川北地區(qū)燈影組四段白云巖成巖演化對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制作用

關(guān)鍵詞 四川盆地；震旦系；燈影組；微生物丘；儲(chǔ)層改造；有機(jī)酸流體；熱液

第一作者簡(jiǎn)介 羅青云，女，1997年出生，碩士研究生，地質(zhì)學(xué)，E-mail： luoqy723@163.com

通信作者 王劍，男，教授，E-mail： w1962jian@163.com杜秋定，男，副研究員，E-mail： dqiuding@163.com

中圖分類號(hào) P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0引言

四川盆地碳酸鹽巖氣田90%以上的天然氣富集在白云巖儲(chǔ)層中，其中儲(chǔ)層時(shí)代最老的為震旦系燈影組白云巖[1?2]。燈影組油氣勘探始于20世紀(jì)60年代，迄今已有60多年，先后發(fā)現(xiàn)了威遠(yuǎn)、資陽、高石梯—安平店、龍女寺等氣藏構(gòu)造，具有良好的油氣勘探潛力[3]。震旦系燈影組年代老，儲(chǔ)層自同生期至深埋藏期的整個(gè)埋藏過程中，經(jīng)歷了多期成巖流體的調(diào)整與改造，對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的優(yōu)劣產(chǎn)生了關(guān)鍵性的影響[4?5]，其中不乏各類白云石膠結(jié)和硅質(zhì)充填破壞儲(chǔ)集空間，以及各種溶蝕對(duì)儲(chǔ)層的建設(shè)性作用。

碳酸鹽巖的溶蝕作用可以發(fā)生在大氣水環(huán)境和埋藏環(huán)境中[6]，目前大氣水環(huán)境中溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層形成的重要性已被普遍接受[7?8]，但是埋藏溶蝕對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)度尚存質(zhì)疑[9?11]。埋藏環(huán)境中典型的溶蝕作用包括有機(jī)酸溶蝕作用和熱液溶蝕作用，地層中的有機(jī)酸主要來源于有機(jī)質(zhì)熱演化，其溶蝕能力強(qiáng)于一般酸性流體[12?13]，有機(jī)酸能夠溶蝕方解石等易溶礦物，為儲(chǔ)層提供次生孔隙。影響有機(jī)酸溶蝕規(guī)模和作用強(qiáng)度的主要因素有地層溫壓、有機(jī)酸類型和產(chǎn)率及地層疏導(dǎo)體系的發(fā)育特征等[14?15]，因此，在特定深度段的溫度（70 ℃～100 ℃），在和高濃度酸性流體的相互作用下，有機(jī)酸溶蝕作用可以形成一個(gè)“成孔高峰期”[16]。此外，熱液溶蝕也是碳酸鹽巖最為重要的溶蝕作用之一[17]，近年來，在四川盆地、塔里木盆地、鄂爾多斯盆地均發(fā)現(xiàn)了熱液白云巖化改造現(xiàn)象[2，5，18?19]。在拉張性大地構(gòu)造背景下，熱液儲(chǔ)庫(kù)中熱流體沿深大斷裂系統(tǒng)向上運(yùn)移，對(duì)基質(zhì)白云巖進(jìn)行改造形成熱液溶蝕孔隙、熱液溶洞、熱液擴(kuò)溶孔等，熱液白云巖儲(chǔ)層多具有相對(duì)較好的孔隙度和滲透率，是一種重要的白云巖儲(chǔ)層[2，5]。

燈影組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素具有多樣性與復(fù)雜性，其中與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相關(guān)的表生大氣淡水溶蝕作用[20?21]、與埋藏有機(jī)酸有關(guān)的溶蝕改造作用[22?23]、與深部熱液流體活動(dòng)有關(guān)的溶蝕作用等[18?19]，這些均對(duì)燈影組白云巖的改造與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成起著十分重要的控制作用，但其主控因素均與具體儲(chǔ)層目標(biāo)及演化階段有關(guān)，不同成巖流體的成巖作用過程及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響較為復(fù)雜。因此，進(jìn)一步系統(tǒng)和深入研究燈影組白云巖沉積成巖過程中流體對(duì)儲(chǔ)層物性的調(diào)整與改造作用，是進(jìn)一步深化和提高研究區(qū)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)程度的重要依據(jù)。

