宋金民, 劉樹根,2, 金 鑫, 汪 華, 范建平, 江青春, 田小彬, 葉玥豪, 李 亞, 李智武, 楊 迪, 王佳蕊, 羅 平,

(1.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))，成都 610059; 2.西華大學(xué)，成都 610039; 3.中國石油西南油氣田分公司，成都 610041; 4.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083; 5.大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712)

海泡石是一種富SiO2和Mg2+、貧Al3+的黏土礦物，現(xiàn)代的海泡石主要分布在大西洋、印度洋的洋中脊和深海平原[1-2]以及高鹽湖泊的低陸源湖盆中心[3-4]。海泡石礦床具有重要的工業(yè)價值，主要分布在美國、法國、土耳其、西班牙、塞內(nèi)加爾等國，多產(chǎn)于新近系陸相沉積地層中[5-8]。西班牙是海泡石礦產(chǎn)資源最豐富的國家，海泡石儲量約2×107t[9-10]。

中國已探明海泡石礦的儲量約為 1 500 t，多產(chǎn)于華南地區(qū)二疊系海相地層中，主要分布在贛西-湘東-湘中和湘西北以及陜南一帶[11-13]。目前認為海泡石的成因有3種：第一種是直接沉淀，在干旱-半干旱氣候下，貧火山物質(zhì)的深海中，隨著海水溶解態(tài)Si和Mg2+濃度升高直接發(fā)生化學(xué)沉淀形成[14-22]；第二種是異地搬運，認為深海海泡石可能是盆地邊緣局限環(huán)境中形成的自生礦物之后被搬運至深海環(huán)境[23-27]；第三種是沉積-成巖作用的產(chǎn)物，認為海泡石是先存的蒙脫石、火山沉積物或富鎂碳酸鹽巖受熱液蝕變或轉(zhuǎn)化形成的，其形成是受沉積-成巖作用控制的[16,28-34]。

四川盆地在石棉縣有蛇紋石蝕變型海泡石的報道[35]，近期在中二疊統(tǒng)茅口組有早期成巖過程中孔隙水與熱液流體交代的海泡石-滑石的報道[36-37]。但目前對海泡石-滑石的成因、產(chǎn)狀和油氣地質(zhì)意義的探討還不夠深入。鑒于此，本文通過野外剖面實測和巖心觀察，運用薄片鑒定、氬離子拋光、X射線衍射和掃描電鏡等手段，對四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石產(chǎn)狀特征、成因機理及發(fā)育模式進行研究，從海泡石形成轉(zhuǎn)化的條件和產(chǎn)物的角度，探索含海泡石層系的源儲配置新模式及其油氣勘探有利地區(qū)，為四川盆地二疊系油氣勘探部署提供參考。

1 地質(zhì)背景

二疊紀(299～252 Ma B.P.)是顯生宙全球格局轉(zhuǎn)變的重要時期。此時Pangea超級大陸開始裂解，古特提斯洋進一步擴張[38-40]，并伴隨峨眉山大火成巖省的集中式大規(guī)模噴發(fā)[40]等一系列全球性事件的發(fā)生。石炭紀-二疊紀發(fā)育一次全球的冰期事件，形成了大面積分布的大陸冰蓋，二疊紀全球古氣候經(jīng)歷了由寒冷→溫暖的轉(zhuǎn)變，早-中二疊世全球仍處于寒冷氣候[41-42]，中二疊世瓜德魯普期，全球氣候轉(zhuǎn)入溫涼時期[43-44]，此時古海水中Mg2+含量處于整個顯生宙的波峰位置，為文石海時期[45-46]。

該時期華南克拉通位于古赤道附近，東西向分隔泛大洋和古特提斯洋[47]，由兩個碰撞板塊(揚子板塊和華夏板塊)和兩個深水盆地(江南盆地和右江盆地)組成[48]。四川盆地所在的上揚子板塊在中二疊世為淺水碳酸鹽臺地和深水陸棚相間發(fā)育(圖1-A)[49-58]。棲霞組由底至頂主要由碎屑巖-碳酸鹽巖混積序列、富有機質(zhì)石灰?guī)r、含燧石結(jié)核石灰?guī)r和厚層石灰?guī)r組成，構(gòu)成1個Ⅲ級層序。上覆茅口組底部為灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層，頂部主要為中-厚層石灰?guī)r，偶見條帶狀燧石或者由頁巖和硅質(zhì)巖互層組成，形成2個Ⅲ級層序(圖1-B)[48-50]。

2 海泡石性質(zhì)、礦物學(xué)特征與賦存狀態(tài)

2.1 海泡石性質(zhì)與特征

海泡石屬于海泡石-坡縷石族黏土礦物，斜方晶系，理論分子式為：Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O[59]。純凈的海泡石呈淺灰白色，密度為2.032～2.035 g/cm3，摩式硬度為2～2.5級[60]，可溶于鹽酸，具有層鏈狀結(jié)構(gòu)和極強的吸附能力。

