陳智遠(yuǎn)，孟憲武，宋曉波，郝曉波，隆 軻

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司博士后科研工作站，四川成都 610041；2.中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都 610041；3.中國(guó)石油西部鉆探工程有限公司試油公司，新疆克拉瑪依 834000）

近年來，在川西地區(qū)雷口坡組取得了較為顯著的勘探成果，相繼在新場(chǎng)構(gòu)造帶、龍門山前構(gòu)造帶和廣漢斜坡帶馬井地區(qū)獲得了重大勘探突破，多口鉆井獲得了工業(yè)性氣流，證實(shí)了蒸發(fā)潮坪相（藻云坪、云坪）碳酸鹽巖同樣具有良好的勘探潛力［1-4］。當(dāng)前對(duì)川西地區(qū)雷口坡組的研究多側(cè)重于沉積相展布及層序地層劃分［5］、儲(chǔ)層特征及其主控因素分析等領(lǐng)域［6］，但是對(duì)雷口坡組成巖流體期次、地化特征及其來源等問題研究并不深入，這就很大程度上制約了儲(chǔ)層的相關(guān)研究。礦物流體包裹體和穩(wěn)定同位素（碳、氧和鍶）蘊(yùn)含了豐富的成巖、成礦流體信息，不僅能夠判斷成巖流體的成分，而且能夠作為流體示蹤劑用于古環(huán)境恢復(fù)、成巖流體來源和油氣運(yùn)移期次等方面的研究［7-8］。

川西地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，成巖流體十分復(fù)雜，充填于巖石孔隙和裂縫中的礦物可以很好地記錄下不同地質(zhì)歷史時(shí)期的成巖流體活動(dòng)。因此，基于對(duì)川西地區(qū)雷口坡組鏡下巖石薄片、陰極發(fā)光的精細(xì)觀察，利用礦物流體包裹體和穩(wěn)定同位素（碳、氧和鍶）等地化分析資料，明確成巖流體的期次、地化特征及其來源，以期為川西地區(qū)雷口坡組下一步油氣勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川西地區(qū)位于四川盆地西部川西斷褶構(gòu)造帶，其西部緊鄰龍門山斷裂帶，東部與川北構(gòu)造帶和川中平緩褶皺帶相接（圖1），面積約為1.057×104km2。川西地區(qū)整體上形成了兩大隆起（龍門山前構(gòu)造帶和新場(chǎng)構(gòu)造帶）、兩大凹陷（成都凹陷和綿竹凹陷）以及兩大斜坡（廣漢斜坡和綿陽斜坡）的構(gòu)造格局，經(jīng)歷了包括海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期在內(nèi)的多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在研究區(qū)西部形成了關(guān)口斷裂和彭縣斷裂，東部則形成了知新場(chǎng)斷裂、石泉場(chǎng)斷裂及龍泉山斷裂（圖1）。

川西地區(qū)雷口坡組形成于上揚(yáng)子海域閉塞—半閉塞沉積環(huán)境，主要以臺(tái)地邊緣-局限臺(tái)地-蒸發(fā)臺(tái)地沉積為主。橫向上，以串珠狀形式發(fā)育臺(tái)緣淺灘和臺(tái)內(nèi)灘；縱向上，以潟湖、間歇性干化潟湖和膏巖湖等不同沉積亞相形成多個(gè)旋回［9-10］。本次研究的重點(diǎn)層位為雷口坡組四段（雷四段，T2l4），其上部主要發(fā)育淺灰、灰色粉晶（藻團(tuán)塊）白云巖和砂屑白云巖；下部則為灰色微晶白云巖、泥晶白云巖與灰色硬石膏不等厚互層。

