四川盆地震旦系燈影組白云巖成因

金民東，譚秀成，李畢松，朱祥，曾偉，連承波

1.中國石化勘探分公司，成都 610041 2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南石油大學(xué)，成都 610500 3.中石油碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沉積與成藏分室，西南石油大學(xué)，成都 610500

四川盆地震旦系燈影組蘊(yùn)藏了我國最古老的天然氣氣藏[1]，相繼發(fā)現(xiàn)了威遠(yuǎn)、安岳等大型氣田，展示了燈影組儲(chǔ)層巨大的勘探潛力。然而，關(guān)于燈影組白云巖成因，歷來卻有不同的觀點(diǎn)：如雷懷彥等[2]提出藻白云巖、微—泥晶白云巖為原生(或準(zhǔn)同生)形成，純細(xì)晶白云巖為早期成巖白云石化作用形成；王士峰等[3]認(rèn)為資陽地區(qū)震旦系燈影組隱藻白云巖及微晶白云巖為原生成因，粉、細(xì)晶白云巖為原有白云巖發(fā)生重結(jié)晶作用而成；王勇[4]認(rèn)為震旦系燈影組以原生白云巖為主，成巖白云巖為次，前寒武系白云巖形成與微生物活動(dòng)密切相關(guān)；梅冥相等[5]認(rèn)為，震旦紀(jì)的白云巖是原生白云石沉淀作用的產(chǎn)物；馮明友等[6]認(rèn)為川中高石梯—磨溪地區(qū)燈影組白云巖為區(qū)域拉張作用背景下基底熱液作用交代而成。然而，隨安岳特大型氣田的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步的研究工作展現(xiàn)出白云巖發(fā)育、分布與盆緣古陸和水下隆起形成的封隔濃縮的古地理格局密切相關(guān)。鑒于此，本文從古地理背景研究入手，基于宏微觀巖石學(xué)特征、成巖序列和地球化學(xué)分析，研究燈影組白云巖成因，以期為四川盆地震旦系燈影組下一步的油氣勘探、開發(fā)提供更加充實(shí)的基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地位于我國的西南地區(qū)，在震旦紀(jì)燈影期，其沉積水體循環(huán)受限，形成了一套以微生物白云巖、顆粒白云巖、晶粒白云巖為主的陸表淺海沉積物[7-8]。研究區(qū)燈影組厚度約為300～1 200 m，自下而上可分為燈一段—燈四段四段，其中燈二段和燈四段為富藻層段，燈一段為貧藻層段，燈三段則為具陸源碎屑混積層段(圖1)。

構(gòu)造研究表明，晉寧運(yùn)動(dòng)形成了四川盆地剛性基底，但由于巖漿應(yīng)力的不均衡[10]，在前震旦世，上揚(yáng)子區(qū)結(jié)晶基底便具有隆凹相間的分布特征，其中以川中地區(qū)、川東北萬源以北地區(qū)、康滇東部地區(qū)和黔西北地區(qū)基底頂面埋深最小，為相對(duì)隆起區(qū)[11]。受基底隆升的控制，川中區(qū)塊自南華紀(jì)—三疊世長期繼承性隆升，最終演變?yōu)闃飞健埮鹿怕∑餥10]；川北漢南—米倉山區(qū)塊，自震旦紀(jì)—中三疊世便保持為海底隆起構(gòu)造[10]；而川西成都區(qū)塊也自中元古代—海西早期長期處于隆起環(huán)境[10]。南華紀(jì)澄江運(yùn)動(dòng)使川東區(qū)塊(開縣以東)于早震旦世抬升短期隆起，川西南—滇東和黔西北區(qū)域則形成范圍較大的古隆起[12]。澄江運(yùn)動(dòng)之后，四川周緣為古隆起環(huán)繞的古地理格局已初步形成，之后雖經(jīng)歷了陡山沱組一定的補(bǔ)償沉積，但仍繼承了早期的古地理格局[13]。

