潜江凹陷潜江组盐湖地层演化与层序发育特征.pdf

文章编号:10045716(2003)066704中图分类号:P61 文献标识码:A 石油与矿业工程潜江凹陷潜江组盐湖地层演化与层序发育特征史 军,史忠生,刘保军,何胡军,刘 刚(中国地质大学,湖北 武汉430074)摘 要:结合盐湖层序地层分析,在系统测试了潜江凹陷潜江组碳、氧同位素后,对其演化规律与层序地层的关系进行了探讨,研究结果表明:潜江组内13C和18O值的变化范围分别是-7.37 2.35 和-6.42 0.23(PDB)。在低位体系域的初期和高位体系域的末期,由于湖水范围较小,这时如果降雨量小于蒸发量就会有盐岩的沉积,所以其碳、氧同位素的值偏大;而在水进体系域时期,由于湖平面上升,湖水的注入量大于蒸发量,所以这一时期没有盐岩的沉积,碳、氧同位素的值也偏低。然而在对潜江组的潜四段进行研究时,却发现碳、氧同位素的分布不具上述规律。在潜四段盐岩不仅分布于低位体系域的初期和高位体系域的末期,而且在水进体系域中也可见盐岩。作者认为潜江凹陷潜江组可能存在另一种成盐模式 深水事件性成盐。关键词:盐湖;层序地层学;同位素;地球化学;湖平面变化 盐湖盆地的石油资源勘探,长期以来一直是国际石油界所密切关注、饶有兴趣的一个研究领域。勘探实践表明,世界上大多盐湖盆地都是含油气区。陆相盐湖盆地的含油气远景,也一直是国内外石油地质界所备受关注的研究方向。盐湖研究逐渐形成一门科学,盐湖沉积学、盐湖地球化学等成为盐湖科学的比较热门的研究方向。但是,目前,在世界上研究程度较高的盐湖油气盆地中,绝大多数都是海相沉积盆地,即关于碳酸盐岩层序地层学的研究较为成熟,而国内外还未见系统的盐湖盆地层序地层学的研究成果,特别是难以发现陆相盐湖盆地层序地层学的研究成果。盐湖盆地的层序地层解释至今缺乏一个比较适用的模式或研究方法,其中的关键是如何识别盐剖面的层序界面以及正确的认识岩盐沉积时的湖平面变化的特征进而确定盐湖的沉积响应模式、层序划分以及进行层序的对比与追踪等。本文将重点探讨碳、氧同位素的演化规律与盐湖层序地层之间的对应关系,从而为层序的划分提供地化方面的依据。1 基本理论及原理111 基本理论碳为周期表第二周期 A族元素,原子序数6。碳有2个稳定的同位素,它们的质量数和丰度分别是12C98.89%、13C1.11%。自然界13C/12C比值的变化与碳的来源及碳化合物形成的物理化学条件有关。14C为放射性同位素,半衰期为5730a。氧是周期表第二周期 A族元素,原子序数8,它在自然界有3个稳定的同位素,在大洋水中它们的丰度为16O99.763%、17O0.0372%、18O0.1995%。16O和18O的丰度较高,并且质量差别较大,所以在氧同位素地球化学研究中,通常测量的是18O/16O比值,这个比值在自然界的变化约为10%。目前常用它相对于标准的千分差18O来表示自然界中氧同位素的变化。“标准”在各个实验室有所不同。国际上通用的氧同位素标准之一是“标准平均海洋水(SMOW)”。13C/12C比值用13C值表示:=(R样品-R标准)/R标准103()或=R样品/R标准-1103式中:R样品 样品的某一对同位素之比,如13C/12C或18O/16O;R标准 “标准”样品的同一对同位素之比。“标准”样品被用作国际对比的样品,对氧同位素用SMOW和PDB;SMOW(Standard Mean Ocean Water)是标准平均海洋水,PDB是美国南卡罗莱纳州白垩世皮狄组(Peedee Formation)中的箭石(Belemnite)化石的碳和氧。SMOW标准和PDB标准之间有如下关系:18P(PDB)=18O(SMOW)-29.5/1.0295112 基本原理对于一个水体停留时间长、封闭性的湖泊,蒸发作用将对湖水的化学组成起着决定性的作用。随着蒸发作用的增强,较轻的16O和12C优先逸出,造成水体中的18O和13C含量增加,从而使湖水的碳、氧同位素值同步增加,反映在原生碳酸盐岩和氧同位素组分的变化上,两者呈共变趋势。如果以18O为横座标、以13C为纵座标作散布图,18O和13C的投点是呈线性相关的。地史中海相碳酸岩18O值具有随地质年代变老而明显降低的“同位素年代效应”1,这可能反映出随地质年代变化,成岩作用加强,导致氧同位素组成变轻。