四川盆地東南部震旦系燈影組藻云巖膠結(jié)作用及其成巖流體分析_施澤進(jìn)

1、中國科學(xué) : 地球科學(xué)2013 年 第43卷第2期:317328中國科學(xué) 雜志社SCIENCE CHINA PRESS論 文四川盆地東南部震旦系燈影組藻云巖膠結(jié)作用及其成巖流體分析施澤進(jìn), 王勇 *, 田亞銘,王長城 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)), 成都 610059; 成都理工大學(xué)能源學(xué)院, 成都 610059; 成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院地球化學(xué)系,成都 610059; 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 成都 610059* 聯(lián)系人 , E-mail: wangyong10收稿日期 : 2012-02-08; 接受日期 : 2012-07-25國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)

2、號 : 40739903)資助摘要中國四川盆地震旦系燈影組是世界上最古老的天然氣儲層之一, 在經(jīng)歷了漫長而復(fù)雜的構(gòu)造、成巖演化之后 , 儲層的優(yōu)劣性主要取決于溶蝕作用和膠結(jié)作用的相對強(qiáng)弱. 燈影組大量的藻白云巖中不乏溶蝕孔洞, 但絕大多數(shù)溶蝕孔洞均被不同形態(tài)的白云石膠結(jié)物所占據(jù) , 了解這些白云石的形成環(huán)境, 對分析儲層的保存機(jī)制具有特殊的意義 . 本文以薄片鑒定、陰極發(fā)光、微量元素及 C, O 和 Sr 同位素等測試分析為手段 ,分析了四川盆地東南部震旦系燈影組藻云巖中的 5 類膠結(jié)物的地球化學(xué)特征和其成巖流體的性質(zhì) . 纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物為典型的海底成巖環(huán)境產(chǎn)物 , 其地球化學(xué)特征與基巖

3、 (泥晶、微晶云巖 )相似 , 可能反映了當(dāng)時海水的地球化學(xué)特征 ; 葉片狀白云石膠結(jié)物的成巖流體與纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物的成巖流體具有繼承性 , 形成于淺埋藏的 “囚禁 ”海水中 ; 細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物形成于桐灣運(yùn)動引起的構(gòu)造抬升時期 , 具有較高的 Sr 同位素比值和較低的 C 和 O 同位素值 , 其成巖流體以淡水為主 ; 粗晶白云石膠結(jié)物具有較高的 Mn 含量和非常低的 Fe 和 Sr 含量且 C 同位素值強(qiáng)烈向負(fù)偏移 , 與粗晶白云石膠結(jié)物形成時大量的烴類成熟運(yùn)移有關(guān) , 同時 , 烴類的成熟及運(yùn)移引起的硫酸鹽熱還原反應(yīng)對其流體也產(chǎn)生了顯著的影響 ; 馬鞍狀白云石膠結(jié)物是一種熱液成

4、因的白云石 , 形成于高溫鹵水中 , 并且這種鹵水流經(jīng)了富含放射性 Sr 同位素的區(qū)域 .關(guān)鍵詞震旦系燈影組地球化學(xué)特征成巖流體白云石膠結(jié)作用震旦系燈影組是中國南方元古宙最末的一個地與藻類密切相關(guān)的巖石 , 由于其在形成和發(fā)展過程層單位 , 它是一套由海相碳酸鹽巖組成的地層. 地層中記錄了地質(zhì)歷史中環(huán)境和生物的演化, 因此是地中藻云巖大量發(fā)育 , 形成了數(shù)量眾多的具藻粘結(jié)結(jié)球上古老生命活動的證據(jù) 1,2 , 也使它們成為研究前構(gòu)的云巖和形態(tài)各異、造型奇特的疊層石 .這些成因寒武紀(jì)地球環(huán)境和生物演化的重要選擇3,4 , 同時 ,中文引用格式:施澤進(jìn) , 王勇 , 田亞銘 , 等. 四川盆地東南部

5、震旦系燈影組藻云巖膠結(jié)作用及其成巖流體分析. 中國科學(xué) : 地球科學(xué) , 2013, 43: 317328英文引用格式:Shi Z J, Wang Y, Tian Y M, et al. Cementation and diagenetic fluid of algal dolomites in the Sinian Dengying Formation in southeastern SichuanBasin. Science China: Earth Science, 2013, 56: 192202, doi: 10.1007/s11430-012-4541-x施澤進(jìn)等 : 四川盆地東南

6、部震旦系燈影組藻云巖膠結(jié)作用及其成巖流體分析由于前寒武紀(jì)藻云巖本身就與很多前寒武紀(jì)之謎密切相關(guān) , 如疊層石的形成機(jī)制5 、前寒武紀(jì)白云巖問題6 等, 從而成為了眾多學(xué)者研究和關(guān)注的焦點(diǎn)7,8 .近年來 , 有學(xué)者利用疊層石生長的規(guī)律性來研究地球、太陽和月球三者之間的空間演化關(guān)系, 也取得了豐碩的成果 911 . 相對而言 , 在油氣勘探領(lǐng)域中, 由于前寒武紀(jì)地層通常都經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造和成巖作用改造 , 使得儲層的分布規(guī)律難以掌握, 而在世界范圍內(nèi)鮮有研究 . 20 世紀(jì) 60 年代 , 中國四川盆地發(fā)現(xiàn)了震旦系燈影組氣藏 , 使得燈影組成為了世界上最古老的天然氣儲層之一 , 從而引起了石油地

