川北地區(qū)燈影組灰泥丘沉積特征及儲(chǔ)集性

陳 塵 曾 偉 金民東 鐘雨師 陳 武

（1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，四川 成都 610500）

0 引言

過(guò)去我國(guó)對(duì)于灰泥丘的研究主要集中在奧陶、志留、泥盆系等，對(duì)于震旦系，鮮少見(jiàn)有報(bào)道［1-4］。目前對(duì)于灰泥丘的研究主要集中在沉積學(xué)特征上［4］26，對(duì)于灰泥丘識(shí)別標(biāo)志、微相劃分及儲(chǔ)集性能方面的報(bào)道比較少。四川盆地震旦系燈影組是我國(guó)迄今發(fā)現(xiàn)的最古老油氣儲(chǔ)集層［5］，在20世紀(jì)60年代，首次發(fā)現(xiàn)了威遠(yuǎn)震旦系燈影組氣藏，揭開(kāi)了四川盆地震旦系的勘探序幕。在過(guò)去，震旦系的勘探多受時(shí)代老、演化歷史長(zhǎng)、埋深較深等不利因素的影響，勘探多在震旦系埋藏淺的部位［6］，近年來(lái)四川盆地對(duì)于震旦系的勘探有了重大突破：2011年7月，在樂(lè)山—龍女寺古隆起高石梯構(gòu)造高石1井經(jīng)酸化測(cè)試獲日產(chǎn)天然氣上百萬(wàn)立方米的高產(chǎn)工業(yè)氣流，這是四川盆地震旦系繼威遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)之后的又一重大突破，進(jìn)一步證實(shí)了樂(lè)山—龍女寺古隆起具有良好的含氣性，展示了巨大的勘探潛力。筆者通過(guò)實(shí)測(cè)川北地區(qū)南江楊壩剖面、旺蒼雙河剖面和鹽井河剖面，詳細(xì)研究了震旦系燈影組灰泥丘的沉積特征及儲(chǔ)集性。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地是我國(guó)著名盆地之一。四周山地圍繞，西為龍門山，北為大巴山、米倉(cāng)山，東為巫山，南為大婁山，面積18×104km2。研究區(qū)位于四川盆地北緣，米倉(cāng)山前緣構(gòu)造帶南側(cè)（圖1），燈影組地層出露完整［7］，以沉積藻白云巖、顆粒白云巖、晶粒白云巖的陸表淺海沉積物為主［8］。

圖1 四川盆地構(gòu)造分區(qū)及研究區(qū)剖面位置圖

按照現(xiàn)有的地層劃分方案，燈影組可分為4個(gè)巖性段：燈影組一段巖性主要為淺灰—深灰色層狀粉晶云巖及藻紋層云巖，南江地區(qū)厚度大于300 m；燈影組二段巖性組合主要為淺灰色—灰白色隱藻凝塊云巖、藻砂屑云巖及泥晶云巖，厚度為整個(gè)燈影組最大，平均超過(guò)400 m，在南江以北有小部分區(qū)域厚度大于500 m，且出露較好；燈影組三段巖性組合主要為深灰色頁(yè)巖、云質(zhì)泥巖及砂巖，研究區(qū)燈三段厚度小于60 m；燈影組四段巖性組合主要為淺灰—深灰色疊層云巖、隱藻凝塊云巖、砂屑白云巖，局部夾硅質(zhì)條帶和燧石團(tuán)塊，由于受桐灣運(yùn)動(dòng)二幕抬升的影響，導(dǎo)致燈四段遭受不同程度的淋濾和剝蝕，造成地層厚度差異較大，在南江地區(qū)受剝蝕程度較弱，厚度約為350 m［9］。