圖1 四川盆地?zé)粲敖M微生物白云巖/地層厚度等值線及地層特征示意圖(左上為燈影末期古地理格局，據(jù)劉宏等[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])

燈影末期，受桐灣運(yùn)動(dòng)影響，形成了“高低起伏、隆坳相間”的古地理格局(圖1)。與早期古地理格局相比發(fā)現(xiàn)，其隆坳格局基本相符，表明上揚(yáng)子區(qū)古地理自基底形成—燈影末期具有繼承性發(fā)育的趨勢。同時(shí)，結(jié)合上揚(yáng)子區(qū)前寒武和下古生界的張應(yīng)力背景來看，沉積區(qū)往往發(fā)生整體沉降[14]，而整體沉降的地質(zhì)背景又可導(dǎo)致古地理格局的長期繼承性發(fā)育[15]。而這也與微生物白云巖的分布特征相吻合，通過由24口單井和48個(gè)野外剖面點(diǎn)進(jìn)行單因素統(tǒng)計(jì)而繪制的燈影組微生物白云巖厚度與地層總厚度比值等值線圖可以看出，微生物白云巖的分布范圍也大致與古隆起一致(圖1)，這與燈影組的微生物主要為藍(lán)藻菌(藍(lán)綠藻)類有關(guān)[7]，藍(lán)藻菌類的生長需要一定的光照和溫度，因而它多生長于水下較淺水區(qū)域[16]，據(jù)此也可證明該古地理格局的繼承性。

2 樣品與方法

本文中的燈影組白云巖樣品均為采自盆地鉆井巖芯或野外剖面的新鮮純凈樣品，選樣時(shí)精選了受成巖后生作用影響小，巖性較為均質(zhì)，無明顯裂縫或孔洞充填物(多期次白云石、方解石、石英膠結(jié)物等)的樣品。首先對(duì)樣品進(jìn)行鏡下薄片鑒定，明確樣品分類。再對(duì)樣品進(jìn)行粉碎篩選處理，粉碎篩選過程主要針對(duì)所采樣品的結(jié)構(gòu)組分進(jìn)行，如凝塊云巖主要針對(duì)凝塊石(圖2a)，疊層云巖主要針對(duì)紋層組構(gòu)(圖2b)，角礫云巖主要針對(duì)角礫選取(圖2c)。隨后將所篩選的結(jié)構(gòu)組分樣使用瑪瑙研缽磨細(xì)至200目以下，以自封袋分裝，分別進(jìn)行碳氧同位素、X衍射、微量及稀土元素分析。碳、氧同位素測定在中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院分析實(shí)驗(yàn)中心完成。使用MAT252氣體同位素質(zhì)譜儀，測試方法為常規(guī)的磷酸法，檢測依據(jù)為SY/T 5238—2008，分析誤差為0.01‰，測試結(jié)果以PDB為標(biāo)準(zhǔn)；X射線衍射和能譜分析在西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，X射線衍射儀器為X′Pert PRO X射線衍射儀，設(shè)備編號(hào)為20042620，檢測標(biāo)準(zhǔn)為JCPDS-ICDD；能譜分析儀器為XL30掃描電鏡，設(shè)備編號(hào)為S8699，檢測標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 5162—1997。

稀土元素及其他微量元素在成都理工大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心完成。具體實(shí)驗(yàn)過程如下：稱取50 mg粉末樣品(小于200目)，加入5 mL濃度為1 mol/L的醋酸，超聲溶解12 h；離心15 min后轉(zhuǎn)移上層清液于另一個(gè)Teflon坩堝中；將溶解殘?jiān)娓?、稱重，并從稱樣量中扣除這部分；取出分離出的全部上層清液蒸干，加入1 mL的濃硝酸溶解，蒸干后再重復(fù)一次，以除去殘余的醋酸；最后加入5 mL的1mol/L的硝酸溶解，再加入1 Ml Rh質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100×10-9g/mL的內(nèi)標(biāo)溶液，定容至10 mL，用Finnigan Mat Element型電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)進(jìn)行測試(其檢測限可達(dá)10-12級(jí)，分析誤差優(yōu)于10%)。