7、質(zhì)學(xué)家的關(guān)注 . 本世紀(jì)初 , 在川東南開鉆的丁山 1 井鉆至震旦系燈影組后 , 鉆遇了良好的氣顯示層 , 揭開了這一地區(qū)震旦系的勘探序幕 , 同時也掀起了對燈影組研究的熱潮 12,13 . 研究表明四川盆地?zé)粲敖M具有良好的烴源巖和蓋層條件 1416 , 因此對于燈影組的勘探來說關(guān)鍵是儲層 , 能否找到優(yōu)質(zhì)儲層是決定燈影組勘探能否取得突破的關(guān)鍵 . 盡管燈影組可劃分出若干個不同的沉積相帶 , 但經(jīng)過了長達(dá) 5 億多年的成巖改造之后 , 沉積相帶對儲層的控制作用已經(jīng)變得不是特別明顯 (表 1), 對儲層影響更為關(guān)鍵的因素是成巖作用 . 然而在過去的研究中 , 人們關(guān)注更多的是建設(shè)性成巖作用 ,

8、對通常認(rèn)為是對儲層起破壞性作用的膠結(jié)作用關(guān)注不夠 . 實(shí)際上膠結(jié)物的地球化學(xué)特征能夠在流體來源 1720 、流體演化 21,22 、流體運(yùn)移途徑23 、膠結(jié)物形成溫度 24 及形成相對時間 25,26 等問題上提供非常有價(jià)值的信息 . 這些信息對人們?nèi)ダ斫夂皖A(yù)測地下膠結(jié)物的分布及其對儲層質(zhì)量的影響至關(guān)重要 27 .1 地質(zhì)背景川東南地區(qū)位于四川盆地東南部的川東高陡構(gòu)造帶和川南中低緩構(gòu)造帶 (圖 1), 該區(qū)下組合 (震旦系 - 志留系 )是川東南地區(qū)油氣勘探的新層系、 新領(lǐng)域 , 其縱向上發(fā)育有多套生儲蓋組合 , 具有較好的勘探前景 3034 . 震旦系燈影組是這一地區(qū)下組合的主要儲層段之一

9、, 為一套局限臺地相沉積物 , 可進(jìn)一步劃分為潮上、潮間、潮下、瀉湖及碎屑灘等幾個亞相沉積 . 該套地層自下而上可分為四段 3537 (圖 2). 燈一段主要為深灰色、灰色厚層塊狀含膏微晶白云巖及少量淺灰、淺灰 -灰、灰色中 - 厚層塊狀藻疊層白云巖、含藻紋層白云巖、藻紋層白云巖、藻凝塊石白云巖、藻屑及藻砂屑白云巖 , 偶夾泥巖及硅質(zhì)薄層 ; 燈二段地層藻類十分發(fā)育 , 可見雪花狀、花邊狀、結(jié)核狀及紋層狀等生長形態(tài)的藻類化石 , 巖性主要為淺灰色厚層狀藻紋層白云巖、藻疊層白云巖、藻砂屑白云巖、藻凝塊石白云巖及粉晶白云巖 , 局部見角礫巖 ; 燈三段地層總體顏色較淺 , 以淺灰色、 淺灰 -灰色

10、、灰色、灰白色為主 , 局部見黃灰色及深灰色 , 巖性主要為厚層塊狀、中 -厚層狀藻粘結(jié)及藻紋層白云巖、粉 -微晶白云巖、微晶白云巖、 粉晶白云巖及細(xì) -中晶白云巖 , 局部夾少量硅化硅質(zhì)白云巖或硅質(zhì)巖 ; 燈四段巖石顏色總體較淺 , 以淺灰色、 淺灰 -灰色為主 , 巖性以厚層狀晶粒白云巖及藻白云巖為主 , 局部層間偶夾灰黑色碳質(zhì)頁巖、泥質(zhì)白云巖及磷塊巖 , 白云巖一般為粉 - 細(xì)晶結(jié)構(gòu) , 部分晶粒更粗 , 常見白云石晶斑 , 局部白云巖風(fēng)化后呈砂糖狀 .燈影組藻云巖中發(fā)育了大量的窗狀孔和溶蝕孔洞, 但絕大多數(shù)都被多期的亮晶白云石膠結(jié)物所充填, 膠結(jié)作用的發(fā)育情況直接決定著儲層孔隙的保存狀

11、況 28,29 . 通過流體地球化學(xué)分析 , 結(jié)合成巖作用、儲層研究 , 開展對燈影組藻云巖膠結(jié)物的分析 ,對加深燈影組儲層形成機(jī)制的認(rèn)識、 理解儲層致密化過程及指導(dǎo)有效優(yōu)質(zhì)儲層的預(yù)測具有重要意義 .燈影組沉積之后 , 經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化 , 前后經(jīng)歷了七次構(gòu)造運(yùn)動 , 多達(dá)十余次升降 . 總體而言 , 燈影組的構(gòu)造演化可分四個階段 , 寒武紀(jì) - 志留紀(jì)的埋藏階段 , 泥盆紀(jì) -石炭紀(jì)的抬升剝蝕階段 , 二疊紀(jì) - 晚侏羅世的埋藏階段和晚第三紀(jì) -現(xiàn)今的大幅度抬升階段 15,38 . 這些構(gòu)造運(yùn)動形成的裂縫成為了后期成巖流體運(yùn)移的主要通道.表 1川東南地區(qū)燈影組不同微相孔隙度沉積微相潮間潮

