董小波，牛永斌，2

（1 河南理工大學資源環(huán)境學院；2 河南省生物遺跡與成礦過程重點實驗室）

遺跡化石是地史時期生物的生命活動在沉積物和其他底質(zhì)中所留下的痕跡［1－3］，生物造跡過程中的倒置、壓縮和回填沉積物將導致遺跡潛穴充填物物理參數(shù)的改變，包括顆粒大小以及分選性的修改或再分配等［2］。國際上，以Gingras等人為代表的一批學者對各類儲層中受成巖改造后的遺跡潛穴充填物及其圍巖基質(zhì)的孔滲性進行對比研究后指出，遺跡潛穴是成巖期巖層中各類流體運移的主要通道［4－11］；他們還對造成這一結(jié)果的成巖因素進行了分析，包括碳酸鹽巖遺跡化石的白云石化作用和溶蝕作用等成巖改造，并使這一研究成為國際上碳酸鹽巖儲層研究中的熱點。在我國，前人通常用“豹斑灰?guī)r”一詞來描述這種在華北奧陶系（尤其是馬家溝組）中普遍存在的含遺跡化石的石灰?guī)r［12-15］，有部分學者提出其豹斑形態(tài)為生物潛穴成因，但一致認為潛穴中的充填白云石主要是成巖期的灰泥被白云石化流體次生交代所形成的［12-17］。

在豫西北奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖中，遺跡化石廣泛分布［18］且高密度發(fā)育，但目前對于該地區(qū)馬家溝組中遺跡化石的成巖作用和物性研究較少，還僅停留在遺跡化石及其組構(gòu)的識別與劃分上［18］。本文在總結(jié)前人研究資料的基礎上，利用野外露頭觀察、薄片鑒定、掃描電鏡等分析手段，對豫西北馬家溝組碳酸鹽巖中遺跡潛穴的成巖作用及其對充填物孔隙發(fā)育的影響進行了研究。期望該研究為今后進一步分析遺跡化石對碳酸鹽巖儲層物性的改造效應、探討這種改造效應在遺跡化石發(fā)育層中垂向上和橫向上的演變以及控制遺跡化石發(fā)育的沉積環(huán)境因素等提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)與成巖演化

研究區(qū)位于豫西北焦作地區(qū)北部（含焦作市、修武縣和博愛縣）（圖1），屬太行山隆起南段。區(qū)內(nèi)廣泛出露奧陶系馬家溝組海相碳酸鹽巖地層。構(gòu)造上，研究區(qū)處于東亞裂谷系NNE向的華北裂谷帶與近EW向的西安—鄭州—開封扭性轉(zhuǎn)換帶的交匯部位［19］。受加里東運動的影響，華北板塊于中奧陶世末開始隆升剝蝕，直到晚石炭世才又重新接受沉積了海陸交互相含鐵/鋁/煤巖系。早海西期，由于古亞洲洋向南俯沖，再加上石炭紀末至早二疊世的華北板塊與秦嶺—大別微板塊碰撞，華北板塊受到兩側(cè)相向的擠壓而再一次抬升；至晚二疊世，海水逐步直至完全退出華北地塊并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e［20］。至印支期，華北廣大地區(qū)基本上繼承了晚海西期以來的構(gòu)造格局和沉積特點，整體處于隆升剝蝕狀態(tài)［21－22］。晚侏羅世—早白堊世，太平洋板塊活動開始顯現(xiàn)對華北地區(qū)構(gòu)造演化的控制地位［22］，伴隨著新生代以來因印度大陸與歐亞大陸的碰撞和持續(xù)的陸內(nèi)匯聚作用的影響，華北地區(qū)發(fā)生斷陷隆升等構(gòu)造作用，形成了現(xiàn)今的斷塊隆起山脈，期間經(jīng)歷了多期構(gòu)造應力場的轉(zhuǎn)變，形成了大量張性和張扭性斷裂［23］。

