准噶尔盆地东部石炭系巴塔玛依内山组火山岩气孔充填作用

2019-09-05杨凯凯边伟华王璞珺冯玉辉张增宝刘晓康

中国石油大学学报（自然科学版） 2019年4期

杨凯凯, 边伟华, 王璞珺, 冯玉辉, 李昭, 张增宝, 刘晓康

(1.吉林大学地球科学学院,吉林长春 130061; 2.沈阳师范大学古生物学院,辽宁沈阳 110034;3.中国地质调查局油气资源调查中心,北京 100083; 4.中国石化胜利油田分公司油气勘探管理中心,山东东营 257017)

火山岩气孔的充填作用主要表现为原生气孔被次生矿物所充填而形成杏仁体。国内外针对气孔充填作用的研究主要包括杏仁体类型描述、杏仁体的成因研究以及气孔充填的储层意义3个方面。杏仁体类型的研究以国内学者的研究较为典型[1-2],根据充填矿物成分的差异将杏仁体分为单成分杏仁体和复成分杏仁体两种,进一步根据充填矿物成分的差异将其分为若干种类型。杏仁体成因的研究相对较多,也是目前争议最大的一个方面。国内外学者针对不同地区火山岩中的杏仁体进行研究,提出了不同的成因理论,可归纳为3种类型:第一种为准同生期成因[3-4];第二种为后生成因[1-2,5-7];第三种为原生火山玻璃固态下水合或蚀变[1]。相对于前两方面而言,气孔充填的储层意义是研究最多的,尤其是随着中国2000年以来火山岩油气勘探取得重大突破以来,充填作用作为影响火山岩储层物性的影响因素而得到了广泛的研究[4,8-13],学者一致认为充填作用对火山岩储层孔隙度和渗透率的破坏性明显,但是这些研究多为定性说明,并没有对充填作用的影响进行量化表征。准噶尔盆地火山岩储层勘探开展较早,可追溯至1957年。1994年以来在石炭系巴塔玛依内山组火山岩中先后发现了石西油田、五彩湾气田、克拉美丽气田等大型油气田。随着勘探的深入,充填作用也得到了较多的研究[12]。这些研究大多集中于气孔充填储层意义的定性分析,针对气孔充填类型、成因的研究相对较少。笔者以准噶尔盆地东部石炭系巴塔玛依内山组火山岩为研究对象,通过薄片鉴定、电子探针、地质温度计以及面孔率分析等手段,对巴塔玛依内山组火山岩气孔的充填矿物类型、杏仁体成因以及充填作用的储层意义进行研究,为杏仁体成因理论的建立和巴塔玛依内山组火山岩储层勘探提供依据。

1 取样位置及研究方法

研究的火山岩样品取材于准噶尔盆地东部隆起区钻遇巴塔玛依内山组火山岩的典型钻井和双井子巴塔玛依内山组建组剖面,研究区、钻井和剖面位置如图1所示。

第二，作业假做。作业假做分两种情况。一部分学生直接照抄别的同学的作业，从来不自己思考。没有知识在自己头脑的加工过程，这样自己只是做了一次没有含金量的搬运工。另一部分学生很认真，作业自己完成，却不懂学习方法。在做作业的过程中，参考教材，查阅课堂笔记。这样完成的作业，没有脱离笔记教材的帮助，其实不算自己完成，最后导致的结果是，平时做题都会，考试脱离了笔记的帮忙，什么都不会。长此以往，对孩子积极性打击极大。

首先通过手标本鉴定,选定孔隙发育部位,磨制光学薄片,使用奥林巴斯BX51偏光显微镜,进行充填物岩矿鉴定,并使用奥林巴斯DP71相机拍摄显微图像;在此基础上,选取杏仁体发育、充填矿物类型多且多期充填的样品,磨制电子探针薄片,喷碳,使用JXA-8230电子探针仪器进行不同充填物的矿物成分分析,最终确定气孔充填物的矿物类型。测试过程加速电压为20 kV,电子束束流为2×10-8A。