12、上潮下淺灘瀉湖最小值至最大值 (%)0.598.350.75.590.583.52 1.341.77 1.064.58平均值 (%) 1.722.011.911.742.4均值相對誤差0.045 0.0710.0630.1770.19樣品數(shù) (件 )126403737318中國科學(xué) : 地球科學(xué)2013年第 43卷第 2期圖 1研究區(qū)構(gòu)造簡圖2 白云石膠結(jié)物的巖石學(xué)特征震旦系燈影組藻白云巖膠結(jié)物按其晶形大小及形態(tài)主要可分為 5 類.2.1馬鞍狀白云石膠結(jié)物馬鞍狀白云石的分布具有一定的局限性 , 在研究區(qū)主要分布在構(gòu)造運(yùn)動較強(qiáng)烈的丁山構(gòu)造和林灘場構(gòu)造中 . 馬鞍狀白云石膠結(jié)物多單獨(dú)存在于某一溶蝕

13、孔洞或構(gòu)造縫中 , 幾乎不與其他膠結(jié)物在同一溶蝕孔洞中出現(xiàn) , 其晶形粗大 , 在偏光顯微鏡下具波狀消光特征 ( 圖 3(a), 具有典型的馬鞍狀形態(tài) , 陰極射線下發(fā)暗褐色光 (圖 3(b).2.2粗晶白云石膠結(jié)物粗晶白云石也是研究區(qū)燈影組藻白云巖中較為常見的一種膠結(jié)物 , 這類白云石膠結(jié)物多出現(xiàn)在較大的溶蝕孔隙中 , 晶體明亮粗大 (圖 3(c), 以半自形 - 自形為主 , 陰極射線下呈紅色或紅色 - 褐色環(huán)帶 (圖3(d). 常單獨(dú)出現(xiàn)或與少量的細(xì)- 中晶白云石共生.粗晶白云石膠結(jié)物中常殘存較多的有效孔隙 , 孔隙中常見瀝青充填 (圖 3(e).2.3細(xì)-中晶白云石膠結(jié)物細(xì)-中晶白云石

14、膠結(jié)物是研究區(qū)燈影組藻白云巖中最為常見的一種膠結(jié)物 , 膠結(jié)物晶體干凈明亮 , 以他形為主 , 陰極射線下發(fā)紅褐色光 (圖 3(f), (g), 多出現(xiàn)在次生的溶蝕孔隙中 , 局部出現(xiàn)在巖溶角礫巖中(圖 3(h), 表明其形成于大量次生溶蝕孔隙之后. 細(xì)-中晶白云石膠結(jié)物常單獨(dú)出現(xiàn)在孔隙中 , 膠結(jié)物外圍幾乎看不到其他類型的膠結(jié)物 , 在中心部位偶爾可見晶形更粗大的膠結(jié)物 . 這類膠結(jié)物占據(jù)了次生孔隙的 50%80%, 有效孔隙以晶間孔和膠結(jié)剩余孔隙為主 .2.4葉片狀白云石膠結(jié)物葉片狀白云石膠結(jié)物常與纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物同時出現(xiàn) , 沿纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物向孔隙內(nèi)充319施澤進(jìn)等 : 四川盆

15、地東南部震旦系燈影組藻云巖膠結(jié)作用及其成巖流體分析圖 2 燈影組巖性柱狀簡圖填, 晶體明顯大于纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物而呈葉片狀, 并且晶體較纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物干凈明亮 (圖 3(i), 在陰極射線下通常發(fā)暗橙色光 (圖 3(j). 這類膠結(jié)物占據(jù)了絕大多數(shù)剩余原生孔隙 , 使原生孔隙幾乎損失殆盡 , 并且晶體顆粒之間接觸較緊密 , 孔隙極不發(fā)育 .2.5纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物是燈影組藻白云巖中非常常見的一類膠結(jié)物 , 其常以薄層環(huán)邊的形式出現(xiàn)在藻粘結(jié)的窗狀孔中 , 盡管很常見 , 但整體數(shù)量并不大. 纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物晶體顏色多為深色 , 呈纖狀圍繞孔隙或顆粒生長 , 長軸

16、垂直于孔隙壁或顆粒表面 (圖 3(i), 層厚通常在 0.20.5 mm 之間 , 在陰極射線下通常不發(fā)光或發(fā)暗褐色光 ( 圖 3(j). 晶體間緊密接觸 , 幾乎不存在有效的孔隙 .3 地球化學(xué)、同位素特征及成巖流體分析3.1樣品和實(shí)驗(yàn)方法樣品主要取自貴州遵義松林剖面和重慶石柱的太原剖面 , 另外有少量樣品取自丁山 1 井和林 1 井,取樣位置見圖 1.樣品的巖性及產(chǎn)出狀況直接影響著對數(shù)據(jù)結(jié)果的解釋 . 因此 , 選樣送樣是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié) . 野外通過放大鏡及 5%的鹽酸初步確定樣品的巖性 , 在室內(nèi)通過染色及薄片鑒定 , 進(jìn)一步確定巖性 , 確保樣品巖性認(rèn)識的準(zhǔn)確性 . 之后選取了普通

17、薄片上的 46 個點(diǎn)送至中國國土資源部西南礦產(chǎn)資源監(jiān)督監(jiān)測中心進(jìn)行電子探針分析 , 試驗(yàn)所用儀器為日本島津 EPMA-1600, 檢測環(huán)境溫度 20, 濕度 58%, 檢測結(jié)果見表 2. 選取了 27 件樣品送至中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院地質(zhì)試驗(yàn)室進(jìn)行了碳、 氧同位素測定 . 測試儀器為 MAT-252 型質(zhì)譜儀 , 在實(shí)驗(yàn)溫度為 22、濕度為 50%所得數(shù)值的千分差以 PDB 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算 , 分析精度優(yōu)于 0.2 . 分析中使用的碳酸13鹽巖參考標(biāo)準(zhǔn)為GBW04417 方解石標(biāo)準(zhǔn) , 其 C 和18 O 值分別為6.10 和 24.12 ,測試結(jié)果列于表3. 鍶同位素測試完成于成都