圖1 豫西北焦作地區(qū)北部地理位置、地層分布以及剖面位置

依據(jù)巖性，研究區(qū)馬家溝組自下而上可以劃分為七個巖性段，其中馬家溝組三段的巖性主要為泥晶灰?guī)r、含白云石泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)泥晶灰?guī)r及泥晶灰質(zhì)白云巖等（圖2），沉積環(huán)境為臺地潮坪環(huán)境的潮間—潮上—蒸發(fā)潟湖［18］。馬家溝組三段的遺跡化石自形成后伴隨著各期構(gòu)造演化所發(fā)生的不同類型、不同期次的成巖作用以及在成巖改造下充填物孔隙發(fā)育的特征，是本文研究的重點。

經(jīng)過大量野外實地踏勘觀察，本文選擇研究區(qū)遺跡化石發(fā)育且保存狀態(tài)較為良好的6處典型剖面（分別為后寨、丹河電廠、黃河影視城、穆家寨、葡萄峪、青龍峽剖面）作為研究對象（圖1）。對馬家溝組三段在縱向上分20個小層進行密集采樣，并對各采樣層由下而上編號（圖2）?？辈毂砻?，在這些剖面中，馬家溝組三段中的遺跡化石不僅種類較多、豐度較高（野外剖面中遺跡潛穴豐度較高處，潛穴的體積可占據(jù)所采巖樣的60%～90%），且在地層的橫向上和縱向上分布均較廣泛（表1，圖2）。

表1 豫西北地區(qū)馬家溝組三段中遺跡化石的主要類型及其所出現(xiàn)的露頭剖面點

圖2 豫西北地區(qū)奧陶系馬家溝組三段遺跡化石和巖性特征

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造演化特征［20-23］可知，馬家溝組三段灰?guī)r的遺跡化石自形成后，經(jīng)歷了埋藏環(huán)境與表生環(huán)境的兩輪交替演變（圖3），即：（1）加里東中期（O1—O2）埋藏環(huán)境；加里東晚期—海西早期（O3—C1）表生成巖環(huán)境；（2）海西中—晚期（C2—P）埋藏環(huán)境；印支期以來（T—Q）的表生成巖環(huán)境。在不同時期的不同成巖環(huán)境下，各成巖作用類型又劃分了不同期次，而不同期次的成巖作用對充填物中孔隙的發(fā)育有各自不同的影響（圖3）。

2 成巖作用類型及其對充填物孔隙發(fā)育的影響

在綜合對比各剖面馬家溝組三段遺跡化石發(fā)育特征的基礎上，重點對后寨、葡萄峪和穆家寨三處剖面中的含有5類遺跡化石的石灰?guī)r進行采樣分析。通過對這些巖樣進行薄片分析及掃描電鏡觀察等研究發(fā)現(xiàn)，巖樣中的遺跡化石均受到較大程度的成巖作用改造，其成巖類型主要有白云石化作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、壓實/壓溶作用、去白云石化作用等。

圖3 豫西北馬家溝組三段成巖環(huán)境演化及其孔隙演化示意圖

2.1 白云石化作用

通過對取自多層的多種類遺跡化石的薄片進行染色觀察分析發(fā)現(xiàn)，其潛穴充填物在成分上多為白云石，鏡下觀察可見晶粒大小不一，從泥晶至細晶均有出現(xiàn)，但總體上以粉晶狀態(tài)居多。白云石晶粒貼面接觸或凹凸接觸，以半自形—他形為主，染色后呈現(xiàn)一定的淡藍色，晶粒時常存在霧心亮邊現(xiàn)象。充填物的白云石化作用通常比較徹底，灰泥殘余較少，潛穴白云石與圍巖泥晶方解石基質(zhì)之間多呈突變過渡（圖4a）。可以看出的是，白云石化時期流體幾乎僅僅沿著潛穴通道運移，這與充填物和圍巖之間成巖固結(jié)后存在孔滲性差異直接相關(guān)，因此充填物白云石晶粒應當屬于成巖期白云石化的產(chǎn)物。

筆者認為遺跡潛穴的白云石化主要存在兩個階段：（1）奧陶紀淺埋藏環(huán)境下回流滲透白云石化；（2）石炭紀—二疊紀中—深埋藏環(huán)境下埋藏白云石化。馬家溝組三段含遺跡化石灰?guī)r分布較為普遍，具有分布層多量大的特點（圖2），遺跡化石發(fā)育層累計厚度共18.42m，占三段總厚度的49.36%；部分巖層中的潛穴體積占該巖層體積的80%以上，且潛穴充填物的白云石化程度十分劇烈。如此大規(guī)模的白云石化決定了流經(jīng)潛穴的白云石化流體的量必須十分巨大，即具備能夠提供大量鎂離子來源的物質(zhì)。前人提出的幾種鎂離子來源（如黏土礦物釋放、不穩(wěn)定組分向穩(wěn)定組分轉(zhuǎn)化釋放以及生物捕獲等） 均存在量上的局限性，唯一能夠做到此規(guī)模的依然為海水［24］。

