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四川盆地高石梯-磨溪地区震旦系灯影组白云岩溶蚀差异实验研究.pdf
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1、四川盆地高石梯磨溪地区震旦系灯影组白云岩溶蚀差异实验研究罗文军1,季少聪2,3,刘曦翔1,淡永2,3,梁彬2,3,聂国权2,3(1.中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院,四川成都610041;2.中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室/联合国教科文组织国际岩溶研究中心,广西桂林541004;3.广西平果喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站,广西平果531406)摘要:近年来,高石梯磨溪地区灯影组天然气勘探取得重要发现,其含气储层主要位于灯四段,储层岩石类型以藻凝块白云岩、藻砂屑白云岩、藻叠层白云岩为主。为了研究该地区灯影组白云岩的溶蚀差异,本文采用岩石切片和薄片同
2、时进行溶蚀实验的方法,实验过程中定时记录实验数据,对灯影组白云岩的溶蚀速率、表面形貌和微观特征进行研究。实验结果既有溶蚀量化指标溶蚀速率,又能直观掌握溶蚀特征及溶蚀后的孔隙结构变化。溶蚀实验结果表明:所有样品的溶蚀启动速率均较高,随溶蚀时间增加,溶蚀速率呈现大幅度衰减并趋于稳定;不同样品的溶蚀速率有明显差异,藻叠层白云岩、藻砂屑白云岩溶蚀速率最高,藻凝块白云岩次之,藻叠层硅质白云岩溶蚀速率最低;通过观察比较不同反应时间内样品的微观溶蚀特征,发现沿粒间、晶间孔隙以及微裂隙溶蚀程度较高;灯影组藻白云岩储层发育可能与藻间白云石的溶蚀作用有关。通过溶蚀实验,掌握了研究区不同白云岩的溶蚀差异,进而对预测
3、优质储层分布、指导油气勘探具有重要意义。关键词:四川盆地;灯影组;白云岩;溶蚀实验;溶蚀机理;碳酸盐岩储层中图分类号:P618.13文献标识码:A文章编号:10014810(2023)06131210开放科学(资源服务)标识码(OSID):0引言碳酸盐岩储层是一种重要的油气储层类型,据统计,全球碳酸盐岩油气藏储量约占油气资源总量的 50%,产量占 60%以上1。碳酸盐岩的溶蚀作用是指流动的可溶性流体与碳酸盐岩之间相互作用的过程及产生的结果,从地表到深埋藏地层中均可发生23。碳酸盐岩溶蚀形成的溶孔、溶洞和溶缝是重要的油气储集空间,我国海相碳酸盐岩油气勘探实践也证明了这一认识48。碳酸盐岩溶蚀实验
4、是研究碳酸盐岩溶蚀有利条件和分布规律的重要方法9。20 世纪 70 年代以来,国内外学者陆续开展了碳酸盐岩溶蚀模拟实验,探讨成分、结构、温度、压力、流体等因素对溶蚀作用的影响1017。早期的溶蚀实验主要模拟地表环境进行实验,实验温度小于 100。20 世纪 80 年代,国内外学者主要研究深埋藏环境下碳酸盐岩溶蚀机理,实验方法采用流体与岩石颗粒或块体之间的表面反资助项目:中国地质调查局地质调查项目(DD20190723、DD20221658);中石油“高磨地区灯四段台内产能主控因素及开发目标优选技术研究”项目(20190303-06);广西重点研发计划项目(桂科 AB23026062)第一作者简
5、介:罗文军(1981),博士,高级工程师,主要从事开发地质研究工作。E-mail:。通信作者:季少聪(1994),硕士,助理研究员,主要从事古岩溶油气储层研究工作。E-mail:。收稿日期:20230123第42卷第6期中国岩溶Vol.42No.62023年12月CARSOLOGICASINICADec.2023罗文军,季少聪,刘曦翔,等.四川盆地高石梯磨溪地区震旦系灯影组白云岩溶蚀差异实验研究J.中国岩溶,2023,42(6):1312-1321.DOI:10.11932/karst20230612应方式。近年来,随着实验技术的进步,已有学者陆续开展碳酸盐岩内部溶蚀实验12。前人对四川盆地高
6、石梯磨溪地区灯影组白云岩开展了较多的储层研究,但主要集中在储层特征、古地貌刻画、气藏产能等方面,缺乏白云岩溶蚀的模拟实验研究。本文以高石梯磨溪地区灯影组藻白云岩为研究对象,采用岩石切片和薄片同时进行溶蚀实验的方法,通过对比样品在溶蚀实验前后的溶蚀速率、表面形貌和微观特征,分析岩性、结构、反应时间对白云岩溶蚀程度的影响。在此基础上,重点分析藻对白云岩溶蚀的作用机理,为研究区藻白云岩溶蚀孔隙成因及发育特征研究提供实验依据。1地质概况高石梯磨溪地区位于四川省中部遂宁市、资阳市、重庆市潼南县境内(图 1)。构造上位于四川盆地中部,处于川中古隆中斜平缓带的中部、乐山龙女寺加里东古隆起东段的上斜坡部位18
