锶同位素方法在油气储层成岩作用研究中的应用
油气地球化学
稳定性同位素质谱分析技术在石油地质中的应用与进展摘要：随着现代分析测试技术的提高,稳定性同位素质谱分析技术在油气地球化学中的应用也越来越广泛。
总结了碳同位素、氦同位素、锶同位素以及Re-Os同位素在油气地球化学中的应用,这些应用包括:用同位素研究来鉴别原油的生成环境和母质类型,对天然气进行成因分类和鉴别,判断天然气的成熟度,进行油气源对比,讨论油气的次生变化,研究油气运移,油气藏的成藏年代等。
探讨了这几种同位素在油气地球化学应用研究中存在的和应注意的问题。
关键词：稳定性同位素；石油地质；应用PROCESS AND APPLICATION OF STABLE ISOTOPESIN GEOLOGY OF NATURAL GAS AND PETROLEUMLiming ZhaoResource school, China University of Geosciences, wuhan, 430074, ChinaAbstract: The important roles of stable isotope data in the determination of the origin of natural gases, identification of kerogen precursors, comparison of oil-gas-sources, retracing of second migration of oil and/or gases, exploring the evolution of organic matter, analyzing the secondary change of oil and/or gases and exploitation of heterogeneous oil and/or gases are elucidated; the latest developments in their study and application in production are also introduced.Keywords: stable isotope, petroleum geology, application前言在石油天然气地质工作中,稳定同位素方法日益受到重视。
同位素测年在油气成藏期研究中的应用
同位 素 测 年在 油气 成 藏 期 研 究 中的应 用
李婧 婧 ， 王 毅 李 慧 莉 ， ， 张卫 彪
（． １ 中国石油化工股份有限公 司 石 油勘探开发研究 院 ， 北京
２ 中 国石 油 大 学 博 士 后 流 动 站 ， 京 ． 北 １２ ４ ） ０ ２９
１０ ８ ： ０ ０ ３
第３ ４卷第 １ 期
２１ ０ ２年 １月
文 章 编 号 ：０ １ ６ １ （０ ２ Ｏ 一 ０ ４ ０ １０ — １２ ２ １ ） ｌ ０ ８ — ５
石 油 雾 骀
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中 图分 类 号 ：Ｅ ２ ． Ｔ ｌ２ ３ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ａｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｓ ｔ ｐ ｃ ｄａ ｉ ｇ ｉ ｅ ｃ ｒ ｎ ｌ ｇ ｆ ｐｌ ｔｏ ｆｉｏ ｏ ｉ ｔｎ ｎ ｇ ｏ ｈ ｏ ｏ ｏ ｙ ｏ ｃ
锶同位素在自然科学中的应用综述
锶同位素在自然科学技术中的应用综述姚娟娟近年来，随着自然科学技术在考古学中的广泛应用，同位素分析方法作为其中之一，越来越得到考古学家的重视，并在考古遗址的分析研究中得以运用，取得较为显著的成果。
此外锶同位素在考古学、地层学、沉积学、古气候、石油地质学和矿床学等领域中都有着广阔的应用前景。
本文就锶同位素分析法在考古学、地层学、古季风研究方面的应用进行一些简单介绍。
一、锶同位素在考古学中的应用。
在考古学的新领域里，考古学家们广泛地运用同位素分析方法，获取了大量史前人类的信息。
例如通过对骨骼中13C 和15N同位素的研究可以了解人们食物中C3、C4植物及海洋和陆生食物所占的比例；通过对骨骼中=5 L 30 比值的研究可以了解人们在食物链中所处的营养等级，并据此来探究古人类的食谱。
