韓 波，馮菊芳，何治亮，田海芹，朱 爽，王曉濤

[1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083； 2.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；3.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102200]

四川盆地下寒武統(tǒng)豹斑灰?guī)r成因機(jī)理及其對(duì)儲(chǔ)層的影響

韓 波1,2，馮菊芳2，何治亮2，田海芹2，朱 爽3，王曉濤3

[1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083； 2.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；3.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102200]

豹斑灰?guī)r(云巖)的廣泛發(fā)育引起了地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注，目前其成因機(jī)理存在很大爭(zhēng)議，因此研究豹斑灰?guī)r(云巖)的特征、成因，以及與儲(chǔ)層的關(guān)系，對(duì)于油氣勘探具有重要意義。通過(guò)對(duì)4條基干剖面豹斑發(fā)育層段的宏觀沉積相分析和鏡下描述，結(jié)合X-射線衍射分析、掃描電鏡、電子探針和同位素等分析手段，詳細(xì)解剖了四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組和天河板組豹斑灰?guī)r的巖相及地球化學(xué)特征，并探討了其成因機(jī)理。四川盆地下寒武統(tǒng)豹斑發(fā)育的基質(zhì)灰?guī)r主要有(含顆粒)泥微晶灰?guī)r和砂屑亮晶灰?guī)r，不同基質(zhì)灰?guī)r內(nèi)的豹斑在斑塊形態(tài)、泥質(zhì)含量、白云石大小晶形方面具有較大差異，故可將豹斑分為3類(lèi)：泥質(zhì)云斑、含泥云斑和云斑。泥質(zhì)云斑和含泥云斑主要發(fā)育于(含顆粒)泥微晶灰?guī)r中，云斑內(nèi)部由他形至半自形的泥粉晶白云石晶體組成；云斑主要發(fā)育于砂屑亮晶灰?guī)r中，內(nèi)部由自形-半自形粉細(xì)晶(部分中粗晶)白云石組成。(含顆粒)泥微晶灰?guī)r的豹斑灰?guī)r形成于海侵期潮下淺水低能環(huán)境，是交替沉積的灰泥質(zhì)和云泥質(zhì)軟泥受后期風(fēng)浪擾動(dòng)或負(fù)載壓實(shí)，再經(jīng)歷埋藏改造，形成縱向上具有韻律特征的云斑。亮晶砂屑灰?guī)r的豹斑主要形成于淺埋藏期，與富鎂高鹽地層水沿孔滲較好的部位滲透至固結(jié)成巖地層中發(fā)生滲透回流白云化有關(guān)。豹斑內(nèi)部粉細(xì)晶白云石的晶間孔十分發(fā)育，該類(lèi)灰?guī)r能否形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層受控于豹斑在全巖中的含量。

選擇性白云化；豹斑灰?guī)r；龍王廟組；下寒武統(tǒng)；四川盆地

地質(zhì)歷史上，有一種不均勻的白云質(zhì)灰?guī)r或者灰質(zhì)白云巖引起了很多中國(guó)學(xué)者的關(guān)注，被通俗地稱(chēng)為豹斑灰?guī)r(云巖)或者豹皮灰?guī)r(云巖)。豹斑一般指白云質(zhì)部分，基質(zhì)表示斑塊以外的灰質(zhì)部分。這類(lèi)巖石引起高度關(guān)注是因?yàn)槠湓谌A北寒武系-奧陶系中十分發(fā)育，占19.8%左右，其中奧陶系最為發(fā)育，占29%左右[1]。目前研究最多的是華北地區(qū)奧陶系馬家溝組豹皮狀灰?guī)r。隨著勘探發(fā)現(xiàn)和研究深入，塔里木盆地下奧陶統(tǒng)[2]和四川盆地中二疊統(tǒng)[3]的斑狀白云巖也開(kāi)始受到關(guān)注。從20世紀(jì)60年代至今，學(xué)者一直在關(guān)注并討論這種豹斑灰?guī)r(云巖)的成因問(wèn)題。目前成因的爭(zhēng)議主要分為兩類(lèi)。一類(lèi)占主流的成因論主要與沉積成巖作用相關(guān)，對(duì)其斑塊狀的形貌形成的原因，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為與生物潛穴和鉆孔有關(guān)[4-7]，還有部分學(xué)者認(rèn)為是受巖溶作用改造形成[8]。沉積或成巖期形成的斑塊，由于物質(zhì)及孔滲條件的差異，在淺埋藏期的混合水白云巖化、回流滲透白云巖化，或者埋藏作用下的熱水白云巖化作用下，斑塊發(fā)生選擇性交代，造成了與基質(zhì)的差異[8-12]。另一類(lèi)是構(gòu)造成因論，認(rèn)為豹斑灰?guī)r的形成與構(gòu)造熱液白云石化流體自下而上交代宿主灰?guī)r有關(guān)，具體的研究實(shí)例是川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組[3]；還有部分學(xué)者認(rèn)為北京周口店寒武系府君山組豹斑灰?guī)r與韌性剪切作用形成的鈣質(zhì)糜棱巖有關(guān)[13]。國(guó)際上這類(lèi)斑塊狀白云巖也多見(jiàn)報(bào)道，并認(rèn)為其成因主要與生物潛穴鉆孔經(jīng)歷埋藏期選擇性白云巖化作用有關(guān)[14-16]。

