徐 欣 胡明毅 高 達(dá)

(1. 長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北武漢 430100； 2. 長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 湖北武漢 430100)

微生物碳酸鹽巖具有豐富的油氣儲(chǔ)量，且主要發(fā)育于時(shí)代較老的地層中。近些年來，隨著勘探技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們已逐漸將深層作為勘探目的層位。川中地區(qū)燈影組四段含有豐富的微生物碳酸鹽巖，但是由于其埋藏深、時(shí)代古老，構(gòu)造作用與成巖作用十分復(fù)雜[1-3]，該區(qū)微生物碳酸鹽巖的研究難度加大。微生物碳酸鹽巖的沉積序列控制著微生物巖儲(chǔ)層性能，目前針對(duì)微生物巖的沉積環(huán)境和沉積序列的研究較少且不夠深入。本文通過薄片、巖心、測(cè)井曲線、掃描電鏡等資料，對(duì)川中磨溪-高石梯地區(qū)燈影組四段微生物碳酸鹽巖沉積特征進(jìn)行研究，并對(duì)其沉積模式進(jìn)行分析，為該區(qū)深層油氣勘探提供依據(jù)，也可為其他微生物巖發(fā)育區(qū)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)磨溪-高石梯地區(qū)位于四川盆地中部的樂山—龍女寺古隆起區(qū)域，屬于川中古隆起中斜平緩帶[4-5](圖1)，面積約2.7×104km2。 研究區(qū)在燈影組四段沉積時(shí)期以局限臺(tái)地相和臺(tái)地邊緣相交互沉積為主[6]，上震旦統(tǒng)燈影組與下伏下震旦統(tǒng)陡山沱組為整合接觸；由于受桐灣運(yùn)動(dòng)的影響，燈影組與上覆下寒武統(tǒng)筇竹寺組為平行不整合接觸，測(cè)井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬值明顯增高。根據(jù)研究區(qū)巖性變化將燈影組分為四段，自下而上依次為燈一段、燈二段、燈三段和燈四段(圖1)，其中燈一段巖性以泥晶云巖為主；燈二段主要發(fā)育藻云巖，其頂部由于風(fēng)化作用而發(fā)育溶蝕孔洞；燈三段泥巖較發(fā)育；燈四段巖性以微生物云巖、晶粒云巖和顆粒云巖為主[7]，可見硅質(zhì)條帶，其頂部由于遭受巖溶作用而常見風(fēng)化巖溶角礫巖，并發(fā)育大量溶蝕孔洞縫。

圖1 研究區(qū)位置及地層柱狀圖

結(jié)合前人的研究，根據(jù)巖心、薄片、測(cè)井響應(yīng)等資料，并結(jié)合小波變換結(jié)果，本文將研究區(qū)燈四段分為5個(gè)四級(jí)層序，即pss1、pss2、pss3、pss4和pss5[8]。以高石16井取心段為例(圖2)，將地層的KTH曲線(即無鈾伽馬曲線，是自然伽馬能譜測(cè)井中的一種，可以將地層中的鈾元素的貢獻(xiàn)區(qū)分出來，因此KTH值能更好地指示黏土含量)導(dǎo)入Matlab中，利用小波工具箱得出10條一維離散曲線(D1—D10)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)D6曲線的震蕩趨勢(shì)與KTH變換趨勢(shì)在關(guān)鍵界面上較吻合。在四級(jí)層序界面處，KTH值達(dá)到最小，從界面向上，KTH值先增大再減小，向上曲線由一個(gè)至多個(gè)漏斗形組成。在四級(jí)層序內(nèi)部，根據(jù)次一級(jí)的KTH曲線變化，并結(jié)合沉積物顏色、巖性，可進(jìn)一步劃分出若干個(gè)五級(jí)層序。