Ericsion1985年首先提出了利用锶同位素来了解人们的迁移情况，近年来随着考古学家的尝试和分析技术的提高，已经成为一种比较成熟的考古学方法。
在一些研究中已经取得了一些非常好的结果，比较成功地解决了一些考古学难题。
锶同位素示踪技术在考古学中的运用已经越来越受到人们的关注。
首先是对考古遗址中骨骼内锶同位素的测量已经成为研究史前人类迁移状况的一个有效方法。
研究的材料主要是人骨和牙齿。
在理想的情况下，迁移人口的牙釉质的锶同位素值应当与当地人的骨骼和牙釉质中的值完全不同，然而这种区别并不总是明显的。
在这些研究中经常发现骨骼和牙釉质的同位素比值是一个范围。
所测定的骨骼组织的值中那些特别高或者低的值很明显的是外来的个体，但是没有一个客观的标准来区别那些与当地值的范围接近的个体。
进行研究的工作者建议用来区分当地和外来人口的置信界限应当用生物利用锶同位素比值的平均值（由动物样品确定）±2倍的标准偏差。
虽然有时标准的选择是有些主观的，但按照习惯用这个来辨别史前人口迁移情况已经成为一个相对客观的标准。
在欧洲史前史中，线纹陶文化的年代大约为公元前5700 年－公元前5000年，传统上被认为是中欧新石器的最初阶段，其源头是匈牙利平原的斯达克沃—克洛斯文化，后来扩展到其他地区，因此长期以来被当作史前时期人类迁移的经典例子。
中国油气田氦、铅、锶、钕等同位素组成与“二元论”
属 华 东地 质 勘 查 局 ８４队 ； 江 ２２ ０ ；． 国冶 金 地 质勘 查 工 程 总 局 三局 ； １ 镇 １０ ５４ 中 太原 ０ ０ ０ ） ３０ ２
摘 要 ：通 过 对 № 同位 素 组 成特 征 研 究 ， 阐述 了我 国 油 气盆 地 的 。 ／ ｅ比 值 受控 于 区域 成 藏 背景 的特 征 。 东 部 Ｈｄ ｅＨ 在 地 区 由于太 平 洋 板 块 俯 冲 ， 深大 断裂 Ｓ Ｎ向分 布 和 火 山 一岩 浆 活 动 剧 烈 等 因 素 的影 响 ， 比 值 最 大 ， 该 中部 的 最 小 ， 西部 及南 部 的 介 于 两者 之 间 ， 且 其 中的 壳源 、 源 比例 也 有所 不 同。 克拉 玛依 油 田 、 河 油 田及 塔 里 木 盆 地 油 田 而 慢 辽 的 Ｄ 、ｒＮ ｂ Ｓ 、ｄ同位 素组 成 特 征 显 示 出他 们 经 历 了多源 、 多期 、 灶 的成 藏 作 用 ， 天然 气和 天 然 气水 合 物 的 Ｈ— ｒ 多 而 ｅＡ、
和样 品 氦 （ 的 同位 素 表 示 ， ＲＲ ：（ ／ ｅ样 Ｒ） 即 ／ａ ４ ） ＨｅＨ 品 ／．ｘ１ １ ０ 。在 用 ＲＲ 表 示气 样氦 同位 素分布 特 ４ ／ａ
征 时 ，当 Ｒ Ｒ ／ａ＞ｌ ，表 示 气 样 中 幔 源 氦份 额 大 于
Ｐ 、ｒＮ ｈ Ｓ、ｄ同位 素组成 证 实克拉玛 依 油 田 、 辽河 油 田
实 ， 明地 幔深 部热 液 活动 对油 气生 成 的 贡献不 应 证 忽 视 。笔 者在 本文 中从 油 气 田已取 得 的大量 同位素 组 成资 料人 手 ，首先 以 Ｈ ｅ同位 素 组成 来 阐述 我 国 大地 构造 骨架 背景 对 油气 的控 制机 理 。其 次 ， 运用
地质矿物风化作用下形成锶同位素在沉积学领域的应用
地质矿物风化作用下形成锶同位素在沉积学领域的应用郭耀庚（成都理工大学，四川 成都 ６１００５９）摘 要：锶同位素地层学由瑞典地质学家Ｗｉｃｋｍａｎ于１９４８年提出，其基本原理是：锶在海水中的残留时间（≈１０６ａ）远远大于海水的混合时间（≈１０３ａ），使得海水８７Ｓｒ／８６Ｓｒ值为时间的函数。
海水８７Ｓｒ／８６Ｓｒ值主要受壳源锶和幔源锶２个来源锶的影响，壳源锶主要由陆地岩石的风化作用提供，幔源锶主要由洋中脊热液系统提供。
全球性的构造运动、风化速率的变化、洋中脊活动、全球海平面升降以及全球灾变性事件等都会影响到壳源锶与幔源锶的供给，从而影响海水８７Ｓｒ／８６Ｓｒ值的变化。
锶同位素曲线８７Ｓｒ／８６Ｓｒ值的变化同样也可反映地质历史时期的各类事件。
锶同位素在沉积学领域中多用于海相地层定年、研究海平面变化、分析物质来源等。