近年來(lái)，隨著四川盆地安岳氣田下寒武統(tǒng)龍王廟組的勘探突破，針對(duì)該層系的研究不斷深入[17-21]。四川盆地東緣下寒武統(tǒng)是否同樣存在優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是取得新的勘探發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。四川盆地下寒武統(tǒng)豹斑灰?guī)r未見(jiàn)前人報(bào)道，本研究在四川盆地東部(含鄂西渝東-湘鄂西地區(qū))4條基干剖面：金沙巖孔、習(xí)水土河和宣恩高鑼3條野外剖面以及1口宜昌某鉆井剖面中均見(jiàn)豹斑狀灰?guī)r發(fā)育，研究其成因機(jī)理及對(duì)儲(chǔ)層的影響，對(duì)該層系在該區(qū)域的油氣勘探至關(guān)重要。本文利用宏、微觀觀察與地球化學(xué)分析相結(jié)合的方法，較系統(tǒng)地分析了四川盆地東部下寒武統(tǒng)豹斑灰?guī)r的宏、微觀特征，探討了其成因機(jī)理及對(duì)儲(chǔ)層的影響。

1 地層與沉積特征

1.1 古地理格局

中-上揚(yáng)子地區(qū)從早寒武世開(kāi)始發(fā)生大規(guī)模海侵，筇竹寺期和滄浪鋪期主要為碎屑巖臺(tái)地和混積臺(tái)地相沉積。中-上揚(yáng)子地區(qū)古地理格局是繼晚震旦世海退后又一次較大規(guī)模的海侵背景下發(fā)展而成的，表現(xiàn)為西高東低的沉積地貌。海水自東南方向入侵，西緣受康滇古陸、瀘定古陸及摩天嶺古陸限制[22]，沉積過(guò)程表現(xiàn)為由古陸向盆地內(nèi)部的超覆沉積，形成了下細(xì)上粗的含碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積，為海侵初期的沉積序列[23]。

早寒武世末期，即龍王廟組沉積期，中-上揚(yáng)子地區(qū)開(kāi)始成為碳酸鹽沉積為主體的沉積環(huán)境，整體地貌繼承了西高東低的格局，川東南長(zhǎng)寧-綦江至川東北建南地區(qū)古地貌相對(duì)低洼處發(fā)育一個(gè)較大型的鹽化潟湖(圖1)。龍王廟中后期，開(kāi)始發(fā)生區(qū)域性海退，潮坪-局限臺(tái)地相帶向東擴(kuò)展，潟湖規(guī)模也有所擴(kuò)大[18]。潟湖西側(cè)磨溪-高石梯地區(qū)龍王廟組取得勘探突破，發(fā)育優(yōu)質(zhì)顆粒灘相儲(chǔ)層，白云巖化十分徹底，縱向上基本發(fā)育白云巖。潟湖東側(cè)相對(duì)古地貌低于西側(cè)，除了沉積相具有較大差異外，白云巖化作用也不完全，多發(fā)育云質(zhì)灰?guī)r及灰質(zhì)云巖。

1.2 沉積相與沉積環(huán)境

通過(guò)前期研究，早寒世末期龍王廟組巖性較單一，以白云巖和灰?guī)r為主，厚約70～250 m，西側(cè)薄東側(cè)厚，潟湖西側(cè)地層厚度一般小于100 m，而東側(cè)地層在100～200 m?？v向上主要發(fā)育兩個(gè)沉積旋回，部分剖面見(jiàn)第三個(gè)四級(jí)層序。金沙巖孔和習(xí)水土河剖面地理位置較近，縱向上表現(xiàn)出相似的沉積單元組合特征(圖2)，表現(xiàn)為多個(gè)灘坪疊置發(fā)育，灘相發(fā)育砂屑顆粒及少量鮞粒，坪相發(fā)育藻紋層狀泥粉晶白云巖及紋層狀含砂泥粉晶白云巖；層序下部為海侵體系域，灰?guī)r含量較高，層序上部的高位體系域白云巖含量較高，沉積環(huán)境在開(kāi)闊臺(tái)地與局限臺(tái)地之間交替變化。宣恩高鑼剖面相對(duì)這兩個(gè)剖面地理位置更為低洼，沉積水動(dòng)力對(duì)較低，顆粒含量較之更低。這3個(gè)野外剖面中，龍王廟組豹斑狀灰?guī)r主要發(fā)育于第一個(gè)層序的海侵體系域。宜昌地區(qū)在龍王廟期處于古地貌高地，龍王廟沉積期海平面相對(duì)較低，水動(dòng)力強(qiáng)，全段沉積顆粒灘相，而龍王廟組下伏地層天河板組沉積期水動(dòng)力相對(duì)較弱，主要發(fā)育灰?guī)r及云質(zhì)灰?guī)r，豹斑狀灰?guī)r十分發(fā)育(如圖2橙色陰影部分所示)。

圖1 中-上揚(yáng)子地區(qū)早寒武世龍王廟期古地貌示意圖Fig.1 Paleogeomorphology map of the Early Cambrian Longwangmiao Formation depositional stage in Middle and Upper Yangtze region

2 豹斑灰?guī)r巖石學(xué)特征

2.1 宏觀特征

宏觀上，豹斑灰?guī)r多呈中厚層至塊狀，橫向上具有較遠(yuǎn)的延伸性。龍王廟組3個(gè)剖面中的云斑呈淺黃灰-深灰，抗風(fēng)化能力較基質(zhì)強(qiáng)，因此凸出巖石表面，呈現(xiàn)風(fēng)化面凹凸不平的形貌，在野外極易辨認(rèn)(圖3a—c)。云斑大多順層展布，呈平行層理連續(xù)-斷續(xù)狀條帶，此外還有不規(guī)則斑塊狀或云朵狀，邊緣光滑程度不一(圖3d，e)。云斑在新鮮斷口上可見(jiàn)閃亮的白云石晶面，比基質(zhì)灰?guī)r晶粒粗大(圖3f)。豹斑在巖層中的發(fā)育豐度變化較大，從10%至60%不等。

