海拉爾盆地烏爾遜凹陷含片鈉鋁石砂巖與co

海拉爾盆地烏爾遜凹陷含片鈉鋁石砂巖與co

1烏爾現(xiàn)有地層和上白堊統(tǒng)烏爾森坳陷是海拉爾盆地中部貝爾湖坳陷的含油氣塌陷，面積約為350km2，呈sn向上傾斜。凹陷的基底為石炭—二疊系淺變質(zhì)巖,凹陷的沉積充填自下而上依次為下白堊統(tǒng)興安嶺群、銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組和上白堊統(tǒng)青元崗組。主要勘探目的層為基巖風(fēng)化殼、下白堊統(tǒng)的銅缽廟組、南屯組及大磨拐河組。烏爾遜凹陷已鉆井68口,其中26口井獲工業(yè)性油氣流,自1986年發(fā)現(xiàn)非烴氣流以來(lái),目前已發(fā)現(xiàn)4個(gè)氣藏,已經(jīng)證實(shí)CO2氣是與燕山期花崗巖侵位有關(guān)的、具有幔源特征的無(wú)機(jī)成因氣,并且在CO2氣藏附近砂巖中賦存的自生片鈉鋁石的形成亦與燕山期巖漿活動(dòng)釋放的CO2氣有關(guān),說(shuō)明片鈉鋁石可以作為追溯CO2氣活動(dòng)的指示礦物。本文以烏爾遜凹陷南屯組含片鈉鋁石砂巖和CO2氣井的空間分布為基礎(chǔ),結(jié)合烏爾遜凹陷地區(qū)斷裂帶、γ5花崗巖的分布,探討了含片鈉鋁石砂巖的分布特征,并進(jìn)一步揭示了其研究意義。分析含片鈉鋁石砂巖的分布特征對(duì)于研究片鈉鋁石的形成條件與產(chǎn)出環(huán)境具有重要的意義。2鈉鋁巖的巖石學(xué)特征2.1含片鈉鋁石的砂巖成分烏爾遜凹陷含片鈉鋁石砂巖分布于下白堊統(tǒng)南屯組,銅缽廟組,大磨拐河組和伊敏組。片鈉鋁石賦存的巖石類(lèi)型主要為砂巖,其次為粉砂巖。200個(gè)薄片統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,砂巖的碎屑成分主要為單晶石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石,其次為花崗巖、碳酸鹽巖、凝灰?guī)r、細(xì)砂巖和片巖巖屑等。按照結(jié)構(gòu)-成因分類(lèi),含片鈉鋁石的砂巖屬于長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖1),其賦存原因是砂巖中的長(zhǎng)石易被片鈉鋁石礦物交代。而在相同層位不含片鈉鋁石的砂巖巖石類(lèi)型則要廣泛的多,包括長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑砂巖,與含片鈉鋁石的砂巖比較,不含片鈉鋁石的砂巖以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑砂巖居多(圖2)。2.2c軸—片鈉鋁石礦物的物理化學(xué)特征片鈉鋁石(NaAl[CO3](OH)2)的晶體結(jié)構(gòu)為Na和Al呈Na-O4(OH)2和Al-O2(OH)4的畸變八面體。其中Al八面體以O(shè)H共棱連結(jié)成金紅石型的柱,并平行c軸;而Na八面體亦沿c軸與CO3交替成復(fù)合鏈,且與Al八面體柱共角頂連結(jié)。形態(tài)為斜方單錐晶類(lèi),C2υ-mm2(L22P)。晶形沿c軸呈柱狀。主要單形:平行雙面a{100}、b{010}、c{001},斜方柱m{110}、d{011}也常呈纖維狀或束狀集合體。其物理性質(zhì)為無(wú)色至白色。玻璃光澤,纖維狀者呈絲絹光澤。