南盤江盆地茅口組生物礁碳酸鹽巖成巖特征

趙建成，劉樹根，李智武，張 萍，萬洪成

(1 中石化勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東 東營(yíng) 257000；2 成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610059；3 勝利油田河口采油廠，山東 東營(yíng) 257200；)

南盤江盆地茅口組生物礁碳酸鹽巖成巖特征

趙建成1，劉樹根2，李智武2，張 萍3，萬洪成2

(1 中石化勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東 東營(yíng) 257000；2 成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610059；3 勝利油田河口采油廠，山東 東營(yíng) 257200；)

生物礁油氣藏是油氣勘探的一個(gè)重要目標(biāo)，其儲(chǔ)集性能的好壞是控制它能否成藏的關(guān)鍵。中二疊世南盤江盆地發(fā)育以海綿類為主要骨架的生物礁，其經(jīng)歷了海底潛流、淡水、埋藏、表生等成巖環(huán)境，最后抬升出露地表遭受侵蝕。所發(fā)生的成巖作用主要有：膠結(jié)、溶蝕、白云化、硅化以及壓實(shí)、壓溶作用。在前兩種環(huán)境中，主要是膠結(jié)作用，伴隨溶蝕，這一階段儲(chǔ)層孔隙性遭到了一定程度的破壞；淺埋藏階段的膠結(jié)最終填滿孔隙；而中-深埋藏環(huán)境下的有機(jī)流體充注溶蝕以及相應(yīng)發(fā)生的白云巖化作用有效改造了儲(chǔ)層的孔隙性，該區(qū)處于埋藏條件下的臺(tái)緣生物礁是有利的油氣勘探目標(biāo)。

茅口組；生物礁；成巖；南盤江盆地

DO I：10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.004

南盤江盆地二疊紀(jì)棲霞期發(fā)育大型緩坡臺(tái)地，深水區(qū)發(fā)育孤立臺(tái)地，臺(tái)地邊緣發(fā)育灘相；茅口期臺(tái)地邊緣灘相轉(zhuǎn)為海綿生物礁相，開闊臺(tái)地區(qū)后存在孤立臺(tái)地；吳家坪期發(fā)生了東吳運(yùn)動(dòng)的第一幕，東南部的欽防海槽關(guān)閉，本區(qū)開始大面積隆升，發(fā)育廣泛的陸相沉積體系；長(zhǎng)興期海水由南向北侵進(jìn)，發(fā)育清水碳酸鹽臺(tái)地，在臺(tái)地邊緣和內(nèi)部形成了不同類型的礁體[4]。本次所采樣的茅口期生物礁通位于臺(tái)地邊緣，屬于臺(tái)地邊緣型礁（圖1）。二疊紀(jì)南盤江盆地處于裂陷期，臺(tái)地邊緣往往發(fā)育同沉積斷裂。

前人對(duì)南盤江盆地生物礁的分布、生態(tài)做了大量工作[5~7]，對(duì)碳酸鹽的成巖特征也有所研究，但是往往集中某一個(gè)礁或者針對(duì)某一種成巖作用[8~11]，這有利于深入分析，但同時(shí)存在對(duì)比及歸納的缺陷，不能建立起較為完全的成巖序列。本次在南盤江盆地茅口組多個(gè)生物礁的核部或頂部取樣，其中西部三個(gè)，包括廣西隆林祥播村、廣南打卦寨和廣南董那夢(mèng)村；中部1個(gè)位于田陽(yáng)那坡鎮(zhèn)；東部一個(gè)在廣西寧明縣。并對(duì)寧明駝龍鄉(xiāng)生物礁進(jìn)行了剖面測(cè)量和系統(tǒng)采樣。利用偏光顯微鏡鏡下觀察，建立成巖序列并討論不同階段成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙性的影響。

