四川盆地震旦系灯影组白云岩成因

四川盆地震旦系灯影组白云岩成因

金民东;谭秀成;李毕松;朱祥;曾伟;连承波

【摘 要】基于岩芯观察、薄片鉴定、地球化学分析,结合区域地质背景,系统研究了四川盆地震旦系灯影组白云岩成因.岩石学特征分析发现,灯影组白云岩可分为泥粉晶云岩、粒屑云岩、微生物云岩、岩溶角砾云岩4类,其结构类型一般为泥晶—粉晶,说明白云岩化时间较早,为准同生期.地球化学分析表明,灯影组白云岩δ13 C平均值与震旦纪原始海水较为接近,δ18 O值呈现中—高负偏的特征,有序度和Fe、Mn含量相对偏低,Na含量相对较高,稀土元素配分模式则与海水配分曲线类似,表明白云岩化主要受到海源流体的影响.盆地周缘的古陆和水下隆起使盆内海水极易封隔浓缩,盆内发育的富Ca2+菌藻类可间接提高海水的Mg2+/Ca2+比值,加之灯影期干旱炎热的古气候让盆内蒸发作用强烈,可伴生石膏等蒸发性矿物,促进白云石化.综合上述特征,四川盆地灯影组白云岩成因为微生物参与的蒸发海水回流渗透白云石化.

【期刊名称】《沉积学报》

【年(卷),期】2019(037)003

【总页数】12页(P443-454)

【关键词】微生物白云岩;白云岩化;蒸发海水;灯影组;四川盆地

【作 者】金民东;谭秀成;李毕松;朱祥;曾伟;连承波

【作者单位】中国石化勘探分公司,成都 610041;油气藏地质及开发工程国家重点实验室,西南石油大学,成都 610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室,西南石油大学,成都 610500;中石油碳酸盐岩储层重点实验室沉积与成藏分室,西南石油大学,成都 610500;中国石化勘探分公司,成都 610041;中国石化勘探分公司,成都

610041;油气藏地质及开发工程国家重点实验室,西南石油大学,成都 610500;中石油碳酸盐岩储层重点实验室沉积与成藏分室,西南石油大学,成都 610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室,西南石油大学,成都 610500;中石油碳酸盐岩储层重点实验室沉积与成藏分室,西南石油大学,成都 610500

【正文语种】中 文

【中图分类】P588.24+5

四川盆地震旦系灯影组蕴藏了我国最古老的天然气气藏[1]，相继发现了威远、安岳等大型气田，展示了灯影组储层巨大的勘探潜力。然而，关于灯影组白云岩成因，历来却有不同的观点：如雷怀彦等[2]提出藻白云岩、微—泥晶白云岩为原生(或准同生)形成，纯细晶白云岩为早期成岩白云石化作用形成；王士峰等[3]认为资阳地区震旦系灯影组隐藻白云岩及微晶白云岩为原生成因，粉、细晶白云岩为原有白云岩发生重结晶作用而成；王勇[4]认为震旦系灯影组以原生白云岩为主，成岩白云岩为次，前寒武系白云岩形成与微生物活动密切相关；梅冥相等[5]认为，震旦纪的白云岩是原生白云石沉淀作用的产物；冯明友等[6]认为川中高石梯—磨溪地区灯影组白云岩为区域拉张作用背景下基底热液作用交代而成。然而，随安岳特大型气田的发现，进一步的研究工作展现出白云岩发育、分布与盆缘古陆和水下隆起形成的封隔浓缩的古地理格局密切相关。鉴于此，本文从古地理背景研究入手，基于宏微观岩石学特征、成岩序列和地球化学分析，研究灯影组白云岩成因，以期为四川盆地震旦系灯影组下一步的油气勘探、开发提供更加充实的基础资料和科学依据。

1 区域地质背景

四川盆地位于我国的西南地区，在震旦纪灯影期，其沉积水体循环受限，形成了一套以微生物白云岩、颗粒白云岩、晶粒白云岩为主的陆表浅海沉积物[7-8]。研究区灯影组厚度约为300～1 200 m，自下而上可分为灯一段—灯四段四段，其中灯二段和灯四段为富藻层段，灯一段为贫藻层段，灯三段则为具陆源碎屑混积层段(图1)。