7、。0100 km(1)彭灌(Pengguan)(2)熊坡(Xiongpo)(3)龙泉山(Longquan Mountion)(4)华蓥山(Huaying Mountion)(5)七跃山(Qiyue Mountion)(6)万源(Wanyuan)(7)峨眉-瓦山(Emei-Washan)(8)汉源(Hanyuan)(9)普熊河(Puxiong River)(10)垭都-马山(Yadu-Mashan)盆地边界Basin boundary构造分区边界Boundary oftectonic division川中古隆起边界Boundary of MiddleSichuan paleouplift研究区边
8、界Study area boundary基底断裂Basement fault图1高石梯磨溪地区构造位置图11Fig.1TectoniclocationoftheGaoshiti-Moxiarea高石梯磨溪地区灯影组发育厚层的藻白云岩、晶粒白云岩、砂屑和鲕粒白云岩夹薄层砂岩、泥岩和硅质岩,主要为台地边缘礁滩相和局限台地潮坪泻湖相沉积19。根据岩性和岩石结构特征的不同,灯影组从下至上可分为灯一段、灯二段、灯三段和灯四段19:灯一段以泥粉晶白云岩、蓝藻细菌白云岩为主,局部发育少量膏盐和纹层状构造;灯二段以藻白云岩为主,夹粉晶白云岩、泥晶白云岩和粒屑白云岩,具斑马状、叠层状、雪花状、团块状及葡萄状结构
9、,局部夹膏盐岩及膏质、硅质白云岩;灯三段以第42卷第6期罗文军等:四川盆地高石梯磨溪地区震旦系灯影组白云岩溶蚀差异实验研究1313泥页岩、泥质白云岩及硅质岩为主;灯四段主要由泥晶白云岩、粉晶白云岩、含砂屑白云岩、藻白云岩(包括藻叠层白云岩、藻凝块白云岩及藻砂屑白云岩等)组成,局部夹薄层灰黑色硅质条带。整体上,灯四段岩溶储层发育,是目前灯影组勘探开发的主要目的层。灯四段藻凝块白云岩、泥粉晶白云岩在地层中发育程度最高,藻砂屑白云岩、藻叠层白云岩次之,而藻凝块白云岩储集性能最好,藻砂屑白云岩、藻叠层白云岩次之,泥粉晶白云岩储集性能最差。通过对高石梯磨溪地区灯影组不同岩石类型的物性统计可以看出,藻含量
10、最高的藻叠层白云岩平均孔隙度达 4.88%,明显高于其他类型的白云岩,同时藻含量相对较高的藻砂屑白云岩、藻凝块白云岩、藻纹层白云岩的孔隙度整体高于泥晶白云岩、泥质白云岩和白云质泥岩(图 2)。2样品采集与实验方法为了研究高石梯磨溪地区灯影组白云岩溶蚀差异,本次实验样品除采自高石梯磨溪地区灯影组藻白云岩外,还采集了该区龙王庙组白云岩和广西环江上纳村石炭系白云岩样品作对比分析。白云岩薄片鉴定岩性分别为藻砂屑白云岩、藻叠层硅质白云岩、藻叠层白云岩、含藻白云岩、藻凝块白云岩、细中晶白云岩和细晶白云岩,溶蚀实验样品典型岩心照片如图 3。根据前人研究认为,研究区灯影组白云岩主要受暴露岩溶影响20,所以本次
11、室内溶蚀实验条件设63.473.264.881.721.180.470.84平均孔隙度/%543210藻砂屑白云岩藻凝块白云岩藻叠层白云岩藻纹层白云岩泥晶白云岩泥质白云岩白云质泥岩图2灯四段不同岩类平均孔隙度直方图Fig.2HistogramofaverageporosityofdifferentrocksinthefourthmemberofDengyingFormationa.e.f.g.b.c.d.图3实验样品典型岩心照片a.GS1,藻砂屑白云岩b.GS2,藻叠层硅质白云岩c.GS3,藻叠层白云岩d.MX4,细中晶白云岩e.MX1,含藻白云岩,藻含量在 10%左右f.MX2,藻凝块白云岩
12、,藻含量大于 50%g.MX3,藻凝块白云岩,藻含量大于 70%Fig.3Typicalcorephotosofexperimentalsamplesa.GS1,algalarenaceousdolomiteb.GS2,algal-laminatedsiliceousdolomitec.GS3,algal-laminateddolomited.MX4,fine-to-medium-graineddolomitee.MX1,algae-bearingdolomitewithalgaecontentof10%f.MX2,algalagglomeratedolomitewithalgalconten