因为碳酸盐岩沉积之后,平衡成岩体系中18O在固相中仅需5倍于它自身体积的流体运移便可顺利进行同位素交换作用2。同时人们也发现,一定时期内处于相似或同一成岩背景下不同沉积环境中的碳酸盐岩,其氧同位素组成也有区别,表明沉积环境因素对岩石18O值也有着重要控制作用。沉积环境中水介质盐度的增高,蒸发作用加强,均会使碳酸盐岩18O值明显变大3,4;大气降水和陆源淡水的注入引起水介质盐度降低,从而使岩石18O值变小。温度对18O值的影响远大于盐度对它的影响,温度每升高4,18O值相应降低110-35,6,相对应地,温度降低会导致18O值增大。海平面或湖平面上的上升对应于18O值降低,而海平面或湖平总第85期2003年第6期 西部探矿工程WEST-CHINA EXPLORATION ENGINEERINGseries No.85Jun.2003面的下降对应于18O值增大。因此,现今我们所测定的18O值很难定量地反映某一原始沉积时的特征。但尽管如此,正如田景春等所研究的贵州二叠纪海相碳酸盐的碳、氧同位素分布与现代碳酸盐沉积物碳、氧同位素的分布仍具有一定的规律性,这种变化可看做原始值的“系统变化”。因此,18O值虽不能定量反映原始状况,但可以定性地反映原始规律。2 潜江凹陷潜江组碳氧同位素分析 本文在潜江凹陷潜江组已有的层序划分的基础上,以潜江组识别出的八个三级层序为依据,对系统采集的岩样做了碳、氧同位素分析,其分析的结果如表1。表1 潜江组碳、氧同位素变化特征井号层位岩性13C(-PDB)18O(-PDB)18O(SMOW)Z值古温度()体系域层序王4-22王四新7-3潭25Eq11白云质泥岩-6.49-6.1824.4892852110.930849.09HSTEq12白云质泥岩-7.35-4.2126.3736112.512337.73TSTEq21含盐云质泥岩-4.05-1.3729.4477218118.323323.23HSTEq23含盐云质泥岩-4.585-1.8928.9116746115.87325.72LSTEq22上盐岩夹白云岩-4.760.2331.0970978117.666116.05HSTEq22下白云质泥岩-7-5.625.087184110.175245.64TSTEq31白云质泥岩-2.35-0.0230.8393828122.4772417.12HSTEq33下含盐白云岩-4.78-1.3429.4786476116.843223.09LSTEq41灰质泥岩-5.64-4.7225.9943408113.398740.57HSTEq40灰质泥岩-4.17-4.8625.8500204116.339640.34TSTEq40中含膏泥岩-4.91-1.429.416796113.318923.38LSTEq42泥灰岩-7.37-6.4224.2418788109.009150.55TSTEq43灰质泥岩-4.132.2730.8925117.41257.9075LSTEq4下灰质泥岩-5.02-1.0229.8085228116.511121.60HSTEq4下灰质泥岩-4.35-5.924.777926115.45347.41TSTSSSSSSS 13C(-PDB)与18O(-PDB)据中国地质大学测试中心同位素室测试;18O(SMOW)据G1M1Eriedman等(1977)的换算公式18O(SMOW)=1.0318O(SMOW)+30.86计算;古温度经验公式:()=16.9-4.218OSMOW(样品)-18OSMOW(水)+0.1318OSMOW(样品)-18OSMOW(水)2;18OSMOW(水)值估算据张理刚(1985)所作的大气降水氧同位素等值线。依据碳、氧同位素的千分差我们可以做出碳氧同位素随着深度的变化曲线(图1)。从图1上可以看出Eq1、Eq2和Eq3段的碳氧同位素的值变化范围不大,且两者之间呈现较为一致的变化规律。这表明在Eq1、Eq2和Eq3段时期该湖泊为较封闭的沉积环境,当时没有外海水的入侵或地下深层热卤水的涌入事件。分析结果表明在这一段时期形成的水进体系域中白云岩的13C和18O值相对较低,而高位体系域中13C和18O值则显示出升高的趋势,这与客观的地质事实是相符合的。