圖2 研究區(qū)高石16井沉積相柱狀圖

2 巖石學(xué)特征

微生物巖是指由底棲微生物通過捕獲沉積物而在原地形成的沉積物，之后通過成巖作用而形成微生物巖，其形成與生物活動(dòng)有關(guān)[9-11]，前人將微生物巖分為疊層石、凝塊石、樹枝石和均一石等。研究區(qū)燈四段發(fā)育的主要微生物巖為藻紋層狀云巖、疊層石云巖和凝塊石云巖(圖3)。

a—藻紋層狀云巖，發(fā)育水平-波狀藻紋層，藻含量達(dá)40%，磨溪105井，5 360.58～5 360.87 m，燈四段；b—藻紋層狀云巖，發(fā)育水平藻紋層，藻含量達(dá)30%，高石20井，5 222.70～5 222.87 m，燈四段；c—藻紋層狀云巖，可見藻紋層，磨溪105井，5 337 m，燈四段；d—疊層石云巖，局部嚴(yán)重硅化，高石21井，5 320.6～5 321.3 m，燈四段；e—疊層石云巖，暗紋層與亮紋層交互出現(xiàn)，高石21井，5 321.56～5 327.71 m，燈四段；f—疊層石云巖，磨溪51井，5 343.6 m，燈四段；g—凝塊石云巖，高石16井，5 459.65～5 459.86 m，燈四段；h—凝塊石云巖，高石16井，5 447.21～5 447.70 m，燈四段；i—凝塊石云巖，高石18井，5 139.5 m，燈四段；j—凝塊石云巖，葡萄花邊狀構(gòu)造，高石101井，5 530.8 m，燈四段。

圖3研究區(qū)燈影組四段微生物碳酸鹽巖巖心、薄片照片

Fig.3CoresandthinsectionsofmicrobialcarbonatesofthefourthMemberofDengyingFormationinthestudyarea

2.1 藻紋層狀云巖

藻紋層狀云巖常呈淺灰色—灰色、薄層—中層狀產(chǎn)出，以藻紋層十分發(fā)育為特征，藻含量30%～50%不等，藻紋層呈水平層狀、波狀、簇狀到花斑狀，巖心上可以觀察到暗色藻紋層。橫向上，藻紋層可連續(xù)也可斷續(xù)，層間通常為淺色薄層的泥—粉晶云巖(圖3a、b)，由微生物釋放的黏液吸附沉積物所形成。鏡下也能看到明顯的藻紋層(圖3c)，鳥眼構(gòu)造較發(fā)育，表明其形成時(shí)水體能量一般。藻紋層云巖通常發(fā)育窗格孔，但孔隙多被亮晶方解石充填，經(jīng)過溶蝕作用的改造可以形成較好的儲(chǔ)集空間。藻紋層狀云巖是研究區(qū)微生物碳酸鹽巖的主要巖石類型，通常發(fā)育于潮間帶的中—低能環(huán)境。

2.2 疊層石云巖

疊層石云巖常呈淺灰色—灰色、中層狀產(chǎn)出，富含微生物的暗紋層和貧藻亮紋層交互出現(xiàn)，紋層包含平坦的紋理狀、波狀、丘狀，局部硅化現(xiàn)象明顯。由于水深、水動(dòng)力條件等沉積環(huán)境的不同[12]，前人將其分為錐狀、波狀、柱狀、丘狀等類型，研究區(qū)主要發(fā)育波狀疊層石云巖和丘狀白云巖(圖3d、e)。手標(biāo)本上層狀疊層石云巖(圖3e)多為淺灰色—灰色，呈層狀，亮暗條紋交替出現(xiàn)，厚度約為0.3～0.8 mm；而丘狀疊層石云巖(圖3d)多為灰色—深灰色，呈丘狀或半球—球狀。巖心上可觀察到疊層石明顯的特征，一層一層，明暗交替。鏡下也能觀察到疊層石云巖的明暗相間的紋層(圖3f)，其暗紋層為微生物所形成，微生物所釋放的黏液吸附沉積物便形成了亮紋層。疊層石云巖局部發(fā)育窗格孔，后期多被亮晶方解石充填而破壞，保存完好的窗格孔較少。層狀疊層石云巖多形成于潮間帶下部，丘狀疊層石白云巖相對(duì)發(fā)育于更深的水體環(huán)境，以潮下帶上部為主。

