海相高演化頁巖裂縫方解石脈成因機(jī)制及指示意義

吳安彬, 羅 群, 代 兵, 李 靖, 王士琛,張景坤, 安尊鵬, 劉冬冬, 姜振學(xué)

(1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210023; 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院,北京 102249;3.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,四川宜賓 644002; 4.銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院工學(xué)院,貴州銅仁 554300)

沉積盆地中普遍發(fā)育的方解石脈,是流體活動(dòng)的載體,包含豐富烴-水-巖相互作用信息,其成巖過程和機(jī)制對(duì)烴類流體的示蹤和成藏具有重要意義[1-3]。流體活動(dòng)往往受巖性、埋深、構(gòu)造及有機(jī)質(zhì)熱演化等因素影響,導(dǎo)致物化條件不同的地層中流體來源及成因機(jī)制不盡相同,對(duì)油氣藏的影響也各有差異[4],如渤海灣盆地沙河街組發(fā)育的方解石脈,成因與大氣水、油源流體相關(guān),成巖作用破壞了儲(chǔ)層物性[3-4]；四川盆地長(zhǎng)仙組儲(chǔ)層中方解石脈,成因與孔隙流體、水-巖相互作用有關(guān),成巖膠結(jié)降低了儲(chǔ)集空間,但有利于頁巖氣開發(fā)[5]。相較于淺層、熱演化程度低的含油層系[6],熱演化程度更高的海相含氣地層中流體來源及對(duì)油氣藏的影響仍然不很清楚,制約了對(duì)海相高演化地層流體成巖演化的認(rèn)識(shí)。四川盆地南部地區(qū)(簡(jiǎn)稱“川南地區(qū)”)是中國(guó)頁巖氣開發(fā)的示范基地,志留系龍馬溪組是開發(fā)的主力層系,蘊(yùn)含豐富的頁巖氣資源。龍馬溪組是典型的富有機(jī)質(zhì)、熱演化程度高的海相地層[7-8],是研究海相高演化烴源巖流體演化的典型素材。頁巖中方解石脈普遍發(fā)育,然而流體來源、成因機(jī)制及對(duì)頁巖氣藏的影響尚不明確,是制約該層系勘探的重要因素之一。筆者以川南地區(qū)龍馬溪組為例,通過巖相學(xué)、微區(qū)元素、同位素地球化學(xué)和流體包裹體相結(jié)合的方法,分析海相高演化頁巖中方解石脈成因,并結(jié)合地質(zhì)背景,探討其對(duì)油氣成藏的影響。

1 地質(zhì)背景

四川盆地位于中國(guó)西南地區(qū),東接湘鄂西山地,西依青藏高原和橫斷山脈,南連云貴高原,北近秦巴山脈,形似信封狀,呈不規(guī)則長(zhǎng)方形分布,面積約為26×104km2,油氣資源儲(chǔ)量約為9 208.7×108m3,是中國(guó)重要的化石能源基地之一[8]。構(gòu)造上盆地位于揚(yáng)子地臺(tái)偏西北一側(cè),西緣與龍門山造山帶相接,北端為大巴山前陸推覆帶,米倉(cāng)山隆起,東南和西南與滇黔川鄂臺(tái)褶皺帶相連[9](圖1(a))。

盆地以前寒武變質(zhì)結(jié)晶為基底,自震旦系以來經(jīng)歷了晉寧運(yùn)動(dòng)、加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),形成了古生代—中三疊世克拉通和晚三疊世—新生代陸相前陸盆地兩大演化格局[10-11],發(fā)育古生代到新生代地層(圖1(b))。研究區(qū)位于四川盆地南部、川南低陡褶皺帶與婁山褶皺帶交匯處,發(fā)育寒武系到第四系地層,缺失泥盆系、石炭系地層,在晚奧陶紀(jì)—早志留紀(jì)時(shí)期,受樂山隆起與黔中古隆起分割的影響,川南地區(qū)為典型的深水陸棚相沉積[12]。志留系發(fā)育一套穩(wěn)定的泥頁巖,以自貢—隆昌—瀘州為沉積中心,沿樂山—龍女隆起向南東方向逐漸增厚,埋深超過2 000 m,最大厚度達(dá)400～600 m[13]。下志留統(tǒng)龍馬溪組(S1l)與五峰組呈整合接觸,龍馬溪組巖性為灰黑色、黑色泥頁巖,厚度180～311 m[8]。龍馬溪組頁巖總有機(jī)碳含量(TOC)高(2.52%)、干酪根類型為 Ⅰ—Ⅱ1型、有機(jī)質(zhì)熱演化程度高(Ro=2.0%～3.5%)、地層超壓(壓力系數(shù)為1.3～2.1),處于高—過成熟階段,以生氣為主[9-10]。