18、理工大學(xué)同位素室 , 樣品經(jīng)溶樣 , 銣、鍶經(jīng)裝有 AG50WX8 樹脂交換柱分離和純化后 , 在 MAT-261 型同位素質(zhì)譜儀上測定 . 對鍶標(biāo)準(zhǔn)樣 NBS987 重復(fù)測定 , 得到 87Sr/86Sr 值為(0.710283± 0.000045),對 標(biāo) 準(zhǔn) 樣 的 測 定 誤 差 小 于100.02%. 全流程空白本底 <5× 10 g, 實(shí)驗(yàn)室溫度 20,濕度 50%, 測試結(jié)果見表4.3.2討論纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物常出現(xiàn)在藻云巖原始結(jié)構(gòu)保存非常完好的窗狀孔內(nèi)壁或藻團(tuán)塊周圍, 與窗狀孔內(nèi)壁或藻團(tuán)塊之間不存在任何形式的膠結(jié)物,據(jù)此判斷纖狀環(huán)

19、邊白云石膠結(jié)物應(yīng)是燈影組藻云巖沉積之后的最早的第一期膠結(jié)物 . 這類膠結(jié)物中 , Na 含量 078 ppm, 平均 44.7 ppm; Sr 含量 59406 ppm, 平均為 197.3 ppm; Mn 含量 6697 ppm, 平均 80.05 ppm; Fe 含量 6652046 ppm, 平均 1254.8 ppm. 與其他膠結(jié)物相比 (表 2), 其 Na 和 Sr 的含量偏高 , 表明其成巖流體的鹽度較高 , 但總體而言 , 纖狀環(huán)邊白云石320中國科學(xué) : 地球科學(xué)2013年第 43卷第 2期圖 3研究區(qū)膠結(jié)物巖石學(xué)及陰極發(fā)光特征(a) 林 1 井 , 馬鞍狀白云石巖石學(xué)特征,

20、 正交偏光 ; (b)與 (a) 同一視域 , 馬鞍狀白云石陰極發(fā)光特征; (c) 松林剖面 , 粗晶白云石和細(xì)- 中晶白云石巖石學(xué)特征, 單偏光 ; (d) 與 (c) 同一視域 , 粗晶白云石和細(xì)-中晶白云石陰極發(fā)光特征; (e)松林剖面 , 粗晶白云石中的孔隙及瀝青(鑄體薄片 ), 單偏光 ; (f)松林剖面 , 細(xì) -中晶白云石巖石學(xué)特征, 單偏光 ; (g)與 (f) 同一視域 , 細(xì) -中晶白云石陰極發(fā)光特征; (h)松林剖面 , 巖溶角礫與細(xì) -中晶白云石, 單偏光 ; (i)石柱剖面 , 纖狀白云石和葉片狀白云石巖石學(xué)特征, 單偏光 ; (j)與 (i) 同一視域 , 纖狀白云

21、石和葉片狀白云石陰極發(fā)光特征膠結(jié)物的各種微量元素含量與基巖 ( 微晶云巖 ) 的含量非常接近 , 而基巖 (微晶云巖 )的微量元素往往反映了當(dāng)時海水的地球化學(xué)性質(zhì) , 因此 , 纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物形成于海水的流體環(huán)境中 , 應(yīng)當(dāng)為早期的海底膠結(jié)物 .葉片狀白云石膠結(jié)物與纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物一樣, 葉片狀白云石321施澤進(jìn)等 : 四川盆地東南部震旦系燈影組藻云巖膠結(jié)作用及其成巖流體分析表 2研究區(qū)白云石膠結(jié)物及基巖微量元素測試結(jié)果a)類型MgO(%) CaO(%)Na(ppm) Mn(ppm) Fe(ppm)Sr(ppm)樣品數(shù) (件 )馬鞍狀白云石21.321.7 30.430.608502

22、710194097421.6(0.004) 30.5(0.003)31.5(0.644)168.5(0.359) 66(0.693)63.3(0.340)粗晶白云石21.221.9 30.330.7015613276784860491821.6(0.003) 30.5(0.003)23.8(0.810)282.6(0.255) 191(0.337)115(0.558)細(xì) -中晶白云石21.122.0 30.430.70118545319167603681121.6(0.004) 30.5(0.001) 1.6(0.037)255(0.168)744(0.265)167(0.204)葉片狀白云石

23、21.3421.51 30.4730.580675826771923920465321.4(0.002) 30.5(0.001)23.7(0.917)142(0.448) 1424(0.351)173(0.847)纖狀白云石21.2521.56 30.4230.510786697665204659406321.44(0.004)30.5(0.001) 44.7(0.519)80(0.113) 1255(0.327)197.3(0.538)基巖21.321.8 30.330.603260461121176905161721.5(0.001) 30.5(0.001)48.4(0.384)76.4(

24、0.363) 816(0.146)211.5(0.150)a) 表中數(shù)值第1 行為最小值到最大值, 第 2行為平均值 , 括號中為均值相對誤差. 下表同表 3研究區(qū)白云石膠結(jié)物及基巖C 和 O 同位素測試結(jié)果類型1318樣品數(shù) (件 ) CPDB ( ) OPDB ( )馬鞍狀白云石1.992.7( 14.28)(13.5)32.32(0.089)13.94(0.016)粗晶白云石0.742.23( 14.43)(11.42)81.49(0.129)13.23(0.031)細(xì) -中晶白云石1.513.15( 12.61)(8.1)62.13(0.128)10.57(0.060)葉片狀白云石2.