在奧陶紀淺埋藏環(huán)境下，馬家溝組三段整體的沉積環(huán)境以潮上帶蒸發(fā)環(huán)境為主，通常在遺跡化石發(fā)育層的上方會出現(xiàn)一定厚度且連續(xù)成層的白云巖。該白云巖層沉積物的形成期應當處于一種富鎂的海水條件下，這樣才能形成一整層的富鎂的不穩(wěn)定組分（高鎂方解石及文石），以便于之后進行白云石化交代；甚至在該層的準同生期可能發(fā)生過蒸發(fā)泵白云石化作用，形成的富鎂海水向下回流滲透，促使下方的遺跡潛穴普遍發(fā)生白云石化，潛穴中的白云石基本都是在這個階段形成。由于回流滲透作用的結(jié)晶速度相對較快，因此所形成的白云石自形程度稍差，且回流交代過程中白云石化流體逐漸淡化。在白云石晶粒生長過程中明亮晶殼圍繞晶核不斷增生，故而可形成白云石的霧心亮邊結(jié)構(gòu)［25］。

圖4 豫西北馬家溝組三段遺跡化石充填物的白云石化特征

而在石炭紀—二疊紀的中—深埋藏環(huán)境下，馬家溝組三段中則主要是潛穴白云石在原有基礎上進行加強和調(diào)整，如泥—粉晶白云石向粉—細晶白云石的轉(zhuǎn)化。在此環(huán)境中，高溫以及還原條件對二價鐵離子的催化（充填物白云石晶粒受茜素紅染色后呈現(xiàn)淡藍色），能夠促使多種來源的含Mg2+水體（如構(gòu)造熱液等）轉(zhuǎn)化為白云石化流體［26］。潛穴白云石晶粒的發(fā)育受控于溝通潛穴的縫合線（圖4b），這也證明了在此環(huán)境下存在白云石化流體沿縫合線進入潛穴可對充填物進行交代，但由于這種作用在地層中的分布不均勻，故而潛穴白云石晶粒因發(fā)生重結(jié)晶而增大的程度不同——筆者認為這是遺跡潛穴出現(xiàn)不同粒級白云石晶粒的主要原因。

筆者認為，潛穴充填物與圍巖之間在孔滲性上的差異（充填物孔滲性高，圍巖孔滲性低），導致白云石化過程中潛穴管道會形成相對獨立的成巖體系，其中泥晶方解石及其膠結(jié)物的同時溶解也為白云石的沉淀提供了部分CO32-來源。在此情況下，潛穴的白云石化對于充填物孔隙的發(fā)育具有雙重作用：（1）在潛穴白云石晶粒含量少于50%的初始階段，白云石漂浮于泥晶基質(zhì)中，不僅占據(jù)了一定的孔隙空間（使孔隙度下降），而且因白云石化而增加的那部分孔隙又被此時期的埋藏壓實所破壞，造成孔隙度不升反降；（2）當白云石晶粒含量達到并超過50%時，開始擔當充填物中的支撐格架作用［27］，抵抗進一步的壓實，且會形成一些大的晶間孔（圖4c），使孔隙度上升。除此之外，因Mg2+的離子半徑比Ca2+小，故當?shù)饶柕腗g2+交代等摩爾的Ca2+時，所形成的白云石顆粒往往比先前的方解石顆粒小，可發(fā)生一定程度的體積收縮［28］，這也是白云石化導致孔隙度增高的原因之一。因此，一定程度的白云石化作用，不僅會在晶粒接觸處形成一些晶間縫（圖4c），也會在潛穴邊界與圍巖接觸位置形成一些潛穴邊界微裂隙（圖4d），使得“凝結(jié)成塊”的充填物與圍巖形成類似于“斷開”的狀態(tài)。這兩者的形成，也會增加充填物的孔隙度?？傮w而言，此階段隨白云石含量的增加，孔隙度升高。當潛穴灰泥基質(zhì)基本被交代完畢，白云石化流體卻進一步作用，繼續(xù)增大的白云石晶粒晶面會發(fā)生曲化，朝向孔隙中生長，發(fā)生過白云石化作用［30］。晶粒呈凹凸式接觸在一起（圖4d），不僅造成其自形程度的下降，且會導致部分晶間孔被再次堵塞，孔隙度重新下降。

