压实主要发生在eodiagenetic阶段(从30 Ma 17.5 Ma),逐步削弱mesodiagenetic阶段,完全在大约10马停了下来。mesodiagenetic后期阶段(从目前的大约5 Ma),几乎没有T-COPL LGR砂岩储层中由于深埋深和地层温度高的珠海形成LGR(图11)。

在经理和HGR,形成的超压和温度逐渐从大约30 Ma增加到13.8 Ma。新构造运动后(大约13.8 Ma),超压迅速泄漏,在那之后,形成温度高于目前由于热流体活动。eodiagenetic阶段和早期mesodiagenetic阶段(从30 Ma 13.8 Ma),砂岩储层的压实模式下和HGR主要是静态压缩,并将在珠海超压的形成,静态压缩拒绝(图11)。mesodiagenetic后期阶段(从现在的13.8 Ma),超压泄漏了负载压力成为大于上覆地层孔隙压力,和静态压实过程被激活。此外,强烈的热流体活动后发生超压释放,和热压缩加剧了压实(图11)。有小的差异的最大压实强度对珠海在这三个区域之间形成,由于热压实,发生在经理和HGR,虽然静态压实的经理和HGR相对较弱(图12)。T-COPL值下的砂岩和HGR高于LGR,尽管目前的地层温度下和HGR低于LGR(图12)。

6。结论

热环境和热流体活动会影响砂岩储层的压实。热压缩的特点在不同的地温梯度地区不同是由于水库的不同的温度和压力演化过程。珠海形成的孔隙度损失下,HGR不仅由静态压实效果的影响也由热压缩效应归因于异常高温高压条件。和砂岩的压实率增加显著提高升温速率。地热梯度越高,和强烈的热压缩效应越明显。

静态和热压缩的孔隙度损失归因于mgr_home_dir_t HGR,和静态压缩比热压实和相对不那么重要的LGR。孔隙度损失造成的热压缩范围从5.5%到11.2%,平均为7.9%,从4.6%到16.6%,平均10.2%的经理和HGR,分别。孔隙度损失引起的静态压缩范围从15.9%到20.8%,平均为19.4%,从8.4%到15.8%,平均12.8%的经理和HGR,分别。

下的压实和HGR开始重启,由于超压泄漏和mesodiagenetic阶段后期热液活动。超压释放成为创造了上覆地层加载压力大于孔隙压力,和静态压实过程被激活。此外,强烈的热流体活动后发生超压释放,和热压缩加剧了压实;因此,总砂岩的压实强度下,只有S-COPL HGR超过产生的力量。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究在经济上支持由中国国家自然科学基金:成岩反应和高热量和超压流体活动设置及其对储层影响diagenetic-pore进化(41972129),和中国国家科技重点项目:成岩演化和流体特征的载体层架构碎屑岩(2017号zx05008 - 004 - 004 - 001)。

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