圖1 南盤江盆地茅口期生物礁分布（巖相古地理背景[12]）

1 成巖作用類型及特征

鏡下觀察識(shí)別出該區(qū)生物礁碳酸鹽成巖作用主要有膠結(jié)、溶蝕、白云石化、硅化、壓實(shí)、壓溶。

1.1 膠結(jié)作用

是該區(qū)普遍的成巖類型，膠結(jié)物以方解石為主，具有晶形多樣、多世代的特征。

第一世代膠結(jié)物形態(tài)在各采樣點(diǎn)相同，均為纖狀，它們以藻類或者泥晶化的顆粒為底質(zhì)發(fā)育，或者沿孔洞壁生長(zhǎng)（圖板Ⅰ-1，2，3），被認(rèn)為是形成于海底潛流環(huán)境的纖狀文石方解石化的結(jié)果[13]。

第二世代膠結(jié)物主要以中晶柱狀或者刃狀為主(圖板Ⅰ-2c，Ⅰ-3b)，有的則在第一世代之上直接生長(zhǎng)出粗晶葉片狀膠結(jié)物。相對(duì)第一世代它們橫縱比例比大，與淡水的混合相關(guān)。

第三世代膠結(jié)物存在兩種晶形，一是粗晶葉片狀(圖板Ⅰ-2)，二是中-粗晶塊狀(圖板Ⅰ-3)，都發(fā)育在中晶柱狀膠結(jié)物之上，前者特征明顯。這種表面光潔塊狀方解石膠結(jié)被認(rèn)為是早期淡水膠結(jié)產(chǎn)物[13]。

粗晶塊狀方解石膠結(jié)物作為第四世代膠結(jié)物，生長(zhǎng)在粗晶葉片狀膠結(jié)物之上(圖板Ⅰ-4)，晶面較粗糙，內(nèi)部含鐵質(zhì)，判斷為淺埋藏環(huán)境下的重結(jié)晶。

研究區(qū)膠結(jié)物除表現(xiàn)出世代接觸關(guān)系外，還伴隨有溶蝕（圖板Ⅰ-5，6）。圖板1-5顯示出溶蝕再膠結(jié)的過程，早期粗晶葉片狀方解石（圖板Ⅰ-5d）遭受淡水溶蝕再沉淀出泥晶方解石（圖板Ⅰ-5e）形成平頂，然后生長(zhǎng)粗晶塊狀狀方解石（圖板Ⅰ-5f）。在寧明剖面7層淡水滲流帶下部第5層樣品中同樣可見旋回性的溶蝕膠結(jié)，后期膠結(jié)物晶體橫向增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，最終為晶面光潔極粗晶塊狀方解石。圖板Ⅰ-6體現(xiàn)了中晶刃狀方解石被溶蝕改造為細(xì)晶等軸粒狀的過程，晶間浸染了黃鐵礦，推測(cè)是淺埋藏環(huán)境下還原性流體改造的結(jié)果，后期重結(jié)晶為上述的粗晶塊狀方解石（圖板Ⅰ-4）。

圖板I 膠結(jié)作用特征

通過以上觀察分析并參考張廷山等（1999）對(duì)四川盆地南北緣志留紀(jì)生物礁膠結(jié)作用的研究[14]，得出第一世代纖狀膠結(jié)物成于海水潛流環(huán)境；第二世代膠結(jié)，晶體橫向長(zhǎng)大成葉片或刃狀，處于海水與淡水的混合環(huán)境。第三世代晶面清潔光亮塊狀方解石形成于淡水環(huán)境；第四世代晶面較粗糙的塊狀方解石是在淺埋藏環(huán)境下重結(jié)晶而成。

1.2 溶蝕

溶蝕作用在生物礁內(nèi)發(fā)育較廣，既有同生期淡水環(huán)境下的溶蝕也見中—深埋藏條件下的溶蝕，又有表生期的巖溶垮塌作用。

早期淡水的溶蝕作用主要表現(xiàn)在與方解石膠結(jié)的相互競(jìng)爭(zhēng)上，上面已經(jīng)介紹，這里不再贅述。

寓言故事淺顯，道理深刻，它是“穿著外衣的真理”(俄國(guó)寓言作家陀羅雪維夫語(yǔ))，這個(gè)“外衣”就是故事，“真理”就是蘊(yùn)涵在故事中的道理和生活經(jīng)驗(yàn)，為了讓一些生活經(jīng)驗(yàn)和道理能讓人明白，寓言常借用生活中常見的情境和情節(jié)，用講故事和談話的風(fēng)格娓娓道來，故事淺顯，但道理深刻。