关键词：锶同位素；锶同位素地层学；锶同位素应用；海相地层定年；海平面变化；锶同位素曲线中图分类号：Ｐ５９７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）２２－０１７８－２Application of strontium isotope formed by weathering of geological minerals in SedimentologyGUO Yao-geng（Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５９，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｅ ｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｙ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ Ｓｗｅｄｉｓｈ ｇｅｏｌｏｇｉｓｔ Ｗｉｃｋｍａｎ ｉｎ １９４８． Ｉｔｓ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｔｉｍｅ ｏｆ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｎ ｓｅａｗａｔｅｒ （≈ １０６ａ） ｉｓ ｍｕｃｈ ｌｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｍｉｘｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｓｅａｗａｔｅｒ （≈１０３ａ）， ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ８７Ｓｒ／８６Ｓｒ ｉｎ ｓｅａｗａｔｅｒ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｍｅ． Ｔｈｅ ８７Ｓｒ／８６Ｓｒ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｓｅａｗａｔｅｒ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｆｒｏｍ ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｍａｎｔｌｅ， ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｏｆ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｒｏｃｋｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｎｔｌｅ－ｄｅｒｉｖｅｄ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｍｉｄ－ｏｃｅａｎｉｃ ｒｉｄｇｅ． Ｇｌｏｂａｌ ｔｅｃｔｏｎｉｃ ｍｏｖｅｍｅｎｔ， ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｒａｔｅ， ｍｉｄ－ｏｃｅａｎ ｒｉｄｇｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ， ｇｌｏｂａｌ ｓｅａ－ｌｅｖｅｌ ｒｉｓｅ ａｎｄ ｆａｌｌ， ａｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｄｉｓａｓｔｅｒ ａｎｄ ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ ｗｉｌｌ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｓｕｐｐｌｙ ｏｆ ｓｈｅｌｌ－ｄｅｒｉｖｅｄ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ａｎｄ ｍａｎｔｌｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ， ｔｈｕｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ８７Ｓｒ／８６Ｓｒ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｓｅａｗａｔｅｒ． Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ８７Ｓｒ／８６Ｓｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｅ ｃｕｒｖｅ ｃａｎ ａｌｓｏ ｒｅｆｌｅｃｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｅｖｅｎｔｓ ｉｎ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｈｉｓｔｏｒｙ． Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｅｓ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｓｃｉｅｎｃｅ ｔｏ ｄａｔｅ Ｍａｒｉｎｅ ｓｔｒａｔａ， ｓｔｕｄｙ ｓｅａ ｌｅｖｅｌ ｃｈａｎｇｅｓ， ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｏｕｒｃｅｓ．Keywords: ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｅ； Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｅ ｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｙ； Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ； Ｍａｒｉｎｅ ｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｉｃ ｄａｔｉｎｇ； Ｓｅａ ｌｅｖｅｌ ｃｈａｎｇｅ； Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｅ ｃｕｒｖｅ近几十年来，随着国内外学者们对锶同位素研究的不断深入，其研究方向开始逐渐拓展到沉积岩领域，这种转变得益于前人对显生宙以来海水锶同位素的研究与锶同位素数据的不断积累。
河北平原地下水水_岩作用新证据_锶同位素示踪演变特征
河北平原地下水水-岩作用新证据———锶同位素示踪演变特征叶 萍,周爱国,刘存富,武金博(中国地质大学环境学院,武汉 430074)摘要:本文根据河北平原地下水锶同位素比值等测试结果讨论了其演变特征:除个别水点外,地下水锶同位素比值均大于现代海水的均值(01709073),第四系地下水的锶同位素比值均大于热水点值,且随着埋深的增大、沿迳流途径从补给区到排泄区系统增大,这同锶同位素比值与碳-14年龄呈正相关关系是一致的。
本文根据锶同位素比值及锶离子浓度特点将该区地下水分三类进行了分析。
在平原中部,呈NE —SW 方向,出现了一个锶同位素比值的高值带,大致与子牙河的流向一致,即献县—青县一线。
该资料为河北平原第四系地下水演化提供了新的证据。
关键词:锶;87Sr Π86Sr ;地下水中图分类号:P64213;P64116 文献标识码:A 文章编号:100023665(2007)0420041203收稿日期:2006207206;修订日期:2006208214基金项目:中国地质调查局地质调查专题研究项目“地下水数值模型、同位素技术研究”(2003201500002)作者简介:叶萍(1975-),女,博士研究生,从事环境同位素研究。
E 2mail :todjin @1631com 河北平原由于受自然条件限制,水资源相对较为紧张,已成为国民经济发展的重要制约因素。
为了适应经济发展,国家对河北平原地下水资源的调查与研究已经非常重视,先后对其进行了大量研究。
在中国地质调查局资助下,我们从元素锶及87Sr Π86Sr 比值角度进行了系统分析,本文是其中一项重要组成部分。