2 灰泥丘沉積特征

灰泥丘是一種主要由灰泥組成，由微生物（藍(lán)藻及其他微觀藻類、細(xì)菌等）或以微生物為主，多門類生物（珊瑚、苔蘚蟲(chóng)、層孔蟲(chóng)、海綿、棘皮、頭足、腕足、多門類鈣藻等）共同參與建造的，具有穹形特征的碳酸鹽巖建隆。其中，灰泥是指粒徑小于0.01 mm或者0.005 mm的碳酸鹽礦物，而非陸源粘土礦物是熱帶、亞熱帶靜水環(huán)境中沉積的特有產(chǎn)物之一，并主要由微生物通過(guò)新陳代謝、光合作用并膠化固結(jié)而成［4］26。其異于生物礁的最主要區(qū)別為：生物礁以大型造礁生物為格架，經(jīng)過(guò)高能帶水體淘洗篩選后，格架間只有少量灰泥殘留，而以發(fā)育亮晶膠結(jié)物及孔隙為主［10］。

通過(guò)對(duì)南江楊壩剖面、旺蒼雙河剖面和鹽井河剖面灰泥丘的實(shí)測(cè)觀察研究，發(fā)現(xiàn)其具有國(guó)內(nèi)外典型的灰泥丘識(shí)別標(biāo)志。

2.1 古地形上是正地形、抗風(fēng)浪

在臺(tái)地上，由于微生物粘結(jié)捕獲海水中的碳酸鹽巖顆粒，同時(shí)，微生物的生長(zhǎng)形成大量的格架系統(tǒng)，從而使灰泥丘的建造速率遠(yuǎn)高于其他微環(huán)境，形成正形地貌，并處于高能界面附近，這種由微生物粘結(jié)和藻類生長(zhǎng)形成的格架系統(tǒng)具有一定的抗風(fēng)浪能力（圖2-a）。

2.2 主要由灰泥組成，微生物（菌藻）是建造者

從楊壩野外剖面發(fā)現(xiàn)，震旦系灰泥丘的主要建造者為宏觀藻類和微生物（圖2-b）。故灰泥丘的巖石主體是由凝塊石云巖、藻疊層云巖、核形石云巖及藻粘結(jié)格架巖等構(gòu)成，微生物粘結(jié)捕獲灰泥成為灰泥丘建造的主體［11-12］。

2.3 格架系統(tǒng)和孔洞系統(tǒng)發(fā)育，斑馬構(gòu)造，層狀晶洞，櫛殼構(gòu)造發(fā)育

由于藻類的生長(zhǎng)和微生物的粘結(jié)、捕獲灰泥作用，灰泥丘中往往發(fā)育大量的格架、孔洞系統(tǒng)。Krause（2004）等指出，斑馬狀構(gòu)造、層狀晶洞及櫛殼構(gòu)造是識(shí)別灰泥丘的重要依據(jù)［13］。在楊壩剖面灰泥丘中，層狀晶洞（圖2-c）、斑馬狀構(gòu)造（圖2-d）和櫛殼構(gòu)造（圖2-e）很發(fā)育，表現(xiàn)為順層分布的孔洞被亮晶白云石全—半充填，并認(rèn)為這些構(gòu)造代表灰泥丘早期的原始孔洞,并由早期海底膠結(jié)物固定而保存［14］；同時(shí)也存在被石英或白云石半充填或全充填的格架孔洞（圖2-f及圖3-e），格架孔洞間膠結(jié)物呈櫛殼狀。

圖2 川北地區(qū)震旦系灰泥丘識(shí)別標(biāo)志圖

3 灰泥丘沉積微相劃分及巖石類型

在Wilson（1975）和Tucker（1981）的碳酸鹽沉積模式中，灰泥丘主要發(fā)育于低能的臺(tái)地前緣斜坡上［15］。但是通過(guò)野外和巖心精細(xì)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，川北地區(qū)的灰泥丘廣泛發(fā)育于能量較高的環(huán)境中。川北地區(qū)震旦系燈影組的灰泥丘發(fā)育規(guī)模不大，單個(gè)旋回厚度多小于2 m，但是發(fā)育頻率卻極高，縱向上頻繁疊置可形成巨厚的灰泥丘沉積體，總厚度可達(dá)200 m。單個(gè)灰泥丘沉積旋回縱向上可劃分為丘基、丘核和丘坪3個(gè)亞相。

