張學豐,李曉鋒,李宗杰,劉 波,宋海強

(1.北京大學 地球與空間科學學院 石油與天然氣研究中心，北京 100871； 2.中國石油 海外勘探開發(fā)公司，北京 100034；3.中國石化 西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830000； 4.陜西延長石油國際勘探開發(fā)工程有限公司，陜西 西安 710075)

白云巖的殘余結構及其沉積相的意義
——以塔中地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)為例

張學豐1,李曉鋒2,李宗杰3,劉 波1,宋海強4

(1.北京大學 地球與空間科學學院 石油與天然氣研究中心，北京 100871； 2.中國石油 海外勘探開發(fā)公司，北京 100034；3.中國石化 西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830000； 4.陜西延長石油國際勘探開發(fā)工程有限公司，陜西 西安 710075)

白云巖雖然是一種沉積巖，原生、同生或準同生時期形成的泥晶-粉晶白云巖也常被視為局限-蒸發(fā)環(huán)境的指示標志，但埋藏條件下形成的交代白云巖或熱液改造白云巖則不能直接作為沉積相標志，必須辨別白云巖的殘余結構，并恢復原始灰?guī)r的沉積環(huán)境。這對確定其沉積相及開展儲層成因研究至關重要。以塔中地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)白云巖發(fā)育段為例，這些白云巖就常被認為是局限-蒸發(fā)臺地的標志。通過對取心段巖石類型的詳細鑒定，以云質灰?guī)r中的云化部分與未云化部分進行對比，建立了白云巖殘余結構的識別標準。識別了白云巖的3種殘余結構，發(fā)現(xiàn)白云巖以殘余影像結構為主，殘余粒屑結構和殘余粒形結構很少，由此認為白云巖的原巖主要是一套顆粒灘相灰?guī)r。中央隆起帶早-中奧陶紀不屬于前人所認為的局限-蒸發(fā)臺地相，而是開闊臺地相，且以發(fā)育臺內灘亞相-高能砂屑灘微相為主。

白云巖；殘余結構；開闊臺地相；奧陶系；塔里木盆地

白云巖的成因復雜，部分白云巖形成于原生或同生-準同生時期的局限-蒸發(fā)環(huán)境，常具泥晶-粉晶結構，且可見如石膏假晶、膏模孔、藻紋層等指示咸化、暴露的沉積標志；但很多白云巖與蒸發(fā)巖無關，也難以找到局限-蒸發(fā)環(huán)境的沉積標志，常為埋藏條件下經(jīng)富鎂流體交代而形成的，因此，這類白云巖并不具有指示局限-蒸發(fā)環(huán)境的意義[1-2]。在后一種情況下，白云巖中?？梢娫蓟?guī)r的交代殘余，形成“殘余結構”。

白云巖的殘余結構很早就引起了學者的注意[3]，但在實際研究過程中其沉積相指示意義容易被忽略。張學豐等[4]曾基于對川東北地區(qū)飛仙關組鮞粒灘儲層的研究，把白云巖的殘余結構定義為一種特殊的碳酸鹽巖結構，描述了原始粒屑結構的灰?guī)r經(jīng)白云巖化及重結晶、溶蝕、膠結等成巖作用改造之后，巖石原始結構遭到不同程度的破壞，但仍殘留下來的部分原始結構的現(xiàn)象。據(jù)此，可進一步根據(jù)顆粒/骨架與膠結物的可識別性和顆粒/生物內部結構的保存程度，把白云巖殘余結構分為3種。①殘余粒屑/生物結構：顆?；蛏镙喞皟炔拷Y構均較為清晰，可以確定顆粒/生物百分含量；②殘余粒形/外形結構：僅能識別顆粒/生物輪廓，可以確定顆粒/生物百分含量，內部結構基本消失；③殘余影像結構：僅隱約可見顆?；蛏锿庑?，不能定量顆粒/生物百分含量。這里所說的顆粒，包括碳酸鹽巖中常見的內碎屑、鮞粒、豆粒、球粒、似球粒、包粒、核形石、骨粒/生物碎屑等[5]。