中—深埋藏環(huán)境的溶蝕表現(xiàn)為有機(jī)流體溶解早期方解石膠結(jié)物，可見瀝青充填溶洞（照片1）。二疊紀(jì)南盤江盆地處于裂陷期，張性斷層和裂縫及茅口組頂部的不整合面可作為流體運(yùn)移的良好通道。其次，伴隨流體溶蝕產(chǎn)生了一系列成巖反應(yīng)，如白云石化，硅化，后面將對(duì)它們?cè)敿?xì)描述。

表生期的溶蝕表現(xiàn)為巖石遭受溶蝕垮塌，原巖被切割成角礫狀，所產(chǎn)生的空間被外來物充填，后期發(fā)育的裂縫被方解石膠結(jié)物充填（照片2）。

1.3 白云石化

本次所研究的生物礁位于臺(tái)地邊緣，屬于淺水環(huán)境，沉積期海進(jìn)海退較頻繁，這就為混合水白云化提供了良好條件，在寧明駝龍生物礁剖面中見淡水滲流帶（第 7層），同時(shí)其下部存在白云石交代亮晶塊狀方解石（第 3層），同時(shí)見生物個(gè)體的泥晶化（圖板Ⅱ-1）。

研究區(qū)的深水盆地沉積的薄層泥灰?guī)r或泥巖、硅質(zhì)巖中存在白云巖，普遍認(rèn)為是埋藏白云化，Mg2+來源于深埋藏過程中從泥頁(yè)巖中排出來的富含 Mg2+且鹽度較高的殘余孔隙水(其部分 Mg2+可能是由泥頁(yè)巖中蒙脫反向伊利石轉(zhuǎn)化所釋放出來的)[11]。同時(shí)，泥盆—二疊紀(jì)臺(tái)地邊緣普遍發(fā)生同沉積斷裂，這樣就為盆地中含有Mg2+的壓實(shí)流體向臺(tái)地邊緣的生物礁運(yùn)移提供了通道，從而導(dǎo)致了生物礁內(nèi)以下幾種特征的白云巖化。

照片1，董那夢(mèng)；a：粗晶葉片狀方解石；b：瀝青；c：未被充填的溶孔。10x4(-)

照片2，寧明；原巖遭受巖溶，裂縫切割成角礫狀；a：原巖；b：外來充填物；c：后期裂縫。10x2(-)

圖板II 白云石化作用特征

一種是選擇性白云化，可見鈣質(zhì)生物殼被交代，呈泥亮晶形態(tài)（圖板Ⅱ-2）。也見粉晶粒狀白云石交代藻紋層骨架，晶形呈半自形-它形，同時(shí)存在層狀溶孔，推測(cè)是裂縫溶蝕擴(kuò)大的結(jié)果（圖板Ⅱ-3）。這種選擇性體現(xiàn)了淺埋藏環(huán)境的成巖特征[13]。

研究區(qū)中—深埋藏環(huán)境的白云石化一是表現(xiàn)為白云石交代葉片狀膠結(jié)物，晶形較好呈半自形-自形，伴隨著溶蝕，形成晶間孔或晶間溶孔，內(nèi)部充填黃鐵礦或?yàn)r青（圖板Ⅱ-4），這種作用有與油氣運(yùn)移同期；二是與熱液作用有關(guān)的馬鞍狀白云石，特征是晶面粗糙，波狀消光，形成晶間孔或晶間溶孔（圖板Ⅱ-5，6）。這種作用見于寧明駝龍生物礁剖面頂部，是生物礁在埋藏過程中，熱液通過其與P2w不整合面處的風(fēng)化殼進(jìn)行運(yùn)移，對(duì)其下部礁體產(chǎn)生淋濾導(dǎo)致白云石化。

