碎屑岩成岩作用第三章主要研究方法

1、第三章 碎屑岩成岩作用的主要研究方法关键问题:常用测试方法的原理和适用范围?各种测试方法的具体应用?了解成岩阶段的主要划分标志?掌握各成岩阶段温度及各类岩石的成岩变化特点?第一节 确定矿物种类、形态、 成分的方法各种方法的主要应用？确定矿物种类、形态、成分的方法的特点及各自原理？1.电镜扫描法的特点 以扫描方式照射到实验样品的微区上，使样品产生各种不同的信息，然后分别收集和整理。 分辨率高，放大倍数大（一般2000-5000倍），景深大，立体感强，制样简单。自1975 年开始用于石油地质。一、电镜扫描法3. 主要应用(1) 观察微孔隙：普通显微镜对几十微米到几微米的孔隙 不易研究，但是扫描电镜

2、都可以做到。据国外研究，凡 是0.2微米的孔隙都能储油, 最近的研究发现0.1微米的 微孔隙也可储油。(2) 区别孔隙类型：原生、次生、孔隙全貌、溶蚀情况、 裂缝、喉道分布(3) 观察胶结物在砂岩中的分布方式孔隙衬垫孔隙充填孔隙全貌残余粒间孔溶蚀孔与裂缝组合未被充填的裂缝(4) 辨别胶结物 A. 粘土胶结绒球状绿泥石自生绿泥石晚于高岭石B. 沸石毛沸石片沸石(5) 确定成岩顺序 如长石溶解形成高岭石沉淀，石英自生加大后 再溶蚀(6)石英颗粒表面特征分析沉积相 各种撞击坑，溶蚀坑，擦痕1. 阴极发光法的特点 可以解决显微镜下不易观察的现象，阴极发光是用可以解决显微镜下不易观察的现象，阴极发光是用

3、阴极射线管发出加速电子进行激发而产生的一种荧光。阴极射线管发出加速电子进行激发而产生的一种荧光。 抛光制成两片光薄片，厚度，岩样抛光也可以抛光制成两片光薄片，厚度，岩样抛光也可以二、 阴极发光法4. 主要应用 主要应用：区分碳酸盐、石英自生加大、孔隙、成岩顺序、微构造、物源 用电子轰击样品，使之发光；根据矿物的发光特征来研究其成分，晶体形态和相互关系。(2) 区分碳酸盐类型:F 铁方解石褐色、桔红色F 铁白云石不发光(含铁量6%)F 菱铁矿不发光F 方解石黄色、橙红F 白云石橙红、暗红F 含铁方解石亮橙黄 F 含铁白云石橙褐色 (1) 石英次生加大：加大边不发光B. 白云石：F 埋藏：亮红、玫

4、瑰红、亮橙黄、橙红F 准同生：黄、红、橘红、蓝、绿F 混和水：亮蓝 F 淡水：褐色或者不发光F 高温：深红A.方解石：(3) 区分碳酸盐成因：F 氧化环境：发光昏暗或不发光F 淡水渗流环境：发光暗F 重结晶、埋藏环境：发光明亮(4) 观察溶解作用及孔隙类型F 碳酸盐和长石岩屑同时溶解F 长石溶解具有选择性，蓝色的容易溶解并与蠕虫 状高岭石伴生；红色的溶解较弱，杏黄色不易溶解。F 石英溶解弱于长石，与易溶长石伴生的棕色石英易溶。 阴极发光可恢复原有的溶蚀结构，如湖北大冶下三叠统大冶群粉晶灰岩中见圆椭圆形亮晶斑状，是被充填的溶孔、虫穴还是不均匀重结晶？在阴极发光下可见溶蚀边界十分清晰，亮晶斑块为早