2.3 凝塊石云巖

凝塊石云巖不具有紋層結(jié)構(gòu)，常由藍(lán)細(xì)菌、綠藻等凝聚成凝塊狀構(gòu)造，暗色富藻沉積呈海綿狀、云霧狀，凝塊間為淺灰色泥—粉晶白云石和顆粒構(gòu)成，與泥晶云巖、疊層石云巖共生(圖3f、h)。川中地區(qū)凝塊石云巖與塔里木地區(qū)凝塊石云巖結(jié)構(gòu)類似，可以分為包殼狀凝塊石云巖(圖3i)和斑狀凝塊石云巖[13](圖3h)。宏觀上，凝塊石云巖為深灰色、灰黑色，凝塊部分為泥晶球狀、瘤狀結(jié)構(gòu)。微觀上，凝塊顆粒通常呈瘤狀凸起，由與微生物活動(dòng)有關(guān)的暗層包裹著中間的亮層所組成，亮色部位可被亮晶方解石充填或半充填。鏡下可以觀察到明顯的葡萄—花邊狀構(gòu)造(圖3j)。凝塊石云巖形成于潮間帶—潮下帶的中—低能環(huán)境，其形成水深要深于疊層石云巖和藻紋層云巖。凝塊石云巖是研究區(qū)微生物碳酸鹽巖的主要巖石類型。

3 沉積相類型及特征

前人對(duì)燈影組的沉積相劃分方案千差萬(wàn)別：陳洪德 等[14]將其定為局限臺(tái)地相；梅冥相 等[15]認(rèn)為燈影組為潮坪相和緩坡相沉積；而洪海濤 等[16]則認(rèn)為四川盆地?zé)粲敖M為局限臺(tái)地相，并將其分為臺(tái)內(nèi)灘、潮坪和潟湖亞相。本文結(jié)合前人的觀點(diǎn)[8,17-18]，并根據(jù)薄片、巖心、測(cè)井曲線等資料，認(rèn)為川中地區(qū)燈影組為臺(tái)地邊緣、局限臺(tái)地和陸棚相交互沉積，其中燈四段屬于臺(tái)地邊緣和局限臺(tái)地相。

3.1 臺(tái)地邊緣相

根據(jù)鉆井資料和巖心資料，研究區(qū)安岳以東、潼南以西區(qū)域燈四段發(fā)育臺(tái)地邊緣相(圖4),該相帶形成于臺(tái)地與斜坡之間地貌相對(duì)較高部位，主要發(fā)育中厚層顆粒云巖、微生物巖，層理構(gòu)造較發(fā)育。根據(jù)巖性和沉積物厚度可以將研究區(qū)燈四段臺(tái)地邊緣相進(jìn)一步分為臺(tái)緣丘、臺(tái)緣灘和臺(tái)緣灘間海等亞相。

圖4 研究區(qū)燈四段沉積相

3.1.1臺(tái)緣丘

該相帶位于臺(tái)地邊緣，往往與臺(tái)緣灘疊置發(fā)育，分布面積較廣，巖石類型多樣，以淺灰色和灰色疊層石云巖、凝塊石云巖和藻紋層狀云巖為主。根據(jù)微生物云巖的類型和發(fā)育規(guī)模，可以將研究區(qū)燈四段臺(tái)緣丘亞相進(jìn)一步分為丘基、丘核和丘蓋微相。

丘基微相形成于潮下帶中—下部，海平面開始下降時(shí)期水體較深，水動(dòng)力條件仍較弱，沉積物以灰色、深灰色凝塊石云巖、泥晶云巖為主，深灰色丘狀疊層石云巖也有發(fā)育。研究區(qū)斑狀凝塊石云巖較常見(圖3h、i)，暗色為凝塊，亮色為凝塊間藻的吸附物或者亮晶方解石，經(jīng)過表生期溶蝕作用或者后期埋藏溶蝕作用形成儲(chǔ)集空間，但物性一般—較差。