3.1 丘基

位于灰泥丘的最底部,多由藻紋層云巖構(gòu)成，深灰—淺灰色，泥晶結(jié)構(gòu)。是在藻生長(zhǎng)過(guò)程中形成的波狀紋層石（圖3-a），由深灰色暗層和淺灰色亮層構(gòu)成，紋層厚度大小不一、亮層暗層交替出現(xiàn)、層理清晰，紋層側(cè)向平行延伸為穹狀或不規(guī)則波狀，有時(shí)見(jiàn)合并和分叉現(xiàn)象。亮層由泥晶白云石組成，后期多被硅化交代；暗層由藻絲體粘結(jié)泥晶組成［16］。因其為低能量帶沉積，水動(dòng)力條件弱，故多發(fā)育水平紋層狀、波狀或緩丘狀構(gòu)造，其單層厚度一般可達(dá)20～30 m。

3.2 丘核

位于灰泥丘的中部，為能量較高的沉積相帶。多由藻疊層云巖、藻凝塊云巖、藻粘結(jié)格架巖等構(gòu)成，這些藻云巖以斑馬狀構(gòu)造、層狀晶洞、格架孔洞、櫛殼狀膠結(jié)為典型特征。

3.2.1 藻疊層云巖

灰—淺灰色，具粉晶及泥晶結(jié)構(gòu)，疊層狀構(gòu)造。主要由藻絲體粘結(jié)泥屑顆粒組成的藻紋層在垂向上疊加而成，疊層明暗相間，不同程度彎曲，側(cè)向緊密連迭。亮層由小于0.03 mm的白云石集合體組成［16］70，藻類組分含量少，有機(jī)質(zhì)含量低；暗層又稱富藻紋層，有機(jī)質(zhì)含量高（圖3-b）。疊層石生成環(huán)境的水動(dòng)力條件一般較強(qiáng)。

3.2.2 藻凝塊云巖

淺灰色，凝塊內(nèi)部多為泥晶結(jié)構(gòu)，普通顯微鏡下一般難見(jiàn)藻類或微生物，但在掃描電鏡下可見(jiàn)大量的微生物或藻類。藻粘結(jié)灰泥形成藻凝塊或團(tuán)塊，凝塊發(fā)育形狀較多，可見(jiàn)團(tuán)塊狀、條帶狀—層狀、不規(guī)則狀等［17］。凝塊間具有格架孔洞系統(tǒng)，多期次白云石充填，第一期為葉片狀，第二期為馬牙狀，第三期為粒狀白云石膠結(jié)（圖3-c、3-d）。

3.2.3 藻粘結(jié)格架巖

淺灰色，粘結(jié)格架結(jié)構(gòu)。藍(lán)綠細(xì)菌及藻類在生長(zhǎng)過(guò)程中粘結(jié)灰泥、砂屑形成格架構(gòu)造［2］199，格架孔洞非常發(fā)育。與藻凝塊云巖的不同點(diǎn)在于它是由藻類生長(zhǎng)粘結(jié)形成的，顯微鏡下可見(jiàn)清晰的藻類纏繞（圖3-e）。

3.3 丘坪

位于灰泥丘的頂部，主要由藻核形石云巖、藻粘結(jié)砂屑云巖及角礫云巖組成，在頂部往往發(fā)育有同生期葡萄花邊。厚度變化較大，粒間孔發(fā)育，易形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

3.3.1 核形石云巖

淺灰色，顆粒結(jié)構(gòu)，常為橢球形，大小不等。藻類圍繞砂屑、泥晶凝塊、角礫等生長(zhǎng)，形成圈層構(gòu)造，圈層厚薄不一，層數(shù)不等［16］70。發(fā)育粒間孔洞系統(tǒng)，可形成三期白云石膠結(jié)，第一期為層纖狀，第二期為葉片狀，第三期為粗晶粒狀白云石，其中層纖狀白云石易被淡水白云石交代（圖3-f）。因核形石磨圓、分選較好，故其應(yīng)在水動(dòng)力條件相對(duì)較高的沉積環(huán)境下形成。

