富含二氧化碳的热液流体对中国盈盖海盆地黄柳组碎屑储层中方解石胶结物的形成影响

《Geoenergy Science and Engineering》：Influence of CO 2-rich hydrothermal fluids on the origin of calcite cements in the clastic reservoirs of the Huangliu Formation, Yinggehai Basin, China

CO?富集热液流体对储层碳酸盐胶结物的形成机制及其对储层非均质性的影响研究，通过岩相学、同位素示踪及流体包裹体分析，揭示黄流组储层中多阶段碳酸盐胶结物的成因及成岩序列演化规律。

　　

Xuezhe Li|Yanzhong Wang|Aijun Wu|Fang Hao|Jinqiang Tian|Shuping Wang|Yujie Du

中国石油大学（华东）地球科学学院，中国青岛，266580

引言

在含油盆地中，成岩作用对储层异质性的演化具有重要影响（Housknechet等，1987；Dutton，2008；Denny等，2017；Weisenberger等，2019；Lin等，2021；Bello等，2022；Ghali等，2024）。在成岩过程中，外部流体的流入直接调控了自生矿物的形成和转化以及孔隙的发展（Suess和Whiticar，1989；Morad等，2010；Fu等，2022；Fu等，2025）。外部流体主要包括深部热液流体、大气淡水、由有机物脱羧产生的CO₂，以及通过相邻泥岩和页岩中的有机发酵和甲烷氧化产生的CO₂（Boles和Franks，1979；Bath等，1987；Thyne，2001；Milliken，2003；Taylor和Machent，2011；You等，2021；Zan等，2025）。最近，富含CO₂的热液流体的发现引起了广泛关注（Diker等，2024；Xu等，2024；Fu等，2025；Baranauskiene等，2025）。富含CO₂的热液作用已在世界各地的含气海相储层中得到记录，包括安哥拉的Kwanza盆地和珠江口盆地的Baiyun Sag（Hu等，2018；Luo等，2019；Liu等，2022a）。然而，富含CO₂的热液流体是通过溶解还是沉淀主要影响碎屑储层仍存在争议（Li等，1999；Ehrenberg等，2012；Mansurbeg等，2016；Jiang等，2022；Sheng等，2024）。

先前的研究表明，富含CO₂的热液流体对储层质量具有双重影响：升高的温度提高了矿物的溶解度，促进了不稳定成分（如长石和碳酸盐颗粒）的溶解（Zhu等，2015；Liu等，2017；Mansurbeg等，2016；Chai等，2022；Berio等，2025）；同时，这种热效应加速了源岩中有机酸的释放，从而整体改善了储层性质（Burley，1993；Schmidt和McDonald，1979；Taylor等，2010；Yuan等，2024）。然而，在特定的温度-压力条件和离子活性下，这些流体可以达到方解石的过饱和状态（Duan和Li，2008；Zhu等，2012）。随后温度和压力的降低会导致大量碳酸盐胶结物的沉淀，这一过程会严重降低储层性质（Duan和Li，2008；Zhu等，2012）。因此，争议源于富含CO₂的热液流体的成分复杂性，这使得评估其对储层质量的影响变得困难（Ehrenberg和Bj?rlykke，2015；Li等，2021）。准确确定富含CO₂的热液系统中碳酸盐胶结物的来源并研究其对储层质量的控制仍然是关键挑战（Zhu等，2012；Mansurbeg等，2016；Sheng等，2024）。

乐东地区的黄柳组储层代表了一个典型的高温高压系统，该系统经历了多阶段的构造和热液叠加作用（Hao等，2003；Xie等，2014）。复杂的成岩矿物组合的起源限制了对储层演化和烃类积累过程的阐明（Jiang等，2022；Luo等，2022）。本研究的目标是：（1）基于岩石学观察明确方解石胶结物的阶段和特征；（2）基于原位同位素追踪、微量元素分析和综合流体包裹体确定多阶段方解石胶结物的物质来源和形成机制。

节选内容

地质背景

莺歌海盆地位于中国南海的西北部，介于海南岛和越南海岸之间（图1A）（Duan等，2018；Li等，2022；Zhou等，2023）。根据其构造特征，该盆地被划分为莺东斜坡、莺西斜坡、河内凹陷、灵高低隆起和中央凹陷（图1A）（Hao等，2015）。从下到上，盆地的地层序列包括古近纪渐新世的鸭城组和灵水组

样品

在活跃的盖斜作用下，富含CO₂的热液流体通过与盖斜活动相关的断层迁移到黄柳组的储层中（图1C）（Guo等，2017；Feng等，2024）。为了更好地评估富含CO₂的热液流体对储层质量的影响，我们选择了位于盖斜区域附近的LD1和LD2井进行研究，这些井处发生了强烈的碳酸盐胶结作用（图1C）。从LD1和LD2井中采集了27个岩心样本，深度为3500–4200米

岩性

在上新世黄柳组的储层中，石英含量最高（>75%），其次是长石（0–25%），岩石碎片占<10%（图2A）。碎屑颗粒呈亚角状到亚圆状，颗粒接触类型包括短线接触、长线接触和点接触。储层主要由中粒和粗粒砂岩组成（图2B）。变质岩碎片是主要的岩石碎片类型，其绝对体积含量为

方解石胶结物沉淀的时间

流体包裹体为重建地质历史中的形成温度、压力和流体成分提供了直接证据（Carlos等，2002）。通过整合与烃类包裹体同时代的GLTP水包裹体的埋藏历史和Th值，初步确定烃类积累阶段为黄色荧光油（图11B和12）。随后是主要由CH₄和N₂组成的第一阶段天然气。最后是第二阶段天然气

结论

本研究提供了直接证据，证明富含CO₂的热液流体是方解石胶结物的主要物质来源。在盖斜作用下，富含CO₂的热液流体迁移到储层中，形成了三代方解石胶结物。Cal-I和Cal-II在黄柳组的浅埋阶段沉淀，形成了储层中的基底胶结物，其主要物质来源是富含CO₂的热液流体

CRediT作者贡献声明

Fang Hao：可视化处理、监督。Jinqiang Tian：可视化处理、监督。Shuping Wang：可视化处理、资源分析。Yujie Du：写作 - 审稿与编辑。Xuezhe Li：写作 - 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、验证、方法学研究。Yanzhong Wang：写作 - 审稿与编辑、可视化处理、验证、监督。Aijun Wu：项目管理、资金获取

未引用的参考文献

Bj?rlykke和Jahren，2012；Friedman和O’Neil，1977；Housknechet，1987；Irwin等，1977；Li等，2023；Lei，2015；Liu等，2022；Moral等，2013；Mucci，1983；Nelson等，1998；Palmer和Elderfield，1985；V和McDonald，1979；Tao和Pu，2011；Xie和Huang，2014；Yang和Huang，2019；Zhao等，2018。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号42272165）的支持。作者感谢中国海洋石油集团有限公司提供岩心样本和地质数据。