四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系源儲組合新模式及 其 油 氣 勘 探 新 領(lǐng) 域

宋金民, 劉樹根,2, 金 鑫, 汪 華, 范建平, 江青春, 田小彬, 葉玥豪, 李 亞, 李智武, 楊 迪, 王佳蕊, 羅 平,

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059; 2.西華大學(xué)，成都 610039; 3.中國石油西南油氣田分公司，成都 610041; 4.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083; 5.大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712)

海泡石是一種富SiO2和Mg2+、貧Al3+的黏土礦物，現(xiàn)代的海泡石主要分布在大西洋、印度洋的洋中脊和深海平原[1-2]以及高鹽湖泊的低陸源湖盆中心[3-4]。海泡石礦床具有重要的工業(yè)價(jià)值，主要分布在美國、法國、土耳其、西班牙、塞內(nèi)加爾等國，多產(chǎn)于新近系陸相沉積地層中[5-8]。西班牙是海泡石礦產(chǎn)資源最豐富的國家，海泡石儲量約2×107t[9-10]。

中國已探明海泡石礦的儲量約為 1 500 t，多產(chǎn)于華南地區(qū)二疊系海相地層中，主要分布在贛西-湘東-湘中和湘西北以及陜南一帶[11-13]。目前認(rèn)為海泡石的成因有3種：第一種是直接沉淀，在干旱-半干旱氣候下，貧火山物質(zhì)的深海中，隨著海水溶解態(tài)Si和Mg2+濃度升高直接發(fā)生化學(xué)沉淀形成[14-22]；第二種是異地搬運(yùn)，認(rèn)為深海海泡石可能是盆地邊緣局限環(huán)境中形成的自生礦物之后被搬運(yùn)至深海環(huán)境[23-27]；第三種是沉積-成巖作用的產(chǎn)物，認(rèn)為海泡石是先存的蒙脫石、火山沉積物或富鎂碳酸鹽巖受熱液蝕變或轉(zhuǎn)化形成的，其形成是受沉積-成巖作用控制的[16,28-34]。

四川盆地在石棉縣有蛇紋石蝕變型海泡石的報(bào)道[35]，近期在中二疊統(tǒng)茅口組有早期成巖過程中孔隙水與熱液流體交代的海泡石-滑石的報(bào)道[36-37]。但目前對海泡石-滑石的成因、產(chǎn)狀和油氣地質(zhì)意義的探討還不夠深入。鑒于此，本文通過野外剖面實(shí)測和巖心觀察，運(yùn)用薄片鑒定、氬離子拋光、X射線衍射和掃描電鏡等手段，對四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石產(chǎn)狀特征、成因機(jī)理及發(fā)育模式進(jìn)行研究，從海泡石形成轉(zhuǎn)化的條件和產(chǎn)物的角度，探索含海泡石層系的源儲配置新模式及其油氣勘探有利地區(qū)，為四川盆地二疊系油氣勘探部署提供參考。

1 地質(zhì)背景

二疊紀(jì)(299～252 Ma B.P.)是顯生宙全球格局轉(zhuǎn)變的重要時(shí)期。此時(shí)Pangea超級大陸開始裂解，古特提斯洋進(jìn)一步擴(kuò)張[38-40]，并伴隨峨眉山大火成巖省的集中式大規(guī)模噴發(fā)[40]等一系列全球性事件的發(fā)生。石炭紀(jì)-二疊紀(jì)發(fā)育一次全球的冰期事件，形成了大面積分布的大陸冰蓋，二疊紀(jì)全球古氣候經(jīng)歷了由寒冷→溫暖的轉(zhuǎn)變，早-中二疊世全球仍處于寒冷氣候[41-42]，中二疊世瓜德魯普期，全球氣候轉(zhuǎn)入溫涼時(shí)期[43-44]，此時(shí)古海水中Mg2+含量處于整個(gè)顯生宙的波峰位置，為文石海時(shí)期[45-46]。

該時(shí)期華南克拉通位于古赤道附近，東西向分隔泛大洋和古特提斯洋[47]，由兩個(gè)碰撞板塊(揚(yáng)子板塊和華夏板塊)和兩個(gè)深水盆地(江南盆地和右江盆地)組成[48]。四川盆地所在的上揚(yáng)子板塊在中二疊世為淺水碳酸鹽臺地和深水陸棚相間發(fā)育(圖1-A)[49-58]。棲霞組由底至頂主要由碎屑巖-碳酸鹽巖混積序列、富有機(jī)質(zhì)石灰?guī)r、含燧石結(jié)核石灰?guī)r和厚層石灰?guī)r組成，構(gòu)成1個(gè)Ⅲ級層序。上覆茅口組底部為灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層，頂部主要為中-厚層石灰?guī)r，偶見條帶狀燧石或者由頁巖和硅質(zhì)巖互層組成，形成2個(gè)Ⅲ級層序(圖1-B)[48-50]。

2 海泡石性質(zhì)、礦物學(xué)特征與賦存狀態(tài)

2.1 海泡石性質(zhì)與特征

海泡石屬于海泡石-坡縷石族黏土礦物，斜方晶系，理論分子式為：Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O[59]。純凈的海泡石呈淺灰白色，密度為2.032～2.035 g/cm3，摩式硬度為2～2.5級[60]，可溶于鹽酸，具有層鏈狀結(jié)構(gòu)和極強(qiáng)的吸附能力。