2 樣品與方法

采集川南地區(qū)瀘204、寧213和寧西202井志留系龍馬溪組泥頁巖樣品28塊(表1,圖1),樣品涵蓋龍馬溪組不同小層與產(chǎn)狀的脈體(如構(gòu)造縫脈體、節(jié)理縫脈體、層理縫脈體),開展巖相學(xué)、原位微區(qū)元素、同位素與流體包裹體分析。陰極發(fā)光在核工業(yè)地質(zhì)研究所(北京)CL8200MK5型陰極發(fā)光儀上完成,樣品為厚度0.05 mm的薄片;微區(qū)元素分析在清華大學(xué)JXA-820型電子探針上完成,樣品為厚度0.06 mm的薄片,測(cè)試電壓20 kV、束流1×10-8A、分析誤差小于0.02%;碳、氧同位素在MAT252EM型質(zhì)譜儀上完成,用小型微鉆取樣機(jī)對(duì)樣品中脈體進(jìn)行原位微區(qū)取樣,研磨至粒徑0.074 mm,剔除雜質(zhì),使其純度達(dá)到99%以上,檢測(cè)的溫度為72 ℃,色譜溫度為40 ℃,He氣壓力為100 kPa,采用標(biāo)準(zhǔn)磷酸法,碳、氧同位素以V-PDB為標(biāo)準(zhǔn),測(cè)試精度δ<0.01‰;鍶同位素采用HF+HClO4溶樣, 由富集IC流程提取純凈Sr在MAT-261型質(zhì)譜儀上測(cè)試,以86Sr/88Sr=0.119 4的質(zhì)量分餾標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正,國(guó)際標(biāo)樣NBS987的測(cè)試均值為0.710 251±0.000 009(2σ,n=5),整個(gè)過程留白小于0.5 ng,分析精度優(yōu)于0.004%;流體包裹體分析在LinKam THMSG-600顯微冷熱臺(tái)完成,測(cè)試溫度為-196～600 ℃,精度為±0.1 ℃,升溫速率控制在0.1～5.0 ℃/min,記錄完全均一時(shí)的溫度,測(cè)試誤差為±1.0 ℃。

表1 川南地區(qū)龍馬溪組頁巖樣品測(cè)試信息

3 結(jié)果分析

3.1 原位元素特征

為明確圍巖與脈體的物質(zhì)組成及元素含量,選取14個(gè)樣品開展微區(qū)元素分析(表1),分別測(cè)試圍巖和脈體26組和82組,平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表2。圍巖主要由Si、Al、Mg、Fe、Mn等元素組成,SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.18%～89.75%(均值為65.69%),Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.91%～20.70%(均值為10.46%),MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%～3.83%(均值為1.29%),FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～2.31%(均值為0.95%),MnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～0.18%(均值為0.02%),Si元素占主導(dǎo);脈體成分主要由元素Ca、Mg、Fe、Mn等組成,CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54.63%～57.81%(均值為56.12%),MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.17%～0.91%(均值為0.49%),FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%～0.92%(均值為0.37%),MnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%～0.26%(均值為0.17%),而Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～0.29%(均值為0.12%),Ca元素占主導(dǎo),其均值約為56%。因此礦物成分主要為方解石,脈體主要為方解石脈(Cal)?？傮w上,圍巖富Fe、Mg、Al貧Mn,脈體相對(duì)貧Fe、Mg富Mn,含少量Al。

表2 川南地區(qū)龍馬溪組頁巖微區(qū)原位元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3.2 同位素特征

對(duì)方解石脈進(jìn)行碳、氧、鍶同位素測(cè)試,獲得碳、氧同位素值28組,鍶同位素值15組(表1)。方解石脈的δ13CV-PDB為-17.21‰～3.48‰(均值為-3.51‰);δ18OV-PDB為-15.69‰～-5.26‰(均值為-10.59‰);87Sr/86Sr為0.719366～0.721 342(均值為0.720 301) (表3)。通過經(jīng)驗(yàn)公式

表3 川南地區(qū)龍馬溪組頁巖中方解石脈碳、氧、鍶同位素值

δ18OV-SWOM(‰)=1.030 92δ18OV-PDB+30.92.

