陳 梅 王龍樟,2 張 雄 陳志斌

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 武漢 430074;2.中國地質(zhì)大學(xué) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢 430074)

C、O同位素在川東北碳酸鹽巖儲層研究中的應(yīng)用①

陳 梅1王龍樟1,2張 雄1陳志斌1

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 武漢 430074;2.中國地質(zhì)大學(xué) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢 430074)

通過對川東北雞唱地區(qū)碳酸鹽巖的C、O同位素分析,結(jié)合巖石薄片鏡下研究和陰極發(fā)光分析及前人的研究成果,探討飛仙關(guān)組三級海平面變化趨勢和白云巖化作用機(jī)理。為了便于分析,將樣品分為泥晶灰?guī)r和白云巖兩組。泥晶灰?guī)r的C、O同位素分析結(jié)果表明:δ13C全為正值,明顯分為兩段,先快速上升、然后低輻振蕩下降,指示海平面在飛一段初期快速上升、達(dá)到最大海泛面后,呈振蕩、緩慢下降的趨勢;δ13C演化曲線整體呈上升趨勢,與三疊紀(jì)全球海平面上升的背景相吻合;δ18O對海平面升降的指示意義不明顯,可能是由于后期成巖作用對原始δ18O的改造所致。白云巖C、O同位素分析結(jié)果表明:δ13C(0.91‰～2.09‰)、δ18O(-3.45‰～-9.29‰)的正交投點(diǎn)落在第二象限,結(jié)合薄片鏡下研究和陰極發(fā)光分析,認(rèn)為研究區(qū)白云巖成因?yàn)槁癫匕自茙r化。

川東北 碳酸鹽巖 碳、氧同位素 海平面變化 埋藏白云巖化

隨著國內(nèi)外大量碳酸鹽巖油氣田的發(fā)現(xiàn),碳酸鹽巖儲層研究逐漸成為近20年來研究的熱點(diǎn),研究方法和手段也隨之多樣化、精確化,C、O同位素分析是碳酸鹽巖研究的一個重要的方法,其可行性和可靠性已得到了大量的證實(shí)。目前,穩(wěn)定C、O同位素分析已成為指示海平面變化的一個重要指標(biāo)、反映成巖環(huán)境和成巖作用的一個非常有價(jià)值的參數(shù)[1～8]。

川東北三疊系飛仙關(guān)組已成為我國油氣的重點(diǎn)勘探地區(qū)之一,普光、羅家寨、鐵山坡、渡口河等多個氣田的探明儲量中,90%以上都來自三疊系飛仙關(guān)組的白云巖地層[9,10]。從沉積學(xué)的角度來說,這些優(yōu)質(zhì)儲層形成與沉積環(huán)境和成巖作用(尤其是白云巖化作用)密切相關(guān)[11,12]。

對于川東北飛仙關(guān)組碳酸鹽巖沉積環(huán)境和沉積相演化、成巖作用、尤其是白云巖化作用和白云巖成因等問題,前人做了大量的工作。一般認(rèn)為,飛仙關(guān)組儲層分布與臺緣鮞粒灘相的展布密切相關(guān),而鮞粒灘的特征及分布規(guī)律又與海平面的升降變化相聯(lián)系[12,13]。近年來,國內(nèi)有許多學(xué)者基于巖芯、露頭、測井等資料對我國南方(包括四川盆地)晚二疊世-早三疊世沉積特征及相應(yīng)海平面變化進(jìn)行了較為深入的研究[14,15],但很少從C、O同位素分析的角度對飛仙關(guān)期相對海平面的變化進(jìn)行研究。已有較多的成果探討川東北飛仙關(guān)組白云巖的成因,但沒有統(tǒng)一認(rèn)識,目前主要有兩種觀點(diǎn):一、早期的蒸發(fā)海水白云巖化、混合水白云巖化和滲透回流白云巖化[16～18];二、封閉條件下埋藏期的熱液流體白云巖化和深埋海水/鹵水白云巖化[19,20]。

本文試圖通過對川東北宣漢雞唱地區(qū)飛仙關(guān)組(飛一段和飛二段)碳酸鹽巖樣品進(jìn)行C、O同位素分析,結(jié)合巖石薄片鏡下研究和陰極發(fā)光分析,揭示該區(qū)三級海平面的相對變化,探討白云巖儲層的形成機(jī)理。

1 地質(zhì)背景

川東北地區(qū)位于四川盆地的東北部,從傳統(tǒng)的大地構(gòu)造觀點(diǎn)來看,研究區(qū)位于“揚(yáng)子準(zhǔn)地臺”的西北緣,與華北板塊南緣相鄰。四川盆地早二疊世晚期的東吳運(yùn)動使上揚(yáng)子地區(qū)露出水面,普遍遭受剝蝕,形成西南高、東北低、西陸東海的格局。在此基礎(chǔ)上發(fā)生的晚二疊世由東向西的海侵沉積過程一直延續(xù)到早三疊世飛仙關(guān)期。因此在四川盆地東北部地區(qū)從晚二疊世到早三疊世沉積的是一套以碳酸鹽類為主的地層,是一個連續(xù)的海相碳酸鹽沉積過程[21,22]。

