王鵬萬 斯春松 張潤(rùn)合 李嫻靜 馬立橋 黃 羚 徐云俊 魯慧麗

(1.中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院 杭州 310023；2. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310023)

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滇黔北坳陷寒武系碳酸鹽巖古海洋環(huán)境特征及地質(zhì)意義

王鵬萬 斯春松 張潤(rùn)合 李嫻靜 馬立橋 黃 羚 徐云俊 魯慧麗

(1.中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院 杭州 310023；2. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310023)

為厘定滇黔北坳陷寒武系碳酸鹽巖古海洋環(huán)境，揭示成巖流體與巖溶作用的潛在聯(lián)系，并預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層發(fā)育層段，基于鎮(zhèn)雄羊場(chǎng)碳酸鹽巖剖面實(shí)測(cè)及系統(tǒng)取樣基礎(chǔ)上，采用微量元素、碳氧鍶同位素及鑄體薄片等分析手段，地球化學(xué)與巖石學(xué)方法相結(jié)合，探討碳酸鹽巖古海洋環(huán)境及地質(zhì)意義。研究結(jié)果表明：滇黔北坳陷寒武系清虛洞組—婁山關(guān)組整體為海相環(huán)境，古海洋溫度處于12.82℃～32.84℃之間，主體為溫暖或炎熱的亞熱帶氣候。海平面具有主體震蕩下降的趨勢(shì)，存在8期海平面變化旋回，發(fā)育對(duì)應(yīng)的巖相組合，其同位素演化曲線可作為地層劃分依據(jù)。微量元素、同位素地球化學(xué)及巖石學(xué)特征證實(shí)婁山關(guān)組巖溶作用相對(duì)發(fā)育，成巖流體混入強(qiáng)氧化性低溫大氣水，有利儲(chǔ)層縱向上主要分布在海平面下降旋回的高部位。

寒武系 碳酸鹽巖 碳氧鍶同位素 古海洋環(huán)境 地質(zhì)意義

海相碳酸鹽巖作為內(nèi)源沉積巖，紀(jì)錄大量古溫度、古降水、古鹽度以及古生產(chǎn)力等古海洋環(huán)境要素的變遷歷史[1]，而海相碳酸鹽巖的穩(wěn)定同位素能近似反映古海洋穩(wěn)定同位素的組成[2-4]。因此，穩(wěn)定碳、氧及鍶同位素的元素地球化學(xué)分析，可作為示蹤古海洋環(huán)境特征及演化的重要手段，能有效表征古海洋的溫度、鹽度與海平面相對(duì)變化[5-8]，劃分對(duì)比地層、恢復(fù)沉積環(huán)境及其成巖過程[9-10]。

隨著川中地區(qū)高石梯—磨溪構(gòu)造整裝特大型氣田的發(fā)現(xiàn)[11]，前人對(duì)四川盆地及周緣震旦系—寒武系沉積儲(chǔ)層、成藏及構(gòu)造演化等方面展開了系統(tǒng)的研究[12-15]，同時(shí)也涉及到晚震旦世燈影組及下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色頁巖古海洋環(huán)境的探討[9,16-17]，但針對(duì)寒武系碳酸鹽巖古海洋環(huán)境及油氣地質(zhì)意義的研究則相對(duì)薄弱[18]。本文試圖通過微量元素及碳、氧、鍶同位素變化特征，追溯與重建滇黔北坳陷寒武系碳酸鹽巖沉積的古海洋環(huán)境，并嘗試揭示寒武系古巖溶儲(chǔ)層成巖流體性質(zhì)，厘清古環(huán)境與儲(chǔ)層發(fā)育的潛在聯(lián)系，為評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

滇黔北坳陷地理位置位于云貴川三省交界處，大地構(gòu)造位置處于四川盆地南緣，其可劃分為五個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶[19](圖1)。早寒武世梅樹村期至筇竹寺期，快速海侵，滇黔北坳陷堆積一套深水陸棚相的暗色泥頁巖[19]，為南方海相頁巖氣勘探主要目的層之一[17]；早寒武世晚期滄浪鋪階，滇黔北地區(qū)逐漸過渡到淺水陸棚亞相，沉積了明心寺組及金頂山組的碎屑巖地層；早寒武世晚期龍王廟階(清虛洞期)，中上揚(yáng)子區(qū)演化為統(tǒng)一的碳酸鹽巖緩坡，主要發(fā)育泥粉晶灰?guī)r、粉晶白云巖及顆?；?guī)r等緩坡相的碳酸鹽巖；中寒武世，沉積環(huán)境演化過渡到陸棚相，巖性以泥質(zhì)白云巖、泥頁巖及白云巖為主；中寒武世晚期—晚寒武世，沉積了一套局限臺(tái)地相、以大套白云巖夾泥質(zhì)白云巖為主的婁山關(guān)組[18]。滇黔北坳陷寒武系碳酸鹽巖從下往上依次為清虛洞組、高臺(tái)組及婁山關(guān)組(圖2)。常規(guī)油氣勘探實(shí)踐表明，清虛洞組與婁山關(guān)組為常規(guī)天然氣勘探的主要層系[11-14]。

