田景春 林小兵 張翔 彭順風(fēng) 楊辰雨 羅壽兵 徐亮

1.油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國家重點實驗室成都理工大學(xué)，成都 610059 2.中石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610059

1 引言

四川盆地經(jīng)過半個多世紀的油氣勘探，在下二疊統(tǒng)地層中已發(fā)現(xiàn)了50余個氣田(或含氣構(gòu)造)，累計探明天然氣超過800×108m3，具有良好的油氣勘探潛力(王運生和金以鐘，1997;徐世琦等，2005;石新等，2005)。盡管目前盆地內(nèi)鉆遇棲霞組的井已達1100余口，但總體來說，盆地內(nèi)棲霞組的天然氣勘探程度依然較低。前人對包括棲霞組在內(nèi)的四川盆地下二疊統(tǒng)白云巖成因及其儲集性進行了一系列研究，提出了多種白云巖成因類型，如混合水白云化作用(張蔭本，1982;宋文海，1985;陳明啟，1989)、埋藏云化局部疊加高溫條件或特殊熱事件影響云化(何幼斌和馮增昭，1996)、埋藏?zé)嵋函B加混合水云化(王運生和金以鐘，1997)、玄武巖淋濾白云石化(金振奎和馮增昭，1999)、混合水和埋藏白云化作用(蔣志斌等，2009)。

然而，以往對盆地內(nèi)棲霞組白云巖的研究往往局限于盆地的某一個地區(qū)，較少從全盆地的角度開展整體性、統(tǒng)一性的研究和差異性分析。而不同地區(qū)白云巖成因機理的差異性，決定了不同地區(qū)白云巖儲集性具有很大的差異性。因此，深入探討棲霞組白云巖(尤其是灘相白云巖)的成因機理，進而分析灘相白云巖對油氣的儲集意義，可以為四川盆地棲霞組進一步的油氣勘探提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)資料。

2 棲霞組地層、沉積背景

四川盆地二疊系棲霞組廣泛發(fā)育，厚度主要分布范圍為20～300m，平均穩(wěn)定在100～150m之間(陳宗清，2009)，并進一步劃分兩段，自下而上為棲霞組一段(俗稱棲一段)和棲霞組二段(俗稱棲二段)。其中，棲一段巖性主要為深灰色紅(綠)藻屑泥-粉晶灰?guī)r、亮晶藻屑砂屑灰?guī)r，夾泥質(zhì)條紋、條帶和燧石結(jié)核團塊，局部夾薄層狀粉晶-細晶云質(zhì)灰?guī)r。棲二段巖性主要為淺灰～褐灰色晶粒云巖、泥-亮晶生屑灰?guī)r、亮晶藻屑或藻團?；?guī)r、泥-粉晶灰?guī)r、灰質(zhì)云巖、云質(zhì)灰?guī)r，夾少量頁巖。棲霞組化石含量豐富，主要為紅綠藻、有孔蟲，以及腹足、棘屑、腕足、介形蟲等。

從區(qū)域沉積格局上看，四川盆地在棲霞期沉積環(huán)境變化不大(馮增昭，1996;胡明毅等，2010)，主體為開闊臺地、臺地邊緣沉積，其中在臺地上發(fā)育臺內(nèi)淺灘沉積，臺地邊緣發(fā)育臺緣灘等亞相類型(圖1)。根據(jù)旋回性，棲霞組可識別出兩個旋回的海平面變化，分別對應(yīng)棲一段和棲二段。在上述沉積演化過程中，棲霞組白云巖主要發(fā)育于棲二段，儲集性能良好(陳宗清，2009)。

圖1 四川盆地棲霞組巖相古地理及地層劃分(a)-四川盆地棲霞組巖相古地理及資料點分布;(b)-棲霞組地層劃分及展布特征Fig．1 The lithofacies paleogeography and stratigraphic division of Qixia Formation in the Sichuan Basin

表1 四川盆地二疊系棲霞組部分鉆井白云巖厚度統(tǒng)計表Table 1 Dolomite thickness of Qixia Formation drillings in the Sichuan Basin

本研究充分利用采自于四川盆地西北部的龍17井、礦2井、礦3井、吳家1井和劍閣地區(qū)的長江溝剖面、四川盆地西南部的漢深1井和樂山地區(qū)的毛坪剖面及盆地東部地區(qū)的華鎣溪口剖面的棲霞組白云巖樣品，通過對白云巖的巖石學(xué)、地球化學(xué)特征的研究，認識四川盆地二疊系棲霞組白云巖的成因機理及不同區(qū)域不同成因類型白云巖的疊加效應(yīng)。