2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用對于充填物孔隙發(fā)育具有雙重影響。鏡下觀察到的膠結(jié)物類型可分為三個世代。

第一世代 為單向纖狀、纖柱狀方解石（圖5a）和文石（圖5b）膠結(jié)物。前者呈懸垂形的集合體形態(tài)分布于圍巖基質(zhì)中受早期壓實而發(fā)生塑性變形的灰泥顆粒周圍，后者殘存于潛穴白云石晶間孔中。兩者均指示了海水滲流帶成巖環(huán)境，故而認為它們形成于海底近地表環(huán)境中。第一世代膠結(jié)物堵塞了潛穴中的部分晶間及粒間孔，但它們對于上覆地層作用于潛穴的壓實卻起到了一定的支撐格架作用［29］，同時對未被膠結(jié)物完全充填的剩余孔隙起了保護作用。

第二世代 為水菱鎂礦（圖5c）、等軸細粒方解石（圖5d）和共軸連晶方解石（圖5e）等膠結(jié)物，它指示了淡水潛流帶或受大氣淡水影響的成巖環(huán)境。水菱鎂礦發(fā)育在白云石化作用后的晶間孔或次生溶孔內(nèi)，等軸細粒方解石膠結(jié)物的生長也明顯受白云石化產(chǎn)生的潛穴邊界微裂隙的控制，而共軸連晶膠結(jié)物更是產(chǎn)生于潛穴白云石晶粒的背景之上，由此表明這三者的形成時間均應晚于白云石化時期。筆者認為，第二世代主要形成于加里東運動晚期導致的表生成巖環(huán)境中，其膠結(jié)物的形成對充填物的孔隙起了堵塞破壞作用，而共軸連晶方解石這種粗粒膠結(jié)物更是因其致密少孔而造成孔隙的大量損失。

第三世代 主要為受縫合線以及成巖微裂隙等中晚期成巖構(gòu)造控制而發(fā)育的白云石（圖5f，5g）和中—粗粒亮晶方解石（圖5h）膠結(jié)物，它指示了石炭紀—二疊紀中—深埋藏成巖環(huán)境。白云石膠結(jié)物也是此時期埋藏白云石化的產(chǎn)物，是白云石化流體沿縫合線及微裂隙等通道運移時沉淀產(chǎn)生的，但它在潛穴中的表現(xiàn)是白云石的繼續(xù)生長充填，因此對孔隙發(fā)育也存在兩方面的影響，即白云石晶粒增大過程中的孔隙度升高以及后期發(fā)生過白云石化而導致的孔隙度降低，而中—粗粒亮晶方解石膠結(jié)物則對充填物的孔隙發(fā)育起了破壞作用。

2.3 溶蝕作用

溶蝕作用對于充填物孔隙的發(fā)育具有建設性作用。研究區(qū)潛穴充填物的溶蝕過程可分為四期（圖3）。

第一期 為組構(gòu)選擇性埋藏溶蝕，主要發(fā)生于奧陶紀淺埋藏環(huán)境中?；亓鳚B透的富鎂海水對充填物中高鎂方解石和文石等不穩(wěn)定組分的溶解和交代，形成大量的方解石晶間溶孔及灰泥顆粒間的次生溶孔，這些孔隙之后成為白云石生長的場所。

第二期 為非組構(gòu)選擇性表生溶蝕，發(fā)生于加里東運動晚期導致的表生環(huán)境中。遺跡化石受大氣淡水淋濾，充填物白云石晶粒間殘留的泥晶方解石和第一世代膠結(jié)物等發(fā)生溶解，形成大量的晶間次生溶孔，這些晶間孔隙后多被第二世代淡水膠結(jié)物所充填，部分白云石晶粒自身也因溶解而形成一些晶內(nèi)孔。

