孫 靜

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

長期以來，四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組茅二段白云巖儲集層的的成因認(rèn)識有很多。最早張萌本認(rèn)為以混合水成因為主[1]、王振宇等認(rèn)為早期白云石化具有埋藏成因[2]，近年來舒曉輝、汪華等發(fā)現(xiàn)大量以構(gòu)造熱液成因[3]熱水沉積成因[4]為主的白云石以及金振奎進(jìn)一步認(rèn)為玄武巖淋濾成因[5]等。筆者利用川中合川地區(qū)A4井巖芯樣品分析巖石結(jié)構(gòu)、同位素地球化學(xué)特征發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)茅二段白云巖化作用較徹底的儲集層主要與后期熱液白云石化和淺埋藏白云石化雙重作用有關(guān)，其中熱液作用較為徹底地掩蓋了早期埋藏白云石化作用；白云石化不徹底的儲層具有早期淺埋藏白云石化作用留下泥晶白云巖及殘余泥晶灰?guī)r。合川地區(qū)茅二段白云巖儲層發(fā)育分布受沉積相和斷裂雙重控制，這一認(rèn)識希望對下部油氣勘探具有現(xiàn)實意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

合川地區(qū)位于川中古隆起東南部，整體為向東南方向下傾的單斜構(gòu)造（圖1a）。茅口組早期繼承了棲霞組晚期斜坡地形，海水由東南方向進(jìn)入發(fā)生較大規(guī)模海侵，合川地區(qū)整體為較深水的外緩坡沉積環(huán)境（圖1b）。在早二疊世末，受東吳運動影響，盆地內(nèi)部沿基底斷裂拉張形成開江—梁平海槽及篷溪—武勝臺凹，盆地北部發(fā)育沿儀隴—營山臺緣北西向展布的斜坡[6]。合川地區(qū)處于其以南近臺內(nèi)部位，平行斜坡展布方向廣泛發(fā)育生屑灘和顆粒灘，灘體在工區(qū)中部及東北部規(guī)模大，向西南部過渡為低能灘及灘間（圖1c）。根據(jù)巖石學(xué)特征，自下而上可分為四段:茅一段:灰黑色中層狀泥質(zhì)泥晶生屑灰?guī)r，可見“眼球狀”構(gòu)造，發(fā)育有腕足、介形蟲、綠藻等，茅二段:深灰色細(xì)—粉晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r夾薄層細(xì)—中晶白云巖，有孔蟲、蜓類、介形蟲等生物繁盛[7]。茅三段:灰色泥晶生屑灰?guī)r夾砂屑灰?guī)r，生物以有孔蟲、紅藻為主。區(qū)內(nèi)茅三段遭受剝蝕與上覆龍?zhí)督M呈假整合接觸。區(qū)內(nèi)多口井鉆井揭示，茅二段厚度約90～110m,二段中上部薄層狀白云巖發(fā)育，累計厚度約15m,部分見裂縫、溶蝕孔洞和溶縫發(fā)育。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置和沉積相圖

2 巖石學(xué)特征

研究區(qū)茅二段巖性以泥晶生屑灰?guī)r、豹斑白云巖和晶粒白云巖為主，白云巖細(xì)分為細(xì)晶自形白云巖、細(xì)—中晶自形—半自形白云巖和鞍狀白云巖3類。

（1）泥晶生屑灰?guī)r。茅二段整體為一個向上變淺的沉積旋回，研究區(qū)臺內(nèi)低能灘沉積厚層泥晶生屑灰?guī)r，顯微鏡下見生屑碎屑約占50%，可見棘皮，有孔蟲等，生物碎屑保存較完整，偶被白云石交代（圖2a）。

圖2 研究區(qū)茅二段白云石顯微特征

（2）豹斑白云巖。深灰色云巖局部見斑狀灰色灰?guī)r，呈薄層狀發(fā)育在泥晶生屑灰?guī)r中。顯微鏡下白云巖晶形好，晶面平直，晶間孔不發(fā)育（圖2b），多被殘余灰泥充填，偶見生屑碎屑。

（3）晶粒白云巖。深灰色云巖，局部見溶蝕孔洞，孔洞內(nèi)壁可見乳白色砂糖狀鞍狀白云石顯微鏡下基質(zhì)白云巖以細(xì)—中晶為主，晶體大小100～300μm,晶形以自形—半自形為主，局部發(fā)育晶間孔（圖2c）、晶間溶孔及溶縫，縫壁及部分溶孔內(nèi)可見鞍狀白云石（圖2d）。溶蝕孔洞、溶縫周邊白云石晶體變大，呈半自形—他形鑲嵌狀，晶面非平直，這類細(xì)—中晶白云石受高溫流體影響明顯，偶見生屑碎屑幻影。

