深埋条件下微生物碳酸盐岩成岩作用与孔隙演化——以四川盆地西部中三叠统雷口坡组为例

四川盆地西部(简称川西)中三叠统雷口坡组白云岩是埋深超过5 000 m的油气勘探目的层之一。通过对10余口钻井以及多条实测露头剖面的研究,采用了包括薄片、铸体片、阴极发光、环境扫描电镜及能谱分析(SEM-EDS)、流体包裹体、微区碳-氧同位素、碳酸盐岩△47团簇同位素温度计、方解石U-Pb定年以及FIB-CT等技术方法,探讨了深埋条件下微生物碳酸盐岩成岩流体与孔隙演化的机理。研究表明,研究区存在开放、封闭和半开放等3种早期成岩体系,分别对应于潮湿气候条件下的潮间带-潮下浅水带的藻(灰)云岩中的强大气淡水作用(带),干旱条件下的潮上-潮间带膏盐岩-含藻纹层泥晶云岩的弱大气淡水作用以及早期表生-浅埋藏下的细菌微生物-灰泥相互作用。大规模白云岩化作用,以及埋藏-构造期的去云化作用分别发生于晚三叠世的卡尼阶(226.50 Ma±9.68 Ma)与诺利阶(211.50 Ma±1.50 Ma),地层温度分别为43~54℃和50℃。在白云石(δ^(18)O_(水)=-0.83‰~9.70‰)与方解石(δ^(18)O_(水)=-1.16‰~12.94‰)的胶结过程中,随着胶结物晶体增大,δ^(18)O_(水)总体逐渐降低,指示了温度升高与盐度升降变化。统计结果表明,微生物碳酸盐岩的主要孔隙类型包括格架孔(占比32.38%)、扩溶缝洞(占比43.69%)和微孔隙。微孔隙连通性好,富有机酸的孔隙流体抑止了规模性的胶结作用,导致部分孔隙得以保存。向上变浅的浅水潮下带-潮间带“米氏(级)微生物岩沉积旋回”,以及开放-半开放早期成岩体系是孔隙发育的基础。埋藏成岩流体迭加改造作用导致了储层孔隙度在一定程度上减少。

川西中三叠统雷口坡组三段-四段白云岩特征与成因——来自于岩相学及地球化学的约束

白云岩化是影响储层发育是否的重要沉积-成岩过程。作者通过在对川西地区的中三叠统雷口坡组的雷三至雷四段的岩相学,碳、氧、锶、镁同位素以及元素地球化学等综合研究,划分出含膏的泥晶云岩AD0、泥晶云岩D0、泥粉晶云岩D1、粉细晶云岩D2、微生物云岩MD、含灰质藻云岩CD(交代结构)以及去云化的泥粉晶云岩(CD0CD1)等七类白云岩。白云石有序度及铁、锰含量较低。阴极发光以暗紫、暗紫红、蓝紫为主;次为玫瑰红、橙红及橙黄红色。δ^(13)CPDB=1. 95‰～2. 46‰,δ^(18)OPDB=-4. 05‰～2. 70‰;^(87)Sr/^(86)Sr=0. 70778～0. 70807,δ^(26)Mg=-1. 872‰～-2. 124‰,其中δ^(13)C_(PDB)、^(87)Sr/^(86)Sr的平均值与中三叠世全球海水相似;δ^(18)O_(PDB)为弱负漂及正偏移。从D2、D1至D0、AD0,Sr、Na和大部分微量元素含量及比值和δ^(18)O_(PDB)逐渐增加; AD0、少量D0或MD相对富含硅、铝,并与高(低镁)方解石、黏土、有机质等共生。离子组成反映出白云石的前驱物以方解石型为主,少量为文石、原白云石结构。存在广盐、稍咸和超盐度的碱性等沉积环境。白云岩形成主要受向上变浅米级旋回序列,干燥、炎热为主、偶夹潮湿古气候以及古地貌-古水文条件等因素影响。存在浅潟湖的萨勃哈(AD0或D0)、环潮缘至局限台地(D0-D1、微生物诱导MD)、潮间-潮下的微生物礁(席)构成的障壁的台缘带(MD-CD1-CD)、潮坪-开阔台地(D0-D2-CD1、MD)等环境,以萨勃哈和受蒸发泵-密度差驱动的"渗透-回流白云石化"模式为主。