本文選取川北地區(qū)胡家壩剖面燈影組四段古油藏（以下簡(jiǎn)稱燈四段）作為解剖對(duì)象，前人對(duì)其巖石學(xué)特征、沉積相類型和古地理演化等開展了比較深入的研究[24?29]，為白云巖沉積成巖過程中流體對(duì)儲(chǔ)層物性的調(diào)整改造研究奠定了良好的基礎(chǔ)。胡家壩剖面燈四段展示了豐富的白云石膠結(jié)物（纖維狀、葉片狀、細(xì)晶、中晶、粗晶—鞍形白云石），是研究燈影組四段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層成巖流體調(diào)整改造的良好剖面?；诩す庠惶佳跬凰睾臀^(qū)鍶同位素特征，并結(jié)合配套的巖石學(xué)和礦物學(xué)來綜合識(shí)別成巖環(huán)境類型，建立成巖—孔隙演化路徑，進(jìn)而探討不同成巖環(huán)境下對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的調(diào)整改造作用，明確優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的成因機(jī)制，為該地區(qū)油氣勘探目標(biāo)預(yù)測(cè)提供沉積成巖方面的理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地位于揚(yáng)子板塊西北部，是在揚(yáng)子克拉通基礎(chǔ)上形成和發(fā)展起來的疊合盆地，盆地呈NE—SW向的菱形，西鄰松潘—甘孜造山帶，北有秦嶺—大別山造山帶[30]（圖1a）。揚(yáng)子板塊從震旦紀(jì)開始進(jìn)入海相克拉通演化階段，震旦紀(jì)末—早寒武世，受興凱地裂運(yùn)動(dòng)的影響，中上揚(yáng)子內(nèi)部發(fā)育裂陷[31]，這些裂陷控制了四川盆地震旦紀(jì)—早寒武世的古地理格局，上震旦統(tǒng)燈影組沉積期總體表現(xiàn)為“槽臺(tái)相間，西高東低”的古地理格局[32]（圖1b）。受多幕次桐灣運(yùn)動(dòng)差異升降活動(dòng)的影響，揚(yáng)子克拉通及其周緣在燈影組及麥地坪組的頂部受到不同程度剝蝕，其中資陽地區(qū)剝蝕程度最高，此時(shí)川北地區(qū)處于沉積古地貌低部位，遭受的剝蝕作用較小，局部地區(qū)未見沉積間斷面[33]。桐灣運(yùn)動(dòng)之后，燈影組進(jìn)入再埋藏階段，其古埋藏深度超過6 000 m[30，34]，期間先后經(jīng)歷了晚加里東、海西、印支、燕山和喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局[30]。

震旦紀(jì)揚(yáng)子地區(qū)處于文石海環(huán)境，古氣候干旱炎熱[35]，大型骨架生物不發(fā)育，細(xì)菌與低等藻類卻非常繁盛，其中燈影組以富含微生物藻的各類白云巖為特征[36?37]。根據(jù)巖性燈影組自下而上可分為四段[38]：燈一段為貧藻泥微晶白云巖沉積；燈二段以微生物白云巖沉積為主，沉積厚度大；燈三段則以陸源碎屑沉積為主；燈四段以微生物白云巖及晶粒白云巖沉積為主，局部層間發(fā)育硅化紋層及硅質(zhì)條帶（圖1c）。本次研究對(duì)象胡家壩剖面燈四段，厚約385 m，與下伏燈三段泥巖、上覆寒武系麥地坪組灰?guī)r均為整合接觸，整體處于碳酸鹽巖臺(tái)地邊緣相[39]，并可進(jìn)一步劃分為微生物丘、顆粒灘、丘間海和臺(tái)坪4種亞相[37]，剖面主要發(fā)育微生物丘、顆粒灘和丘間海亞相，臺(tái)坪欠發(fā)育（圖2）。

2 巖石學(xué)特征

通過對(duì)野外露頭精細(xì)解剖和室內(nèi)巖石薄片鑒定，參考Riding[40]和張蔭本等[41]對(duì)微生物碳酸鹽巖分類以及馮增昭[42]對(duì)碳酸鹽巖分類相結(jié)合的劃分方案，認(rèn)為胡家壩剖面燈四段白云巖中巖石類型主要包括微生物白云巖、顆粒白云巖、晶粒白云巖三大類。微生物白云巖發(fā)育微生物結(jié)構(gòu)，在四川盆地?zé)粲敖M中廣泛分布[28，36]，根據(jù)形態(tài)學(xué)特征將其進(jìn)一步劃分為藻紋層白云巖、疊層石白云巖、凝塊石白云巖、泡沫綿層白云巖等[40?41]。顆粒白云巖以砂屑白云巖為主，受燈四段沉積期微生物藻生長(zhǎng)、黏連的影響，剖面中單純的砂屑白云巖發(fā)育較少，表現(xiàn)為與微生物黏結(jié)相關(guān)的藻砂屑白云巖。晶粒白云巖按照晶粒大小可分為泥晶白云巖和粉晶白云巖。

2.1微生物白云巖

2.1.1藻紋層白云巖

剖面中普遍發(fā)育，露頭上或鏡下均可見到近于平直的明暗相間的紋層狀構(gòu)造，暗層為富藻層，亮層為亮晶白云石層，貧有機(jī)質(zhì)，主要為粉—細(xì)晶白云石（圖3a）。藻紋層縱向上較為稀疏，橫向上具有斷續(xù)分布的特點(diǎn)，起伏不大，平坦或較為平坦。鏡下觀察到紋層間常被粉—細(xì)晶白云石或晶粒狀石英充填，局部可見鳥眼孔、窗格孔。

2.1.2疊層石白云巖

主要分布于剖面的中上部，發(fā)育較密集的藻紋層構(gòu)造，疊層石白云巖按形態(tài)可分為錐狀、波狀、柱狀及丘狀等形態(tài)[31?32]，研究剖面以波狀、丘狀為主。波狀疊層石白云巖單個(gè)紋層厚度多變，介于1～5 mm，紋層橫向上連續(xù)性較好；丘狀疊層石白云巖，單個(gè)丘的高度多變，最大高度可達(dá)0.3 m，整體規(guī)模不大，紋層橫向連續(xù)性較波狀疊層石差。顯微鏡下，紋層間發(fā)育格架狀原生孔洞，孔洞多被后期粉—細(xì)晶白云石和瀝青充填（圖3b）。