海泡石(滑石)在巖心上呈黑色條帶狀或斑塊狀，與淺灰色灰?guī)r不規(guī)則狀互層，形成眼皮眼球狀構(gòu)造(圖2-A)；單偏光下呈淺褐色(圖2-B)，正交偏光下最高干涉色可以達(dá)到Ⅲ級橙色；切面為片狀、鱗片狀和纖維狀，可見一組完整的解理；掃描電鏡下，纖維狀海泡石主要分布于方解石之間，聚集排列呈羽狀(圖2-C)，并逐漸向方解石晶粒內(nèi)部進(jìn)行交代，形成羽狀海泡石-滑石(圖2-D)。海泡石纖維長度為0.5～3 μm，寬度為0.1～0.2 μm，厚度0.05～0.1 μm。

圖2 四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石特征Fig.2 Photograph and microphotographs showing the characteristics of Middle Permian sepiolite in Sichuan Basin(A)含海泡石(滑石)段與泥晶灰?guī)r構(gòu)成眼皮眼球狀構(gòu)造，Xt1井，深度4 397.81 m; (B)淺黃色海泡石(滑石)，Z8井，深度4 565.96 m，單偏光; (C)方解石間大量纖維狀海泡石單體聚集成羽狀，S6井，深度4 164.36 m， SEM; (D)海泡石(滑石)呈順層狀分布于方解石間，Z8井，深度4 553.42 m， SEM

2.2 海泡石賦存狀態(tài)

海泡石(滑石)主要賦存于棲霞組與茅口組下部灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層中。通過野外剖面實(shí)測、巖心觀察、薄片鑒定及掃描電鏡，發(fā)現(xiàn)海泡石(滑石)主要有3種形態(tài)：以層狀自生礦物形式發(fā)育、呈透鏡狀發(fā)育、以交代生屑的形式存在。

2.2.1 以層狀自生礦物形式發(fā)育

該類海泡石(滑石)在野外剖面上呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與泥晶灰?guī)r互層或呈夾層產(chǎn)出(圖3-A)。巖心觀察中同樣發(fā)現(xiàn)這類呈層狀或似層狀產(chǎn)出的海泡石(滑石)(圖3-B)。片狀海泡石(滑石)在鏡下聚集呈似層狀分布于灰?guī)r中(圖3-I)，泥質(zhì)灰?guī)r中可見海泡石(滑石)呈層狀產(chǎn)出(圖3-K)。掃描電鏡下，海泡石-滑石呈層狀聚集體分布于方解石之間(圖2-D)。

圖3 四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石賦存特征Fig.3 Occurrence of Middle Permian sepiolite in Sichuan Basin(A)海泡石(滑石)呈順層狀分布，華鎣山剖面; (B)海泡石(滑石)呈順層狀分布，Xt1井，深度4 429.26 m; (C)海泡石(滑石)呈透鏡狀分布，Xt1井，深度4 452.63 m; (D)海泡石(滑石)交代生屑腔體(邊緣硅化)，Xt1井，深度4 429.26 m; (E)海泡石(滑石)交代生屑?xì)んw(核心硅化)，Xt1井，深度4 413.45 m; (F)海泡石(滑石)交代生屑?xì)んw，Hs4井，深度2 674.18 m，單偏光; (G)海泡石(滑石)交代生屑腔體，S6井，深度4 165.72 m，單偏光; (H)海泡石(滑石)交代生屑?xì)んw，Hs4井，深度2 866.57 m，SEM; (I)海泡石(滑石)呈片狀分布，S6井，深度4 194.84 m，單偏光; (J)海泡石(滑石)呈順層條帶狀分布，Hs4井，深度2 864.73 m，單偏光; (K)裂縫中充填海泡石(滑石)和方解石，Hs4井，深度2 679.44 m，單偏光; (L)海泡石(滑石)呈片狀分布，Hs4井，深度2 864.73 m， SEM

2.2.2 呈透鏡狀發(fā)育

該類海泡石(滑石)在巖心上呈透鏡狀分布于灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層中，其分布較分散，多呈致密狀集合體(圖3-C)。鏡下見其呈團(tuán)塊狀或集合體分布于灰?guī)r中(圖2-B)；泥質(zhì)灰?guī)r中可見海泡石(滑石)呈條帶狀集合體順層分布(圖3-J)。掃描電鏡下，發(fā)現(xiàn)大量纖維狀海泡石(滑石)聚集呈羽狀附著于顆粒間(圖2-C)；海泡石(滑石)聚集呈團(tuán)塊狀分布于方解石中(圖3-L)。

2.2.3 以交代生屑的形式存在

2.3 海泡石-滑石-燧石共生礦物組合特征

結(jié)合剖面實(shí)測、薄片鑒定與掃描電鏡觀察，海泡石多與滑石、燧石伴生，構(gòu)成共生礦物組合。海泡石多為纖維狀集合體，聚集后呈羽狀(圖2-C)，而海泡石-滑石多呈片狀(圖2-D)；羽狀海泡石和片狀海泡石-滑石常與燧石、白云石伴生發(fā)育(圖4-A)，形成海泡石-滑石-燧石組合，這是海泡石成巖轉(zhuǎn)變的結(jié)果。隨著埋藏深度的增加，溫度和壓力增加，海泡石逐漸向滑石轉(zhuǎn)化[17,61]

3Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4→

8Mg3Si4O10(OH)2+4SiO2+H2O

在此過程中海泡石會發(fā)生溶解[62]

Mg4Si6O15(OH)2·6H2O+8H+→

4Mg2++ 6SiO2+ 11H2O

在低pH值條件下釋放相對較多的Mg2+；而在高pH值條件下會優(yōu)先釋放SiO2[63]，同時(shí)形成大量的有機(jī)質(zhì)孔和黏土微孔。部分Mg2+會導(dǎo)致周圍的灰?guī)r發(fā)生白云石化，部分SiO2也會沉淀在海泡石-滑石周圍，形成燧石結(jié)核或燧石條帶。

圖4 四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石-滑石-燧石礦物組合特征Fig.4 Mineral assemblage characteristics of sepiolite-talc-chert in Middle Permian, Sichuan Basin(A)海泡石-滑石-燧石礦物組合特征，為區(qū)分不同礦物，黃色代表滑石-海泡石，藍(lán)色代表白云石，紅色代表燧石，S6井，深度4 170.53 m， SEM; (B)圖A中譜圖1能譜特征; (C)圖A中譜圖2能譜特征; (D)圖A中譜圖3能譜特征; (E)圖A中譜圖4能譜特征; (F)圖A中譜圖5能譜特征

3 海泡石形成機(jī)理

前人研究認(rèn)為海泡石成因主要有3種：第一種是直接沉淀(海相沉積型)，從富含SiO2和Mg2+且pH值、CO2分壓(pCO2)、鹽度適宜的溶液中直接沉淀海泡石[14-22]。海泡石直接沉淀所需要的SiO2濃度、Mg2+、pH、pCO2、鹽度之間存在復(fù)雜的關(guān)系，通過大量合成實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，海泡石直接沉淀的條件為相對較高的堿度(低pCO2、pH值為8～9.5)、中等鹽度(微咸水)、充足的SiO2(lgαH4SiO4≥-4.75，α表示濃度)和充足的Mg2+。第二種是異地搬運(yùn)(陸源成因型)，認(rèn)為深海海泡石可能是在富Mg2+貧Al3+、堿性的非海洋環(huán)境或受限的海洋環(huán)境中形成的，之后被搬運(yùn)至深海環(huán)境沉積下來[23-27]。第三種是沉積-成巖成因，可進(jìn)一步細(xì)分為3類：鎂蒙脫石溶蝕轉(zhuǎn)化、火山碎屑熱液蝕變和富鎂碳酸鹽巖熱液蝕變。

本文根據(jù)中二疊統(tǒng)海泡石的礦物學(xué)特征及賦存狀態(tài)，大部分海泡石呈層狀產(chǎn)出狀態(tài)(圖3-A、B)，部分海泡石在顆粒中呈羽狀集合體交代生屑的形態(tài)產(chǎn)出(圖3-D、E)，結(jié)合當(dāng)時(shí)的古地理背景，中二疊世為最大海侵期，周圍并無古陸[59-61]，故可以排除陸源成因；通過對含海泡石層系的灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層的稀土元素分析，發(fā)現(xiàn)具交代生屑產(chǎn)狀海泡石的樣品Eu均為正異常，說明部分海泡石為熱液交代成因型(圖5)[16, 28-34, 64]。據(jù)此認(rèn)為二疊系海泡石具有2種成因類型：沉積型、富硅熱液交代富鎂硅酸鹽巖型，且以沉積型為主。

圖5 四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系稀土元素特征(北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化)Fig.5 The REE characteristics of sepiolite-bearing rocks in Middle Permian, Sichuan Basin

3.1 海泡石形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

海泡石中兩種重要元素為Si和Mg。二疊紀(jì)處于峨眉地裂運(yùn)動中期，此時(shí)揚(yáng)子臺地內(nèi)部和邊緣斷裂發(fā)育，火山活動和熱液活動給海水中帶來了大量硅質(zhì)[65-67]；基于元素分析認(rèn)為Si元素也可來源于深海熱泉流體，并通過上升流帶到淺海區(qū)域[32,68]；Si元素還可源自二疊紀(jì)大量硅質(zhì)生物骨架溶解[36, 69-71]。對于海泡石的Mg2+來源，由于二疊紀(jì)處于文石海沉積期[45-46]，海水當(dāng)時(shí)富含Mg2+，并且原生沉積的亞穩(wěn)定礦物高鎂方解石向低鎂方解石轉(zhuǎn)化過程中會釋放Mg2+。另外，還有部分Mg2+以固溶體的形式存在于生物骨架中。

結(jié)合構(gòu)造-沉積背景，海泡石Si元素可能存在2種來源：與峨眉地裂運(yùn)動相關(guān)的深部熱流體、深海熱泉中富Si上升流；Mg2+可能存在3種來源：中二疊世“文石?！?、亞穩(wěn)定礦物高鎂方解石向低鎂方解石轉(zhuǎn)化流體、富Mg2+的生物骨架。