宣漢雞唱地區(qū)飛仙關(guān)期總體沉積環(huán)境為碳酸鹽巖臺地,位于城口-鄂西深水陸棚的西側(cè), N31°46.067',E108°28.683'。雞唱剖面是一個峭壁剖面,高約500 m,寬約2 000 m,規(guī)模宏大。整個飛仙關(guān)期,隨著海平面的下降,研究區(qū)沉積相演化為:陸棚相-臺緣斜坡相-臺緣鮞粒灘相-局限臺地相(圖1)。從飛一段到飛四段,巖性由飛一段的泥晶灰?guī)r、含鮞粒泥晶灰?guī)r逐漸過渡到飛二、飛三段的鮞?；?guī)r、鮞粒白云巖,再到飛四段的膏云巖。從下往上,鮞粒和白云石含量逐漸增多,反映水體不斷變淺、水動力力逐漸增強(qiáng)的過程①據(jù)中國石油化工股份有限公司項(xiàng)目“川東北碳酸鹽巖沉積相及儲層精細(xì)建模研究”(中國地質(zhì)大學(xué),2008)修改。。

圖1 宣漢雞唱峭壁剖面下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組實(shí)測剖面圖Fig.1 The sedimentary section of Low Triassic Feixianguan Formation in Jichang Cliff,Xuanhan

2 樣品與測試

研究樣品采自于川東北宣漢縣龍泉鄉(xiāng)雞唱露頭剖面,野外采樣時(shí)盡可能避免裂隙、方解石脈,共采集新鮮碳酸鹽巖樣品120多個。經(jīng)顯微鏡下巖石薄片觀察,精心挑選了46個樣品用于δ13C和δ18O分析。在這些樣品中,有31個樣品來自飛一段,另外15個樣品來自飛二段。所分析的樣品從巖性上看主要是泥晶灰?guī)r、殘余鮞粒白云巖、粉-細(xì)晶白云巖和鮞?；?guī)r(表1)。

C、O同位素測試在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)測試中心完成,用MAT-251質(zhì)譜儀測定δ13C和δ18O,二者均采用PDB標(biāo)準(zhǔn),分析誤差小于0.1‰。

所有樣品的δ13C(PDB)均為正值,在0.06‰～ 2.68‰之間、平均值 1.39‰,δ18O(PDB)值在-9.86‰～-3.45‰之間、平均值-7.37‰。其中泥晶灰?guī)r的δ13C在0.06～2.68‰之間、平均值1.28‰, δ18O在-8.87‰～-5.08‰之間、平均值-7.22‰;白云巖的 δ13C在 0.91‰ ～2.09‰之間、平均值1.55‰,δ18O在-9.29‰ ～-3.45‰之間、平均值-7.16‰(表1)。

3 碳、氧同位素演化與海平面變化

3.1 樣品信息的原始性檢驗(yàn)

由于碳酸鹽巖對成巖作用的敏感性,在利用碳、氧同位素進(jìn)行古海洋環(huán)境分析時(shí)要非常謹(jǐn)慎,因?yàn)樘妓猁}巖的碳、氧同位素組成并不一定代表沉積期海水的碳、氧同位素組成。本次研究僅選擇了方解石含量高于80%的泥晶灰?guī)r的碳、氧同位素分析結(jié)果,用來指示海平面的相對變化。

一般認(rèn)為,泥晶灰?guī)r基本為同生和準(zhǔn)同生的[23]。所選樣品的巖石薄片鏡下分析表明,成巖組分(膠結(jié)物、白云石、重結(jié)晶的新生變形體)很少甚至沒有,這是因?yàn)橛赡嗑Х浇馐M成的巖石具有很低的原始孔隙度,阻止巖石在成巖過程中與流體進(jìn)行交換造成巖石具有很低的成巖蝕變性[24]。因此,可以認(rèn)為測試樣品的碳、氧同位素組分受后期成巖改造的可能性很小,基本能夠反映沉積期原始海水的碳、氧同位素信息。

另外,成巖過程是一個丟失Sr、獲取Mn的過程, Mn/Sr比值是判斷海相碳酸鹽成巖作用和蝕變程度的一個靈敏指標(biāo),低Mn/Sr比值說明成巖蝕變程度低[3,24,25],黃思靜等[26]認(rèn)為Mn/Sr<2的碳酸鹽巖樣品成巖蝕變小,對海水的代表性較好。測試樣品的Mn/Sr比值很低,最大值不超過0.2,再次證明了上述結(jié)論。

3.2 碳同位素指示海平面變化的基本原理

早在上世紀(jì)80年代,國外學(xué)者就將碳同位素與海平面變化相類比,作為海平面變化判定的參考[27]。近20年來,碳同位素曲線在古海洋環(huán)境研究中得到了廣泛的應(yīng)用[3～6]。