因为在水进体系域时期可容纳空间增加。由于这一时期大气降雨量的增加,湖平面逐渐升高,湖泊水体渐趋冲淡,因而导致重同位素成分随之减少,出现较低的13C和18O值。相反,在高位体系域时期,可容纳空间逐渐减小,随着湖水蒸发作用的不断进行,重同位素成分将随之增加,所以高13C和18O值往往是湖水强烈蒸发,湖盆强烈浓缩的良好指示剂。这一规律已被A1Bellanca等人(1992)在研究西班牙第三纪马德里湖盆湖平面时所证实7。根据氧同位素分析结果计算,潜江凹陷Eq1、Eq2和Eq3段的平均温度为29.7,属于亚热带古气候。由图2的古温度曲线与13C和18O变化曲线的相关性可见,古温度的变化也随陆相层序的旋回性而发生规律性的变化。在水进体系域期,由于温暖潮湿的古气候影响,湖盆汇水量大于蒸发量,湖水发生强烈的淡化,13C和18O值降至最低值;反之,在低水位时期,由于炎热干旱的古气候的影响,湖盆蒸发量大于汇水量,湖盆水体发生浓缩作用,13C和18O的值升至最高值。因此根据剖面中13C和18O的变化,可反映湖平面波动,为陆相盐湖层序的识别和划分提供了同位素地球化学的证据。依据碳氧同位素的变化对Eq1、Eq2和Eq3段的地层进行了旋回划分如图1,其结果与我们运用测井、地震等手段所进行的旋回基本吻合。对于Eq4段的碳氧同位素来说,从图1上我们可以看出它们的变化波动比较大,基本上没有什么规律可寻。如在高位或低位体系域时期由上面的分析可知,其碳氧同位素的值本应为高值而水进体系域时期为低值,但从曲线上我们可以看出这种规律在有的时期并不存在。依据氧同位素所计算出的古温度也存在这种现象(如图2)。对于这种现象的解释我认为它是一种无规律性的地质事件所造成的。而这种事件即可能是短期的快速海侵也可能是深大断裂使地下深层的热卤水上涌所造成的。而是前一种的可能性不大,因为即使是海侵使湖盆的盐度突然增大,86西 部 探 矿 工 程 Jun.2003No.6图1 碳氧同位素随深度的变化规律曲线但其海水本身的饱和度还达不到过饱和,再汇入湖盆之后其饱和度就会更低,所以在这种情况下盐类的沉积主要还是取决于蒸发量和降雨量二者之间的关系。所以在Eq4段时期湖盆的底部或边缘可能曾发生过比较大型的构造运动,这些大型的构造运动使地下的深层热卤水沿着断裂面上涌而进入湖盆。进入湖盆后的热卤水一部分由于快速的过饱和而晰出盐类物质,而另一部分则融入湖盆水体。对于前者来说,它的成盐控制条件主要是地下热卤水的浓度、湖底的温度等而受图2 古温度变化曲线气候的影响甚微,同时由于构造运动的阵发性、无规律恶性循环 使得这种机制下沉积的盐类既可以存在于高位体系域和低位体系域中,也可以存在于水进体系域中,如图3在严5井的潜四段部分,在其高位、水井和低位体系域中都有盐岩发育;而对于后者,它的成盐控制条件则主要是蒸发量和降雨量等气候因素,所以它沉积的盐类主要存在于高位体系域的末期或低位体系域的初期,而水进体系域中则没有或甚微。正是由于上述两种成盐机制的共同作用使得Eq4段时期沉积的盐类无规律性可寻,因此部分地化指标也不能起到指示环境的意义。对于这种由于突发性的地质事件所造成的特殊的沉积体系,其层序的划分、对比与追踪必须在详细的研究整个湖盆的构造运动史之后才能够较为顺利、正确的进行。3 结论(1)由于不可能进行连续的取样分析,所以运用碳氧同位素来进行地层旋回划分只能是一种粗略的划分,它只能为盐湖层图3 严5井潜四段测井解释及层序划分序地层划分提供一种地化依据。(2)对于有由于构造运动所造成地下深层热卤水在快速过饱和的作用下所形成的盐类沉积的盐湖来说,它们的研究将变得更加复杂。原因为:这种由于无规律的、阵发性的构造运动所造成的盐类沉积破坏了原有的沉积响应特征,为依据测井的分析来划分沉积旋回及沉积相带来了困难;这种由于突发性地质事件所沉积形成的盐类的存在干扰了某些地化方面的信息,可能为我们依据地化信息来反推环境参数造成假象。(3)在对陆相盐湖层序进行研究时,必须弄清其盐岩的成因机制。因为盐岩的成因解释直接关系到盐岩层序的成因解释,进而影响盐岩层序的划分、对比、追踪和盐湖层序发育模式的建立。本文通过该区已有的层序地层划分以及结合碳氧同位素的分析认为,潜江凹陷潜江组的盐岩既有典型的浅水蒸发成因的也有非常规的成盐机制所能解释的深水事件性成因的。