5、期溶孔。另外，有些孔隙在偏光镜下溶蚀特征明显，似为溶孔，但在阴极发光下却是受重结晶改造的生物介壳。斑块状胶结斑块状胶结碳酸盐和溶蚀孔碳酸盐和溶蚀孔(5) 确定成岩顺序：根据交代关系确定先后顺序F 氧化硅（浅棕色或不发光）和方解石（发光明亮）的 交代作用F 高岭石化作用：蓝色长石易高岭石化（蠕虫状、靛蓝 色光）F 粘土环边成分的确定：SI/S IF 长石交代钾长石：长石发蓝色光，交代方解石发深红色光， 充填方解石发橙黄色光F 方解石、铁白云石、菱铁矿交代：橙黄暗红不发光F 硬石膏：浅黄色、灰白色光、不发光或棕色F 重晶石：亮蓝色暗蓝色，发光不稳定F 利用石英加大判断成岩顺序：石英加大早于晚期胶结

6、， 早于机械压实(6) 构造的恢复F 恢复微沉积构造：收缩缝、缝合线、愈合构造F 恢复由于重晶石和交代作用而消失的微裂缝F 判断裂缝的性质、期次和产状F 区别裂缝充填序列(7) 物源区的判断F 石英：蓝紫色光火山岩、深成岩573 C 棕色光变质岩、300-573 C 不发光沉积岩、300 C F 长石：发红色、蓝色、黄色、草绿色、杏黄色等光F 发光强度：岩浆岩最大（含长石越多越大），变质 岩最小碳酸盐胶结及不同来源的碎屑碳酸盐胶结及不同来源的碎屑成成岩岩期期RoRo矿物发光特征矿物发光特征发发光光强强度度破破裂裂愈愈合合溶溶解解作作用用次次生生孔孔隙隙成岩序列成岩序列石英石英长石长石白云白云石

7、石方解方解石石高岭高岭石石鄂尔多斯盆鄂尔多斯盆地地中生界中生界鄂尔多斯鄂尔多斯盆地盆地古生界古生界未未成成熟熟0 0不不发发光光不不发发光光弱弱发发光光弱弱发发光光不不发发光光弱弱无无弱弱少少机械压实及机械压实及绿泥石薄膜绿泥石薄膜第一期硅质第一期硅质胶结胶结浊沸石形成浊沸石形成长石高岭石长石高岭石化化蓝色长石溶蓝色长石溶解解棕色石英溶棕色石英溶解解岩屑溶妥岩屑溶妥第二期硅质第二期硅质胶结白云石胶结白云石方解析出方解析出硅质胶结硅质胶结作用作用机械压实机械压实蒙脱石蒙脱石伊利石转伊利石转化化陆源组分陆源组分选择性溶选择性溶解解组分蚀变组分蚀变硅质胶结硅质胶结作用作用铁白云石铁白云石化化铁方解石

8、铁方解石化化菱铁矿化菱铁矿化成成岩岩早早期期1.1.0 0不不发发光光不不发发光光中等中等明亮明亮中等中等明亮明亮微蓝微蓝靛蓝靛蓝中中无无弱弱中中多多成成岩岩中中期期2.2.0 0不发不发光光褐色褐色不发不发光光褐色褐色明亮明亮极明极明亮亮明亮明亮极明极明亮亮靛蓝靛蓝亮蓝亮蓝弱弱少少中中强强大大量量成成岩岩晚晚期期褐色褐色浅棕浅棕色色褐色褐色浅棕浅棕色色极明极明亮亮中等中等明亮明亮极明极明亮亮中等中等明亮明亮中中等等蓝蓝可可强强可可弱弱发发育育强强中中大大量量沸石溶解沸石溶解方解石白云方解石白云石溶解石溶解脱羧基作用脱羧基作用次生孔形成次生孔形成1. 电子探针的特点F 元素分析范围广，能谱Na