2 巖石學(xué)特征與礦物充填序列

2.1 巖石學(xué)特征

川西地區(qū)雷四段碳酸鹽巖巖石類型豐富多樣，鏡下巖石薄片觀察結(jié)果（圖2）表明，主要發(fā)育灰?guī)r和白云巖兩大巖石類型，其中白云巖類是川西地區(qū)雷四段最為重要的儲(chǔ)層巖石類型，以微-粉晶白云巖（圖2a）、細(xì)-中晶白云巖（圖2b）、微晶藻白云巖（圖2c）、粉晶砂（礫）屑白云巖（圖2d）、微晶灰質(zhì)白云巖（圖2e）以及鳥眼狀含膏質(zhì)泥晶藻白云巖為主（圖2f）?；|(zhì)白云巖中普遍可見孔隙、裂縫發(fā)育，常被不同期次的方解石、白云石等礦物半-全充填，豐富的充填礦物是研究成巖流體來源的重要基礎(chǔ)。

圖1 川西地區(qū)區(qū)域位置與構(gòu)造區(qū)劃Fig.1 Regional location and tectonic division of Western Sichuan Basin

2.2 礦物充填序列

川西地區(qū)雷四段孔隙和裂縫中蘊(yùn)含著豐富的充填礦物，表明該層段經(jīng)歷了復(fù)雜的流體活動(dòng)，基于充填礦物晶粒的大小，將礦物分為以下4 類：微-粉晶礦物（粒徑為50～100 μm）、細(xì)晶礦物（粒徑為100～250 μm）、中晶礦物（粒徑為250～500 μm）和粗晶礦物（粒徑為500～1 000 μm）［11-12］。通過對(duì)川西地區(qū)雷四段孔隙和裂縫中充填礦物的薄片觀察發(fā)現(xiàn)，白云石和方解石在鏡下以及陰極發(fā)光下具有不同的特征（圖3a，3b），細(xì)粒白云石主要發(fā)暗紅色光，而方解石則發(fā)暗褐色光或不發(fā)光（圖3b）。

圖2 川西地區(qū)雷四段微觀巖石學(xué)特征Fig.2 Micro-petrological characteristics of T2l4，Western Sichuan Basin

圖3 川西地區(qū)雷四段孔隙和裂縫礦物充填序列Fig.3 Filling sequence of minerals in pores and fractures in T2l4，Western Sichuan Basin

川西地區(qū)雷四段巖心中孔隙和裂縫較為發(fā)育，礦物充填程度較高，以Z1井和Y1井為例，來說明研究區(qū)雷四段礦物充填序列。

Z1 井樣品基質(zhì)巖性為灰色粉晶白云巖，孔隙中可見多期礦物充填現(xiàn)象（圖3c），孔隙邊緣主要發(fā)育微-粉晶等厚環(huán)邊白云石和微-粉晶方解石，其后發(fā)育細(xì)晶白云石和方解石，晶型較前者變大，向孔隙中心方向發(fā)育中晶白云石和方解石，晶型最大。

Y1井樣品基質(zhì)巖性為藻砂屑白云巖，可見裂縫發(fā)育，且被白云石和方解石等礦物充填（圖3d），裂縫邊緣主要發(fā)育微-粉晶白云石和微-粉晶方解石，向裂縫中心方向礦物晶型變大，主要發(fā)育細(xì)晶白云石和細(xì)晶方解石，再向中心方向晶型繼續(xù)變大，主要發(fā)育中晶白云石。該樣品也可見晚期方解石被白云石交代，發(fā)育嵌晶白云石（圖3d）。

綜合鏡下薄片和陰極發(fā)光的觀察結(jié)果，認(rèn)為川西地區(qū)雷四段儲(chǔ)層孔隙、裂縫中礦物充填序列具有相似的特征，其完整的礦物充填序列為：第Ⅰ期微-粉晶白云石和方解石、第Ⅱ期細(xì)晶白云石和方解石、第Ⅲ期中晶白云石和方解石及嵌晶白云石。

3 成巖流體捕獲時(shí)間

流體包裹體是礦物形成過程中，使正在形成或形成后的礦物產(chǎn)生各種缺陷，介質(zhì)被礦物圈閉于這些缺陷中而保留、保存下來的地質(zhì)流體，是地質(zhì)歷史時(shí)期原始成巖成礦溶液的代表，其中包含了豐富的成巖流體信息，也是含油氣盆地中被用來研究成巖流體期次、來源和歷史的手段之一［13-15］。

