李北康，胡作維，李　云，趙異華，梁　峰，孫豪飛

(1.成都理工大學“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·沉積地質(zhì)研究院，四川成都 610059；2.中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦)

川中下寒武統(tǒng)龍王廟組白云巖陰極發(fā)光特征與成巖流體

李北康1，胡作維1，李云1，趙異華2，梁峰2，孫豪飛2

(1.成都理工大學“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·沉積地質(zhì)研究院，四川成都 610059；2.中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦)

摘要：四川盆地中部地區(qū)寒武系龍王廟組是我國近年發(fā)現(xiàn)的重要天然氣儲層，對川中地區(qū)龍王廟組的46個白云巖巖心樣品進行陰極發(fā)光分析，結(jié)合Mn、Fe元素分析發(fā)現(xiàn)：龍王廟組白云巖普遍具有較弱的陰極發(fā)光性，與其較低的Mn含量有關(guān)；不同結(jié)構(gòu)類型的白云巖具有不同的陰極發(fā)光性，F(xiàn)e/Mn值對其起主要控制作用；早成巖階段的大氣水作用，中成巖階段的地下流體作用和表生作用階段的大氣水作用等對龍王廟組白云巖的陰極發(fā)光特征起主要的控制作用。

關(guān)鍵詞：川中地區(qū)；龍王廟組；陰極發(fā)光；微量元素；成巖流體

樂山-龍女寺古隆起發(fā)現(xiàn)于20世紀70年代，西起樂山，東至龍女寺，面積約為6.25×104km2[1-2]。2011年開始，川中地區(qū)下組合的勘探取得重大突破[3]，截至2013年底，高石梯-磨溪地區(qū)龍王廟組已探明天然氣地質(zhì)儲量約4 400×108m3，是中國迄今為止單體規(guī)模最大的整裝氣田[4]。

文中以鉆井巖心為基礎(chǔ)，以陰極發(fā)光為主要研究手段[5-6]，結(jié)合Mn、Fe元素分析，討論川中地區(qū)龍王廟組白云巖經(jīng)歷的成巖作用流體性質(zhì)，為龍王廟組白云巖的成巖作用研究提供參考。

1樣品及實驗方法

樣品取自研究區(qū)11口鉆井取心段46個樣品，結(jié)合曾允孚[7]的劃分方案，按照碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)劃分為粉-細晶殘余砂屑白云巖和粉-細晶白云巖兩類。

粉-細晶白云巖：以粉-細晶白云石為主要成分，局部致密排列，發(fā)育縫合線；大部分經(jīng)重結(jié)晶作用形成較大的結(jié)晶白云石，發(fā)育晶間孔。常見巖石被順層溶蝕形成超大溶孔或溶洞，其中部分充填亮晶白云石或自生石英，溶孔、洞邊緣多充填瀝青。部分樣品溶蝕孔、洞極為發(fā)育，局部面孔率可達15%左右。

粉-細晶殘余砂屑白云巖：殘余砂屑結(jié)構(gòu)、砂屑形態(tài)不明顯，在正交偏光或陰極發(fā)光下可識別。砂屑由較臟的細-極細晶或泥晶白云石組成，局部重結(jié)晶成亮晶白云石，粒間為重結(jié)晶亮晶白云石膠結(jié)。局部可見殘余鮞?；糜埃b粒圈層不明顯，內(nèi)部由較臟泥晶質(zhì)組成，沿圈層被溶蝕，充填有機質(zhì)或瀝青。整體發(fā)育粒間溶孔、晶間孔、粒內(nèi)溶孔及鑄?？住?/p>

在鑄體薄片鑒定的基礎(chǔ)上，利用成都理工大學沉積地質(zhì)研究院實驗室CL8200-MK5型陰極發(fā)光儀(配以Leica偏光顯微鏡)進行陰極發(fā)光分析，束電壓15 kV，束電流400 μA，并對所有樣品采用相同測試條件以進行對比。Mn、Fe元素分析數(shù)據(jù)測試由四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊完成，使用儀器為ICP全譜直讀光譜儀，檢測方法為全譜直讀光譜法(DZG93-05)。