宜昌地區(qū)下寒武統(tǒng)天河板組云泥質(zhì)條帶灰?guī)r略有不同，云泥條帶在鉆井巖心上現(xiàn)深灰色，明顯區(qū)別于基質(zhì)灰?guī)r的淺灰色，易被認(rèn)為是泥質(zhì)條帶。條帶多順層展布，平行條帶與不規(guī)則條帶縱向上呈現(xiàn)過(guò)渡漸變、交替出現(xiàn)的特征(圖3g—i)。平行條帶厚度變化大(0.1～1 cm)，分布密集程度也不一。天河板組豹斑灰?guī)r段與顆?；?guī)r段交替出現(xiàn)，具有較好的韻律性(圖3h)。顆粒灰?guī)r段內(nèi)基本未見(jiàn)云泥條帶。

這幾個(gè)剖面中，宣恩高鑼剖面豹斑豐度最高，龍王廟組第一個(gè)層序的海侵體系域，巖性以云質(zhì)灰?guī)r及含云質(zhì)灰?guī)r為主，豹斑主要發(fā)育于該部位；高位體系域白云石含量增加，逐漸過(guò)渡為灰質(zhì)云巖，豹斑少見(jiàn)發(fā)育。海侵體系域下部豹斑因泥質(zhì)含量較高，新鮮面顏色呈土黃色至灰黃色(第1—第2 層)，向上豹斑以灰褐色至深灰色為主(第3—第5 層)，只在局部見(jiàn)土黃色斑塊。這與海侵體系域水體逐漸加深的規(guī)律吻合，海侵初期，海平面相對(duì)較低，水體處于氧化環(huán)境，鐵質(zhì)容易發(fā)生氧化，因此泥云斑顏色主體呈現(xiàn)氧化色。隨著海平面不斷加深，沉積物水體逐漸處于還原環(huán)境，因此還原色的云斑含量增加。云斑的形貌特征從下至上呈現(xiàn)多個(gè)具有韻律性變化規(guī)律的旋回疊加，韻律下部為連續(xù)-斷續(xù)狀條帶，上部為不規(guī)則狀、云朵狀斑塊。絕大多數(shù)豹斑發(fā)育于含少量生屑和砂屑顆粒的泥微晶灰?guī)r中。本剖面僅在第1層底部及第5層頂部見(jiàn)較多的顆粒。

2.2 微觀特征

微觀上，豹斑在垂向地層序列中主要出現(xiàn)在兩種基質(zhì)巖性?xún)?nèi)。

第一種基質(zhì)巖性是含少量?jī)?nèi)碎屑(包括球粒，生物碎屑如三葉蟲(chóng)、棘皮類(lèi)、腕足類(lèi)等)的泥微晶灰?guī)r(圖4a)。在這類(lèi)泥微晶灰?guī)r中，云斑呈黃褐色，形狀不規(guī)則，通常繞過(guò)生物骨骼。形似生物潛穴的圓孔內(nèi)充填相對(duì)較粗粒度的亮晶方解石，其主要發(fā)育于深灰色灰泥方解石沉積物內(nèi)，與云斑的相切關(guān)系可以判斷早于云斑形成。云斑與灰泥基質(zhì)的界面并不截然分明，呈漸變型接觸，多與沉積晚期至淺埋藏 期 灰 泥與云斑的相互滲入有關(guān)。云斑內(nèi)部白云石呈半自形-自形，晶粒平均大小在10 μm左右(圖4c)。此類(lèi)基質(zhì)巖石沉積時(shí)以灰泥為主，反映了相對(duì)較低的沉積水動(dòng)力，為潮下淺水低能環(huán)境。

圖3 四川盆地東部下寒武統(tǒng)豹斑灰?guī)r宏觀特征Fig.3 Macroscopic features of leopard pattern limestones in the Lower Cambrian in the East Sichuan Basina.金沙巖孔剖面，龍王廟組第4層，風(fēng)化面呈黃灰色；b.金沙巖孔剖面，第5層，風(fēng)化面呈深灰色；c.習(xí)水土河剖面，第4層，風(fēng)化面凹凸不平；d.宣恩高鑼剖面，第2層，土黃色不規(guī)則斑塊狀云斑；e.宣恩高鑼剖面，第5層，土黃色云朵狀云斑；f.習(xí)水土河剖面，第5層，深灰色云斑在新鮮斷口上可見(jiàn)白云石晶面，比基質(zhì)灰?guī)r晶粒粗大；g.宜昌某井，下寒武統(tǒng)天河板組，平行條帶與不規(guī)則條帶交替出現(xiàn)，埋深1 268.5～1 299.9 m；h.宜昌某井，下寒武統(tǒng)天河板組，豹斑灰?guī)r段與顆粒灰?guī)r段交替出現(xiàn)，埋深1 264.5～1 268.5 m；i.宜昌某井，下寒武統(tǒng)天河板組，泥云條帶呈深灰色，基質(zhì)灰?guī)r呈淺灰色

第二種常見(jiàn)的基質(zhì)巖性為亮晶顆?；?guī)r。這類(lèi)基質(zhì)灰?guī)r中的云斑通常晶粒較為粗大，平均可達(dá)50 μm左右，晶形更為完好(圖4d)。以習(xí)水土河剖面的典型樣品為例，圖4b所示砂屑亮晶灰?guī)r中，云斑內(nèi)見(jiàn)粉細(xì)晶自形白云石，邊界漸變接觸，白云石呈星點(diǎn)狀散布在方解石基質(zhì)內(nèi)，云斑內(nèi)可見(jiàn)交代殘余的亮晶砂屑灰?guī)r斑塊，因此該云斑應(yīng)形成于海底亮晶膠結(jié)之后，與白云石化交代作用有關(guān)。