25、665.29( 8.38)(3.62)44.05(0.154)6.15(0.159)基巖3.454.24( 8.36)(4.9)53.77(0.037)6.15(0.097)表 4研究區(qū)白云石膠結(jié)物及基巖 Sr 同位素測試結(jié)果樣品編號87 Sr/ 86Sr備注TZ-3 0.713892± 0.000348馬鞍狀白云石SL-7 0.714033± 0.000731馬鞍狀白云石SL-3 0.707917± 0.000185粗晶白云石SL-4 0.708557± 0.000248粗晶白云石TZ-1 0.710014± 0.000339細(xì) -中晶白云石

26、SL-2 0.710546± 0.000206細(xì) -中晶白云石SL-1 0.707554± 0.000349葉片狀白云石TZ-2 0.704745± 0.000058基巖SL-5 0.706543± 0.000093基巖SL-6 0.705095± 0.000066基巖膠結(jié)物也常出現(xiàn)在原始結(jié)構(gòu)保存非常完好的藻云巖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物相比 (表 2),其 Na 和 Sr 含量有中, 并且多與纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物共生, 占據(jù)纖狀所降低 ,表明成巖流體的鹽度變小. Mn 和 Fe 含量明環(huán)邊白云石膠結(jié)物充填后的剩余空間,是纖狀環(huán)邊顯上升 . 由于 Fe

27、 和 Mn 作為類質(zhì)同象離子置換白云白云石膠結(jié)物形成后的另一期膠結(jié)物. 其 Na 含量為石晶格中的鈣、 鎂離子主要是低價(jià)離子(Mn 2+和 Fe2+),067 ppm, 平均 23.7 ppm; Mn含量為 58267 ppm,因此 , 只有在還原環(huán)境中生成的白云石, 才可能具有平均 142.02 ppm; Fe 含量為 7192392 ppm,平均較高的 Fe2+和 Mn 2+含量 . 白云石中 Mn 和 Fe 質(zhì)量分1424 ppm; Sr 含量為 0465 ppm, 平均 173 ppm.與纖數(shù)往往反映成巖強(qiáng)度和埋藏深度, 埋藏越深 , 成巖強(qiáng)322度越高 , Mn 和 Fe 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

28、就越高 , 反之 Mn 和 Fe 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)就越低 3942 . Mn 和 Fe含量的增加表明該類膠結(jié)物形成的時候 , 其成巖流體應(yīng)具有了一定的埋深 , 處于封閉的還原環(huán)境之中 .很多學(xué)者對震旦紀(jì)海水的 Sr 同位素比值進(jìn)行過測試 43 , 其分布范圍比任何時代的海水 Sr 同位素比值要寬 , 分布范圍大約在 0.70500.7076 之間 (圖 4), 與本次基巖所測的 Sr 同位素比值 (0.70470.7065)基本吻合 . 葉片狀白云石膠結(jié)物的Sr 同位素比值為0.7075, 處于震旦紀(jì)海水的 Sr 同位素比值區(qū)間之中 , 表明其成巖流體為海水 . 此外 , C 和 O 同位素的分布范

29、圍也表明 (表 3), 其成巖流體與基巖的形成環(huán)境具有一定的繼承性 . Na 和 Sr 含量降低則是由于在成巖過程中損耗了部分 Na 和 Sr 而缺乏補(bǔ)給 , 是封閉的還原環(huán)境的體現(xiàn) . 因此 , 葉片狀白云石膠結(jié)物的成巖流體應(yīng)當(dāng)為封存于地層中的海水 .細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物這類白云石膠結(jié)物的Na 含量 011 ppm,平均1.6 ppm; Sr 含量 0368 ppm, 平均 167 ppm; Mn 含量 85453 ppm, 平均 255.28 ppm; Fe 含量 191676 ppm, 平均 744.19 ppm. 與基巖和前兩類膠結(jié)物相比 (表 2),其 Na 和 Sr 含量明顯降低

30、 , Mn 含量則增加明顯 , 遠(yuǎn)高于圍巖值 . 同時 , Sr 同位素比值 (表 4)和 C 同位素值(圖 5)也明顯地偏離了海水的同位素值區(qū) . 以上結(jié)果表明 , 這一期膠結(jié)物的成巖流體明顯地受到了外來流體的影響 .細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物多出現(xiàn)在次生溶蝕孔隙中中國科學(xué) : 地球科學(xué)2013年第 43卷第 2期(圖 3(c), (d).據(jù)前人研究 29,55,56 , 燈影組經(jīng)歷了兩次規(guī)模較大的次生孔隙發(fā)育期, 一次為燈影組沉積不久 , 受桐灣運(yùn)動的影響 ,燈影組整體抬升暴露地表,地表淡水和大氣降水溶蝕引起的次生孔隙發(fā)育期,另一次為燈影組深埋之后, 有機(jī)質(zhì)成熟早期排出的有機(jī)酸對燈影組的溶蝕引