白云巖的殘余結構，在恢復巖相古地理、沉積相、海平面變化，研究成巖作用、孔隙演化及儲層發(fā)育與保存機理，并尋找有利儲層等方面有重要指示意義[3-4,6-10]。筆者以塔里木盆地塔中隆起、塔中南坡玉北和塔中北坡順南等地區(qū)的奧陶統(tǒng)白云巖為例，說明了如何識別白云巖的殘余結構以及殘余結構在恢復沉積相方面的重要作用，這對于研究該區(qū)巖相古地理環(huán)境和儲層預測具有一定指導意義。

1 地質背景

塔里木盆地是在前震旦紀陸殼基底之上發(fā)展起來的大型復合疊合盆地，演化歷史長，經(jīng)歷了震旦紀—中泥盆世、晚泥盆世—三疊紀和侏羅紀—第四紀3個伸展-聚斂旋回，形成了多個隆、坳構造單元。塔中位于盆地中部，構造區(qū)劃上包括塔中隆起、巴楚隆起、麥蓋提斜坡、塘沽巴斯凹陷和順托果勒隆起等次級構造單元[[11]。

在塔中臺地相區(qū)，蓬萊壩組以白云巖為主，鷹山組為白云巖-灰?guī)r過渡，一間房組則以灰?guī)r為主。前人一般認為中央隆起帶與塔里木盆地臺地相區(qū)其他區(qū)域一樣，中-下奧陶統(tǒng)整體經(jīng)歷了由局限到半局限，然后再到開闊臺地的沉積環(huán)境演化。之所以定義為局限臺地，明顯受寒武系以準同生白云巖為主的局限臺地相認識的影響，大多數(shù)學者認為中下奧陶統(tǒng)的白云巖也形成于局限臺地相-潮坪亞相-(灰)云坪微相[12-13]。

2 樣品與方法

在對31口鉆井取心進行了巖心觀察描述的基礎上，采取了200多塊巖心、巖屑樣品，磨制了大量普通染色多功能薄片、染色鑄體薄片。然后在顯微鏡下進行詳細的巖石學和礦物學研究，重點對巖性和巖石結構進行了分析與歸類。通過顯微鏡下觀察，識別取心段白云巖的殘余結構。結合巖心觀察所得到的沉積環(huán)境信息以及區(qū)域沉積背景，恢復其原始沉積相。

3 塔中地區(qū)奧陶系白云巖殘余結構

受制于成巖作用對原始結構的破壞程度，識別白云巖的殘余結構可能存在一定困難。張蔭本[3]總結的4條識別經(jīng)驗實用性強，即：①對光直觀薄片；②用低倍顯微鏡觀察；③染色試驗分辨；④通過礦物習性判斷。據(jù)畢義泉等[9]介紹。如果在野外露頭中的中厚層狀地層巖石中可看到顆粒的輪廓，基本可判斷為顆粒白云巖。另外，碳酸鹽巖顆粒的泥晶套具有保護顆粒結構及形態(tài)免遭白云巖化等成巖作用徹底破壞的作用，因此在識別顆粒方面具有重要指示意義?？傊?，在對野外露頭、巖石手標本和顯微薄片進行自然光、顯微鏡或陰極發(fā)光觀察，基本可判別白云巖的殘余結構。

張學豐等[4]介紹了白云巖殘余結構的識別與分類標準：①顆粒/生物與膠結物/基質是否可分別定量；②顆粒/生物內部結構是否清晰。在此，根據(jù)前人及張學豐等[4]的標準對塔里木盆地中央隆起帶奧陶系白云巖的殘余結構進行分類。

3.1 殘余粒屑結構

一般來講，對于沒有內部結構的砂屑，巖石發(fā)生白云石化之后，我們仍很難判斷其是否保存了原始結構；而鮞粒與豆粒等具明顯內部層圈或放射結構的顆粒，其白云石化之后內部結構保存情況則一目了然。