通過對(duì)川西地區(qū)雷四段儲(chǔ)層流體包裹體鏡下觀察可知，孔隙和裂縫中不同粒級(jí)充填礦物均捕獲了包裹體，其主要賦存于微-粉晶白云石和方解石、細(xì)晶白云石和方解石、中晶白云石和方解石礦物表面或內(nèi)部、晶粒裂隙中等；川西地區(qū)包裹體多以鹽水包裹體為主，其大小分布不均，直徑主要為3～12 μm，形態(tài)主要為圓、橢圓、長(zhǎng)條及不規(guī)則狀，多成群成帶或與純氣相鹽水包裹體共生分布（圖4，表1）。結(jié)合包裹體均一溫度、冰點(diǎn)溫度及鹽度分析，進(jìn)一步證明了川西地區(qū)雷四段礦物分為3期，3期礦物捕獲的包裹體對(duì)應(yīng)的均一溫度分別為65～115，125～175和180～210 ℃（表1，圖5）。

流體包裹體均一溫度結(jié)合區(qū)域埋藏和熱演化史可用來確定成巖流體的捕獲時(shí)間［16］。根據(jù)區(qū)域地層分層數(shù)據(jù)、抬升剝蝕厚度和鏡質(zhì)組反射率等資料，建立川西地區(qū)埋藏-熱演化史，結(jié)合包裹體均一溫度分布特征，可明確川西地區(qū)雷四段成巖流體的捕獲時(shí)間（圖6）：第Ⅰ期成巖流體的捕獲溫度為65～115 ℃，相當(dāng)于晚三疊世早—晚期（距今232～214 Ma）；第Ⅱ期成巖流體的捕獲溫度為125～175 ℃，相當(dāng)于晚三疊世末期—晚侏羅世末期（距今212～145 Ma）；第Ⅲ期成巖流體的捕獲溫度為180～210 ℃，相當(dāng)于早白堊世—晚白堊世末期（距今142～70 Ma）（圖6）。

圖4 川西地區(qū)雷四段流體包裹體鏡下特征Fig.4 Microscopic characteristics of fluid inclusions in T2l4，Western Sichuan Basin

表1 不同期次礦物中流體包裹體信息綜合統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table1 Statistical results of fluid inclusions in different mineral sequestrations

圖5 川西地區(qū)雷四段流體包裹體均一溫度分布Fig.5 Temperature distributionhistogram offluid inclusions in T2l4，WesternSichuanBasin

4 成巖流體來源

4.1 碳氧同位素特征

碳酸鹽巖中碳氧同位素組成可以反映成巖流體的信息，其主要受控于溫度、海平面升降、元素來源、埋藏速率及氧化-還原條件等因素［17］。沉積環(huán)境及后期成巖流體的作用，同樣可引起巖石、充填礦物同位素的變化，因此，碳氧同位素組成可以很好地反映成巖流體變化。DERRY等研究指出，碳同位素較為穩(wěn)定，δ13C 不易受溫度的影響，能夠較為客觀地反映原始基質(zhì)的特征；而δ18O受溫度影響較大，也同樣受到成巖流體的影響［18］。DEINES 等研究認(rèn)為，不同來源的成巖礦物，碳氧同位素組成具有明顯的差異性，海相碳酸鹽巖δ13CV-PDB主要為-5‰～5‰，δ18OV-SMOW主要為10‰～30‰；地幔深部流體δ13CV-PDB主要為-9‰～-3‰，δ18OV-SMOW主要為5.5‰～9.0‰；大氣淡水δ13CV-PDB主要為-30‰～-20‰，δ18OV-SMOW多小于0［19-21］。