圖1 滇黔北坳陷構(gòu)造區(qū)劃圖Fig.1 Structure of the Dianqianbei depression

2 樣品采集與測(cè)試

2.1 樣品采集與分析

本次針對(duì)鎮(zhèn)雄羊場(chǎng)剖面寒武系清虛洞組—婁山關(guān)組碳酸鹽巖采樣34件(剖面位置見圖1)，選取未經(jīng)蝕變的新鮮樣品22件(剖面縱向樣品位置見圖2)，避開方解石脈和風(fēng)化作用嚴(yán)重的區(qū)域，以便樣品能盡量反映原始沉積環(huán)境與特征[7]。碳酸鹽巖樣品微量元素及碳、氧、鍶同位素測(cè)試均在中國(guó)石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

微量元素分析采用壓模法進(jìn)行X射線熒光光譜分析(XRF)，儀器為PANalytical Axios，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法 第28部分：16個(gè)主次成分量測(cè)定》GB/T 14506.28—2010，實(shí)驗(yàn)條件為溫度21℃，濕度23%；碳、氧同位素分析儀器為DELTA V Advantage 同位素比質(zhì)譜儀，分析方法及流程依據(jù)《有機(jī)物和碳酸鹽巖碳、氧同位素分析方法》SY/T 5238—2008，實(shí)驗(yàn)條件為溫度24℃，濕度60%；鍶同位素分析為TRITON PLUS 熱電離同位素比質(zhì)譜儀，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《巖石中鍶同位素測(cè)定方法實(shí)施細(xì)則》QTD GTDR01—2012，檢測(cè)溫度為20℃，濕度為50%。相關(guān)測(cè)試結(jié)果見表1。

古老地層中碳酸鹽巖的同位素組成可能受后期成巖蝕變的影響，故寒武系樣品能否保留沉積物中原始穩(wěn)定同位素的組成，需要進(jìn)行穩(wěn)定同位素有效性評(píng)價(jià)[7,9]，其主要利用微量元素和穩(wěn)定同位素進(jìn)行判別。

(1) Mn/Sr比值。受成巖作用及大氣水循環(huán)影響，碳酸鹽巖中伴隨Sr值的降低和Mn值的升高，Mn/Sr比值可作為判斷海相碳酸鹽成巖作用和蝕變程度的靈敏指標(biāo)[7,9]。一般認(rèn)為Mn/Sr<10的碳酸鹽巖未遭受強(qiáng)烈的蝕變，其同位素組成可代表原始沉積記錄；Mn/Sr <2～3表示樣品很好地保留原始海水的同位素組成及特征[7,9]。

(2) 氧同位素特征。碳酸鹽巖中δ18O值因成巖后期水巖相互作用而明顯降低[7]。當(dāng)-11.0‰<δ18O<-5.0‰時(shí)，指示樣品受到一定蝕變作用，其值可以代表沉積物中原始碳、氧同位素組成；當(dāng)δ18O<-11.0‰時(shí)，樣品則成巖蝕變作用嚴(yán)重，其同位素值不能代表沉積物中原始的碳、氧同位素組成[20-21]。

(3) 碳、氧同位素相關(guān)性。碳酸鹽巖若受到后期成巖蝕變作用，其δ13C和δ18O值呈正相關(guān)性關(guān)系；若δ13C和δ18O值表現(xiàn)離散性特征，則反映其基本保存了原始的碳、氧同位素組成[7-8]。

鎮(zhèn)雄羊場(chǎng)剖面22件寒武系碳酸鹽巖樣品中，21件樣品Mn/Sr比值大于10(除YC-8-B1樣品外)，其他Mn/Sr比值分布在1.02～7.27，5個(gè)樣品的Mn/Sr 值在2～3(表1)；22件樣品的δ18O值均大于-11.0‰(表1)，能有效反映原始地層的同位素特征；寒武系碳酸鹽巖碳、氧同位素相關(guān)性較差，表現(xiàn)為離散特征(圖3)。通過以上分析，羊場(chǎng)剖面22件寒武系碳酸鹽巖樣品受成巖及后期蝕變作用的影響程度較低，基本代表了原始沉積物的碳、氧及鍶同位素組成，能滿足分析寒武紀(jì)古海洋環(huán)境的要求。