3 燈影組巖石學(xué)特征及成巖作用

3.1 白云巖類型及其分布特征

四川盆地震旦系燈影組白云巖巖石類型復(fù)雜，根據(jù)不同的組構(gòu)類型，可進(jìn)一步分為泥粉晶云巖、粒屑云巖、微生物云巖和角礫云巖四類。其中，泥粉晶云巖主要呈灰—深灰色，晶粒粒徑小于0.005 mm，在顯微鏡下常見干裂、石膏結(jié)核和鳥眼孔(圖2d)。在四川盆地，泥粉晶云巖主要發(fā)育于燈一段和燈四段下部(圖3)，單井(單剖面)最大累計(jì)厚度為619.5 m，平面上最發(fā)育區(qū)位于川東北高橋河剖面—巫山剖面區(qū)域和川西南老龍1井—昭通派來剖面區(qū)域，其累計(jì)厚度多大于300 m；微生物云巖是研究區(qū)內(nèi)分布最廣和最特征的白云巖類，主要由底棲微生物群落(藍(lán)藻菌類)鈣化、黏結(jié)、捕獲碳酸鹽巖沉積物而形成[7]，根據(jù)微生物不同的建造方式，又可將微生物云巖細(xì)分為凝塊云巖(圖2a，e)、微生物黏結(jié)格架云巖(圖2f)、紋層—疊層狀云巖(圖2b)以及核形石云巖(圖2g)[7]。微生物云巖類主要發(fā)育于燈二段和燈四段中上部(圖3)，單井(單剖面)最大累計(jì)厚度為796.9 m；當(dāng)沉積界面處于浪基面之上的高能帶時(shí)，早期的泥晶巖類或微生物白云巖被破碎，形成顆粒，沉積成巖后形成粒屑云巖。根據(jù)顆粒粒徑不同，可進(jìn)一步分為砂屑云巖(圖2h)、礫屑云巖(圖2i)和粉屑云巖。與微生物云巖相似，粒屑云巖也主要分布于燈二段和燈四段中上部，常與微生物云巖構(gòu)成丘灘復(fù)合體共同分布[7](圖3)，但其發(fā)育程度和規(guī)模均要小于微生物云巖，單井(單剖面)最大累計(jì)厚度為552.1 m，平面上最發(fā)育區(qū)主要位于川中高石梯—磨溪地區(qū)和川西南窩深1井—樂山飯店區(qū)域，其累計(jì)厚度多大于250 m；和前三類白云巖不同的是，角礫云巖則多發(fā)育于地表巖溶帶或較大型的巖溶系統(tǒng)中，由兩期桐灣運(yùn)動(dòng)暴露而導(dǎo)致的巖溶作用改造而成[17]。角礫成分單一，包含前述三種巖類，角礫間以充填亮晶白云石為主(圖2c)。角礫云巖主要分布于燈二段上部和燈四段上部(圖3)，單井(單剖面)最大累計(jì)厚度為21.2 m，最發(fā)育區(qū)也位于川中高石梯—磨溪區(qū)域。

圖2 四川盆地?zé)粲敖M主要白云巖類型及篩選取樣位置圖a.凝塊云巖，Gk1井，燈四段，5 175.05 m；b.疊層狀云巖，Wei113井，3 071.65 m；c.角礫云巖，Gs1井，燈四段，4 977.81 m；d.泥晶云巖，鳥眼孔發(fā)育，Zi1井，燈二段，3 986 m(-)；e.凝塊云巖，Gs6井 燈二段 5 376.47 m(-)；f.微生物黏結(jié)格架云巖，Wei117井，燈二段，3 458.43 m(-)；g.核形石云巖，Wei117井，燈二段，3 392.3 m；h.砂屑云巖，Zi6井，燈二段，3 684.17 m(-)；i.礫屑云巖，P1井，燈二段，5 670.7 m(-)Fig.2 Main dolomite types and screening sampling location for the Dengying Formation, Sichuan Basin