由圖7 可見，川西地區(qū)雷四段基質(zhì)白云巖和孔縫充填物δ13CV-PDB主要為-2.77‰～5.62‰，δ18OV-PDB主要為-9.67‰～-0.75‰，數(shù)據(jù)絕大部分落在海相碳酸鹽巖沉積區(qū)間，說明川西地區(qū)雷四段具有正常海相碳酸鹽巖沉積的地化特征，成巖礦物和流體來源于海相碳酸鹽巖的無機(jī)成分，排除了地幔深部流體和大氣淡水等因素的影響。此外，雷四段有少數(shù)基質(zhì)白云巖、孔縫充填物樣品的δ13CV-PDB小于0，可能與有機(jī)質(zhì)熱演化過程中帶來的有機(jī)酸有關(guān)［22］，從而導(dǎo)致碳同位素偏負(fù)值。

4.2 鍶同位素特征

圖6 川西地區(qū)雷四段埋藏和熱演化史及成巖流體捕獲時(shí)間Fig.6 Burial and thermal evolution history and capture time of diagenetic fluid in T2l4，Western Sichuan Basin

圖7 川西地區(qū)雷四段基質(zhì)白云巖和孔縫充填物碳氧同位素分布（據(jù)文獻(xiàn)［19-21］修改）Fig.7 δ13C and δ18O of matrix dolomite and pore fillings in T2l4，Western Sichuan Basin（Modified according to References［19-21］）

鍶同位素（87Sr）是由87Rb衰變而來，其形成具有不可逆性，并且該同位素性質(zhì)非常穩(wěn)定，因此，可以作為判斷成巖流體來源的重要參數(shù)，海水中鍶同位素的組成主要受控于陸源富鍶流體和幔源貧鍶流體，87Sr/86Sr 是兩種鍶來源共同作用的結(jié)果，而沉積環(huán)境的差異也是影響碳酸鹽巖87Sr/86Sr 組成的重要原因［23］。目前為止，地史中的鍶同位素組成及其演化資料較為豐富，從前寒武紀(jì)到第四紀(jì)均被完整覆蓋［24］。

將川西地區(qū)雷四段基質(zhì)白云巖和孔縫充填物的鍶同位素投到下三疊統(tǒng)嘉陵江組—上三疊統(tǒng)須家河組87Sr/86Sr演化曲線上，全球范圍內(nèi)雷四段沉積時(shí)期正常海水87Sr/86Sr 值主要為0.707 602～0.707 629，而川西地區(qū)雷四段幾乎所有基質(zhì)白云巖和孔縫充填物樣品87Sr/86Sr 值均高于該時(shí)期的正常海水范圍（圖8）。出現(xiàn)87Sr/86Sr 高值的原因主要為：①沉積時(shí)期海平面下降。②成巖期地表淡水富鍶流體的滲入。③相鄰層位富鍶流體的跨層流動(dòng)。④處于封閉且蒸發(fā)較強(qiáng)的沉積環(huán)境［17］。

圖8 川西地區(qū)雷四段基質(zhì)白云巖和孔縫充填物鍶同位素分布（據(jù)MCARTHUR等［24］修改）Fig.8 Distribution of 87Sr/86 Sr of matrix dolomite and pore fillings in T2l4，Western Sichuan Basin（Modified according to MCARTHUR et al［24］）

據(jù)前人研究可知，整體上，雷三段沉積晚期—雷四段沉積晚期，川西地區(qū)海平面處于上升階段，從膏巖湖逐漸過渡到蒸發(fā)潮坪沉積［25］，因此沉積時(shí)期海平面上升并非是造成該區(qū)雷四段87Sr/86Sr 高值的原因。此外，前已述及，碳氧同位素組成表明成巖流體并非來源于地表大氣淡水，因此排除了地表富鍶淡水的影響。另外，川西地區(qū)雷四段87Sr/86Sr高值與下伏雷三段—雷一段、嘉陵江組沉積時(shí)期以及上覆馬鞍塘組—小塘子組、須家河組沉積時(shí)期海水的87Sr/86Sr分布范圍具有明顯差異，因此也排除了相鄰層位富鍶流體跨層流動(dòng)的影響（圖8）。