9、11U92，波谱Be4U92F 灵敏度高，为0.002%，精度高于X光荧光光谱、激 光光谱、BA法误差1-5%，ZAF法误差为1%F 对微细矿物分析研究有利，在同一块样品上可获 得较全面的物理化学数据，不破坏样品，可多次 重复分析。F 能在光、薄片上进行分析（光面）三、 电子探针法 高能电子束轰击固体样品表面时，电子与激发区内元素的原子核和核外电子发生弹性与非弹性碰撞，产生二次电子，背散射电子，透射电子，间歇电子及吸收电流，还产生X衍射，用这些信息进行物质组分、形态、及部分晶体表面构造的研究。2. 电子探针法的原理火成斜长石： K2O高，环带强，Sr高；深成及变质斜长石： K2O低，环带弱，F

10、e0.1，Sr低。 (1) 区分长石F 钠长石：Na2O10.65-11.83%，K2O和aO1%；F 钙长石：CaO，Na2O和K2O少；F 钾长石(正长石)：K2O8.45-16.9%，Na2O1%； 钠钙长石：Na2O和CaO均高。F 利用钾钠长石分子组成长石成因：不同成因的长石 所含成分不同，如：F 方解石：CaCO3为主，其它105， FeCO31%(2.5-2.9)；F 白云石：为主，Ca/Mg；F 含铁白云石：Fe/Mn10；(2) 区分碳酸盐矿物1. X光衍射法的特点F 能准确的定名自生矿物，对粘土矿物定性定量分 析，鉴别混层及混层比;F 制样复杂，可分泥岩和砂岩两组，泥岩需要

11、量很 少(10)克，砂岩一般需500克左右，泥岩的演变比砂 岩的要慢；F 按间距取样。四、 X光衍射法3. 制样制三种薄片：N片： (001)面与薄片平行； 矿物均有独特的晶体结构，其粉未照片的衍射数据不同，以此可区分不同矿物。(1) 常见粘土矿物X衍射特征4. 主要应用F 高岭石：d(001)=7.15 d(002)=3.56-3.58 d(003)=2.38 F 埃洛石：d(001)=10.1 d(001)=11 (乙二醇膨胀)F 伊利石：d(001)=10 d(002)=5 d(003)=3.3 F 蒙脱石：d(001)=12-15 加热600 ，d(001)=9.6-10 F 绿泥石：

12、d(001)=14.2 d(002)=7.1 d(003)=4.7 d(004)=3.53 乙二醇膨胀，加热600 ，d(001)=13.8-14 蒙蒙皂皂石石向向绿绿泥泥石石转转化化序序列列的的X X射射线线衍衍射射谱谱图图蒙蒙皂皂石石向向伊伊利利石石转转化化序序列列的的X X射射线线衍衍射射谱谱图图三八面体富镁的铁镁绿泥三八面体富镁的铁镁绿泥石定向样品的石定向样品的X X射衍射图射衍射图三八面体富铁铁镁绿泥石定向样品的三八面体富铁铁镁绿泥石定向样品的X X射衍射图射衍射图F I/S混层: : a) 无序混层（IS，膨胀层(S)与压缩层(IS)的 无序混层，I/S中I85%)，无5 峰； d

13、) 累托石：I与S为1:1有序混层，d(001)=25 , d(002)=12.5 , 乙二醇d(001)=27 , 550 d(001)=20 。(2) 计算混层比第二节 确定古地温、成岩阶段的方法各种方法的具体应用？确定古地温、成岩阶段方法的特点及各自的原理？1. 镜质体反射率的特点 精确，具不可逆性，与其它参数有较好的对应性，制样简单（只要有镜质体存在）。一、 镜质体反射率法 在反光镜下测定镜质体的反射率，用以判断变质程度，由于石油演化和煤变质有很大相似性，D.怀特首次提出定碳比，对固态煤和液态油进行了成功的对比。 60年代开始把煤岩学和有机地化学结合起来应用于油气勘探，取得了卓有成效的