13、tmorethan50%g.MX3,algalagglomeratedolomitewithalgalcontentmorethan70%1314中国岩溶2023年定为常压条件,为了加快实验进度,采用 pH=4 的盐酸水溶液为反应溶液,实验温度为 50,在电热恒温振荡水槽中进行。实验主要比较不同岩性及结构对溶蚀作用的影响,因此各组实验均采用相同的温度、压力和流体条件。具体实验内容和步骤如下:(1)首先将每个样品分别加工成圆柱体切片和岩石薄片两种类型;(2)用游标卡尺测量每个圆柱体切片不同位置的直径、厚度,并求取平均值,进而计算每个圆柱体切片的表面积,溶蚀实验样品直径、厚度及表面积计算结果如表
14、1;(3)用超纯水清洗圆柱体切片,在恒温干燥箱中烘干 2h,设定温度为 105。干燥完毕后,将样品放在干燥皿中冷却,再用分析天平称量每个圆柱体切片的重量;(4)用相机分别对每个圆柱体切片进行拍照;用偏光显微镜观察每个薄片的微观特征,包括成分、结构、孔隙及裂隙发育情况等;(5)配置 pH=4 的盐酸水溶液,将每个样品的圆柱体切片和薄片放置在相同烧杯中,倒入配置好的盐酸水溶液,再将烧杯放置在恒温振荡水槽中,设置温度为 50,进行溶蚀实验;(6)溶蚀实验分别进行 1h、2h、3h、6h、12h、15h、21h、27h、37h、165h 和 235h 后,取出样品,重复步骤(3)、(4)、(5),记录
15、不同时间样品溶蚀后的重量、表面形貌及微观特征,计算不同反应时间圆柱体切片单位面积的溶蚀速率,溶蚀速率计算结果如表 2 所示。表 1实验样品直径、厚度及表面积计算结果Table1Calculationresultsofdiameters,thicknessesandsurfaceareasofexperimentalsamples编号岩性地层直径/cm厚度/cm表面积/cm2GS1藻砂屑白云岩灯影组2.810.3815.77GS2藻叠层硅质白云岩灯影组2.810.3915.84GS3藻叠层白云岩灯影组2.820.4216.17MX1含藻白云岩灯影组2.510.5213.98MX2藻凝块白云岩灯影
16、组2.420.4712.81MX3藻凝块白云岩灯影组2.420.6414.04MX4细中晶白云岩龙王庙组2.820.4216.15HD1细晶白云岩石炭系2.800.4015.89表 2实验样品地层、岩性及溶蚀速率计算结果Table2Lithology,formationandcalculationresultsofdissolutionratesofexperimentalsamples编号岩性地层溶蚀速率(104gcm2d1)1h2h3h6h12h15h21h27h37h165h235hGS1藻砂屑白云岩灯影组126.1717.0519.025.632.827.812.263.151.160
17、.420.02GS2藻叠层硅质白云岩灯影组47.137.278.183.031.54/4.072.070.820.290.16GS3藻叠层白云岩灯影组166.1821.9627.893.711.8511.62/4.92/0.400.01MX1含藻白云岩灯影组165.6431.3338.190.863.29/0.66/MX2藻凝块白云岩灯影组73.987.9619.27.653.43/1.34/MX3藻凝块白云岩灯影组66.2334.1821.362.850/0.54/MX4细中晶白云岩龙王庙组175.850.38/8.222.3010.250.795.100.210.410.63HD1细晶白云
18、岩石炭系72.3539.27/3.222.873.632.371.232.310.220.243实验结果3.1溶蚀速率根据溶蚀速率的计算结果(表 2,图 4),对比分析不同样品、不同反应时间的溶蚀速率,结果表明:(1)在实验条件下,所有样品的溶蚀速率较小,量级为 104gcm2d1,溶蚀过程较缓慢;(2)所有样品在实验初期均有较高的溶蚀启动第42卷第6期罗文军等:四川盆地高石梯磨溪地区震旦系灯影组白云岩溶蚀差异实验研究1315速率,达 45104175104gcm2d1;随溶蚀时间增加,所有样品的溶蚀速率均呈现大幅度衰减,在 12h左右逐渐稳定于 1.51043.5104gcm2d1,多数样品
19、在 27h 后几乎不发生溶蚀;(3)不同样品的溶蚀启动速率有明显差异,具体表现为 MX4(细中晶白云岩)、GS3(藻叠层白云岩)、180050100150200250时间/h120溶蚀速率/104 gcm2d1600180050100150200250时间/h120溶蚀速率/104 gcm2d1600180050100150200250时间/h120溶蚀速率/104 gcm2d1600180020406080100时间/h120溶蚀速率/104 gcm2d1600180020406080100时间/h120溶蚀速率/104 gcm2d1600180020406080100时间/h120溶蚀速率