(4)对于陆相湖盆的层序地层学研究尤其是陆相盐湖的层序地层学研究必须结合研究区的构造运动史,才能够比较客观准确地认识其层序的形成和演化过程。参考文献1Veizer J,HoefsJ.The nature of18O/16O and13C/12C secular trends in sed2imentary carbonate rocks J.Geochi et Cosmoch Acta,1976,11.2Magarite M,Stemmeik L.Carbon isotope variations in the Upper Car2boniferous-Permin Mallemuk Mountain Group.Eastern North Green2land J.Geol Soc Denmark,1989,37.962003年第6期 史 军,史忠生,刘保军,何胡军,刘 刚:潜江凹陷潜江组盐湖地层演化与层序发育特征文章编号:10045716(2003)067002中图分类号:TE863 文献标识码:B采油厂联合站原油集输自动化实时监控系统刘玉琴1,王盛森2,侯有祥1,张 勇1,倪爱珍1(1、胜利油田现河采油厂,山东 东营257068;2、胜利石油管理局渤海钻井总公司,山东 东营257200)摘 要:介绍一种原油集输自动化实时监控系统,对系统的原理、特点、功能进行论述。关键词:数据采集;数据传输和网络拓朴结构;人机界面和远程集中监控 在采油厂联合站中,各种仪器设备都要处于全年时时刻刻运行的工作状况,而原油生产的油井油站相对分散,但是如果这些仪器设备的原始数据完全由人工来采集,需要投入大量的人力物力,其精度保证率很低,人为因素很多。所以,如何改进和提高原油自动计量、数据自动分析、实时监控,是摆在油田企业急需攻关解决的首要课题。原油计量准确与否,关系到各区块地质开采方案的计算和编制;关系到原油产量的上产;关系到采收率的真实度;关系到勘探开发的部署;关系到企业的效益。因此充分利用网络通讯技术、工业控制、电子技术,革新传统手工操作、分散计量和统计报表的旧生产工艺,从而达到提高原油计量高精度的远程集中化科学管理和实时在线监控;实现流程操作全自动化;根据监控中心提示及时地采取相应的措施,保证生产顺利进行;存储设备运行参数以便分析生产状况,统筹规划。1 系统原理原油集输自动化实时监控系统是对整个集输泵站的油罐各控制设备动态参数(如流量、液面、压力、温度、密度、含水率、电压、电流、转速、含气类)进行24h在线实时检测、远程集中监控。数据采集子系统能够同时处理64路420mA模拟输入信号、64路数字脉冲输入信号、64路420mA模拟输出信号、128路开关量I/O口输出,以便闭环控制设备的电磁阀、电机、报警;数据传输和网络拓朴结构子系统采用模块串线总线方式和常规岛控制系统CICHS2000CAS系统平台,采用MOTBUS协议远程传输数据;人机界面和远程集中监控子系统采用巨型高速、大容量、驱动大液晶屏终端的工业控制机,实现本系统各子系统远程传输动态参数数据的运算、显示、存贮、人机对话、控制、报警、数据分析、统计、报表、历史数据查询等功能。本系统由数据采集、数据传输和网络拓朴结构、人机界面和远程集中监控三大部分组成。系统原理结构图见图1。2 数据采集子系统 数据采集子系统是采集各监控设备运行参数电量信号的前3Clayton R.N.Degens E.T.Use of carbon isotope analyses of carbon2atesfor differentiating fresh-water and marine sediments J.AAPG,1959,4.4Keith M L,Weber JN.Carbon and oxygen isotopic composition of se2lected limestones and fossils.Geoch.et.Cosmoch.Acta,1964,28.5Hudson JD.Stable isotopes and limestone lithification J.J Geol Soc,1977.6Shackleton N J,Kennett JP.Paleotemperature history of the