影響海相碳酸鹽巖碳同位素變化的因素很多,包括海平面變化、有機(jī)質(zhì)含量、海水溫度和鹽度變化、大氣淡水作用等。然而,在眾多影響因素中,自然界有機(jī)碳氧化與埋藏相對量是最為重要的。當(dāng)埋藏量大于氧化量時(shí),更多的12C進(jìn)入埋藏的有機(jī)碳中,將使同期海相碳酸鹽巖的13C值向正的方向移動,反之則向負(fù)的方向移動[28]。而在不考慮其他因素的情況下,海平面升降一般與有機(jī)質(zhì)的埋藏量呈正相關(guān),這是因?yàn)?一方面,海平面上升,水體循環(huán)相對通暢、生物生產(chǎn)力高,藻類等生物通過光合作用消耗大量的12C,且高生物生產(chǎn)力意味著有機(jī)質(zhì)產(chǎn)率高,沉降和埋藏速率大,被氧化的機(jī)會減小;另一方面,海平面上升,古陸氧化面積減小,因剝蝕而帶入海洋的有機(jī)碳也隨之減少[3,4]。因此,δ13C值升高指示海平面的上升,反之指示海平面下降,這是碳同位素指示海平面變化的基本原理。

3.3 碳、氧同位素特征與海平面變化分析

測試樣品泥晶灰?guī)r的δ13C‰(PDB)均為正值,在0.06‰～2.68‰、平均值1.28‰。δ13C值明顯分為2段:在飛一段下部快速增加;從飛一段中部到飛二段,呈低輻、震蕩緩慢下降趨勢(圖2)。由于海相碳酸鹽巖δ13C值演化與相對海平面變化呈正相關(guān),δ13C值增加指示海平面上升,反之指示海平面下降,因此,可以認(rèn)為:在飛一段初期,三級海平面變化繼承了長興期快速上升的演化趨勢,在此時(shí)期達(dá)到最大海泛面;之后,海平面開始低輻、震蕩下降,沉積環(huán)境逐漸由深水陸棚環(huán)境演化為臺地邊緣鮞粒灘環(huán)境。

圖2 泥晶灰?guī)r的碳同位素特征Fig.2 Carbon isotope characteristics ofmicrite limestones

相對海平面升降控制著沉積環(huán)境、沉積相的演化,進(jìn)而影響橫向、縱向沉積物(巖性)分布規(guī)律。飛一段初期達(dá)到最大海泛,之后隨著海平面的不斷變淺,在深水陸棚之上逐漸沉積臺緣鮞粒灘沉積。

在這里,δ13C最大值所指示的最大海泛面具有雙重意義:既是下伏海侵體系域和上覆高位體系域的分界面,又標(biāo)志著深水陸棚環(huán)境向淺水臺緣鮞粒灘的演化。

另外,測試樣品泥晶灰?guī)r的 δ13C平均值為1.28‰,與三疊紀(jì)全球海水碳同位素平均值(1.3‰左右)很相近[29]。所有泥晶灰?guī)r樣品的δ13C值從飛一段到飛二段整體而言呈緩慢上升趨勢(圖2),與三疊紀(jì)全球海平面上升的背景相吻合。飛一段下部泥晶灰?guī)r的δ13C大多在0.5‰以下,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三疊紀(jì)全球海水碳同位素平均值1.3‰,這可能與晚二疊紀(jì)末的全球生物大滅絕事件有關(guān)。

泥晶灰?guī)r的δ18O(PDB)均為負(fù)值,在-8.87‰～-5.08‰之間、平均值-7.22‰,呈復(fù)雜、無規(guī)律的演化趨勢(圖3)。

圖3 泥晶灰?guī)r氧同位素特征Fig.3 Oxygen isotope characteristics ofmicrite limestones

不同于碳同位素,對于碳酸鹽巖δ18O值與海平面變化的關(guān)系,一般認(rèn)為,在不考慮其他因素的條件下,海平面上升,δ18O值降低;海平面下降,δ18O值增大[30]。因此,δ18O的偏移在一定的條件下也可以反映海平面的升降變化。

但是,相對海平面變化而言,碳酸鹽巖的δ18O受海水溫度、鹽度的影響更明顯,并且,受后期成巖作用改造強(qiáng)烈。海相碳酸鹽巖的δ18O隨著埋藏深度加大和溫度的增高而降低,因此其δ18O值一般不代表沉積期海水的同位素組成,而是沉積環(huán)境和成巖環(huán)境的綜合,δ18O值的高低反映的是受后期成巖作用改造的相對強(qiáng)弱[1,5]。

所以,測試樣品的δ18O值對海平面變化的指示意義較差,一般不用δ18O反映沉積環(huán)境。

4 碳、氧同位素特征與白云巖化作用

眾多研究表明,由于碳酸鹽沉積物對成巖作用的敏感性,沉積時(shí)形成的大量原生孔隙絕大多數(shù)不能被保存下來,經(jīng)過漫長的地質(zhì)歷史演化,最終能夠成為油氣儲集空間的是那些在后期成巖過程中形成的各類次生孔隙,因此,成巖環(huán)境、成巖作用分析是研究碳酸鹽巖儲層的關(guān)鍵。判別不同成巖環(huán)境、成巖作用采用了多種研究方法,包括穩(wěn)定碳、氧同位素、微量元素、顯微薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡、流體包裹體、鏡質(zhì)體反射率等,其中穩(wěn)定碳、氧同位素分析是近年來不斷推廣的一種有效的方法[2]。川東北飛仙關(guān)組碳酸鹽巖儲層主要是結(jié)晶白云巖和殘余鮞粒白云巖儲層,基于此,本次研究利用白云巖的碳、氧同位素組成,結(jié)合顯微薄片觀察和陰極發(fā)光分析,研究該區(qū)白云巖化的成巖環(huán)境和機(jī)理及白云巖化對儲層物性的影響。

