南盤江盆地茅口組生物礁碳酸鹽巖成巖特征

趙建成，劉樹根，李智武，張 萍，萬洪成

(1 中石化勝利油田分公司西部新區研究中心，山東 東營 257000；2 成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室, 成都 610059；3 勝利油田河口采油廠，山東 東營 257200；)

南盤江盆地茅口組生物礁碳酸鹽巖成巖特征

趙建成1，劉樹根2，李智武2，張 萍3，萬洪成2

(1 中石化勝利油田分公司西部新區研究中心，山東 東營 257000；2 成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室, 成都 610059；3 勝利油田河口采油廠，山東 東營 257200；)

生物礁油氣藏是油氣勘探的一個重要目標，其儲集性能的好壞是控制它能否成藏的關鍵。中二疊世南盤江盆地發育以海綿類為主要骨架的生物礁，其經歷了海底潛流、淡水、埋藏、表生等成巖環境，最后抬升出露地表遭受侵蝕。所發生的成巖作用主要有：膠結、溶蝕、白云化、硅化以及壓實、壓溶作用。在前兩種環境中，主要是膠結作用，伴隨溶蝕，這一階段儲層孔隙性遭到了一定程度的破壞；淺埋藏階段的膠結最終填滿孔隙；而中-深埋藏環境下的有機流體充注溶蝕以及相應發生的白云巖化作用有效改造了儲層的孔隙性，該區處于埋藏條件下的臺緣生物礁是有利的油氣勘探目標。

茅口組；生物礁；成巖；南盤江盆地

DO I：10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.004

南盤江盆地二疊紀棲霞期發育大型緩坡臺地，深水區發育孤立臺地，臺地邊緣發育灘相；茅口期臺地邊緣灘相轉為海綿生物礁相，開闊臺地區后存在孤立臺地；吳家坪期發生了東吳運動的第一幕，東南部的欽防海槽關閉，本區開始大面積隆升，發育廣泛的陸相沉積體系；長興期海水由南向北侵進，發育清水碳酸鹽臺地，在臺地邊緣和內部形成了不同類型的礁體[4]。本次所采樣的茅口期生物礁通位于臺地邊緣，屬于臺地邊緣型礁（圖1）。二疊紀南盤江盆地處于裂陷期，臺地邊緣往往發育同沉積斷裂。

前人對南盤江盆地生物礁的分布、生態做了大量工作[5~7]，對碳酸鹽的成巖特征也有所研究，但是往往集中某一個礁或者針對某一種成巖作用[8~11]，這有利于深入分析，但同時存在對比及歸納的缺陷，不能建立起較為完全的成巖序列。本次在南盤江盆地茅口組多個生物礁的核部或頂部取樣，其中西部三個，包括廣西隆林祥播村、廣南打卦寨和廣南董那夢村；中部1個位于田陽那坡鎮；東部一個在廣西寧明縣。并對寧明駝龍鄉生物礁進行了剖面測量和系統采樣。利用偏光顯微鏡鏡下觀察，建立成巖序列并討論不同階段成巖作用對儲層孔隙性的影響。

圖1 南盤江盆地茅口期生物礁分布（巖相古地理背景[12]）

1 成巖作用類型及特征

鏡下觀察識別出該區生物礁碳酸鹽成巖作用主要有膠結、溶蝕、白云石化、硅化、壓實、壓溶。

1.1 膠結作用

是該區普遍的成巖類型，膠結物以方解石為主，具有晶形多樣、多世代的特征。

第一世代膠結物形態在各采樣點相同，均為纖狀，它們以藻類或者泥晶化的顆粒為底質發育，或者沿孔洞壁生長（圖板Ⅰ-1，2，3），被認為是形成于海底潛流環境的纖狀文石方解石化的結果[13]。

第二世代膠結物主要以中晶柱狀或者刃狀為主(圖板Ⅰ-2c，Ⅰ-3b)，有的則在第一世代之上直接生長出粗晶葉片狀膠結物。相對第一世代它們橫縱比例比大，與淡水的混合相關。

第三世代膠結物存在兩種晶形，一是粗晶葉片狀(圖板Ⅰ-2)，二是中-粗晶塊狀(圖板Ⅰ-3)，都發育在中晶柱狀膠結物之上，前者特征明顯。這種表面光潔塊狀方解石膠結被認為是早期淡水膠結產物[13]。

粗晶塊狀方解石膠結物作為第四世代膠結物，生長在粗晶葉片狀膠結物之上(圖板Ⅰ-4)，晶面較粗糙，內部含鐵質，判斷為淺埋藏環境下的重結晶。

研究區膠結物除表現出世代接觸關系外，還伴隨有溶蝕（圖板Ⅰ-5，6）。圖板1-5顯示出溶蝕再膠結的過程，早期粗晶葉片狀方解石（圖板Ⅰ-5d）遭受淡水溶蝕再沉淀出泥晶方解石（圖板Ⅰ-5e）形成平頂，然后生長粗晶塊狀狀方解石（圖板Ⅰ-5f）。在寧明剖面7層淡水滲流帶下部第5層樣品中同樣可見旋回性的溶蝕膠結，后期膠結物晶體橫向增長趨勢明顯，最終為晶面光潔極粗晶塊狀方解石。圖板Ⅰ-6體現了中晶刃狀方解石被溶蝕改造為細晶等軸粒狀的過程，晶間浸染了黃鐵礦，推測是淺埋藏環境下還原性流體改造的結果，后期重結晶為上述的粗晶塊狀方解石（圖板Ⅰ-4）。