2陰極發(fā)光性

陰極發(fā)光分析結(jié)果表明：川中地區(qū)龍王廟組白云巖的陰極發(fā)光從基本不發(fā)光的暗褐紅色光到極強的明亮鮮紅色光都有分布。為了描述方便，結(jié)合黃思靜等[8]提出的描述方案，根據(jù)樣品的實際發(fā)光情況，將陰極發(fā)光強度分為極弱、弱、較弱、中等和較強五個級別。不同類型的白云巖陰極發(fā)光特征如下：結(jié)晶白云巖一般具有弱-極弱的褐紅色陰極發(fā)光(圖1-a、b)；較為特殊的是：溶蝕孔、洞較發(fā)育的結(jié)晶白云巖一般為鮮紅色中等發(fā)光，少部分為鮮紅色強發(fā)光，與較致密結(jié)晶白云巖發(fā)光強度有很大差別，故將富溶孔結(jié)晶白云巖另分為一類(圖1-c)；殘余砂屑白云巖發(fā)較弱褐紅色光，砂屑邊緣亮晶膠結(jié)物一般為較強發(fā)光(圖1-d、e)。

圖1　川中地區(qū)寒武系龍王廟組不同類型白云巖及部分陰極發(fā)光照片a．結(jié)晶白云巖，X39井，4 906.49 m，標尺長500 μm；b.a的陰極發(fā)光照片，發(fā)極弱暗紅色光；c.富溶孔白云巖發(fā)中等鮮紅色光，溶孔充填白云巖發(fā)較強橘紅色光，X23井，4 808.83 m，標尺長1 mm；d.殘余砂屑白云巖粒屑邊緣充填亮晶白云巖，Z1井，5 670.28 m，標尺長1 mm；e.d的陰極發(fā)光照片，基質(zhì)發(fā)弱褐紅色光，粒屑邊緣白云巖比基質(zhì)發(fā)光性較強，發(fā)較弱鮮紅色光；f.嵌晶結(jié)構(gòu)，X41井，4 779.6 m，標尺長1 mm；g.f的陰極發(fā)光照片，填隙物白云巖向孔隙中心方向粒徑加大，陰極發(fā)光強度較基質(zhì)部分強；h.結(jié)晶白云巖，孔隙發(fā)育，Y23井，4 663.6 m，標尺長200 μm；i.h的陰極發(fā)光照片，孔隙邊緣出現(xiàn)明暗變化條帶，開放環(huán)境大氣水作用的結(jié)果[11-13]。

3元素特征及與陰極發(fā)光的關(guān)系

對樣品進行Fe、Mn元素分析如下：

前人研究認為：碳酸鹽礦物的陰極發(fā)光特征主要受到其晶格中Mn、Fe含量的控制，Mn是主要的激發(fā)劑，F(xiàn)e是主要的猝滅劑[8]。當Fe質(zhì)量分數(shù)大于10 000×10-6時，碳酸鹽礦物不發(fā)生陰極發(fā)光，F(xiàn)e在(5 000～10 000)×10-6的較高含量范圍內(nèi)時，會對陰極發(fā)光強度起主導影響；當Mn質(zhì)量分數(shù)大于(15～80)×10-6時，會激發(fā)碳酸鹽巖的陰極發(fā)光，Mn在40×10-6以下的較低含量范圍內(nèi)，對陰極發(fā)光強度起主導影響；在其他含量區(qū)間內(nèi)，陰極發(fā)光強度主要受到Fe/Mn值的控制[9-12]。

研究中絕大多數(shù)樣品的Fe含量都在(300～5 000)×10-6，同時Mn在100×10-6以上，均在影響陰極發(fā)光的含量范圍內(nèi)，所以其陰極發(fā)光受到Fe、Mn元素的共同控制。圖2a顯示：隨發(fā)光強度的逐漸增強，F(xiàn)e的質(zhì)量分數(shù)呈遞減趨勢，與Fe作為主要猝滅劑的理論一致；同時，從圖2b可以看出：發(fā)光強度從極弱到強，Mn質(zhì)量分數(shù)從126×10-6遞增到428×10-6，這與Mn是碳酸鹽巖陰極發(fā)光主要激發(fā)劑的理論相吻合；圖2a與2b比較來看：Mn的變化趨勢與發(fā)光強度的變化趨勢更加相符，可以認為Mn對陰極發(fā)光強度的控制作用比Fe更強。通過圖3可以看出：陰極發(fā)光強度受到Fe/Mn的嚴格控制，隨發(fā)光強度的增強，F(xiàn)e/Mn值逐級減小，兩者呈密切的負相關(guān)。