3 古海洋環(huán)境特征

3.1 古海洋溫度

δ18O值是測(cè)定古海水溫度的可靠標(biāo)志[5-9]，由于寒武系碳酸鹽巖時(shí)代老，成巖作用影響顯著，需要對(duì)其δ18O值進(jìn)行“年代效應(yīng)”校正[22]。年代校正以第四紀(jì)海相碳酸鹽巖的δ18O平均值即-1.2‰為標(biāo)準(zhǔn)，滇黔北坳陷鎮(zhèn)雄羊場(chǎng)剖面實(shí)測(cè)δ18O平均值為-8.51‰，二者之差即為年代校正值△δ18O=-7.31‰。故實(shí)測(cè)值與年代校正值△δ18O相減，即可將實(shí)測(cè)δ18O值校正成第四紀(jì)樣品的δ18OCaCO3校正值[7-9]。根據(jù)古溫度計(jì)算公式：T=16.9-4.2×(δ18OCaCO3校正+0.22)+0.13×(δ18OCaCO3校正+0.22)2[9,23]，計(jì)算結(jié)果見表1。

其次，關(guān)于修身的具體方法，程頤和朱熹都非常強(qiáng)調(diào)“整齊嚴(yán)肅”。“整齊嚴(yán)肅”就是一種典型的用外部去規(guī)范自我內(nèi)部的方法。關(guān)于“整齊嚴(yán)肅”程頤說過：“儼然正其衣冠，尊其瞻視，其中自有個(gè)敬處?！庇终f：“非禮勿視聽言動(dòng)，邪斯閑矣?！薄皠?dòng)容貌，整思慮，則自然生敬?！盵3]也就是說“整齊嚴(yán)肅”就是用符合天理的各種規(guī)范對(duì)自己的舉止、形象、衣冠、表情、視聽言動(dòng)等各個(gè)方面加以限制，通過常年累月的嚴(yán)格規(guī)范，形成習(xí)慣，這樣就會(huì)“天理自然明”，達(dá)到修身的目的。

滇黔北坳陷寒武紀(jì)古海水溫度在12.82℃～32.84℃之間(表1、圖2)，主體為溫暖或炎熱的亞熱帶氣候[9]。相對(duì)震旦紀(jì)，海水溫度開始升高。就本次樣品而言，最高與最低古海洋溫度均出現(xiàn)在婁山關(guān)組早期。婁山關(guān)組晚期，古海洋溫度最低，平均為15.98℃；清虛洞期，古海洋平均溫度最高，為24.78℃；婁山關(guān)組早期，平均古海洋溫度為22.58℃，而高臺(tái)組平均古海洋溫度為17.30℃(表1、圖2)。羊場(chǎng)寒武系剖面由早到晚，即清虛洞組→高臺(tái)組→婁山關(guān)組下段→婁山關(guān)組上段，平均古海洋溫度整體具有降低→升高→降低→升高→降低→升高→降低的變化趨勢(shì)，具有4次古溫度相對(duì)升降變化旋回。溫度波動(dòng)相對(duì)不大，但變化頻率較高(圖2)。

圖3 羊場(chǎng)剖面寒武系碳酸鹽巖δ13C與δ18O值相關(guān)性散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter diagram showing relationship between δ13C and δ18O of the Cambrian carbonates in the Yangchang section

3.2 古海洋鹽度

Keith和Weber提出了利用灰?guī)r的δ13C及δ18O值區(qū)分海相石灰?guī)r和淡水相石灰?guī)r，其計(jì)算公式為：Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50)[24]。當(dāng)古鹽度標(biāo)準(zhǔn)值Z>120‰時(shí)，為海相碳酸鹽巖；Z<120‰時(shí)，為淡水碳酸鹽巖。整體上，羊場(chǎng)剖面早寒武世晚期—晚寒武世，各期的Z值變化曲線與其對(duì)應(yīng)的碳同位素變化曲線變化相似(圖2)，暗示δ13C相對(duì)δ13O而言，與古鹽度關(guān)系更為密切[5-10]。

羊場(chǎng)剖面寒武系碳酸鹽巖Z值為111.39‰～125.70‰，平均值為120.57‰，大部分Z值大于120‰(表1)，表明寒武紀(jì)滇黔北坳陷整體處于陸表海的沉積環(huán)境。其中，婁山關(guān)組下段整體Z值相對(duì)較大，其發(fā)育含膏白云巖，印證了其古海洋鹽度相對(duì)較高(圖2)；而清虛洞組及婁山關(guān)組下段局部發(fā)育淡水環(huán)境碳酸鹽巖(表1、圖2)，可能與該期大量淡水注入或淋濾相關(guān)，Z<120‰的碳酸鹽巖大多為泥—粉晶白云巖(表1)，故Z值能大致判斷成巖流體性質(zhì)。

3.3 古海平面變化

鍶同位素是古海平面變化的指示劑，87Sr/86Sr比值與海平面變化密切相關(guān)[8]。海水中鍶主要有兩個(gè)來源：大陸巖石風(fēng)化的陸源鍶(全球平均87Sr/86Sr比值為0.711 9)及洋中脊熱液交換和海底玄武巖熱液蝕變供應(yīng)的幔源鍶(全球平均87Sr/86Sr比值為0.703 5)[25-26]。顯然，陸源鍶相對(duì)幔源鍶具有相對(duì)較高的87Sr/86Sr比值。當(dāng)海平面下降時(shí)，陸地面積變大，進(jìn)入海洋的陸源鍶增加，87Sr/86Sr比值相對(duì)升高；當(dāng)海平面上升時(shí)，多伴隨海底擴(kuò)張加速期，因而進(jìn)入海水的幔源鍶增加。此外，海平面上升使古陸地面積減小，造成海洋陸源鍶含量減少。兩因素相互疊加使得海水的87Sr/86Sr比值相對(duì)降低[8-9]。因此，海平面變化與87Sr/86Sr比值具有負(fù)相關(guān)性[8-9,25-26](圖2)。