可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的δ18OV-SMOW[14]。

根據(jù)經(jīng)典碳、氧同位素分析理論[1-3, 5-8],研究區(qū)方解石脈的碳、氧同位素分布在3個(gè)區(qū)間(表3):①δ13CV-PDB=0.76‰～3.48‰、δ18OV-PDB=-11.25‰～-7.13‰;②δ13CV-PDB=-7.01‰～-0.83‰、δ18OV-PDB=-15.69‰～-10.23‰;③δ13CV-PDB=-17.21‰～-13.49‰、δ18OV-PDB=-9.55‰～-5.26‰。3個(gè)區(qū)間的方解石脈分別以Cal-1、Cal-2、Cal-3表示(表3)。

3.3 流體包裹體特征

測(cè)試方解石脈中11組樣品流體包裹體的溫度和鹽度,捕獲的流體包裹體沿裂隙成帶分布,均一溫度為132～227 ℃,鹽度為5.2%～12.6%;主要發(fā)育3期包裹體:第1期(Cal-1),透明無色—灰色的含烴鹽水包裹體(圖2(a)),均一溫度集中在132～156 ℃,鹽度為5.2%～9.6%;第2期(Cal-2),氣液兩相包裹體,方解石粒間孔及微裂隙帶發(fā)黃綠色熒光(圖2(b)、(c)),均一溫度集中在163～192 ℃,鹽度為5.7%～12.6%;第3期(Cal-3),深灰色天然氣及氣液包裹體(圖2(c)、(d)),無熒光顯示,均一溫度為205～227 ℃,鹽度為5.4%～12.2%(圖3)。

圖2 川南地區(qū)龍馬溪組方解脈中流體包裹體發(fā)育特征

圖3 川南地區(qū)龍馬溪組方解石脈包裹體溫度和鹽度分布特征

4 討 論

4.1 方解石脈的成巖期次

樣品以黑色頁巖、泥頁巖為主,普遍發(fā)育方解石脈(Cal),脈體(Vein)呈纖維狀、絲網(wǎng)狀、條帶狀充填于頁巖裂縫中(圖4)。構(gòu)造縫、層理縫、滑脫縫發(fā)育,沿構(gòu)造縫發(fā)育的脈體呈高角度(大于60°),順層理縫、滑脫縫發(fā)育的脈體呈低角度(小于30°),黃鐵礦(Py)、石英(Qtz)與方解石共生(圖4(a)、(b)、(c)),方解石礦物零散或脈狀分布在基質(zhì)中,脈體內(nèi)部裂縫發(fā)育(圖4(d)、(f)); 同一裂縫發(fā)育的方解石脈具有不同溶蝕(H+)現(xiàn)象,由邊緣向中心侵蝕,形成邊緣化不規(guī)則鋸齒狀,蝕變明顯,晶型殘缺,溶蝕較弱部分陰極發(fā)光下呈暗紅色,推測(cè)受兩期流體改造(圖4(c));陰極發(fā)光下呈亮紅色的方解石脈,晶型完整,無溶蝕現(xiàn)象,受流體改造小(圖4(f)),可能與暗紅色方解石脈具有不同成因(圖4(e))。根據(jù)巖相學(xué)特征,推測(cè)可能發(fā)育3期方解石脈,與碳、氧同位素分布特征及示蹤結(jié)果一致(表3)。

圖4 川南地區(qū)龍馬溪組頁巖裂縫脈體巖相學(xué)特征

4.2 方解石脈物質(zhì)組成

4.2.1 微區(qū)元素與物質(zhì)來源

原位微區(qū)元素具有良好的示蹤潛力,鐵、鎂和錳元素在物質(zhì)來源與運(yùn)移過程中具有指紋效應(yīng)[14-15]。

圍巖中Fe、Mg、Mn元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7 389×10-6、7 740×10-6和155×10-6,Mn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)低,表現(xiàn)為富Fe、Mg貧Mn;方解石中Fe、Mg和Mn平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2 878×10-6、2 940×10-6和1 317×10-6, 表現(xiàn)為富Mn,相對(duì)貧Fe、Mg,兩者M(jìn)n質(zhì)量分?jǐn)?shù)差別明顯(表2,圖5(a))。