14、研究成果。2. 镜质体反射率的原理基质镜质体基质镜质体结构镜质体结构镜质体均质镜质体均质镜质体镜质组镜质组3. 主要应用成岩阶段成岩阶段Ro煤煤 级级油气油气温度温度成熟度成熟度早早成成岩岩0.25褐褐煤煤土状土状早期早期CH44060未成熟未成熟坚硬坚硬0.5硬、亮硬、亮中中成成岩岩0.65烟烟煤煤长焰煤长焰煤石油石油7090成成熟熟0.92气煤气煤1001201.15肥煤肥煤凝析油凝析油+气气120140高成熟高成熟1.60焦煤焦煤150160晚晚成成岩岩2.00廋煤廋煤晚期晚期CH4170200变变质质2.50贫煤贫煤3.50无无烟煤烟煤半无烟煤半无烟煤19024011.02无烟煤无烟煤

15、(1) 估计反射率梯度 曲线越陡说明反射率梯度越小路易斯安纳湾岸典型的干酷根成熟度剖面具有高古地热的Ro/深度,曲线的普遍图式,这里的深度仅是参考数字可以很不相同,同样,Ro可达到7.0%或更大(2) 估算剥蚀厚度和判断某些构造现象鲍恩盆地巴尔累伯和摩拉地区、悉尼盆地杜雷尔地区和苏雷特盆地旺多恩地区中煤的深度反射率曲线图 当一个地区Ro从浅到深丰富时，可直接从曲线上估计地层剥蚀厚度。一个印度尼西亚油井剖面表示主要不整合面对干酪根成熟度的影响南美深井的干酪根成熟度剖面(反映现代逆断层的影响)德克萨斯Delaware盆地干酪根成熟度剖面(显示侵入体的影响)德克萨斯湾岸油井干酪根成熟度剖面(表示原生

16、再沉积镜质组)原生镜质组再沉积镜质组(3) 评价含油气远景黑点集中在旺多思曲线附近，多处在Ro0.7-1.1%，是最有希望的含油远景区。库珀盆地煤的深度反射率图B. 做若干盆地内大区域含油气远景的初步评价 以旺多思曲线为基础，沿坡度向上推到目的深度，然后可作出每一深度各盆地的成岩强度图（古地温梯度一致）。 用足够的Ro绘出等反射率横剖面图，可详细评价含油气的变化趋势。 成岩强度向着盆地北部逐渐降低，Ro为1.3%的线在沃拉诺井只有450m，向逐渐变深，到梅特兰井约为1500m，杜雷尔只有侏罗系位于生油范围内，而在梅特兰井还包括煤系和海相地层，这表明盆地西部成岩程度高，找油的希望应放在东部。悉尼

17、盆地沿海岸横剖面及等反射率线图 现代温度和古温度差别较大，只有古温度才能正确确定生油层的层位，生油区及可能的储量，又控制了石油的形成、运移和分布。根据已测得深度的Ro值规律，推测最大含油深度。 成岩作用阶段、对应煤阶与有机质成熟阶段的关系 同一Ro值所反映的古温度是随地质时代不同而不同。1. 孢粉颜色及色变指数的特点 孢粉(广义)，即所谓孢粉型Palynomorphs，包括高等植物的孢子和花粉、沟鞭藻、疑源藻及某些绿藻。 借用化石孢粉型来恢复古沉积环境以及确定油气生成的成熟度，查明孢粉和油气生成关系方面的研究是近十多年来的新课题。对温度敏感、数据可靠、测样简便、可对比性强二、 孢粉颜色及色变指