2.1.3凝塊石白云巖

凝塊石白云巖中的凝塊是暗色微生物（藻）黏結(jié)自成的塊狀結(jié)構(gòu)[26]，胡家壩剖面燈四段中發(fā)育多套凝塊石白云巖層，常與疊層石白云巖共生，整體起伏不大，可見明顯的不規(guī)則深灰色凝塊和淺色基質(zhì)。鏡下觀察表明，凝塊主要是由泥晶白云石經(jīng)暗色微生物黏結(jié)而成，凝塊之間形成大量格架狀孔洞，并被多期白云石膠結(jié)物全充填或半充填（圖3c）。

2.1.4泡沫綿層白云巖

剖面中部少量發(fā)育，泡沫綿層白云巖是由微生物絲狀體網(wǎng)狀交織形成，主要呈似球狀、不規(guī)則狀的泡狀體[41]。鏡下可見大量藻類泡狀體結(jié)構(gòu)，呈圓狀或橢圓形，單個(gè)泡狀體直徑介于0.1～0.6 mm，泡狀體壁由暗色泥晶組成，其間的原生格架孔洞由粉—細(xì)晶白云石膠結(jié)充填（圖3d）。

2.2晶粒白云巖

2.2.1泥晶白云巖

剖面中下部相對(duì)發(fā)育，類型多樣，分別為砂質(zhì)泥晶白云巖、泥質(zhì)泥晶白云巖和泥晶白云巖，均具有泥晶結(jié)構(gòu)。砂質(zhì)泥晶白云巖見于剖面底部，巖石風(fēng)化表面常見肉紅色、鐵銹色等鐵質(zhì)物質(zhì)，鏡下以泥晶白云石為主，含陸源碎屑石英，石英分選磨圓較好（圖3e）；泥質(zhì)泥晶白云巖，常呈薄—中層狀?yuàn)A于泥晶白云巖中，泥質(zhì)多被風(fēng)化剝蝕（圖3f）；泥晶白云巖發(fā)育少量隱藻紋層（圖3g），局部夾硅質(zhì)條帶。該類巖石較為致密，孔隙不發(fā)育。

2.2.2粉晶白云巖

剖面中上部相對(duì)發(fā)育，露頭上以淺灰色為主。鏡下白云石大多表面污濁，粒徑介于50～100 μm，發(fā)育少量窗格孔小洞（圖3h），窗格孔可能與微生物藻類的腐爛有關(guān)。

2.3顆粒白云巖

剖面中顆粒白云巖發(fā)育相對(duì)較少，主要為藻砂屑白云巖，由于與微生物作用相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量較高，露頭上其顏色較暗[23]。顯微鏡下，砂屑由泥晶和少量微亮晶組成，內(nèi)部可見明顯的微生物黏結(jié)痕跡，表明砂屑可能為早期形成的微生物巖被波浪打碎后再沉積而成（圖3i），粒徑大小不一，分選一般，形狀為圓形和橢圓形，磨圓較好，顆粒間多充填粉晶白云石，溶孔發(fā)育。

3 主要成巖作用

燈影組由于埋深大，經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖改造作用[5，21?23]，其中對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量產(chǎn)生較大影響的為膠結(jié)充填作用和溶蝕作用。值得注意的是，野外及薄片觀察顯示，燈四段中未見典型的表生巖溶組構(gòu)，如葡萄花邊構(gòu)造、新月形膠結(jié)、懸垂形膠結(jié)等，縱向溶溝、溶縫及巖溶角礫巖也不發(fā)育[43]；另外，川北地區(qū)在桐灣Ⅱ幕時(shí)處于沉積古地貌低部位[33]，因此，表生巖溶作用對(duì)區(qū)內(nèi)燈四段儲(chǔ)層改造較弱，本文不作詳細(xì)闡述。

3.1膠結(jié)充填作用

鏡下觀察表明，燈四段白云巖膠結(jié)充填作用明顯，膠結(jié)物按其晶形大小及形態(tài)可大致分為6類：纖維狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物、葉片狀白云石膠結(jié)物、細(xì)晶白云石膠結(jié)物、中晶白云石膠結(jié)物和鞍形白云石及石英充填膠結(jié)物等。

3.1.1纖維狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物

纖維狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物是燈影組白云巖中常見的一類膠結(jié)物[29，43]，常以等厚環(huán)邊的形式出現(xiàn)在疊層石、凝塊石原生格架孔洞或藻砂屑周圍，整體數(shù)量不大，其圍繞孔隙或顆粒邊緣生長(zhǎng)，是孔洞內(nèi)的第一期膠結(jié)物，長(zhǎng)軸垂直于孔隙壁或顆粒表面（圖4a，b），呈層狀，層厚通常介于0.05～0.08 mm，不具陰極發(fā)光性（圖4c）。晶粒間接觸較緊密，孔隙極不發(fā)育。

3.1.2葉片狀白云石膠結(jié)物

葉片狀白云石膠結(jié)物也常出現(xiàn)在微生物白云巖中，多與纖維狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物相伴生，沉淀在纖維狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物之后，晶體明顯增大，粒徑通常介于0.06～0.10 mm，頂端呈矛狀（圖4a，b），在陰極射線下不發(fā)光（圖4c）。該類膠結(jié)物整體規(guī)模也不大，充填后使儲(chǔ)層原生孔隙略有減小，并且晶粒間緊密接觸，孔隙基本不發(fā)育。