羊場(chǎng)剖面寒武系樣品的87Sr/86Sr比值都在0.709 0以上(表1)，表明樣品中可能混入了放射性成因的鍶[27]。早寒武世晚期至晚寒武世晚期(清虛洞組—婁山關(guān)組)，整體上87Sr/86Sr比值具有增大趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)海平面震蕩下降(圖2)。其中，龍王廟階—徐莊階(清虛洞組—高臺(tái)組)，海平面高位震蕩海進(jìn)，對(duì)應(yīng)4期海平面升降旋回，灰質(zhì)、白云質(zhì)碳酸鹽巖及泥質(zhì)巖交互出現(xiàn)(圖2)；張夏階—崮山階，海平面震蕩下降，沉積了一套蒸發(fā)成因的膏云巖(圖2)；長(zhǎng)山階—鳳山階，海平面緩慢上升，堆積大套局限臺(tái)地相的白云巖，整體上對(duì)應(yīng)4期海平面升降旋回(圖2)。

鎮(zhèn)雄羊場(chǎng)剖面早寒武世晚期到中寒武世早期，海水87Sr/86Sr比值整體具變大趨勢(shì)，其原因可能與泛非洲—巴西利亞造山運(yùn)動(dòng)造成硅質(zhì)碎屑巖風(fēng)化和侵蝕的速率增加有關(guān)[27-28]，進(jìn)而為海水提供了更多的陸源鍶；中寒武世晚期，鍶同位素演化曲線較為平坦，反映在陸表海碳酸鹽臺(tái)地演化背景下，沉積作用的均一性和海平面變化的穩(wěn)定性[27]；晚寒武世，海水87Sr/86Sr比值的持續(xù)下降至奧陶紀(jì)，可能與晚寒武世—奧陶紀(jì)的淹沒事件相關(guān)[29]。整體上，羊場(chǎng)剖面寒武紀(jì)海水的鍶同位素演化曲線在長(zhǎng)期旋回上具有較好的全球可對(duì)比性[27-29]。

此外，根據(jù)碳、氧同位素的來源及影響因素分析，海平面變化也與與δ13C升降呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，與δ18O升降呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系[8-9,28](圖2)。因此，碳、氧及鍶同位素能相互印證、有效表征古海平面的變化情況，可作為層序劃分的依據(jù)。

3.4 古海洋環(huán)境特征間的耦合關(guān)系

碳、氧及鍶同位素等地球化學(xué)參數(shù)可有效表征古海洋環(huán)境演化與變遷[5-8]，且各參數(shù)在厘定古海洋環(huán)境特征過程中可相互補(bǔ)充、相互檢驗(yàn)，而古鹽度、古溫度及古海平面等古環(huán)境特征之間也存在一定的耦合關(guān)系。地質(zhì)歷史過程中，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或冰期與間冰期交替，導(dǎo)致海平面升降變化[8]，往往伴隨著海水古鹽度與古溫度的等一系列連鎖變化。如冰期多伴隨著海平面的下降、鹽度升高與溫度降低，其造成海水中δ18O增大、δ13C與87Sr/86Sr比值減小。間冰期則反之。因此，古海洋環(huán)境為一有機(jī)整體，古鹽度、古溫度與古海平面等古海洋環(huán)境特征之間存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系，正是存在此耦合關(guān)系，才能更有效的利用碳酸鹽巖記錄的碳、氧及鍶同位素特征反過來重塑古海洋環(huán)境。

4 地質(zhì)意義

4.1 碳、氧同位素的地層學(xué)意義

碳、氧同位素變化曲線存在低頻波動(dòng)，即碳、氧同位素組成突變形成的階梯或強(qiáng)振幅波動(dòng)。低頻波動(dòng)與災(zāi)變事件相關(guān)[10]，而災(zāi)變事件往往對(duì)應(yīng)區(qū)域或全球性的變化，具有地層學(xué)意義，可作為等時(shí)地層的劃分對(duì)比的依據(jù)[30]。本次在羊場(chǎng)剖面中下寒武統(tǒng)地層中，在巖性組合及生物學(xué)標(biāo)志的基礎(chǔ)上劃定的地層界線附近加密取樣，進(jìn)行碳、氧及鍶同位素分析，探索地層劃分的地球化學(xué)變化與證據(jù)。