丘核形成于潮間帶下部，是微生物丘的主體部分。由于海平面進(jìn)一步下降，水體變淺，此時(shí)微生物碳酸鹽巖開始大量發(fā)育，以灰色藻紋層狀云巖和波狀疊層石云巖為主(圖3a、b、d、e)，深灰色丘狀疊層石偶爾可見。波狀疊層石的亮色紋層中多形成窗格孔，早期形成后未被方解石充填可以作為原生孔隙，但窗格孔多被白云石或亮晶方解石充填導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差，經(jīng)過后期埋藏溶蝕或者表生溶蝕作用后可形成主要儲(chǔ)集空間。其孔隙直徑為0.1～0.2 cm，最大可達(dá)0.5 cm，物性較好。

丘蓋微相形成于潮上帶下部—潮間帶上部，以淺灰色—灰色藻紋層云巖、泥晶云巖、粉細(xì)晶云巖為主，鳥眼構(gòu)造較發(fā)育，表明沉積水體較淺。

3.1.2臺(tái)緣灘

該相帶位于臺(tái)地邊緣浪基面之上的淺水高能地帶，以淺灰色和灰色中厚層狀含藻顆粒云巖為主，根據(jù)灘體厚度和沉積特征又可進(jìn)一步分為灘核、灘翼微相，其中灘核微相主要發(fā)育淺灰色、灰白色中—厚層顆粒白云巖；灘翼微相以灰色、深灰色薄層狀顆粒白云巖和泥晶云巖較發(fā)育。

3.1.3灘間海

該相帶位于臺(tái)緣灘之間相對(duì)低洼和靜水低能的地帶，沉積物顏色較深，以深灰色-灰黑色泥晶云巖為主或含少量黏土，是快速海侵期的主要沉積。

3.2 局限臺(tái)地相

研究區(qū)燈四段局限臺(tái)地相又可進(jìn)一步劃分為臺(tái)內(nèi)丘、臺(tái)內(nèi)灘和臺(tái)內(nèi)潟湖等亞相(圖4a)。

3.2.1臺(tái)內(nèi)丘

臺(tái)內(nèi)丘是受潮汐或波浪作用控制形成的中、低能沉積，以淺灰色藻紋層云巖、疊層石云巖和凝塊石云巖為主。與臺(tái)緣丘類似，臺(tái)內(nèi)丘可以進(jìn)一步分為丘基、丘核和丘蓋微相。臺(tái)內(nèi)丘的沉積水深與臺(tái)內(nèi)灘相比往往更淺，水動(dòng)能中等—較低，既具有原生的藻黏結(jié)或藻疊層相關(guān)的組構(gòu)孔隙，同時(shí)易受到準(zhǔn)同生期的巖溶作用改造。

3.2.2臺(tái)內(nèi)灘

臺(tái)內(nèi)灘通常位于臺(tái)地內(nèi)部沉積期古地貌略高的區(qū)域，受潮汐或波浪作用持續(xù)影響作用較強(qiáng)，形成藻砂屑、鮞粒和少量礫屑等碳酸鹽顆粒，藻砂屑是主要的顆粒類型。發(fā)育以淺灰色含藻顆粒云巖為主的高能沉積，巖石類型以顆粒云巖為主。臺(tái)內(nèi)灘可以進(jìn)一步分為灘核和灘翼微相。臺(tái)內(nèi)灘往往既具有相對(duì)高的原生孔隙，同時(shí)易受到高頻海平面下降導(dǎo)致的早期巖溶作用，易發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

3.2.3臺(tái)內(nèi)潟湖

該相帶是局限臺(tái)地內(nèi)部相對(duì)深水的區(qū)域，極少受潮汐或波浪作用影響，以灰色泥晶云巖為主，發(fā)育泥晶云巖、含泥云巖和含膏-膏質(zhì)泥晶-粉晶云巖。根據(jù)發(fā)育的主要巖相類型又可將臺(tái)內(nèi)潟湖亞相分為云質(zhì)潟湖、云泥質(zhì)潟湖和膏云質(zhì)潟湖。