在川東北的普光氣田，就有飛仙關組亮晶鮞?；?guī)r經(jīng)白云巖化之后，形成顆粒形態(tài)完整、內部結構也清晰的殘余鮞粒白云巖，其具典型的殘余粒屑結構[4]。在塔里木盆地，奧陶系鮞粒發(fā)育很少。我們僅在玉北5井蓬萊壩組發(fā)現(xiàn)了殘余粒屑結構的亮晶殘余鮞粒硅質白云巖(圖1)。其殘余鮞粒間及部分粒內被硅質膠結，可能是原始結構保存較好的原因。

3.2 殘余粒形結構

殘余粒形結構在本區(qū)也不常見。其基本特征是顆粒外形基本清晰，也可識別出膠結物，但內部結構不清(圖2)。

3.3 殘余影像結構

因局部白云巖/石化強烈，原始粒屑結構的亮晶砂屑灰?guī)r，變?yōu)榫邭堄嘟Y構的中晶白云巖(圖3a)。此類白云巖(或灰質白云巖)具較不明顯的交代殘余結構。白云石表面明顯較臟，較臟部分呈分離的團塊或團簇狀，雖然顆粒邊緣模糊，但隱見平滑的顆粒邊界，通過與未白云巖/石化部分的巖石對比仍可識別出原始砂屑的幻影(圖3a)。

關于這一判斷依據(jù)，圖3b展示了一個更為清楚的實例。在部分白云石化的亮晶砂屑灰?guī)r中，膠結物白云石化之后表面較干凈，而砂屑白云石化之后白云石表面明顯較臟，且顯示明顯的顆粒輪廓?？梢韵胂螅@些顆?；糜霸诔掷m(xù)增強的白云巖化或重結晶作用下，原始顆粒的幻影將越來越難以保存，直至最終全部變?yōu)榻Y晶白云巖。

由此推而廣之，有的巖石會因白云巖化/白云石化更為強烈、徹底，全部變?yōu)榻Y晶白云巖之后，基本沒有原始灰?guī)r結構殘留。但是即便如此，我們仍可通過較臟的白云石表面，或所顯示出的白云石的霧心亮邊結構，且較臟部分呈團塊或團簇狀、隱約可見平滑顆粒邊界(顆粒邊界由清晰-模糊：圖3c—e)，把該白云巖判斷為殘余影像結構。更有甚者，有的在顯微鏡下完全看不出原始顆?；糜?，僅白云石表面較臟，但根據(jù)野外看到的巖層為中-厚層構造及巖石晶間孔特別發(fā)育(圖3f)，雖然不一定能直接判斷出具體是何顆粒，但原始巖性應為泥晶/亮晶顆?；?guī)r而非泥晶灰?guī)r，因為泥晶灰?guī)r白云巖化之后孔隙一般較差。

圖1 塔中地區(qū)玉北5井殘余鮞粒硅質白云巖殘余粒屑結構Fig.1 Relict granular texture of siliceous oolitic dolostone in Well YB5 in Tazhong area(玉北5井，O1p，埋深6 841.42 m)a.單偏光；b.正交光

圖2 塔中地區(qū)玉北5井亮晶殘余鮞粒白云巖殘余粒形結構Fig.2 Relict grain shape texture of sparry oolitic dolostone in Well YB5 in Tazhong area(玉北5井，O1p，埋深6 841.42 m)a.原始照片；b.顯示了顆粒邊界