3.1.3細(xì)晶白云石膠結(jié)物

細(xì)晶白云石膠結(jié)物多分布在微生物白云巖中原始結(jié)構(gòu)保存較好的原生格架孔中，晶體干凈明亮，粒徑介于100～200 μm（圖4d），具粒狀結(jié)構(gòu)，其陰極發(fā)光性較纖維狀或葉片狀白云石膠結(jié)物增強(qiáng)，為中等強(qiáng)度橙紅色光（圖4e）。原生小孔中細(xì)晶白云石膠結(jié)物占據(jù)其剩余的絕大多數(shù)孔隙空間，使原生孔隙基本消失殆盡（圖2h）。

3.1.4中晶白云石膠結(jié)物

中晶白云石也是剖面燈四段白云巖中較為常見的一種膠結(jié)物，這類白云石膠結(jié)物多出現(xiàn)在較大的溶蝕孔隙中，常單獨(dú)出現(xiàn)或沉淀于細(xì)晶白云石膠結(jié)物之后，晶體明亮粗大，以半自形—自形為主（圖4f，h），具有較強(qiáng)的橙紅色陰極發(fā)光（圖4g）。此類膠結(jié)物中膠結(jié)殘余孔隙或次生溶蝕孔較為發(fā)育，鏡下可見中晶白云石溶蝕殘余，并伴有瀝青充填（圖4h）。

3.1.5鞍形白云石

鞍形白云石一般認(rèn)為形成于熱液環(huán)境或其他相對(duì)高溫的成巖環(huán)境[17?19]，其在剖面中普遍發(fā)育，常單獨(dú)或與少量自生石英存在于某一次生溶蝕孔洞，晶體粗大，以自形—他形為主，解理彎曲，正交偏光下具有波狀消光特征（圖4i，j），其陰極發(fā)光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，具亮紅色光（圖4k）。鞍形白云石中晶間孔及殘余孔隙發(fā)育，可見粒狀瀝青充填（圖4i）。

3.1.6硅質(zhì)充填

剖面除白云石膠結(jié)物外，還常見硅質(zhì)石英充填，主要分布在藻紋層白云巖中或與鞍形白云石同時(shí)出現(xiàn)，呈兩期次（圖4l）。第一期石英呈晶粒狀順藻紋層分布，該期石英形成于大規(guī)模油氣充注之前，晶體干凈明亮，包裹體不發(fā)育；第二期石英呈自形錐狀或葉片狀充填在鞍形白云石之后，陰極射線下兩期石英均不發(fā)光。

3.2溶蝕作用

剖面燈四段沉積期整體為碳酸鹽巖臺(tái)地邊緣相，發(fā)育多套微生物丘，其在建造過程中往往發(fā)育大量原生格架孔洞[21，26，44]，雖然這些原生孔隙多被后期膠結(jié)充填（圖4a、圖5a），難以形成有效孔隙，但仍為地層中孔滲性相對(duì)較好的部位，有利于后期成巖流體運(yùn)移，從而形成較多的次生孔、洞[2，8]。依據(jù)野外露頭和鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，胡家壩剖面燈四段發(fā)育埋藏有機(jī)酸溶蝕和熱液溶蝕兩種溶蝕作用。

3.2.1埋藏有機(jī)酸溶蝕作用

有機(jī)質(zhì)熱成熟釋放的有機(jī)酸會(huì)對(duì)白云巖產(chǎn)生溶蝕，增加儲(chǔ)層孔隙度[7?9]。埋藏有機(jī)酸溶蝕成因的孔隙多數(shù)是不規(guī)則的、非組構(gòu)選擇性的[7]，也表現(xiàn)出一定的選擇性溶蝕，這種選擇性主要表現(xiàn)為巖相選擇性。有機(jī)酸流體對(duì)殘余原生孔隙、晶體孔縫等進(jìn)行擴(kuò)容或增加新的溶蝕孔隙，鏡下可見疏密相間、順層的溶蝕孔洞，這些順層的溶蝕孔中常充填瀝青（圖5b，c），同時(shí)鏡下可見中晶白云石被溶蝕的現(xiàn)象（圖5c）；瀝青是有機(jī)酸溶蝕的主要證據(jù)[45]，油氣在運(yùn)移聚集過程中，經(jīng)過未被充填的孔隙或裂縫時(shí)，會(huì)大量殘留于其中。露頭上可以見到豐富的瀝青，且在中上部微生物丘灘體中瀝青豐度更高，最高可達(dá)25%[24]；顯微鏡下觀察到瀝青具有兩種賦存狀態(tài)，第一種呈薄膜狀附著在葉片狀白云石膠結(jié)物或細(xì)晶白云石膠結(jié)物之后，第二種呈粒狀充填于膠結(jié)殘余孔隙或埋藏過程中新生的次生溶孔。前人研究表明[46?47]，燈影組儲(chǔ)層存在兩期油氣充注，晚志留世下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源巖有機(jī)質(zhì)演化進(jìn)入成熟階段，開始初次運(yùn)移，并在三疊世烴源巖進(jìn)入生油高峰，側(cè)向運(yùn)移至燈影組儲(chǔ)層形成古油藏（圖6）。