此外选取典型火山岩样品进行铸体薄片制作,对巴塔玛依内山组火山岩储层的气孔充填率进行研究。面积的计算采用CorelDraw X4软件进行,首先在单偏光照片下圈定气孔未被充填部分(铸体部分)面积,其次在正交偏光下圈定气孔的总面积,然后使用面积插件GetArea X4.gms对两部分面积进行分别计算,最后计算充填率,公式为

式中,φ为充填率;S1为未充填部分(铸体部分)面积,μm2;S为气孔总面积,μm2。

2 巴塔玛依内山组火山岩气孔充填类型

在拍摄《秋菊打官司》时，电影里有个雪景，追求极致的张艺谋，坚持要用自然雪景，也就是说，在零下二三十度的气温下，巩俐要在雪里完成一切动作。巩俐尊重导演的安排，结果戏拍完了，她也直接在雪地里晕倒了。在《西游记之孙悟空三打白骨精》中，为了更好地诠释角色，她提前看了许多国内外关于妖精、吸血鬼的书，还自创了“无呼吸表演”。“观众看不到白骨精的呼吸，因为妖精不需要这些。”

如所周知，马克思恩、格斯在19世纪40、50年代创立和巩固唯物史观时期，面临的是批判神创造历史、绝对精神创造历史、抽象的人创造历史之类观点的艰巨任务，他们在阐述唯物史观时，强调的侧面只能是生产力对生产关系、经济基础对上层建筑的决定作用。只有这样，才能为为理解整部人类历史建立一个认识框架，才能有根据地把人类历史看作自然历史过程，从而从根本上驳倒唯心史观的种种论说。

图2 巴塔玛依内山组火山岩杏仁体Fig.2 Amygdales in volcanic rocks of Batamayineishan Formation

杏仁体编号测试点化学成分/%SiO2MgOAl2O3Na2OK2OCaOMnOFeOSrOCO2矿物类型ZS95-1(图2(a))197.21—1.40——0.38————石英299.56————0.24————石英3100.00—————————石英ZS171-1(图2(b))156.516.066.50—12.600.28—17.80——绿鳞石257.707.023.20—12.90——19.04——绿鳞石ZS174-4(图2(c))195.66—1.75—0.710.63—1.23——石英277.59—15.472.350.424.16————方沸石ZS109-2(图2(d))10.88————61.341.870.88—35.03方解石2100.00—————————石英3100.00—————————石英ZS174-1(图2(e))193.95—1.80—1.390.46—2.41——石英234.0519.8915.31—0.341.070.8928.47——皂石398.29—1.11—0.290.32————石英ZB98-2(图2(f))135.5512.2417.83—0.390.810.2331.97——皂石2100.00—————————石英3— ————69.161.972.30—26.57方解石4100.00—————————石英598.06—0.70——0.24—0.99——石英ZS144-4(图2(g))198.47—1.00—0.220.31————石英247.5115.8112.32—4.441.520.7017.70——绿泥石3100.00—————————石英ZS144-2(图2(h))196.68—1.41—0.680.37—0.86——石英257.186.405.94—12.920.50—17.07——绿鳞石341.2023.8913.95—0.501.250.9218.30——皂石ZS144-3(图2(i))157.806.216.35—12.850.32—16.47——绿鳞石243.4818.7113.95—2.592.16—19.10——绿泥石3100.00—————————石英ZS141-2(图2(j))140.6116.9815.37—0.671.64—24.74——皂石267.381.5618.13—0.727.68—1.533.01—菱沸石ZS144-1(图2(k))155.859.849.51—9.540.80—14.46——绿鳞石240.0721.6514.24—1.062.30—20.68——绿泥石337.4923.8515.83—0.370.8181.0220.59——皂石ZS170-3(图2(l))158.506.858.24—11.470.87—14.07——绿鳞石246.2324.4410.88—0.341.30—16.81——皂石