海泡石(滑石)在巖心上呈黑色條帶狀或斑塊狀，與淺灰色灰?guī)r不規(guī)則狀互層，形成眼皮眼球狀構(gòu)造(圖2-A)；單偏光下呈淺褐色(圖2-B)，正交偏光下最高干涉色可以達到Ⅲ級橙色；切面為片狀、鱗片狀和纖維狀，可見一組完整的解理；掃描電鏡下，纖維狀海泡石主要分布于方解石之間，聚集排列呈羽狀(圖2-C)，并逐漸向方解石晶粒內(nèi)部進行交代，形成羽狀海泡石-滑石(圖2-D)。海泡石纖維長度為0.5～3 μm，寬度為0.1～0.2 μm，厚度0.05～0.1 μm。

圖2 四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石特征Fig.2 Photograph and microphotographs showing the characteristics of Middle Permian sepiolite in Sichuan Basin(A)含海泡石(滑石)段與泥晶灰?guī)r構(gòu)成眼皮眼球狀構(gòu)造，Xt1井，深度4 397.81 m; (B)淺黃色海泡石(滑石)，Z8井，深度4 565.96 m，單偏光; (C)方解石間大量纖維狀海泡石單體聚集成羽狀，S6井，深度4 164.36 m， SEM; (D)海泡石(滑石)呈順層狀分布于方解石間，Z8井，深度4 553.42 m， SEM

2.2 海泡石賦存狀態(tài)

海泡石(滑石)主要賦存于棲霞組與茅口組下部灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層中。通過野外剖面實測、巖心觀察、薄片鑒定及掃描電鏡，發(fā)現(xiàn)海泡石(滑石)主要有3種形態(tài)：以層狀自生礦物形式發(fā)育、呈透鏡狀發(fā)育、以交代生屑的形式存在。

2.2.1 以層狀自生礦物形式發(fā)育

該類海泡石(滑石)在野外剖面上呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與泥晶灰?guī)r互層或呈夾層產(chǎn)出(圖3-A)。巖心觀察中同樣發(fā)現(xiàn)這類呈層狀或似層狀產(chǎn)出的海泡石(滑石)(圖3-B)。片狀海泡石(滑石)在鏡下聚集呈似層狀分布于灰?guī)r中(圖3-I)，泥質(zhì)灰?guī)r中可見海泡石(滑石)呈層狀產(chǎn)出(圖3-K)。掃描電鏡下，海泡石-滑石呈層狀聚集體分布于方解石之間(圖2-D)。

圖3 四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石賦存特征Fig.3 Occurrence of Middle Permian sepiolite in Sichuan Basin(A)海泡石(滑石)呈順層狀分布，華鎣山剖面; (B)海泡石(滑石)呈順層狀分布，Xt1井，深度4 429.26 m; (C)海泡石(滑石)呈透鏡狀分布，Xt1井，深度4 452.63 m; (D)海泡石(滑石)交代生屑腔體(邊緣硅化)，Xt1井，深度4 429.26 m; (E)海泡石(滑石)交代生屑殼體(核心硅化)，Xt1井，深度4 413.45 m; (F)海泡石(滑石)交代生屑殼體，Hs4井，深度2 674.18 m，單偏光; (G)海泡石(滑石)交代生屑腔體，S6井，深度4 165.72 m，單偏光; (H)海泡石(滑石)交代生屑殼體，Hs4井，深度2 866.57 m，SEM; (I)海泡石(滑石)呈片狀分布，S6井，深度4 194.84 m，單偏光; (J)海泡石(滑石)呈順層條帶狀分布，Hs4井，深度2 864.73 m，單偏光; (K)裂縫中充填海泡石(滑石)和方解石，Hs4井，深度2 679.44 m，單偏光; (L)海泡石(滑石)呈片狀分布，Hs4井，深度2 864.73 m， SEM

2.2.2 呈透鏡狀發(fā)育

該類海泡石(滑石)在巖心上呈透鏡狀分布于灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層中，其分布較分散，多呈致密狀集合體(圖3-C)。鏡下見其呈團塊狀或集合體分布于灰?guī)r中(圖2-B)；泥質(zhì)灰?guī)r中可見海泡石(滑石)呈條帶狀集合體順層分布(圖3-J)。掃描電鏡下，發(fā)現(xiàn)大量纖維狀海泡石(滑石)聚集呈羽狀附著于顆粒間(圖2-C)；海泡石(滑石)聚集呈團塊狀分布于方解石中(圖3-L)。

2.2.3 以交代生屑的形式存在

2.3 海泡石-滑石-燧石共生礦物組合特征

結(jié)合剖面實測、薄片鑒定與掃描電鏡觀察，海泡石多與滑石、燧石伴生，構(gòu)成共生礦物組合。海泡石多為纖維狀集合體，聚集后呈羽狀(圖2-C)，而海泡石-滑石多呈片狀(圖2-D)；羽狀海泡石和片狀海泡石-滑石常與燧石、白云石伴生發(fā)育(圖4-A)，形成海泡石-滑石-燧石組合，這是海泡石成巖轉(zhuǎn)變的結(jié)果。隨著埋藏深度的增加，溫度和壓力增加，海泡石逐漸向滑石轉(zhuǎn)化[17,61]

3Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4→

8Mg3Si4O10(OH)2+4SiO2+H2O

在此過程中海泡石會發(fā)生溶解[62]

Mg4Si6O15(OH)2·6H2O+8H+→

4Mg2++ 6SiO2+ 11H2O

在低pH值條件下釋放相對較多的Mg2+；而在高pH值條件下會優(yōu)先釋放SiO2[63]，同時形成大量的有機質(zhì)孔和黏土微孔。部分Mg2+會導(dǎo)致周圍的灰?guī)r發(fā)生白云石化，部分SiO2也會沉淀在海泡石-滑石周圍，形成燧石結(jié)核或燧石條帶。

圖4 四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石-滑石-燧石礦物組合特征Fig.4 Mineral assemblage characteristics of sepiolite-talc-chert in Middle Permian, Sichuan Basin(A)海泡石-滑石-燧石礦物組合特征，為區(qū)分不同礦物，黃色代表滑石-海泡石，藍色代表白云石，紅色代表燧石，S6井，深度4 170.53 m， SEM; (B)圖A中譜圖1能譜特征; (C)圖A中譜圖2能譜特征; (D)圖A中譜圖3能譜特征; (E)圖A中譜圖4能譜特征; (F)圖A中譜圖5能譜特征

3 海泡石形成機理

前人研究認為海泡石成因主要有3種：第一種是直接沉淀(海相沉積型)，從富含SiO2和Mg2+且pH值、CO2分壓(pCO2)、鹽度適宜的溶液中直接沉淀海泡石[14-22]。海泡石直接沉淀所需要的SiO2濃度、Mg2+、pH、pCO2、鹽度之間存在復(fù)雜的關(guān)系，通過大量合成實驗發(fā)現(xiàn)，海泡石直接沉淀的條件為相對較高的堿度(低pCO2、pH值為8～9.5)、中等鹽度(微咸水)、充足的SiO2(lgαH4SiO4≥-4.75，α表示濃度)和充足的Mg2+。第二種是異地搬運(陸源成因型)，認為深海海泡石可能是在富Mg2+貧Al3+、堿性的非海洋環(huán)境或受限的海洋環(huán)境中形成的，之后被搬運至深海環(huán)境沉積下來[23-27]。第三種是沉積-成巖成因，可進一步細分為3類：鎂蒙脫石溶蝕轉(zhuǎn)化、火山碎屑熱液蝕變和富鎂碳酸鹽巖熱液蝕變。

本文根據(jù)中二疊統(tǒng)海泡石的礦物學(xué)特征及賦存狀態(tài)，大部分海泡石呈層狀產(chǎn)出狀態(tài)(圖3-A、B)，部分海泡石在顆粒中呈羽狀集合體交代生屑的形態(tài)產(chǎn)出(圖3-D、E)，結(jié)合當(dāng)時的古地理背景，中二疊世為最大海侵期，周圍并無古陸[59-61]，故可以排除陸源成因；通過對含海泡石層系的灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層的稀土元素分析，發(fā)現(xiàn)具交代生屑產(chǎn)狀海泡石的樣品Eu均為正異常，說明部分海泡石為熱液交代成因型(圖5)[16, 28-34, 64]。據(jù)此認為二疊系海泡石具有2種成因類型：沉積型、富硅熱液交代富鎂硅酸鹽巖型，且以沉積型為主。

圖5 四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系稀土元素特征(北美頁巖標準化)Fig.5 The REE characteristics of sepiolite-bearing rocks in Middle Permian, Sichuan Basin

3.1 海泡石形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

海泡石中兩種重要元素為Si和Mg。二疊紀處于峨眉地裂運動中期，此時揚子臺地內(nèi)部和邊緣斷裂發(fā)育，火山活動和熱液活動給海水中帶來了大量硅質(zhì)[65-67]；基于元素分析認為Si元素也可來源于深海熱泉流體，并通過上升流帶到淺海區(qū)域[32,68]；Si元素還可源自二疊紀大量硅質(zhì)生物骨架溶解[36, 69-71]。對于海泡石的Mg2+來源，由于二疊紀處于文石海沉積期[45-46]，海水當(dāng)時富含Mg2+，并且原生沉積的亞穩(wěn)定礦物高鎂方解石向低鎂方解石轉(zhuǎn)化過程中會釋放Mg2+。另外，還有部分Mg2+以固溶體的形式存在于生物骨架中。

結(jié)合構(gòu)造-沉積背景，海泡石Si元素可能存在2種來源：與峨眉地裂運動相關(guān)的深部熱流體、深海熱泉中富Si上升流；Mg2+可能存在3種來源：中二疊世“文石?！?、亞穩(wěn)定礦物高鎂方解石向低鎂方解石轉(zhuǎn)化流體、富Mg2+的生物骨架。