解理{110}完全。硬度3。比重2.44。顯微鏡下特征為透射光下無(wú)色。烏爾遜凹陷片鈉鋁石的化學(xué)成分(電子探針?lè)治鼋Y(jié)果)主要為Al2O3(64.48-67.74%),其次為Na2O(9.55-11.39%),此外還含有少量的K2O、MnO、CaO、FeO和Cr2O(表1)。3鈉鋁石的空間分布3.1鉆遇片鈉鋁石砂巖和co氣井將烏爾遜—貝爾凹陷南屯組頂界斷裂分布與鉆遇含片鈉鋁石砂巖的鉆井及鉆遇CO2氣的鉆井位置進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明鉆遇含片鈉鋁石砂巖的井都分布于深大斷裂和γ5花崗巖附近(圖3)。在18口鉆遇含片鈉鋁石砂巖的鉆井中,有13口井(蘇101、蘇2、蘇12、新烏1、烏1、烏2、蘇3、蘇302、蘇6、蘇8、蘇16、蘇4和烏10井)分布于NE向深大斷裂兩側(cè),4口井(銅3、銅6、烏10、烏20井)分布于其它斷裂部位,1口井(銅1井)分布于斷裂附近。其中銅1、銅3、銅6、烏20井分布于燕山期花崗巖范圍內(nèi),烏10井位于燕山期花崗巖分布范圍附近。同時(shí),鉆遇CO2氣的鉆井也都分布在深大斷裂和γ5花崗巖附近(圖3),其中,位于NE向深大斷裂的蘇2井、蘇6井和位于NE走向和SW走向的斷裂交匯處的烏13井均為高含CO2氣井。即鉆遇含片鈉鋁石砂巖和CO2氣的鉆井呈線(xiàn)狀集中分布在NE向深大斷裂兩側(cè)。含片鈉鋁石砂巖可以作為CO2天然氣的儲(chǔ)集層,例如,蘇2井(1368.0~1450.0m)、烏10井(1811.0~1821.0m)和新烏1井(1544.50~1667.08m)含片鈉鋁石砂巖井段均已獲得CO2氣流。從與工業(yè)油流井的關(guān)系上來(lái)看,雖然部分鉆遇工業(yè)油流的鉆井也分布于鉆遇片鈉鋁石和鉆遇CO2氣的鉆井附近,例如蘇3井、烏16井、烏11井等。但總體上鉆遇CO2氣、鉆遇含片鈉鋁石砂巖的鉆井與產(chǎn)出工業(yè)油流的鉆井在空間分布上不存在規(guī)律性,前者集中分布于深大斷裂和γ5花崗巖附近;后者的分布不受上述地質(zhì)背景的制約,并且集中分布于凹陷的北部(圖3)。3.2含片鈉鋁石砂巖段根據(jù)對(duì)烏爾遜凹陷南屯組含片鈉鋁石砂巖的181口鉆井取芯資料進(jìn)行頻度統(tǒng)計(jì),得出含片鈉鋁石砂巖的主要埋深范圍,烏爾遜凹陷含片鈉鋁石砂巖的分布深度集中在1200~2200m深度范圍內(nèi),其中以1400~1800m深度段分布最為密集,1400~1600m為出現(xiàn)片鈉鋁石砂巖頻度最高的深度,其次為1600~1800m,出現(xiàn)頻度最低的深度為2000~2200m。據(jù)此在實(shí)際工作中考慮到儲(chǔ)層損害等問(wèn)題,可以對(duì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)給出一定依據(jù)(圖4)。在縱向分布層位上,與含片鈉鋁石砂巖埋深頻度的規(guī)律類(lèi)似,大部分鉆井的含片鈉鋁石砂巖段分布在銅缽廟組和南屯組,也有少量分布在伊敏組和大磨拐河組。例如,蘇131井的含片鈉鋁石砂巖段為1427.53~1479.17m(大磨拐河組),1482.50~1491.17m(南屯組)。銅6井的片鈉鋁石砂巖段分布在1322.89m(大磨拐河組),1331.18~1561.77m(南屯組),蘇302井片鈉鋁石砂巖段則為1854.45~1923.30m之間(南屯組)(圖5)。