3.2 海泡石形成機(jī)理及模式

結(jié)合本文研究中觀察到的海泡石特征：①多數(shù)海泡石呈層狀分布于灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層中(圖3-A、B)；②少部分海泡石呈羽狀分散于方解石間，以交代生屑的形態(tài)產(chǎn)出(圖2-C，圖3-D、E)，認(rèn)為海泡石形成機(jī)理應(yīng)為2類：①沉積型海泡石，棲霞組、茅口組古海水堿度相對較高(低pCO2、pH值為8～9.5)、鹽度中等(微咸水)，并且當(dāng)時(shí)為文石海，加之火山活動和熱液活動頻發(fā)，深部富SiO2流體與海水混合，直接沉淀形成海泡石；②熱液交代型海泡石，富鎂碳酸鹽巖與硅質(zhì)熱流體接觸(100～200 ℃)，在熱液活動驅(qū)動下交代形成。中二疊統(tǒng)海泡石主要為沉積型海泡石，其形成模式如圖6所示。

圖6 四川盆地中二疊統(tǒng)沉積型海泡石形成機(jī)理示意圖Fig.6 The formation mechanism of Middle Permian sedimentary sepiolite in Sichuan Basin

4 含海泡石層系優(yōu)質(zhì)源儲配置新模式

4.1 含海泡石層系吸附有機(jī)質(zhì)形成優(yōu)質(zhì)烴源巖

四川盆地二疊系主要發(fā)育中統(tǒng)棲霞組(棲一段)和茅口組(茅一段)海相碳酸鹽巖和上統(tǒng)龍?zhí)督M(吳家坪組)海陸交互相泥頁巖兩套烴源巖。龍?zhí)督M烴源巖厚度為20～100 m，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)為0.10%～28.84%，平均值為5.61%，為較好的烴源巖，其有機(jī)質(zhì)類型總體是Ⅲ型；熱演化程度達(dá)到了高-過成熟干氣生成階段；生烴強(qiáng)度為(15～50)×108m3/km2，生烴強(qiáng)度高。茅一段烴源巖厚度為60～110 m，wTOC為0.07%～4.86%，主要集中在0.5%～1.5%，平均為1.16%，為中等質(zhì)量的烴源巖，生氣強(qiáng)度為(10～22)×108m3/km2，生氣強(qiáng)度高；棲一段烴源巖厚度20～45 m，wTOC為0.21%～0.79%，平均為0.46%，為較差烴源巖，生氣強(qiáng)度在(0.2～0.5)×108m3/km2，生氣強(qiáng)度低。茅一段和棲一段的有機(jī)質(zhì)類型總體上為Ⅱ型，少部分為Ⅰ型，熱演化程度處于高-過成熟干氣階段[72-75]。目前對于中二疊統(tǒng)天然氣來源仍存有爭議，前期的研究認(rèn)為其主要來源于自身的茅一段烴源巖[76]；最新的研究普遍認(rèn)為中二疊統(tǒng)天然氣屬于混源氣，由下寒武統(tǒng)筇竹組、下志留統(tǒng)龍馬溪組、中二疊統(tǒng)茅口組、棲霞組和上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M聯(lián)合供烴[77-78](表1)。

表1 四川盆地?zé)N源巖參數(shù)對比Table 1 Comparison of source rock parameters in Sichuan Basin

中二疊統(tǒng)為海相碳酸鹽巖沉積，在此背景下難以形成優(yōu)質(zhì)的泥質(zhì)烴源巖。通過與四川盆地內(nèi)相似的海相碳酸鹽巖背景下的烴源巖對比發(fā)現(xiàn)[79-82]，中二疊統(tǒng)含海泡石層系烴源巖厚度相對較大，有機(jī)質(zhì)豐度(wTOC)比燈三段、雷口坡組烴源巖高約1倍，生氣強(qiáng)度比雷口坡組烴源巖高5～10倍(表1)。這是因?yàn)楹Ｅ菔哂袠O強(qiáng)的吸附能力，初始生成的海泡石通常為白-淺灰色，在吸附大量有機(jī)質(zhì)后，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏蛏罨疑玔83]，這提升了烴源巖的品質(zhì)和生烴潛力。通過對比二疊系含海泡石層系與非海泡石層系的有機(jī)質(zhì)豐度，發(fā)現(xiàn)含海泡石泥質(zhì)灰?guī)r段的wTOC為0.39%～1.26%，平均為0.77%；灰?guī)r段的wTOC為0.08%～0.56%，平均為0.28%；且由海泡石轉(zhuǎn)化而成的滑石含量與有機(jī)碳含量有著較好的相關(guān)性(圖7)。掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)纖維狀海泡石(圖8-A、B)和羽狀海泡石吸附黑色有機(jī)質(zhì)的現(xiàn)象(圖8-C、D)。據(jù)此，提出中二疊統(tǒng)有機(jī)質(zhì)富集的新模式：二疊紀(jì)受巨型季風(fēng)控制[84-86]，生物產(chǎn)率較低，僅靠當(dāng)時(shí)沉積的碳酸鹽巖，對有機(jī)質(zhì)的富集有限，不易形成優(yōu)質(zhì)烴源巖，難以形成成片成帶分布的規(guī)模性氣藏；由構(gòu)造作用、海底熱泉等作用下形成的富硅質(zhì)流體，在自生重力以及海底洋流的牽引作用下，逐漸積聚于地勢低洼地區(qū)，與海水中的鎂離子相互作用形成海泡石。在海泡石的強(qiáng)吸附性作用下，大量有機(jī)質(zhì)被吸附富集，形成優(yōu)質(zhì)烴源巖(圖9)。