地下水的87Sr Π86Sr 比值往往与它接触的岩石矿物的87Sr Π86Sr 比值相似,因此,这一比值就成为各种岩石矿物之间相互作用的有效示踪剂。
应用87Sr Π86Sr 比值研究水文地质问题有四个优点:(1)87Sr Π86Sr 比值用热电离质谱计(TI MS )测定,灵敏度高;(2)用87Sr Π86Sr 比值确定地下水中物质来源时,可以准确到矿物种类;(3)由于锶和钙的地球化学亲和性,锶可作为地下水重要组分钙的示踪剂;(4)在模拟地下水系统的化学组成时,应用锶元素及其同位素来评估各矿物相参与水-岩作用的程度,可以简化热力学和动力学的计算过程。
锶同位素的研究及其应用
2017年04月锶同位素的研究及其应用蔡鹏程(成都理工大学沉积地质研究院，四川成都610000)摘要：随着锶同位素研究的不断发展，本文主要对近些年锶同位素在地层学、沉积学、考古学等领域的应用作出综述，同时对运用过程中的误区和难点做出了总结。
相信在不久的将来，锶同位素的应用还会更加的广泛。
关键词：锶同位素;应用;难点1锶同位素的地球化学特征（1）在实际研究中，我们通常用87Sr/86Sr 的比值来代表锶同位素的组成。
（2）由于锶同位素非常稳定，所以不易发生同位素分馏作用，这为之后的很多研究提供了理论基础。
（3）一般认为锶的来源主要分为两类，一类是壳源锶，另外一种它主要是通过海底扩张或者火山活动[1]2锶同位素的相关应用2.1锶同位素地层学锶同位素地层学由瑞典地质学家Wickman [2]在1948年提出。
利用锶同位素地层学不仅能够确定海相沉积岩的年代[3]，同时，锶同位素地层学的应用还包括了：估计生物带以及阶的时间[4]、反映沉积速度的变化[5]、盆地升降、海平面变化、造山运动和古气候的研究[6]等等。
2.2锶同位素在沉积学中的应用（1）分析物质来源根据锶同位素随着时间增加而增加的特点，可以作为一种示踪剂来判断沉积物的物质来源。
郑荣才[7]通过长兴组碳酸盐岩的锶同位素组成的对比研究，确认了它们都是来自于高盐度海源地层水。
（2）海相地层定年的应用锶在海水当中的残留时间约为106Ma ，这远远长于了海水的混合时间（103Ma ），其具体方法为：将未知年代的海相沉积物中的87Sr/86Sr 比值与已经建立的地史年代曲线相对比从而得出目标地层的年龄。
（3）再现古环境与古气候利用锶同位素可以准确的反映当时的气候、环境等一系列因素。
谢渊[16]等对那底岗日地区中侏罗纪世碳酸盐岩中的87Sr/86Sr 之值研究发现，锶同位素比值主要分布在三个区间范围，这反映了当时的海洋沉积环境发生了多次升降变化。
3锶同位素研究过程中的难点（1）成岩蚀变必须得到严格的控制，否则锶同位素样品将不能够反映当时的环境、气候等因素。
锶同位素在沉积学中的研究与进展_刘昊年
收稿日期:2007-07-27。
本文由本刊编委郑荣才组稿并审稿。
基金项目:国家自然科学基金“川渝地区海相三叠系的锶同位素研究”资助(编号:40472068)。
作者简介:刘昊年,1976年生,男,硕士研究生,主要研究方向为沉积地质学。
电话:(028)84079073。
E -mail :liable @文章编号:1673-8926(2007)03-0059-07锶同位素在沉积学中的研究与进展刘昊年,黄思静,胡作维,吴 萌,王庆东(成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室,四川成都 610059)摘 要:随着海相碳酸盐锶同位素测试样品溶解技术和成岩蚀变检测方法以及地质历史中海相地层锶同位素数据库的不断完善,锶同位素在沉积学各领域的研究得到了突飞猛进的发展。
文章综述了近年来国内在利用锶同位素进行物质来源分析、海相地层定年、古气候与古环境分析、水-岩相互作用研究、水文地球化学研究等领域的最新进展及发展方向。
