四川盆地東南地區(qū)林1井燈影組鞍形白云石成因及其意義

宋光永，劉樹根，李森明，王鵬程

（1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

（3塔里木油田公司塔西南勘探開發(fā)公司柯克亞作業(yè)區(qū)）

四川盆地東南地區(qū)林1井燈影組鞍形白云石成因及其意義

宋光永1，劉樹根2，李森明1，王鵬程3

（1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

（3塔里木油田公司塔西南勘探開發(fā)公司柯克亞作業(yè)區(qū)）

對四川盆地東南地區(qū)林1井上震旦統(tǒng)燈影組鞍形白云石的巖相學(xué)特征和碳、氧、鍶同位素特征及流體包裹體成分與溫度進(jìn)行研究，認(rèn)為它屬熱液成因。研究區(qū)熱液活動在巖相學(xué)上表現(xiàn)為充填狀鞍形白云石，發(fā)育鞍形白云石線狀充填晶洞。鞍形白云石共生礦物包括石英、瀝青等。鞍形白云石δ18O值和δ13C值異常偏負(fù)，87Sr/86Sr值異常偏高，與圍巖差異明顯。鞍形白云石原生流體包裹體均一溫度為270～320℃，明顯超過了該井最高埋藏溫度；流體包裹體的氣相部分以CO2、CH4和N2為主，液相部分以H2O和CO2為主。這些特征表明，形成鞍形白云石的流體來自于基底的熱液，燈影組白云巖受熱液溶蝕改造而發(fā)育熱液改造型白云巖儲層，并有過油氣成藏過程。

四川盆地；燈影組；鞍形白云石；同位素地球化學(xué)；流體包裹體

鞍形白云石是指具有彎曲的晶面和晶棱、具波狀消光的白云石，其典型的晶形呈馬鞍狀［1-2］，國內(nèi)也有學(xué)者稱之為異形白云石［3-5］。鞍形白云石為熱液白云巖的關(guān)鍵指示標(biāo)志［6］，但它并非只出現(xiàn)在熱液環(huán)境中，在壓溶作用期間，早期白云石的重新調(diào)整也可以形成，它還是封閉或半封閉系統(tǒng)中硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)的副產(chǎn)品［7］。

四川盆地東南地區(qū)林1井是中國石化川東南探區(qū)的一口探井，目的層為震旦系燈影組（Z2dy）。燈影組一直被認(rèn)為是四川盆地具有勘探潛力的油氣儲層之一［8-10］。林1井中燈影組廣泛發(fā)育鞍形白云石，且儲集性能好［11］。因此對鞍形白云石的成因研究有助于我們分析燈影組成巖環(huán)境及儲層發(fā)育規(guī)律，為燈影組油氣勘探提供思路。

本文試圖通過對林1井震旦系燈影組中發(fā)現(xiàn)的鞍形白云石的巖石學(xué)及碳、氧、鍶同位素和流體包裹體研究，揭示鞍形白云石的成因及其地質(zhì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

林1井位于四川盆地東南緣丁山—林灘場構(gòu)造帶林灘場構(gòu)造，除普遍缺失泥盆紀(jì)和石炭紀(jì)沉積，其整體沉積特征可與四川盆地類比。上三疊統(tǒng)—第四系為陸相沉積，巖性以砂巖和泥質(zhì)巖為主（第四系未成巖）；上震旦統(tǒng)—中三疊統(tǒng)為海相沉積，巖性以碳酸鹽巖為主。震旦系燈影組為一套以藻白云巖和泥晶—微晶白云巖為主的局限臺地潮坪—潟湖相沉積。燈影組白云巖是四川盆地深部天然氣勘探的有利目的層之一，但歷經(jīng)40余年的勘探，僅發(fā)現(xiàn)威遠(yuǎn)氣田資陽含氣區(qū)，勘探成效低。

晉寧運(yùn)動以后，四川盆地東南緣沉積構(gòu)造演化可分為五個階段：1)南華大冰期階段（南華紀(jì)）；2)被動陸緣→隆拗演化階段（震旦紀(jì)—志留紀(jì)）；3)古陸→淺海臺地階段（泥盆紀(jì)—中三疊世）；4)陸相湖盆演化階段（晚三疊世—早侏羅世）；5)褶皺隆升階段（晚侏羅世—第四紀(jì)）。其中在早二疊世發(fā)生的峨眉超級地幔柱是四川盆地一次重要的構(gòu)造—熱事件，對四川盆地沉積和成礦具有控制作用［12-15］。