圖7 四川盆地Xt1井海泡石-滑石含量與有機(jī)碳含量的關(guān)系Fig.7 Relationship between sepiolite-talc content and TOC in Well Xt1, Sichuan Basin

圖8 四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石與吸附型有機(jī)質(zhì)的掃描電鏡特征Fig.8 SEM images showing characteristics of sepiolite and adsorbed organic matter in Middle Permian, Sichuan Basin(A)纖維狀海泡石吸附有機(jī)質(zhì)，Z8井，深度4 549.8 m; (B)纖維狀海泡石吸附有機(jī)質(zhì)，Z8井，深度4 549.8 m; (C)羽狀海泡石吸附有機(jī)質(zhì)，S6井，深度4 194.84 m; (D)羽狀海泡石吸附有機(jī)質(zhì)，S6井，深度4 194.84 m。圖中黃色箭頭所指為海泡石，紅色為有機(jī)質(zhì)

圖9 海泡石吸附有機(jī)質(zhì)模式圖Fig.9 Model diagram of sepiolite adsorption and enrichment of organic matter (A)在富鎂富硅條件適宜的海水中，海泡石與有機(jī)物、微生物一起沉淀; (B)沉淀后被埋藏形成了富有機(jī)質(zhì)的海泡石

4.2 含海泡石層系成巖轉(zhuǎn)化水白云石化形成優(yōu)質(zhì)儲層

白云石化是茅口組優(yōu)質(zhì)孔隙型儲層發(fā)育的必要條件。茅一段灰?guī)r儲層孔隙度為0.33%～5.73%，平均為1.57%；滲透率為(0.0013～1.54)×10-3μm2，平均為0.113×10-3μm2。茅二段灰?guī)r儲層孔隙度為2%～6.3%，平均為2.97%；滲透率為(0.003～1.775)×10-3μm2，平均為0.314×10-3μm2；茅二段白云巖儲層孔隙度為2.1%～14.16%，平均為4.9%；滲透率為(0.005～2.145)×10-3μm2，平均為0.375×10-3μm2[87]。白云巖儲層儲集性能明顯優(yōu)于灰?guī)r儲層。一方面，埋藏期白云石化作用使灰?guī)r向白云巖轉(zhuǎn)變，地層水中富鎂流體對方解石進(jìn)行等摩爾交代，白云石相對于方解石具有較小的摩爾體積，交代過程中白云石的沉淀體積小于方解石的溶解體積，巖石孔隙度增加；另一方面，形成的大量白云石晶間孔為后期熱流體活動提供了通道，后期熱流體進(jìn)入地層時(shí)，酸性流體會對儲層進(jìn)行溶蝕改造，進(jìn)一步加大巖石孔隙度，使其發(fā)育為優(yōu)質(zhì)儲層。但目前對于四川盆地中二疊統(tǒng)白云巖的成因主要有以下幾種解釋：①白云巖是富鎂的海水-淡水混合水交代圍巖形成[88-89]；②玄武巖中鐵鎂礦物因風(fēng)化作用淋濾形成白云石化流體[90]；③巖漿熱流體與大氣淡水或海水混合，經(jīng)深部熱循環(huán)改造形成白云石化熱液[91-94]。前人的研究只是對某一類型白云巖的成因解釋，但不能解釋整個(gè)中二疊統(tǒng)不同類型白云巖的成因，也不能很好地解釋Mg2+來源或動力學(xué)機(jī)制問題。

通過對中二疊統(tǒng)海泡石形成機(jī)理和發(fā)育模式的研究，本文提出中二疊世白云石化新模式——海泡石成巖轉(zhuǎn)化流體白云石化模式。二疊紀(jì)火山活動頻發(fā)，富Si流體沿?cái)嗔?、裂縫上涌，在當(dāng)時(shí)的海水條件下沉淀海泡石。埋藏期海泡石成巖轉(zhuǎn)化成滑石，釋放大量富鎂離子成巖水流體，對中二疊統(tǒng)茅二段頂部及茅三段底部生屑灘相灰?guī)r進(jìn)行白云石化，形成層狀白云巖儲層。海泡石成巖轉(zhuǎn)化釋放的富鎂成巖轉(zhuǎn)化流體經(jīng)歷了3個(gè)階段：①在淺埋藏期，海泡石開始轉(zhuǎn)化，但此階段形成富鎂成巖流體較少，只能與層內(nèi)或鄰近層眼球狀灰?guī)r接觸，發(fā)生白云石化，形成灰質(zhì)白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r(圖10-A)；②中埋藏階段，海泡石層系富集的有機(jī)質(zhì)開始排烴，促使海泡石進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，形成的富鎂成巖流體增加，同時(shí)，受峨眉地裂運(yùn)動影響，導(dǎo)致富鎂成巖流體沿?cái)鄬舆\(yùn)移到上部地層中，與灰?guī)r接觸發(fā)生白云石化形成豹斑狀白云巖(圖10-B)；③中-深埋藏階段，有機(jī)質(zhì)開始大規(guī)模排烴，海泡石轉(zhuǎn)化達(dá)到高峰，形成大量富鎂成巖流體，這些流體在層間壓力、流體勢與深埋的聯(lián)合驅(qū)動下，開始向低隆區(qū)域(生屑顆粒灘)運(yùn)移，進(jìn)行交代白云石化(圖10-C)，形成大規(guī)模層狀白云巖儲層。這一過程體現(xiàn)了海泡石轉(zhuǎn)化、白云石化類型以及含海泡石層系生排烴階段的高度耦合性。