3 白云巖分布及類型

圖2 棲霞組白云巖等厚圖Fig．2 The isopach map of dolomite in the Qixia Formation

四川盆地棲霞組白云巖厚度統(tǒng)計結(jié)果顯示(表1)，棲霞組白云巖的厚度變化較大，從不到1米至幾十米不等;從區(qū)域分布上看，棲霞組白云巖主要發(fā)育于盆地西部，盆內(nèi)其它地區(qū)零星分布(圖2)。白云巖的分布情況顯示，白云巖發(fā)育地區(qū)與沉積背景關(guān)系密切，分布于盆地西部的白云巖為臺地邊緣灘相沉積背景，而盆地內(nèi)零星分布主要為臺內(nèi)灘沉積背景(圖1)。

根據(jù)白云巖在地層中的產(chǎn)出的宏觀特征上看，棲霞組白云巖(或白云石)的類型主要包括三種:白云巖化不徹底的豹斑狀(云質(zhì))灰?guī)r、沿縫合線發(fā)育晶型較好的具有霧心亮邊特征的白云巖(或白云石)和晶粒白云巖。從微觀結(jié)構(gòu)特征上看，按照黃思靜等(2011)的分類，又可將結(jié)晶白云巖劃分為平直晶面半自形晶-非平直晶面他形晶、非平直晶面鞍形晶、平直晶面斑狀晶等結(jié)構(gòu)類型。

4 棲霞組灘相白云巖成因機理

上述不同類型和晶體結(jié)構(gòu)的白云巖，代表了不同的成因機理。通過顯微薄片鑒定及測試分析化驗資料綜合分析，認為四川盆地棲霞組灘相白云巖的成因機理主要有以下三種類型。

4.1 混合水白云巖化成因類型

混合水白云巖化成因的白云巖在棲霞組白云巖中并不占優(yōu)勢地位。但基于棲霞組臺緣、臺內(nèi)灘較為發(fā)育的沉積背景，認為在灘相沉積中具有發(fā)育大氣淡水成巖環(huán)境的有利條件，并發(fā)育混合水白云石化。據(jù)野外露頭和巖心的觀察，此類白云巖宏觀上看呈豹斑狀，微觀上看白云石晶體呈分散狀分布，晶型較好(圖3)，為平直晶面斑狀晶，主要呈選擇性地交代顆粒和泥晶基質(zhì)(原始成分為文石或高鎂方解石)。由于低溫條件下的白云化作用趨向于原始結(jié)構(gòu)保存(黃思靜等，2011)，因此，該類白云石是相對低溫下白云石化的產(chǎn)物。

從碳氧同位素上看(表2)，表現(xiàn)為氧同位素偏負值，碳同位素偏正值，反應(yīng)了早期淡水參與的白云石化的特征。

表2 棲霞組豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)云巖碳氧同位素值Table 2 The values of carbon and oxygen isotopes of leopard dolomitic limestone or gray dolomite

圖3 棲霞組混合水白云巖化所形成的白云石特征(a)-臺緣灘亮晶砂屑生屑灰?guī)r，發(fā)育大氣淡水成因滲濾粉砂，龍17井，5856.20m，棲霞組，單偏光;(b)-混合水白云巖化形成的云石呈分散狀零星分布于亮晶砂屑灰?guī)r，龍17井，5869.60m，棲霞組，單偏光Fig．3 Features of dolomite formed by mixed water dolomitization in Qixia Formation

圖4 棲霞組埋藏白云巖化所形成的白云巖特征(a)-具有霧心亮邊的灰質(zhì)云巖，礦3井，棲霞組，單偏光;(b)-具有霧心亮邊的云質(zhì)灰?guī)r，華鎣溪口剖面，棲霞組，單偏光Fig．4 The features of dolomite formed by burial dolomitization in Qixia Formation

4.2 埋藏白云巖化成因類型

由埋藏白云巖化所形成的白云巖(或白云石)宏觀上看成呈斑塊狀沿縫合線發(fā)育，晶型較好，多呈平直晶面半自形晶，鏡下可觀察到部分晶體具有霧心亮邊特征(圖4)。同時，該類白云石的陰極發(fā)光特征表現(xiàn)為具有相對較強的環(huán)帶狀陰極發(fā)光，而未云化部分包括生物或灰泥基質(zhì)通常不具陰極發(fā)光，或者僅僅有非常弱的陰極發(fā)光(黃思靜等，2011)。從陰極發(fā)光特征來看，生物或灰泥基質(zhì)較好地保存了原始海水特征，具有較低的鐵錳值，相比而言，白云石鐵、錳含量較高且存在明顯變化。

