川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖熱液作用研究

李輝 張文 朱永源

（1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.中國(guó)石油華北油田采油二廠，河北 任丘 062550；3.四川省核工業(yè)地質(zhì)局282大隊(duì)，四川 德陽(yáng) 618000）

川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖熱液作用研究

李輝1張文2朱永源3

（1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.中國(guó)石油華北油田采油二廠，河北 任丘 062550；3.四川省核工業(yè)地質(zhì)局282大隊(duì)，四川 德陽(yáng) 618000）

川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖內(nèi)廣泛發(fā)育熱液成因的巖石組構(gòu)和熱液礦物。地球化學(xué)分析顯示，鞍狀白云石具有較高的包裹體均一化溫度，主要在96～250℃之間，平均值為156℃，明顯高于研究區(qū)中二疊統(tǒng)地層所經(jīng)歷的最高溫度；同時(shí)測(cè)得鞍狀白云石包裹體鹽度是同時(shí)期海水鹽度的兩倍左右。中二疊統(tǒng)白云石δ13C值與微晶灰?guī)rδ13C值背景值非常接近，細(xì)—中晶白云石與鞍狀白云石的δ18O值偏負(fù)，綜合分析得出細(xì)—中晶半自形—它形臟白云石以及鞍狀白云石都是在高溫、高鹽度的熱液流體條件下形成的。中二疊統(tǒng)白云石87Sr/86Sr值變化范圍較大，揭示熱液流體來(lái)源具有多樣性。熱液作用受峨眉山地幔柱的影響，熱液作用促使白云巖孔隙、孔洞及裂縫的發(fā)育，為油氣聚集提供良好的儲(chǔ)集空間，可形成優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層。

川西—北地區(qū) 中二疊統(tǒng) 白云巖 熱液作用 地球化學(xué)特征 儲(chǔ)層

0 引言

四川盆地中二疊統(tǒng)的油氣勘探已經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)了，鉆探顯示川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層具有較好的勘探前景。Graham R.Davies等人對(duì)構(gòu)造控制熱液白云石進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究和總結(jié)，此類白云石在平面上的分布通常受控于斷裂系統(tǒng)，包裹體均一化溫度以及鹽度均較高，δ18O值明顯偏負(fù)，鍶同位素值分布廣泛，部分明顯富集放射性鍶，最終建立了受斷裂控制的流體流動(dòng)及熱液白云石化的一般模式［1］。不少學(xué)者對(duì)川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖成因模式進(jìn)行了相當(dāng)深入的研究，但看法不一。該套白云巖儲(chǔ)層在縱向上分布不穩(wěn)定，橫向上難以大范圍追蹤對(duì)比，直到目前為止關(guān)于其成因機(jī)制仍存在爭(zhēng)議，熱液作用的識(shí)別標(biāo)志還需進(jìn)一步的確定落實(shí)。為此，筆者以四川盆地西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)熱液作用為研究核心，探討白云巖儲(chǔ)層形成機(jī)制和模式，進(jìn)而對(duì)該地區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，為后續(xù)整個(gè)四川盆地中二疊統(tǒng)的油氣勘探提供一定的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地位于我國(guó)西部地區(qū)東緣中段，盆地西高東低，四川盆地外圍四周皆為高山環(huán)繞，海拔高度在1 000～3 000 m之間，西北為龍門(mén)山推覆體；北邊是米倉(cāng)山以及大巴山；東南邊是大涼山與大婁山；西南邊是峨眉山和瓦山斷裂帶［2］。

中二疊統(tǒng)包括棲霞組和茅口組。棲霞組與下伏梁山組及上覆茅口組均呈整合接觸，茅口組與上二疊統(tǒng)呈假整合接觸。棲霞組主要巖性是中—厚層甚至塊狀（含）生屑灰?guī)r，局部富含泥質(zhì)條帶或燧石結(jié)核。茅口組主要為一套深灰色、灰色的厚層狀到塊狀的泥晶生屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r。

龍門(mén)山斷裂與峨眉—瓦山斷裂是川西—北地區(qū)最為主要的斷裂系統(tǒng)，華鎣山斷裂是川中地區(qū)最為主要的斷裂帶，它們對(duì)川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)熱液白云巖的分布有著非常明顯的控制作用。在地質(zhì)歷史過(guò)程中對(duì)研究區(qū)中二疊統(tǒng)影響最為深遠(yuǎn)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是海西旋回中的東吳運(yùn)動(dòng)，其發(fā)生于中、晚二疊世之間，表現(xiàn)為地殼的張裂活動(dòng)，同時(shí)伴有大量