前人的研究表明,不同成巖環(huán)境的流體具有不同的碳、氧同位素特征(圖4):

大氣淡水成巖環(huán)境的穩(wěn)定碳、氧同位素組分普遍偏輕,并遵循大氣淡水線,即δ13C變化范圍大、從高負(fù)值到低正值,δ18O幾乎不變、一般為高負(fù)值。這是因?yàn)榇髿獾蓭r流體最終的δ13C組分主要來源為土壤中的CO2(富12C)和早期灰?guī)r溶解產(chǎn)生的CO(相對富13C),因此從滲流帶逐漸往下,成巖流體的δ13C值從高負(fù)值向低正值逐漸增加,但一般低于正常海水成巖流體的δ13C值;氧同位素的蒸發(fā)分餾使得大氣淡水成巖流體δ18O向高負(fù)值偏移[31～34]。

正常和蒸發(fā)海水成巖環(huán)境中的δ13C和δ18O均向高正值偏移,現(xiàn)代海水方解石膠結(jié)物和白云石的δ13C、δ18O正交投點(diǎn)大多位于第一象限[35～37]。

較深埋藏成巖δ18O值向高負(fù)值漂移,且與埋深成反比,而δ13C值相對較穩(wěn)定,這是因?yàn)棣?8O值受溫度的同位素分餾作用所控制,隨著地質(zhì)年代變老(或埋深增加),埋藏溫度增加,16O優(yōu)先在礦物中沉淀導(dǎo)致埋藏成巖環(huán)境中的δ18O不斷向負(fù)值偏移,甚至與大氣淡水環(huán)境的δ18O值重疊,而碳同位素不具明顯的溫度分餾作用,與海水的碳同位素組成相似[2,5,7,38]。

圖4 碳、氧同位素特征與成巖環(huán)境Fig.4 Carbon and oxygen isotope characteristics and diagenetic environment

為了盡量減少其他成巖組分對白云石碳、氧同位素組成的干擾作用,盡可能使全巖的同位素組成代表白云石化流體的同位素特征,本次研究僅選擇了白云石含量大于80%(大多在90%以上)的白云巖樣品進(jìn)行碳氧同位素分析。

所測試的白云巖δ13C在0.91‰～2.09‰、平均值1.55‰,δ18O在-9.29‰ ～-3.45‰、平均值-7.16‰,δ13C和δ18O的正交投點(diǎn)均落于第二象限,且不具明顯的相關(guān)性(圖4),說明研究區(qū)的白云巖形成于成巖晚期的埋藏環(huán)境,或早期海水成巖環(huán)境形成的白云巖經(jīng)過后期埋藏成巖改造使得白云巖樣品的δ18O值向負(fù)值偏移而具有埋藏白云巖的同位素特征。下面將結(jié)合巖石薄片的詳細(xì)觀察和陰極發(fā)光分析對此做進(jìn)一步研究。

如圖5所示,研究區(qū)飛仙關(guān)組白云巖主要是粉細(xì)晶白云巖和殘余鮞粒白云巖。白云石非選擇性地交代鮞粒和膠結(jié)物,部分白云石經(jīng)重結(jié)晶后呈鑲嵌接觸,晶體邊界模糊,堆積緊密,晶間孔非常有限(圖5A,C)。白云石交代經(jīng)壓實(shí)后的鮞粒(圖5B)和埋藏期亮晶膠結(jié)物(圖5C),白云石沿縫合線交代且未被縫合線切割(圖5D),說明白云巖化作用發(fā)生在壓實(shí)壓溶和埋藏膠結(jié)之后。

另外,白云石在陰極發(fā)光下具暗紅色發(fā)光的特征(圖5F),這就意味著白云巖化是在埋藏條件下發(fā)生的。因?yàn)樵诮乇淼难趸h(huán)境下,Fe和Mn會以高價(jià)態(tài)出現(xiàn),高價(jià)的Fe、Mn離子無法進(jìn)入白云石晶格中[40],因此近地表大氣淡水、海水和混合水環(huán)境形成的同生和準(zhǔn)同生白云巖在陰極射線下不發(fā)光。只有在還原狀態(tài)下,Fe2+(陰極發(fā)光的猝滅劑)和Mn2+(陰極發(fā)光的激發(fā)劑)才有可能取代白云石晶格中的Ca2+和Mg2+,埋藏環(huán)境才具備這種條件。