3.2.2熱液溶蝕作用

熱液流體富含H₂S、CO₂等侵蝕性流體，這些溶蝕組分沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移過程中對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行溶蝕，形成大量無組構(gòu)選擇性溶蝕孔洞，可以是大型的晶洞，也可以是毫米或厘米級(jí)的孔洞[2，18?19]，同時(shí)伴生與熱液活動(dòng)相關(guān)的礦物，如鞍形白云石、自生石英等。鞍形白云石晶體較為粗大，多介于500 μm～1 mm，最大可達(dá)3 mm，大多數(shù)鞍形白云石晶體呈馬鞍狀彎曲（圖5d，e），正交偏光下具波狀消光的特征（圖5g）；部分孔洞中見明顯硅化作用，這些硅化部位可見粗大的自形晶簇狀石英（圖5g），石英晶體多為幾毫米，最大可達(dá)1 cm。剖面中熱液溶蝕孔隙一般具有不規(guī)則的溶蝕邊緣，孔徑從幾毫米到兩厘米不等，大部分沿孔隙邊緣充填鞍形白云石（圖5g，h）；熱液成因的晶洞也是儲(chǔ)層重要的儲(chǔ)集空間類型，這類孔隙孔徑較大，一般介于2 mm～5 cm，并半充填—全充填鞍形白云石、自形石英晶簇等（圖5d，f）。熱液成因的溶蝕孔洞不同于有機(jī)酸形成的孔縫，該類孔洞在剖面中普遍發(fā)育，不受巖性控制，孔洞中常見粒狀瀝青充填（圖4i、圖5d），表明溶蝕孔洞為古油藏的充注提供了有效的儲(chǔ)集空間。

4 地球化學(xué)特征及成巖環(huán)境

4.1碳氧、鍶同位素分析樣品前處理及測(cè)試方法

激光碳氧同位素、鍶同位素在中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院進(jìn)行。基于巖石學(xué)及陰極發(fā)光特征，選取不同組構(gòu)的白云巖樣品，將其雙面拋光制成0.1 mm的薄片，并進(jìn)行去油處理，使用LA-IRMS激光剝蝕—穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀對(duì)拋光薄片進(jìn)行激光原位碳氧穩(wěn)定同位素在線取樣測(cè)定，激光器輸出波長(zhǎng)為1 064 nm的近紅外相干激光束，束斑大小20 μm，工作電流14～20 A，樣品穿透深度30～50 μm；為驗(yàn)證激光原位碳氧同位素測(cè)試結(jié)果的可靠性，在平行樣品上鉆取粉末樣品進(jìn)行對(duì)比數(shù)據(jù)分析，取200～300 μg粉末樣品與100%磷酸在70 ℃下反應(yīng)并收集釋放的CO₂，使用Delta V Advantage同位素比質(zhì)譜儀進(jìn)行分析測(cè)試，測(cè)試溫度為27 ℃，濕度為49 %RH，分析數(shù)據(jù)處理采用賽默飛世爾軟件ISODAT 3.0完成，所有結(jié)果均以VPDB（‰，VPDB）表示，標(biāo)準(zhǔn)樣品為GBW04405和室驗(yàn)內(nèi)部標(biāo)樣811，分析結(jié)果見表1。鍶同位素分析，取30～50 mg樣品，加入3 mL 2N HNO₃后離心，對(duì)溶解樣品用陽離子交換柱進(jìn)行化學(xué)分離，將收集的鍶使用TRITON PLUS熱電離同位素質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)試分析，單帶為Ta 帶，電離溫度為1450 ℃ ，分析結(jié)果以⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值表示，標(biāo)準(zhǔn)樣品為SRM987，分析結(jié)果見表1。

4.2測(cè)試分析結(jié)果

4.2.1碳氧同位素

白云巖的碳氧同位素組成受白云石化過程中的流體介質(zhì)鹽度和溫度的影響，常用于判斷白云石化流體性質(zhì)和成巖環(huán)境[48?49]。燈四段基質(zhì)白云巖、不同期次白云石膠結(jié)物碳氧同位素分析結(jié)果顯示（表1、圖7），激光原位碳氧同位素值與平行樣品的粉末碳氧同位素值相差較小，說明激光原位碳氧同位素?cái)?shù)值是有效的。其中燈四段基質(zhì)白云石δ¹³C 值介于-0.177‰～+2.757‰，平均為+1.098‰；δ¹⁸O 值介于-4.211‰～-6.306‰，平均為-5.760‰（N=15）。纖維狀白云石膠結(jié)物δ¹³C 值介于+1.355‰～+2.144‰，平均為+1.635‰（N=4）；δ¹⁸O 值介于-5.421‰～-5.007‰，平均為-5.170‰（N=4）。葉片狀白云石膠結(jié)物δ13C值介于+0.259‰～+0.295‰，平均為+0.277‰（N=2）；δ¹⁸O 值介于-7.200‰～ -7.396‰，平均為-7.298‰（N=2）。細(xì)晶白云石膠結(jié)物δ¹³C 值介于+1.087‰～+2.547‰，平均為+1.943‰（N=6）；δ¹⁸O 值介于-7.709‰～-6.698‰，平均為-7.161‰（N=6）。中晶白云石膠結(jié)物δ¹³C值介于+1.302‰～+1.947‰，平均為+1.564‰（N=3）；δ¹⁸O值介于-8.552‰～-8.109‰，平均為-8.388‰（N=3）。鞍形白云石δ¹³C 值介于-0.255‰～+0.811‰，平均為+0.633‰（N=4）；δ¹⁸O 值介于-10.839‰～-9.933‰，平均為-10.288‰（N=4），δ¹⁸O值負(fù)偏明顯。