峨眉山玄武巖的噴出［3-4］。

2 熱液作用巖石學(xué)和礦物學(xué)證據(jù)

2.1 熱液作用巖石學(xué)證據(jù)

熱液白云巖化過(guò)程中常常會(huì)形成一些與熱液白云巖共生的巖石組構(gòu)，例如熱液破裂縫、構(gòu)造角礫巖、片狀晶洞及斑馬狀構(gòu)造。

1）熱液破裂縫。研究區(qū)內(nèi)可見(jiàn)到大量不規(guī)則的熱液破裂縫，主要是由于張性破裂作用所形成。該類巖石組構(gòu)既可以在白云巖中發(fā)育，也可以在灰質(zhì)云巖或云質(zhì)灰?guī)r中發(fā)育（圖1a）。

2）角礫巖組構(gòu)。它們類型不一，主要為溶蝕垮塌角礫巖及棱角狀熱液膨脹角礫巖。溶蝕垮塌角礫巖形態(tài)呈次橢圓—橢圓狀，角礫分布雜亂，角礫之間充填的為淺色中—粗晶鞍狀白云石，溶孔發(fā)育（圖1b）；棱角狀熱液膨脹角礫巖角礫大小不一，呈棱角狀，成分主要為白云巖，鞍形白云石在角礫之間充填，顯斑雜狀（圖1c）。

3）片狀晶洞。在熱液白云巖中廣泛發(fā)育片狀晶洞，尤其以張村剖面近于水平的片狀晶洞最為典型，往往可見(jiàn)鞍形白云石半充填于晶洞內(nèi)（圖1d）；Davies等人研究認(rèn)為大部分片狀晶洞是由裂縫以及溶解作用共同控制［1］1672。

4）斑馬狀構(gòu)造。研究區(qū)內(nèi)中二疊統(tǒng)洪雅張村剖面可見(jiàn)到斑馬狀構(gòu)造，其明暗條紋相間，明條紋由白色粗晶—極粗晶鞍狀白云石所組成，呈階梯狀，條紋之間近于水平，局部有剩余空間未充填，暗色條紋則由灰色或灰黑色細(xì)—中晶白云巖組成，對(duì)應(yīng)于中二疊統(tǒng)原巖（圖1e）。

2.2 熱液作用礦物學(xué)證據(jù)

川西—北地區(qū)發(fā)現(xiàn)許多與熱流體作用有關(guān)的熱液礦物，如自生石英、黃鐵礦、螢石、伊利石、瀝青、磷灰石及重晶石等，它們?cè)谝欢ǔ潭壬峡梢宰鳛闊嵋鹤饔冒l(fā)生的標(biāo)志［5-6］。

1）自生石英。局部縫洞內(nèi)可見(jiàn)自生石英半充填，石英成分純凈；晶體為六方柱狀，晶形較自形，并有溶蝕現(xiàn)象（圖1f）；金之鈞研究認(rèn)為自生石英的沉淀說(shuō)明熱液流體溫度較高，而且是酸性的，因?yàn)橹挥羞@樣的熱液才能攜帶較多的SiO2，從而在進(jìn)入圍巖裂隙后沉淀出較多的自形石英晶體［5］247。

2）螢石。研究區(qū)內(nèi)中二疊統(tǒng)地層中螢石發(fā)育廣泛，其晶體形態(tài)不規(guī)則，表面粗糙，正交光下全消光。經(jīng)結(jié)構(gòu)分析表明，螢石主要賦存于鞍狀白云石溶解后的晶內(nèi)孔中（圖1g），說(shuō)明鞍狀白云石的溶解作用與螢石之間關(guān)系密切。馬紅強(qiáng)研究認(rèn)為大部分螢石都具有較高的結(jié)晶溫度，因此區(qū)內(nèi)自生螢石的普遍存在可以指示高溫成巖環(huán)境［7］。

3）黃鐵礦。主要產(chǎn)于孔隙及裂縫中，以熱液破裂縫內(nèi)鞍狀白云石充填及鞍狀白云石晶體表面黃鐵礦呈斑塊狀富集組合產(chǎn)出最為典型（圖1h），與鞍狀白云石組合產(chǎn)出說(shuō)明它們形成于同一種熱液流體。