4.3 熱液白云巖化成因類型

熱液白云巖化所形成的白云巖是四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖中最主要的類型。其產(chǎn)出狀態(tài)往往呈厚層狀、大規(guī)模分布。鏡下觀察該類云巖晶體也較為粗大，經(jīng)常是粗晶甚至極粗晶，晶體結(jié)構(gòu)主要為非平直晶面他形晶和非平直晶面鞍形晶(馬鞍狀白云石)。其中馬鞍狀白云石是最具典型結(jié)構(gòu)特征的白云石類型，主要以膠結(jié)物形式充填在孔隙(洞)中，部分馬鞍狀白云石晶面呈鐮刀狀弧形(圖5)，具波狀消光。

圖5 棲霞組熱液成因白云石特征(a)-晶面呈鐮刀狀弧形的馬鞍狀白云石，漢深1井，4971.05m，藍色鑄體薄片單偏光;(b)-波狀消光的馬鞍狀白云石，漢深1井，4978.80m，藍色鑄體薄片正交偏光Fig．5 The features of dolomite formed by hydrothermal dolomitization in Qixia Formation

除了晶體形態(tài)以外，熱液白云巖化在棲霞組白云巖中還有多種響應(yīng)特征，包括:與熱液作用有關(guān)的特殊礦物共生組合，陰極發(fā)光，同位素，包體測溫等方面。這些響應(yīng)特征具體表現(xiàn)如下:

“交通便捷”“經(jīng)濟實惠”“性價比高”是游客價值中經(jīng)濟價值相關(guān)的高頻詞匯。經(jīng)濟價值是指游客從產(chǎn)品和服務(wù)的功能或?qū)傩灾兴@得的感知效用，包括對于成本和基礎(chǔ)設(shè)施的感知等。通過文本分析，游客對基礎(chǔ)設(shè)施的感知包括裝修風(fēng)格、地理位置、交通便捷程度等。這些都反映了游客對于民宿所提供的基礎(chǔ)設(shè)施的好感。但也有少數(shù)游客反映了對于民宿基礎(chǔ)設(shè)施的不滿，例如“房間簡陋”“設(shè)施陳舊”等，這在一定程度上也說明民宿價格低廉、沒有形成固定統(tǒng)一的規(guī)模。這是由于民宿主要是以家庭副業(yè)經(jīng)營，為游客提供鄉(xiāng)野生活的住宿居所，這是民宿有別于旅館和飯店的特質(zhì)。

(1)熱液礦物組合的響應(yīng)

與晶型粗大的馬鞍狀白云石組成的白云巖共生的熱液礦物組合主要包括:自生石英、螢石、磷灰石等(圖6)。

此前對于四川盆地棲霞組白云巖中自生螢石的報道很少(黃思靜等，2012)。本文在薄片尺度的顯微鏡觀察中，觀察到螢石的產(chǎn)出方式和賦存狀態(tài)主要有兩種:①賦存于白云石晶內(nèi)的自生螢石，為交代鞍形白云石的產(chǎn)物，單個晶體大小主要為0.06～0.1mm(圖6c，螢石交代云石);②賦存于白云石晶間孔中的自生螢石，單個螢石晶體大小主要在沿著白云石基底向孔隙空間生長，單個晶體大小主要為0.2～0.4mm，晶體形態(tài)受控于孔隙空間，部分螢石晶面平直，局部與平直白云石晶面平行相交(圖6c，自生螢石)。自生螢石的發(fā)育在缺乏蒸發(fā)鹽的棲霞組沉積條件下，可以認為是熱液成因。

石英(圖6a，b)和磷灰石(圖6d)是四川盆地棲霞組白云巖中普遍發(fā)育的自生礦物，主要充填在白云石晶間孔內(nèi)，晶體多呈自形，但晶體都很小，粒徑主要分布在幾微米至20微米的范圍內(nèi)。

(2)熱液作用導(dǎo)致白云石的重結(jié)晶響應(yīng)

熱液活動導(dǎo)致白云石重結(jié)晶，白云石晶體呈細-中晶大小，部分可為粗-極粗晶，重結(jié)晶晶體界面不規(guī)則，晶體表面呈云霧狀，可以見到晶間孔殘余(圖6e)。

(3)熱液溶蝕作用

熱液活動過程中不僅導(dǎo)致白云石的重結(jié)晶，同時導(dǎo)致白云石發(fā)生溶蝕作用，形成溶孔(圖6f)。

(4)流體包裹體均一化溫度

棲霞組馬鞍狀白云石的流體包裹體與同層的方解石相比，具有較高的均一化溫度，通常都高于100℃，在110～190℃之間(表3)。較高的均一化溫度留下了熱液活動的證據(jù)。