圖5 宣漢雞唱剖面飛仙關(guān)組碳酸鹽巖的顯微照片和陰極發(fā)光照片(單偏光,視域高2.2 mm)A。細(xì)晶白云巖,白云石晶體呈它形、半自形,晶體邊界平直或舌狀,緊密堆積,部分重結(jié)晶化,產(chǎn)生的晶間孔非常有限;B。含鮞粒云質(zhì)灰?guī)r,鮞粒經(jīng)壓實(shí)后變形、破碎、且定向排列,交代鮞粒的白云石呈近自形、未經(jīng)壓實(shí)作用的改造; C。亮晶殘余鮞粒白云巖。鮞粒和膠結(jié)物普遍白云巖化,白云石晶體近自形、細(xì)晶-中晶結(jié)構(gòu),白云石交代埋藏期的亮晶膠結(jié)物;D。含鮞粒云質(zhì)灰?guī)r,白云石沿縫合線分布,縫合線未切割白云石晶體;E。殘鮞灰質(zhì)白云巖,茜素紅染色; F.E的陰極發(fā)光照片,白云石具暗紅色發(fā)光Fig.5 Photomicrographs and CL photos from thin sections of the Feixianguan carbonate rocks in Jichang section,Xuanhan(Plane-polarized light,vertical axis=2.2 mm)

綜合碳、氧同位素分析結(jié)果和巖石薄片的詳細(xì)觀察以及陰極發(fā)光分析,推斷研究區(qū)飛仙關(guān)組的白云巖形成機(jī)理可能為封閉條件下深埋藏白云巖化。

5 成巖作用對儲層物性的影響

研究區(qū)發(fā)育大規(guī)模臺緣鮞粒灘,為優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育創(chuàng)造了沉積條件,但是樣品的孔隙度卻很低,最大孔隙度不超過2%,這是因?yàn)槌蓭r作用破壞了大量的原生孔隙,而產(chǎn)生的次生孔隙卻非常有限,主要有以下三個方面的原因:

(1)未經(jīng)過大氣淡水成巖作用的改造。有三個方面的證據(jù):首先,所測試樣品的δ13C均為正值,而經(jīng)大氣淡水改造過的碳酸鹽巖δ13C值一般為低負(fù)值到高負(fù)值;其次,經(jīng)公式Z=2.048 X(δ13C+50)+0.498 X(δ18O+50)(δ標(biāo)準(zhǔn)為PDB)[39]計(jì)算得到的所有碳酸鹽巖樣品(除泥晶灰?guī)r、白云巖外還包括鮞?；?guī)r和殘余鮞粒云質(zhì)灰?guī)r)Z值全大于120,Z> 120時(shí)為海相碳酸鹽巖;另外,巖石顯微薄片中也沒有發(fā)現(xiàn)新月形、重力膠結(jié)等判別大氣淡水成巖作用的成巖組構(gòu)。

(2)壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、重結(jié)晶作用破壞了絕大多數(shù)的原生孔隙和有限的次生孔隙。

(3)埋藏白云巖化作用和溶蝕作用產(chǎn)生的次生孔隙非常有限。白云石晶體緊密堆積,經(jīng)重結(jié)晶改造后大多呈鑲嵌接觸,晶間孔非常有限。研究區(qū)飛仙關(guān)組碳酸鹽巖未經(jīng)大氣淡水淋慮作用的改造,經(jīng)強(qiáng)烈的壓實(shí)和膠結(jié)作用后,巖石的孔滲性很差,不利于埋藏期溶蝕流體的流動,溶蝕作用微弱。

6 結(jié)論

(1)所選46個碳酸鹽巖樣品的δ13C(PDB)值均為正值,在0.06～2.68‰之間、平均值1.39‰,與早三疊紀(jì)全球海水的δ13C值(1.3‰左右)相近,δ18O (PDB)值均為負(fù),在-9.86～-3.45‰之間、平均值-7.37‰。

(2)泥晶灰?guī)r的δ13C值明顯分為兩段,先快速上升、然后低輻振蕩下降,指示海平面在飛一段初期快速上升、達(dá)到最大海泛面,之后,呈震蕩、緩慢下降的趨勢,沉積環(huán)境由深水陸棚環(huán)境逐漸向淺水臺緣鮞粒灘環(huán)境演化;所有泥晶灰?guī)r樣品的δ13C值從飛一段到飛二段整體而言呈緩慢上升趨勢,與三疊系全球海平面上升的背景相吻合;δ18O對海平面升降的指示意義不明顯,可能是由于后期成巖作用對原始δ18O的改造所致。

(3)白云巖的δ13C值(0.91～2.09‰)、δ18O值(-3.45～-9.29‰)的正交投點(diǎn)落在第二象限,結(jié)合薄片鏡下研究和陰極發(fā)光分析,認(rèn)為研究區(qū)白云巖成因可能為埋藏白云石化。

(4)研究區(qū)飛仙關(guān)組碳酸鹽巖未經(jīng)大氣淡水成巖作用的改造,壓實(shí)作用、膠結(jié)作用破壞了大量的原生孔隙,溶蝕作用和埋藏期的白云巖化作用產(chǎn)生的次生孔隙非常有限,導(dǎo)致研究區(qū)白云巖的儲層物性差,最大孔隙度不超過2%。

致謝 評審專家為本文提供了寶貴的意見,特此致謝。

References)

1 張秀蓮。碳酸鹽巖中碳、氧同位素與古鹽度、古水溫的關(guān)系[J]。沉積學(xué)報(bào),1985,3(4):17-28[Zhang Xiulian.Relationship between carbon and oxygen stable isotope in carbonate rocks and paleosalinity and paleotemperature of seawater[J]。Acta Sedimentologica Sinica,1985, 3(4):17-28]