第三期 為非組構(gòu)選擇性埋藏溶蝕，發(fā)生于石炭紀—二疊紀埋藏環(huán)境中。主要為有機質(zhì)熱分解產(chǎn)生的有機酸和埋藏白云石化流體對已存在的白云石晶粒、二世代膠結(jié)物及殘存的灰泥進行溶解，將堵塞的晶間孔及晶間溶孔等再次打開及擴大。

第四期 為非組構(gòu)選擇性表生溶蝕，發(fā)生于三疊紀以來的表生環(huán)境中。因大氣淡水淋濾而再次形成大量的晶間和晶內(nèi)次生溶孔（圖6a，6b）,其中部分白云石晶粒被整體溶解而形成鑄模孔（圖6c），暴露于大氣淡水之下的潛穴充填物甚至被溶解殆盡，留下一些潛穴形態(tài)的孔洞（圖6d）。

2.4 壓實/壓溶作用

在薄片及掃描電鏡下觀察，研究區(qū)遺跡化石受到的壓實作用主要表現(xiàn)為潛穴白云石晶粒的緊密接觸、潛穴切面形狀的變化以及其中灰泥顆粒的變形等。壓實對于充填物的孔隙發(fā)育具有破壞作用，這在成巖早期便造成充填物中原生孔隙的大量減少。隨著上覆沉積物的增加，到了中—深埋藏環(huán)境，伴隨溫度和壓力的升高，埋藏壓實演變?yōu)閴喝茏饔?，其主要標志為縫合線的發(fā)育［30］。

鏡下觀察到的縫合線多被一些次生礦物如黃鐵礦、黑色瀝青質(zhì)及方解石（圖5h）所充填，表明其中曾存在多種流體的先后運移?？p合線往往與潛穴邊界及內(nèi)部的微裂隙相連通而成為潛穴內(nèi)外成巖流體交換的重要通道。因此，壓溶作用對于潛穴孔隙發(fā)育具有雙重影響：當圍巖的壓溶產(chǎn)物隨流體沿縫合線進入潛穴并以膠結(jié)物的形式在孔隙中沉淀下來時，對孔隙造成破壞（圖5h）；但當有機酸、白云石化溶液及大氣淡水等溶蝕性流體進入潛穴之后，會產(chǎn)生次生溶孔及鑄?？祝▓D6c）等，這對充填物的孔隙發(fā)育又具有建設性。

圖5 豫西北馬家溝組三段遺跡化石充填物的膠結(jié)特征

圖6 豫西北馬家溝組三段遺跡化石充填物的溶蝕及去白云石化特征

2.5 去白云石化作用

研究區(qū)遺跡化石充填物的去白云石化作用主要有兩種表現(xiàn)：（1）白云石晶粒被方解石重新交代后，發(fā)生泥晶方解石化（圖6e），并殘留白云石輪廓陰影；（2）分散的白云石晶粒被粗粒淡水膠結(jié)物取代，凝結(jié)成塊（圖6f），膠結(jié)物邊界方解石對白云石的蠶食清晰可見。兩者均對潛穴充填物孔隙發(fā)育具有破壞作用。

筆者認為，研究區(qū)潛穴充填物的去白云石化作用可分為兩期，分別為加里東運動晚期以及三疊紀以來的表生環(huán)境下的大氣淡水影響（圖3）。

3 遺跡化石充填物的孔隙演化

由于在不同成巖環(huán)境下各成巖作用對潛穴充填物改造的劇烈程度不同，故而在不同成巖階段主導充填物孔隙發(fā)育及孔隙度變化的成巖作用類型也不相同，這導致了充填物在不同的成巖時期表現(xiàn)出不同的孔隙發(fā)育特征及孔隙度演化特征（圖3）。