(5)碳、氧同位素特征

圖6 熱液白云巖化的組合響應(yīng)特征(b、d據(jù)黃思靜等，2012)(a)-自生石英，毛坪剖面，棲霞組，正交偏光;(b)-自生石英，礦2井，2414.07m，棲二段，掃描電鏡照片;(c)-自生螢石，漢深1井，4971.05m，藍色鑄體薄片單偏光;(d)-自生磷灰石，長江溝剖面，60m，棲二段，掃描電鏡照片;(e)-白云石重結(jié)晶，漢深1井，4969.10m，單偏光;(f)-白云巖熱液溶蝕作用，漢深1井，巖心照片F(xiàn)ig．6 The response characteristics of hydrothermal dolomitization(b and d after Huang et al．，2012)

據(jù)Davies and Smiths(2006)對全球白云石碳氧同位素分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計，與熱液有關(guān)的馬鞍狀白云石δ13C(PDB)大多數(shù)在－3‰～5‰之間，δ18O(PDB)最常見的在－12‰～ －5‰的范圍。四川盆地有關(guān)地區(qū)棲霞組碳氧同位素數(shù)據(jù)與全球的馬鞍狀白云石碳氧同位素吻合性很好(表4);而且馬鞍狀白云石氧同位素值較全球統(tǒng)計白云巖具有較高負偏移，這是熱分餾的結(jié)果，表明了熱液活動的存在。

5 白云巖發(fā)育條件與白云巖化作用的疊加效應(yīng)

5.1 白云巖發(fā)育條件

(1)高能生屑灘是白云巖化作用發(fā)育的有利背景

通過對現(xiàn)代及地質(zhì)歷史時期生物(屑)灘微相研究表明，灘相沉積一般發(fā)育于正常浪基面以上，水體較淺，海水通暢，水動力條件強。在這種環(huán)境下堆積形成的棲霞組灘體，一般生物(屑)含量較高，以亮晶方解石膠結(jié)為主，灰泥組分不多(圖3)，沉積體規(guī)模亦較大(圖1)。這種高能灘沉積一方面自身具有良好的原始滲濾能力(后期膠結(jié)作用之前);另一方面，因為灘體古地貌高，容易暴露而發(fā)生溶蝕作用，產(chǎn)生次生孔隙，為后期混合水白云巖化創(chuàng)造了條件。

表3 棲霞組馬鞍狀白云石的流體包裹體均一化溫度Table 3 The homogenization temperatures of fluid inclusions of saddle dolomite in Qixia Formation

表4 棲霞組馬鞍狀白云石碳氧同位素值Table 4 The values of carbon and oxygen isotope of saddle dolomite in Qixia Formation

(2)裂縫的發(fā)育為白云巖化創(chuàng)造了條件

在不同白云石化作用疊加過程中，裂縫的作用至關(guān)重要。棲霞組早期灘相沉積隨著壓實作用和膠結(jié)作用的進行，原生孔隙逐漸縮減甚至于致密化。在后期熱液白云石化作用疊加改造的過程中，裂縫成為云化流體的主要輸送通道。因此，在鏡下觀察到的結(jié)果是，棲霞組馬鞍狀白云石，首先充填在裂縫中，隨著距離裂縫的遠去，云化程度快速減弱以至于沒有白云石化(圖7)。

5.2 白云巖化作用的疊加效應(yīng)

由于白云巖化過程的多階段性(Machel and Anderson，1989)，因此，四川盆地棲霞組白云巖幾種成因類型，對整個白云石化進程具有明顯不同的影響，現(xiàn)今無論是在野外剖面還是鉆井巖心中所看到的白云巖其實為多種白云巖化作用疊加后的最終結(jié)果。疊加效應(yīng)主要表現(xiàn)在以下幾方面:

(1)白云巖規(guī)模疊加效應(yīng)

白云巖發(fā)育的規(guī)模，除了受控于不同的沉積背景和構(gòu)造條件，還受控于不同白云石化作用的疊加改造?？傮w表現(xiàn)為在構(gòu)造裂縫發(fā)育的川西南部地區(qū)，在大氣淡水云化基礎(chǔ)上發(fā)育大規(guī)模熱液改造，導(dǎo)致白云巖呈厚層狀發(fā)育;在川西北部地區(qū)，熱液改造范圍有限，僅在裂縫兩側(cè)有限范圍內(nèi)發(fā)育熱液云化，因此，白云巖主要呈薄層、斑塊狀發(fā)育;在川東-川南地區(qū)，主要發(fā)育大氣淡水云化，白云石規(guī)模較小，呈零星分布(圖2)。