圖3 四川盆地震旦系燈影組連井對(duì)比剖面Fig.3 Well-tie contrast profile of the Dengying Formation, Sichuan Basin

3.2 灰?guī)r分布特征

灰?guī)r的分布格局對(duì)于判定白云巖成因具有重要作用。通過單因素統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，灰地比(灰?guī)r厚度/地層厚度)厚值區(qū)主要集中于四川盆地外緣位于梓潼—筠連拉張裂陷槽遠(yuǎn)端的川西南抓抓巖—西谷溪和川西北蜈蚣口—湖石溝區(qū)域，以及位于研究區(qū)東北部松樹壩—大雄溪和東南部紅子溪—楊家坪一帶(圖4)。這說明灰?guī)r主要集中發(fā)育于古隆起外圍，而在古隆起圍限范圍內(nèi)則幾乎全為白云巖。這種分布特征表明受古隆起的封隔遮擋，燈影期盆地內(nèi)部水體持續(xù)受限，形成發(fā)育的白云巖；而在盆外水體則逐漸開闊，以致在灰?guī)r沉積區(qū)外圍更是發(fā)育硅質(zhì)巖等廣海沉積物。這也暗示了白云巖的成因與海水的封隔濃縮有關(guān)。

4 白云巖地球化學(xué)特征

成巖環(huán)境的不同，引起白云石生成和白云石化作用的流體也明顯具有不同的成分與特性。這些成巖流體可以是正常海水，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮的海水、地層水、大氣水與海水形成的混合水、甚至來自深部的熱液等。由它們交代形成的白云巖，必然會(huì)留下其地球化學(xué)烙印，尤其是穩(wěn)定同位素和某些微量元素、稀土元素的含量，這是利用地球化學(xué)特征解釋其成因的基礎(chǔ)[18]。

4.1 穩(wěn)定碳、氧同位素(δ13C和δ18O)

碳氧穩(wěn)定同位素是解釋白云巖成因的一種重要的地球化學(xué)標(biāo)志，它可以判斷白云巖化流體的性質(zhì)來源，進(jìn)而初步推斷白云巖化的環(huán)境和成因。形成于高鹽度蒸發(fā)環(huán)境中的白云巖具有較高的δ13C和δ18O值，而在高溫高壓深埋藏環(huán)境中形成的白云巖具有較低的δ13C和δ18O 值，受熱液影響的δ18O 值大多小于-10.0‰[18]。對(duì)于δ13C值，其主要受有機(jī)質(zhì)和熱化學(xué)硫酸鹽還原反應(yīng)(TSR)影響較顯著，受溫度和大氣淡水影響相對(duì)較小，因而在后期成巖過程中一般變化較小而多體現(xiàn)原巖特征；而δ18O值則會(huì)因大氣淡水或深埋環(huán)境高溫影響而呈現(xiàn)較高的負(fù)值[18]。燈影組樣品的δ13C和δ18O值表明(圖5)：δ13C值為-0.94‰～3.3‰(PDB)，平均值為1.22‰(PDB)，與震旦紀(jì)原始海水碳同位素值較為接近，說明了白云石化流體與同期海水有關(guān)[19]；而δ18O值為-9.83‰～-4.91‰(PDB)，平均值約為-7.65‰(PDB)，與同期海水值相比，則體現(xiàn)出較大程度的負(fù)偏[20]，這可能與其在沉積后受桐灣運(yùn)動(dòng)抬升暴露，經(jīng)歷了長達(dá)10 Ma大氣淡水淋濾改造，且之后又經(jīng)歷了長時(shí)期的深埋成巖階段(現(xiàn)今埋深多超過4 500 m)有關(guān)，但所有樣品的δ18O值均大于-10‰，基本可以排除熱液成因機(jī)制。同時(shí)，結(jié)合Keith and Weber(1964年)鹽度指數(shù)Z值計(jì)算公式“Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O+50)”來看，燈影組白云巖樣品的Z平均值為125.94(以Z=120為海水和淡水的分界線，Z值越高反映的流體鹽度越高)，也反映出其形成與鹽度較高的海源流體環(huán)境[22]。