3.3.2 藻（粘結(jié)）砂屑云巖

淺灰—深灰色，砂屑結(jié)構(gòu)，顆粒支撐。當(dāng)沉積界面處于浪基面之上的高能帶時(shí)，早期的泥晶云巖類或藻白云巖被破碎，形成砂屑。砂屑含量為60%～80%，大小一般0.1×0.1 mm～0.2×0.4 mm，磨圓度較好，分選較差。砂屑間填隙物主要為泥晶白云石及亮晶白云石。若形成環(huán)境利于藻類生長(zhǎng)，一方面波浪擾動(dòng)砂屑，另一方面藻類可粘結(jié)、纏繞砂屑生長(zhǎng)，形成藻粘結(jié)砂屑云巖，這類發(fā)育于富藻層段的藻粘結(jié)砂屑云巖往往與灰泥丘建造密切相關(guān)（圖3-g）。

3.3.3 角礫云巖

灰色—深灰色，角礫結(jié)構(gòu)。角礫云巖是指灰泥丘頂部的原巖經(jīng)過(guò)波浪破碎形成的顆粒巖，粒徑大于2 mm，且棱角明顯，顆粒含量大于50%［18］。礫石的主要成分包括核形石云巖、藻（粘結(jié)）砂屑云巖、疊層云巖等，大小不等，以棱角—次棱角狀為主，磨圓度差，分選較差。角礫間的基質(zhì)主要有3種結(jié)構(gòu)組分：碎屑顆粒、泥晶方解石、化學(xué)沉淀物（圖3-h）。

3.3.4 葡萄花邊巖

巖石因其立體形態(tài)似葡萄、剖面形態(tài)似花邊而得名［19］。具結(jié)晶核心，包殼特別發(fā)育，而且呈纖狀圍繞核心由亮暗相間層組成［16］71。它是同生—準(zhǔn)同生期灰泥丘暴露海平面之上，受到大氣淡水的影響形成的［20］（圖3-i）。

圖3 灰泥丘主要巖石類型圖

4 灰泥丘發(fā)育的相序特征

由于灰泥丘的生長(zhǎng)速率遠(yuǎn)大于正常海水的沉積速率，常形成向上變淺的沉積序列（圖4）。在灰泥丘的建造過(guò)程中，當(dāng)水體較深，藻類在浪基面之下的低能帶發(fā)育時(shí)，由于不受波浪擾動(dòng)的影響，以發(fā)育水平紋層狀藻云巖為特征，相當(dāng)于生物發(fā)育的奠基期，藻類繼續(xù)的生長(zhǎng)和垂向加積，沉積界面逐漸處于浪基面附近，受波浪的影響，藻紋層開(kāi)始出現(xiàn)波狀或緩丘狀，且藻紋豐度增加，相當(dāng)于生物發(fā)育的拓殖期，奠基期和拓殖期共同構(gòu)成灰泥丘的丘基；當(dāng)水體持續(xù)變淺，波浪擾動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)，藻類生長(zhǎng)繁茂，種類增多，進(jìn)入生物發(fā)育的泛殖期。由于藻類的障積、粘結(jié)以及具鈣化殼體的藻類生長(zhǎng)可形成抗浪的生長(zhǎng)格架，藻類在動(dòng)蕩環(huán)境包繞生長(zhǎng)，可形成藻粘結(jié)格架巖、藻凝塊云巖、藻疊層云巖等，其構(gòu)成了灰泥丘的主體——丘核；當(dāng)水體進(jìn)一步變淺，處于海平面附近，藻類含量又開(kāi)始稀少，生物發(fā)育處于衰亡期，以沉積砂屑云巖、藻粘結(jié)砂屑云巖、核形石云巖為特征。若暴露在海平面之上，可發(fā)生潮坪化，形成藻紋層云巖，并且受暴露影響，具角礫化特征，可形成角礫云巖、葡萄花邊巖，所有這些巖類構(gòu)成灰泥丘最頂部的沉積層序——丘坪。