31、起的又一次次生孔隙發(fā)育期 . 由于溶蝕和膠結(jié)沉淀是同一過程中的兩個方面,因此形成膠結(jié)物的流體化學(xué)性質(zhì)往往與產(chǎn)生溶蝕作用的流體性質(zhì)具有一致性或很大程度上會受到這種流體的影響 . 據(jù)此可以推斷 , 細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物必然會受到淡水或有機(jī)質(zhì)的影響 . 從微量元素及同位素?cái)?shù)據(jù)來看 , 細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物的形成與淡水關(guān)系更密切 . 反映成巖流體鹽度的 Na 和 Sr 含量明顯低于基巖 (表 2), 表明細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物形成于一種低鹽度的流體中 ; 同時 , 其 Mn 含量明顯高于圍巖值 , 這是因?yàn)橄鄬τ诤Ｋ?, 地表淡水是一種富含 Mn 的流體 , 地表淡水的 Mn 含量可達(dá)海水的 50

32、 倍以上57 ; C 同位素值和 Sr同位素比值特征也與其淡水成因具有一致性 , 相對于基巖 , C 同位素值明顯向負(fù)偏移(圖 5)而 Sr 同位素比值則明顯高于基巖(表 4). 對于海相碳酸鹽巖而言 , 大量淡水的注入會引起 C 同位素向負(fù)偏移 32 , 同時由于地表淡水的 Sr 同位素比值(約為 0.711958 )遠(yuǎn)高于正常海水或正常的海相碳酸鹽巖的 Sr 同位素比值 (約為 0.70859 ), 因此在地表淡水作用下形成的白云石膠結(jié)物也就具有了較高的 Sr 同位素比值 .因細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物形成于燈影組構(gòu)造抬升之后 , 多賦存于次生溶蝕孔隙中 , 并且這些次生孔隙圖 4不同地質(zhì)年代

33、海水Sr 同位素比值 (據(jù)文獻(xiàn) 43)323施澤進(jìn)等 : 四川盆地東南部震旦系燈影組藻云巖膠結(jié)作用及其成巖流體分析圖 5白云石膠結(jié)物C 和 O 同位素散點(diǎn)圖已經(jīng)明顯地破壞了纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物和葉片狀白云石膠結(jié)物賴以存在的窗狀孔和藻團(tuán)塊結(jié)構(gòu) , 顯然這類白云石膠結(jié)物應(yīng)該形成于纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物和葉片狀白云石膠結(jié)物形成之后 , 為第三期膠結(jié)物 .粗晶白云石膠結(jié)物粗晶白云石是次生孔隙中另一類普遍發(fā)育的膠結(jié)物 , 此類膠結(jié)物中晶間孔及膠結(jié)殘余孔隙較發(fā)育,孔隙中常見少量瀝青充填 (圖 3(e), 表明粗晶白云石膠結(jié)物可能形成于深埋藏期有機(jī)質(zhì)的成熟 -運(yùn)移階段 ,它的形成應(yīng)該會受到埋藏溶蝕期的有機(jī)質(zhì)的

34、影響.粗晶白云石膠結(jié)物的微量元素及同位素特征也印證了其在形成過程中受到了烴類的影響.粗晶白云石膠結(jié)物中的Na 含量 0156 ppm, 平均 23.8 ppm; Sr 含量 0491 ppm, 平均 115.29 ppm;Mn 含量 132767 ppm, 平均 282.6 ppm; Fe 含量 8486 ppm, 平均 191 ppm. 兩個 Sr 同位素比值分別為 0.7079 和 0.7086. 其顯著特征是具有較高的 Mn 含量和非常低的 Fe 和 Sr 含量 , C 和 O 同位素值強(qiáng)烈向負(fù)偏移 (圖 5).由于燈影組的烴類可能來源于其上覆的寒武系烴源巖 15,60 , 說明在寒武系

35、烴類成熟-運(yùn)移的過程中 ,燈影組與上覆寒武系地層是連通的 , 它們處于同一流體單元之中 , 在這一過程中形成的粗晶白云石必然會受到來自寒武系地層流體的影響 , 粗晶白云石膠結(jié)物的 Sr 同位素比值正好印證了這一過程 . 從目前所公布的全球范圍內(nèi)的寒武系地層 Sr 同位素比值來看 , 其數(shù)值主要介于 0.70870.7092 之間 61 , 所測得粗晶白云石膠結(jié)物的 Sr 同位素比值 (表 4)與寒武系地層的 Sr 同位素比值很接近但又略低于其值 , 表明粗晶白云石膠結(jié)物物質(zhì)可能主要來自上覆寒武系地層, 而值略低則可能是受燈影組圍巖 (低 Sr 同位素物質(zhì)) “混染 ”的結(jié)果 . 對于 C 同位

36、素而言 , 由于自然界碳基本上儲藏在有機(jī)碳(還原碳 )和無機(jī)碳 (氧化碳 )兩13大碳庫內(nèi) , 有機(jī)碳擁有較低的 C 而無機(jī)碳則擁有131362,較高的 C 值, 兩者的 C 平均值大約相差 2513當(dāng)有大量烴類 (有機(jī)碳 )注入時 , 其流體的 C 值就會向負(fù)偏移 , 同位素結(jié)果與 “粗晶白云石形成于埋藏環(huán)境中 , 且受到有機(jī)質(zhì)的影響 ”這一論斷具有很好的一致性 , 但其 Mn 和 Fe 的含量似乎與這一論斷相矛盾 . 通常情況下 , 隨著地層埋深的增大 , 成巖作用的增強(qiáng) , Mn 和 Fe的含量會同時增大 , 但在這里 , Mn 含量增加了而 Fe 的含量反而大大降低 . 事實(shí)上 , 由