圖10 四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系白云石化模式Fig.10 The dolomitization model of Middle Permian sepiolite-bearing rocks in Sichuan Basin

4.3 含海泡石層系源儲組合新模式

中二疊統(tǒng)含海泡石層系可形成自生自儲和旁(下)生側(cè)(上)儲兩種源儲組合新模式。在低洼地勢的凹陷內(nèi)海泡石大量沉積，在海泡石的強(qiáng)吸附性作用下，巨量有機(jī)質(zhì)被吸附富集；并且中二疊世早期為涼水環(huán)境，這種低溫還原的水體環(huán)境可以使有機(jī)質(zhì)得到很好的保存，形成優(yōu)質(zhì)烴源巖。在中-深埋藏期，凹陷內(nèi)大量海泡石會發(fā)生成巖轉(zhuǎn)化，形成大量有機(jī)質(zhì)孔和黏土微孔，可為油氣賦存提供良好空間；并且這類含海泡石灰?guī)r-泥質(zhì)灰?guī)r韻律層中脆性礦物含量高，體積分?jǐn)?shù)可達(dá)70%～90%，可壓性高，利于儲層改造。因此，在凹陷內(nèi)部可以形成自生自儲型的源儲組合。來自凹陷內(nèi)含海泡石層系的成巖水使在凹陷邊緣高部位高能灘體白云石化，形成規(guī)模性層狀白云巖優(yōu)質(zhì)儲層，其下部含海泡石層系烴源巖所生成油氣沿?cái)嗔训冗\(yùn)移至白云巖儲層中成藏，形成下生上儲型的源儲組合。凹陷邊緣白云巖儲層位于含海泡石層系烴源巖側(cè)翼，與烴源巖大面積直接接觸，具有近源成藏優(yōu)勢，因此在環(huán)富含海泡石的凹陷邊緣可以形成旁生側(cè)儲型的源儲組合。該類源儲組合烴源巖生烴潛力大，儲層物性好，且源儲大面積直接接觸，油氣成藏效率高(圖11)。

圖11 四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系源儲配置模式圖Fig.11 Source and reservoir configuration pattern of Middle Permian sepiolite-bearing strata in Sichuan Basin

5 含海泡石層系油氣勘探有利地區(qū)

5.1 海泡石分布對中二疊統(tǒng)隆拗格局的指示

峨眉地裂運(yùn)動分為3個(gè)階段：①地裂運(yùn)動初期(泥盆紀(jì)-石炭紀(jì))在上揚(yáng)子地臺東南緣表現(xiàn)為裂陷槽和臺丘的構(gòu)造模式；②地裂運(yùn)動中期(早-中二疊世)地臺內(nèi)部呈現(xiàn)臺塊-斜坡-臺槽的格局；③地裂運(yùn)動高潮期(晚二疊世-早三疊世)表現(xiàn)為地臺西南緣有大面積玄武巖噴溢，在揚(yáng)子板塊南北緣均有拉張運(yùn)動，南緣形成臺塊(孤立臺地)、臺槽格局，北緣形成拗拉槽群[95-96]。峨眉地裂運(yùn)動的演化與南秦嶺洋打開、松潘-甘孜邊緣海的擴(kuò)張和金沙江-哀牢山洋盆活動有密切的關(guān)系。這與岡瓦納大陸和歐亞大陸裂解有關(guān)，在揚(yáng)子板塊西北緣因南秦嶺洋盆擴(kuò)張，形成廣旺-開江-梁平拗拉槽群[97-98]。

中二疊統(tǒng)海泡石在華南地區(qū)廣泛分布，沉積層位具有等時(shí)性特點(diǎn)。海泡石沉積期正好處于峨眉地裂運(yùn)動中期，其沉積受峨眉地裂運(yùn)動影響，為地臺邊緣風(fēng)暴、沉積盆地張裂、海平面上升、上升洋流等地質(zhì)因素共同作用的產(chǎn)物，在構(gòu)造作用、海底熱泉以及硅藻吸附等作用下形成的富硅質(zhì)流體，在自生重力以及海底洋流的牽引作用下，逐漸積聚于地勢低洼地區(qū)，與海水中的鎂離子相互作用形成海泡石[99]。二疊系海泡石產(chǎn)出和分布能夠指示峨眉地裂運(yùn)動中期臺塊與臺槽分布，也能反映二疊紀(jì)風(fēng)暴影響范圍、上升洋流的分布范圍。在上揚(yáng)子臺地周緣及廣元-廣安-涪陵區(qū)域?yàn)榕_槽，并沿廣元-廣安-涪陵一線將上揚(yáng)子臺地分為兩個(gè)大型臺塊；在中下?lián)P子地區(qū)，海泡石分布較為分散，主要分布于右江盆地中部臺槽地區(qū)以及江南盆地東北部臺槽地區(qū)。這反映了華南板塊二疊紀(jì)風(fēng)暴主要影響范圍在上揚(yáng)子臺地，對中下?lián)P子地區(qū)影響較小；上升洋流主要分布于上揚(yáng)子臺地周緣及廣元-廣安-涪陵區(qū)域，少部分分布于下?lián)P子地區(qū)的右江盆地中部百色-南寧區(qū)域及江南盆地東北部廣濟(jì)-湘潭-瀏陽區(qū)域(圖12)。

