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油气之光——遗迹学及其在油气地质工作中的应用

2015-9-9 9:33:37 来源:中国矿业报 作者:白忠凯

遗迹学(Ichnology),原名系由古希腊文iknos(意指trace或track,即痕迹或足迹)和logos(意指word或study,即学科)复合而成,研究的是现代和古代生物生活时遗留下来的活动痕迹。这种生物活动痕迹的形成和保存与沉积物及其后沉积作用(post-depositional agents)密切相关。

所谓后沉积作用,意指沉积物沉积下来后就受到物理、化学和生物的影响以及被这些因素的作用所改造的过程。其中,物理作用有振荡波、搬运流和压实现象等;化学作用有氧气扩散作用、矿物溶解作用和胶结作用等;生物作用主要是动、植物改造沉积物的作用。上述各种作用,都能在沉积物中形成某种可识别的结构、组构和沉积构造特征。这里着重强调的是生物作用,因为在某些情况下,生物因素的作用往往超过了物理因素和化学因素,并有助于地质工作者能更好地去了解沉积岩的演变历史。

遗迹学是一门涉及生物科学和地学的边缘学科。由于它研究的对象是各类生物进行生命活动时留下的痕迹,而这些痕迹实际上是生物的生活习性和行为产物,所以它与生态学和古生态学密切相关。又因为生物痕迹的形成与保存是造迹生物与它活动的底层性质乃至环境条件相适应的结果,故它与沉积学、沉积岩石学和古环境科学也有着不可分割的联系。广义来讲,遗迹学的研究对象包括两个方面:一方面是研究现代生物活动的痕迹,即通过对现代各类生物的造迹活动进行详细的观察和描述,了解各类造迹生物的活动规律、痕迹特点与分布特征及其与沉积底层的关系,进而分析受控的环境因素;另一方面是研究古代生物活动的痕迹,即痕迹化石(tracefossils),亦称遗迹化石,它是古代生物在底层内或底层层面上进行各种生命活动所留下的痕迹被沉积物充填、埋藏后,再经后期成岩的石化作用而形成的。前者的研究旨在说明后者的成生规律及环境意义。

就目前研究程度而言,遗迹学理论的应用主要涉及两方面:一方面是在古环境分析上的应用。这是由于生物痕迹或痕迹化石本身就是沉积物中后沉积生物成因构造,可作为一种环境指示标志,因此它能有效、正确地说明沉积物的形成环境。另一方面是在地层学和层序地层学中的应用。在一些缺乏实体化石的沉积地层中往往保存有痕迹化石,由此可以分析其造迹生物的类型和可能的时代归属,同时还可以作为一种明显的地层对比标志。层序地层学的研究可采用生物痕迹在地层层序中的旋回性变化来说明海平面的过程,另外有些遗迹化石如Diplocraterion(双杯迹)和GIossifungites(舌茵迹)等是分析沉积间断(停积面)或加积与退积的良好化石标志。通过研究生物成因构造的形成机制、保存条件和方式以及时、空分布规律来探讨和分析古代沉积环境,具有方法简单、可靠程度和精度都比较高的优点,遗迹学在古环境学、沉积学、地层学和层序地层学研究中具有重要的应用价值,因而在煤田和油、气田的地质勘探工作中具有广泛的应用前景。

遗迹组构的CT成像技术及三维可视化模拟在地下水勘查及油气勘探中已有应用,美国和加拿大的遗迹学家通过将遗迹组构的精细研究、CT成像技术与三维可视化模拟等几种方法紧密结合来了解地下水及油气的渗透性。相关专家运用数字-光学钻孔成像工具对美国迈阿密第四系碳酸盐岩中Ophiomorpha潜穴系统进行360°扫描成像和三维可视化模拟。研究表明,具有很好衬壁的Ophiomorpha潜穴系统形成的坚硬格架岩层中发育有2种与遗迹组构相关的孔隙,即Ophiomorpha潜穴管内充填物被溶蚀后留下的孔隙和潜穴管外成岩作用较差的围岩被溶蚀后留下的孔隙,这些孔隙形成在向上变浅的潮下至近海旋回的中、下部,并明显控制地下水的流动。计算机辅助的三维可视化模拟表明,通过潜穴孔隙系统的水流路径非常复杂。受到生物改造的沉积岩流体介质划分为渗透率反差大的“双渗透率体系”和渗透率反差小的“双孔隙度体系”,在“双渗透率体系”流体介质中,高渗透率部分仅作为运输通道,低渗透率部分的非生物扰动岩中的油气资源不能被开发出来。“双孔隙度体系” 发育有2种以上的流体相,生物扰动改造会使流体路径弯曲复杂,影响油气或地下水的产能。渗透率的提高和降低是储集层-流体-介质颗粒大小各自再分配的结果,流体-介质类型的改变不仅表现在总渗透率的改变上,还将影响毛细作用压力的分布。基于这些认识,可运用计算机三维可视化技术和核磁共振成像技术来分析遭受生物扰动改造的储集层的特征,该方法在油气勘探和生产中均发挥着巨大的作用。□

作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心

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