4）伊利石。其主要發(fā)育于白云石的晶間孔中（圖1i），并且認(rèn)為這些伊利石生長(zhǎng)的孔隙中發(fā)生過(guò)白云石的溶解作用。黃思靜等人認(rèn)為自生伊利石的存在表明成巖環(huán)境溫度較高，說(shuō)明其也是熱液成因礦物［8-10］。

圖1 川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖熱液作用巖石學(xué)和礦物學(xué)證據(jù)圖

3 熱液白云巖的地球化學(xué)特征

3.1 流體包裹體

通過(guò)對(duì)研究區(qū)中二疊統(tǒng)鞍狀白云石流體包裹體進(jìn)行均一溫度測(cè)試，結(jié)果顯示鞍狀白云石具有較高的包裹體均一化溫度，主要在90～250℃之間變化（圖2），平均值為156℃（n＝94），就其210～250℃之間，倘若按照地表溫度為20℃，地溫梯度為30℃/km計(jì)算，250℃所對(duì)應(yīng)的地下埋藏深度大約為7 700 m，其

明顯高于中二疊統(tǒng)地層多對(duì)應(yīng)的最大埋深，說(shuō)明了研究區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖化作用肯定有地層外部的高溫?zé)嵋毫黧w加入，因此鞍狀白云石包裹體的均一化溫度可以作為川西-北地區(qū)熱液白云巖化作用最為直接有力的證據(jù)。

圖2 川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)鞍狀白云石流體包裹體均一溫度分布直方圖

此外，挑選了張村剖面的縫洞3個(gè)鞍狀白云石中包裹體進(jìn)行了鹽度測(cè)試，可見(jiàn)鞍狀白云石中的包裹體的鹽度分別為6.6%NaCl、7.9%NaCl以及11.2% NaCl，平均值為8.6%NaCl，由于二疊系海水的鹽度平均值大概為4.4%NaCl［11］，因此可以非常明顯地看出鞍狀白云石中的包裹體鹽度是同時(shí)期海水鹽度的兩倍左右，同時(shí)也說(shuō)明了鞍狀白云石是在高鹽度條件下所形成的。

3.2 C、O同位素

本次研究一共選送了14個(gè)白云石樣品及1個(gè)微晶灰?guī)r樣品進(jìn)行碳氧穩(wěn)定同位素分析。結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)白云石的δ13C值均普遍較高，與同時(shí)期的正常海相微晶灰?guī)rδ13C值背景值非常接近。揭示白云石的碳源主要來(lái)自于同時(shí)期的海水或者高鹽度海水，或者來(lái)源于中二疊統(tǒng)地層本身，缺乏有機(jī)質(zhì)氧化產(chǎn)生的CO2的加入，同時(shí)也缺乏大氣淡水作用的加入。中二疊統(tǒng)白云石δ18O值主要在-8.89‰PDB～-2.39‰PDB范圍內(nèi)變化，平均值為-6.66‰PDB，與中二疊統(tǒng)微晶灰?guī)rδ18O背景值-6.38‰PDB非常相近。但是，不同類型白云石的δ18O值之間存在差異，其中粉—細(xì)晶它形臟白云石δ18O值較高，平均值為-2.39‰PDB，遠(yuǎn)高于同時(shí)期微晶灰?guī)r的背景值，反映了此類白云石是在高鹽度環(huán)境下所形成的。

細(xì)—中晶白云石與鞍狀白云石的碳氧穩(wěn)定同位素組成極為相似，兩者處在同一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)（圖3）。由此說(shuō)明，研究區(qū)細(xì)—中晶白云石與鞍狀白云石應(yīng)該是形成于相同的熱液流體來(lái)源，它們的碳氧穩(wěn)定同位素組成與全球范圍內(nèi)寒武系—白堊系熱液白云巖的碳氧穩(wěn)定同位素組成非常相似，δ18O值均主要在-12‰PDB～-5‰PDB范圍內(nèi)變化［12］，猜測(cè)可能是由于高溫條件造成它們的δ18O值偏負(fù)。