3.2 海泡石形成機理及模式

結(jié)合本文研究中觀察到的海泡石特征：①多數(shù)海泡石呈層狀分布于灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層中(圖3-A、B)；②少部分海泡石呈羽狀分散于方解石間，以交代生屑的形態(tài)產(chǎn)出(圖2-C，圖3-D、E)，認為海泡石形成機理應(yīng)為2類：①沉積型海泡石，棲霞組、茅口組古海水堿度相對較高(低pCO2、pH值為8～9.5)、鹽度中等(微咸水)，并且當(dāng)時為文石海，加之火山活動和熱液活動頻發(fā)，深部富SiO2流體與海水混合，直接沉淀形成海泡石；②熱液交代型海泡石，富鎂碳酸鹽巖與硅質(zhì)熱流體接觸(100～200 ℃)，在熱液活動驅(qū)動下交代形成。中二疊統(tǒng)海泡石主要為沉積型海泡石，其形成模式如圖6所示。

圖6 四川盆地中二疊統(tǒng)沉積型海泡石形成機理示意圖Fig.6 The formation mechanism of Middle Permian sedimentary sepiolite in Sichuan Basin

4 含海泡石層系優(yōu)質(zhì)源儲配置新模式

4.1 含海泡石層系吸附有機質(zhì)形成優(yōu)質(zhì)烴源巖

四川盆地二疊系主要發(fā)育中統(tǒng)棲霞組(棲一段)和茅口組(茅一段)海相碳酸鹽巖和上統(tǒng)龍?zhí)督M(吳家坪組)海陸交互相泥頁巖兩套烴源巖。龍?zhí)督M烴源巖厚度為20～100 m，有機碳質(zhì)量分數(shù)(wTOC)為0.10%～28.84%，平均值為5.61%，為較好的烴源巖，其有機質(zhì)類型總體是Ⅲ型；熱演化程度達到了高-過成熟干氣生成階段；生烴強度為(15～50)×108m3/km2，生烴強度高。茅一段烴源巖厚度為60～110 m，wTOC為0.07%～4.86%，主要集中在0.5%～1.5%，平均為1.16%，為中等質(zhì)量的烴源巖，生氣強度為(10～22)×108m3/km2，生氣強度高；棲一段烴源巖厚度20～45 m，wTOC為0.21%～0.79%，平均為0.46%，為較差烴源巖，生氣強度在(0.2～0.5)×108m3/km2，生氣強度低。茅一段和棲一段的有機質(zhì)類型總體上為Ⅱ型，少部分為Ⅰ型，熱演化程度處于高-過成熟干氣階段[72-75]。目前對于中二疊統(tǒng)天然氣來源仍存有爭議，前期的研究認為其主要來源于自身的茅一段烴源巖[76]；最新的研究普遍認為中二疊統(tǒng)天然氣屬于混源氣，由下寒武統(tǒng)筇竹組、下志留統(tǒng)龍馬溪組、中二疊統(tǒng)茅口組、棲霞組和上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M聯(lián)合供烴[77-78](表1)。

表1 四川盆地?zé)N源巖參數(shù)對比Table 1 Comparison of source rock parameters in Sichuan Basin

中二疊統(tǒng)為海相碳酸鹽巖沉積，在此背景下難以形成優(yōu)質(zhì)的泥質(zhì)烴源巖。通過與四川盆地內(nèi)相似的海相碳酸鹽巖背景下的烴源巖對比發(fā)現(xiàn)[79-82]，中二疊統(tǒng)含海泡石層系烴源巖厚度相對較大，有機質(zhì)豐度(wTOC)比燈三段、雷口坡組烴源巖高約1倍，生氣強度比雷口坡組烴源巖高5～10倍(表1)。這是因為海泡石具有極強的吸附能力，初始生成的海泡石通常為白-淺灰色，在吸附大量有機質(zhì)后，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏蛏罨疑玔83]，這提升了烴源巖的品質(zhì)和生烴潛力。通過對比二疊系含海泡石層系與非海泡石層系的有機質(zhì)豐度，發(fā)現(xiàn)含海泡石泥質(zhì)灰?guī)r段的wTOC為0.39%～1.26%，平均為0.77%；灰?guī)r段的wTOC為0.08%～0.56%，平均為0.28%；且由海泡石轉(zhuǎn)化而成的滑石含量與有機碳含量有著較好的相關(guān)性(圖7)。掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)纖維狀海泡石(圖8-A、B)和羽狀海泡石吸附黑色有機質(zhì)的現(xiàn)象(圖8-C、D)。據(jù)此，提出中二疊統(tǒng)有機質(zhì)富集的新模式：二疊紀受巨型季風(fēng)控制[84-86]，生物產(chǎn)率較低，僅靠當(dāng)時沉積的碳酸鹽巖，對有機質(zhì)的富集有限，不易形成優(yōu)質(zhì)烴源巖，難以形成成片成帶分布的規(guī)模性氣藏；由構(gòu)造作用、海底熱泉等作用下形成的富硅質(zhì)流體，在自生重力以及海底洋流的牽引作用下，逐漸積聚于地勢低洼地區(qū)，與海水中的鎂離子相互作用形成海泡石。在海泡石的強吸附性作用下，大量有機質(zhì)被吸附富集，形成優(yōu)質(zhì)烴源巖(圖9)。