塔里木盆地东北部中上奥陶统却尔却克群深水碳酸盐岩及白云岩化

塔里木盆地东北部库鲁克塔格中上奥陶统却尔却克群中的深水碳酸盐岩及其白云岩化是较为特殊的沉积与成岩作用类型之一。通过对南雅尔当山剖面详细观察与采样分析,阐明了其沉积学、岩石学及地球化学特征：深水碳酸盐岩的顶、底均与浊积岩伴生,呈重力滑覆—带状分布,主要由黄灰色—灰色、大多呈薄层瘤状的白云岩夹泥页岩构成;可见到海绵骨针、三叶虫等浮游生物化石以及分选差的花岗岩、火山岩及硅质岩等碎屑;基本保留了原始沉积中的溶解、水平层理等较深水沉积的特征。该套白云岩包括泥粉晶白云岩、细晶白云岩或残余陆屑白云岩、巨型藻鲕白云岩和生屑泥粉晶白云岩等9类白云岩;白云石有序度为0.47-0.56和0.70-0.76,中强阴极发光,经历了2期较强的白云岩化作用;富含SiO2、Al2O3、Mg、Mn、Fe、Mn O和TiO2;^δ34SV-CDT为-0.2-6.6,ΣREE含量为46.7×10^-6-67.4×10^-6,呈正铕负铈的“帽式”稀土配分模式,反映相对还原沉积环境;反映沉积水体盐度的Na2O＋K2O、Sr、Ba含量偏低,^87Sr/^86Sr值相对偏高,^δ18OPDB、^δ13CPDB稍低,不能指示原始海水或原始环境。综合上述分析结果认为：这套深水碳酸盐岩形成于向上变浅的缓坡带,其发生了浅埋藏、中—深埋藏条件下的2期白云岩化,且受构造推覆或重力滑覆至外陆棚,并发生裂隙—溶蚀作用和白云石、方解石及烃类的充填作用。

从岩石学及微区同位素探讨四川盆地灯影组皮壳-葡萄状白云石成因

四川盆地灯影组中的"皮壳、栉壳及葡萄状"白云石是一种非常特殊结构白云石。对四川盆地灯影组葡萄-皮壳状及基岩岩石学、碳氧与锶同位素等研究表明:皮壳-葡萄状白云石早期由内纤状(AC)、外为束状-放射状海底纤柱状(RFC)的文石及犬牙状高镁方解石或粒状方解石构成。不同尺度"球状-哑铃"或菱形的泥微晶白云石沿C轴呈台阶式相向生长,反映了海水潜流带为主的生长模式。微区同位素揭示了环带中的粉细晶白云石要比黑、白相间纤状白云石中的δ^(13)C,δ^(18)O负偏明显;黑色纤状又较白色纤状白云石δ^(13)C,δ^(18)O正偏。环带至少有3种变化情形:(1)δ^(18)O(PDB),δ^(13)C(PDB)负偏,87Sr/86Sr较高,较宽的明、暗阴极条带,指示了周期性弱氧化与弱还原环境的变化海水并叠加了大气淡水作用;(2)有序度变化大,从环带核部至边缘,δ^(13)C(PDB)缓慢下降,δ^(18)O(PDB)缓慢升高,87Sr/86Sr接近同时代的海水平均值,核部中等橙红向外为不发光-暗淡发光,反映了核部弱还原向外变为弱氧化、海水并有持续大气淡水的补给;(3)有序度较低、从环带核部至边缘,δ^(13)C(PDB)缓慢上升,δ^(18)O(PDB)先升后降,边缘稍为偏负,中等橙红色、间隔有相对暗淡阴极发光,推测为停滞浓缩海水为主、后有弱氧化大气淡水补给。据此推断,皮壳-葡萄状白云石是在新元古南华纪冰期的特殊海水背景下,经历了过饱和海水中微生物中细菌参于下成核、准稳态含镁矿物沉淀(AC-RFC)、大气淡水下水岩作用粒状方解石(RFC-PC)和浓缩海水中的准同生云化作用过程。