1.4 硅化

一類是選擇性硅化，石英顆粒圍繞被亮晶方解石所交代的骨架海綿發(fā)育，呈半自形-自形晶（圖板Ⅲ-1）。形成這種分布原因認(rèn)為是，交代的生物個(gè)體是“硬物質(zhì)”，而圍繞它的藻類或者充填個(gè)體間的基質(zhì)是泥晶態(tài)的“軟物質(zhì)”，兩者之間的接觸面是一個(gè)薄弱面，是流體充注的有利場(chǎng)所。

表生期 潛水面附近 巖溶垮塌

圖板III 硅化-壓實(shí)、壓溶作用特征

第二類是伴隨溶蝕的交代方解石硅化，可見半自形-自形中-粗晶石英分布于蝕變的方解石中，或與瀝青一起充填溶洞中，說明了含硅質(zhì)有機(jī)流體的溶蝕與硅化同時(shí)進(jìn)行（圖板Ⅲ-2）。

第三類是埋藏巖溶所導(dǎo)致的硅化，所取的樣品中見原巖被溶蝕改造為角礫狀，角礫邊緣均勻分布半自形-自形的細(xì)晶石英顆粒，其中心部分仍殘留著泥晶方解石（圖板Ⅲ-3），同時(shí)在這一塊樣品中見晚期膠結(jié)物遭受溶蝕，并充填瀝青。

最后一類是硅質(zhì)交代泥晶方解石，形成六邊形硅質(zhì)環(huán)邊，裂縫為流體提供了運(yùn)移通道，并遭受溶蝕擴(kuò)大，見其中充填或部分充填石英（圖板Ⅲ-4）。

表1 成巖序列及成巖環(huán)境簡(jiǎn)述

1.5 壓實(shí)、壓溶

在研究區(qū)壓實(shí)、壓溶作用普遍，在董那夢(mèng)地區(qū)比較典型。未被膠結(jié)的生物個(gè)體被壓扁，定向排列，并伴隨著溶蝕，空間被瀝青所充填（圖板Ⅲ-5）；被膠結(jié)的生物顆粒變形不強(qiáng)烈，個(gè)體之間的壓溶縫充填瀝青（圖板Ⅲ-6）。

2 成巖序列及成巖環(huán)境

根據(jù)成巖特征分析，研究區(qū)的生物礁經(jīng)歷了以下成巖環(huán)境：①海底成巖環(huán)境；②淡水成巖環(huán)境；③埋藏成巖環(huán)境；④表生成巖環(huán)境（表1）。

海水到淡水環(huán)境的轉(zhuǎn)變過程中，依次發(fā)生了纖狀文石、葉片（刃）狀方解石、塊狀方解石膠結(jié)以及混合水白云化，與其相伴隨的是淡水溶蝕作用是在淺埋藏階段，葉片狀方解石遭受溶蝕改造成粒狀，后期重結(jié)晶形成粗晶塊狀；同時(shí)發(fā)育白云石交代生物殼，表現(xiàn)為泥晶，或交代藻紋層骨架，呈粉晶粒狀，形成白云石規(guī)律性的分布。

隨后進(jìn)入中—深埋藏環(huán)境，此時(shí)盆內(nèi)的生油巖已經(jīng)成熟并排烴，伴隨地層建造水向臺(tái)地邊緣運(yùn)移進(jìn)入生物礁，發(fā)生了含硅有機(jī)流體的充注，導(dǎo)致了礁內(nèi)的熱液白云巖化、硅化，以及溶蝕作用，成巖作用復(fù)雜。在深埋藏環(huán)境下發(fā)生了較為強(qiáng)烈的壓實(shí)、壓溶作用。