2.1 单成分杏仁体

单成分杏仁体组成矿物类型有石英(图2(a))和绿鳞石(图2(b))两种。其中石英杏仁体可见多期次充填的现象。例如杏仁体ZS95-1,气孔中充填物根据颜色不同可识别出3期充填,电子探针检测发现各期成分一致,均为SiO2(图2(a),表1)。

2.2 复成分杏仁体

相对于单成分杏仁体,复成分杏仁体在巴塔玛依内山组火山岩中更常见。根据组成矿物的不同将巴塔玛依内山组火山岩常见的复成分杏仁体分为以下10种(图2、表1)。

(1)石英→沸石:由杏仁体壁至中心,充填矿物依次为石英和方沸石,石英呈微晶颗粒状,紧贴孔壁生长,方沸石则呈放射状(图2(c))。

(2)方解石→石英:充填矿物为方解石和石英。方解石颜色较深,可能是含少量Mn和Fe的缘故,石英根据颜色不同可分为两期,成分均为SiO2(图2(d))。

(3)石英→皂石→石英:紧贴杏仁体壁生长的为无色微晶状的石英,杏仁体中部为土灰色放射状石英,两者之间为黄色集合体状皂石。电子探针分析结果显示石英含少量的Al、Ca和Fe元素(图2(e))。

(4)皂石→石英→方解石→石英:杏仁体壁至中心依次为皂石、石英、方解石和石英。方解石含少量Mn和Fe元素,中心部位的石英含Al、Ca和Fe(图2(f))。

(5)绿泥石→石英:杏仁体边部生长绿泥石,内部生长石英。镜下可见杏仁体被裂缝贯穿,裂缝和杏仁体内部成分一致,均为SiO2,含少量Al、K和Ca等元素(图2(g))。

杏仁体形成温度的确定方法主要有2种:利用石英和方解石等充填矿物内的流体包裹体来确定[3,5,16-17];利用电子探针测定充填矿物绿泥石的成分数据,然后使用绿泥石地质温度计来确定[2,18]。本次研究采用后者对巴塔玛依内山组杏仁体形成温度进行确定。

(7)绿鳞石→绿泥石→石英:杏仁体内矿物均呈环带状生长,由杏仁体壁至内部依次为绿鳞石、绿泥石和石英。绿鳞石呈绿色,厚度较小。中部的绿泥石呈黄色,呈微晶集合体状;内部的石英结晶较好,正交偏光下单个晶体内光性均一(图2(i))。

(8)皂石→沸石:可见皂石沿杏仁体壁生长,内部为菱沸石。皂石颜色为棕褐色,菱沸石呈致密状,正交偏光镜下可见非均一消光的现象(图2(j))。

(9)绿鳞石→绿泥石→皂石:杏仁体壁生长的为绿鳞石,呈绿色,厚度很小;杏仁体内部为黄色花朵状皂石,结晶好;两者之间为黄色绿泥石(图2(k))。

(10)绿鳞石→皂石:杏仁体壁为放射状绿鳞石;内部为皂石,皂石呈集合体状(图2(l))。

3 讨论

3.1 火山岩杏仁体成因探讨

目前杏仁体形成的流体和物质来源仍然是一个存在争议的问题,存在3种截然不同的观点:第一种观点认为其形成于封闭体系下的岩浆期热液沉淀结晶,所需离子来源于杏仁体宿主岩石高温高压下的元素迁移,杏仁体边部通常可见蚀变晕[3];第二种观点认为杏仁体与后生流体的沉淀结晶作用有关,后生流体对宿主岩石的溶蚀或蚀变为杏仁体的形成提供了所需的各种离子[1,5-6];第三种观点将复成分杏仁体的成因归结于原生火山玻璃固态下水合或蚀变,通常在杏仁体中部可见残余的火山玻璃[1]。前两种观点的主要区别为杏仁体是否处于封闭体系下,即是否存在裂缝作为流体循环的通道,第三种观点的典型特征为杏仁体保留火山玻璃的原始形态且杏仁体中部通常可见残存的火山玻璃等物质。

