中国学术期刊网 » 论文 » 理学论文 » 地理地质论文 » 川中地区茅口组白云石化模式的构建及成因分析论文正文

川中地区茅口组白云石化模式的构建及成因分析

中国学术期刊网【地理地质论文】 编辑:天问 沉积学报 2016-05-03川中地区茅口组白云石化模式的构建及成因分析论文作者:王珏博 谷一凡 陶艳忠 强子同 强深涛 蒋婵,原文发表在《沉积学报杂志》,经中国学术期刊网小编精心整理,仅供您参考。

关键词: 川中地区 下二叠统 茅口组 岩相学特征 地化分析 白云石化流体 白云石化模式
摘要: 岩相学特征、地化分析揭示:川中地区下二叠统茅口组白云岩存在三种白云石:①平直晶面细晶白云石(δ13CPDB=3.06‰,δ18OPDB=-6.81‰;Fe:1×10-6,Mn:未检出,Sr:150×10-6);②非平直晶面粗晶鞍状白云石(δ13CPDB=3.22‰,δ18OPDB=-7.82‰;Fe:149×10-6,Mn:185×10-6,Sr:85×10-6);③非平直晶面细晶白云石(δ13CPDB=3.49‰,δ18OPDB=-9.45‰;Th=123℃,S=133~139‰NaCl;Fe:58×10-6,Mn:59×10-6,Sr:76×10-6)。研究结果表明存在两期白云石化流体:①早期压实作用形成的埋藏白云石化流体(T=37.4℃;S=29.8‰NaCl);②晚期受构造控制的热液白云石化流体(Th=114.8℃;S=153~226‰NaCl)。明确了三种白云石的成因:平直晶面细晶白云石是由早期埋藏流体交代泥晶基质形成的;非平直晶面细晶白云石是平直晶面细晶白云石在受到热液流体改造后所形成的;而非平直晶面粗晶鞍状白云石则是由热液流体直接沉淀出的。基于研究结果建立了相应的白云化模式。

王珏博1,2, 谷一凡1,2, 陶艳忠1,2, 强子同1,2, 强深涛1, 蒋婵3 1. 西南石油大学 成都 610500;
2. 四川省天然气地质重点实验室 成都 610500;
3. 中国石油西南油气田公司勘探事业部 成都 610041
收稿日期: 2015-03-02; 收修改稿日期: 2015-06-23
作者简介: 王珏博 女 1990年出生 硕士研究生 矿物岩石学 E-mail:395374698@qq.com
通讯作者: 谷一凡 男 硕士研究生 E-mail:514468587@qq.com

0 引言

四川盆地下二叠统茅口组发育多套白云岩,其成因研究存在诸多分歧,如张荫本[1]的混合水成因说、何幼斌[2]的埋藏成因说、舒晓辉[3]的构造热液成因说和金振奎[4]的玄武岩淋滤成因说,然而这些研究都欠缺足够的地化或岩相学证据,并且主要集中在川西北和川西南,对于川中地区茅口组白云岩的成因研究也只局限在构造热液成因[5]和热水成因[6],并且没有建立相应的白云石化模式。

基于上述研究现状,笔者利用川中地区的GT-2井岩芯样品,结合地质背景、岩相学证据、地球化学分析数据(碳、氧同位素、微量元素、有序度、包裹体均一温度和盐度)分析研究了白云岩成因,并建立相应白云石化模式,对研究白云岩储层分布规律及有利区带预测具有重要的理论意义和现实意义。

1 区域地质背景

茅口组沉积期继承了栖霞期海侵的原貌,海侵从东南和西北两个方向进入盆地[7],盆地整体处于淹没,接受沉积[8]。根据岩性将茅口组沉积岩划分为以下四段:茅一段:黑灰色中层状泥质泥晶生屑灰岩,可见“眼球状”构造,发育有腕足、介形虫、绿藻等,与下伏栖霞组整合接触。茅二段:深灰色泥晶生屑灰岩,生物以有孔虫、蜓类、介形虫为主。茅三段:浅灰、灰色块状亮晶生屑灰岩,生物以有孔虫、红藻为主。茅四段:黑灰色泥晶生屑灰岩,与上覆龙潭组呈假整合接触,龙潭组底部主要以一套区域上稳定分布的铝土质泥页岩与茅口组分界[9, 10, 11]。而区内茅四段遭受剥蚀,在后期成岩演化过程中发育多套白云岩(图 1)。