2 陳榮坤。穩(wěn)定氧碳同位素在碳酸鹽巖成巖環(huán)境研究中的應(yīng)用[J]。沉積學(xué)報(bào),1994,12(4):11-20[Chen Rongkun.Application of stable oxygen and carbon isotope in the research of carbonate diagenetic environment[J]。Acta Sedimentologica Sinica,1994,12(4):11-20]

3 嚴(yán)兆彬,郭福生,潘家永,等。碳酸鹽巖C、O、Sr同位素組成在古氣候、古海洋環(huán)境研究中的應(yīng)用[J]。地質(zhì)找礦論叢,2005,20(1):53-56[Yan Zhaobin,Guo Fusheng,Pan Jiayong,etal.Application of C, O and Sr isotope composition of carbonates in the research of paleoclimate and paleooceanic environment[J]。Contributions to Geology and Mineral Resources Research,2005,20(1):53-56]

4 李榮西,魏家庸,肖家飛,等。海進(jìn)體系域碳氧同位素地球化學(xué)響應(yīng)——以黔西南地區(qū)三疊系為例[J]。地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2007, 29(1):1-5[Li Rongxi,Wei Jiayong,Xiao Jiafei,et al.Response of carbon and oxygen isotopic geochemistry to transgressive systems tract: an example from Triassic stratigraphy in southwestern Guizhou Province [J]。Journal of Earth Sciences and Environment,2007,29(1):1-5]

5 Anderson T F,Arthur M A.Stable isotopes of oxygen and carbon and their application to sedimentologic and paleoenvironmental problems [C]∥Arthur M A.Stable Isotopes in Sedimentary Geology,Tulsa: SEPM Short Course,1983,10:1-151

6 Jenkyns H C,Gale A S,Corfield R M.Carbon and oxygen isotope stratigraphy of the English Chalk and Italian Scaglia and its paleoclimatic significance[J]。Geological Magazine,1994,131:1-34

7 Wendte J,Dravis J,Stasiuk L,et al.High-temperature saline dolomitization of Devonian Swan Hills platform and bank carbonate,Wild River area[J]。Bulletin of Canadian Petroleum Geology,1998,46: 210-265

8 Rasser M,Fenninger A.Paleoenvironmental and diagenetic implications ofδ18O andδ13C isotope ratios from the Upper Jurassic Plassen limestone[J]。Geobios,2002,35:41-49

9 王一剛,文應(yīng)初,洪海濤,等。川東北三疊系飛仙關(guān)組深層鮞灘氣藏勘探目標(biāo)[J]。天然氣工業(yè),2004,24(12):5-9[Wang Yigang,Wen Yingchu,Hong Haitao,et al.Exploration target of the deep oolitic beach gas reservoir of the Triassic system Feixianguan Formation in northeast part of Sichuan basin[J]。Natural Gas Industry,2004,24 (12):5-9]

10 冉隆輝,陳更生,張健,等。四川盆地東北部飛仙關(guān)鮞灘儲層分布研究與勘探潛力分析[J]。中國石油勘探,2002,7(1):46-55[Ran Longhui,Chen Gengsheng,Zhang Jian,et al.The study of Feixianguan oolitic beach reservoir distribution and analysis of exploration potential in the northeast of Sichuan basin[J]。China Petroleum Exploration,2002,7(1):46-55]

11 王一剛,文應(yīng)初,洪海濤,等。四川盆地三疊系飛仙關(guān)組氣藏儲層成巖作用研究[J]。沉積學(xué)報(bào),2007,25(6):831-839[Wang Yigang,Wen Yingchu,Hong Haitao,etal.Diagenesis of Triassic Feixianguan Formation in Sichuan basin,southern China[J]。Acta Sedimentologica Sinica,2007,25(6):831-839]

12 馬永生。四川盆地普光超大型氣田的形成機(jī)制[J]。石油學(xué)報(bào), 2007,28(2):9-16[Ma Yongsheng.Generation mechanism of Puguang Gas Field in Sichuan basin[J]。Acta Petrolei Sinica,2007,28 (2):9-16]

13 劉劃一,張靜,洪海濤。四川盆地東北部長興組飛仙關(guān)組氣藏形成條件研究[J]。天然氣勘探與開發(fā),2001:30-38[Liu Huayi, ZhangJing,HongHaitao.The formation conditions of gas reservoir of Changxing Formation and Feixianguan Formation in northeastern Sichuan basin[J]。Natural Gas Exploration and Development,2001: 30-38]

14 魏魁生,徐懷大,葉淑芬。四川盆地層序地層特征[J]。石油與天然氣地質(zhì),1997,18(2):151-157[Wei Kuisheng,Xu Huaida,Ye Shufen.Sequence stratigraphic characteristics of Sichuan basin[J]。Oil&Gas Geology,1997,18(2):151-157]

15 王興志,張帆,馬青,等。四川盆地東部晚二疊世-早三疊世飛仙關(guān)期礁、灘特征與海平面變化[J]。沉積學(xué)報(bào),2002,20(2):249-254[Wang Xingzhi,Zhang Fan,Ma Qing,et al.The characteristics of reef and bank and the fluctuation of sea-level in Feixianguan Period of Late Permian-Early Triassic,east Sichuan basin[J]。Acta Sedimentologica Sinica,2002,20(2):249-254]