37、于烴類的大量注入 , 引起了另外一類重要的化學(xué)反應(yīng) 硫酸鹽熱還原反應(yīng) (TSR). 燈影組底部擁有大量的石膏 , 由于埋深大而擁有高溫條件 , 加上烴類的注入 , 滿足了 TSR 所必需的三個條件 28 , 從而引起了 TSR 的進(jìn)行, TSR 所產(chǎn)生的 H2S 氣體 , 由于其本身具有較強(qiáng)的活動性 , 容易與 Fe2+ 結(jié)合形成黃鐵礦 , 從而消耗其中大量的 Fe2+ . 燈影組白云巖中常見大量的次生黃鐵礦 , 并且有些黃鐵礦直接與瀝青共生 (圖 6(a), (b). 大量黃鐵礦的形成必然引起流體中 Fe2+含量的大幅下降 , 造成粗晶白云石膠結(jié)物的 Fe 的含量較低 , 因此較低324中國

38、科學(xué) : 地球科學(xué)2013年第 43卷第 2期圖 6燈影組中的次生黃鐵礦(a) 丁山 1 井巖芯中與瀝青共生的次生黃鐵礦; (b)丁山 1 井薄片中的黃鐵礦條帶, 單偏光的 Fe 含量實(shí)際上從另一個方面反映了粗晶白云石膠結(jié)物受到了烴類的影響 .因粗晶白云石膠結(jié)物形成于燈影組被抬升再次深埋之后 , 顯然它的形成時間應(yīng)該晚于細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物 , 為第四期膠結(jié)物 .馬鞍狀白云石膠結(jié)物研究區(qū)丁山構(gòu)造和林灘場構(gòu)造中發(fā)現(xiàn)了大量的馬鞍狀白云石膠結(jié)物, 劉樹根等 63 及宋光永等 13 通過構(gòu)造、馬鞍狀白云石的巖石學(xué)特征及熱液礦物組合等分析 , 認(rèn)為馬鞍狀白云石為熱液白云石 .馬鞍狀白云石膠結(jié)物的 Na

39、 含量 085 ppm, 平均 31.53 ppm; Sr 含量 097 ppm, 平均 63.3 ppm; Mn 含量 0271 ppm, 平均 168.49 ppm; Fe 含量 0194 ppm,平均 66.11 ppm. 兩個 Sr 同位素比值的測試結(jié)果顯示 , 其成巖流體具有異常高的 87 Sr/86 Sr 值 . 其 Na, Sr, Mn和 Fe 含量與其他膠結(jié)物相比具有較大的差別 , 表明這類白云石膠結(jié)物的成巖流體擁有完全不同的流體來源或受到了外來流體的影響 . 擁有高異常 Sr 同位素比值 (表 4)表明在其形成過程中受到了放射性 Sr 污染. 熱液白云石中富集放射性 Sr 同

40、位素被歸因于兩種機(jī)理 : 來自含泥或長石的硅質(zhì)碎屑巖層或來自基底64 . 從本地區(qū)的沉積記錄來看 , 燈影組下伏地層缺少硅質(zhì)碎屑沉積 , 熱液中豐富的放射性 Sr 同位素更可能來自于盆地基底 13 . 因此 , 馬鞍狀白云石膠結(jié)物應(yīng)該是受到盆地基底熱液鹵水影響而形成的一類白云石膠結(jié)物 .據(jù)研究區(qū)的構(gòu)造演化及馬鞍狀白云石與瀝青的產(chǎn)出關(guān)系推測, 形成震旦系熱液白云石的熱液可能是在峨眉地裂運(yùn)動的早期侵入燈影組 , 即馬鞍狀白云石形成的時間應(yīng)該是早二疊世 13 , 而在早二疊世時, 燈影組早已完成了第一期的有機(jī)質(zhì)成熟、排烴到油氣充注的過程 , 已經(jīng)進(jìn)入了第二期的有機(jī)質(zhì)成熟階 段 15 , 因此總體而言

41、 , 馬鞍狀白云石的形成時間應(yīng)晚于埋藏溶蝕期形成的細(xì) -中晶白云石 , 為第五期膠結(jié)物 .綜合討論綜上所述 , 五類膠結(jié)物實(shí)際上為五個不同期次的膠結(jié)物 , 第一期為形成于開放海水流體環(huán)境中的纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物 ; 第二期為形成于淺埋藏囚禁海水環(huán)境的葉片狀白云石膠結(jié)物 ; 第三期為形成于地表淡水環(huán)境的細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物 ; 第四期為形成于深埋藏有機(jī)質(zhì)成熟運(yùn)移環(huán)境的粗晶白云石膠結(jié)物 ; 第五期為形成于基底熱液的馬鞍狀白云石膠結(jié)物 .纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物和葉片狀白云石膠結(jié)物形成于沉積物沉積后不久 , 它們的形成與海水關(guān)系密切 , 是兩種非常普遍的膠結(jié)物 , 它們的存在占據(jù)了大量的原生粒間孔 ,

42、 是原生孔隙消失的主要原因 , 對儲層的存在不具有指示意義 .細(xì)-中晶白云石膠結(jié)物的形成與構(gòu)造運(yùn)動引起的抬升暴露有關(guān) , 主要形成于滲流帶的底部或潛流帶中, 因此 , 這種膠結(jié)物的出現(xiàn)可指示淡水溶蝕作用的存在 , 尤其是在大量細(xì) - 中晶白云石膠結(jié)物的上部可能存在的滲流帶 , 是優(yōu)質(zhì)儲層可能存在的有利地區(qū) .325施澤進(jìn)等 : 四川盆地東南部震旦系燈影組藻云巖膠結(jié)作用及其成巖流體分析高 Mn 低 Fe 的粗晶白云石膠結(jié)物是伴隨著烴類的侵入和硫酸鹽熱還原反應(yīng)(TSR) 而產(chǎn)生的 , 盡管TSR 的產(chǎn)物不一定對儲層起改良作用, 但它們的運(yùn)移可以改造儲層 , 同時 , TSR過程中 , 雖然石膏在溶