4 沉積特征

4.1 垂向上典型沉積序列

根據(jù)測(cè)井響應(yīng)特征，并結(jié)合前人的研究成果，在研究區(qū)燈四段識(shí)別出了3種縱向沉積序列(圖5)。

4.1.1丘基-丘核-丘蓋

在該沉積序列中，丘基通常發(fā)育在微生物丘形成初期，為生物丘形成的基礎(chǔ)。該時(shí)期為海平面下降初期，主要發(fā)育灰褐色泥晶云巖，凝塊石云巖，也可見丘狀疊層石云巖，沉積物顏色較深。丘核發(fā)育于一期藻丘的中期，為微生物丘沉積的主體部分，發(fā)育灰色藻紋層云巖、層狀疊層石云巖和凝塊石云巖。丘蓋為丘核結(jié)束之后的沉積產(chǎn)物，沉積物以淺灰色—灰色藻紋層云巖、泥晶云巖為主。該沉積序列顯示了一個(gè)海平面下降，水體變淺的過程，可以將其劃分為五級(jí)層序的高位域。丘基-丘核-丘蓋的沉積序列在臺(tái)緣丘(圖5a)和臺(tái)內(nèi)丘(圖5b)內(nèi)均可以發(fā)育，均可形成一期或多期的丘基-丘核-丘蓋旋回，沉積物巖性也大致相同，在測(cè)井曲線上可以識(shí)別。在臺(tái)緣丘亞相中，該序列在測(cè)井響應(yīng)為GR總體為鋸齒狀低值箱形和鐘形、電阻率為中—高值；而在臺(tái)內(nèi)丘亞相內(nèi)，GR總體為中—低值漏斗形和箱形的復(fù)合類型，電阻率為中—低值或低值。

圖5 研究區(qū)燈四段微生物丘典型沉積序列

4.1.2灘間海-臺(tái)緣丘-臺(tái)緣灘

該沉積序列下部發(fā)育灘間海沉積(圖5c)，形成于海退早期，此時(shí)沉積水體較深，沉積物以暗色泥晶云巖為主。隨著海平面下降，逐漸過渡為臺(tái)緣丘沉積，沉積物顏色變淺，以灰色—深灰色藻紋層云巖、凝塊石云巖和疊層石云巖為主。隨著海平面進(jìn)一步下降，加之早期的沉積物的堆積，可容納空間減小，此時(shí)海底地貌高地處于浪基面附近，臺(tái)緣灘亞相開始發(fā)育，沉積物以淺灰色亮晶顆粒云巖為主。此沉積序列暗示了一個(gè)水體變淺的過程，為四級(jí)層序的高位域，測(cè)井曲線上表現(xiàn)為GR為低值齒化的箱形，電阻率為中值，其中臺(tái)緣丘電阻率通常比臺(tái)緣灘略低。

4.1.3潟湖-臺(tái)內(nèi)丘-臺(tái)內(nèi)灘

該沉積序列下部發(fā)育潟湖沉積(圖5d)，此時(shí)期沉積水體較深，沉積物類似灘間海亞相，以深灰色—灰黑色泥晶云巖為主。隨著海平面下降，臺(tái)內(nèi)丘開始發(fā)育，沉積物類似臺(tái)緣丘，以灰色—深灰色藻紋層云巖、凝塊石云巖和疊層石云巖為主。之后，海平面持續(xù)下降，臺(tái)內(nèi)灘開始發(fā)育，沉積物以淺灰色亮晶顆粒云巖為主。該沉積序列為一個(gè)四級(jí)層序的高位域，反映了一個(gè)水體變淺的過程，測(cè)井上表現(xiàn)為KTH值為鋸齒狀中—低箱形和漏斗形，其中臺(tái)內(nèi)丘的KTH值比臺(tái)內(nèi)灘的略高，電阻率為中—低值。