向上變淺的丘基—丘核—丘坪組合樣式是川北燈影組最常見(jiàn)的類型，這也正是陸表海碳酸鹽臺(tái)地內(nèi)部海平面較穩(wěn)定時(shí)期灰泥丘快速沉積造成的一種等效海退。有時(shí)并不發(fā)育完整的丘基—丘核—丘坪序列，而是只出現(xiàn)丘基—丘核序列，這種情況是由于在灰泥丘的生長(zhǎng)過(guò)程中，海平面突然上升的結(jié)果。

5 灰泥丘與儲(chǔ)層的關(guān)系

中國(guó)灰泥丘的系統(tǒng)研究始于江西玉山雞頭山上奧陶統(tǒng)三衢山組［21-22］，其研究成果又指導(dǎo)了塔里木盆地上奧陶統(tǒng)良里塔格組生物礁、灰泥丘的研究和當(dāng)時(shí)的油氣勘探［23］。雖然我國(guó)對(duì)灰泥丘的研究起步較晚，研究程度較低［2］198，但不能否認(rèn)的是，灰泥丘與油氣關(guān)系密切。與灰泥丘有關(guān)的巖類常具有良好的儲(chǔ)集性，趙文智等（2006）認(rèn)為，在四川盆地南部志留系與灰泥丘有關(guān)的儲(chǔ)層主要是在發(fā)生白云石化的丘頂藻紋層白云巖以及丘翼的顆?；?guī)r中發(fā)育［24］。

圖4 楊壩地區(qū)典型的灰泥丘生長(zhǎng)序列圖

灰泥丘的丘核和丘坪部分是高能環(huán)境下沉積的產(chǎn)物，具有良好的儲(chǔ)集性。丘核主要發(fā)育藻粘結(jié)格架巖、藻凝塊云巖、藻疊層云巖等，由于藻類的生長(zhǎng)、粘結(jié)和纏繞，常形成大量的格架孔洞。丘坪主要發(fā)育（藻）砂屑云巖、核形石云巖等顆粒巖類，具有發(fā)育的粒間孔隙。這些格架孔洞和粒間孔隙雖然在埋藏成巖作用階段大部分被多期次白云石膠結(jié)物充填，但仍殘留了一定量的原生孔洞（圖5-a），這些殘留的原生孔洞為表生巖溶作用和埋藏巖溶作用提供了溶蝕流體通道，形成格架間溶蝕孔洞和粒間溶孔（圖5-b），從而形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。野外剖面觀察測(cè)量其面孔洞率可達(dá)10%～15%。在震旦系油氣勘探取得重大突破的磨溪—高石梯地區(qū)，灰泥丘丘核的全直徑平均孔隙度為5.47%，平均滲透率為31.6 mD，而丘坪的全直徑平均孔隙度為4.02%，平均滲透率為24.4 mD。燈影組儲(chǔ)集空間類型主要是溶蝕擴(kuò)大的格架孔和粒間溶孔，雖然表生巖溶作用對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成有重大貢獻(xiàn)，但仍否定不了原巖及沉積微相對(duì)儲(chǔ)層的控制作用，最明顯的例子就是加拿大中泥盆統(tǒng)溫尼伯戈西斯中的灰泥丘儲(chǔ)層也是受風(fēng)化殼巖溶改造的相控型儲(chǔ)層［8］24。

圖5 灰泥丘格架孔洞圖

6 結(jié)論

1）川北燈影組灰泥丘的識(shí)別標(biāo)志有：① 古地形上多具正地形、抗風(fēng)浪；② 主要由灰泥組成，微生物（菌藻）是建造者；③ 格架系統(tǒng)和孔洞系統(tǒng)發(fā)育，斑馬構(gòu)造，層狀晶洞，櫛殼構(gòu)造發(fā)育。

2）灰泥丘一般具有向上變淺的沉積特征，可分為丘基、丘核、丘坪3個(gè)相帶，其中丘基巖石類型主要為藻紋層云巖，丘核主要為藻疊層云巖、藻凝塊云巖和藻粘結(jié)格架巖，丘坪主要為核形石云巖、藻（粘結(jié)）砂屑云巖、角礫云巖及葡萄花邊巖。

3）灰泥丘的丘核和丘坪是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的有利相帶。

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