四川盆地二叠—三叠系碳酸盐岩和砂岩中的鞍形白云石——岩石学、形成温度与流体

鞍形白云石是沉积岩中的一种重要成岩矿物。显微镜下鞍形白云石具有特殊的弧形晶面和波状消光,广泛分布于热液环境和其他相对高温的成岩环境中,也常被作为半定量的地质温度计和某些特殊流体的指示矿物。本文综合讨论了四川盆地二叠—二叠系碳酸盐岩和砂岩中鞍形白云石的岩石学特征,铁、锰、钙含量和阴极发光特征,形成温度和矿物的氧同位素组成,以及推算的源流体的氧同位素组成和盐度;同时对照研究了鄂尔多斯盆地上古生界砂岩中的鞍形白云石、塔里木盆地寒武—奥陶系的鞍形白云石以及南海珠江口盆地新近系的鞍形白云石,得到如下认识:(1)碳酸盐岩中大多数的鞍形白云石的晶体大小都超过1mm,具有粗晶—极粗晶结构。砂岩中鞍形白云石胶结物的晶体相对较小,主要具中—粗晶结构。碳酸盐岩中的鞍形白云石主要分布在晶洞或裂缝中,砂岩中的鞍形白云石主要是晚期的胶结物。(2)碳酸盐岩中的鞍形白云石普遍具有阴极发光和很低的铁、锰含量,在钙、镁含量上接近理想组成;砂岩中的鞍形白云石胶结物普遍具有较高的铁、锰含量,因铁的猝灭作用而经常没有阴极发光,同时因富钙而偏离白云石的理想组成。(3)存在溶解现象(或去白云化现象)是一些鞍形白云石的重要特征,与热液有关的鞍形白云石的溶解可能与热液作用后温度和(或)盐度的降低及镁离子的消耗有关,较大埋深条件下形成的砂岩中的鞍形白云石胶结物的溶解可能与构造抬升造成的温度降低有关。(4)大多数鞍形白云石都是在较高的温度和盐度的流体中沉淀的,四川盆地二叠—三叠系碳酸盐地层中鞍形白云石包裹体均一化温度为100~270℃,源流体的盐度(NaCl质量分数)为4.7%~9.7%,盐度最大值约为当时海水的5倍;三叠系须家河组砂岩中的鞍形白云石胶结物包裹体均一化温度为120~170℃,流体盐度在2.6%~6.6%,也超过当时海水的盐度值。(5)南海珠江口盆地新近系碳酸盐岩中的一些鞍形白云石晶体较小,以细晶为主,缺乏可进行均一温度分析的两相包裹体,其形成温度可能较低,因而鞍形白云石形成的最低温度可能低于80℃,但这仍然需要资料的进一步积累。     

鄂尔多斯盆地南缘长7油层组碳酸盐结核的特征及石油地质意义

探讨鄂尔多斯盆地南缘渭北地区上三叠统延长组长7油层组油页岩中的碳酸盐结核与优质烃源岩发育的关系.通过野外观察、薄片鉴定、扫描电镜、X射线衍射和碳、氧同位素等多种分析手段的研究,认为长7油层组灰岩和白云岩结核为成岩早期的产物,方解石和白云石圆球粒的形成时间较早,特征与藻类习性非常相似.δ13C明显重于晚三叠世δ13C的变化范围,表明碳酸盐结核的形成与产烷带微生物代谢活动引起的甲烷生成有关.结核中方解石、白云石圆球粒的形成可能是蓝细菌细胞方解石化或白云石化的结果.长7油层组中富含的碳酸盐结核指示其为优质的烃源岩,具有良好的生烃能力.     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩中的白云石胶结物及形成机制

白云石是鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩中最为重要的自生矿物之一,多数已属于铁白云石的范畴.白云石的分布方式,以及相应的矿物学、岩石学和地球化学特征,尤其是碳、氧同位素特征,表明这些白云石是在较早成岩阶段形成的,印支期不整合面及暴露时间间隔中大气淡水作用对白云石的分布具有明显的控制作用,白云石的物质来源与同期或非同期海相碳酸盐物质的溶解有关.白云石形成机制的研究为对砂岩储集的演化研究提供了重要线索.     