圖3 塔里木奧陶系白云巖殘余影像結構Fig.3 Relict ghost texture of the Ordovician dolostones, Tarim Basina.順南5井，O1p，埋深7 177.6 m，亮晶粉屑灰?guī)r-殘余影像中晶白云巖以縫合線接觸，白云石表面較臟，可見原始粉屑顆?；糜?箭頭)；b.中17井，O1-2y，埋深5 846.99 m，亮晶砂屑云質灰?guī)r，部分白云巖化，膠結物白云石化之后表面較干凈，砂屑白云石化之后白云石表面明顯較臟，且顯示顆粒輪廓(箭頭)；c.中11井，O1-2y，埋深5 640.1 m，殘余影像細晶白云巖，可見較為明顯的砂屑顆?；糜?，箭頭所指為溶蝕形成粒內孔，且被白云石-方解石全充填；d.古隆1井，O1-2y，埋深6 543.8 m，殘余影像細晶白云巖，白云石表面較臟，可見顆粒幻影，部分顆粒被還原；e.中4井，O1p，埋深3 611.61 m，殘余影像粗晶白云巖，白云石表面較臟，隱見顆粒幻影，部分顆粒被還原；f.中19井，O1-2y，埋深5 523.76 m，溶蝕、白云巖化等成巖 作用強烈改造，致使原巖結構難以辨別，但及其發(fā)育的孔隙，暗示其原始巖性為顆粒結構。

在塔里木盆地，這類殘余結構的白云巖最為常見，同時，這是一類最難以識別，也是最容易被忽視的殘余影像結構。也有學者[10]應用熒光或陰極發(fā)光等技術，成功地恢復了塔里木盆地蓬萊壩組結晶白云巖的原始顆粒結構(圖4)。實際上，這種殘余結構在世界范圍內都很常見。許多學者都報道過，白云石交代原始微生物灰?guī)r、顆粒灰?guī)r之后，白云石表面顯示較臟的結構殘余，或顯示霧心亮邊結構[14-20]，正是原始微生物或顆粒結構的交代殘余。

4 討論

4.1 白云巖成因與沉積相的關系

自然界中白云巖很多，但有關這些白云巖的成因問題卻一直未能很好地解決。目前為止，已提出多種白云巖成因假說模型，常見的成因模式包括[1-2]:原生沉淀模式、毛細管濃縮模式、滲透回流模式、微生物白云巖化模式、混合水模式、埋藏交代模式、熱對流模式以及熱液白云巖化模式等。

圖4 巴楚大班塔格剖面蓬萊壩組細晶白云巖(a)及其殘余顆粒結構(b)[21]Fig.4 Dolostone with fine crystalline (a) and its relict granular texture (b),the Ordovician Penglaiba Formation,Dabantage profile,Bachu area[21]a.單偏光照片；b.應用了白板技術的單偏光照片

圖5 塔里木玉北5井蓬萊壩組發(fā)育的紋層狀粉晶白云巖及其相鄰的硅質交代鮞粒白云巖Fig.5 Laminated dolostone with silt-sized crystalline (a) neighbored by silicified oolitic dolostone (b) from the Ordovician Penglaiba Formation in Well YB5,Tarim Basina.YB5井，O1p，6 841.2 m，紋層狀泥-粉晶白云巖，暗色條帶含較多黃鐵礦；b.YB5井，O1p，6 841.42 m，硅質交代鮞粒白云巖，原巖為亮晶鮞?；?guī)r

一般認為，自然界水體的鹽度和Mg/Ca比值越高，越有利于形成白云巖[1]。在局限-蒸發(fā)環(huán)境下，海水或湖水適度咸化，產(chǎn)生高密度、高鹽度、高Mg/Ca比值的流體，通過毛細管濃縮、蒸發(fā)泵吸、鹵水回流等作用，進入滲透性較好的原始灰?guī)r地層，使其發(fā)生白云巖化，或在微生物作用下，形成直接沉淀的原生白云巖/白云石。如阿拉伯灣阿布扎比現(xiàn)代薩布哈潮上-潮下沉積物中，可見以薄層狀、斑狀產(chǎn)出的泥-粉晶白云巖/白云石，以交代產(chǎn)物或膠結物的形式發(fā)育。因此，這類常以紋層狀或斑狀產(chǎn)出的泥晶-粉晶白云巖，及其伴生發(fā)育的石膏假晶、膏?？住⒃寮y層等沉積標志，可以指示局限-蒸發(fā)的沉積環(huán)境。