43、蝕的同時要產(chǎn)生一定數(shù)量的碳酸鹽巖 65,66 , 但整體而言 , 其孔隙度會增大 67 . 因此 , 在這種粗晶白云石大量存在的地區(qū)或其周圍可能存在著因 TSR 過程而產(chǎn)生的優(yōu)質(zhì)儲層 .對馬鞍狀熱液白云石而言 , 其產(chǎn)生過程本身就能對儲層起到改良作用 68 , 因此這種白云石自身就可以作為良好的儲層 , 如西加拿大盆地 69 、美國的密執(zhí)根盆地和阿帕拉契亞盆地 70 及中國的塔里木盆地71,72 等都存在著大量的這種熱液白云巖型儲層 .因燈影組基巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的壓實(shí)作用及早期的膠結(jié)作用之后, 賦存于基巖中的原始孔隙幾乎已經(jīng)被損耗殆盡 , 絕大多數(shù)介于1%2%之間 15 , 基巖已經(jīng)完全失去了作為

44、儲層的意義, 因此對燈影組儲層預(yù)測而言 , 尋找淡水溶蝕帶、埋藏溶蝕帶及熱液活動的區(qū)帶是至關(guān)重要的. 盡管膠結(jié)物占據(jù)了這些區(qū)帶中的大量次生孔隙, 但其間仍然存在數(shù)量可觀的晶間孔和膠結(jié)殘余孔, 不同種類膠結(jié)物的存在, 可能預(yù)示著某種類型儲層的存在, 對它們的分析是了解儲層形成機(jī)制及進(jìn)行儲層預(yù)測的另一把“鑰匙 ”.4 結(jié)論(1) 川東南燈影組藻白云巖膠結(jié)物主要有纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物、葉片狀白云石膠結(jié)物、細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物、粗晶白云石膠結(jié)物和馬鞍狀白云石膠結(jié)物 . 纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物是最早的一期膠結(jié)物,陰極射線下多不發(fā)光或發(fā)暗褐色光 , 是典型的海底成巖環(huán)境產(chǎn)物 , 成巖流體為開放的海水 ,

45、因此 , 纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物具有與基巖 ( 泥晶、微晶云巖 )相似的地球化學(xué)特征 .(2) Sr 同位素比值及 C 和 O 同位素值測試結(jié)果表明 , 葉片狀白云石膠結(jié)物的成巖流體仍然為震旦紀(jì)燈影組沉積時期的海水 . 與纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物相比 , 其具有 Na 和 Sr 含量低 , Mn 和 Fe 含量高的特征 . 表明其形成于相對封閉且具有一定埋深的流體環(huán)境中 .(3) 與基巖和前兩期膠結(jié)物相比 , 細(xì) - 中晶白云石膠結(jié)物具有 Na 和 Sr 含量低 , Mn 含量增加的特征 ,表明其受到了地表淡水或大氣淡水的影響 . 根據(jù)其產(chǎn)出狀況 (多出現(xiàn)在次生的溶蝕孔隙中 )和研究區(qū)燈影組的構(gòu)造演

46、化分析 , 細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物的形成與桐灣運(yùn)動引起燈影組整體抬升、 接受淡水的淋濾有關(guān). Sr 同位素比值及 C 和 O 同位素值與細(xì) -中晶白云石膠結(jié)物的淡水成因相一致 .(4) 粗晶白云石膠結(jié)物顯著的特征是具有較高的 Mn 含量和非常低的 Fe 和 Sr 含量 . 這類膠結(jié)物形成于烴源巖大量生烴排烴之后 , 烴類流體大量運(yùn)移引起了強(qiáng)烈的硫酸鹽熱還原反應(yīng) , 硫酸鹽熱還原反應(yīng)產(chǎn)生的 H2S 氣體消耗了地層中的大部分 Fe2+ , 造成了其 Fe 含量非常低 . 烴類流體大量運(yùn)移也是 C 同位素向負(fù)偏移的主要原因 .(5) 馬鞍狀白云石膠結(jié)物是一種熱液成因的白云石 , 其晶形粗大 , 在偏

47、光顯微鏡下具波狀消光特征 .馬鞍狀白云石膠結(jié)物微量元素和Sr 同位素比值與基巖及其他膠結(jié)物都具有較大的差別, 表明這類白云石膠結(jié)物的成巖流體擁有完全不同的流體來源或受到了外來流體的影響. 較高的 Na 含量和異常高的Sr同位素比值表明這種白云石形成于高溫鹵水中 , 并且這種鹵水流經(jīng)了富含放射性 Sr 同位素的區(qū)域 .(6) 后期形成的不同種類的膠結(jié)物 , 它們在形成過程中可能伴隨著新的儲層的形成, 因此對這些膠結(jié)物的分析是了解儲層形成機(jī)制并對其進(jìn)行預(yù)測的另一種有效途徑 .致謝南京大學(xué)孫巖教授對論文初稿提出了有益的建議, 審稿專家提出了寶貴的修改意見, 一并致以謝意 .參考文獻(xiàn)1溫志峰 , 鐘建

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