白云石-方解石氧同位素温度计在川东北地区飞仙关组白云岩成因研究中的尝试

川东北地区三叠系飞仙关组中,作为最重要储集岩的粒屑白云岩和结晶白云岩的形成机制一直都是高度关注的热点问题。在白云岩结构分类、氧同位素分析的基础上,通过白云石-方解石氧同位素温度计获得了川东北地区飞仙关组不同类型白云岩的形成温度,其中大多数计算温度集中分布在40～140℃区间内,结晶白云岩(包括结构类似的过渡岩石类型)和孔洞白云石的计算温度集中分布在相对高温区间,粒屑白云岩和微晶白云岩的计算温度集中分布在相对低温区间,与前人关于流体包裹体、白云岩形成环境等分析结果有较好的一致性。白云石-方解石氧同位素温度计的初步尝试及其获得的计算温度,可望为川东北地区飞仙关组优质白云岩储层的形成机制研究提供有价值的基础资料。     

川东L2井三叠系飞仙关组碳酸盐样品的锶同位素年龄标定

测试了四川盆地东部L2井三叠系飞仙关组碳酸盐样品87Sr/86Sr比值,以及相应的Mg,Sr和Mn的含量.在对样品进行成岩蚀变性评价的基础上,根据锶同位素地层学的原理,尝试对这些样品进行了年龄标定.4个样品分别位于L2井深度为3 297.6 m,3 290.0 m,3 268.8 m和3 201.6 m处;其87Sr/86Sr比值分别为0.707 330,0.707 340,0.707 348和0.707 383;年龄的标定结果分别为245.3 Ma,245.2 Ma,245.1 Ma和245.0 Ma.除深度3 201.6 m的样品因成岩蚀变,其年龄值的可靠程度较低以外,其余3个样品的年龄值都具有较高的可靠程度.     

川东北飞仙关组储层结晶白云岩的形成机制与白云化模式

根据作为川东北三叠系飞仙关组作为重要储层的结晶白云岩(包括用以对比的原始结构保存的粒屑白云岩)的结构、元素构成、包裹体均一化温度和碳、氧、锶同位素特征,以及结晶白云岩在时间上和空间上的分布,讨论了这类白云岩形成的流体、温度和白云化机制,解释了结晶白云岩具有较好物性的原因。川东北飞仙关组结晶白云岩主要由细—中晶的平直晶面半自形—自形晶白云石构成,缺乏可进行均一化温度分析的气-液两相包裹体,具有低的锰、铁含量和较高的锶含量,显示较低温条件下海水或海源流体在白云化过程中的控制作用。结晶白云岩的碳、氧、锶同位素组成说明先驱鲕粒灰岩的碳是其主要碳源,白云化流体主要是早三叠世印度阶晚期海水,其次是奥伦尼克阶海水,白云化作用发生时鲕粒灰岩处于埋藏深度<1km的埋藏阶段,40~60℃的温度主要由地热增温提供,台地内部埋藏环境的热对流模式可以解释川东北飞仙关组结晶白云岩的形成机制。开江—梁平台棚以东的孤立(或半孤立)碳酸盐台地具有陡峻的边缘,两侧同时对海水开放,鲕粒岩分布层位较低(飞1—飞2段)都有利于热对流作用,台地内较为发育的蒸发盐造成纵向热传导率的差异并加强台内热对流。在白云岩分布样式的控制机理上,由于高渗透率鲕粒岩仅分布在台地边缘,使得海水进入台地后的垂向对流大于水平对流,白云化作用发生在台地边缘,飞3段鲕粒岩没有足够时间完成白云化,台地边缘结晶白云岩的体积向上减少。另外,川东北还存在回流白云化作用和塞卜哈白云化作用,由此形成的白云岩主要分布在台地上部或顶部,保留有很好的原始粒屑灰岩与泥微晶灰岩的结构,具有与同期海水类似的锶同位素组成,稍低的δ13 C值和偏正的δ18 O值以及稍高的锰、铁含量,显示白云化流体是同期海水,白云化系统对大气环境相对开放,白云化流体盐度高于同期海水。由于结晶白云岩是在不对大气水环境开放、但对非同期海水开放的条件下进行的,白云化反应的外来CO2-3较少,白云化过程岩石孔隙相对增加,储层质量较好。原始结构保存的粒屑白云岩是在对大气水环境相对开放的条件下进行的,白云化反应的外来CO2-3较多,白云化过程岩石孔隙增加有限甚至减少,白云岩为差储层或致密层。开江—梁平台棚以西的镶边陆棚飞仙关组虽然也发育高能环境的鲕粒灰岩或其他高能环境的粒屑灰岩,但形成优质储层结晶白云岩的条件差于台棚以东的孤立(或半孤立)碳酸盐台地。     