圖5 川南地區(qū)龍馬溪組圍巖—方解石脈Fe-Mg-Mn元素特征

Mn元素在酸性、中性與基性火山巖中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(600～800)×10-6、(1 200～1 500)×10-6和(1 500～2 500)×10-6,在大氣水和海水中Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低(一般低于0.1×10-6)[3,16],對(duì)比可知,方解石脈的Mn元素具有火山物質(zhì)的特征。在早志留世,四川盆地處于揚(yáng)子板塊拉張活動(dòng)高峰期,海底擴(kuò)張導(dǎo)致深部幔源物質(zhì)上涌,大量基性火成物質(zhì)匯入,使得龍馬溪組在微量元素組成上繼承了大陸島弧元素特征[14]。脈體中富Mn元素可能與深部幔源物質(zhì)相關(guān),由于方解石脈的圍巖是一套烴源巖層系,生排烴過程所產(chǎn)生的有機(jī)酸具有較強(qiáng)的還原性,可以將火山物質(zhì)中富含的Fe、Mn元素還原成Fe2+與Mn2+,促進(jìn)元素遷移,實(shí)現(xiàn)萃取與分餾,使脈體更加富集Mn2+元素。因此方解石脈的成巖流體可能與火山活動(dòng)、烴類密切相關(guān)。

4.2.2 鍶同位素與物質(zhì)來源

鍶同位素的組成具有均一性,不受經(jīng)度、緯度或深度的影響[17-18],主要來源于殼源和幔源鍶,其中殼源鍶主要由大陸古老巖石風(fēng)化提供,87Sr/86Sr比值高(均值為0.711 9),幔源鍶主要由洋中脊熱液系統(tǒng)提供,87Sr/86Sr比值低(均值為0.703 5)[19],因此可以利用鍶同位素示蹤物源。

方解石脈具有富87Sr/86Sr特征,其值為0.719 37～0.721 34(均值為0.720 16,見表3、圖6),位于殼源鍶附近,具有殼源鍶特征,高于任何地史時(shí)期海水的87Sr/86Sr。

圖6 川南地區(qū)龍馬溪組方解石脈鍶同位素特征

理論上鍶同位素值偏高原因有海平面的變化[19]、表層淡水滲透[20]、沉積環(huán)境的變化[21]和富鍶流體的侵入[22]。根據(jù)方解石脈流體包裹體高鹽度特征(5.2%～12.6%),可排除低鹽度(低于3.5%)淡水滲透的影響,表明龍馬溪組地層封閉性好,沉積環(huán)境具有穩(wěn)定性,沉積環(huán)境變化也不是主要原因。在地史上龍馬溪組發(fā)生過一次較大的海退事件,黔中古隆起面積擴(kuò)大,地表徑流量增大,風(fēng)化速度加強(qiáng)[18,23],大量陸源沉積物匯入,導(dǎo)致87Sr/86Sr升高;此外,從奧陶系到志留系,四川盆地鍶同位素表現(xiàn)為逐漸降低趨勢(shì),奧陶系比志留系鍶同位素更加富集[22]。因此陸源鍶和富鍶流體的注入最可能是龍馬溪組87Sr/86Sr富集的原因,成巖流體來源可能受深部富鍶流體影響。

4.3 方解石脈成因機(jī)制

方解石脈成巖流體可能來自地層孔隙水、有機(jī)質(zhì)演化或外源流體介入等[14,17],流體輸入方式主要有近源擴(kuò)散和遠(yuǎn)源運(yùn)輸[24-29]兩種,物源受流體介質(zhì)影響,過程如下:

Ca2++CO32-=CaCO3,

Ca2++2HCO3-=CaCO3+H2O+CO2。

同位素地球化學(xué)在流體來源與成因分析領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,碳同位素主要用于解釋碳酸鹽礦物的流體性質(zhì),氧元素在同位素分餾作用上對(duì)溫度更敏感,常用作地質(zhì)溫度計(jì)[24-27]。樣品的δ13C主要分布于海相碳酸鹽巖及混合流體域,具有混合流體疊加特征(圖7(a));根據(jù)典型δ13CV-PDB-δ18OV-SWOM模型、δ13CV-PDB-18OV-PDB模型[1-6, 14-17]分析,成因主要有生物氧化成因、油源流體改造成因、甲烷熱化學(xué)成因(圖7(b)、圖(8))。