关键词:锶同位素;海相碳酸盐;示踪技术;水-岩相互作用中图分类号:P 597文献标识码:AAdvances of strontium isotope in sedimentologyLIU H ao -nian ,H UANG Si -jing ,H U Zuo -w ei ,WU Meng ,WANG Qing -dong(S tate K ey Laboratory of Oil &Gas Reservoir G eolog y and E xp loitation ,Chengdu University of Technolog y ,Chengd u 610059,China )A bstract :The studies on strontium isotope have received rapid develo pments in all fields o f sedimento logy ,with the co ntinuous develo pment of dissolution techno logy fo r strontium isotope sam ples of m arine carbon -a te ,testing method for diag enetic alteration and strontium isotope database of marine sediments in the pe -rio d of g eo logic histo ry.Strontium isotope is applied to car ry out the researches in the aspects of the pro ve -nance analy sis ,dating m arine sediments ,paleoclimate and paleoenviro nment analy sis ,w ater -ro ck inte rac -tion and hy dro geochemistry.The latest prog ress and development trends in these fields are discussed.Key words :strontium iso to pe ;m arine carbo nate ;tracer technolog y ;w ater -rock interaction1 锶同位素的基本地球化学特征(1)锶有4种天然同位素84Sr 、86Sr 、87Sr 和88Sr ,它们都是稳定的。
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第24卷 第2期2009年6月 地 质 找 矿 论 丛 Vol .24 No .2Ju n .2009 收稿日期: 2007-12-17; 改回日期: 2009-03-24基金项目: 国家自然科学基金(40672072)和教育部博士点基金(20050616005)联合资助。
作者简介: 胡作维(1981-),男,广东佛山人,博士研究生,主要从事油气储层地质学研究。
通信地址:四川省成都市成都理工大学沉积地质研究院;邮政编码:610059;E -mail :hzw cdu t @锶同位素方法在油气储层成岩作用研究中的应用胡作维,黄思静,王春梅,邹明亮,孙 伟(成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,沉积地质研究院,成都610059)摘 要: 锶同位素地球化学方法在储层成岩作用研究中已得到了一定关注,文章介绍了国内外有关锶同位素地球化学在碳酸盐岩储层和碎屑岩储层成岩作用的应用研究现状,并对不同来源(海源、陆源和幔源)成岩流体的锶同位素特征进行了简述。
关键词: 锶同位素;储层;成岩作用;地球化学;油气地质学doi : 10.3969/j .issn .1001-1412.2009.02.014中图分类号: P597;P 618.130 文献标识码: A 文章编号: 1001-1412(2009)02-0160-060 引言近年,锶同位素研究方法已经成为一种新兴的沉积同位素地球化学研究工具。
尽管锶同位素地球化学早在上世纪50年代已奠定了基础,其后得到了快速发展,被广泛用于测定复杂物质的年龄、探索火成岩和变质岩的成因及其对应的矿床成因、地壳及上地幔演化等问题的科学研究中[1],并取得了重要的成果,因而得到了国内外众多专家学者的密切注意,但是锶同位素地球化学在沉积地质学和油气地质学中一直未能得到广泛应用。