18、数的特点 过去用干酪根颜色评价有机物质成熟度，现只对孢子和花粉作颜色测量，随成熟增强，孢子颜色从淡黄通过金黄、橙、褐到不透明，共12种色级，不同作量测量的指数级不同，斯塔普林和科瑞阿根据颜色的明显变化，使用从0-5级别。巴纳德根据随深度呈均匀线性的增强分出10个级别，由于孢粉在化学性质上比镜质组更接近腐泥质，因而是烃类形成阶段理想的指示剂。2. 孢粉颜色及色变指数的原理3. 主要应用 大庆、华北、辽河、中原、江汉油田和同济大学、江汉石油学院等单位对孢粉判断油气成熟度已摸索多年，现初步统一了色级标准色级色级颜色颜色有机质热变指示带有机质热变指示带成熟度成熟度烃类生成及产状烃类生成及产状1淡黄淡黄

19、第一带黄色带第一带黄色带未成熟未成熟未大量生成烃，未大量生成烃，可生成湿气可生成湿气2黄色黄色3棕黄棕黄第二带桔色带第二带桔色带成熟成熟大量生成液态烃大量生成液态烃、气态烃（油和、气态烃（油和气）气）4棕色棕色第三带棕色带第三带棕色带成熟成熟5棕黑棕黑第四带黑色带第四带黑色带过成熟过成熟长期高温下，挥发长期高温下，挥发份排出，仅剩份排出，仅剩COCO2 2, , HH2 2S, HS, H2 2O, O, 气气6黑色黑色第五带消光带第五带消光带碳化碳化仅剩仅剩COCO2 2、 HH2 2S S、HH2 2OO、无气、无气热变指数、煤阶、Ro和烃类生成带煤阶煤阶RoRo热变指数热变指数孢粉颜色孢

20、粉颜色烃类生成带烃类生成带古地温古地温泥炭泥炭褐煤褐煤亚沥青亚沥青0.50.50.50.51-1.31-1.31.3-2.31.3-2.32.3-2.52.3-2.5浅黄色浅黄色黄色黄色未未成成熟熟606096 175 175 半无烟煤半无烟煤1.9-2.51.9-2.5无烟煤无烟煤2.5-42.5-473.973.9随温度增高孢子颜色的变化,巴纳德等的孢子颜色指数,斯塔普林的热成熟指数图 孢粉经热解产生石油已为大家接受，孢粉、浮游植物沉积于海底、湖底，在隔绝空气的还原环境下，保存在地层中转化成干酪根，再经热降作用形成油气。如胡罗卜素和胡罗卜素酯的氧化共聚物是最好的生油母质之一。含孢粉丰富的地

21、层均为较好生油层(生成油含蜡高)。1. 稳定同位素法的原理 各种同位素的物理、化学性质有所不同，当受到各种物理、化学及生物作用时，同位素组成也会发生不同程度的变化，则根据在岩石、矿物、生物中测得到同位素值变化来推断地质历史中所发生的变化。三、 稳定同位素法的原理3. 主要应用(1) 沉积介质同位素组分及环境，生油母质判断B. 区别烃类母质： I型干酪根为-27 -30 ，II型干酪根为-22.5 - 26 ，III型介于之间。D. 碳酸盐环境：F 大气水文石、高镁方解石、当变成低镁方解石， O18 和C13为负值；F 海水中 O18在零值附近；F 新墨西哥和德克萨斯的下白垩统碳酸盐的同位系变化

22、 O18=-3 , C13=+3 , 油浅水加入条件下形成； 同位素不稳定， O18、 C13 在2左右波动， O18=-4.5 -6.5 ， C13 =+1.5 +3.5 ，表明气 候变暖，海水中O18减少； O18=-8 ， C13=+3 ，包体测温为60 80 ， 埋深增大； O18=-1 -4, C13=+0.5 +3.2, 在埋藏条件下 蒸发矿物开始脱水，放出含O18高的水，改变了成岩 流体成分，变成咸水。E. 碎屑岩环境：F 可以提供砂岩中矿物共生次序的信息；F 可鉴别各期碳酸盐自生作用之间的关系和烃类运 移情况；F 可了解埋藏期间砂岩和页岩之间的地球化学反应 和水动力情况；F 利