圖7 四川盆地Xt1井海泡石-滑石含量與有機碳含量的關(guān)系Fig.7 Relationship between sepiolite-talc content and TOC in Well Xt1, Sichuan Basin

圖8 四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石與吸附型有機質(zhì)的掃描電鏡特征Fig.8 SEM images showing characteristics of sepiolite and adsorbed organic matter in Middle Permian, Sichuan Basin(A)纖維狀海泡石吸附有機質(zhì)，Z8井，深度4 549.8 m; (B)纖維狀海泡石吸附有機質(zhì)，Z8井，深度4 549.8 m; (C)羽狀海泡石吸附有機質(zhì)，S6井，深度4 194.84 m; (D)羽狀海泡石吸附有機質(zhì)，S6井，深度4 194.84 m。圖中黃色箭頭所指為海泡石，紅色為有機質(zhì)

圖9 海泡石吸附有機質(zhì)模式圖Fig.9 Model diagram of sepiolite adsorption and enrichment of organic matter (A)在富鎂富硅條件適宜的海水中，海泡石與有機物、微生物一起沉淀; (B)沉淀后被埋藏形成了富有機質(zhì)的海泡石

4.2 含海泡石層系成巖轉(zhuǎn)化水白云石化形成優(yōu)質(zhì)儲層

白云石化是茅口組優(yōu)質(zhì)孔隙型儲層發(fā)育的必要條件。茅一段灰?guī)r儲層孔隙度為0.33%～5.73%，平均為1.57%；滲透率為(0.0013～1.54)×10-3μm2，平均為0.113×10-3μm2。茅二段灰?guī)r儲層孔隙度為2%～6.3%，平均為2.97%；滲透率為(0.003～1.775)×10-3μm2，平均為0.314×10-3μm2；茅二段白云巖儲層孔隙度為2.1%～14.16%，平均為4.9%；滲透率為(0.005～2.145)×10-3μm2，平均為0.375×10-3μm2[87]。白云巖儲層儲集性能明顯優(yōu)于灰?guī)r儲層。一方面，埋藏期白云石化作用使灰?guī)r向白云巖轉(zhuǎn)變，地層水中富鎂流體對方解石進行等摩爾交代，白云石相對于方解石具有較小的摩爾體積，交代過程中白云石的沉淀體積小于方解石的溶解體積，巖石孔隙度增加；另一方面，形成的大量白云石晶間孔為后期熱流體活動提供了通道，后期熱流體進入地層時，酸性流體會對儲層進行溶蝕改造，進一步加大巖石孔隙度，使其發(fā)育為優(yōu)質(zhì)儲層。但目前對于四川盆地中二疊統(tǒng)白云巖的成因主要有以下幾種解釋：①白云巖是富鎂的海水-淡水混合水交代圍巖形成[88-89]；②玄武巖中鐵鎂礦物因風(fēng)化作用淋濾形成白云石化流體[90]；③巖漿熱流體與大氣淡水或海水混合，經(jīng)深部熱循環(huán)改造形成白云石化熱液[91-94]。前人的研究只是對某一類型白云巖的成因解釋，但不能解釋整個中二疊統(tǒng)不同類型白云巖的成因，也不能很好地解釋Mg2+來源或動力學(xué)機制問題。

通過對中二疊統(tǒng)海泡石形成機理和發(fā)育模式的研究，本文提出中二疊世白云石化新模式——海泡石成巖轉(zhuǎn)化流體白云石化模式。二疊紀火山活動頻發(fā)，富Si流體沿斷裂、裂縫上涌，在當(dāng)時的海水條件下沉淀海泡石。埋藏期海泡石成巖轉(zhuǎn)化成滑石，釋放大量富鎂離子成巖水流體，對中二疊統(tǒng)茅二段頂部及茅三段底部生屑灘相灰?guī)r進行白云石化，形成層狀白云巖儲層。海泡石成巖轉(zhuǎn)化釋放的富鎂成巖轉(zhuǎn)化流體經(jīng)歷了3個階段：①在淺埋藏期，海泡石開始轉(zhuǎn)化，但此階段形成富鎂成巖流體較少，只能與層內(nèi)或鄰近層眼球狀灰?guī)r接觸，發(fā)生白云石化，形成灰質(zhì)白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r(圖10-A)；②中埋藏階段，海泡石層系富集的有機質(zhì)開始排烴，促使海泡石進一步轉(zhuǎn)化，形成的富鎂成巖流體增加，同時，受峨眉地裂運動影響，導(dǎo)致富鎂成巖流體沿斷層運移到上部地層中，與灰?guī)r接觸發(fā)生白云石化形成豹斑狀白云巖(圖10-B)；③中-深埋藏階段，有機質(zhì)開始大規(guī)模排烴，海泡石轉(zhuǎn)化達到高峰，形成大量富鎂成巖流體，這些流體在層間壓力、流體勢與深埋的聯(lián)合驅(qū)動下，開始向低隆區(qū)域(生屑顆粒灘)運移，進行交代白云石化(圖10-C)，形成大規(guī)模層狀白云巖儲層。這一過程體現(xiàn)了海泡石轉(zhuǎn)化、白云石化類型以及含海泡石層系生排烴階段的高度耦合性。