2 鞍形白云石巖相學(xué)特征

在四川盆地東南地區(qū)林1井燈影組發(fā)現(xiàn)的鞍形白云石，在反光鏡下，呈不透明到半透明的乳白色，表明晶體內(nèi)含有大量的包裹體，晶面彎曲，同時經(jīng)常出現(xiàn)折曲、階步和缺損；在偏光鏡下常顯示為波狀消光，且晶面粗糙，裂痕發(fā)育（圖1a）。鞍形白云石這種非面狀晶體特征表明其形成于高溫（至少高于白云石的臨界糙化溫度）與過飽和狀態(tài)下［16］。

圖1 四川盆地東南地區(qū)林1井鞍形白云石巖相特征

鞍形白云石多充填于孔洞中或以脈體形式出現(xiàn)（圖1b,1c）,在巖心上主要以線狀充填于晶洞中（圖1d），其共生礦物主要為石英和瀝青(圖 1d,1e,1f；表1）。在丁山—林灘場構(gòu)造燈影組露頭中，可見鞍形白云石與鉛鋅礦、重晶石、螢石等礦物共生。充填特征、共生礦物組合與Davie等［6］論述的熱液環(huán)境特征類似。

表1 四川盆地東南地區(qū)林1井巖心鏡下鞍形白云石特征

3 鞍形白云石碳、氧、鍶同位素特征

在巖心觀察基礎(chǔ)上,選擇林1井燈影組15組樣品（包含圍巖和晶洞充填物或脈體），進(jìn)行碳、氧、鍶同位素分析。鍶同位素的測試，在南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心同位素質(zhì)譜室進(jìn)行,測試儀器為英國VG354同位素質(zhì)譜儀（TIMS）。碳和氧同位素在中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所應(yīng)用古生物中心同位素實(shí)驗(yàn)室測定，測試儀器為MATA-252同位素質(zhì)譜儀。測試結(jié)果見表2。

測試結(jié)果表明，鞍形白云石（晶洞充填物或脈體）與燈影組基質(zhì)白云巖（圍巖）相比，87Sr/86Sr值偏大，δ18O偏小，而深度在2619.29～2654.70m間的鞍形白云石δ13C值大于圍巖，深度在2654.70m以下的鞍形白云石δ13C則小于圍巖（圖2，表2）。

經(jīng)調(diào)研確知，在燈影組頂部與寒武系的分界時期，全球古環(huán)境發(fā)生強(qiáng)烈變化。大洋發(fā)生缺氧事件，生物大量死亡，海洋中溶解無機(jī)碳減少。震旦系頂部δ13C值短暫的負(fù)異常就是當(dāng)時古環(huán)境發(fā)生強(qiáng)烈變化的反映［17-19］。因此圖2上部出現(xiàn)圍巖δ13C值小于鞍形白云石，其主因系由圍巖的碳同位素值δ13C在燈影組頂部急劇減小而造成。

4 鞍形白云石包裹體特征

鞍形白云石包裹體測試安排在西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測試中心。流體包裹體測溫儀器為英國Linkam公司TMS94，儀器加熱最高溫度為600℃，冷卻最低溫度為-200℃。拉曼成分分析儀器為英國Renshaw公司inVia型激光拉曼探針。實(shí)驗(yàn)條件為：Ar+激光器波長 514.5nm；激光功率 40mW；掃描速度 10s/6次疊加；光譜儀狹縫 10μm；溫度230℃；濕度65%，分析結(jié)果見表3和表4。

測試結(jié)果表明，林1井鞍形白云石的原生包裹體均一溫度處于270～320℃之間，對應(yīng)于干酪根生烴的熱變質(zhì)—干氣、次石墨生成階段（t＞250℃）。

氣—液兩相原生包裹體激光拉曼光譜測定結(jié)果表明，流體包裹體的氣相部分以CO2、CH4和N2為主；液相部分以H2O和CO2為主。故形成鞍形白云石的流體體系屬于H2O—CO2—CH4—N2多元體系。包裹體有機(jī)組分以甲烷為主，僅含少量重?zé)N，與均一溫度指示的熱變質(zhì)階段亦相吻合。