第一期,生物氧化成因。δ13CV-PDB=0.76‰～3.48‰,δ18OV-PDB=-11.25‰～-7.13‰,具有δ13C富集,δ18O虧損的特征(圖7(b)、圖8(b))。沉積盆地中海相碳酸鹽巖的δ13C為4‰～-4‰,湖相碳酸鹽巖的δ13C偏重(2.9‰～9.3‰)[26-27],Cal-1主要分布在海相碳酸鹽巖域(圖7(a)),表明與地層水有關(guān),但δ18OV-PDB偏負(fù)特征說明沉淀時(shí)孔隙水發(fā)生了變化,原因可能有大氣降水和成巖溫度[27-29]。方解石脈高溫、高鹽度特征,排除大氣水的可能性。因此最可能原因是高溫?zé)崃鳌皼_刷”,流體包裹體高溫、高鹽度特征,表明此階段形成的方解石脈,后期受高溫流體“沖刷”改造,與北海Skjoid油田中方解石特征相似[3-4,30]。

圖7 川南地區(qū)龍馬溪組方解石脈流體成因判識(shí)圖

甲烷生成作用(Me)階段,有機(jī)質(zhì)(OM)熱演化程度低(低于0.5%),碳源來自微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的氧化分解,Me形成的碳源具有δ13C富集特征(0<δ13CV-PDB<15‰[31-33])。高溫變質(zhì)水分解并攜帶Me階段的碳源進(jìn)入裂縫,形成Cal-1(圖9(b)),由于受圍巖和海水影響,導(dǎo)致Mn2+元素和87Sr/86Sr含量較高。

由于細(xì)菌硫酸鹽還原作用(BSR階段)本次樣品未涉及,故不討論(圖8(a))。

第二期,油源流體改造成因。δ13CV-PDB=-7.01‰～-0.83‰、δ18OV-PDB=-15.69‰～-10.23‰,位于海相碳酸鹽與混合流體域,表明成巖流體來源多樣(圖7(b)、圖8(c))。相較Cal-1,其δ13C偏負(fù),說明有機(jī)質(zhì)影響較大,機(jī)質(zhì)脫羧作用階段,烴源巖持續(xù)埋深,有機(jī)質(zhì)熱演化程度增大(0.5%

第三期,甲烷熱化學(xué)成因。δ13CV-PDB=-17.21‰～-13.49‰,δ18OV-PDB=-9.55‰～-5.26‰,相較于第一、二期,Cal-3碳同位素更加虧損,表明Cal-3受更加貧δ13C碳源的影響。當(dāng)Ro>1.3%時(shí),原油裂解,產(chǎn)生氣態(tài)烴[8,10],烴類裂解產(chǎn)生的甲烷氣極貧碳同位素[6],龍馬溪組中甲烷碳同位素特征證實(shí)了這一點(diǎn)[17]。深部甲烷在高價(jià)Fe3+、Mn3+/4+的催化作用下發(fā)生熱化學(xué)氧化,形成的碳源更加貧δ13C (δ13CV-PDB<-10‰;圖8(d)),其成巖過程如下[6,34-35]:

圖8 高演化烴源巖中方解石脈的流體來源及碳同位素循環(huán)示蹤模式

CH4+4Mn2O3+15H+→ HCO3-+8Mn2++9H2O,

ΔG=-442 kJ/mol;

CH4+4Mn2O3+7H+→ HCO3-+4Mn2++5H2O,

ΔG=-556 kJ/mol;

CH4+8Fe(OH)3+15H+→ HCO3-+8Fe2++

21H2O, ΔG=-270.3 kJ/mol;

Ca2++HCO3-+OH-→ CaCO3↓+H2O。

Cal-3受甲烷熱化學(xué)作用影響(TOM)[6],Cal-3中捕獲的包裹體主要為甲烷包裹體,溫度處于熱裂解生氣范圍,由于深部甲烷作用,使高價(jià)還原性鐵錳元素富集于脈體中。Cal-3晶型完整,保存完好,無流體溶蝕現(xiàn)象,表明形成晚于生油窗(圖4(h))。