圖2中同位素曲線特征揭示：清虛洞組與金頂山組界線處，碳、氧同位素均表現(xiàn)為負(fù)偏的突變階梯，可見低頻波動(dòng)。而鍶同位素比值偏正，對(duì)應(yīng)海退，巖性組合發(fā)生突變，由碎屑巖轉(zhuǎn)化為碳酸鹽巖沉積為主；高臺(tái)組與清虛洞組界線處，碳、氧同位素整體表現(xiàn)為低幅度正偏，快速變化，暗示沉積環(huán)境變化頻繁。而鍶同位素比值偏負(fù)，對(duì)應(yīng)海進(jìn)，沉積相對(duì)深水環(huán)境的泥質(zhì)白云巖；婁山關(guān)組下段與高臺(tái)組界線處，碳、氧同位素具有由偏正到偏負(fù)的趨勢(shì)，突變明顯。而鍶同位素比值偏正，對(duì)應(yīng)海平面下降，露頭可見溶蝕孔洞發(fā)育(圖4A)。同位素地層劃分與巖石地層劃分相互吻合，驗(yàn)證了利用碳、氧同位素特征劃分地層的可行性。

4.2 有利儲(chǔ)層發(fā)育的成巖環(huán)境

羊場(chǎng)剖面寒武系碳酸鹽巖樣品實(shí)測(cè)孔隙度(圖2)及野外露頭、鑄體薄片證實(shí)(圖4)，滇黔北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要為婁山關(guān)組。

羊場(chǎng)剖面婁山關(guān)組儲(chǔ)層巖石類型主要為砂屑白云巖及細(xì)晶白云巖，其儲(chǔ)集空間為粒間溶孔及晶間溶孔(圖4)。野外露頭實(shí)測(cè)婁山關(guān)組頂部49層灰白色粉晶白云巖，溶蝕孔洞順層發(fā)育，大小一般在5 mm左右，未充填(圖4A)。50層為砂屑白云巖，溶蝕孔發(fā)育，表現(xiàn)為典型的準(zhǔn)同生巖溶作用(圖4E)，可能與處于古地貌高部位，灘體暴露，持續(xù)接受淡水淋濾改造，其溶蝕孔洞發(fā)育；而位于古地貌低處灘體短暫暴露，巖溶作用較弱，溶蝕孔則相對(duì)不發(fā)育(圖4F)。縱向上，相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布在海平面相對(duì)下降旋回的頂部或海平面相對(duì)上升旋回的底部(圖2)，具備發(fā)育巖溶作用的成巖環(huán)境。

巖溶作用是大氣水改造碳酸鹽儲(chǔ)層最為重要的地質(zhì)過程之一，由于大氣水具有比海水更高的Mn含量和更低的Sr含量，且氧化條件下以高價(jià)狀態(tài)存在的Fe、Mn會(huì)被大氣水淋濾充填在角礫間的基質(zhì)中而使其含量變高[31]。婁山關(guān)組白云巖具有富鐵(平均含量6 956×10-6)、富錳(平均含量324.75×10-6)與相對(duì)貧鍶的特點(diǎn)(平均含量72.62×10-6，另有兩塊樣品Sr含量小于5×10-6，見表1)，表明該白云巖發(fā)育于完全開放的大氣水環(huán)境。婁山關(guān)組白云巖樣品的Sr/Ba值絕大部分小于1(圖5)，也暗示成巖流體有大氣淡水的混入[19]，其白云巖具有較高的87Sr/86Sr比值，分布范圍介于0.709 756～0.733 585之間，平均值為0.717 253，證實(shí)婁山關(guān)組白云巖成巖受淡水中陸源鍶的影響。微量元素地球化學(xué)特征揭示婁山關(guān)組成巖流體整體特征為：富Fe、富Mn及貧Sr，δ13C和δ18O值弱負(fù)偏，高87Sr/86Sr比值的強(qiáng)氧化性低溫大氣水。黔北坳陷婁山關(guān)期有利儲(chǔ)集相帶以局限臺(tái)地沉積的顆粒灘和云坪粉細(xì)晶白云巖為主，富含CO2的強(qiáng)氧化性低溫大氣水對(duì)碳酸鹽巖的溶解作用強(qiáng)烈，可形成古巖溶型儲(chǔ)層(圖4)。此外，婁山關(guān)組碳、氧同位素顯示粉細(xì)晶白云巖具埋藏成因(表1、圖3)，埋藏溶蝕與巖溶作用相疊加，發(fā)育超大溶孔、粒間與晶間溶孔(圖4)，形成該區(qū)最有利的儲(chǔ)集層段。

圖4 羊場(chǎng)剖面寒武系碳酸鹽巖顯微照片A.羊場(chǎng)剖面，49層，婁山關(guān)組，灰白色粉晶白云巖，溶蝕孔、洞順層發(fā)育；B.YC-26-B2，婁山關(guān)組，砂屑白云巖，粒間溶孔發(fā)育；C.YC-30-B1，婁山關(guān)組，礫屑白云巖，溶蝕形成孔洞，孔隙度23.7%；D.YC-43-B2，婁山關(guān)組，細(xì)晶白云巖，晶間孔及晶間溶孔發(fā)育，孔隙度11.3%；E.YC-49-B1，婁山關(guān)組，砂屑白云巖，粒間溶孔發(fā)育，孔隙度4.39%；F.YC-50-B1，婁山關(guān)組，砂屑白云巖，溶孔發(fā)育，孔隙度5.62%。Fig.4 The microphotographs showing characteristics of the Cambrian in the Yangchang section