圖10 四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系白云石化模式Fig.10 The dolomitization model of Middle Permian sepiolite-bearing rocks in Sichuan Basin

4.3 含海泡石層系源儲組合新模式

中二疊統(tǒng)含海泡石層系可形成自生自儲和旁(下)生側(cè)(上)儲兩種源儲組合新模式。在低洼地勢的凹陷內(nèi)海泡石大量沉積，在海泡石的強吸附性作用下，巨量有機質(zhì)被吸附富集；并且中二疊世早期為涼水環(huán)境，這種低溫還原的水體環(huán)境可以使有機質(zhì)得到很好的保存，形成優(yōu)質(zhì)烴源巖。在中-深埋藏期，凹陷內(nèi)大量海泡石會發(fā)生成巖轉(zhuǎn)化，形成大量有機質(zhì)孔和黏土微孔，可為油氣賦存提供良好空間；并且這類含海泡石灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層中脆性礦物含量高，體積分數(shù)可達70%～90%，可壓性高，利于儲層改造。因此，在凹陷內(nèi)部可以形成自生自儲型的源儲組合。來自凹陷內(nèi)含海泡石層系的成巖水使在凹陷邊緣高部位高能灘體白云石化，形成規(guī)模性層狀白云巖優(yōu)質(zhì)儲層，其下部含海泡石層系烴源巖所生成油氣沿斷裂等運移至白云巖儲層中成藏，形成下生上儲型的源儲組合。凹陷邊緣白云巖儲層位于含海泡石層系烴源巖側(cè)翼，與烴源巖大面積直接接觸，具有近源成藏優(yōu)勢，因此在環(huán)富含海泡石的凹陷邊緣可以形成旁生側(cè)儲型的源儲組合。該類源儲組合烴源巖生烴潛力大，儲層物性好，且源儲大面積直接接觸，油氣成藏效率高(圖11)。

圖11 四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系源儲配置模式圖Fig.11 Source and reservoir configuration pattern of Middle Permian sepiolite-bearing strata in Sichuan Basin

5 含海泡石層系油氣勘探有利地區(qū)

5.1 海泡石分布對中二疊統(tǒng)隆拗格局的指示

峨眉地裂運動分為3個階段：①地裂運動初期(泥盆紀-石炭紀)在上揚子地臺東南緣表現(xiàn)為裂陷槽和臺丘的構(gòu)造模式；②地裂運動中期(早-中二疊世)地臺內(nèi)部呈現(xiàn)臺塊-斜坡-臺槽的格局；③地裂運動高潮期(晚二疊世-早三疊世)表現(xiàn)為地臺西南緣有大面積玄武巖噴溢，在揚子板塊南北緣均有拉張運動，南緣形成臺塊(孤立臺地)、臺槽格局，北緣形成拗拉槽群[95-96]。峨眉地裂運動的演化與南秦嶺洋打開、松潘-甘孜邊緣海的擴張和金沙江-哀牢山洋盆活動有密切的關(guān)系。這與岡瓦納大陸和歐亞大陸裂解有關(guān)，在揚子板塊西北緣因南秦嶺洋盆擴張，形成廣旺-開江-梁平拗拉槽群[97-98]。

中二疊統(tǒng)海泡石在華南地區(qū)廣泛分布，沉積層位具有等時性特點。海泡石沉積期正好處于峨眉地裂運動中期，其沉積受峨眉地裂運動影響，為地臺邊緣風(fēng)暴、沉積盆地張裂、海平面上升、上升洋流等地質(zhì)因素共同作用的產(chǎn)物，在構(gòu)造作用、海底熱泉以及硅藻吸附等作用下形成的富硅質(zhì)流體，在自生重力以及海底洋流的牽引作用下，逐漸積聚于地勢低洼地區(qū)，與海水中的鎂離子相互作用形成海泡石[99]。二疊系海泡石產(chǎn)出和分布能夠指示峨眉地裂運動中期臺塊與臺槽分布，也能反映二疊紀風(fēng)暴影響范圍、上升洋流的分布范圍。在上揚子臺地周緣及廣元-廣安-涪陵區(qū)域為臺槽，并沿廣元-廣安-涪陵一線將上揚子臺地分為兩個大型臺塊；在中下?lián)P子地區(qū)，海泡石分布較為分散，主要分布于右江盆地中部臺槽地區(qū)以及江南盆地東北部臺槽地區(qū)。這反映了華南板塊二疊紀風(fēng)暴主要影響范圍在上揚子臺地，對中下?lián)P子地區(qū)影響較?。簧仙罅髦饕植加谏蠐P子臺地周緣及廣元-廣安-涪陵區(qū)域，少部分分布于下?lián)P子地區(qū)的右江盆地中部百色-南寧區(qū)域及江南盆地東北部廣濟-湘潭-瀏陽區(qū)域(圖12)。