川西地區(qū)在中三疊世雷口坡組沉積時(shí)期，受造山運(yùn)動(dòng)構(gòu)造擠壓的影響，在臺(tái)內(nèi)形成了潟湖、咸化鹽湖發(fā)育的基底，川西地區(qū)雷四段沉積時(shí)期主要發(fā)育潟湖、間歇性干化潟湖、膏巖湖等沉積亞相，此外，伽馬蠟烷和碳氧同位素特征等研究資料也表明，川西地區(qū)雷口坡組沉積時(shí)期處于較為封閉、咸化、鹽度較高的蒸發(fā)環(huán)境中［9，26］，進(jìn)而可以推斷出川西地區(qū)雷四段基質(zhì)白云石、孔縫充填物87Sr/86Sr高值是由于沉積時(shí)期海水蒸發(fā)濃縮、處于相對(duì)封閉的沉積環(huán)境所致。

5 成巖流體侵入模式

圖9 川西地區(qū)雷四段成巖流體侵入模式Fig.9 Intrusion models of diagenetic fluid in T2l4，Western Sichuan Basin

如圖9所示，雷四段沉積時(shí)期，川西地區(qū)整體表現(xiàn)為蒸發(fā)潮坪環(huán)境，在此背景下，海水被特大潮汐或風(fēng)暴潮帶到炎熱的潮上帶，在毛細(xì)管濃縮作用下，海水漸進(jìn)蒸發(fā)、濃縮，鹽度增大，在同生-準(zhǔn)同生期，這種高鹽度濃縮海水下沉進(jìn)入早期形成的孔縫系統(tǒng)中，從而成為早期成巖流體的來源之一。此外，在潮間帶靠海一側(cè)和海平面以下，當(dāng)海水循環(huán)受限，且蒸發(fā)背景較強(qiáng)時(shí)，海水鹽度和比重升高，流體通過早期未固結(jié)或滲透性較好的沉積物發(fā)生滲透回流作用，進(jìn)入早期形成的孔縫系統(tǒng)中，這是早期成巖流體的另一來源。

進(jìn)入埋藏期后，早期保存于孔隙中的高鹽度封存海水（鹵水）在上覆巖層的壓實(shí)作用下釋放，流體沿早期孔隙或成巖縫運(yùn)移，進(jìn)入目的層附近滲透性較好的儲(chǔ)集體中，成為晚期成巖流體的來源（圖9）。

綜上所述，川西地區(qū)雷四段87Sr/86Sr高值是蒸發(fā)潮坪環(huán)境下同生-準(zhǔn)同生期毛細(xì)管濃縮作用、滲透回流作用以及埋藏期封存海水釋放作用的流體侵入所致。

6 結(jié)論

川西地區(qū)雷四段礦物充填序列復(fù)雜，雷四段儲(chǔ)層孔隙和裂縫中礦物充填序列具有相似特征，其完整的礦物充填序列為：第Ⅰ期微-粉晶白云石和方解石、第Ⅱ期細(xì)晶白云石和方解石以及第Ⅲ期中晶白云石、方解石和嵌晶白云石。

流體包裹體分析結(jié)果顯示，川西地區(qū)雷四段成巖流體同樣分為3期。研究區(qū)雷四段基質(zhì)白云巖與孔縫充填物碳、氧和鍶同位素分析結(jié)果表明，雷四段成巖流體并非來源于地幔流體、大氣淡水及相鄰層位流體，而是具有正常海相碳酸鹽巖的地化特征。

川西地區(qū)成巖流體來源復(fù)雜，通過沉積環(huán)境和成巖礦物地化特征綜合分析認(rèn)為，川西地區(qū)雷四段87Sr/86Sr高值主要是由蒸發(fā)潮坪環(huán)境下同生-準(zhǔn)同生期毛細(xì)管濃縮作用、滲透回流作用以及埋藏期封存海水釋放作用的流體侵入造成的。