圖4 四川盆地?zé)粲敖M灰?guī)r厚度/地層厚度(灰地比)等值線圖Fig.4 Contour map of limestone thickness/stratigraphic thickness in the Dengying Formation, Sichuan Basin

圖5 四川盆地?zé)粲敖M白云巖碳、氧同位素值分布圖海水白云石化范圍由揚(yáng)子臺(tái)地?zé)粲捌谠己Ｋ?3C和δ18O[19-20]和低溫海水白云巖化δ18O下限[21]確定Fig.5 The distribution of carbon and oxygen isotopes from the Dengying Formation, Sichuan Basin

4.2 有序度特征

白云石有序度是白云石結(jié)晶程度好壞的一個(gè)標(biāo)志，也是其形成物理、化學(xué)等環(huán)境條件的反映。研究區(qū)16件樣品的X衍射資料結(jié)果表明(圖6)：白云石有序度值為0.600～0.784，平均值約為0.699，Mg2+/Ca2+平均值約為0.859。整體來看，研究區(qū)所有樣品的有序度值均較低，反映了其具有早期白云石化的特點(diǎn)，Mg2+來源相對(duì)不充足，白云石的形成沒有足夠的時(shí)間和空間，致使其最終接近理想程度的晶體結(jié)構(gòu)，推測其整體形成時(shí)間為準(zhǔn)同生—早成巖期階段[23]。

而從不同類型白云巖樣品有序度值分布來看(圖6)，除疊層狀云巖的兩個(gè)樣品大于0.7外(后期鏡下觀察主要為殘余藻疊層粉細(xì)晶云巖)，未受重結(jié)晶影響的微生物云巖類有序度值相對(duì)最低(平均值0.648)，表明其形成時(shí)間最早，而泥粉晶云巖類和角礫云巖類有序度均值較為接近(平均值分別為0.689和0.671)，說明了這兩類白云巖形成時(shí)間大致相當(dāng)，而所有砂屑云巖類的有序度值均較高(平均值0.75)，反映了其形成的白云石更趨向于理想白云石的特征，這也與前述碳、氧同位素表現(xiàn)結(jié)果一致，表明砂屑云巖類在后期成巖過程中更易發(fā)生重結(jié)晶作用[24]。

圖6 四川盆地?zé)粲敖M白云石有序度及Mg2+/Ca2+Fig.6 The order degree values and Mg2+/Ca2+ for the Dengying Formation, Sichuan Basin

4.3 微量元素

作為碳酸鹽巖的環(huán)境指示標(biāo)志之一，微量元素Na、Sr、Fe、Mn在不同成因的白云巖類型中有不同的含量[25]。Sr是海水及其派生流體重要的示蹤元素，Mn、Fe則是大氣水成巖環(huán)境中強(qiáng)烈富集的元素，而Na往往反應(yīng)成巖流體的鹽度。所有樣品微量元素測試結(jié)果表明(表1)，燈影組白云巖Na含量相對(duì)較高，平均值約為399.61×10-6；Sr含量則相對(duì)偏低，其平均含量則為69.63×10-6；而Fe和Mn總體含量也很低，F(xiàn)e平均值約為718.56×10-6，而除去明顯具暴露特征的角礫云巖的兩個(gè)異常高值外(>1 000×10-6)，Mn平均含量約為325.60 ×10-6。整體來看，較高的Na含量和較低的Fe、Mn含量反映了其形成環(huán)境鹽度較高，白云巖化過程中未受或很少受大氣淡水的影響[26]。而較低的Sr含量則顯示出了一定混合水白云石化的特征[21]，但也可能與后期成巖作用導(dǎo)致了Sr元素的流失有關(guān)[21]。