圖12 華南板塊海泡石分布圖Fig.12 The distribution of sepiolite in Huanan Plate(據(jù)文獻[11,50,99]修改)1.四川石棉; 2.廣西都安; 3.湖北廣濟; 4.安徽全椒; 5.浙江臨安; 6.湖南慈利; 7.湖南石門; 8.湖南湘潭; 9.湖南瀏陽; 10.江西樂平

本文通過含海泡石段的測井曲線特征的總結(jié)，建立含海泡石層系的測井響應(yīng)特征。通過對四川盆地鉆井的測井?dāng)?shù)據(jù)識別，進而編制全盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系(泥巖+泥質(zhì)灰?guī)r)的厚度分布圖(圖13)。從圖中可以看出，四川盆地在中二疊統(tǒng)發(fā)育“兩臺一凹”的構(gòu)造-沉積格局，即川西北-蜀南臺地、川東北臺地和通江-元壩-南充-長壽凹陷(凹陷的形成演化和機制另文論述)。川西北-蜀南臺地海泡石分布面積為8.22×104km2，厚度為0～59.45 m，平均厚度為25.76 m；川東北臺地海泡石分布面積為4.84×104km2，厚度為0～42.76 m,平均厚度為14.23m；通江-元壩-南充-長壽凹陷主要呈“C”形，總體呈現(xiàn)北寬中窄南寬的雙喇叭形特征，海泡石分布面積為7.27×104km2，厚度為36～95 m，平均厚度為48.76 m。通江-元壩-南充-長壽凹陷可分為3段：北段為通江-元壩-南充區(qū)域，呈北東-南西走向，開口方向北東，寬度為12.89～74.76 km，面積為1.64×104km2，坡度為東陡西緩，向南西中江方向延伸；中段為南充-合川區(qū)域，呈北西-南東走向，寬度為5.6～22.16 km，面積為1.61×103km2，呈北陡南緩的特征，向南西宜賓方向延伸；南段為長壽-涪陵區(qū)域，北西-南東走向，開口方向南東，寬度為38.24～65.75 km，面積為4.97×103km2，北陡南緩，向南西綦江方向和東北石柱方向延伸。

5.2 中二疊統(tǒng)氣藏分布特征

近年來四川盆地進入了天然氣勘探開發(fā)的黃金時期，其中中二疊統(tǒng)總資源量1.47×1012m3，累計探明81.168×109m3[100-101]，資源探明率6%，勘探程度較低，剩余資源潛力大。早期對中二疊統(tǒng)的勘探主要以灰?guī)r縫洞型氣藏為主，鉆穿茅口組探井共有2 700余口，相繼發(fā)現(xiàn)了隆10、自2井為代表的縫洞氣藏325個，累計采氣65×109m3，平均單個氣藏儲量為0.1×109m3，目前年產(chǎn)氣0.64×109m3[101]。在近些年的勘探過程中，中二疊統(tǒng)孔隙型白云巖氣藏獲得巨大突破，是目前的勘探熱點。此外，繼Js1、Yh1、TT1井茅一段泥質(zhì)灰?guī)r獲得工業(yè)氣流以來，茅一段非常規(guī)氣藏逐漸成為中二疊統(tǒng)的另一勘探熱點。盡管中二疊統(tǒng)勘探已取得了多點式的突破，但還不能很好地揭示其氣藏的分布規(guī)律。本次研究發(fā)現(xiàn)近年來高產(chǎn)的白云巖氣藏、灰?guī)r氣藏與茅一段非常規(guī)泥質(zhì)灰?guī)r氣藏均與含海泡石層系厚度密切相關(guān)(表2，圖14)，通過距含海泡石層系沉積中心距離、含海泡石層系厚度與產(chǎn)層關(guān)系交匯圖可以看出，不論是白云巖氣藏還是泥質(zhì)灰?guī)r氣藏，含海泡石層系厚度越大，與含海泡石層系沉積中心的距離越近，測試產(chǎn)量越高。統(tǒng)計來看，距含海泡石層系沉積中心20 km內(nèi)且含海泡石層系厚度在40～60 m范圍內(nèi)區(qū)域為(古)油氣藏聚集最有利區(qū)；距含海泡石層系沉積中心20～60 km范圍內(nèi)，含海泡石層系厚度在20～40 m區(qū)域為(古)油氣藏聚集有利區(qū)(圖13)。

圖13 四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系厚度和油氣有利勘探地區(qū)分布圖Fig.13 The isopach map and favorable exploration regions of Middle Permian sepiolite-bearing strata series in Sichuan Basin

圖14 四川盆地中二疊統(tǒng)發(fā)現(xiàn)井測試產(chǎn)量與含海泡石層系厚度、含海泡石層系沉積中心距離的關(guān)系Fig.14 Correlation of tested production, sepiolite thickness and distance to sepiolite depositional center of Middle Permian in Sichuan Basin

