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1、中国科学 : 地球科学2013 年 第43卷第2期:317328中国科学 杂志社SCIENCE CHINA PRESS论 文四川盆地东南部震旦系灯影组藻云岩胶结作用及其成岩流体分析施泽进, 王勇 *, 田亚铭,王长城 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学), 成都 610059; 成都理工大学能源学院, 成都 610059; 成都理工大学核技术与自动化工程学院地球化学系,成都 610059; 成都理工大学地球科学学院, 成都 610059* 联系人 , E-mail: 收稿日期 : 2012-02-08; 接受日期 : 2012-07-25国家自然科学基金(批准号 : 407399
2、03)资助摘要中国四川盆地震旦系灯影组是世界上最古老的天然气储层之一, 在经历了漫长而复杂的构造、成岩演化之后 , 储层的优劣性主要取决于溶蚀作用和胶结作用的相对强弱. 灯影组大量的藻白云岩中不乏溶蚀孔洞, 但绝大多数溶蚀孔洞均被不同形态的白云石胶结物所占据 , 了解这些白云石的形成环境, 对分析储层的保存机制具有特殊的意义 . 本文以薄片鉴定、阴极发光、微量元素及 C, O 和 Sr 同位素等测试分析为手段 ,分析了四川盆地东南部震旦系灯影组藻云岩中的 5 类胶结物的地球化学特征和其成岩流体的性质 . 纤状环边白云石胶结物为典型的海底成岩环境产物 , 其地球化学特征与基岩 (泥晶、微晶云岩
3、)相似 , 可能反映了当时海水的地球化学特征 ; 叶片状白云石胶结物的成岩流体与纤状环边白云石胶结物的成岩流体具有继承性 , 形成于浅埋藏的 “囚禁 ”海水中 ; 细 -中晶白云石胶结物形成于桐湾运动引起的构造抬升时期 , 具有较高的 Sr 同位素比值和较低的 C 和 O 同位素值 , 其成岩流体以淡水为主 ; 粗晶白云石胶结物具有较高的 Mn 含量和非常低的 Fe 和 Sr 含量且 C 同位素值强烈向负偏移 , 与粗晶白云石胶结物形成时大量的烃类成熟运移有关 , 同时 , 烃类的成熟及运移引起的硫酸盐热还原反应对其流体也产生了显著的影响 ; 马鞍状白云石胶结物是一种热液成因的白云石 , 形成
4、于高温卤水中 , 并且这种卤水流经了富含放射性 Sr 同位素的区域 .关键词震旦系灯影组地球化学特征成岩流体白云石胶结作用震旦系灯影组是中国南方元古宙最末的一个地与藻类密切相关的岩石 , 由于其在形成和发展过程层单位 , 它是一套由海相碳酸盐岩组成的地层. 地层中记录了地质历史中环境和生物的演化, 因此是地中藻云岩大量发育 , 形成了数量众多的具藻粘结结球上古老生命活动的证据 1,2 , 也使它们成为研究前构的云岩和形态各异、造型奇特的叠层石 .这些成因寒武纪地球环境和生物演化的重要选择3,4 , 同时 ,中文引用格式:施泽进 , 王勇 , 田亚铭 , 等. 四川盆地东南部震旦系灯影组藻云岩胶
5、结作用及其成岩流体分析. 中国科学 : 地球科学 , 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施泽进等 : 四川盆地东南部震旦系灯影组藻云岩
6、胶结作用及其成岩流体分析由于前寒武纪藻云岩本身就与很多前寒武纪之谜密切相关 , 如叠层石的形成机制5 、前寒武纪白云岩问题6 等, 从而成为了众多学者研究和关注的焦点7,8 .近年来 , 有学者利用叠层石生长的规律性来研究地球、太阳和月球三者之间的空间演化关系, 也取得了丰硕的成果 911 . 相对而言 , 在油气勘探领域中, 由于前寒武纪地层通常都经历了复杂的构造和成岩作用改造 , 使得储层的分布规律难以掌握, 而在世界范围内鲜有研究 . 20 世纪 60 年代 , 中国四川盆地发现了震旦系灯影组气藏 , 使得灯影组成为了世界上最古老的天然气储层之一 , 从而引起了石油地质学家的关注 . 本
7、世纪初 , 在川东南开钻的丁山 1 井钻至震旦系灯影组后 , 钻遇了良好的气显示层 , 揭开了这一地区震旦系的勘探序幕 , 同时也掀起了对灯影组研究的热潮 12,13 . 研究表明四川盆地灯影组具有良好的烃源岩和盖层条件 1416 , 因此对于灯影组的勘探来说关键是储层 , 能否找到优质储层是决定灯影组勘探能否取得突破的关键 . 尽管灯影组可划分出若干个不同的沉积相带 , 但经过了长达 5 亿多年的成岩改造之后 , 沉积相带对储层的控制作用已经变得不是特别明显 (表 1), 对储层影响更为关键的因素是成岩作用 . 然而在过去的研究中 , 人们关注更多的是建设性成岩作用 , 对通常认为是对储层起