從不同類型白云巖的微量元素含量來看：研究區(qū)內(nèi)四類白云巖的Na元素平均含量差異較小，顯示后期成巖作用對(duì)Na元素分異不大；而Sr含量則差異較大，其中以泥粉晶云巖和角礫云巖類最高(平均值分別為93.4和124.9 ×10-6)，并高于劉建清等[27]在南川三全剖面發(fā)現(xiàn)的早期高鹽度鹵水的滲透回流成因白云巖Sr含量(89 ×10-6)，這表明研究區(qū)基質(zhì)白云巖化仍主要受到海源流體的影響，而并非為混合水白云巖化。而藻云巖類和砂屑云巖類較低的Sr含量則可能是由于其孔洞系統(tǒng)較為發(fā)育，更易受到熱液流體改造所致[28]；對(duì)于Fe、Mn含量，雖然燈影組樣品整體含量較低，但泥粉晶云巖類卻高于其他三類，這可能與其形成環(huán)境為局限潟湖環(huán)境有關(guān)，局限潟湖中下部常為還原環(huán)境[29]，因而形成的沉積物常具有相對(duì)較高含量的Fe、Mn值[21]，而砂屑云巖類、微生物云巖類和角礫云巖類個(gè)別Fe、Mn含量異常高值由于其在表生期受大氣淡水淋濾所致。

4.4 稀土元素

稀土元素(REE)的分布和配分模式能提供物質(zhì)來源信息，可用來探索白云巖化流體性質(zhì)。四川盆地?zé)粲敖M白云巖REE測試結(jié)果如表1所示，其中稀土元素含量(∑REE)為(2.75～29.49)×10-6，平均值9.78×10-6，具典型碳酸巖低稀土元素含量特征[18]，且輕稀土元素相對(duì)貧化，重稀土元素相對(duì)富集。而從不同類型白云巖稀土元素含量來看，除砂屑云巖兩個(gè)樣品(14和16)稀土元素含量異常高值外，其他樣品無顯著差異。將燈影組白云巖測試數(shù)據(jù)利用PAAS(澳大利亞后太古宙平均頁巖)標(biāo)準(zhǔn)化[30]，其配分模式如圖7所示，所有白云巖總體較為平緩，除個(gè)別樣品外(4、7、17、18)均顯示輕微的輕稀土虧損現(xiàn)象，Ce元素體現(xiàn)出明顯的負(fù)異常，而Eu異常不明顯。將其與海水(北太平洋)的稀土元素配分曲線對(duì)比分析可知[31]，大部分白云巖的稀土元素特征與海水類似。前人的研究表明，雖然稀土元素總量變化可能很大，但純凈白云巖的稀土元素配分形式基本上能代表原始流體的稀土元素特征[32]，這也說明了本區(qū)白云巖化流體以原始海水為主，極少受到其他非海水流體的影響。

4.5 能譜分析

前已述及，四川盆地震旦系燈影組存在大量的菌藻類，掃描電鏡觀測發(fā)現(xiàn)這些菌藻類主要呈雪花狀、絲狀、片狀、絮團(tuán)狀(圖8)。對(duì)這些菌藻類能譜分析測試結(jié)果表明(表2)：菌藻類的C含量(原子百分比)值為34.87%～75.98%，平均值約為47.9%，較正常CaMg(CO3)2的C含量值(20%)高一倍以上，Mg2+/Ca2+平均值約為0.64(表2中1～7號(hào)樣)，而菌藻類附近的白云石Mg2+/Ca2+則為0.91(表2中8～9號(hào)樣)，說明菌藻類自身成分中含有更多的Ca2+，表明其可能在生長過程中消耗了更多的Ca2+，使Mg2+富集下來，造成海水中Mg2+濃度增加。Pratt[33]曾指出在藍(lán)綠藻生長或死亡過程中能沉淀出高鎂方解石，在成巖過程中，鎂方解石中的Mg2+可以釋放出來，從而形成富Mg2+的粒間水，這種粒間水可以使其周圍的碳酸鈣白云石化[29]。而這也與前述的有序度值相對(duì)應(yīng)，由于菌藻類提供了更多的Mg2+，因而富含菌藻類的白云巖(微生物白云巖)率先獲得足夠的Mg2+并開始快速白云石化，這也導(dǎo)致了其有序度值在4類白云巖中相對(duì)最低。