16 蘇立萍,羅平,胡社榮,等。川東北羅家寨氣田下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組鮞粒灘成巖作用[J]。古地理學(xué)報(bào),2004,6(2):182-190[Su Liping,Luo Ping,Hu Sherong,et al.Diagensis of oolitic bank of the Feixianguan Formation of Lower Triassic in Luojiazhaigas field,northeastern Sichuan Province[J]。Journal of Palaeogeography,2004,6 (2):182-190]

17 魏國齊,楊威,張林,等。川東北飛仙關(guān)組鮞灘儲層白云石化成因模式[J]。天然氣地球科學(xué),2005,16(2):162-166[Wei Guoqi, Yang Wei,Zhang Lin,etal.Dolomitization geneticmodel of Feixianguan Formation reservoir in the northeast Sichuan basin[J]。Natural Gas Geoscience,2005,16(2):162-166]

18 陳更生,曾偉,楊雨,等。川東北部飛仙關(guān)組白云石化成因探討[J]。天然氣工業(yè),2005,25(4):40-41[Chen Gengsheng,ZengWei, Yang Yu,et al.Discussion on dolomitization genesis of Feixianguan Formation in northeast Sichuan[J]。Natural Gas Industry,2005,25 (4):40-41]

19 鄭榮才,耿威,鄭超,等。川東北地區(qū)飛仙關(guān)組優(yōu)質(zhì)白云巖儲層的成因[J]。石油學(xué)報(bào),2008,29(6):15-21[Zheng Rongcai,Geng Wei,Zheng Chao,etal.Genesisofdolostone reservoir of Feixianguan Formation in Lower Triassic of northeast Sichuan basin[J]。Acta Petrolei Sinica,2008,29(6):15-21]

20 黃思靜,Hairuo Qing,裴昌蓉,等。川東三疊系飛仙關(guān)組白云巖鍶含量、鍶同位素組成與白云巖化流體[J]。巖石學(xué)報(bào),2006,22(8): 2123-2132[Huang Sijing,Hairuo Qing,PeiChangrong,etal.Strontium concentration,isotope composition and dolomitization fluids,in the Feixianguan Formation of Triassic,eastern Sichuan of China[J]。Acta Petrologica Sinica,2006,22(8):2123-2132]

21 李國軍,鄭榮才,唐玉林,等。川東北地區(qū)飛仙關(guān)組層序-巖相古地理特征[J]。巖性油氣藏,2007,19(4):64-70[Li Guojun,Zheng Rongcai,Tang Yulin,et al.Sequence-based lithofacies and palaeogeography of Lower Triassic Feixianguan Formation in northeastern Sichuan basin[J]。Lithologic Reservoirs,2007,19(4):64-70]

22 馮仁蔚,王興志,張帆,等。四川盆地東北部下三疊統(tǒng)飛一～飛三段孤立碳酸鹽巖臺地沉積相及相關(guān)研究[J]。中國地質(zhì),2008,35 (1):54-66[Feng renwei,Wang Xingzhi,Zhang Fan,et al.Sedimentary facies of isolated carbonate platform of the first to thirdmembers of the Lower Triassic Feixianguan Formation in the northeastern part of the Sichuan basin and other related aspects[J]。Geology in China,2008,35(1):54-66]

23 姜在興。沉積學(xué)[M]。北京:石油工業(yè)出版社,2003:195[Jiang Zaixing.Sedimentology[M]。BeiJing:Petroleum Industry Press, 2003:195]

24 黃思靜,石和,毛曉冬,等。早古生代海相碳酸鹽的成巖蝕變性及其對海水信息的保存性[J]。成都理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2003,30(1):9-18[Huang Sijing,Shi He,Mao Xiaodong,etal.Diagenetic alteration of Earlier Palaeozoic marine carbonate and preservation for the information of seawater[J]。Journal of Chengdu University of Technology:Science&Technology Edition,2003,30(1):9-18]

25 李心清,萬國江。碳酸鹽巖氧、碳穩(wěn)定同位素地球化學(xué)研究目前面臨的幾個問題[J]。地球科學(xué)進(jìn)展,1999,14(3):262-268[Li Xinqing,Wan Guojiang.Problems in studies on carbon and oxygen stable isotopes in carbonates[J]。Advances in Earth Science,1999,14 (3):262-268]

26 黃思靜,Qing Hairuo,黃培培,等。晚二疊世-早三疊世海水的鍶同位素組成與演化-基于重慶中梁山海相碳酸鹽的研究結(jié)果[J]。中國科學(xué):D輯,2008,37(3):273-383[Huang Sijing,Qing Hairuo,Huang Peipei,et al.The strontium isotope composition and revolution of sea water in Late Permian-Early Triassic-basin on the research ofmarine carbonate in Chongqing[J]。Science in China:Series D,2008,37(3):273-383]

27 Jenkyns H C.Cretaceous anoxic events:From continents to oceans [J]。Journal of the Geological Society,1980,137:171-188

28 黃思靜。上揚(yáng)子地臺區(qū)晚古生代海相碳酸鹽巖的碳、鍶同位素研究[J]。地質(zhì)學(xué)報(bào),1997,71(1):45-53[Huang Sijing.A study on carbon and strontium isotope of late Paleozoic carbonate rocks in the Upper Yangtze Platform[J]。Acta Geologica Sinica,1997,71(1): 45-53]