Cenozoicand the initiation of Antarctic glaciation:Oxygen and carbon isotopeanalysis in DSDP sites 277,279 and 281 C.In:kennett I P,etal.Ini2tial Reports of the DSDP 29 Washington D C U.S.Govern-mentPrinting Office,1975.7A.Bellanca等著,杨香华译 1 利用相分析、同位素地球化学及粘土矿物的证据识别西班牙马德里盆地中新统湖相单元中的湖平面变化J 1 地质科学译丛,1993,10(3)1Evolution and Development of Sequence Stratigraphy SalineQianjiang Formation in Qianjiang DepressionSHI Zhong2sheng,LIU Bao2jun,HE Hu2jun,SHI Jun,LIU Gang(China University of Geosciences,Hubei Wuhan430074,China)Abstract:Combined with the analysis of the sequence stratigraphy of salinelake,the stable isotope13C,18O values of Qianjiang Formation in QianjiangDepression are systematically measured.The relations of their evolution to thesequence stratigraphy are then discussed.The research results indicate thatthe13C values and18O values range from-0.737%0.235%and-0.642%0.023%(PDB)respectively.At the initial stage of the lowstand sys2tem and the late stage of highstand system the area of the lake was small.Meanwhile,if the evaporation excessed the rainfall,the salt would be deposit2ed.Therefore the13C and18O values are higher.During the transgressivesystems tracts,because the lake-level ascended and there was more waterflowing into the lake,none salt were deposited,resulting in lower13C and18O values.Nevertheless the values of13C and18O of the 4th member ofQianjiang Formation donot comply with about rules.The salt was depositednot only at the initial stage of the lowstand systems tracts and the late stage ofthe highstand systems tracts,but also in the transgressive systems tracts.An2other salt model is thus considered.Key words:saline lake;sequence stratigraphy;isotope;geochemistry;change of lake-level总第85期2003年第6期 西部探矿工程WEST-CHINA EXPLORATION ENGINEERINGseries No.85Jun.2003