生物礁抬升后在表生成巖期發(fā)育巖溶垮塌。

3 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙性的影響

破壞性的成巖作用主要是早期的膠結(jié)以及晚期的壓實(shí)、壓溶作用(圖 2A，B，E，F(xiàn))；建設(shè)性成巖作用主要是埋藏環(huán)境下溶蝕及白云石化（圖2C，D）。但膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)集層孔隙性影響又不是截然分明的。早期方解石一是發(fā)生沉淀充填了孔洞，減小了原始孔隙度，二是交代了生物個(gè)體骨架，進(jìn)入埋藏壓實(shí)階段中，膠結(jié)方解石起到了支撐作用（圖2—②），而且在中—深埋藏環(huán)境時(shí)，有機(jī)流體充注溶蝕早期成巖階段形成的方解石膠結(jié)物（圖2—①），同時(shí)發(fā)生白云石化，形成了溶孔、晶間孔、晶間溶孔以及溶蝕擴(kuò)大縫（圖2—①）。因此，埋藏期的溶蝕，白云石化作用在一定程度上彌補(bǔ)了膠結(jié)對(duì)孔隙性的破壞。因此，處于中—深埋藏環(huán)境的生物礁具有良好的油氣儲(chǔ)集空間。

圖2 主控成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層孔隙性影響示意圖

4 結(jié)論

1）生物礁首先經(jīng)歷了海底及地表淡水環(huán)境（東吳運(yùn)動(dòng)第一幕），主要成巖作用為膠結(jié)和溶蝕；隨后進(jìn)入了埋藏環(huán)境，主要發(fā)生了與有機(jī)流體的充注溶蝕作用相伴隨的白云石化和硅化，以及壓實(shí)和壓溶；最后抬升到地表，在表生期，經(jīng)歷了巖溶作用。

2）對(duì)儲(chǔ)層孔隙性的起破壞作用的主要是同生期—早成巖期的方解石膠結(jié)，而中成巖期的白云石化、溶蝕改善了儲(chǔ)集層，因此，現(xiàn)今處于埋藏階段的臺(tái)地邊緣生物礁是有利的油氣勘探目標(biāo)。

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The Diagenetic Characteristics of Reef Carbonate of the M aokou Formation in the Nanpanjiang Basin

ZHAO Jian-cheng1LIU Shu-gen2LI Zhi-wu2ZHANG Ping3WAN Hong-cheng2
(1-Western New Prospect Research Center, Shengli Oilfield, Sinopec Group, Dongying, Shandong 257000 ; 2-State Key Laboratory of Geology and Exploration of Oil and Gas Reservoir, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 3-He Kou Oil Production plant, Shengli Oilfield, Dongying, Shandong 257200)

The reef oil-gas pools are an important target in the oil and gas exploration. Its reservoir quality is of great importance. Generally, the main controlling factors of development of reef reservoir include deposition, structure and diagenesis. The former two have influence over the distribution of the reservoir and the latter determines the quality. In the Middle Permian, reef constructed mainly by sponges was well developed in the Nanpanjiang basin. This article deals with controls of diagenesis over reef reservoir conditions in the Nanpaniiang basin based on thin section observation. The study indicates that the reef experienced the submarine phreatic, freshwater, buried, epigenetic environments in turn and uplifted to the surface to be eroded at last. The diagenesis happened in those conditions includes cementation, dissolution, dolomitization, compaction and pressure solution. The cementation primarily occurred in the submarine phreatic and freshwater environments and accompanied by dissolution with reservoir porosity destroyed to some extent. Going into the shallow buried environment, pore space in the reef was almost filled with cements. Sanking to the middle-deep buried environment, dolomitization and dissolution took place in the reef, which improved reservoir porosity significantly. So the reef under buried environment will be a favorable exploration target.

Nanpanjiang basin; Maokou Formation; reef; diagenes is

P618.130、2

A

1006-0995（2014）01-0014-06

2012-11-21

中國(guó)石化海相前瞻性項(xiàng)目“華南古板塊地裂運(yùn)動(dòng)與海相油氣前景”(編號(hào): PH08001)”

趙建成（1983-），男，河北霸州市人，助理工程師，從事構(gòu)造解釋工作