管理层能力。借鉴 Dermerjian等（2012）［15］提出的DEA-Tobit模型度量管理层能力。首先运用DEA方法计算企业运营效率，其中产出指标为主营业务收入（Sales）；投入指标为主营业务成本（Cost）、管理与销售费用之和（Sama）、固定资产净值（PPE）、无形资产净值（Instan）、研发费用（R＆D）、商誉GW），计算如下式：

(6)石英→绿鳞石→皂石:杏仁体由石英、绿鳞石和皂石组成。杏仁体壁生长石英,内为绿鳞石,中部为花朵状皂石,皂石被绿鳞石分割。石英含少量Al、K、Ca和Fe等元素(图2(h))。

综合手标本鉴定、薄片观察和电子探针分析,发现火山岩气孔充填在巴塔玛依内山组火山岩中发育普遍,充填类型多样,充填产物包括单成分杏仁体和复成分杏仁体两种。单成分充填矿物主要为石英和绿鳞石等。复成分充填矿物包括石英、沸石、方解石、绿鳞石、绿泥石、皂石等(图2、表1)。

Battaglia[19]在对埃塞俄比亚裂谷、加勒比海、意大利等地区地热田的绿泥石进行X射线衍射研究过程中发现,绿泥石面网间距d001和结晶温度之间存在很好的线性关系d001=14.379-0.001T。式中，d001为绿泥石面网间距,Å;T为结晶温度,℃。如果没有进行X射线衍射分析,利用Rausell-Colom 等[20]提出,后经Nieto[21]修正的关系式d001=14.339-0.115 5x(A1Ⅳ)-0.020 1x(Fe2+)。式中,x(AlIV)代表绿泥石单位晶胞中4次配位的铝Al的个数;x(Fe2+)代表绿泥石中Fe2+的个数。可以将电子探针数据(表1)转变为d001。由于电子探针无法区分Fe2+和Fe3+,且绿泥石中Fe2+占比大于Fe总量的95%[22-23],因此本次研究忽略Fe3+的影响。研究区杏仁体中绿泥石结构参数的计算结果如表2所示(以单位晶胞中含14个氧原子数为基准)。

普陀区桃浦镇北环水系长度约为3500m，宽度为8～18m，水域面积为 4.1×104m2，水域深度为 0.7～2.5m。在对水质特点进行分析时，发现由于受到多年工业废水、生活污水以及雨污混流等因素的影响，导致水域内的污染物严重积累，河水的流动性相对较差，甚至出现季节性“黑臭”的问题，严重影响了城市美观。雨季时，会有大量的雨水和污水流入，经过2015年清淤处理后，虽然可以接纳一定点源以及面源污染物，但仍有大量的污染物进入河道内，影响了河道排污口的排污效果。实地考察结果显示，河道内依然有少量鱼群存活，河道两侧有少量挺水植物生长，整个河道内并无任何沉水植物生长。

建好乡级土地利用总体规划图工程模板后，需对裁切好的分乡镇数据库进行批量数据链接修复，如果在每个相关的地图文档中手动进行更改，会异常麻烦且容易出错。

表2 绿泥石结构参数计算结果

通过计算可得,研究区绿泥石形成温度介于84.7～123.6 ℃。前人研究成果也表明,气孔充填的石英和方解石是低温环境下(50～200 ℃)形成的[5-6,16-17,24],大量沸石族矿物的稳定温度小于150 ℃[2,7]。前已述及,巴塔玛依内山组火山岩气孔充填矿物包括石英、绿鳞石、绿泥石、皂石、沸石、方解石, 由于矿物结晶顺序为从孔壁至孔内依次进行,且温度逐渐降低的过程,因此硅质、绿泥石和沸石的形成温度一定程度上可以代表研究区杏仁体的形成温度。综合来看,研究区杏仁体形成于低温热液环境下。