此外,將含片鈉鋁石砂巖的深度段與產(chǎn)出CO2氣的深度段進(jìn)行比較,例如,蘇16井的含片鈉鋁石砂巖深度段為1656.7~2019.14m,而CO2氣分布在1655.8~1771.4m、1778.2~1785m和1891~1907m三個(gè)深度段。即含片鈉鋁石砂巖分布的深度與CO2氣分布的深度具有一定耦合關(guān)系。另外,由巖性縱向變化規(guī)律可以解釋含片鈉鋁石砂巖和CO2氣集中分布于南屯組的原因(圖5),在大磨拐河組下部大一段巖性由砂巖變?yōu)槟鄮r,同時(shí)片鈉鋁石和CO2氣含量也發(fā)生了較大變化,由此可知在CO2氣隨深部斷裂向上逸散的過(guò)程中,在孔滲較好的砂巖巖性中容易逸散注入,并造成形成片鈉鋁石的適宜環(huán)境,而在大磨拐河組下部由于孔隙度滲透率較差的泥巖的覆蓋,造成CO2氣向上繼續(xù)逸散受到阻礙,從而片鈉鋁石含量也隨之減少。由此也可以證明CO2氣來(lái)自于深部,在基底γ5花崗巖部位形成,只能通過(guò)運(yùn)移才能在各層位儲(chǔ)藏。4片鈉鋁石與其他兩大斷裂帶的分布烏爾遜凹陷片鈉鋁石賦存的巖石類(lèi)型為長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖。含片鈉鋁石砂巖中的自生礦物組合主要為菱鐵礦、方解石、次生加大石英、高嶺石和片鈉鋁石等。含片鈉鋁石砂巖與無(wú)機(jī)成因CO2氣藏具有成分相關(guān)性。CO2天然氣的δ13CCO2為-8.02‰~-8.78‰,大體位于戴金星等的幔源碳分布范圍(-6‰±2‰)。通過(guò)最近對(duì)銅6、蘇16、蘇101和蘇12井22個(gè)樣品進(jìn)行的碳氧同位素分析表明,片鈉鋁石的δ13C為-5.253‰~-1.210‰(PDB),δ18O為-24.896‰~-20.990‰(PDB),與片鈉鋁石平衡的δ13CCO2為-11.82‰~-8.17‰PDB。該數(shù)值范圍與海拉爾盆地CO2氣的δ13CCO2值(-8.78‰~-8.20‰PDB;-8.02‰~-11.36‰PDB)極為一致,說(shuō)明該區(qū)片鈉鋁石與CO2氣具有相同的碳來(lái)源。與殼源巖漿脫氣成因CO2的δ13CCO2(-9‰~-3.5‰PDB)和幔源巖漿脫氣CO2的δ13CCO2(-8‰~-4‰PDB)相比,則略微偏輕。值得注意的是,海拉爾盆地CO2氣井氦的含量為0.003%~0.198%,其3He/He4為2.018×10-6、R/Ra為1.49,具有明顯的幔源成因特點(diǎn)。鉆遇含片鈉鋁石砂巖和鉆遇CO2氣的井均分布于深大斷裂和γ5花崗巖附近,其中只有小部分鉆井分布于鉆遇工業(yè)油氣流的鉆井附近。烏爾遜凹陷含片鈉鋁石砂巖在縱向上主要分布于下白堊統(tǒng)南屯組和銅缽廟組,其次為大磨拐河組和伊敏組。CO2氣井的縱向分布以南屯組為主,其次為大磨拐河組和伊敏組。片鈉鋁石含量和CO2氣含量的多少受控于大磨拐河組一段的由砂巖到泥巖的巖性突變,表明了CO2氣是深部來(lái)源,沿?cái)嗔严蛏喜窟\(yùn)移的,泥巖可作為CO2氣運(yùn)移的蓋層。由烏爾遜地區(qū)斷裂帶平面展布的特征來(lái)看,CO2氣井的分布與區(qū)域性北東向斷裂有關(guān),高含CO2氣的蘇2井、蘇6井和蘇13井都分布于這一斷裂帶附近。含片鈉鋁石砂巖的分布與斷裂展布也具有密切的關(guān)系,尤其以北東向深大斷裂關(guān)系顯著,在平面上看,絕大多數(shù)含片鈉鋁石砂巖的井分布于這一斷裂帶上,砂巖中片鈉鋁石含量較高的井也位于北部北東向深大斷裂和南部深大斷裂帶上。5含片鈉鋁石