（1）加里東中期（O1—O2） 造跡生物在馬家溝組三段沉積物的準同生期通過倒置、壓縮和回填沉積物制造潛穴，潛穴內(nèi)充填物的孔滲性相比潛穴外沉積物的要高。之后，遺跡化石因受到沉積物覆蓋而進入早期埋藏階段（O1—O2），壓實及第一期膠結(jié)使得充填物中的孔隙大量減少，孔隙度出現(xiàn)一個迅速降低的階段，但由于充填物仍然受到準同生期潛穴內(nèi)外孔滲性差異所帶來的影響，因而潛穴開始成為地層中流體運移的主要通道。來自上方的富鎂海水使得潛穴發(fā)生回流滲透白云石化，充填物孔隙類型發(fā)生大幅轉(zhuǎn)變，由連通性較差的方解石晶間孔及灰泥顆粒粒間孔，轉(zhuǎn)變?yōu)檫B通性較好的白云石晶間孔及晶間縫等。這些孔隙成為此階段充填物中的主要孔隙類型，孔隙度在經(jīng)歷白云石化前期因壓實影響而產(chǎn)生的降低過程后，隨著白云石化程度的加深及白云石百分含量的增加而得到提升。整體而言，壓實作用與白云石化作用主導了此階段充填物的孔隙發(fā)育，孔隙度經(jīng)歷了先降低后升高的過程（圖3）。

（2）加里東晚期—海西早期（O3—C1） 受到加里東運動的影響，研究區(qū)遺跡化石被抬升到近地表大氣淡水環(huán)境。由于構(gòu)造抬升伴隨著大量構(gòu)造裂隙的形成,大氣淡水沿著這些通道進入遺跡化石發(fā)育層，對遺跡潛穴充填物進行淋濾溶蝕，從而發(fā)生第二期表生溶蝕及膠結(jié)作用。表生溶蝕作用與膠結(jié)作用二者為相逆反應，相互穿插進行，孔隙在膠結(jié)堵塞與溶蝕打開的不斷交替下形成，而孔隙度的增加或減少則取決于充填物中沉淀與溶解量的差別。筆者認為，此時期遺跡潛穴成巖環(huán)境相對開放，大氣淡水淋濾量較大，溶解量總體大于膠結(jié)物沉淀量，表生溶蝕對此階段充填物孔隙的發(fā)育起主導作用，在原有的白云石晶間孔的基礎上，增加了大量白云石晶間及晶內(nèi)次生溶孔，孔隙度有所升高。

（3）海西中—晚期（C2—P） 隨著石炭紀—二疊紀含煤巖系的沉積，研究區(qū)遺跡化石再次進入埋藏環(huán)境。隨著埋藏深度的增加和壓力加大，深埋藏壓實使得孔隙度出現(xiàn)再一次降低。上覆巖層的巨大壓力造成圍巖基質(zhì)產(chǎn)生許多微裂隙，壓溶現(xiàn)象也開始出現(xiàn)，產(chǎn)生大量縫合線，這些微裂隙及縫合線往往能夠溝通潛穴。在此相對封閉的埋藏成巖環(huán)境中，潛穴通過這些通道與圍巖基質(zhì)的物質(zhì)交換成為此時期影響充填物孔隙發(fā)育的重要因素。圍巖中產(chǎn)生的壓溶產(chǎn)物及酸性溶蝕流體等，均會沿此通道進入潛穴并發(fā)生第三期膠結(jié)與溶蝕，充填物因其較高的孔滲性也往往成為成巖流體易于聚集的地方。帶有圍巖基質(zhì)溶蝕產(chǎn)物的流體單向且大量流入充填物中，結(jié)晶出的第三世代膠結(jié)物則破壞孔隙發(fā)育。而溶蝕流體進入充填物后雖產(chǎn)生一定溶解作用，但這些含有溶解產(chǎn)物的流體在逐漸達到飽和狀態(tài)的過程中往往并不輕易返回圍巖基質(zhì)，而是依然沿著具有較高孔滲特征的充填物運移，這就造成了潛穴在一處發(fā)生溶蝕卻在另一處又發(fā)生沉淀的現(xiàn)象。因此，這時的埋藏溶蝕對于充填物孔隙發(fā)育的建設性作用有限，這種充填物被動接收“圍巖產(chǎn)物”的狀態(tài)，使得此階段潛穴中的膠結(jié)量要大于溶解量，孔隙大量減少，導致孔隙度降低。雖然此時期因地溫升高而產(chǎn)生的埋藏白云石化會使充填物白云石晶粒得以再次生長，部分潛穴孔隙度在一定程度上又有所上升，但筆者認為，主導此時期充填物孔隙發(fā)育的主要是第三期埋藏膠結(jié)，相比上一階段而言，此階段充填物孔隙類型并未產(chǎn)生顯著變化，但其孔隙度整體有所下降。