3.1.2 杏仁体的成因模式

4.4.1 预约时段和人数因为患者特殊用药需求、急救、照顾老弱病残患者、节假日等情况，系统可以根据需要适时动态调整预约的时间段和预约人数。点击系统菜单下的“预约设置”，再点击“设置时段”，在该窗口，可以添加、修改、删除时段，也可以对选中时段的最高人次限额做调整，点击“确认”即保存修改。另外有的患者因为某些缘故不能按照预约的时间输液，系统提供修改或者取消预约的功能。具体操作是:刷卡在预约列表中找到该患者，点击“修改预约”，可以修改全部预约日期，也可以修改某一天的预约日期时段。这一措施减少了输液患者的爽约，提升了输液预约的资源空间。

因为OA = OB = 1,所以△OAB为等腰三角形.取AB中点M,连结OM,则OM为∠AOB的平分线,因此OM是镜面的垂线.又OI是水平面的垂线,所以,OI与OM所成的角∠IOM即为镜面与水平面所成的角.取BH中点N,连结MN,可知∠OMN = ∠IOM.

火山岩杏仁体形成的过程可分为2个阶段:首先是气孔的形成;其次为流体在气孔内的沉淀结晶[5-6],即气孔的充填过程。气孔是熔浆在喷出地表时随温度与压力降低其中的挥发份逸出而形成的[3,5],其往往分布于熔岩流的上部,伴生大量的微裂缝[14-15],气孔为杏仁体的形成提供了空间,微裂缝则可以充当杏仁体形成的物质运移通道。杏仁体的充填过程则是一个相对复杂的问题,需要根据具体情况进行分析。其中杏仁体形成温度、物质来源的确定是还原杏仁体成因的关键。

研究区巴塔玛依内山组火山岩形成于石炭纪,在3亿多年的地质历史中,发生了不同程度的蚀变[25],而蚀变的发生伴随着溶蚀作用的进行[9]。这与研究区杏仁体宿主岩石的特征相符,即蚀变和溶蚀作用大量发生。单偏光下可见大量的蚀变现象,如斜长石黏土化、辉石绿泥石化、橄榄石皂石化等蚀变类型(关于蚀变的具体成果另文发表);电子探针背散射照片则显示斑晶和基质表面存在大量溶蚀孔(图3)。同时,无论单偏光照片,还是电子探针背散射照片均显示杏仁体周围分布大量的微裂缝(图2(c)、(d)、(e)、(g)、(h)、(j)和图3)。

老道看王祥一脸阴郁，隐约猜到了王祥的心思，接口说：“小伙子你也别灰心，卖古董，全凭一张嘴，只要你把这桩生意交给我，保管死的也给你说成活的。”

3.1.1 杏仁体的形成温度

由于研究区杏仁体内未见火山玻璃,且杏仁体形态多呈椭圆形,与火山玻璃的形态也不符,因此刘万洙等[1]提出的杏仁体形成于原生火山玻璃固态下水合或蚀变的观点可能并不适合研究区。此外杏仁体边部发育溶蚀孔和微裂缝,且与外界存在沟通,这与岩浆期热液沉淀结晶模式所需的封闭体系不符,在杏仁体边部也未见蚀变晕等特征,结合杏仁体充填矿物全部为低温矿物的事实,可以排除杏仁体在岩浆温度下形成的可能性[6]。因此杏仁体形成于岩浆期热液沉淀结晶的观点也一般可以排除。综上所述,笔者更倾向于杏仁体形成于后生流体的沉淀结晶。研究区杏仁体形成的具体过程可以归纳为:①由于岩浆中挥发分气体的逸出,在岩石顶部形成了大量的气孔和微裂缝[14-15],这为杏仁体的形成提供了空间和物质运输通道(图4(a));②宿主岩石在后期低温流体的作用下,矿物和基质发生溶蚀、蚀变,使流体中富集了Fe2+、Ca2+、Mg2+、Si2+、K+等离子[5],从而为杏仁体中充填矿物的形成提供了物质来源(图4(b));③富含离子的流体随温度的降低逐渐由孔壁至孔内沉淀结晶,从而形成了杏仁体(图4(c))。

图3 巴塔玛依内山组杏仁体边部溶蚀孔和微裂缝发育特征Fig.3 Characteristics of dissolution pores and microfractures at edge of amygdales in Batamayineishan Formation