圖12 華南板塊海泡石分布圖Fig.12 The distribution of sepiolite in Huanan Plate(據(jù)文獻(xiàn)[11,50,99]修改)1.四川石棉; 2.廣西都安; 3.湖北廣濟(jì); 4.安徽全椒; 5.浙江臨安; 6.湖南慈利; 7.湖南石門; 8.湖南湘潭; 9.湖南瀏陽; 10.江西樂平

本文通過含海泡石段的測井曲線特征的總結(jié)，建立含海泡石層系的測井響應(yīng)特征。通過對四川盆地鉆井的測井?dāng)?shù)據(jù)識別，進(jìn)而編制全盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系(泥巖+泥質(zhì)灰?guī)r)的厚度分布圖(圖13)。從圖中可以看出，四川盆地在中二疊統(tǒng)發(fā)育“兩臺一凹”的構(gòu)造-沉積格局，即川西北-蜀南臺地、川東北臺地和通江-元壩-南充-長壽凹陷(凹陷的形成演化和機(jī)制另文論述)。川西北-蜀南臺地海泡石分布面積為8.22×104km2，厚度為0～59.45 m，平均厚度為25.76 m；川東北臺地海泡石分布面積為4.84×104km2，厚度為0～42.76 m,平均厚度為14.23m；通江-元壩-南充-長壽凹陷主要呈“C”形，總體呈現(xiàn)北寬中窄南寬的雙喇叭形特征，海泡石分布面積為7.27×104km2，厚度為36～95 m，平均厚度為48.76 m。通江-元壩-南充-長壽凹陷可分為3段：北段為通江-元壩-南充區(qū)域，呈北東-南西走向，開口方向北東，寬度為12.89～74.76 km，面積為1.64×104km2，坡度為東陡西緩，向南西中江方向延伸；中段為南充-合川區(qū)域，呈北西-南東走向，寬度為5.6～22.16 km，面積為1.61×103km2，呈北陡南緩的特征，向南西宜賓方向延伸；南段為長壽-涪陵區(qū)域，北西-南東走向，開口方向南東，寬度為38.24～65.75 km，面積為4.97×103km2，北陡南緩，向南西綦江方向和東北石柱方向延伸。

5.2 中二疊統(tǒng)氣藏分布特征

近年來四川盆地進(jìn)入了天然氣勘探開發(fā)的黃金時(shí)期，其中中二疊統(tǒng)總資源量1.47×1012m3，累計(jì)探明81.168×109m3[100-101]，資源探明率6%，勘探程度較低，剩余資源潛力大。早期對中二疊統(tǒng)的勘探主要以灰?guī)r縫洞型氣藏為主，鉆穿茅口組探井共有2 700余口，相繼發(fā)現(xiàn)了隆10、自2井為代表的縫洞氣藏325個(gè)，累計(jì)采氣65×109m3，平均單個(gè)氣藏儲量為0.1×109m3，目前年產(chǎn)氣0.64×109m3[101]。在近些年的勘探過程中，中二疊統(tǒng)孔隙型白云巖氣藏獲得巨大突破，是目前的勘探熱點(diǎn)。此外，繼Js1、Yh1、TT1井茅一段泥質(zhì)灰?guī)r獲得工業(yè)氣流以來，茅一段非常規(guī)氣藏逐漸成為中二疊統(tǒng)的另一勘探熱點(diǎn)。盡管中二疊統(tǒng)勘探已取得了多點(diǎn)式的突破，但還不能很好地揭示其氣藏的分布規(guī)律。本次研究發(fā)現(xiàn)近年來高產(chǎn)的白云巖氣藏、灰?guī)r氣藏與茅一段非常規(guī)泥質(zhì)灰?guī)r氣藏均與含海泡石層系厚度密切相關(guān)(表2，圖14)，通過距含海泡石層系沉積中心距離、含海泡石層系厚度與產(chǎn)層關(guān)系交匯圖可以看出，不論是白云巖氣藏還是泥質(zhì)灰?guī)r氣藏，含海泡石層系厚度越大，與含海泡石層系沉積中心的距離越近，測試產(chǎn)量越高。統(tǒng)計(jì)來看，距含海泡石層系沉積中心20 km內(nèi)且含海泡石層系厚度在40～60 m范圍內(nèi)區(qū)域?yàn)?古)油氣藏聚集最有利區(qū)；距含海泡石層系沉積中心20～60 km范圍內(nèi)，含海泡石層系厚度在20～40 m區(qū)域?yàn)?古)油氣藏聚集有利區(qū)(圖13)。

圖13 四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系厚度和油氣有利勘探地區(qū)分布圖Fig.13 The isopach map and favorable exploration regions of Middle Permian sepiolite-bearing strata series in Sichuan Basin

圖14 四川盆地中二疊統(tǒng)發(fā)現(xiàn)井測試產(chǎn)量與含海泡石層系厚度、含海泡石層系沉積中心距離的關(guān)系Fig.14 Correlation of tested production, sepiolite thickness and distance to sepiolite depositional center of Middle Permian in Sichuan Basin