圖5 羊場(chǎng)剖面婁山關(guān)組鍶鋇含量散點(diǎn)圖Fig.5 The scatter diagram of strontium and barium composition of the Loushanguan Formation in the Yangchang section

5 結(jié)論

(1) 碳、氧及鍶同位素能有效反映古老碳酸鹽巖的古環(huán)境特征，古海洋環(huán)境特征之間存在一定的耦合關(guān)系，亦可作為地層層序劃分的地球化學(xué)依據(jù)。

(2) 滇黔北坳陷寒武系碳酸鹽巖整體處于海相環(huán)境，屬溫暖或炎熱的亞熱帶氣候。同位素演化曲線表明寒武紀(jì)碳酸鹽巖主要經(jīng)歷8期海平面相對(duì)升降旋回。

(3) 微量元素、同位素地球化學(xué)及巖石學(xué)特征揭示了婁山關(guān)組的成巖流體性質(zhì)，其強(qiáng)氧化性低溫大氣水的巖溶改造作用顯著。婁山關(guān)組有利儲(chǔ)層縱向上主要分布在相對(duì)變淺旋回高部位。

References)

1 羅順社，汪凱明. 元素地球化學(xué)特征在識(shí)別碳酸鹽巖層序界面中的應(yīng)用——以冀北坳陷中元古界高于莊組為例[J]. 中國(guó)地質(zhì)，2010，37(2)：430-437. [Luo Shunshe, Wang Kaiming. The application of element geochemical characteristics to the recognition of carbonate sedimentary sequence boundary: A case study of the Mesoproterozoic Gaoyuzhuang Formation in northern Hebei depression[J]. Geology in China, 2010, 37(2): 430-437.]

2 Korte C, Kozur H W, Veizer J. δ13C and δ18O values of Triassic brachiopods and carbonate rocks as proxies for coeval seawater and palaeotemperature[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2005, 226(3/4): 287-306.

3 Emrich K, Fnhah D H. Carbon isotope fluctuation during the precipitation of calcium carbonate[J]. Earth Planet Science Letter,1970, 8: 363-371.

4 Scholle P A, Arthur M A. Carbon isotope fluctuations in Cretaceous pelagic limestones: potential stratigraphic and petroleum exploration tool[J]. AAPG Bulletin, 1980, 64(1): 67-87.

5 張秀蓮. 碳酸鹽巖中氧、碳穩(wěn)定同位素與古鹽度、古水溫的關(guān)系[J]. 沉積學(xué)報(bào)，1985，3(4)：17-30. [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): 17-30.]

6 羅順社，汪凱明. 河北寬城地區(qū)中元古代高于莊組碳酸鹽巖碳氧同位素特征[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，84(4)：492-499. [Luo Shunshe, Wang Kaiming. Carbon and oxygen isotope composition of carbonate rock from the Mesoproterozoic Gaoyuzhuang Formation in the Kuancheng area, Hebei province[J]. Acta Geologica Sinica, 2010, 84(4): 492-499.]

7 羅順社，呂奇奇，席明利，等. 湘北九溪、沅古坪下奧陶統(tǒng)等深巖類型、碳氧同位素特征及沉積環(huán)境[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，2015，36(5)：745-755. [Luo Shunshe, Lü Qiqi, Xi Mingli, et al. Types, carbon/oxygen isotope characteristics and depositional environments of the Lower Ordovician contourites in Jiuxi and Yuanguping of north Hunan province, China[J]. Oil & Gas Geology, 2015, 36(5): 745-755.]

8 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)：53-56，65. [Yan Zhaobin, Guo Fusheng, Pan Jiayong, et al. 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, 65.]

9 羅貝維，魏國(guó)齊，楊威，等. 四川盆地晚震旦世古海洋環(huán)境恢復(fù)及地質(zhì)意義[J]. 中國(guó)地質(zhì)，2013，40(4)：1099-1111. [Luo Beiwei, Wei Guoqi, YangWei, et al. Reconstruction of the Late Sinian paleo-ocean environment in Sichuan Basin and its geological significance[J]. Geology in China, 2013, 40(4): 1099-1111.]

10 桑樹勛，鄭永飛，張華，等. 徐州地區(qū)下古生界碳酸鹽巖的碳、氧同位素研究[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2004，20(3)：707-716. [Sang Shuxun, Zheng Yongfei, Zhang Hua, et al. Researches on carbon and oxygen stable isotopes of Lower Paleozoic carbonates in Xuzhou area[J]. Acta Petrologica Sinica, 2004, 20(3): 707-716.]