（4）印支期以來（T—Q） 因受到太平洋活動域的影響，尤其是新生代以來的各期構(gòu)造應力場轉(zhuǎn)變，馬家溝組的地層中再次產(chǎn)生大量的斷裂及裂隙，斷裂→裂隙→縫合線→潛穴微裂隙→充填物孔隙（晶間及晶內(nèi)溶孔、鑄?？祝┑葮?gòu)成更加完善的流體運移體系，遺跡潛穴成巖環(huán)境相對更加開放，受大氣淡水影響也更為劇烈。表生溶蝕作用主導了此時期充填物孔隙發(fā)育，雖然部分潛穴存在因去白云石化而破壞孔隙的現(xiàn)象，但筆者認為，如同加里東運動晚期導致的表生成巖期一樣，在此階段充填物的孔隙度因大氣淡水淋濾溶蝕而有所升高。

根據(jù)以上充填物孔隙演化的特征也可以看出，遺跡潛穴充填物的孔隙類型主要以白云石晶間孔以及晶間和晶內(nèi)次生溶孔為主，孔隙度隨著成巖環(huán)境的變化，經(jīng)歷了降低→升高→降低→升高的演化過程，早成巖階段的回流滲透白云石化作用為其后的成巖改造奠定了基礎，而且對于潛穴充填物中孔隙的發(fā)育貢獻最大，此后充填物孔隙度的提升則主要依賴于表生環(huán)境下大氣淡水的淋濾溶蝕作用。

4 遺跡化石充填物的定量分析

為了能夠定量分析遺跡潛穴充填物經(jīng)成巖改造后對于其宿主巖層物性的影響，筆者對馬家溝組三段的含遺跡潛穴的石灰?guī)r柱塞巖樣進行了孔滲性測試（表2）。其中每個柱塞（長3～5 cm×直徑2.5 cm）均包含有潛穴充填物部分以及一定量的圍巖基質(zhì)（圍巖均為泥晶灰?guī)r），其中的潛穴體積占柱塞體積的30%～60%（表2，圖7）。可以看出，雖然含遺跡潛穴柱塞中充填物的孔滲特征因圍巖基質(zhì)的存在而被部分屏蔽，但其孔隙度仍可達到不含遺跡潛穴泥晶灰?guī)r柱塞的2～3倍，滲透率可達到3～15倍。

表2 豫西北馬家溝組三段含遺跡化石柱塞樣品的孔隙度和滲透率

圖7 豫西北馬家溝組三段含遺跡化石柱塞樣品的特征觀測

由于含遺跡潛穴柱塞的孔滲性涉及到所含遺跡化石種類、潛穴管占柱塞的體積比、潛穴管相互之間的連通性、充填物白云石化程度以及潛穴管在柱塞中的延伸方向等多個方面的問題，因此有關(guān)研究筆者將另文詳細論述。

總體而言，研究區(qū)馬家溝組三段遺跡化石的成巖改造對其所在巖層儲層物性的提升具有極大的促進作用。

5 結(jié) 論

（1）豫西北焦作地區(qū)北部野外露頭剖面馬家溝組三段石灰?guī)r中的遺跡化石充填物經(jīng)歷的成巖作用類型主要有：白云石化作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、壓實/壓溶作用以及去白云石化作用等。對于潛穴充填物的孔隙發(fā)育而言，溶蝕作用具有建設性，壓實作用及去白云石化作用具有破壞性，而白云石化作用、膠結(jié)作用及壓溶作用則具有建設與破壞的雙重影響。

（2）研究區(qū)遺跡化石充填物的孔隙類型主要以白云石晶間孔以及晶間和晶內(nèi)次生溶孔為主，孔隙度隨著成巖環(huán)境的變化經(jīng)歷了降低—升高—降低—升高的反復演化過程。早成巖階段的白云石化作用為其后的成巖改造奠定了基礎，且對潛穴充填物孔隙的發(fā)育貢獻最大，此后充填物孔隙度的提升主要依賴于表生環(huán)境下大氣淡水的淋濾溶蝕作用，而成巖改造后的遺跡化石對于其宿主巖層儲層物性的提升則具有促進作用。

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