这一后生成因模式同样具有矿物学的证据来支撑。前已述及,绿鳞石是巴塔玛依内山组火山岩杏仁体中一种常见充填矿物。绿鳞石成因主要包括2种:①海水作用下,中基性火山岩发生蚀变形成,海水为绿鳞石的形成提供所需离子[26-27];② 陆相环境下形成,所需离子来源于铁镁质矿物的蚀变[2,28]。考虑到巴塔玛依内山组火山岩形成于后碰撞伸展背景下[29],卡拉麦里洋盆早已闭合,海水不可能对其产生影响,因此可以确定绿鳞石形成于陆相环境下,火山玻璃、铁镁质矿物的蚀变为其形成提供了所需的K+、Mg2+、Fe2+、Al3+等离子,即气孔中充填的绿鳞石形成于蚀变之后,是富含离子的后生流体在气孔内沉淀结晶的结果。此外电子探针分析结果显示,部分杏仁体内的方解石除含有Ca、C和O等元素外,含有少量Fe、Mn等元素(表1,ZS109-2,测试点1);部分杏仁体内石英除含Si和O外,还略微富集Al和Ca等元素(表1,ZS95-1,测试点1和2),这些现象同样可能与火山物质的蚀变有关。

图4 巴塔玛依内山组火山岩杏仁体成因模式Fig.4 Geological genesis model of amygdales in Batamayineishan Formation

3.2 气孔充填的储层意义

充填作用是影响火山岩储层物性特征的一种重要的成岩作用。充填作用使得原生气孔储集空间体积变小,导致储层物性变差[4,8-12]。这已经成为学界的共识,但是目前针对充填作用储层意义的研究,往往都是定性分析,无法满足火山岩储层量化研究的需要。本次研究通过对气孔充填率的研究,定量表征了巴塔玛依内山组气孔充填作用的储层意义。

本次研究共计磨制30个铸体薄片,这些铸体薄片内共计发育464个气孔。气孔孔径主要介于0.3～7.9 mm,集中于0.9～1.7 mm。所有的气孔都发生了充填,其中326个完全被充填,占比70.2%,其余的138个(29.8%)气孔也发生了不同程度的充填(图5(a)),最低充填率为33.8%,最高充填率为99.2%,平均充填率为82.6%,同时充填率高的气孔数量明显多于充填率低的气孔数量(图5(b))。整体来看,94.5%的原生气孔储集空间丧失。说明巴塔玛依内山组火山岩的原生气孔遭受了强烈的充填作用改造,很难作为巴塔玛依内山组火山岩储层的主体储集空间,这是与松辽盆地火山岩储层的明显差别[30],这也解释了为何准噶尔盆地原状火山岩储集层物性差,一般不能形成有效储集层,大量的油气储存在风化壳内[31]。

图5 巴塔玛依内山组火山岩气孔充填率定量表征及剩余储集空间特征Fig.5 Quantitative characterization of vesicle filling and residual reservoir space

虽然气孔充填作用在一定程度上使巴塔玛依内山组火山岩储层的原生储集空间明显减少,但是并不意味着其储集能力的完全丧失。因为即使气孔已经被全部或部分充填,气孔充填后残存的杏仁体内孔(图5(c))、杏仁体收缩孔(图5(d))仍然可能具有一定的储集性能[32],均可以作为油气的有效储集空间而存在。在准噶尔盆地东部隆起区北三台凸起的北402井安山岩中就发现了杏仁体内孔的油气显示(图5(c)),这是杏仁体内孔可以作为有效储集空间存在的最直接证据。此外各种成岩作用并不是孤立存在的,因为充填作用的发生往往伴随着热液等流体的参与,从而使火山岩储层处于开放体系中[9],流体在气孔内沉淀结晶的同时,也伴随着溶蚀作用和蚀变作用的进行,溶蚀和蚀变作用在此过程中产生的基质溶蚀孔、晶内溶蚀孔(图5(e))以及杏仁体内溶蚀孔(图5(f))会在一定程度上对气孔体积的减少起到补偿作用。