3 白云巖地球化學(xué)特征

3.1 陰極發(fā)光

茅二段細(xì)晶白云巖（圖3a）整體發(fā)暗紅色光，成巖環(huán)境相對封閉，含鐵量高，抑制了晶體發(fā)光性，主要形成于埋藏階段。中晶白云巖（圖3B）非平直晶面陰極射線下整體發(fā)紅色光，可見亮紅色環(huán)帶結(jié)構(gòu)，中—細(xì)白云巖后期受到了高溫流體的改造。粗—中晶鞍狀白云石充填在構(gòu)造縫及膨脹角礫之間，正交光下呈波狀消光（圖3C），整體發(fā)亮紅色光（圖3D），白云巖后期受到了改造。

圖3 研究區(qū)茅二段白云巖顯微特征及其陰極發(fā)光照片

3.2 碳、氧同位素

研究區(qū)在晚古生代處于有機(jī)碳的相對高速埋藏時期，二疊紀(jì)的δ13C具有連續(xù)的正偏移[8]。據(jù)不完全統(tǒng)計，合川地區(qū)茅二段細(xì)晶白云巖δ13C（3.62‰PDB～4.19‰PDB）（圖4）在同期海相方解石δ13C 的變化范圍內(nèi)（3.5‰PDB～5.9‰PDB）[11]，研究區(qū)白云巖δ13C 平均值為3.96‰PDB，說明白云巖為交代成因，碳的主要來源是原始圍巖灰?guī)r。

圖4 研究區(qū)茅二段A4井樣品碳、氧同位素交會圖

白云巖中氧同位素組成受溫度、鹽度及白云巖化流體性質(zhì)影響顯著。利用白云巖中碳氧同位素特征有效判別成巖環(huán)境。本文分別測試了合川茅二段泥晶生屑灰?guī)r、細(xì)晶白云巖與中晶白云巖氧同位素(見表1)，與原始泥晶灰?guī)rδ18O（-5.72‰PDB～-6.65‰PDB）相比，細(xì)晶白云巖氧同位素值明顯偏負(fù)（δ18O 為-7.77‰PDB～-6.44‰PDB），表明白云巖成巖過程地層溫度上升，熱分餾作用使得δ18O減少。中晶白云巖氧同位素值更偏負(fù)（δ18O為-7.94‰PDB～-7.06‰PDB），其中鞍狀白云石氧同位素值更偏負(fù)（δ18O 為-7.46‰PDB～-6.71‰PDB），表明后期熱液流體首先對具有滲透性基質(zhì)白云巖或灰?guī)r進(jìn)行溶蝕和云化改造，然后發(fā)生在溶蝕孔洞縫內(nèi)鞍狀白云石沉淀充填。研究區(qū)北部GC2井茅口組熱液成因白云巖的δ18O 為高負(fù)值，為-9.00‰PDB～-6.50‰PDB[9]，與研究區(qū)中晶白云巖的δ18O值相當(dāng)。

表1 研究區(qū)茅二段灰?guī)r白云巖碳氧同位素、溫度、鹽度值

依據(jù)區(qū)域相似性及盡量減少泥晶生屑灰?guī)r樣品因為年代效應(yīng)而造成氧同位素值的偏差，筆者按照邵龍義對四川盆地西南地區(qū)晚二疊世灰?guī)r的氧同位素值的校正方法[10]，用Δδ18O=2.69‰PDB 來校正泥晶生屑灰?guī)r樣品的δ18O 測試結(jié)果為-3.41‰PDB。利用Schachleton（1975）等提出計算公式計算古海水溫度：8℃～52.42℃，平均值49.05℃。假設(shè)地表溫度為24.00℃，當(dāng)時地溫梯度為2.60℃/100m,推算合川地區(qū)茅二段白云巖形成時埋藏深度為831～1137m,平均為1001m。結(jié)果表明，古海水溫度為17.91℃，細(xì)晶白云石的形成溫度介于44.7℃屬于淺埋藏成巖環(huán)境（500～1000m）。白云巖化流體鹽度為26.814‰～28.308‰，平均為27.471‰，低于現(xiàn)在海水正常值35.000‰，表明該成巖流體主要為同時期海水。