表2 四川盆地二疊系含海泡石層系氣藏與海泡石凹陷的關(guān)系Table 2 Relationship between gas pools and sepiolite sag of Middle Permian sepiolite-bearing strata series in Sichuan Basin

5.3 含海泡石層系有利勘探地區(qū)

含海泡石層系可形成兩大類(古)油氣藏，即凹陷邊緣的旁(下)生側(cè)(上)儲型層狀白云巖氣藏和凹陷內(nèi)的自生自儲型泥質(zhì)灰?guī)r非常規(guī)氣藏。含海泡石層系源儲配置新模式拓寬了油氣勘探領(lǐng)域，為中二疊統(tǒng)油氣勘探提供了新的方向，并進一步佐證了四川盆地為超級含油氣盆地[100]。根據(jù)含海泡石層系厚度<20 m、20～<40 m、40～<60 m和≥60 m的等級，同時參考棲霞組和茅口組灘相和白云巖的分布特征，劃分出四川盆地中二疊統(tǒng)常規(guī)氣藏和非常規(guī)氣藏的最有利勘探區(qū)帶、有利勘探區(qū)帶(圖13)。中二疊統(tǒng)非常規(guī)泥質(zhì)灰?guī)r氣藏最有利勘探區(qū)含海泡石層系累計厚度60～80 m，主要分布在通江-元壩-南充-長壽一帶，即圖13中黃色虛線以內(nèi)的凹陷中心區(qū)域，勘探面積大約 24 800 km2；中二疊統(tǒng)白云巖氣藏的最有利勘探區(qū)含海泡石層系累計厚度在40～60 m，主要分布在通江-元壩-南充-長壽凹陷以南的廣元-江油-遂寧-重慶和凹陷以北的宣漢-閬中-廣安-石柱地區(qū)，即圖13中的黃色虛線和紅色虛線之間的區(qū)帶，凹陷北勘探區(qū)帶面積大約為14 700 km2，凹陷南勘探區(qū)帶面積大約為 33 000 km2。目前的常規(guī)白云巖氣藏大多位于凹陷邊緣的兩個區(qū)帶內(nèi)。因此，四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系的兩類氣藏的有利勘探區(qū)均位于通江-長壽凹陷的“C”形區(qū)帶內(nèi)，值得下一步勘探重點關(guān)注。

6 結(jié) 論

a.海泡石為海泡石-坡縷石族黏土礦物，屬斜方晶系，具有層鏈狀結(jié)構(gòu)，可塑性強，比表面積巨大，具有超強的吸附能力；最高干涉色可達Ⅲ級橙色，可見一組解理。四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石主要有層狀自生礦物、透鏡狀和交代生屑狀3種賦存狀態(tài)。海泡石成巖轉(zhuǎn)化過程形成海泡石-滑石-燧石共生組合。

b.四川盆地中二疊統(tǒng)大多數(shù)海泡石屬海相沉積型成因，由火山活動引發(fā)的富SiO2流體與較高的堿度(低pCO2, pH值為8～9.5)、中等鹽度(微咸水)的海水混合后直接沉淀形成；少部分海泡石為熱液交代成因，由富鎂碳酸鹽巖與硅質(zhì)熱液流體交代形成。

c.四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系形成自生自儲和旁(下)生側(cè)(上)儲型的源儲配置新模式。含海泡石層系具有極強的吸附能力，提升了烴源巖的品質(zhì)和生烴潛力，有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.5%～1.5%，平均值為1.16%，屬于中等烴源巖，生氣強度在(10～22)×108m3/km2，生氣強度高，具有優(yōu)良的生烴潛力。海泡石在成巖過程中釋放鎂離子、SiO2和水分子，形成大量的有機質(zhì)孔和黏土微孔，形成非常規(guī)儲層；同時富鎂離子成巖水使高部位生屑灘相灰?guī)r發(fā)生白云石化，在烴源巖側(cè)上方形成層狀白云巖儲層。烴源巖與儲集層形成了大面積相鄰接觸的空間配置，提高了含海泡石層系的油氣成藏效率。

d.四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系的厚度分布揭示出“兩臺一凹”的構(gòu)造-沉積格局，川西北-蜀南臺地與川東北臺地被“C”形的通江-元壩-南充-長壽凹陷所分割。距含海泡石層系沉積中心20 km內(nèi)且含海泡石層系厚度在40～60 m范圍內(nèi)區(qū)域為(古)油氣藏有利分布區(qū)。含海泡石層系可形成兩大類(古)油氣藏，即凹陷邊緣的旁(下)生側(cè)(上)儲型層狀白云巖氣藏和凹陷內(nèi)的自生自儲型泥質(zhì)灰?guī)r非常規(guī)氣藏。中二疊統(tǒng)非常規(guī)氣藏最有利勘探區(qū)主要分布在通江-元壩-南充-長壽凹陷地區(qū)；中二疊統(tǒng)白云巖氣藏的最有利勘探區(qū)主要沿凹陷以南的廣元-江油-遂寧-重慶和凹陷以北的宣漢-閬中-廣安-石柱地區(qū)呈帶狀分布，勘探前景廣闊。