表1 四川盆地?zé)粲敖M白云巖微量元素及稀土元素含量(×10-6)Table 1 Trace element and rare earth element contents (×10-6) of the Dengying Formation System, Sichuan Basin

圖7 四川盆地震旦系燈影組白云巖稀土元素PAAS標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線Fig.7 Distribution curve of REE (standard by PAAS) for the Dengying Formation, Sichuan Basin

圖8 四川盆地震旦系燈影組白云巖菌藻類能譜分析a.雪花狀菌藻類，Zi6井，燈二段，3 767.78 m，SEM；b.片狀(絲狀)藻類，Wei117井，燈二段，3 158.75 m，SEM；c.絮團(tuán)狀藻類，楊壩，燈一段，SEMFig.8 Energy spectrum analysis of bacteria and algae for dolomite in the Dengying Formation of the Sinian System, Sichuan Basin

表2 四川盆地?zé)粲敖M菌藻類能譜分析數(shù)據(jù)表Table 2 Energy spectra analysis results of bacteria and algae for dolomite in the Dengying Formation, Sichuan Basin

注：CK，OK，MgK,SiK,CaK,FeK分別表示不同元素的K線系。

5 燈影組白云巖成因討論及地質(zhì)意義

5.1 燈影組白云巖成因

前人的研究表明，受蒸發(fā)作用的影響，四川盆地?zé)粲敖M中發(fā)育較多的膏鹽類蒸發(fā)礦物，以鹽巖、膏巖或石膏假晶、石膏假結(jié)核的形式出現(xiàn)，如蜀南寧2井燈一段鹽巖層厚約240 m(未完鉆)，寧1井鹽巖層厚度大于573 m(未完鉆)[34]；川北曾1井蒸發(fā)鹽厚達(dá)10 m；川西南甘洛黑馬剖面也見有石膏巖[34]。而我們?cè)阽R下也發(fā)現(xiàn)了大量的石膏假晶(多呈針柱放射狀)(圖9a)和石膏假結(jié)核(呈不規(guī)則圓—橢圓狀)(圖10b)，且石膏假結(jié)核多見于泥粉晶云巖中，并與圍巖呈自然過渡關(guān)系(圖9b)，這表明膏巖類蒸發(fā)礦物并非為后期交代成因，也表明了燈影組在沉積物形成時(shí)水體受限，鹽度較大。同時(shí)，大量白云巖樣品陰極發(fā)光分析發(fā)現(xiàn)，白云巖總體發(fā)光較暗，為暗紅色—褐紅色(圖9c～f)，也表明海源流體是白云巖化的主導(dǎo)流體[22，26，35]。而這也與前述的地化特征相對(duì)應(yīng)，較高的Na含量、較低的Fe、Mn含量和與海水配分曲線相似的稀土元素配分模式均顯示了燈影組白云巖形成于鹽度較高的海源流體環(huán)境。加之，燈影組白云巖多具有泥晶、粉晶的結(jié)構(gòu)特征，體現(xiàn)出其形成于準(zhǔn)同生期—早成巖階段[36]，基于此，結(jié)合古地理分布格局，本文提出四川盆地震旦系燈影組主要的白云化機(jī)理是微生物參與的蒸發(fā)海水回流滲透白云石化：受古隆起的封隔遮擋，燈影組水體持續(xù)受限，加之燈影期干旱、炎熱的古氣候環(huán)境，盆內(nèi)蒸發(fā)作用強(qiáng)烈[37]。同時(shí)，燈影組內(nèi)大量繁殖的菌藻類在生長過程中不斷消耗Ca2+，濃集Mg2+，燈影期的正常海水逐漸演變?yōu)楦哝V的鹽水，這種高鎂的鹽水不斷與早期沉積的松散灰泥或文石相接觸，最終導(dǎo)致沉積物發(fā)生白云石化，其模式圖如圖11所示。值得注意的是，在滲透回流白云石化初期，由于古隆起區(qū)域微生物更為繁盛，其中沉積的灰泥物質(zhì)率先獲得足夠的Mg2+而快速白云石化(圖10A)，而隨著滲透回流白云石化持續(xù)進(jìn)行，古隆起圍限范圍內(nèi)也相繼全部白云石化，但在古隆起外圍的斜坡—盆地區(qū)域，則由于水體開闊，而發(fā)育灰?guī)r、硅質(zhì)巖等沉積物(圖10B)。