云斑與基巖接觸方式有兩種，第一種接觸方式是漸變型接觸，圖4c和圖4d分別是有泥微晶基質(zhì)灰?guī)r中的漸變型接觸云斑和亮晶砂屑灰?guī)r中的漸變型接觸云斑，兩者在白云石顆粒的分布模式上有所區(qū)別，與其不同的成因有關(guān)；第二種接觸方式以縫合線為邊界(圖4e)作為特征，該類(lèi)接觸方式較多見(jiàn)。

2.3 全巖礦物組成

對(duì)這3個(gè)野外剖面豹斑灰?guī)r(云巖)發(fā)育層段取樣進(jìn)行全巖礦物分析，結(jié)果顯示白云石在全巖的含量從11.3%～99.5%不等。通過(guò)宣恩高鑼、金沙巖孔和習(xí)水土河3個(gè)剖面對(duì)比可見(jiàn)(圖5)，由下至上，白云石含量逐漸增多，碎屑礦物含量逐漸減少。這與基質(zhì)灰?guī)r和云斑內(nèi)部的泥質(zhì)含量直接相關(guān)。

3 豹斑成因機(jī)制

3.1 豹斑類(lèi)型

根據(jù)豹斑內(nèi)部礦物組成，可將云斑歸為3類(lèi)：泥質(zhì)云斑、含泥云斑和云斑。泥質(zhì)云斑和含泥云斑主要發(fā)育在基質(zhì)為(含顆粒)泥微晶灰?guī)r的豹斑灰(云)巖中，而云斑主要發(fā)育于基巖為砂屑亮晶灰?guī)r的豹斑灰(云)巖中。

圖4 四川盆地東部下寒武統(tǒng)豹斑灰?guī)r微觀特征Fig.4 Microscopic features of leopard pattern limestones in the Lower Cambrian in the East Sichuan Basina.豹斑發(fā)育于含顆粒泥微晶灰?guī)r的基質(zhì)灰?guī)r中；b.豹斑發(fā)育于砂屑亮晶灰?guī)r的基質(zhì)灰?guī)r中；c.豹斑與灰泥基質(zhì)呈漸變型接觸邊界；d.豹斑與砂屑亮晶灰?guī)r呈漸變型接觸邊界；e.豹斑與砂屑亮晶灰?guī)r呈縫合線邊界接觸

1) 泥質(zhì)云斑

主要見(jiàn)于宜昌地區(qū)天河板組鉆井剖面，云斑中泥質(zhì)含量較高，占25%～50%，云斑主要呈平行條帶及不規(guī)則狀條帶，單偏光鏡下見(jiàn)灰黑色泥云帶平行層理方向發(fā)育(圖6a)，云斑放大可見(jiàn)泥晶他形白云石晶體。電子探針背散射圖像進(jìn)一步揭示白云石及方解石之間的分布關(guān)系，淺灰色部分是方解石，深灰色部分以白云石為主(圖6b)?；|(zhì)灰?guī)r部分以方解石為主，含有較多的碎屑礦物顆粒，如鉀長(zhǎng)石、石英、黃鐵礦等(圖6c)。泥云條帶內(nèi)部除了白云石顆粒及極細(xì)的泥質(zhì)礦物顆粒，方解石基質(zhì)也占有相當(dāng)?shù)谋壤?/p>

2) 含泥云斑

該類(lèi)云斑在龍王廟組剖面中最為常見(jiàn)，主要見(jiàn)于宣恩高鑼大部分、金沙巖孔及習(xí)水土河部分豹斑發(fā)育段。云斑內(nèi)泥質(zhì)含量小于25%，白云石多為半自形-自形菱面體，晶粒大小為泥粉晶至細(xì)晶(圖6d)。掃描電鏡觀察揭示含泥云斑及基質(zhì)灰?guī)r的內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異：300倍的二次電子圖像上能夠明顯觀察到右上角云斑內(nèi)部晶體相比左下角基質(zhì)灰?guī)r內(nèi)的晶體明顯粗大(圖6e)，放大該視域內(nèi)①，②和③部位，①為基質(zhì)灰?guī)r內(nèi)部，見(jiàn)他形方解石顆粒大小多在5 μm左右；②為云斑與基質(zhì)灰?guī)r接觸的縫合線，見(jiàn)大量片狀粘土礦物(圖6f)；③為含泥云斑內(nèi)部，白云石晶形較為自形，大小多在15 μm左右，晶體表面見(jiàn)少量溶蝕坑。碎屑礦物(石英、長(zhǎng)石、粘土)呈細(xì)顆?；蚱瑺罘植加诎自剖чg。

3) 云斑

主要見(jiàn)于金沙巖孔及習(xí)水土河剖面部分豹斑發(fā)育層段，泥質(zhì)含量極低，云斑內(nèi)可見(jiàn)兩期白云石晶體，Ⅰ期為粉細(xì)晶白云石，自形程度大都較好，Ⅱ期為中粗晶他形白云石(圖6g)，正交偏光下見(jiàn)波狀消光，陰極發(fā)光下Ⅰ期白云石呈亮橙色，Ⅱ期白云石具有亮橙色與不發(fā)光的菱形環(huán)帶結(jié)構(gòu)，反映流體頻繁變化，兩期白云石均與基質(zhì)灰?guī)r的棕褐色暗色發(fā)光有明顯區(qū)別(圖6h)。電子探針背散射圖像兩期白云石晶體也有所區(qū)別，Ⅰ期白云石環(huán)帶結(jié)構(gòu)不明顯，Ⅱ期白云石晶體粗大且邊緣具有菱形環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖6i)。