东海盆地丽水凹陷古近系储层砂岩中碳酸盐胶结物及形成机制

碳酸盐胶结物是东海盆地丽水凹陷古近系储层砂岩中最为重要的自生矿物,主要类型为铁白云石和方解石.铁白云石分布于古新统顶部不整合面附近的相对浅部地层中,其δ13C值在-2.1‰到-2.5‰之间,相对接近海水,δ180值在-3.7‰到-4.1‰之间,沉淀温度较低(37℃到39℃).方解石主要分布于远离不整合面的相对深部地层中,其δ13C值在-2.4‰到17.3‰之间(大多数样品都在-10‰以下),显示了有机碳的影响;δ180值在-4.1‰到-15.3‰之间,多数样品小于-14‰,沉淀温度较高(多数样品大于90℃).研究结果表明:铁白云石是在瓯江运动暴露时间间隔中、岩石有效压实之前由大气淡水(包括与煤层有关的酸性水)溶解海相碳酸盐内源沉积物形成的,较早的铁白云石胶结作用增加了岩石的机械强度和抗压实能力,改变了砂岩压实曲线的斜率,对砂岩储集空间的保存具有显著的积极意义;方解石胶结物是在较晚成岩阶段的相对深埋藏条件下沉淀的,其物质来源与粘土矿物转化、有机酸对长石等铝硅酸盐的溶解有关,在储层演化中具有负面作用.     

重庆北碚嘉陵江组第三—第四段碳酸盐岩碳同位素组成对古海水代表性

早三叠世海水的碳同位素组成是近年来地学研究的热点之一,但全球早三叠世碳同位素组成并没有获得统一的认识。上扬子地区早三叠世晚期普遍发育蒸发岩,地表剖面则因表生成岩作用而形成一套夹盐溶角砾岩及次生灰岩的碳酸盐地层,其地球化学信息不同程度地偏离海水,因而样品成岩蚀变性对古海水碳同位素组成的代表性的评估显得十分重要。本文以中、下三叠统界线清楚的重庆北碚剖面为对象,研究了下三叠统嘉陵江组第三、第四段和中三叠统雷口坡组底部样品的元素组成,碳、氧同位素组成及彼此之间的相互关系,选择Mn含量和氧同位素作为条件评价碳酸盐岩的成岩蚀变性及其对海水碳同位素组成的代表性,在此基础上建立了早三叠世晚期海水的碳同位素演化曲线。研究表明:(1)北碚剖面嘉陵江组第三、第四段(嘉三、嘉四段)及雷口坡组底部碳酸盐岩的Mn、Fe含量与碳同位素组成之间具有良好的负相关性,氧同位素组成和碳同位素组成之间则具有良好的正相关性,大量样品具有低δ18 O值、低δ13 C值以及较高Mn、Fe含量的特征,说明其碳同位素组成偏离海水。(2)以δ18 O-7.5‰、方解石的Mn质量分数100×10-6、白云石的Mn质量分数120×10-6为评价条件,北碚剖面嘉三、嘉四段(含雷口坡组底部)的73个样品中有38个需要在建立海水碳同位素曲线时剔除,占全部样品的52%。其中嘉四段需要剔除的样品占嘉四段样品的78%,而嘉三段的该数值为11%,说明作为原始沉积的灰岩段对海水地球化学信息保存较好,而分布盐溶角砾岩及次生灰岩的层位对海水地球化学信息保存很差。(3)氧同位素作为成岩蚀变评价标准比Mn含量更为苛刻,并可基本覆盖Mn含量评价条件,说明对于嘉三—嘉四段这样的石灰岩—白云岩—蒸发岩地层的地表剖面的样品来说,选择氧同位素作为评价条件可较好地对碳同位素的原生性进行控制。(4)白云岩对海水地球化学信息总体上保存较好,与相邻石灰岩相比,白云岩具有更高的δ18 O和δ13 C值,但其原因仍然需要进一步研究,可能与同位素分馏系数的差别以及白云岩形成于盐度更高的流体有关,因而白云岩所代表的海水地球化学信息可能不完全与伴生石灰岩相同。(5)除绿豆岩附近出现了短时间的变化超过4‰的大幅度波动以外,早三叠世晚期海水的碳同位素演化相对平稳,大致在-0.3‰~-1.8‰的范围内波动,呈现一个低幅的"V"字形,显示早三叠世晚期地球生态的恢复与碳循环系统的重建。