4.2.2鍶同位素

⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值常用于追蹤成巖流體的來源[52]。剖面鍶同位素分析測(cè)試結(jié)果顯示（表1、圖8），基質(zhì)白云石的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值介于0.708566～0.708900，平均為0.708 751（N=5）。纖維狀—葉片狀白云石的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值介于0.708 781～0.709 150，平均為0.708 962（N=3）。細(xì)晶白云石的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值介于0.708839～0.708990，平均為0.708 925（N=3）。中晶白云石的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值介于0.708 914～0.709 370，平均為0.709099（N=4）。鞍形白云石的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值介于0.709456～0.709 660，平均為0.709 550（N=5），具有高異常的87Sr/86Sr比值。

4.3成巖環(huán)境及孔隙演化

基于高分辨率的激光原位碳氧同位素和微區(qū)鍶同位素，結(jié)合巖石學(xué)及陰極發(fā)光特征，認(rèn)為燈四段白云巖經(jīng)歷了蒸發(fā)海水、淺埋藏“封存”海水、中—深埋藏有機(jī)質(zhì)成熟運(yùn)移、熱液四種成巖環(huán)境，不同成巖環(huán)境其成巖組構(gòu)、膠結(jié)物類型、陰極發(fā)光性和地球化學(xué)特征有明顯差別，特征如下。

4.3.1蒸發(fā)海水流體環(huán)境

震旦系燈影組與其他前寒武系白云巖層一樣，白云石化發(fā)生時(shí)間較早[53]，保存良好的原生沉積組構(gòu)、疊層石構(gòu)造和泥晶結(jié)構(gòu)等特征，指示其形成于準(zhǔn)同生期—早成巖階段[21，29]。四川盆地?zé)粲敖M沉積期氣候干旱炎熱，鹽度較大，盆內(nèi)發(fā)育膏鹽類蒸發(fā)礦物[28?29，54]，剖面中可見與暴露有關(guān)的鳥眼構(gòu)造、帳篷構(gòu)造等，表明燈影組沉積期形成于近地表暴露沉積環(huán)境。同時(shí)，基質(zhì)、纖維狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物及葉片狀白云石膠結(jié)物的陰極發(fā)光性多數(shù)為不發(fā)光—極弱棕紅色光，反映海水成巖環(huán)境。礦物陰極發(fā)光的顏色和強(qiáng)度通常與分析的Mn²⁺、Fe²⁺含量相關(guān)聯(lián)[43，55]，海水中富含Mg、Fe而貧Mn，原始沉積的海相碳酸鹽及海相膠結(jié)物都因貧Mn而不具或具較弱的陰極發(fā)光性[43]。這些基質(zhì)與白云石膠結(jié)物δ¹³C值、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值與Jaffrés et al.[50]和Halverson et al.[51]確定的前寒武紀(jì)海水的碳、鍶同位素組成相一致（圖7，8），表明海源流體是白云石化的主導(dǎo)流體，部分δ¹⁸O值略高于同期海水的氧同位素值，可能受到蒸發(fā)海水的影響[28?29，56]。燈影組大量微生物藻在生長(zhǎng)過程中不斷消耗Ca²⁺，濃縮Mg²⁺，沉積期正常的海水逐漸變?yōu)楦進(jìn)g鹽水，這種高M(jìn)g鹽水不斷與早期沉積的文石或高M(jìn)g方解石接觸，使其發(fā)生蒸發(fā)滲透回流白云石化，變?yōu)槔w維狀環(huán)邊白云石和葉片狀白云石[43]。

4.3.2淺埋藏“封存”海水環(huán)境

該類成巖環(huán)境中沉淀有細(xì)晶白云石膠結(jié)物，膠結(jié)物具中等強(qiáng)度橙紅色陰極發(fā)光，只有在還原環(huán)境中生成的白云石，才可能具有較高的Mn²⁺和Fe²⁺含量，Mn和Fe含量的增加表明該類膠結(jié)物形成時(shí)，其成巖流體處于還原環(huán)境。同時(shí)，細(xì)晶白云石膠結(jié)物碳氧同位素組成大部分位于同期海水碳氧同位素分布范圍內(nèi)，部分樣品具有略低于同時(shí)期海水的δ¹⁸O值（圖7），碳酸鹽巖的氧同位素值受流體的溫度影響較大，一般隨埋深增加孔隙中流體升溫，會(huì)引起氧同位素發(fā)生分餾[48]，造成氧同位素值的負(fù)偏，由此推測(cè)細(xì)晶白云石膠結(jié)物的成巖流體應(yīng)具有一定的埋深。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值基本位于震旦紀(jì)海水鍶同位素分布范圍之內(nèi)（圖8），說明其成巖流體未受外來流體的影響，仍反映原始海水的信息。

4.3.3中—深埋藏有機(jī)質(zhì)成熟運(yùn)移環(huán)境

中—深埋藏環(huán)境下流體相對(duì)趨于堿性，常使碳酸鹽達(dá)到飽和或過飽和沉淀狀態(tài)，沉淀晶形較好的中晶白云石膠結(jié)物，并伴隨縫合線的出現(xiàn)[43]。此類膠結(jié)物的晶間孔和膠結(jié)殘余孔隙中常見粒狀瀝青充填，該期瀝青為燈影組油氣主成藏期的產(chǎn)物，形成于深埋過程中原油熱裂解[46?47]，即中晶白云石膠結(jié)物的形成可能受埋藏期有機(jī)質(zhì)成熟運(yùn)移的影響。陰極發(fā)光射線下，中晶白云石膠結(jié)物具有較強(qiáng)的橙紅色光，說明其地層埋深增大，成巖環(huán)境還原程度更高。膠結(jié)物的碳同位素組成與細(xì)晶白云石膠結(jié)物相比沒有太大變化，氧同位素值較負(fù)偏（圖7），也表明其埋深進(jìn)一步增加。另外，樣品⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值也印證了中晶白云石形成于中—深埋藏環(huán)境，中晶白云石膠結(jié)物⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值與寒武系鍶同位素比值非常接近（圖8）[51]，膠結(jié)物物質(zhì)可能來自上覆寒武系。前人研究表明，燈影組的油氣主要來源于寒武系筇竹寺組烴源巖[24，46?47]，在烴類大量運(yùn)移充注過程中，中—深埋藏環(huán)境形成的中晶白云石會(huì)受到來自寒武系流體的影響。