圖5 四川盆地東部下寒武統(tǒng)豹斑灰?guī)r發(fā)育段全巖礦物分析結(jié)果Fig.5 Bulk rock mineral analysis of leopard pattern limestones in the Lower Cambrian in the East Sichuan Basin

泥質(zhì)含量與基巖巖性有一定相關(guān)性，泥質(zhì)云斑主要見(jiàn)于宜昌地區(qū)天河板組，其基巖多為泥微晶灰?guī)r，基本未見(jiàn)生屑或砂屑顆粒，云斑形態(tài)為平形狀條帶及不規(guī)則條帶狀交替出現(xiàn)，可見(jiàn)沉積時(shí)具有較低的水動(dòng)力條件，而且水體深度相對(duì)較大，波浪不易對(duì)沉積后軟泥質(zhì)沉積物進(jìn)行擾動(dòng)。含泥云斑在龍王廟組第一個(gè)層序的海侵體系域較為普遍，見(jiàn)于宣恩高鑼大部分、金沙巖孔、習(xí)水土河局部，內(nèi)含少量?jī)?nèi)碎屑顆粒，包括砂屑、生屑等，到早寒武世末龍王廟期，四川盆地東部整體位于臺(tái)地之上，水深相對(duì)天河板期更淺，因此具有一定量的顆粒沉積物，泥質(zhì)含量也減少。

3.2 豹斑地球化學(xué)特征

白云石的晶形大小與形成環(huán)境具有密切相關(guān)性。前人研究表明，在干熱的暴露或近暴露環(huán)境下(如蒸發(fā)臺(tái)地或與之相鄰的局限臺(tái)地)形成的白云巖，白云石結(jié)晶速度較快，故白云石晶體較為細(xì)小，通常在泥晶-粉晶級(jí)別，自形程度也相對(duì)較低，以他形晶為主。而在鹽度相對(duì)較低的水介質(zhì)環(huán)境，白云石結(jié)晶速率則較緩慢，能夠形成相對(duì)較粗的白云石晶體(粉-中晶)，自形程度也相應(yīng)較高(半自形-自形)。

電子探針結(jié)果顯示(圖7)，宜昌地區(qū)天河板組泥云條帶內(nèi)白云石晶粒小，自形程度差，白云石鎂鈣摩爾比為0.78，有序度不高，應(yīng)形成于介質(zhì)溶液鹽度相對(duì)較高的環(huán)境，加之水體含較多的碎屑礦物組分，溶液中的干擾競(jìng)爭(zhēng)離子較多，結(jié)晶速度較快，因而形成的白云石化學(xué)組分上較富鈣。宣恩高鑼和習(xí)水土河剖面龍王廟組粉細(xì)晶白云石及細(xì)中晶白云石晶粒相對(duì)粗大，自形程度較好，鎂鈣摩爾比均大于0.9，明顯大于天河板組泥云條帶中的白云石，這類(lèi)白云石很可能受到了埋藏期的改造作用。

碳酸鹽巖中的氧穩(wěn)定同位素組成主要受介質(zhì)的溫度和鹽度影響，因此能夠一定程度上反映沉積及成巖環(huán)境。一般情況下，隨沉積與成巖介質(zhì)鹽度升高，碳酸鹽巖的δ13C和δ18O增大；隨環(huán)境溫度升高，δ18O變輕。此外，大氣淡水淋濾和生物降解均可使δ13C和δ18O變輕[24-25]。幾個(gè)剖面的豹斑發(fā)育段樣品的白云石含量和氧同位素值交會(huì)圖揭示(圖8)，大部分樣品氧同位素與全巖白云石含量呈正相關(guān)，如圖中趨勢(shì)線所示，這種現(xiàn)象說(shuō)明白云化作用與海水濃縮作用有關(guān)。其中宣恩高鑼剖面以含泥云斑為主，且δ18O明顯偏負(fù)(圖8紅色虛線圈)，推測(cè)可能與早期淡水作用有關(guān)。但是圖中紅色三角形區(qū)域的樣品明顯偏離正常趨勢(shì)線，氧同位素偏輕，在樣品薄片中未觀察到明顯的淡水溶蝕現(xiàn)象，其中白云巖較純的樣品XS-04-(01)，XS-04-04，XS-04-(02)和XS-04-(05)分別為粉-細(xì)晶白云巖、細(xì)晶白云巖、細(xì)-中晶白云巖和中-粗晶白云巖，自上而下其氧同位素δ18O逐漸變輕，說(shuō)明第4和第5層樣品的氧同位素偏負(fù)與深埋藏期的熱改造作用有關(guān)。