20、/104 gcm2d1600180050100150200250时间/h120溶蚀速率/104 gcm2d1600180050100150200250时间/h120溶蚀速率/104 gcm2d1600a.b.c.d.e.f.g.h.图4样品溶蚀速率随时间变化曲线a.GS1,藻砂屑白云岩b.GS2,藻叠层硅质白云岩c.GS3,藻叠层白云岩d.MX1,含藻白云岩,藻含量在 10%左右e.MX2,藻凝块白云岩,藻含量大于 50%f.MX3,藻凝块白云岩,藻含量大于 70%g.MX4,细中晶白云岩h.HD1,细晶白云岩Fig.4Dissolutionratecurveofsampleswithtime
21、variationa.GS1,algalarenaceousdolomiteb.GS2,algal-laminatedsiliceousdolomitec.GS3,algal-laminateddolomited.MX1,algae-bearingdolomitewithalgaecontentof10%e.MX2,algalagglomeratedolomitewithalgalcontentmorethan50%f.MX3,algalagglomeratedolomitewithalgalcontentmorethan70%g.MX4,fine-to-medium-graineddolom
22、iteh.HD1,finegraineddolomite1316中国岩溶2023年MX1(含藻白云岩)溶蚀速率最高,介于 165104175104gcm2d1之间;GS1(藻砂屑白云岩)溶蚀速率较高,达 126.17104gcm2d1之间;MX2(藻凝块白云岩)、HD1(细晶白云岩)、MX3(藻凝块白云岩)溶蚀速率较低,介于 6610474104gcm2d1之间;GS2(藻叠层硅质白云岩)溶蚀速率最低,达 47.13104gcm2d1之间。3.2微观变化特征通过观察溶蚀实验前后圆柱体切片样品的表面形貌特征和薄片样品的微观特征,对比分析不同样品、不同反应时间的溶蚀特征,结果表明:(1)所有样品在
23、弱酸环境下均发生一定程度的溶蚀,而不同岩性及结构的样品溶蚀程度有明显差异(图 5)。GS1(藻砂屑白云岩)、MX4(细中晶白云岩)圆柱体切片样品在溶蚀后孔径明显增大,孔隙之间可见短距离相互连通;GS3(藻叠层白云岩)圆柱体切片样品在溶蚀后样品表面变模糊;(2)通过比较溶蚀实验前后圆柱体切片样品的溶蚀程度(图 5),可知 GS1(藻砂屑白云岩)、MX4(细中晶白云岩)溶蚀程度较高;GS3(藻叠层白云岩)次之,GS2(藻叠层硅质白云岩)溶蚀程度最低,这与溶蚀速率的计算结果基本吻合。a.b.c.e.f.g.d.h.图5圆柱体切片样品溶蚀前后照片a.实验前,GS1,藻砂屑白云岩b.实验后,GS1,藻砂
24、屑白云岩c.实验前,GS2,藻叠层硅质白云岩d.实验后,GS2,藻叠层硅质白云岩e.实验前,GS3,藻叠层白云岩f.实验后,GS3,藻叠层白云岩g.实验前,MX4,细中晶白云岩h.实验后,MX4,细中晶白云岩Fig.5Photosofcylinderslicesamplesbeforeandafterdissolutiona.beforetheexperiment,GS1,algalarenaceousdolomiteb.aftertheexperiment,GS1,algalarenaceousdolomitec.beforetheexperiment,GS2,algal-laminated
25、siliceousdolomited.aftertheexperiment,GS2,algal-laminatedsiliceousdolomitee.beforetheexperiment,GS3,algal-laminateddolomitef.aftertheexperiment,GS3,algal-laminateddolomiteg.beforetheexperiment,MX4,fine-to-medium-graineddolomiteh.aftertheexperiment,MX4,fine-to-medium-graineddolomite4讨论4.1孔隙、裂隙对白云岩溶蚀的
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