4.4 勘探意義

4.4.1 流體成巖示蹤烴類演化

方解石脈的成巖過程與烴源巖生、排烴密切相關(guān),烴類熱解與有機(jī)酸還原作用是流體成巖演化的關(guān)鍵環(huán)節(jié),因而對(duì)流體成巖與生烴演化的耦合刻畫尤為關(guān)鍵。根據(jù)川南地區(qū)龍馬溪組烴源巖熱演化特征[8,10,13]可知,早志留紀(jì)到泥盆紀(jì),有機(jī)質(zhì)尚未成熟,以甲烷菌等微生物形成的碳源為主,由于幔源物質(zhì)和后期烴類改造,使Cal-1中流體包裹體溫度高于成巖溫度(大于75 ℃)。早二疊紀(jì),烴源巖處于成熟邊緣(Ro≈0.50),晚二疊紀(jì),由于峨眉山地幔柱熱催化影響,有機(jī)質(zhì)熱演化程度加劇[10,17],達(dá)到成熟—過熟狀態(tài),有機(jī)酸大量生成,Cal-2中高溫流體包裹體、氧同位素、Mn元素及巖相學(xué)特征(溶蝕)間接記錄了烴類流體和深部流體活動(dòng)。侏羅紀(jì),頁巖氣大量生成,Cal-3中捕獲的甲烷包裹體證實(shí)了此階段是龍馬溪組頁巖氣成藏重要時(shí)期(圖9)。燕山—喜馬拉雅期,四川盆地形成不同強(qiáng)度的構(gòu)造區(qū),導(dǎo)致頁巖氣具有差異富集規(guī)律,頁巖氣貧化區(qū)(強(qiáng)構(gòu)造區(qū)),地層封閉性差[36-37],主要發(fā)育第一、二期方解石脈,充填在高角度構(gòu)造縫、滑脫縫中;頁巖氣富集區(qū)(弱構(gòu)造區(qū)),地層封閉性好[36-37],方解石脈成因與有機(jī)流體相關(guān),主要發(fā)育第二、三期方解石脈,充填在層理縫,低角度縫中。研究區(qū)方解石脈的形成飽含了烴類流體生油、生氣及成藏演化的重要信息(圖9)。

圖9 川南地區(qū)龍馬溪組方解石脈成巖過程與流體演化關(guān)系

4.4.2 方解石對(duì)頁巖氣藏的影響

前人對(duì)方解石膠結(jié)物對(duì)頁巖氣藏的影響多集中于定性探討,缺乏定量研究[2,5,16,20,38],為揭示方解石含量與頁巖成烴成藏的關(guān)系,對(duì)寧西202井(深度為3 830～3 880 m)連續(xù)取樣,進(jìn)行全巖、含氣量及孔隙度的測(cè)試(圖10)。結(jié)果表明,方解石含量、含氣量、孔隙度的關(guān)系復(fù)雜,其中方解石含量與孔隙度的變化大致可分為A、B兩段(圖10(a)):當(dāng)方解石含量小于5%時(shí)(A段),含量與孔隙度具正相關(guān)性(R2=0.66，圖10(b)),當(dāng)方解石含量超過5%時(shí)(B段),含量與孔隙度呈負(fù)相關(guān)(R2=0.57; 圖10(b)),方解石含量與含氣性具正相關(guān)趨勢(shì)(R2=0.61; 圖10(c))。以上現(xiàn)象表明,烴源巖/儲(chǔ)層中碳酸鹽巖礦物的發(fā)育對(duì)儲(chǔ)層物性并不都只具有破壞性,一定含量的方解石,可能有利于改善儲(chǔ)層物性,當(dāng)超過某一臨界范圍,則會(huì)破壞儲(chǔ)層物性。究其原因,可能是方解石充填頁巖基質(zhì),改變了頁巖致密的空間結(jié)構(gòu),使基質(zhì)的比表面積、可容空間變大,有助于頁巖氣的吸附與儲(chǔ)集,使含氣量增大。

圖10 方解石含量與頁巖孔隙度、含氣量定量關(guān)系

5 結(jié) 論

(1)川南地區(qū)龍馬溪組發(fā)育三期方解石脈,具有錳元素、鍶同位素富集,高溫、高鹽度特征,成巖流體與有機(jī)流體、環(huán)境水(孔隙流體,地層水等)、深部流體有關(guān)。第一期方解石脈碳同位素富集,氧同位素虧損,受微生物(甲烷菌)還原作用影響,第二期方解石脈碳、氧同位素均虧損,受有機(jī)質(zhì)脫羧作用改造,兩期方解石脈均具有有機(jī)流體溶蝕現(xiàn)象;第三期方解石脈,晶型完整,無溶蝕現(xiàn)象,成巖流體可能與甲烷熱化學(xué)成因有關(guān),碳同位素更加虧損。

(2)高演化環(huán)境中方解石脈的成因與烴類流體密切相關(guān),可能是烴-水-巖相互作用的產(chǎn)物。碳酸鹽礦物的發(fā)育對(duì)儲(chǔ)層物性并非都具有破壞性,適當(dāng)發(fā)育可能有利于改善儲(chǔ)層物性,有助于頁巖氣的吸附與儲(chǔ)集。