(2)白云石晶體形態(tài)的疊加效應(yīng)

棲霞組白云巖的晶體形態(tài)，既有原始結(jié)構(gòu)保存良好的，也有重結(jié)晶和馬鞍狀白云石，但總體以不具原始結(jié)構(gòu)或者原始結(jié)構(gòu)保存較差的白云石為主。說明了灘相沉積的白云石化疊加過程:首先經(jīng)歷了低溫條件下的白云化作用，從而形成了具良好原始結(jié)構(gòu)的白云石，后期在構(gòu)造作用下產(chǎn)生裂縫，熱液順裂縫流動的過程中，早期的灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r(包括具良好原始結(jié)構(gòu)的白云石)被熱液疊加改造，從而導(dǎo)致白云石重結(jié)晶和彎曲晶面白云石的形成。并且，從粗-極粗晶等較大的白云石晶體尺寸可以看出，熱液疊加改造過程中鎂離子濃度較低(黃思靜等，2011)，并且隨著熱液鎂離子濃度的進一步降低，在孔洞中充填巨晶馬鞍狀白云石?，F(xiàn)今的白云巖，主要是熱液改造的結(jié)果，占到了云巖的主要比例。

(3)白云石地球化學(xué)特征的疊加效應(yīng)

碳氧同位素特征的疊加效應(yīng):碳氧同位素特征對不同白云石作用疊加的響應(yīng)，體現(xiàn)為規(guī)律性的偏差。棲霞組白云石的碳同位素值介于1‰～5‰，總體特征偏正;氧同位素值介于－12‰～－2‰，變化幅度較大。這些相對混亂的數(shù)值說明了白云巖化流體的多源性(如淡水和熱液)和疊加效應(yīng)。

流體包裹體溫度的疊加效應(yīng):四川盆地棲霞組白云石的流體包裹體溫度，跨度從60°到200°以上。這種溫度變化范圍，說明了白云石化作用過程中，溫度的梯級升高。相對較低的溫度，對應(yīng)于混合水條件下形成的較好原始結(jié)構(gòu)的白云石;而較高的溫度，一方面體現(xiàn)了熱液的參與，同時，總體較高的溫度為棲霞組白云石化作用克服了白云石化作用的動力學(xué)屏障，為疊加白云石化作用提供了有利條件。

圖7 云質(zhì)亮晶砂屑灰?guī)r(龍17井，5870.50m，染色片，拼版照片)Fig．7 The dolomitic sparite dolarenite limestone(Long17 well，5870.50m，Staining)

6 結(jié)論

(1)四川盆地棲霞組白云巖的規(guī)模變化較大，從不到一米至幾十米不等，主要發(fā)育于盆地西部，盆內(nèi)其它地區(qū)零星分布。白云巖的發(fā)育與沉積背景關(guān)系密切，分布于盆地西部的白云巖為臺地邊緣灘相沉積背景，而盆地內(nèi)零星分布主要為臺內(nèi)灘沉積背景。

(2)棲霞組白云巖有三種成因類型:包括(1)混合水白云巖化所形成的白云巖(或白云石)，白云石晶體呈分散狀分布，晶型較好，具良好的原始結(jié)構(gòu)，為平直晶面斑狀晶;(2)埋藏白云石化成因的白云巖(或白云石)，呈斑塊狀沿縫合線發(fā)育，晶型較好，多呈平直晶面半自形晶，部分晶體具有霧心亮邊特征;(3)熱液白云石化成因的白云巖，厚層狀，晶體主要是粗晶甚至極粗晶，晶體結(jié)構(gòu)主要為非平直晶面他形晶和非平直晶面鞍形晶(馬鞍狀白云石)，同時發(fā)育與熱液作用有關(guān)的特殊礦物共生組合。

(3)棲霞組白云巖為多種白云巖化作用疊加形成的，這種疊加效應(yīng)在白云巖規(guī)模、晶體形態(tài)、同位素特征和流體包裹體溫度等方面均有體現(xiàn)?？傊?，灘相沉積是白云巖化的基礎(chǔ);不同類型的白云巖化作用是關(guān)鍵;裂縫的發(fā)育為白云巖化創(chuàng)造了條件。

致謝 文中的顯微觀察及礦物流體包裹體測試分析利用油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，英國Renishaw invia系列新型激光共焦顯微拉曼光譜儀完成，在此表示感謝。

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