但是，很多白云巖在縱向上與蒸發(fā)巖無關，橫向也不與局限-蒸發(fā)地層相鄰，白云巖地層中也難以找到局限-蒸發(fā)環(huán)境的沉積標志，常為埋藏條件下經(jīng)富鎂流體交代而形成的[1,2]，因此，這類白云巖本身并不具有沉積相指示意義，而要通過恢復其“前身”，即原始灰?guī)r的沉積結構來確定沉積環(huán)境。

4.2 塔里木盆地奧陶系白云巖成因及其沉積相指示意義

有關塔里木盆地奧陶系白云巖成因的研究很多，大多數(shù)學者[10,14-23]認為發(fā)育準同生白云巖、埋藏白云巖和熱液改造白云巖三大類。

在實際地層中，準同生的泥-粉晶白云巖發(fā)育較少[16]，見少量藻紋層白云巖[17]，且尚未發(fā)現(xiàn)與準同生膏質相關的泥-粉晶白云巖，由此推斷奧陶紀不存在大規(guī)模的局限-蒸發(fā)條件。以玉北5井為例，最可能被認為是準同生成因的是少量發(fā)育的紋層狀粉晶白云巖(圖5a)，但其相鄰地層原始巖性為亮晶鮞?；?guī)r(被硅質擬晶交代，圖5b)，而且這些紋層狀粉晶白云巖的暗色條紋中，可見大量黃鐵礦顆粒，指示了還原環(huán)境。因此，這些泥-粉晶結構的白云巖更可能是低能灘間海沉積，后期被白云巖化了。

塔里木盆地奧陶系白云巖以埋藏白云巖化和熱液白云巖化為主，白云巖化的流體一般認為是同期地層中封存的海水[18,22]，也可能是下部地層水向上運動從而發(fā)生白云巖化的結果[20]。熱液白云巖一般認為是在前期白云巖化的基礎上，受沿斷裂或不整合面等運移的熱液改造而形成[19,23]。無論如何，這些白云巖是在原始灰?guī)r沉積的基礎上經(jīng)后期白云巖化的結果，不是在局限-蒸發(fā)環(huán)境下直接沉淀下來或交代而成的。

由這些埋藏交代或熱液改造白云巖的殘余結構分析，可獲取其原始沉積灰?guī)r的結構信息。從樣品數(shù)量分布頻率來講，這些巖石恢復的原始結構以顆粒結構為主，包括砂屑、礫屑、藻屑(圖6)，具泥晶充填或亮晶膠結特征，顯示原始沉積環(huán)境為水體能量或低或高的灘相環(huán)境。

圖6 塔中中-下奧陶統(tǒng)巖石結構組成Fig.6 Sedimentary textures of the Lower-Middle Ordovician rocks in Tazhong area

圖7 中央隆起帶中-下奧陶統(tǒng)地震剖面解釋及沉積相模式Fig.7 Seismic interpretation and sedimentary facies model of the Lower-Middle Ordovician in central Uplift Zonea.地震測線SN602,塔中北斜坡；b.地質解釋剖面；c.沉積相模式

4.3 塔中奧陶系沉積相

根據(jù)地震剖面解釋結果(圖7a)，塔里木盆地西部下寒武統(tǒng)-上寒武統(tǒng)整體為緩坡沉積，地層厚度差異不大，沒有明顯的臺地邊緣。從下奧陶統(tǒng)開始，出現(xiàn)較為明顯的臺地邊緣和斜坡，說明由緩坡向鑲邊臺地逐漸過渡的生長過程。中央隆起帶區(qū)早奧陶世為一無-弱鑲邊臺地，臺地內部為統(tǒng)一的開闊的碳酸鹽巖臺地相，發(fā)育臺內砂屑灘和灘間洼地亞相，向東過渡為弱鑲邊的臺地邊緣相-斜坡-盆地相(圖b)。