11 魏國(guó)齊，杜金虎，徐春春，等. 四川盆地高石梯—磨溪地區(qū)震旦系—寒武系大型氣藏特征與聚集模式[J]. 石油學(xué)報(bào)，2015，36(1)：1-12. [Wei Guoqi, Du Jinhu, Xu Chunchun, et al. Characteristics and accumulation modes of large gas reservoirs in Sinian-Cambrian of Gaoshiti-Moxi region, Sichuan Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2015, 36(1): 1-12.]

12 徐春春，沈平，楊躍明，等. 樂山—龍女寺古隆起震旦系—下寒武統(tǒng)龍王廟組天然氣成藏條件與富集規(guī)律[J]. 天然氣工業(yè)，2014，34(3)：1-7. [Xu Chunchun, Shen Ping, Yang Yueming, et al. Accumulation conditions and enrichment patterns of natural gas in the Lower Cambrian Longwangmiao Fm reservoirs of the Leshan-Longnüsi Paleohigh, Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2014, 34(3): 1-7.]

13 黃文明，劉樹根，王國(guó)芝，等. 四川盆地下古生界油氣地質(zhì)條件及氣藏特征[J]. 天然氣地球科學(xué)，2011，22(3)：465-476. [Huang Wenming, Liu Shugen, Wang Guozhi, et al. Geological conditions and gas reservoir features in Lower Paleozoic in Sichuan Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2011, 22(3): 465-476.]

14 張建勇，羅文軍，周進(jìn)高，等. 四川盆地安岳特大型氣田下寒武統(tǒng)龍王廟組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的主控因素[J]. 天然氣地球科學(xué)，2015，26(11)：2063-2074. [Zhang Jianyong, Luo Wenjun, Zhou Jin’gao, et al. Main origins of high quality reservoir of Lower Cambrian Longwangmiao Formation in the giant Anyue gasfield, Sichuan Basin, SW China[J]. Natural Gas Geoscience, 2015, 26(11): 2063-2074.]

15 姜華，汪澤成，杜宏宇，等. 樂山—龍女寺古隆起構(gòu)造演化與新元古界震旦系天然氣成藏[J]. 天然氣地球科學(xué)，2014，25(2)：192-200. [Jiang Hua, Wang Zecheng, Du Hongyu, et al. Tectonic evolution of the Leshan-Longnvsi Paleo-uplift and reservoir formation of Neoproterozoic Sinian gas[J]. Natural Gas Geoscience, 2014, 25(2): 192-200.]

16 楊劍，易發(fā)成，侯蘭杰. 黔北黑色巖系的巖石地球化學(xué)特征和成因[J]. 礦物學(xué)報(bào)，2004，24(3)：285-289. [Yang Jian, Yi Facheng, Hou Lanjie. Genesis and petrogeochemistry characteristics of Lower Cambrian black shale series in northern Guizhou[J]. Acta Mineralogica Sinica, 2004, 24(3): 285-289.]

17 李娟，于炳松，郭峰. 黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)底部黑色頁巖沉積環(huán)境條件與源區(qū)構(gòu)造背景分析[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2013，31(1)：20-31. [Li Juan, Yu Bingsong, Guo Feng. Depositional setting and tectonic background analysis on Lower Cambrian black shales in the north of Guizhou province[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2013, 31(1): 20-31.]

18 左景勛，彭善池，朱學(xué)劍. 揚(yáng)子地臺(tái)寒武系碳酸鹽巖的碳同位素組成及地質(zhì)意義[J]. 地球化學(xué)，2008，37(2)：118-128. [Zuo Jingxun, Peng Shanchi, Zhu Xuejian. Carbon isotope composition of Cambrian carbonate rocks in Yangtze Platform, South China and its geological implications[J]. Geochimica, 2008, 37(2): 118-128.]

19 王鵬萬，張潤(rùn)合，斯春松，等. 滇黔川地區(qū)燈影組儲(chǔ)層特征及其主控因素[J]. 西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，29(6)：35-41. [Wang Pengwan, Zhang Runhe, Si Chunsong, et al. Reservoir characteristics of Dengying Formation in Dian-Qian-Chuan area and their control factors[J]. Journal of Xi'an Shiyou University: Natural Science Edition, 2014, 29(6): 35-41.]

20 Kaufman A J, Jacobsen S B, Knoll A H. The vendian record of Sr and C isotopic variations in seawater: implications for tectonics and paleoclimate[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1993, 120(3/4): 409-430.

21 Kaufman A J, Knoll A H. Neoproterozoic variations in the C-isotopic composition of seawater: stratigraphic and biogeochemical implications[J]. Precambrian Research, 1995, 73(1/2/3/4): 27-49.

22 邵龍義. 碳酸鹽巖氧、碳同位素與古溫度等的關(guān)系[J]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，23(1)：39-45. [Shao Longyi. The relation of the oxygen and carbon isotope in the carbonate rocks to the paleotemperature etc[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 1994, 23(1): 39-45.]