圖10 四川盆地?zé)粲敖M白云巖成因模式圖(剖面位置見圖4)Fig.10 Genetic model of dolomite of the Dengying Formation, Sichuan Basin (profile location is shown in Fig.4)

5.2 天然氣地質(zhì)意義

研究表明，燈影組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵即為表生期大氣淡水溶蝕對(duì)白云巖的改造作用[38-39]。而隨著近年來國內(nèi)外對(duì)巖溶作用機(jī)理的研究深入，越來越多的學(xué)者指出，燈影組所經(jīng)歷的巖溶主要為以高孔滲層為物質(zhì)基礎(chǔ)的早成巖期巖溶，而并非為傳統(tǒng)意義上的以裂縫溝通為物質(zhì)基礎(chǔ)的晚成巖期巖溶[40]。對(duì)于早成巖期巖溶，巖石自身的先期孔滲層是關(guān)鍵。而從燈影組白云巖化機(jī)理來看，準(zhǔn)同生期所發(fā)生的盆地尺度回流滲透白云石化證明了燈影組早期沉積物具備較好的孔滲性[18]，而早期白云巖化又有利于對(duì)原始孔隙系統(tǒng)的保存[41]，特別是對(duì)于微生物云巖類，由于其白云巖化時(shí)間相對(duì)更早，因而其孔洞系統(tǒng)保存更好，這即為表生期桐灣作用的早成巖期溶蝕改造提供了必要條件。而由于微生物云巖和粒屑云巖原始孔洞系統(tǒng)更為發(fā)育，且這二者常構(gòu)成丘灘復(fù)合體共同發(fā)育，因而對(duì)于燈影組下一步勘探，應(yīng)優(yōu)選盆地周緣和內(nèi)部古隆起范圍內(nèi)微生物云巖最為發(fā)育的區(qū)塊(圖1)，以期進(jìn)一步獲得勘探突破。

6 結(jié)論

(1) 四川盆地震旦系燈影組白云巖主要可分為4類：泥粉晶云巖、粒屑云巖、微生物云巖、角礫云巖。其結(jié)構(gòu)類型一般為泥晶、粉晶，表明其形成時(shí)間較早，為準(zhǔn)同生階段。

(2) 地球化學(xué)研究表明：四川盆地震旦系燈影組白云巖碳同位素值與震旦紀(jì)原始海水同位素值較為相近，有序度值較低，微量元素Na含量相對(duì)較高，F(xiàn)e、Mn相對(duì)較低，其稀土元素PAAS標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線與海水較為相近，表明燈影組白云巖化主要受到鹽度較高的海源流體的影響。

(3) 綜合白云巖巖石學(xué)特征，地球化學(xué)特征和燈影組古地理分布格局認(rèn)為：四川盆地震旦系燈影組主要的白云巖化機(jī)理是微生物參與的蒸發(fā)海水回流滲透白云石化。在此基礎(chǔ)上建立了本地區(qū)白云巖化形成模式，可為今后本區(qū)天然氣勘探提供理論基礎(chǔ)。