构造研究表明，晋宁运动形成了四川盆地刚性基底，但由于岩浆应力的不均衡[10]，在前震旦世，上扬子区结晶基底便具有隆凹相间的分布特征，其中以川中地区、川东北万源以北地区、康滇东部地区和黔西北地区基底顶面埋深最小，为相对隆起区[11]。受基底隆升的控制，川中区块自南华纪—三叠世长期继承性隆升，最终演变为乐山—龙女寺古隆起[10]；川北汉南—米仓山区块，自震旦纪—中三叠世便保持为海底隆起构造[10]；而川西成都区块也自中元古代—海西早期长期处于隆起环境[10]。南华纪澄江运动使川东区块(开县以东)于早震旦世抬升短期隆起，川西南—滇东和黔西北区域则形成范围较大的古隆起[12]。澄江运动之后，四川周缘为古隆起环绕的古地理格局已初步形成，之后虽经历了陡山沱组一定的补偿沉积，但仍继承了早期的古地理格局[13]。

图1 四川盆地灯影组微生物白云岩/地层厚度等值线及地层特征示意图(左上为灯影末期古地理格局，据刘宏等[9])Fig.1 Stratigraphic characteristics and contour

map of the microbial dolomite/stratum thickness for the Dengying

Formation (on the top left corner is the palaeogeographical pattern of the

last phase of the Dengying Formation; refer to Liu, et al. [9])

灯影末期，受桐湾运动影响，形成了“高低起伏、隆坳相间”的古地理格局(图1)。与早期古地理格局相比发现，其隆坳格局基本相符，表明上扬子区古地理自基底形成—灯影末期具有继承性发育的趋势。同时，结合上扬子区前寒武和下古生界的张应力背景来看，沉积区往往发生整体沉降[14]，而整体沉降的地质背景又可导致古地理格局的长期继承性发育[15]。而这也与微生物白云岩的分布特征相吻合，通过由24口单井和48个野外剖面点进行单因素统计而绘制的灯影组微生物白云岩厚度与地层总厚度比值等值线图可以看出，微生物白云岩的分布范围也大致与古隆起一致(图1)，这与灯影组的微生物主要为蓝藻菌(蓝绿藻)类有关[7]，蓝藻菌类的生长需要一定的光照和温度，因而它多生长于水下较浅水区域[16]，据此也可证明该古地理格局的继承性。

2 样品与方法

本文中的灯影组白云岩样品均为采自盆地钻井岩芯或野外剖面的新鲜纯净样品，选样时精选了受成岩后生作用影响小，岩性较为均质，无明显裂缝或孔洞充填物(多期次白云石、方解石、石英胶结物等)的样品。首先对样品进行镜下薄片鉴定，明确样品分类。再对样品进行粉碎筛选处理，粉碎筛选过程主要针对所采样品的结构组分进行，如凝块云岩主要针对凝块石(图2a)，叠层云岩主要针对纹层组构(图2b)，角砾云岩主要针对角砾选取(图2c)。随后将所筛选的结构组分样使用玛瑙研钵磨细至200目以下，以自封袋分装，分别进行碳氧同位素、X衍射、微量及稀土元素分析。碳、氧同位素测定在中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院分析实验中心完成。使用MAT252气体同位素质谱仪，测试方法为常规的磷酸法，检测依据为SY/T 5238—2008，分析误差为0.01‰，测试结果以PDB为标准；X射线衍射和能谱分析在西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室完成，X射线衍射仪器为X′Pert PRO X射线衍射仪，设备编号为20042620，检测标准为JCPDS-ICDD；能谱分析仪器为XL30扫描电镜，设备编号为S8699，检测标准为SY/T 5162—1997。