表2 四川盆地二疊系含海泡石層系氣藏與海泡石凹陷的關(guān)系Table 2 Relationship between gas pools and sepiolite sag of Middle Permian sepiolite-bearing strata series in Sichuan Basin

5.3 含海泡石層系有利勘探地區(qū)

含海泡石層系可形成兩大類(古)油氣藏，即凹陷邊緣的旁(下)生側(cè)(上)儲型層狀白云巖氣藏和凹陷內(nèi)的自生自儲型泥質(zhì)灰?guī)r非常規(guī)氣藏。含海泡石層系源儲配置新模式拓寬了油氣勘探領(lǐng)域，為中二疊統(tǒng)油氣勘探提供了新的方向，并進(jìn)一步佐證了四川盆地為超級含油氣盆地[100]。根據(jù)含海泡石層系厚度<20 m、20～<40 m、40～<60 m和≥60 m的等級，同時(shí)參考棲霞組和茅口組灘相和白云巖的分布特征，劃分出四川盆地中二疊統(tǒng)常規(guī)氣藏和非常規(guī)氣藏的最有利勘探區(qū)帶、有利勘探區(qū)帶(圖13)。中二疊統(tǒng)非常規(guī)泥質(zhì)灰?guī)r氣藏最有利勘探區(qū)含海泡石層系累計(jì)厚度60～80 m，主要分布在通江-元壩-南充-長壽一帶，即圖13中黃色虛線以內(nèi)的凹陷中心區(qū)域，勘探面積大約 24 800 km2；中二疊統(tǒng)白云巖氣藏的最有利勘探區(qū)含海泡石層系累計(jì)厚度在40～60 m，主要分布在通江-元壩-南充-長壽凹陷以南的廣元-江油-遂寧-重慶和凹陷以北的宣漢-閬中-廣安-石柱地區(qū)，即圖13中的黃色虛線和紅色虛線之間的區(qū)帶，凹陷北勘探區(qū)帶面積大約為14 700 km2，凹陷南勘探區(qū)帶面積大約為 33 000 km2。目前的常規(guī)白云巖氣藏大多位于凹陷邊緣的兩個(gè)區(qū)帶內(nèi)。因此，四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系的兩類氣藏的有利勘探區(qū)均位于通江-長壽凹陷的“C”形區(qū)帶內(nèi)，值得下一步勘探重點(diǎn)關(guān)注。

6 結(jié) 論

a.海泡石為海泡石-坡縷石族黏土礦物，屬斜方晶系，具有層鏈狀結(jié)構(gòu)，可塑性強(qiáng)，比表面積巨大，具有超強(qiáng)的吸附能力；最高干涉色可達(dá)Ⅲ級橙色，可見一組解理。四川盆地中二疊統(tǒng)海泡石主要有層狀自生礦物、透鏡狀和交代生屑狀3種賦存狀態(tài)。海泡石成巖轉(zhuǎn)化過程形成海泡石-滑石-燧石共生組合。

b.四川盆地中二疊統(tǒng)大多數(shù)海泡石屬海相沉積型成因，由火山活動引發(fā)的富SiO2流體與較高的堿度(低pCO2, pH值為8～9.5)、中等鹽度(微咸水)的海水混合后直接沉淀形成；少部分海泡石為熱液交代成因，由富鎂碳酸鹽巖與硅質(zhì)熱液流體交代形成。

c.四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系形成自生自儲和旁(下)生側(cè)(上)儲型的源儲配置新模式。含海泡石層系具有極強(qiáng)的吸附能力，提升了烴源巖的品質(zhì)和生烴潛力，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～1.5%，平均值為1.16%，屬于中等烴源巖，生氣強(qiáng)度在(10～22)×108m3/km2，生氣強(qiáng)度高，具有優(yōu)良的生烴潛力。海泡石在成巖過程中釋放鎂離子、SiO2和水分子，形成大量的有機(jī)質(zhì)孔和黏土微孔，形成非常規(guī)儲層；同時(shí)富鎂離子成巖水使高部位生屑灘相灰?guī)r發(fā)生白云石化，在烴源巖側(cè)上方形成層狀白云巖儲層。烴源巖與儲集層形成了大面積相鄰接觸的空間配置，提高了含海泡石層系的油氣成藏效率。

d.四川盆地中二疊統(tǒng)含海泡石層系的厚度分布揭示出“兩臺一凹”的構(gòu)造-沉積格局，川西北-蜀南臺地與川東北臺地被“C”形的通江-元壩-南充-長壽凹陷所分割。距含海泡石層系沉積中心20 km內(nèi)且含海泡石層系厚度在40～60 m范圍內(nèi)區(qū)域?yàn)?古)油氣藏有利分布區(qū)。含海泡石層系可形成兩大類(古)油氣藏，即凹陷邊緣的旁(下)生側(cè)(上)儲型層狀白云巖氣藏和凹陷內(nèi)的自生自儲型泥質(zhì)灰?guī)r非常規(guī)氣藏。中二疊統(tǒng)非常規(guī)氣藏最有利勘探區(qū)主要分布在通江-元壩-南充-長壽凹陷地區(qū)；中二疊統(tǒng)白云巖氣藏的最有利勘探區(qū)主要沿凹陷以南的廣元-江油-遂寧-重慶和凹陷以北的宣漢-閬中-廣安-石柱地區(qū)呈帶狀分布，勘探前景廣闊。