虽然早在1948年著名的瑞典地球化学家Wickm an 已经认识到锶同位素在沉积地质学研究中有着重要价值[1],但直到34年后,Burke 等[2]文章的发表才使人们开始对用于锶同位素地球化学研究的沉积岩样品范围及其成岩蚀变对锶同位素分析的影响有了进一步的理解[3],并促使其在沉积地质学研究中进入了实用阶段,得到了深入研究和广泛应用。
近20多年来,国内外出版了大量学术论文和著作[3-8],这方面的研究已经形成了一门新的学科分支———锶同位素地层学(S tro ntium Iso to pe Stratig raphy ,简称SIS )。
近10年,为了满足日益增长的油气消费需求,各国均加强油气资源的勘探开发工作。
锶同位素地球化学方法作为一种新的有效的地球科学研究手段,以及其在沉积地质学和地层学中的成功运用(锶同位素地层学),使得国内外众多专家学者迅速将其运用到油气勘探研究工作中,特别是在油气储层研究中。
锶同位素地球化学的引入,使得储层成岩作用研究开创了新局面,并迅速有效地解决了一些长期争论的问题。
同时在综合油气地质学、沉积地质学、水文地质学和地球化学等多学科的基础上,形成了锶同位素储层地球化学(S tro ntium Iso topic Res -ervoir Geochemistry ,简称SIRG )这一新的学科分支。
目前,锶同位素地球化学已广泛用于储层地质学的各个领域中,包括成岩演化、沉积环境、地层划分和定年等诸多方面。
1 锶和锶同位素锶是化学元素周期表第二族(ⅡA )的主族元素之一,与镁、钙等同属碱土金属元素。
地壳中锶的丰度为480×10-6,远远低于同族的镁(28000×10-6)、钙(52000×10-6);河水中锶的丰度为0.07×10-6,海水中锶的丰度平均为8.01×10-6[9]。
由于化学性质活泼,锶属于典型的分散元素,只有少数的锶能形成自己的独立矿物(如天青石和菱锶矿等)。
锶常常以下列方式进入矿物体系中:①作为杂质进入矿物;②占据晶格缺穴;③吸附在晶体表面;④与矿物的主要元素发生固相类质同象替换[10]。
其中以类质同象替换最为重要。
锶有4个稳定同位素,分别是84Sr,86Sr,87Sr和88 Sr。
自然界中锶同位素成分并不是恒定的,它取决于含锶样品的Rb/Sr值及与铷伴生的时间长短[1],这是因为87Sr是由87Rb经β-衰变而来的,故随着87Rb的衰变,87Sr在地质历史过程中是逐渐增多的,即铷提供的放射性成因的锶逐渐增加。
实际工作中,锶同位素组成一般用87Sr/86Sr来表示。
一般认为,87Sr/86Sr 值不因物理、化学和生物过程发生同位素分馏作用[11],而主要是受到了锶来源的控制。
2 基本原理储层成岩作用研究历来是储层地质学中的研究热点,但也是难点。
虽然不同类型的储层有着不同的成岩演化过程,但对于主要的油气储层———陆源碎屑岩和碳酸盐岩储层而言,成岩作用研究的着眼点主要是成岩作用的产物自生矿物。
通过对自生矿物成因和形成机制的研究反演储层自埋藏后所经历的一系列成岩作用过程(包括破坏性和建设性)。
尽管储层成岩自生矿物种类很多(如粘土、沸石、石英、碳酸盐等矿物),但碳酸盐矿物(特别是方解石和白云石)由于在储层中分布普遍、能较好记录成岩流体地球化学特征以及其更容易被用于分析和对比,因而它们是储层锶同位素分析较为理想的对象。
由于锶主要是作为微量元素分散于地球表层的各种物质中,所以储层碳酸盐矿物中锶同位素的来源途径也是多种多样的。
根据来源物质的性质一般可分为陆相、海相、地球深部三大来源。
其中陆相主要包括了长石等陆源(铝)硅酸盐矿物和大气淡水等,海相主要包括了海相近同生水、同期或非同期海相碳酸盐碎屑等;地球深部主要包括了火山和其他热液流体等侵位物质[12]。
锶同位素储层地球化学正是将储层碳酸盐矿物的锶同位素组成理解成上述三大来源共同混合的结果,不同地质背景(成因)的储层碳酸盐矿物,其锶同位素组成可能有很大差别:可以是单一来源、也可以是多来源混合。
根据储层中不同组构碳酸盐矿物的锶同位素比值与壳源锶、幔源锶和近同期全球海水的锶同位素比值之间的差异,研究这些碳酸盐矿物的物质来源以及形成的相对时间,合理推测成岩过程中孔隙流体锶同位素组成的变化趋势,评估海相、陆相和幔源物质对成岩过程的影响[12],并获得这些碳酸盐矿物(原生的或自生的)形成的相对时间、被改造的程度,从而确定孔隙形成和被封堵的相对时间,为成岩历史恢复、孔隙演化提供有用的信息,为油气勘探中储层质量评价和预测工作提供了一个有效工具。