圖6 四川盆地宣恩-高鑼剖面龍王廟組含泥云斑微觀特征Fig.6 Microscopic features of leopard pattern limestone containing mud in Xuan’en-Gaoluo cross section in the Sichuan Basina.泥云條帶灰?guī)r，單偏光；b.泥云條帶灰?guī)r，淺灰色多為方解石，深灰色多為白云石，背散射圖像；c.基質(zhì)灰?guī)r中含較多的碎屑礦物顆粒，如鉀長(zhǎng)石、石英、黃鐵礦，背散射圖像；d.泥晶基質(zhì)灰?guī)r與含泥云斑縫合線接觸邊界，單偏光；e.掃描電鏡二次電子圖像，①，②和③部位分別為基質(zhì)灰?guī)r、縫合線和含泥云斑；f.圖e中區(qū)域②放大，縫合線內(nèi)見(jiàn)大量片狀粘土礦物；g.云斑泥質(zhì)含量極低，內(nèi)部可見(jiàn)兩期白云石晶體，單偏光；h.兩期白云石與基質(zhì)灰?guī)r具有不同的發(fā)光特征，陰極發(fā)光圖像；i.兩期白云石與基質(zhì)灰?guī)r不同的特征，背散射圖像

圖7 電子探針測(cè)試點(diǎn)位置Fig.7 Test spots of electronic probea.豹斑灰?guī)r，白云石晶粒為泥-粉晶，天河板組，電子探針測(cè)試點(diǎn)①M(fèi)gO：18.2%，CaO：32.86%，n(Mg)/n(Ca)=0.78，點(diǎn)②MgO：0.82%，CaO：53.96%，n(Mg)/n(Ca)=0.02；b.灰?guī)r基質(zhì)與斑狀云化部分突變接觸，龍王廟組，電子探針測(cè)試點(diǎn)①M(fèi)gO：20.63%，CaO：30.76%，n(Mg)/n(Ca)=0.94，點(diǎn)②MgO：0.59%，CaO：52.66%，n(Mg)/n(Ca)=0.02，點(diǎn)③MgO：0.8%，CaO：54.52%，n(Mg)/n(Ca)=0.02；c.基質(zhì)灰?guī)r中形成兩種不同晶型的白云石，一類(lèi)為泥-粉晶，另一類(lèi)為細(xì)-中晶，龍王廟組，電子探針測(cè)試點(diǎn)①M(fèi)gO：20.39%，CaO：31.34%，n(Mg)/n(Ca)=0.91，點(diǎn)②MgO： 21.01%，CaO：31.32%，n(Mg)/n(Ca)=0.94，點(diǎn)③MgO：0.19%，CaO：55.54%，n(Mg)/n(Ca)=0;淺色部分為方解石，深色部分為白云石

圖8 四川盆地下寒武統(tǒng)豹斑灰?guī)r發(fā)育段白云石含量與氧同位素交會(huì)圖Fig.8 Cross plot of dolomite contents and δ18O values in the Lower Cambrian leopard pattern limestone in the East Sichuan Basin

3.3 豹斑成因模式

綜合宏微觀特征及地球化學(xué)分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，豹斑灰?guī)r的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征指示不同類(lèi)型的豹斑具有不同的成因模式。本文將對(duì)基質(zhì)灰?guī)r為(含顆粒)泥微晶灰?guī)r以及基質(zhì)灰?guī)r為砂屑亮晶灰?guī)r的豹斑灰?guī)r形成模式分別總結(jié)。

3.3.1 基巖為(含顆粒)泥微晶灰?guī)r的豹斑成因

1) 沉積期

海平面上升時(shí)，在潮下淺水低能環(huán)境下形成灰泥沉積物，可能存在少量?jī)?nèi)碎屑顆粒；海平面下降時(shí)，該區(qū)處于暴露或近暴露的潮上帶及潮間帶上部，大陸上的淡水流注很有限，夾帶粘土物質(zhì)輸入，隨著水滲透進(jìn)入到碳酸鹽巖地層并通過(guò)毛細(xì)作用不斷蒸發(fā)，殘余的孔隙流體會(huì)被濃縮，交代先期沉積灰泥表層，發(fā)生準(zhǔn)同生白云巖化作用[26]，因而形成泥云條帶。高頻次的海平面變化，使該區(qū)在相對(duì)局限的潮上-潮間上部環(huán)境與相對(duì)開(kāi)闊潮下環(huán)境之間頻繁變化，水體介質(zhì)也在咸化海水和正常海水之間頻繁變化，導(dǎo)致云泥條帶與灰泥沉積物交替出現(xiàn)。

2) 沉積期后

上部的軟泥在風(fēng)浪作用下被打碎后再次沉積，由于風(fēng)浪向下的擾動(dòng)作用有限，因此在垂向剖面中通常出現(xiàn)連續(xù)-半連續(xù)的條帶向上過(guò)渡到不規(guī)則斑塊的韻律性變化序列。此外沉積物在固結(jié)之前上覆沉積物由于重力差異作用，會(huì)形成一些負(fù)載構(gòu)造，如云朵狀、不規(guī)則條帶狀。由于沉積物尚未完全固結(jié)，云泥質(zhì)與灰泥質(zhì)沉積物相互滲入，形成漸變型接觸邊界。該階段形成的白云石多為泥晶他形。除此之外，還有些斑塊是生物潛穴形成的，但該類(lèi)型的“豹斑”在剖面中僅占很小的比例。

3) 埋藏期

發(fā)生回流滲透白云化作用，咸化富鎂流體沿層間縫或薄弱面進(jìn)入已經(jīng)成巖的地層，在孔滲條件較好的部位發(fā)生優(yōu)先云化。此外，在地層流體作用下，含泥云斑內(nèi)的泥質(zhì)進(jìn)一步溶解，釋放出部分Mg2+離子，粘土對(duì)Mg2+離子具有一定的吸附性，因此含泥云斑較之灰泥基質(zhì)具有更豐富的鎂離子來(lái)源，白云化作用進(jìn)一步加強(qiáng)。隨著埋深的加大，含泥云斑內(nèi)物質(zhì)發(fā)生重新組合及純化，泥質(zhì)不溶物在云斑與基質(zhì)灰?guī)r交界處富集，形成縫合線狀接觸邊界(圖9)。