4.3.4熱液環(huán)境

熱液環(huán)境以發(fā)育最晚期的鞍形白云石及晶簇狀石英為特征，來源于深部熱液流體富含Mn²⁺、Fe2+等多種離子[17?18]，因此鞍形白云石的陰極發(fā)光性強(qiáng)，呈亮紅色，其δ¹⁸O值幾乎均小于-10‰（圖7），表明受成巖作用的改造強(qiáng)烈[57]，這與Feng et al.[18]和Su et al.[19]在川中所測(cè)得的熱液白云巖結(jié)果相似。高異常的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值也印證鞍形白云石的成巖流體受到了外來流體的影響或者為完全不同的流體來源（圖8）。⁸⁷Sr 為放射性成因，由放射性元素⁸⁷Rb 衰變而來，而⁸⁶Sr為非放射性成因，豐度較為穩(wěn)定，一般中酸性火成巖及長(zhǎng)英質(zhì)碎屑巖組成的老的硅鋁酸鹽巖地殼中富含Rb，其衰變形成⁸⁷Sr，而具有較高的87Sr/86Sr比值[52]。根據(jù)川北地區(qū)的沉積記錄，燈影組下伏地層有花崗巖侵入體，侵入體之下為南華系砂礫質(zhì)碎屑巖沉積，局部地區(qū)燈影組底部直接與基底火山巖接觸[25]，熱液流體中豐富的鍶同位素可能來自這些碎屑巖層。四川盆地自晚元古代以來，主要經(jīng)歷了兩次大規(guī)模的地裂運(yùn)動(dòng)，即興凱地裂運(yùn)動(dòng)（Pt3～?）和峨眉地裂運(yùn)動(dòng)（D2～T1）[31]，地裂運(yùn)動(dòng)促使盆地拉張性基底斷裂的發(fā)育，為熱液提供了運(yùn)移通道，當(dāng)基底斷裂活動(dòng)時(shí)，這些來源于下伏火山巖地層或碎屑巖地層的流體可以沿?cái)鄬酉蛏匣顒?dòng)。Su et al.[19]研究發(fā)現(xiàn)川中地區(qū)主要發(fā)育兩期鞍形白云石膠結(jié)物，第1期鞍形白云石膠結(jié)物測(cè)得的年齡為415±16 Ma和405±16 Ma，表明其形成可能與加里東期的構(gòu)造活動(dòng)相關(guān)；第2期鞍形白云石膠結(jié)物測(cè)得的年齡為259.4±3 Ma，與晚二疊世峨眉山玄武巖噴發(fā)時(shí)間吻合較好。本文鞍形白云石地球化學(xué)特征指示為同一熱流體環(huán)境下形成，根據(jù)巖石學(xué)特征認(rèn)為該期熱液白云石的形成可能與峨眉山地幔柱隆升及其引起的異常熱事件相關(guān)。

4.3.5孔隙演化

燈四段主要為微生物白云巖沉積，其原生藻格架孔、粒間孔發(fā)育（圖5a），初始孔隙度可達(dá)30%[58]，受近地表蒸發(fā)滲透回流影響，發(fā)生早期白云石化作用[28?29，56]，經(jīng)歷了纖維狀白云石膠結(jié)和葉片狀白云石膠結(jié)后（圖9），原生孔隙有所減少[56，59?60]。至淺埋藏還原環(huán)境，仍以膠結(jié)為主，白云石化流體為封存在地層中的海水，沉淀細(xì)晶白云石膠結(jié)物（圖4d），大量的細(xì)晶白云石膠結(jié)物占據(jù)了大部分的原生孔隙（圖9），是部分原生小孔消失的主要原因，對(duì)儲(chǔ)層的存在不具有指示意義。隨埋深增加，成巖環(huán)境變?yōu)橹小盥癫丨h(huán)境，中晶白云石膠結(jié)物沉淀，儲(chǔ)層保留少量膠結(jié)殘余原生孔（圖5g，h），而與有機(jī)酸和熱液有關(guān)的次生溶蝕孔隙成為儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間。當(dāng)筇竹寺組烴源巖開始進(jìn)入成熟階段并大量生排烴后，有機(jī)質(zhì)形成的酸性流體侵入會(huì)使深埋藏碳酸鹽巖發(fā)生溶解，相對(duì)高孔高滲的巖石酸性流體介質(zhì)容易進(jìn)入，溶蝕比表面積大，溶蝕產(chǎn)物也容易被帶走，可形成規(guī)模性溶孔[61]，反之，難以形成規(guī)模性溶孔。一般與微生物丘建造有關(guān)的巖石類型，如疊層石白云巖、凝塊石白云巖等原生孔隙發(fā)育，有利于為后期酸性流體運(yùn)移提供通道，因此，埋藏有機(jī)酸溶蝕常具有巖相選擇性，在微生物丘等優(yōu)勢(shì)相中相對(duì)發(fā)育，而巖石相對(duì)致密的丘間海中則不發(fā)育。同時(shí)，受二疊紀(jì)峨眉山玄武巖噴發(fā)及同時(shí)期盆地張性基底斷裂發(fā)育的影響[19，60]，促成了熱液白云巖化作用的發(fā)生，儲(chǔ)層中形成了大量熱液成因的溶蝕孔洞。熱液活動(dòng)主要受斷裂發(fā)育程度的控制[62]，斷裂以及與斷裂相溝通的裂縫是深部流體流動(dòng)的通道，溶蝕性較強(qiáng)的熱液流體流經(jīng)后可以在其附近明顯地?cái)U(kuò)大甚至形成較大的儲(chǔ)集空間，對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育有著積極的作用，而鞍狀白云石等熱液礦物揭示了熱液活動(dòng)過程及其孔隙充填膠結(jié)作用?？傮w來說，熱液作用對(duì)儲(chǔ)層的建設(shè)性大于破壞性，原生孔隙度較高或較低的儲(chǔ)層受熱液白云巖化改造后，其孔隙度均可較為明顯地提高（圖9）。