4.2 橫向展布特征

圖6為研究區(qū)建立的一條NE向連井剖面，可以看出，從南西到北東，研究區(qū)由臺(tái)地邊緣相過渡到局限臺(tái)地相，臺(tái)緣丘灘體和臺(tái)內(nèi)丘灘體均較發(fā)育，但整體上臺(tái)緣丘更為發(fā)育，厚度、規(guī)模更大，橫向連續(xù)性更好，而臺(tái)內(nèi)丘體厚度更薄、規(guī)模更小，且由高石21井到磨溪23井，由丘核過渡到丘基，厚度也逐漸減薄?？傮w上，臺(tái)緣丘內(nèi)丘核微相更發(fā)育，臺(tái)內(nèi)丘內(nèi)部丘基微相更發(fā)育。

圖6 研究區(qū)燈四段層序格架內(nèi)沉積相展布

5 主控因素

研究區(qū)燈四段微生物碳酸鹽巖的分布受海平面變化、水深、層序、古地貌、沉積相等因素的影響,其中海平面變化、水體深度和層序影響了微生物巖垂向上的分布，而古地貌變化和沉積相則影響了微生物巖的橫向分布，但總體而言，微生物巖的分布主要受海平面升降和古地貌變化的控制[5,19-20]。

5.1 海平面升降

微生物碳酸鹽巖通常形成于水體能量中等—較低的環(huán)境，主要在潮下帶上部—潮間帶形成。海平面的變化[5,19，21-23]及其所導(dǎo)致的水體深度、鹽度、水動(dòng)力條件的變化和層序的劃分對(duì)微生物巖的形成與發(fā)育均起著重要作用。海平面的變化控制著微生物巖的垂向發(fā)育序列。當(dāng)海平面上升時(shí)，水體較深，水體環(huán)境不適合微生物生長(zhǎng)，微生物巖不發(fā)育；當(dāng)海平面開始下降時(shí)，微生物巖開始發(fā)育，并逐漸發(fā)育丘基、丘核和丘蓋。隨著多個(gè)次級(jí)海平面的升降變化，發(fā)育多期丘基—丘核—丘蓋的縱向序列。隨著沉積物的不斷堆積，當(dāng)沉積物到浪基面附近時(shí)，水體環(huán)境已不再適合微生物發(fā)育，微生物巖停止生長(zhǎng)。

5.2 古地貌變化

磨溪-高石梯地區(qū)古地貌具有西低東高的特點(diǎn)，微生物巖多發(fā)育在地貌高部位，即臺(tái)地邊緣和局限臺(tái)地的相對(duì)隆起區(qū)域(圖4a)，低洼處少許發(fā)育或不發(fā)育。微生物丘在橫向上成片發(fā)育，相互疊置，其中臺(tái)地邊緣相微生物丘厚度大、規(guī)模大，局限臺(tái)地相微生物丘厚度薄、規(guī)模較小。此外，古地貌的變化還決定了不同區(qū)域的微生物巖的巖性的差異。

6 結(jié)論

1) 磨溪-高石梯地區(qū)燈四段為局限臺(tái)地相和臺(tái)地邊緣相交互沉積,微生物碳酸鹽巖形成于臺(tái)內(nèi)丘和臺(tái)緣丘亞相，主要發(fā)育藻紋層云巖、疊層石云巖和凝塊石云巖。

2) 研究區(qū)燈四段垂向上識(shí)別出了3種典型的沉積序列，分別為丘基-丘核-丘蓋，灘間海-臺(tái)緣丘-臺(tái)緣灘和潟湖-臺(tái)內(nèi)丘-臺(tái)內(nèi)灘，每種沉積序列均反映了沉積水體向上變淺，且每種序列均發(fā)育于整個(gè)沉積旋回的中晚期，即高位體系域(前者為五級(jí)層序，后兩者為四級(jí)層序)?？傮w上，研究區(qū)燈四段微生物丘橫向展布性較好，臺(tái)緣丘體規(guī)模較臺(tái)內(nèi)丘體大。

3) 海平面升降與古地貌變化是影響研究區(qū)燈四段微生物碳酸鹽巖的分布位置與規(guī)模的主控因素。垂向上，微生物丘形成于五級(jí)層序高位體系域，丘核位于高位體系域中上部；橫向上，微生物丘形成于古地貌相對(duì)隆起區(qū)，藻丘連片展布，疊置生長(zhǎng)。

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