圖3 川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)白云石碳氧穩(wěn)定同位素組成圖

3.3 Sr同位素

對(duì)川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)白云石和微晶灰?guī)r樣品進(jìn)行Sr同位素分析，結(jié)果顯示（圖4）：粉—細(xì)晶它形臟白云石樣品的87Sr/86Sr比值為0.714左右，遠(yuǎn)高于所測(cè)微晶灰?guī)r背景值，反映了形成粉—細(xì)晶它形臟白云石的白云化流體鹽度較高。鞍狀白云石的87Sr/86Sr比值與細(xì)—中晶白云石的87Sr/86Sr比值變化范圍非常類似，均高于微晶灰?guī)r的87Sr/86Sr比值平均值。可以清楚地反映出，它們應(yīng)該是在同一期熱液白云石化作用下所形成的。同時(shí)，它們的87Sr/86Sr比值均變化范圍較大，說(shuō)明此期熱液白云石化作用的熱液流體來(lái)源具有多樣性。87Sr/86Sr比值低于0.706的白云石樣品，揭示它們的形成應(yīng)該是受到深部熱液流體的改造；87Sr/86Sr比值介于0.706～0.710之間的白云石樣品，說(shuō)明此類白云石是在與中二疊統(tǒng)相似的地層水環(huán)境中形成的；87Sr/86Sr比值大于0.710的白云巖樣品，表明其形成經(jīng)過(guò)盆地內(nèi)部碎屑巖地層熱液流體的改造。

4 熱液作用的機(jī)制與模式

志留紀(jì)末—晚三疊世期間，四川盆地西部都處在張性狀態(tài)，發(fā)生了峨眉山地裂運(yùn)動(dòng)，在該區(qū)可能形成了臺(tái)地—斜坡—臺(tái)槽的構(gòu)造格局［3］84。中二疊世晚期至晚二疊世初期，為峨眉地裂運(yùn)動(dòng)的高峰期，此時(shí)張性斷裂活動(dòng)表現(xiàn)最強(qiáng)，同時(shí)伴隨著大范圍峨眉山玄武巖的噴發(fā)，研究區(qū)古熱流值達(dá)到最高峰，與巖漿活動(dòng)有關(guān)的熱液流體沿著張性斷裂體系

進(jìn)入到中二疊統(tǒng)棲霞組與茅口組地層中，由于地層內(nèi)部茅口組泥灰?guī)r與上部吳家坪組底部泥灰?guī)r及泥云巖的封堵、或者茅口組泥灰?guī)r與上覆峨眉山玄武巖的封堵，熱液流體的運(yùn)移被減緩，發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，從而促使目的層灰?guī)r發(fā)生熱液白云石化作用，熱液溶蝕作用也同時(shí)發(fā)生，產(chǎn)生溶蝕孔洞，形成白云巖溶蝕孔洞型儲(chǔ)層［13］。為此，提出川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)熱液白云巖化作用的模式（圖5）。

圖4 川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)白云石Sr同位素組成圖

圖5 川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)的熱液白云巖化作用模式圖

5 結(jié)論

1）從巖石學(xué)和礦物學(xué)觀察鑒定得出，白云巖內(nèi)廣泛發(fā)育熱液破裂縫、構(gòu)造角礫巖、片狀晶洞及斑馬狀構(gòu)造等巖石組構(gòu)。白云巖內(nèi)常見(jiàn)自生石英、黃鐵礦、瀝青、伊利石、螢石、磷灰石及重晶石等熱液礦物。

2）對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的白云石和圍巖做了一系列的地球化學(xué)分析，結(jié)果表明該細(xì)—中晶自形—半自形白云石、細(xì)—中晶半自形—它形臟白云石以及鞍狀白云石都是在高溫、高鹽度的熱液流體條件下形成的，它們的87Sr/86Sr比值均變化范圍較大，熱液白云石化作用的熱液流體來(lái)源具有多樣性。

3）熱液作用受峨眉山地幔柱的影響，與巖漿活動(dòng)有關(guān)的熱液流體沿著張性斷裂體系進(jìn)入到中二疊統(tǒng)棲霞組與茅口組地層中，從而促使目的層灰?guī)r發(fā)生熱液白云石化作用，熱液溶蝕作用及交代作用等熱液改造作用，促使白云巖孔隙、孔洞及裂縫的發(fā)育，為油氣聚集提供良好的儲(chǔ)集空間，形成優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層，為此提出川西—北地區(qū)中二疊統(tǒng)熱液白云巖化作用的模式。

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（編輯：盧櫟羽）

B

2095-1132（2014）06-0012-04

10.3969/j.issn.2095-1132.2014.06.004

修訂回稿日期：2014-11-14

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（編號(hào)2011ZX05005）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41272150）。

李輝（1988-），碩士研究生，研究方向?yàn)閮?chǔ)層地層地質(zhì)學(xué)與儲(chǔ)層地球化學(xué)。E-mail：251154185@qq.com。