砂岩储层岩石学表征与地层流体演化模式——以CO2示踪矿物区为例

The enrichment zone of CO2 tracing mineral-dawsonite in the Dongying Depression, Bohai Bay Basin, China is investigated as our research target with thin section observation, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), hydrochemical characterization and carbon/oxygen isotope analysis. The research display the petrological feature of dawsonite-bearing sandstone, carbon/oxygen isotope of dawsonite, "sequencing" and "timing" of CO2 and hydrocarbons, characterization and comparison of formation water in typical region, and space distribution relationship between dawsonite and oil-gas fields.The results exhibit the information on reservoir characterization of petrology, dawsonite-forming fluids, current in situ formation water type, authigenic mineral associations, and diagenetic fluid evolution modes after dual-influx of CO2 and hydrocarbons. Our research focus on the "sequencing" and "timing" of dual-influx and diagenetic paragenetic sequence, revealing the alternation dual-influx on reservoir fluids and petro-physical properties. This study would contribute to the evaluation of potential storage pool in Carbon Capture and Storage (CCS) projects, thus providing the basic geological information on CO2 sequestration potential in sandstone reservoirs.

以中国渤海湾盆地东营凹陷的“CO2示踪矿物-片钠铝石”富集区为研究对象，采用沉积岩石学、地层水化学和同位素地球化学等学科相结合的研究方法，运用薄片鉴定、扫描电镜观察、X射线衍射、地层水化学测试和碳氧同位素分析等技术手段，通过对含片钠铝石砂岩的岩石学表征、片钠铝石的碳氧同位素特征、CO2与油气充注时序、典型地区地层水化学特征与对比、片钠铝石与油气田的空间分布关系等研究，开展对幔源CO2与油气双重充注砂岩储层的岩石学表征、形成片钠铝石的流体特征、含片钠铝石砂岩现今地层水特征、自生矿物组合与成岩流体演化过程的研究，刻画双重充注与成岩共生序列的时序匹配关系，揭示双重充注对储层流体及物性的改造作用，进一步评估碳捕集与封存（CCS）项目中潜在的封存库的封存可行性，为砂岩储层CO2地质封存潜力研究提供基础地质信息。

片钠铝石被认为是CO2运移、聚集和逸散的示踪矿物，渤海湾盆地东营凹陷沙四段砂岩储层中发育大量片钠铝石矿物，具有油气与CO2双重充注特征，经历了相对复杂的流体演化过程。本项目以渤海湾盆地东营凹陷沙四段含片钠铝石砂岩储层为研究对象，研究了含片钠铝石砂岩的岩石学表征、流体包裹体特征和现今地层水特征，结合片钠铝石矿物的碳氧同位素组成特征确定古流体特征，建立东营凹陷含片钠铝石砂岩储层的成岩流体演化模式。研究表明：东营凹陷沙四段含片钠铝石砂岩以长石砂岩和岩屑长石砂岩为主，其成岩共生序列为：石英次生加大→自生高岭石→第一期方解石→片钠铝石→第二期方解石→铁方解石→白云石→铁白云石；含片钠铝石砂岩储层中发育一期烃类包裹体，以碳酸盐胶结物中的原生烃类包裹体为主，结合单井埋藏史-热演化史模拟结果，确定油气充注时间为2.6～0Ma；含片钠铝石砂岩现今地层水水型为NaHCO3型，呈弱碱性，具有高HCO3-、低Ca2+、低Mg2+特征；形成片钠铝石的CO2的δ13C值为-7.18‰～-1.61‰，与平方王气藏中的CO2具有相同的幔源无机成因来源，片钠铝石形成时水介质的δ18O值为-3.76‰～+1.84‰，具有封存型地下卤水特征；片钠铝石沉淀时的古流体温度为69.30～96.82℃，平均为82℃，根据埋藏史-热演化史模拟结果，确定片钠铝石的形成时期为6～3Ma；东营凹陷沙四段含片钠铝石砂岩储层的成岩流体演化过程可划分为五个阶段：第一阶段为原始沉积水的碱性流体环境；第二阶段为有机酸生成时期的弱碱性流体环境；第三阶段为CO2充注早期的酸性流体环境，形成石英次生加大+高岭石自生矿物组合；第四阶段为CO2充注晚期的碱性流体环境，形成第一期方解石+片钠铝石+第二期方解石自生矿物组合；第五阶段为油气充注时期的弱碱性流体环境，形成铁方解石+白云石+铁白云石自生矿物组合，发育了大量烃类包裹体。本项目建立了含片钠铝石砂岩储层的成岩流体演化模式，揭示了CO2-流体-砂岩相互作用机理，并为CO2捕集和封存提供了天然类比。