4陰極發(fā)光與成巖流體

現(xiàn)代海水具有極低的Fe、Mn含量[8，13]，故海相白云巖具有很低的Fe、Mn含量；而成巖流體通常具有較高的Fe、Mn含量，且Fe、Mn元素易于取代白云巖中的Ca，所以成巖作用過程中，白云巖可以獲得更高含量的Fe和Mn，同時也就具備了陰極發(fā)光的激活劑條件。

表1　川中地區(qū)龍王廟組白云巖Mn、Fe含量及陰極發(fā)光強度

表2　不同類型白云巖的元素特征及陰極發(fā)光性統(tǒng)計

圖2　陰極發(fā)光強度與Fe、Mn含量關(guān)系

因此可以認為，川中地區(qū)下寒武統(tǒng)龍王廟組白云巖經(jīng)歷的成巖流體具有如下特征：

(1)研究樣品中，孔隙邊緣普遍具有等軸粒狀亮晶白云石膠結(jié)物，其晶粒向孔隙中心方向增大，部分樣品可見嵌晶結(jié)構(gòu)(圖1-f、圖1-g)，膠結(jié)物通常具有比基質(zhì)部分亮的較強橘紅色陰極發(fā)光，并出現(xiàn)亮暗變化的陰極發(fā)光環(huán)帶(圖1-h、圖1-i)，經(jīng)歷了相對開放的大氣淡水成巖作用是形成此類陰極發(fā)光特征的主要控制因素[9]。綜合分析可以得出：龍王廟組白云巖經(jīng)歷了早成巖作用階段的大氣淡水作用。

圖3　陰極發(fā)光強度與Fe/Mn關(guān)系

(2)結(jié)晶白云巖有著較強的成巖蝕變性，同時卻有著弱-較弱的陰極發(fā)光性，較高的Fe/Mn值是決定結(jié)晶白云巖較弱陰極發(fā)光強度的關(guān)鍵。與殘余砂屑白云巖對比，兩者的Mn含量相當，而前者的Fe是后者的兩倍，由此可以做出以下推測：中期成巖作用階段經(jīng)歷地下流體作用可能是造成結(jié)晶白云巖Fe含量較高的主要因素，較高的Fe和較弱的陰極發(fā)光強度是推測的主要依據(jù)。地下水常處于還原狀態(tài)，其中的Fe趨向于與碳酸鹽巖礦物結(jié)合[11]，而由于其中Mn的缺乏，導致碳酸鹽巖礦物無法獲取陰極發(fā)光的主要激發(fā)劑。

(3)溶蝕孔、洞發(fā)育的結(jié)晶白云巖相對致密結(jié)晶白云巖有著極強的陰極發(fā)光，這與其較高的Mn含量和較小的Fe/Mn值有關(guān)。較為發(fā)育的溶蝕孔、洞和較強的陰極發(fā)光以及相對較高的Mn含量說明淡水作用強烈。結(jié)合構(gòu)造背景，龍王廟組地層受加里東運動影響抬升，加里東末期抬升至近地表甚至暴露地表[18]，此后階段經(jīng)歷大氣水溶蝕作用是造成此類白云巖較強陰極發(fā)光強度的原因。

(4)對于龍王廟組樣品Mn含量整體較低和陰極發(fā)光強度整體較弱來講，經(jīng)歷了遠離大氣水的流體作用可能是造成這一結(jié)果的主要原因。

5結(jié)論

(1)川中龍王廟組白云巖整體具有較弱的陰極發(fā)光強度，與其整體較低的Mn含量有關(guān)。

(2)川中地區(qū)龍王廟組不同結(jié)構(gòu)類型的白云巖具有不同的陰極發(fā)光強度，與其Mn含量及Fe/Mn值相對應(yīng)，其中Fe/Mn值對陰極發(fā)光強度起主要的控制作用。

(3)龍王廟組地層整體經(jīng)歷了多期流體作用，早期成巖作用階段的大氣水作用，中期成巖階段的地下流體作用和表生作用階段的大氣水作用對龍王廟組白云巖陰極發(fā)光特征現(xiàn)狀的形成有重要的控制作用。

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編輯：吳官生

文章編號：1673-8217(2016)02-0028-04

收稿日期：2015-12-07

作者簡介：李北康，1991年生，在讀碩士研究生，主要從事沉積巖石學和沉積地球化學方面的研究。

基金項目：國家自然科學基金“川西北地區(qū)中三疊統(tǒng)天井山組的鍶同位素地層學研究”(41372113)和“四川江油地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組鍶同位素示蹤研究”(41372113)資助。

中圖法分類號：P581

文獻標識碼：A