2 研究方法

研究样品主要为取自GT-2井壁取芯及岩芯样品,涉及层位包括茅口组二段、三段,岩性包括白云岩和石灰岩,保证所采集样品是断面新鲜、未受变质作用影响的贫有机物样品,以免影响测试结果的准确性。所有样品都配有薄片并进行镜下鉴定。

对于碳、氧同位素测定,将样品在高真空条件下与100%的磷酸进行恒温反应,将收集起来的CO2气体送入Agilent7890A气相色谱仪中,进行碳、氧同位素组成的测定,实验条件20℃,湿度44%RH,重复性测试精度Δδ < 1‰。

微量元素的检测分析,选用与GB/T6682—2008《分析实验室用水规格和实验方法》相符合的Ι级水进行分析样品的配制。采用AA7020型原子吸收光谱仪分析化验,实验条件:温度20℃,湿度60%;标准偏差0.000 4~0.003 2 mg/L,检测下限为0.000 3 mg/L,低于检测下限记为“未检出”。

阴极发光检测采用CL8200MK5型阴极发光显微镜;包裹体Th值测定采用THMSG 600型地质包裹体测量系统,该系统由地质冷热台与偏光显微镜组成,测温范围:-196℃~600℃,温度精度为0.2℃。有序度测试采用荷兰PANalytical公司生产的X’PertPRO粉末X射线衍射仪,测量范围为-3°~160°、角度重现性0.000 1°、线性度0.000 25°,X射线发生器最大电压60 kV,最大管流60 mA。

3 岩石学特征

依据碳酸盐岩分类标准,茅口组样品存在四类岩性:泥晶生屑灰岩、含灰质细晶白云岩、细晶白云岩和(含)云质泥晶生屑灰岩;按照岩相学特征及其产状,将茅口组白云岩中的白云石划分为三类:平直晶面细晶白云石(图 2A)、非平直晶面粗晶鞍状白云石(图 2B)、非平直晶面细晶白云石(图 2C)。

3.1 泥晶生屑灰岩

这类岩性属于茅口组最初沉积形成的岩石类型,是本次研究中的原生组分。呈深灰色,中—厚层,生物碎屑十分发育(图 3),生屑颗粒间为泥晶胶结,偶见白云石化交代生屑壳体或泥晶基质,薄片观察可见生物碎屑定向排列性强烈,表明经历强压实作用改造(图 3F)。

3.2 含灰质细晶白云岩

该类岩石呈浅灰—深灰色,主要发育在茅二段,岩层厚度较小,一般为1~3 m,平直晶面细晶白云石呈“星点状”分布,对生屑颗粒间的泥晶基质进行交代,而生屑颗粒几乎未被交代,因此灰质成分主要为未被白云石化的生物碎屑和泥晶基质(图 4)。平直晶面细晶白云石晶体内杂质较多,晶面平直,自形程度高,呈规则菱面体,晶体大小为100~200 μm,具有“雾心亮边”、“对角线”(交代残余的泥质沿对角线分布)等交代残余结构。阴极发光下,平直晶面细晶白云石基本不发光,呈环带状结构,生屑颗粒及泥晶基质不发光(图 4C)。

3.3 细晶白云岩

该类岩石主要发育于茅二段与茅三段的过渡段,呈深灰色,基本无灰质组分残余。基质由非平直晶面细晶白云石组成(图 5C),溶蚀孔洞与构造缝较发育,缝洞内普遍充填有非平直晶面粗晶鞍状白云石(图 5A,B)。非平直晶面细晶白云石基质与非平直晶面粗晶鞍状白云石阴极发光下,发光性明显不同,前者呈暗淡发光,后者呈光亮发光(图 5F),两种组分接触关系如红色虚线所示(图 5D,E)。非平直晶面粗晶鞍状白云石,晶体大小为500~1 000 μm,晶体较基质白云石要大得多,晶面呈明显弯曲,代表快速结晶的特点。