23 Craig H. Standard for reporting concentrations of deuterium and oxygen-18 in natural waters[J]. Science, 1961, 133(3467): 1833-1834.

24 Keith M L, Weber J N. Carbon and oxygen isotopic composition of selected limestones and fossils[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1964, 28(10/11): 1787-1816.

25 黃思靜，吳素娟，孫治雷，等. 中新生代海水鍶同位素演化和古海洋事件[J]. 地學(xué)前緣，2005，12(2)：133-141. [Huang Sijing, Wu Sujuan, Sun Zhilei, et al. Seawater strontium isotopes and paleo-oceanic events over the past 260 Ma[J]. Earth Science Frontiers, 2005, 12(2): 133-141.]

26 Palmer M R, Edmond J M. The strontium isotope budget of the modern ocean[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1989, 92(1): 11-26.

27 黃思靜，石和，毛曉冬，等. 重慶秀山寒武系鍶同位素演化曲線及全球?qū)Ρ萚J]. 地質(zhì)論評(píng)，2002，48(5)：509-516. [Huang Sijing, Shi He, Mao Xiaodong, et al. Evolution of Sr isotopes of the Cambrian sections in Xiushan, Chongqing, and related global correlation[J]. Geological Review, 2002, 48(5): 509-516.]

28 Montafiez I P, Osleger D A, Banner J L, et al. Evolution of the Sr and C isotope composition of Cambrian oceans[J]. GSA Today, 2000, 10: 1-7.

29 Denison R E, Koepnick R B, Burke W H, et al. Construction of the Cambrian and Ordovician seawater87Sr/86Sr curve[J]. Chemical Geology, 1998, 152(3/4): 325-340.

30 郭福生，彭花明，潘家永，等. 浙江江山寒武系碳酸鹽巖碳氧同位素特征及其古環(huán)境意義探討[J]. 地層學(xué)雜志，2003，27(4)：289-297. [Guo Fusheng, Peng Huaming, Pan Jiayong, et al. A probe into the carbon and oxygen isotopic characteristics of the Cambrian carbonate rocks in Jiangshan, Zhejiang and its paleo-environment significance[J]. Journal of Stratigraphy, 2003, 27(4): 289-297.]

31 文華國(guó)，陳浩如，溫龍彬，等. 四川盆地東部石炭系古巖溶儲(chǔ)層成巖流體：來自流體包裹體、微量元素和C、O、Sr同位素的證據(jù)[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2014，30(3)：655-666. [Wen Huaguo, Chen Haoru, Wen Longbin, et al. Diagenetic fluids of paleokarst reservoirs in Carboniferous from eastern Sichuan Basin: some evidence from fluid inclusion, trace element and C-O-Sr isotope[J]. Acta Petrologica Sinica, 2014, 30(3): 655-666.]

Characteristic of the Cambrian Carbonate Paleo-oceanEnvironment in the Dianqianbei Depression and Its Geological Significance

WANG PengWan1,2SI ChunSong1ZHANG RunHe1,2LI XianJing1,2MA LiQiao1,2HUANG Ling1,2XU YunJun1,2LU HuiLi1,2

(1. PetroChina Hangzhou Institute of Petroleum Geology, Hangzhou 310023, China;2. CNPC Key Laboratory of Carbonate Reservoirs, Hangzhou 310023, China)

In order to clarify the characteristic of the Cambrian carbonate paleo-ocean environment, to reveal the potential contact of diagenetic fluid and karstification , and predict favorable reservoir development zone, based on the measured carbonate rock outcrop and the system samples, using the trace elements, strontium, carbon and oxygen isotopes and casting thin section data, geochemistry and petrology method, discuss the carbonate paleo-ocean environment and the geological significance. The results show that Qingxudong Formation-Loushanguan Formation of the Cambrian as a whole for the Marine environment in the Dianqianbei depression, the ancient ocean temperature between 12.82 ℃～32.84 ℃, subject to warm or hot subtropical climate. Sea level has a main shock downward trend, there are 8 periods of sea level change cycle, development of the corresponding lithofacies combination, and isotope evolution curve can be taken as the basis of stratigraphic classification. Trace element geochemical characteristics confirmed the Loushanguan Formation karstification relative development, diagenetic fluid mixed with strong oxidizing atmosphere water at low temperature, favorable reservoir are mainly distributed in the sea level falling high part of the cycle.

Cambrian; carbonate;carbon,oxygen and strontium isotope; paleo-ocean environment; geological significance

1000-0550(2016)05-0811-08

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.001

2016-03-03； 收修改稿日期： 2016-04-27

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05004-002)；中國(guó)石油科技管理部項(xiàng)目(2012B-0505)[Foundation: National Science and Major Technology, No. 2016ZX05004-002; Science and Technology Department of the CNPC, No. 2012B-0505]

王鵬萬 男 1981年出生 碩士 工程師 石油地質(zhì)綜合研究 E-mail: wangpw_hz@petrochina.com.cn

P534.41 P736.21

A