8、破坏性作用的胶结作用关注不够 . 实际上胶结物的地球化学特征能够在流体来源 1720 、流体演化 21,22 、流体运移途径23 、胶结物形成温度 24 及形成相对时间 25,26 等问题上提供非常有价值的信息 . 这些信息对人们去理解和预测地下胶结物的分布及其对储层质量的影响至关重要 27 .1 地质背景川东南地区位于四川盆地东南部的川东高陡构造带和川南中低缓构造带 (图 1), 该区下组合 (震旦系 - 志留系 )是川东南地区油气勘探的新层系、 新领域 , 其纵向上发育有多套生储盖组合 , 具有较好的勘探前景 3034 . 震旦系灯影组是这一地区下组合的主要储层段之一 , 为一套局限台地相
9、沉积物 , 可进一步划分为潮上、潮间、潮下、泻湖及碎屑滩等几个亚相沉积 . 该套地层自下而上可分为四段 3537 (图 2). 灯一段主要为深灰色、灰色厚层块状含膏微晶白云岩及少量浅灰、浅灰 -灰、灰色中 - 厚层块状藻叠层白云岩、含藻纹层白云岩、藻纹层白云岩、藻凝块石白云岩、藻屑及藻砂屑白云岩 , 偶夹泥岩及硅质薄层 ; 灯二段地层藻类十分发育 , 可见雪花状、花边状、结核状及纹层状等生长形态的藻类化石 , 岩性主要为浅灰色厚层状藻纹层白云岩、藻叠层白云岩、藻砂屑白云岩、藻凝块石白云岩及粉晶白云岩 , 局部见角砾岩 ; 灯三段地层总体颜色较浅 , 以浅灰色、 浅灰 -灰色、灰色、灰白色为主
10、, 局部见黄灰色及深灰色 , 岩性主要为厚层块状、中 -厚层状藻粘结及藻纹层白云岩、粉 -微晶白云岩、微晶白云岩、 粉晶白云岩及细 -中晶白云岩 , 局部夹少量硅化硅质白云岩或硅质岩 ; 灯四段岩石颜色总体较浅 , 以浅灰色、 浅灰 -灰色为主 , 岩性以厚层状晶粒白云岩及藻白云岩为主 , 局部层间偶夹灰黑色碳质页岩、泥质白云岩及磷块岩 , 白云岩一般为粉 - 细晶结构 , 部分晶粒更粗 , 常见白云石晶斑 , 局部白云岩风化后呈砂糖状 .灯影组藻云岩中发育了大量的窗状孔和溶蚀孔洞, 但绝大多数都被多期的亮晶白云石胶结物所充填, 胶结作用的发育情况直接决定着储层孔隙的保存状况 28,29 .
11、通过流体地球化学分析 , 结合成岩作用、储层研究 , 开展对灯影组藻云岩胶结物的分析 ,对加深灯影组储层形成机制的认识、 理解储层致密化过程及指导有效优质储层的预测具有重要意义 .灯影组沉积之后 , 经历了复杂的构造演化 , 前后经历了七次构造运动 , 多达十余次升降 . 总体而言 , 灯影组的构造演化可分四个阶段 , 寒武纪 - 志留纪的埋藏阶段 , 泥盆纪 -石炭纪的抬升剥蚀阶段 , 二叠纪 - 晚侏罗世的埋藏阶段和晚第三纪 -现今的大幅度抬升阶段 15,38 . 这些构造运动形成的裂缝成为了后期成岩流体运移的主要通道.表 1川东南地区灯影组不同微相孔隙度沉积微相潮间潮上潮下浅滩泻湖最小值
12、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均值相对误差0.045 0.0710.0630.1770.19样品数 (件 )126403737318中国科学 : 地球科学2013年第 43卷第 2期图 1研究区构造简图2 白云石胶结物的岩石学特征震旦系灯影组藻白云岩胶结物按其晶形大小及形态主要可分为 5 类.2.1马鞍状白云石胶结物马鞍状白云石的分布具有一定的局限性 , 在研究区主要分布在构造运动较强烈的丁山构造和林滩场构造中 . 马鞍状白云石胶结物多单独存在于某一溶蚀孔洞或构造缝中 ,
13、几乎不与其他胶结物在同一溶蚀孔洞中出现 , 其晶形粗大 , 在偏光显微镜下具波状消光特征 ( 图 3(a), 具有典型的马鞍状形态 , 阴极射线下发暗褐色光 (图 3(b).2.2粗晶白云石胶结物粗晶白云石也是研究区灯影组藻白云岩中较为常见的一种胶结物 , 这类白云石胶结物多出现在较大的溶蚀孔隙中 , 晶体明亮粗大 (图 3(c), 以半自形 - 自形为主 , 阴极射线下呈红色或红色 - 褐色环带 (图3(d). 常单独出现或与少量的细- 中晶白云石共生.粗晶白云石胶结物中常残存较多的有效孔隙 , 孔隙中常见沥青充填 (图 3(e).2.3细-中晶白云石胶结物细-中晶白云石胶结物是研究区灯影组藻白云岩中最为常见的一种胶结物 , 胶结物晶体干净明亮 , 以他形为主 , 阴极射线下发红褐色光 (图 3(f), (g), 多出现在次生的溶蚀孔隙中 , 局部出现在岩溶角砾岩中(图 3(h), 表明其形成于大量次生溶蚀孔隙之后. 细-中晶白云石胶结物常单独出现在孔隙中 , 胶结物外围几乎看不到其他类型的胶结物 , 在中心部位偶尔可见晶形更粗大的胶结物 . 这类胶结物占据了次生孔隙的 50%80%, 有效孔隙以晶间孔和胶结剩余孔隙为主 .2.4叶片状白云石胶