表2 四川盆地東南地區(qū)林1井鞍形白云石及圍巖同位素地球化學(xué)分析結(jié)果

圖2 四川盆地東南地區(qū)林1井鞍形白云石與燈影組圍巖的碳、氧、鍶同位素特征比較

表3 四川盆地東南地區(qū)林1井鞍形白云石均一溫度

表4 四川盆地東南地區(qū)林1井鞍形白云石氣液兩相包裹體激光拉曼光譜測定

5 鞍形白云石成因討論

由于87Sr/86Sr值不因物理、化學(xué)和生物過程發(fā)生變化，而主要受到鍶來源的控制［20］，所以林1井鞍形白云石與圍巖之間強(qiáng)烈的鍶同位素差異表明，形成鞍形白云石的流體應(yīng)為外來流體，而并非來自于燈影組本身。正是由于形成鞍形白云石的流體為外來流體，才導(dǎo)致鞍形白云石與圍巖之間不只是鍶同位素，同時碳、氧同位素也表現(xiàn)出明顯的差異（表2，圖2）。

鞍形白云石的原生包裹體均一溫度處于270～320℃之間，遠(yuǎn)大于林1井燈影組處于最大埋藏深度時的古地溫（圖3），只能表明形成鞍形白云石的外來流體為來自于深部的熱液流體。此外，氣—液兩相原生包裹體組分中N2占5.7%～22.7%，也是深部熱液流體的一個證據(jù)。據(jù)研究，西昌盆地深部熱液形成的白云石包裹體也富含N2，并被認(rèn)為是熱液作用的一個地球化學(xué)標(biāo)志［4］。隨著拉曼顯微探針、顯微測溫和流體提取分析等流體包裹體的深入研究，地質(zhì)學(xué)家們發(fā)現(xiàn)N2是低級變質(zhì)沉積巖、某些麻粒巖和榴輝巖中流體包裹體的重要成分之一［21］。雖然目前對深部N2成因和釋放機(jī)理尚沒有滿意的結(jié)論，但高溫包裹體中氮?dú)獾纳畈縼碓刺卣饕驯粡V泛認(rèn)識。綜上所述，形成鞍形白云石的流體為高溫?zé)嵋毫黧w。

圖3 四川盆地東南地區(qū)林1井埋藏史曲線

由于87Sr/86Sr值主要受鍶來源控制，因此可通過對比鞍形白云石與燈影組下伏地層鍶同位素比值特征來追蹤熱液流體的來源。研究區(qū)燈影組下伏地層分別為：震旦系下統(tǒng)陡山沱組泥巖和粉砂質(zhì)泥巖、南華系上統(tǒng)南沱組冰磧砂礫巖、南華系下統(tǒng)蓮沱組紫紅色長石石英砂巖，蓮沱組不整合覆蓋在晉寧運(yùn)動形成的基底上?？紤]到形成燈影組鞍形白云石的熱液流體87Sr/86Sr在0.710 7～0.713 2之間，平均值為0.712 1，明顯大于下伏地層［22-25］，且大于殼源的87Sr/86Sr 值（平均為0.711 9［26］），這揭示了熱液流體可能來自于晉寧運(yùn)動形成的古老基底（圖4）。Davies等［6］統(tǒng)計(jì)西加拿大及美國東部不同地區(qū)鞍形白云石87Sr/86Sr值后發(fā)現(xiàn)，鞍形白云石普遍具有富集放射性鍶同位素的特征，并認(rèn)為這種極為富鍶的流體很可能來自于基底。本文的結(jié)論與其不謀而合，可能暗示著富鍶的熱液流體來自于基底具有普遍性。

圖4 研究區(qū)鍶同位素來源對比圖

6 地質(zhì)意義

由于鍶在海水中的殘留時間(≈106a)大大長于海水的混合時間(≈103a)，因而任一時代全球范圍內(nèi)海相鍶元素在同位素組成上是均一的,從而導(dǎo)致地質(zhì)歷史中海水的鍶同位素組成是時間的函數(shù)。因此，不同時代的海相碳酸鹽巖，如果缺少后期外來流體的改造或破壞，它們的87Sr/86Sr應(yīng)與相應(yīng)時代海水的87Sr/86Sr相一致［20］。鞍形白云石與圍巖的鍶同位素比值均明顯高于同期海水的鍶同位素比值（平均為0.7083［25］），表明形成鞍形白云石的流體具有富鍶的特征，且圍巖受到了這種富鍶流體的改造，即外來流體與圍巖之間發(fā)生了明顯的鍶同位素交換，從而造成圍巖的鍶同位素比值升高而明顯高于同時代正常海水的鍶同位素比值（圖2）。