我們傾向認為塔里木盆地中-下奧陶統(tǒng)整體以開闊臺地相-臺內灘亞相沉積為主，主要發(fā)育砂屑灘沉積，顯示沉積水動力較強；夾有低能灘間海沉積。高能砂屑灘微相巖性主要為亮晶砂屑灰?guī)r和亮晶含礫砂屑灰?guī)r，低能砂屑灘的巖性主要為泥晶砂屑灰?guī)r和砂屑泥晶灰?guī)r，灘間洼地的主要巖性為泥晶灰?guī)r。縱向上，高能灘發(fā)育的位置，也是最容易受到準同生暴露-大氣淡水或混合水溶蝕的位置，易形成滲流豆和溶蝕孔洞等[24-25]。平面上，這些微相類型基本可以對比，橫向存在小的相變，顯示整體以大面積的臺內灘為主。

5 結論

1) 不同成因的白云巖對于沉積環(huán)境的指示意義不能一概而論。原生、同生或準同生時期形成的、以紋層狀或斑狀產(chǎn)出的泥晶-粉晶白云巖，與其伴生發(fā)育的石膏假晶、膏?？?、藻紋層等沉積標志，可以指示局限-蒸發(fā)的沉積環(huán)境。但大多數(shù)埋藏條件下形成的、原始結構信息缺失的交代白云巖或熱液改造白云巖，并不具有沉積相指示意義，而應該根據(jù)其殘余結構恢復期原始沉積環(huán)境。

2) 塔中中-下奧陶統(tǒng)白云巖的原巖絕大部分為顆粒灰?guī)r，是一套開闊臺地相的臺內高能灘或低能灘和灘間洼地沉積，向東轉變?yōu)榕_地邊緣-斜坡以及盆地相。

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(編輯 董 立)

Relict texture of dolostones and its significance to sedimentary facies:A case study from the Middle-Lower Ordovician in Tazhong area,Tarim Basin

Zhang Xuefeng1,Li Xiaofeng2,Li Zongjie3,Liu Bo1,Song Haiqiang4

(1.InstituteofOil&Gas,SchoolofEarthandSpaceSciences,PekingUniversity,Beijing100871,China;2.PetroChinaInternationalExploration&DevelopmentCompany,Beijing100034,China;3.NorthwestOilfieldCompany,SINOPEC,Urumqi830000,China; 4.ShaanxiYanchangPetroleumandDevelopmentEngineeringCo.,Ltd,Xi’an，Shaanxi710075,China)

As a kind of sedimentary rock,primary,contemporaneous and penecontemporaneous dolostones with mud-or silt-sized crystalline structures are generally related to restricted-evaporative sedimentary setting.However,those formed by replacement or hydrothermal alteration during burial process could not be used as direct indicators of sedimentary facies,at least not until the relict texture of the dolostone is recognized and the original limestone depositional setting is restored.This is critical to sedimentary-and reservoir-related research on dolostone.The Middle-Lower Ordovician dolostone from the Central Uplift Zone,Tarim Basin,may serve as a good example.It is commonly regarded as signature of restric-ted-evaporative platform facies.However,an investigation of the dolostone in the study area proved otherwise.We identified the lithology of samples taken from the area through systematic core/thin section observation and established criteria for relict texture identification by comparing the dolomitized and the un-dolomitized parts of the same samples.The results show that dolostones in the area are characterized by three relict textures,among which the relict ghost texture dominates.The other two relict textures,i.e., the relict granular/biogenetic texture and the relict grain shape texture,are uncommon.We therefore suggest that the Ordovician dolostones originated mainly from a set of grained shoal limestone,and the sedimentary facies during the Early-Middle Ordovician was an open platform rather than a restricted platform.The predominant microfacies are intraplatform high-energy arenstritic shoal.

dolostone,relict texture,open platform facies,Ordovician,Tazhong area,Tarim Basin

2016-07-11;

2017-07-03。

張學豐(1982—)，男，博士、副研究員，碳酸鹽巖沉積與儲層學。E-mail:zhangxf@pku.edu.cn。

國家自然科學基金項目(41672123,41002029,41272137,41572117)。

0253-9985(2017)04-0722-07

10.11743/ogg20170409

TE121.3

A