式中：T——古海水溫度，℃；

δ18Oc——校正后泥晶生屑灰?guī)rδ18O；

δ18Os——古海水δ18O（-2.80‰，SMOW標(biāo)準(zhǔn)）。

利用細(xì)—中晶白云巖樣品δ13C 和δ18O 可計算白云巖成巖環(huán)境溫度TD和鹽度SD:

TD=13.85-4.54δ18O+0.04(δ18O)2；SD=δ18O+34.754‰。

3.3 鹽水包裹體

局部鞍狀白云石發(fā)育少量鹽水包裹體，對其進(jìn)行均一溫度測試，包裹體均一溫度主要分布在123.1℃～134.5℃。鄰區(qū)GC2井、GT2井粗晶鞍狀白云石鹽水包裹體均一溫度分別為105.8℃～159.6℃、113.9℃～146.0℃[9]。從數(shù)據(jù)上看研究區(qū)鞍狀白云石溫度較高，形成環(huán)境具有一定埋深，成巖環(huán)境和成巖流體與細(xì)晶白云巖有明顯區(qū)別，為后期改造白云巖。

4 白云巖成因及意義

4.1 白云巖化作用中鎂離子來源

綜合目前巖芯定量分析，認(rèn)為至少有2期成巖流體參與到茅二段白云巖化作用過程中。一期是淺埋藏期為富含MgCO3的生物殼屑的地層自身供富鎂流體[11]。白云巖化作用交代對象為生屑顆粒及泥晶基質(zhì)，具有明顯相控特征。生屑顆粒灘中生屑顆粒及方解石膠結(jié)物均被較徹底交代，可見殘余顆?；糜埃瑲堄嗔ｉg孔發(fā)育（圖2d）。灘間交代對象為泥晶基質(zhì)，可見“霧心亮邊”交代殘余結(jié)構(gòu)（圖3a）。另一期是后期在構(gòu)造作用的驅(qū)動下熱液流體，發(fā)生熱液白云石化，對早期白云石改造有重結(jié)晶為中粗晶白云巖，及在縫洞邊緣生長為鞍狀白云石（圖2c）。

4.2 白云巖成因及意義

研究區(qū)中二疊統(tǒng)茅口期沉積環(huán)境主要為臺緣向臺內(nèi)緩坡，有利沉積相帶為中緩坡高能粒屑灘，原生孔隙發(fā)育，為后期白云巖化作用提供了先天基礎(chǔ)。茅口組進(jìn)入淺埋藏期后，富鎂流體沿層間微裂縫侵入到滲透性好的顆?；?guī)r中發(fā)生白云巖化作用。穩(wěn)定分布的灘相顆?；?guī)r地層可形成似層狀相控白云巖[11]。后期熱液流體在構(gòu)造作用的驅(qū)動下，沿斷裂和裂縫系統(tǒng)及早期發(fā)育的縫洞上升進(jìn)入茅二段且發(fā)生橫向運移，導(dǎo)致淺埋藏期白云巖及泥晶灰?guī)r發(fā)生熱液白云石化[12]，形成中—粗晶白云石及鞍狀白云石，因此提出了合川地區(qū)茅二段白云石化模式（圖5）。

圖5 合川地區(qū)茅二段白云石化發(fā)育模式圖

5 結(jié)論

（1）川中合川地區(qū)二疊系茅二段白云巖以自形—半自形細(xì)—中晶白云巖主，成巖溫度低，埋藏淺，形成時間較早；

（2）研究區(qū)白云石陰極發(fā)光下可分辨3 類白云石，自形—半自形細(xì)—中晶白云石、中晶白云石及少量鞍狀白云石。自形—半自形細(xì)晶白云巖陰極射線下發(fā)暗紅色光，具δ13C 低正值δ18O 高負(fù)值，與同期海相方解石相當(dāng)，表明其形成于淺埋藏環(huán)境。中晶白云巖陰極射線下發(fā)紅色光，且δ18O更偏負(fù)值，與同期海相方解石相比，受高溫流體作用影響明顯，鞍狀白云石陰極射線下發(fā)亮紅色光，鞍狀白云巖晶面彎曲，呈波狀消光。說明合川地區(qū)茅二段沉積后主要經(jīng)歷2期白云石化流體作用。

（3）淺埋藏白云石化及熱液白云石化作用在川中合川地區(qū)茅二段白云巖儲層的主要成巖方式，其中淺埋藏白云石化為最重要的成巖方式之一，為大規(guī)模儲層發(fā)育的基礎(chǔ)。