黃志誠等［27］對采自江蘇省句容縣侖山、南京市幕府山、湖北省京山縣惠亭山和四川省峨眉山四地的40件燈影組原生白云巖，分析其碳氧同位素（圖5）,得出了晚震旦世燈影期海水原始δ13C和δ18O值分別為4.43‰和0.62‰［27］。而本研究區(qū)燈影組白云巖碳、氧同位素與其相比則出現(xiàn)明顯負(fù)偏。特別是δ18O值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原始海水組成(圖5)。δ18O值減小是熱分餾效應(yīng)造成的，從而揭示了熱液對燈影組白云巖的蝕變影響。

圖5 四川盆地東南地區(qū)林1井燈影組白云巖與晚震旦世海水碳氧同位素分布特征比較

此外，林1井鞍形白云石包裹體組分中的CO2在液相部分占13.6%～28.3%，在氣相部分占26.9%～67.4%,另含少量H2S，顯示熱液流體為富含CO2的酸性流體，對燈影組白云巖具有溶蝕作用，這為熱液改造白云巖發(fā)育鞍形白云石晶洞提供了佐證。

對林1井巖心、巖屑薄片的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在2761m以上，所見鞍形白云石晶間孔大多見瀝青充填，在其以下基本未見或少見瀝青充填。此分布特征暗示了鞍形白云石晶間瀝青應(yīng)為古油藏瀝青，同時也側(cè)面反映了熱液改造白云巖是烴類良好的儲集空間，并且這里曾發(fā)生過油氣充注。

7 結(jié) 論

四川盆地東南地區(qū)林1井燈影組發(fā)育的鞍形白云石是熱液活動的產(chǎn)物。熱液活動在巖石學(xué)上表現(xiàn)為鞍形白云石線狀充填的晶洞及鞍形白云石脈，石英及瀝青是常見的共生礦物。在同位素地球化學(xué)方面，熱液形成的鞍形白云石與燈影組圍巖相比具有87Sr/86Sr值偏大，δ18O值和δ13C值偏小的特征。鞍形白云石與圍巖之間強(qiáng)烈的同位素差異表明形成鞍形白云石的流體應(yīng)為外來流體，而非來自于燈影組本身。鞍形白云石的原生包裹體均一溫度處于270～320℃之間，明顯高于最大埋藏溫度。流體包裹體的氣相部分以CO2、CH4和N2為主；液相部分以H2O和CO2為主。流體包裹體的這些特征揭示出形成鞍形白云石的外來流體為來自于深部的熱液流體。鍶同位素來源對比分析揭示，熱液流體可能來自于晉寧運(yùn)動形成的古老基底。

與晚震旦世燈影期海水原始組成相比，燈影組圍巖的87Sr/86Sr值增大，δ18O值和δ13C值變小，表明熱液活動對燈影組圍巖進(jìn)行了改造。燈影組白云巖受熱液溶蝕改造而發(fā)育熱液改造型白云巖儲層，并有過油氣成藏過程。

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Origin of Dengying Saddle Dolomite in Well Lin-1 in Southeastern Part of Sichuan Basin

Song Guangyong,Liu Shugen,Li Senming,Wang Pengcheng

Integrated analysis of petrography，isotopic geochemistry，fluid inclusions has shown that the Upper Sinian Dengying saddle dolomite from Well Lin-1 is relative with hydrothermal activity in origin.The saddle dolomite commonly coexists with quartz and bitumen.The saddle dolomite shows rather low values of δ18O(‰)and δ13C(‰)and very high values of87Sr/86Sr，which is significantly different to those from the surrounding rock around Dengying Formation.Primary fluid inclusions in the saddle dolomite comprise of gaseous CO2，CH4and N2and liquidus H2O and CO2，Primary homogenization temperature of the inclusions is at 270-320℃，which is obviously higher than the maximum burial temperature of this area.It is suggested that the Dengying dolostone reservoir was altered by hydrothermal dissolution and hydrocarbon accumulation happened later in it.

Late Sinian;Dengying Formation;Saddle dolomite;Origin of mineral,Fluid inclusion;Sichuan Basin

TE111.3

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2011.02.008

1672-9854(2011)-02-0053-08

2010-12-20

宋光永：1985年生，碩士，2010年畢業(yè)于成都理工大學(xué)?，F(xiàn)從事石油地質(zhì)研究工作。通訊地址：310023杭州市西溪路920號

金順愛

Song Guangyong：male,master.Add:PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology,920 Xixi Rd.,Hangzhou,310023 China