23、用I/S进行O18测定，可估算页岩受热的最高温度。(2) 区分介质盐度；(3) 自生矿物析出温度及形成顺序；(4) 判断油气成熟程度；1. 流体包裹体测温法的原理 矿物生成时，一部分成矿溶液流体被包在矿物晶体缺陷、窝穴或裂缝中。它是成矿作用流体的原始样品，可反映成矿的流体的本质温度（用均一法测温）。 将镜下所见的气相(烃类，直径35-40m)液相(直径15 m)包体加热至某一温度，包体恢复为单一相，该温度代表矿物形成时的最低温度。四、 流体包裹体测温法方解石脉中原生气液两相包体3. 主要应用 主要寻找气液相原生包体，在自生胶结物中(碳酸盐、自生石英、盐类等)寻找包体，测得温度后需进行温度校正。

24、 沉积岩中包体数量少，个体小（几个m），测定起来比较困难。流体包裹体技术在油气勘探中的诮用研究是地球化学、岩石学、石油地质学、构造地质学等多种学科交叉结合运用的结果，具很强的生命力。 两面抛光薄片，厚，注意在制片时，烘烤的温度不能超过80 (特别是碳酸盐矿物)，制片前应先观察包体的种类和数量。(1) 在油气储集条件研究中的应用(3) 在油气演化阶段研究中的应用(5) 在古地温和埋藏史研究中应用1. 混层比及粘土矿物含量的演变F 早成岩：蒙脱石、高岭石F 中成岩：I/S、C/SF 未成熟：I/S中I20F 半成熟：蒙脱石消失，I/S中I65F 成熟：蒙脱石消失，I/S中I85F 超成熟：高岭石消

25、失，I/S中I85，C/S出现 (片状)，混层消失五、 自生矿物演变F 早成岩：火山玻璃 钙十字沸石 菱沸石、钠沸石F 未成熟：斜发沸石 丝光沸石F 半成熟：毛沸石F 成熟期：方沸石 片沸石 浊沸石 钠沸石F 超成熟：浊沸石、钠长石2. 沸石的演变沸石的转变温度： 沸石的形成温度变化较大，在不同地区不同井段差别较大，如日本晚第三纪粘土中沸石的转变温度是：火山玻璃变成斜发沸石是56 ，斜发沸石变成方沸石或片沸石是116 ，方沸石、片沸石变成浊沸石是138 ；陕甘宁延长统浊沸石80 120 ；松辽下白垩浊沸石120 140 ；克拉玛依上二叠方沸石70 80 ；南阳周口盆地方沸石约70 90 ；美国

26、加利福尼亚始新中新世3100m浊沸石104 ；Cache Greek晚中生代1000m处浊沸石130 ；Kettleman North Dome第三纪4000m处浊沸石100 。 米特休（1977）总结成岩期氧化硅化硅的转变次序是：非晶质氧化硅 低温方英石 低温石英，其相应温度为45和69，3. 氧化硅的转变第三节 成岩阶段划分了解成岩阶段的主要划分标志。分析各划分方案的优劣，掌握各成岩阶段温度及各类岩石的成岩变化特点。一、成岩阶段划分的主要标志F 施密特成岩阶段划分方案F 各成岩阶段划分标志简介斯密特前苏联叶连俊佩蒂庄帕尔成岩作用划分方案 SY/T5477-92早成岩成岩早成岩成岩阶段1早成岩 早成岩未成熟半成熟中成岩未成熟后生早晚成岩阶段2中成岩早晚成岩成 熟半成熟阶段3成熟A晚阶段4晚高成熟成熟B阶段5超成熟近变质晚成岩超成熟晚成岩表生表生阶段6表生 划分方案因人而异，按照V. Schmidt的划分方案，将成岩作用分为早成岩、中成岩和晚成岩三个阶段。鉴于中成岩阶段过于漫长，V. Schmidt等人又根据有机质的演化程度，把中成岩阶段分成未成熟期、半成熟期、成熟期和超成熟期。根据近