燈影組白云巖儲(chǔ)層受沉積、成巖和后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的綜合控制。不同的沉積相為后期儲(chǔ)層的發(fā)育奠定了基礎(chǔ)，臺(tái)緣丘灘相和臺(tái)內(nèi)丘灘相是儲(chǔ)層發(fā)育的優(yōu)勢(shì)相[2，23]，其沉積過程中，水動(dòng)力強(qiáng)，發(fā)育多種組合的微生物白云巖，形成大量原生格架孔、粒間孔，雖被后期各類膠結(jié)物充填，但仍為地層中孔滲相對(duì)較好的部位，為后期多種成巖作用的改造提供基礎(chǔ)，而丘（灘）間海沉積時(shí)水動(dòng)力弱，微生物也不發(fā)育，以泥晶白云巖為主，巖石相對(duì)致密，儲(chǔ)集空間不發(fā)育[23]，后期溶蝕作用等對(duì)其調(diào)整改造也較弱。復(fù)雜的成巖作用是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵因素[62]，多期次的膠結(jié)作用使得儲(chǔ)層原生孔隙基本消失，埋藏有機(jī)酸溶蝕和熱液溶蝕形成的次生孔隙成為儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間。四川盆地經(jīng)歷了多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，燈影組中形成了多期構(gòu)造裂縫和基底斷裂，為熱液活動(dòng)提供了有利的條件[18?19，60]。因此，對(duì)川北地區(qū)燈四段白云巖儲(chǔ)層來說，臺(tái)緣丘灘相帶是最有利的相帶，沉積微生物丘（灘），自身物質(zhì)基礎(chǔ)好；同時(shí)，臺(tái)緣帶鄰近生烴相帶（盆地—斜坡），有機(jī)質(zhì)成熟生烴后能快速注入儲(chǔ)層，有利于埋藏有機(jī)酸溶蝕作用的發(fā)生；另外，臺(tái)緣丘灘體分布于克拉通裂內(nèi)裂陷邊緣（綿陽—長(zhǎng)寧臺(tái)內(nèi)裂陷槽），構(gòu)造活動(dòng)和斷裂系統(tǒng)發(fā)育，有利于后期熱液和埋藏酸性流體流動(dòng)、循環(huán)，從而形成規(guī)模性巖溶儲(chǔ)層。

5 結(jié)論

（1） 川北地區(qū)燈影組四段主要巖石類型包括微生物白云巖、顆粒白云巖、晶粒白云巖三大類，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在微生物丘中，以藻紋層白云巖、疊層石白云巖及凝塊石白云巖為主，儲(chǔ)層孔滲性相對(duì)較好，為后期儲(chǔ)層的發(fā)育奠定了基礎(chǔ)。

（2） 川北地區(qū)燈影組四段識(shí)別出蒸發(fā)海水流體環(huán)境、淺埋藏“封存”海水環(huán)境、中—深埋藏有機(jī)質(zhì)成熟運(yùn)移環(huán)境和熱液環(huán)境四種成巖環(huán)境。儲(chǔ)層的原生孔隙在壓實(shí)、壓溶作用與多期白云石、硅質(zhì)膠結(jié)充填后，基本消失，而在埋藏有機(jī)酸和熱液流體的調(diào)整改造下，形成大量次生溶蝕孔洞，極大地改善了儲(chǔ)層品質(zhì)。

（3） 燈四段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育受沉積、成巖演化和構(gòu)造活動(dòng)綜合控制，其中有利的沉積環(huán)境控制原生孔隙的發(fā)育，是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)；成巖流體改造控制儲(chǔ)層溶蝕和孔隙保存，是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵；與儲(chǔ)層成巖作用密切相關(guān)的構(gòu)造活動(dòng)，為同期熱液成巖作用與儲(chǔ)層改造提供了有利的條件。

致謝 編輯部老師及審稿專家對(duì)本文修改提出了許多有益建議，中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院沈安江、胡安平對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作進(jìn)行了指導(dǎo)，西南石油大學(xué)張健、劉灝、肖灑、古恒、吳建鑫等參與了野外工作，在此一并致以衷心的感謝。