29 Veizer J,Fritz P,Jones B.Geochemistry of brachiopods:oxygen and carbon isotopic recordsof Paleozoic oceans[J]。Geochimica et Cosmochimica Acta,1986,50:1679-1691

30 劉建清,賈保江,楊平,等。碳、氧、鍶同位素在羌塘盆地龍尾地區(qū)層序地層研究中的應(yīng)用[J]。地球?qū)W報(bào),2007,28(3):253-260[Liu Jianqing,Jia Baojiang,Yang Ping,et al.The application of carbon, oxygen and strontium isotopes to the study of Middle-Upper Jurassic sequence stratigraphy in Longwei Area,Qiangtang basin[J]。Acta Geoscientica Sinica,28(3):253-260]

31 Mattews R K.A process approach to diagenesis of reef-associated limestones[C]∥Lapovte L F.Reefs in Time and Space.Tulsa: SEPM Special Publication,1974,18:234-256

32 Saller A H.Petrologic and geochemical constraints on the origin of subsurface dolomite,Enewetak Atoll:an example of dolomitization by normal sea water[J]。Geology,1984,12:217-220

33 Lohmann K C.Geochemical patterns of meteoric diagenetic systems and their application to studies of paleokarst[C]∥James N P,Choquette PW.Paleokarst.New York:Springer-Verlag,1988:58-80

34 Melim L A,Westphal H,Swart PK,etal.Questioning carbonate diagenetic paradigms:evidence from the Neogene of the Bahamas[J]。Marine Geology,2002,185:27-53

35 Aharon P,Socki R A,Chan L.Dolomitization of atolls by sea water convective flow:testofa hypothesisat Niue[J]。South Pacific Journal of Geology,1987,95:187-203

36 Vahrenkamp V C,Swart P K.Late Cenozoic dolomites of the Baha-mas:metastable analogues for the genesis of ancient platform dolomites[C]∥Purser B,Tucker M,Zenger D.Dolomites.International Association of Sedimentologists Special Publication,1994,21:133-153

37 Saller A H,Henderson N.Distribution of porosity and permeability in platform dolomites:insight from the Permian of west Texas[J]。AAPG Bulletin,1998,82:1528-1550

38 Moore CH.Upper Jurassic subsurface cements:a case history[C]∥Schneidermann N,Harris P M.Carbonate Cements,Tulsa:SEPM Special Publication,1985,36:291-308

39 Keith M L,Weber JN.Carbon and oxygen isotopic composition of selected limestones and fossils[J]。Geochimica et Cosmochimica Acta, 1964,28:1786-1816

40 王一,王興志,王一剛,等。川東北下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組白云巖的地球化學(xué)特征[J]。沉積學(xué)報(bào),2009,27(6):1043-1049[Wang Yi, Wang Xingzhi,Wang Yigang,et al.Geochemical characteristics of dolomites in Lower Triassic Feixianguan Formation,Northeast Sichuan,China[J]。Acta Sedimentologica Sinica,2009,27(6): 1043-1049]

App lication of Carbon and Oxygen Isotope to Carbonate Reservoirs in Northeast Sichuan Basin

CHEN Mei1WANG Long-zhang1,2ZHANG Xiong1CHEN Zhi-bin1
(1.China University of Geosciences,W uhan 430074; 2.Key Laboratory of Techniques and Petroleum Resources of M inistry of Education,China University of Geosciences,W uhan 430074)

The trend of third-order sea-level changes and mechanism of dolomitization are studied,based on C,O isotope analysis of carbonate rocks,aswell asmicroscopic research,CL analysis,and previous studies of Feixianguan Formation in Jichang of northeast Sichuan Basin.In convenience to analysis,the sampleswere grouped into two sets ofmicrite limestone and dolomite.The C,O isotope analysis ofmicrite limestone shows that the value ofδ13C are all positive,and two stages are clear,that is,the first stage is a fast rising stage and followed a falling-stage with awave shape.The result suggests that the sea level increases quickly in the early First Section of Feixianguan Formation, then,shows a slowly falling trend with sublevel fluctuation aftermaximum flooding surface.Theδ13C evolution curve is rising totally,which is in accord with the rising trend of the Triassic global sea level.The implications ofδ18O on the sea-level changes is obscure,due to the processes of late diagenesis.The C,O isotope analysis of dolomite shows that the orthogonal points ofδ13C(0.91‰～2.09‰)andδ18O(-3.45‰～-9.29‰)fall in the second quadrant.The result,combining with microscope studies and cathodeluminescent analysis,suggests that dolomitization was formed in the buried condition.

Northeast Sichuan Basin;carbonate rocks;carbon and oxygen isotope;sea-level changes;burial dolomitization

陳梅 女 1985年出生 碩士研究生 海洋地質(zhì)學(xué) E-mail:282682305@163。com

P588.24+5

A

1000-0550(2011)02-0217-09

①中國石油化工股份有限公司項(xiàng)目(批準(zhǔn)號:P06081)資助。

2010-01-01;收修改稿日期:2010-04-20