圖9 (含顆粒)泥微晶灰?guī)r內(nèi)豹斑形成模式Fig.9 Forming mechanism of leopard pattern limestone in wackstone

3.3.2 基巖為砂屑亮晶灰?guī)r的豹斑成因

以習(xí)水土河剖面為代表的砂屑亮晶灰?guī)r(圖4b)，該類(lèi)基質(zhì)灰?guī)r顆粒含量較高(大于50%)，全巖泥質(zhì)含量極低(圖5)，沉積時(shí)位于水體能量較高的動(dòng)蕩環(huán)境。這類(lèi)豹斑的成因模式與上述過(guò)程有所區(qū)別。云斑內(nèi)可見(jiàn)交代殘余的亮晶砂屑灰?guī)r斑塊，因此應(yīng)形成于海底亮晶膠結(jié)之后，在淺埋藏期高鹽度高鎂地層水沿孔滲較好的部位滲透至固結(jié)成巖的基質(zhì)灰?guī)r地層中，發(fā)生滲透回流白云化作用。深埋藏期，深部熱流體沿裂縫或有利孔滲帶進(jìn)一步對(duì)云斑進(jìn)行改造，形成中粗晶具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)的白云石晶體。

3.3.3 關(guān)于生物潛穴作用的討論

很多斑狀組構(gòu)被認(rèn)為是與生物擾動(dòng)作用有關(guān)，如華北地區(qū)奧陶系馬家溝組的豹皮狀灰?guī)r[4-7]、塔里木盆地下奧陶統(tǒng)云斑灰?guī)r[2]、以及一些國(guó)外的實(shí)例[14-16]。不可否認(rèn)，生物擾動(dòng)是形成斑狀形態(tài)的一個(gè)重要原因。生物擾動(dòng)作用主要發(fā)生在潮坪尤其是潮下背景中，在淺海靜水障壁海灣，例如潟湖泥質(zhì)潮坪以及低于正常風(fēng)暴浪基面的更深的環(huán)境中所沉積的鈣質(zhì)泥內(nèi)，內(nèi)棲潛穴生物頻繁地出現(xiàn)。這類(lèi)灰泥質(zhì)沉積與本研究例中的部分豹斑灰?guī)r的基質(zhì)具有一致性。

然而，灰?guī)r中生物擾動(dòng)組構(gòu)的判斷標(biāo)準(zhǔn)通常包括：小到中等大小的生物潛穴的直徑從1 mm到幾厘米不等。常被球粒充填，呈線狀，具有內(nèi)部亮晶，常呈分支狀相互連通，并有明顯的幾何結(jié)構(gòu)和定向性。生物潛穴的形態(tài)主要與生物的造跡方式有關(guān)，生物的造跡方式主要取決于造跡生物類(lèi)型、水動(dòng)力條件、水體含氧量及沉積物內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐度特征等條件[27]。從文獻(xiàn)報(bào)道的與生物潛穴有關(guān)的豹斑狀灰?guī)r(云巖)中斑塊的平面形態(tài)來(lái)看，對(duì)于條帶狀無(wú)分枝的豹斑，條帶通常圓滑彎曲且在延伸方向上直徑變化微小或基本無(wú)變化。對(duì)于具有分枝的“豹斑”來(lái)說(shuō)，分枝角度相似，分枝的直徑大小也具有均一性[6]。

從前人對(duì)燕山地區(qū)及徐州地區(qū)下寒武統(tǒng)豹斑灰?guī)r的報(bào)道[11-12]，以及筆者在四川盆地下寒武統(tǒng)觀察到的豹斑灰?guī)r，豹斑多沿層理方向呈連續(xù)或斷續(xù)狀條帶分布，橫向上分布穩(wěn)定，因此寒武系的豹斑形態(tài)可能更多地受沉積作用的控制，生物潛穴作用只在局部有少量影響。

4 豹斑灰?guī)r對(duì)儲(chǔ)層的影響

對(duì)豹斑內(nèi)部進(jìn)行普通薄片及掃描電鏡觀察(圖10)，云斑部分(黃色方框1)在掃描電鏡下可以看到白云石晶間孔十分發(fā)育；而基質(zhì)灰?guī)r部分(黃色方框2)則比較致密。微觀孔隙結(jié)構(gòu)揭示了粉細(xì)晶白云巖發(fā)育晶間孔，儲(chǔ)集物性明顯優(yōu)于灰?guī)r。

針對(duì)四川盆地東部下寒武統(tǒng)龍王廟組儲(chǔ)層研究發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為粉晶-細(xì)晶白云巖，顆?；?guī)r發(fā)生白云巖化部分具有一定的儲(chǔ)集性能，未白云化部分通常較致密。通過(guò)對(duì)基干剖面沉積構(gòu)造、實(shí)測(cè)孔隙度和 礦物組分的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層主要分布在白云化程度高的灘相沉積內(nèi)。原始沉積相為白云巖化提供了至關(guān)重要的基礎(chǔ)，沉積能量較低、泥質(zhì)含量較高的低能相沉積只有經(jīng)過(guò)較為徹底的白云巖化作用后才能對(duì)儲(chǔ)集物性有明顯的改善。如圖11中習(xí)水土河剖面綜合柱狀圖所示，儲(chǔ)層主要發(fā)育于第一個(gè)層序的3，4，5層，及第二個(gè)層序頂部的14，15層。