稀土元素及其他微量元素在成都理工大学基础化学实验教学示范中心完成。具体实验过程如下：称取50 mg粉末样品(小于200目)，加入5 mL浓度为1 mol/L的醋酸，超声溶解12 h；离心15 min后转移上层清液于另一个Teflon坩埚中；将溶解残渣烘干、称重，并从称样量中扣除这部分；取出分离出的全部上层清液蒸干，加入1 mL的浓硝酸溶解，蒸干后再重复一次，以除去残余的醋酸；最后加入5

mL的1mol/L的硝酸溶解，再加入1 Ml Rh质量分数为100×10-9 g/mL的内标溶液，定容至10 mL，用Finnigan Mat Element型电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行测试(其检测限可达10-12级，分析误差优于10%)。

3 灯影组岩石学特征及成岩作用

3.1 白云岩类型及其分布特征

四川盆地震旦系灯影组白云岩岩石类型复杂，根据不同的组构类型，可进一步分为泥粉晶云岩、粒屑云岩、微生物云岩和角砾云岩四类。其中，泥粉晶云岩主要呈灰—深灰色，晶粒粒径小于0.005 mm，在显微镜下常见干裂、石膏结核和鸟眼孔(图2d)。在四川盆地，泥粉晶云岩主要发育于灯一段和灯四段下部(图3)，单井(单剖面)最大累计厚度为619.5 m，平面上最发育区位于川东北高桥河剖面—巫山剖面区域和川西南老龙1井—昭通派来剖面区域，其累计厚度多大于300 m；微生物云岩是研究区内分布最广和最特征的白云岩类，主要由底栖微生物群落(蓝藻菌类)钙化、黏结、捕获碳酸盐岩沉积物而形成[7]，根据微生物不同的建造方式，又可将微生物云岩细分为凝块云岩(图2a，e)、微生物黏结格架云岩(图2f)、纹层—叠层状云岩(图2b)以及核形石云岩(图2g)[7]。微生物云岩类主要发育于灯二段和灯四段中上部(图3)，单井(单剖面)最大累计厚度为796.9 m；当沉积界面处于浪基面之上的高能带时，早期的泥晶岩类或微生物白云岩被破碎，形成颗粒，沉积成岩后形成粒屑云岩。根据颗粒粒径不同，可进一步分为砂屑云岩(图2h)、砾屑云岩(图2i)和粉屑云岩。与微生物云岩相似，粒屑云岩也主要分布于灯二段和灯四段中上部，常与微生物云岩构成丘滩复合体共同分布[7](图3)，但其发育程度和规模均要小于微生物云岩，单井(单剖面)最大累计厚度为552.1 m，平面上最发育区主要位于川中高石梯—磨溪地区和川西南窝深1井—乐山饭店区域，其累计厚度多大于250 m；和前三类白云岩不同的是，角砾云岩则多发育于地表岩溶带或较大型的岩溶系统中，由两期桐湾运动暴露而导致的岩溶作用改造而成[17]。角砾成分单一，包含前述三种岩类，角砾间以充填亮晶白云石为主(图2c)。角砾云岩主要分布于灯二段上部和灯四段上部(图3)，单井(单剖面)最大累计厚度为21.2 m，最发育区也位于川中高石梯—磨溪区域。

图2 四川盆地灯影组主要白云岩类型及筛选取样位置图a.凝块云岩，Gk1井，灯四段，5 175.05 m；b.叠层状云岩，Wei113井，3 071.65 m；c.角砾云岩，Gs1井，灯四段，4 977.81 m；d.泥晶云岩，鸟眼孔发育，Zi1井，灯二段，3 986

m(-)；e.凝块云岩，Gs6井 灯二段 5 376.47 m(-)；f.微生物黏结格架云岩，Wei117井，灯二段，3 458.43 m(-)；g.核形石云岩，Wei117井，灯二段，3

392.3 m；h.砂屑云岩，Zi6井，灯二段，3 684.17 m(-)；i.砾屑云岩，P1井，灯二段，5 670.7 m(-)Fig.2 Main dolomite types and screening sampling

location for the Dengying Formation, Sichuan Basin