致密砂岩储层中碳酸盐非均质胶结成因机制及分布规律—以塔中地区志留系为例

Carbonate cements are predominant types of cements in tight sandstone reservoirs. Various genetic type and complicated distribution of carbonate cements are considered as one of the major factors on reservoir heterogeneity. Different types of heterogeneous carbonate cementation zones in tight sandstones are selected for petrology, mineralogy, in-situ microanalysis of stable isotopes and fluid inclusion analysis in different burial depth, different lithofacies associations of sandstone-mudstone from Silurian Kepingtage Formation in Tazhong area, Tarim Basin. Carbonate cementation stages are precisely divided and diagenetic fluid evolution, associated diagenetic environment for each stage of key carbonate cementations are determined using a range of techniques. Constrained by the real diagenetic environments, numerical transport modelling of carbonate dissolved species is conducted. Combined the numerical simulation results with the case observations, diagenetic mass transport and associated controlling factors are investigated in the process of carbonate cementation. Thus, the genetic mechanism of heterogeneous carbonate cementation zones are essentially explored under the conditions of different burial depth, different lithofacies associations of sandstone-mudstone coupled with different diagenetic fluids. Subsequently, the distribution and related controlling factors of heterogeneous carbonate cementation zones are determined. This study could provide several scientific evidences for prediction for the distribution of reservoir heterogeneity and preferential selection for exploitation in tight sandstone reservoirs.

碳酸盐胶结物是致密砂岩储层中主要的胶结物类型，其成因类型的多样性以及分布规律的复杂性是造成储层非均质性的主要因素之一。本项目以塔中地区志留系柯坪塔格组致密砂岩储层为研究对象，选取储层中不同类型的碳酸盐非均质胶结带开展岩石学、矿物学、原位微区稳定同位素以及流体包裹体测试分析，精细划分储层中碳酸盐的胶结期次，进而恢复碳酸盐关键胶结期的成岩流体与成岩环境演化。开展实际成岩环境约束下碳酸盐溶质迁移的成岩数值模拟实验，将实验模拟结果与实例解剖相结合，查明碳酸盐胶结过程中成岩物质迁移方式及其控制因素。最终揭示不同埋深、不同砂-泥岩组合类型的致密砂岩储层中成岩流体约束下碳酸盐非均质胶结的成因机制，明确致密砂岩储层碳酸盐非均质胶结的分布规律及其主控因素。研究成果可为致密砂岩储层非均质性预测与开发方案优选提供科学依据。

碳酸盐胶结物是致密砂岩储层中主要的胶结物类型，其成因类型的多样性以及分布规律的复杂性是造成储层非均质性的主要因素之一。本项目以塔中地区志留系柯坪塔格组致密砂岩储层为研究对象，选取储层中不同类型的碳酸盐非均质胶结带开展岩石学、矿物学、原位微区稳定同位素以及流体包裹体测试分析，厘定不同成岩阶段的有机-无机成岩作用对储层碳酸盐非均质胶结的影响机制。岩相学与成岩矿物地球化学结果显示塔中志留系柯坪塔格组发育两期碳酸盐胶结过程：（1）早成岩阶段嵌晶方解石胶结物的沉淀温度在20~50oC（δ13CVPDB在－0.3‰~＋6.8‰，δ18OVPDB在－6.6‰~－2.9‰）；白云石胶结物的沉淀温度在40~62oC（δ13CVPDB在＋1.9‰~＋5.3‰，δ18OVPDB在－6.2‰~－2.1‰）；（2）中成岩作用阶段呈孤立孔隙式充填的铁白云石胶结物，其沉淀温度在70~120oC（δ13CVPDB在－14.4‰~－6.6‰，δ18OVPDB在－11.6‰~－7.8‰）。早成岩阶段的方解石和白云石胶结物呈碳酸盐致密胶结层或胶结团核产出，主要分布在砂-泥岩接触面附近。这些早成岩阶段的碳酸盐物质主要来自有机质的微生物甲烷生气作用和邻近钙质泥岩中碳酸盐矿物的溶蚀。中成岩阶段的铁白云石胶结物呈碳酸盐致密胶结层、胶结团核和团块产出，它主要在砂体中部更为集中发育。研究认为铁白云石主要来自早期方解石和白云石胶结物的溶蚀，这些溶蚀流体主要是砂岩层内部有机酸原位脱酸形成的CO2。成岩数值模拟实验与岩相学观察结果显示，中成岩阶段发生的碳酸盐胶结物溶蚀，并不能增加储层整体孔隙度，主要是因为溶蚀产物在砂岩层内部就近或原地沉淀为铁白云石。由外源、不同世代碳酸盐胶结形成的碳酸盐致密胶结具有不同产状（胶结层、团核和团块），破坏了致密砂岩储层物性，并加剧了深部储层的成岩非均质性。本项目研究成果表明了在不同阶段有机-无机成岩作用过程中，由离子浓度梯度导致的层间物质迁移控制了碳酸盐胶结的时空分布样式。在砂-泥岩成岩系统中，更为深入的理解这些有机-无机成岩作用过程，将有助于建立相似成因致密砂岩储层的成岩非均质预测模型。