4 地球化学特征

4.1 样品有效性分析

川中地区茅口组地层在二叠系末期东吴运动的作用下被抬升,经历风化剥蚀,因此要利用化学分析法来评估样品有效性[12]。分析标准如下:

(1) Mn/Sr 沉积期后,特别是受大气水循环的影响,碳酸盐岩将发生Sr、Na的损失和Fe、Mn的加入[13, 14, 15, 16, 17],因此Mn/Sr是判断海相碳酸盐成岩作用和蚀变程度的一个灵敏指标[18]。当Mn/Sr < 2~3,可以认为岩石样品很好地保持了原始海水的同位素组成[19]。

(2) 氧同位素组成特征 碳酸盐岩的氧同位素组成对蚀变作用反应灵敏,当δ18OPDB < -10‰时,表明岩石样品已发生了强烈的蚀变,其同位素数据已不能代表原始海水的同位素组成[20, 21]。

本次研究中所有泥晶生屑灰岩样品的δ18OPDB>-5‰,Mn/Sr < 2~3,符合有效性标准,因此样品能够很好地反映原始地球化学特征。

4.2 碳、氧稳定同位素特征

研究区所在的上扬子地区的晚古生代是一个有机碳的相对高速埋藏时期,区内下二叠统δ13CPDB平均值为+2.861 7‰[22]。根据测试结果(表 1),泥晶生屑灰岩碳同位素值分布较集中,分布范围为2.20‰~3.94‰,平均值为2.90‰,与该区平均值基本一致;δ18OPDB分布较宽,分布范围为-7.13‰-2.77‰,平均值为-5.83‰。非平直晶面粗晶鞍状白云石δ13CPDB分布范围为3.06‰~3.37‰,平均值为3.22‰;δ18OPDB分布范围为-7.37‰~-8.27‰,平均值为-7.82‰。非平直晶面细晶白云石δ13CPDB=3.49‰;δ18OPDB=-9.45‰。平直晶面细晶白云石δ13CPDB=3.06‰;δ18OPDB=-6.81‰,而以该类白云石为主要组成部分的含灰质细晶白云岩和(含)云质泥晶生屑灰岩,其δ13CPDB分布较集中,分布范围为2.73‰~3.08‰,平均值为2.95‰;δ18OPDB分布范围为-3.62‰~-5.73‰,平均值为-4.60‰。

在氧同位素值年代效应相同的情况下,部分泥晶生屑灰岩和平直晶面细晶白云石的δ18O仍较二叠系海水标准值[24]明显偏负(图 6),这是由于后期高温热液流体使得地层温度明显升高,升温后的孔隙流体导致上述组分发生热分馏作用而使δ18O明显减小。

为尽量减小泥晶生屑灰岩样品因为年代效应而造成氧同位素值的偏差,考虑到区域相似性,笔者参照邵龙义等(1996)对西南地区晚二叠世灰岩δ18O的校正方法[25],用Δδ18O=2.6‰来校正泥晶生屑灰岩样品的δ18O以及其他研究者的δ18O测试结果。

有研究表明,在古海水盐度基本不变的情况下,氧同位素具有明显的温度效应,即氧同位素值随温度的升高而降低。

利用Schachleton等(1975)提出计算公式[26]计算古海水温度:

t=16.9-4.38(δ18Ocalcite-δ18Oseawater)+0.1(δ18Ocalcite-δ18Oseawater)2

其中t为当时的古海水温度(℃),δ18Oseawater为古海水的δ18O值(-2.8‰,SMOW标准)[27],δ18Ocalcite为海相方解石氧同位素值,笔者利用校正后的泥晶生屑灰岩δ18O值(PDB标准)来代替海相方解石的δ18O值,计算结果如表 2。