3 研究现状锶同位素储层地球化学研究利用不同来源锶对储层碳酸盐矿物形成的不同影响这一原理,结合锶同位素地球化学的基本原理和近年研究成果,在储层地质学等方面的应用研究中取得了可喜的进展。
3.1 碳酸盐岩储层对于锶同位素地球化学在碳酸盐岩储层成岩作用研究中的应用,国外有关学者早在上世纪80年代中后期就已经开始涉足,90年代该方面研究获得广泛关注和空前发展。
研究内容主要集中于碳酸盐岩储层的成因及其形成机理等,尤其对加拿大西部沉积盆地泥盆系白云岩储层展开深入研究,并有大量成果公开发表,如Hairuo等[13]根据加拿大西部Presqu'ile 障壁岛粗晶白云石的锶同位素比值特征,证实富放射性成因锶的白云石化流体在全盆地范围内迁移的可能性;Machel等[14]通过对加拿大西部盆地中白云石和方解石锶同位素组成差异研究,认为这些碳酸盐已经经历了盆地流体构造排出以及碳酸盐胶结和重结晶等作用的影响;Mountjoy等[15]对比了阿尔伯达中西部Rimbey-Meadowbrook礁相和深盆泥盆系基质白云石和深埋碳酸盐胶结物的锶同位素比值特征,认为埋藏深度的增加对应着锶同位素比值的轻微升高; Lonnee等[16]根据阿尔伯达Rainbow南部油田中泥盆统Sulphur Point组鞍状白云石的锶同位素组成,认为这类白云石是由中泥盆统盐水和富放射性成因锶基底流体的大规模混合而成的热流体沉淀的;Conig lio 等[17]通过对加拿大安大略东南部Michigan盆地中志留统Guelph组生物礁和台地碳酸盐岩中白云石的锶同位素组成对比研究,认为这些白云石都反映了志留纪海水来源的特征;Green等[18]通过对阿尔伯达深盆中西部泥盆系埋藏白云岩锶同位素组成研究,证实了沉淀这些白云岩的孔隙水在白云岩化作用和埋藏过程中由于水-岩相互作用的影响而具有了更多的放射性成因锶。
与此同时,国外有关学者也利用锶同位素方法对世界其他沉积盆地中碳酸盐岩储层进行了深入研究,如Tobin等[19]利用美国阿拉巴马奥陶系碳酸盐建造中不同碳酸盐胶结物的锶同位素比值,提出不同的碳酸盐胶结物来源或成因的差异性;H itzman161第24卷 第2期胡作维等:锶同位素方法在油气储层成岩作用研究中的应用等[20]根据爱尔兰东南部Waulsortian灰岩中区域白云岩的锶同位素组成向北降低这一事实,认为大规模的区域白云岩化作用是由热盐水向北流动造成的;Com pton等[21]根据纳米比亚陆棚更新统白云石具有较高的锶同位素比值(包括氧同位素)证据,判断这类白云石是来源于蒸发海水和混合水;Azmy 等[22]通过对加拿大纽芬兰西部Port au Port Penin-sula下奥陶统Ag ua thuna组白云石的锶同位素组成研究,认为早期白云石的形成与海源流体有关,而后期白云石的形成则与具有更多放射性成因锶的成岩流体有关。
国内相关研究的开展较国外要滞后了相当长的一段时间,直到90年代中期以后部分专家学者才给予了足够的重视,如郑荣才等[23]利用川东黄龙组古岩溶储层碳酸盐矿物的锶同位素组成(包括碳、氧同位素组成),说明在溶蚀碳酸盐岩层的过程中大气淡水的流体性质和储层的古水文条件变化特征;黄思静等[24]根据塔里木盆地北部奥陶系储层碳酸盐矿物的锶同位素组成特征,系统阐述了不同成岩流体(深部流体或者大气淡水)对不同位置海相碳酸盐岩和非沉积碳酸盐岩的锶同位素组成造成差异的原因和形成机理;林会喜[25,26]和秦永霞等[27]分别根据济阳坳陷桩西埕岛地区下古生界潜山储层的白云岩及其后期充填物的锶同位素特征和其他证据,论证了白云岩的成因以及后期大气淡水古岩溶作用对储层发育的意义;张涛等[28]利用塔里木盆地塔河油田岩溶储层中不同碳酸盐岩的锶同位素组成识别了不同期次的古岩溶;黄思静等[29]根据四川盆地东北部三叠系飞仙关组白云岩的锶同位素组成讨论了白云岩化流体的性质及其白云岩的成因;刘存革等[30]也根据塔河油田岩溶缝洞中不同期次方解石的锶同位素组成特征,认为加里东中期的方解石与围岩重溶有关,而海西早期的方解石则与大气水的岩溶作用有关。
3.2 碎屑岩储层国外关于锶同位素地球化学在碎屑岩储层成岩作用的应用研究虽然起步不晚(与在碳酸盐岩储层成岩作用中的应用研究基本同步),但文献相对较少。