5 結(jié)論

1) 豹斑根據(jù)泥質(zhì)含量可分為3類(lèi)：泥質(zhì)云斑、含泥云斑和云斑。泥質(zhì)云斑和含泥云斑主要發(fā)育于(含顆粒)泥微晶灰?guī)r中，云斑內(nèi)部由他形至半自形的泥粉晶白云石晶體組成；云斑主要發(fā)育于砂屑亮晶灰?guī)r中，內(nèi)部由自形-半自形粉細(xì)晶(部分中粗晶)白云石組成。泥質(zhì)含量主要與沉積時(shí)的水動(dòng)力環(huán)境有關(guān)，也受到成巖期的改造作用的影響。

圖10 四川盆地東部下寒武統(tǒng)豹斑灰?guī)r不同組分微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征Fig.10 Characteristics of microscopic pore in different components of leopard pattern limestone in the Lower Cambrian in the East Sichuan Basina. 豹斑灰?guī)r，部分發(fā)生白云石化，白云石晶型為粉晶；b. 黃色方框1為粉晶白云石，黃色框2為基質(zhì)灰?guī)r，背散射照片；c. 黃色方框1局部放大，可見(jiàn)白云石晶間孔發(fā)育，背散射照片；d. 黃色框2局部放大，基質(zhì)灰?guī)r致密，幾乎無(wú)孔隙，背散射照片

圖11 四川盆地東部下寒武豹斑灰?guī)r與儲(chǔ)層關(guān)系Fig.11 Relation between leopard pattern limestone and reservoir in the Lower Cambrian in the East Sichuan Basin

2) 基質(zhì)灰?guī)r為(含顆粒)泥微晶灰?guī)r的豹斑灰?guī)r形成于潮下淺水低能環(huán)境，水體介質(zhì)在咸化海水和正常海水之間頻繁變化，導(dǎo)致云泥條帶與灰泥沉積物交替出現(xiàn)。沉積后未固結(jié)的軟泥受風(fēng)浪擾動(dòng)和差異負(fù)載影響，形成云朵狀，不規(guī)則條帶狀等斑狀構(gòu)造。埋藏期，由于泥質(zhì)或含泥云斑具有吸附和溶解釋放鎂離子的優(yōu)勢(shì)，發(fā)生更為強(qiáng)烈的滲透白云化作用及改造；基質(zhì)灰?guī)r為亮晶砂屑灰?guī)r的豹斑主要形成于淺埋藏期，高鹽度高鎂地層水沿孔滲較好的部位滲透至固結(jié)成巖的基質(zhì)灰?guī)r地層中發(fā)生滲透回流白云化作用。深埋藏期，深部熱流體再沿裂縫或有利孔滲帶進(jìn)一步對(duì)云斑改造。

3) 豹斑灰?guī)r能否形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層與豹斑含量有關(guān)，即受白云化程度控制。粉細(xì)晶白云石的晶間孔是儲(chǔ)層物性的主要控制因素。

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(編輯 張玉銀)

Origin of the Lower Cambrian leopard-pattern limestones and its influence on reservoirs in the Sichuan Basin

Han Bo1,2，F(xiàn)eng Jufang2，He Zhiliang2，Tian Haiqin2，Zhu Shuang3，Wang Xiaotao3

(1.SchoolofEnergyResources，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；2.PetroleumExplorationandProductionResearchInstitute，SINOPEC,Beijing100083，China；3.SchoolofGeosciences，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China)

Wide occurrence of leopard-pattern limestones (dolostone) has aroused extensive attention of scholars,but origin of this type of rock remains disputable.So a study on its features,origin,and impact on reservoir properties is significant to petroleum exploration.Four reference cross sections were chosen in the Lower Cambrian Longwangmiao Formation and Tianheban Formation in the Sichuan Basin to analyze petrologic and geochemistry characteristics.Based on outcrop sedimentary facies study,microscopic observation,X-ray diffraction analysis,scanning electron microscopic observation,electron probe microanalysis,and stable isotope analysis,the origin of the limestone was discussed.Leopard pattern limestone occurs mainly in two types of rocks in the Lower Cambrian sediments in the Sichuan Basin:wackstone and packstone.According to their different features in patch morphology,clay content,dolomite size and crystal form,leopard pa-ttern limestone can be classified into three types:muddy leopard limestone,leopard limestone containing mud,and leopard limestone.The first two types mainly appear in wackstone,composed of muddy to silty,anhedral to semi-euhedral crystalline dolomite,while the third type of leopard pattern limestone occur in packstone,composed of silty to fine,semi-euhedral to euhedral crystalline dolomite.Leopard pattern limestone in wackstone deposited in subtidal environment with low water energy,lime mud and aragonite mud(transform to dolomite) deposited alternately in tune with the water body transform from open to restricted frequently due to sea level change.Leopard pattern are formed by wave disturbance and di-fferential load from overlying strata.Leopard pattern limestone in packstone was mainly formed during shallow burial stage,when formation water with high content of magnesium penetrated into the cemented sediments and dolomitization took place.Intercrystalline pore space is widely observed in leopard limestone,which shows much better reservoir properties than limestone,so the proportion of leopard pattern limestone to the whole rock determines the petrophysical properties of reservoir rocks.

selective dolomitization,leopard pattern limestone,Longwangmiao Formation,Lower Cambrian,Sichuan Basin

2016-07-12;

2017-05-08。

韓波(1987—)，男，博士研究生，碳酸鹽巖沉積與儲(chǔ)層。E-mail:hbny@cugb.edu.cn。

中石化科技部項(xiàng)目(G5800-15-ZS-KJB006)；國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(U1663209)。

0253-9985(2017)04-0764-12

10.11743/ogg20170413

TE122.2

A