圖板I 膠結作用特征

通過以上觀察分析并參考張廷山等（1999）對四川盆地南北緣志留紀生物礁膠結作用的研究[14]，得出第一世代纖狀膠結物成于海水潛流環境；第二世代膠結，晶體橫向長大成葉片或刃狀，處于海水與淡水的混合環境。第三世代晶面清潔光亮塊狀方解石形成于淡水環境；第四世代晶面較粗糙的塊狀方解石是在淺埋藏環境下重結晶而成。

1.2 溶蝕

溶蝕作用在生物礁內發育較廣，既有同生期淡水環境下的溶蝕也見中—深埋藏條件下的溶蝕，又有表生期的巖溶垮塌作用。

早期淡水的溶蝕作用主要表現在與方解石膠結的相互競爭上，上面已經介紹，這里不再贅述。

寓言故事淺顯，道理深刻，它是“穿著外衣的真理”(俄國寓言作家陀羅雪維夫語)，這個“外衣”就是故事，“真理”就是蘊涵在故事中的道理和生活經驗，為了讓一些生活經驗和道理能讓人明白，寓言常借用生活中常見的情境和情節，用講故事和談話的風格娓娓道來，故事淺顯，但道理深刻。

中—深埋藏環境的溶蝕表現為有機流體溶解早期方解石膠結物，可見瀝青充填溶洞（照片1）。二疊紀南盤江盆地處于裂陷期，張性斷層和裂縫及茅口組頂部的不整合面可作為流體運移的良好通道。其次，伴隨流體溶蝕產生了一系列成巖反應，如白云石化，硅化，后面將對它們詳細描述。

表生期的溶蝕表現為巖石遭受溶蝕垮塌，原巖被切割成角礫狀，所產生的空間被外來物充填，后期發育的裂縫被方解石膠結物充填（照片2）。

1.3 白云石化

本次所研究的生物礁位于臺地邊緣，屬于淺水環境，沉積期海進海退較頻繁，這就為混合水白云化提供了良好條件，在寧明駝龍生物礁剖面中見淡水滲流帶（第 7層），同時其下部存在白云石交代亮晶塊狀方解石（第 3層），同時見生物個體的泥晶化（圖板Ⅱ-1）。

研究區的深水盆地沉積的薄層泥灰巖或泥巖、硅質巖中存在白云巖，普遍認為是埋藏白云化，Mg2+來源于深埋藏過程中從泥頁巖中排出來的富含 Mg2+且鹽度較高的殘余孔隙水(其部分 Mg2+可能是由泥頁巖中蒙脫反向伊利石轉化所釋放出來的)[11]。同時，泥盆—二疊紀臺地邊緣普遍發生同沉積斷裂，這樣就為盆地中含有Mg2+的壓實流體向臺地邊緣的生物礁運移提供了通道，從而導致了生物礁內以下幾種特征的白云巖化。

照片1，董那夢；a：粗晶葉片狀方解石；b：瀝青；c：未被充填的溶孔。10x4(-)

照片2，寧明；原巖遭受巖溶，裂縫切割成角礫狀；a：原巖；b：外來充填物；c：后期裂縫。10x2(-)

圖板II 白云石化作用特征

一種是選擇性白云化，可見鈣質生物殼被交代，呈泥亮晶形態（圖板Ⅱ-2）。也見粉晶粒狀白云石交代藻紋層骨架，晶形呈半自形-它形，同時存在層狀溶孔，推測是裂縫溶蝕擴大的結果（圖板Ⅱ-3）。這種選擇性體現了淺埋藏環境的成巖特征[13]。

研究區中—深埋藏環境的白云石化一是表現為白云石交代葉片狀膠結物，晶形較好呈半自形-自形，伴隨著溶蝕，形成晶間孔或晶間溶孔，內部充填黃鐵礦或瀝青（圖板Ⅱ-4），這種作用有與油氣運移同期；二是與熱液作用有關的馬鞍狀白云石，特征是晶面粗糙，波狀消光，形成晶間孔或晶間溶孔（圖板Ⅱ-5，6）。這種作用見于寧明駝龍生物礁剖面頂部，是生物礁在埋藏過程中，熱液通過其與P2w不整合面處的風化殼進行運移，對其下部礁體產生淋濾導致白云石化。

1.4 硅化

一類是選擇性硅化，石英顆粒圍繞被亮晶方解石所交代的骨架海綿發育，呈半自形-自形晶（圖板Ⅲ-1）。形成這種分布原因認為是，交代的生物個體是“硬物質”，而圍繞它的藻類或者充填個體間的基質是泥晶態的“軟物質”，兩者之間的接觸面是一個薄弱面，是流體充注的有利場所。

表生期 潛水面附近 巖溶垮塌

圖板III 硅化-壓實、壓溶作用特征

第二類是伴隨溶蝕的交代方解石硅化，可見半自形-自形中-粗晶石英分布于蝕變的方解石中，或與瀝青一起充填溶洞中，說明了含硅質有機流體的溶蝕與硅化同時進行（圖板Ⅲ-2）。

第三類是埋藏巖溶所導致的硅化，所取的樣品中見原巖被溶蝕改造為角礫狀，角礫邊緣均勻分布半自形-自形的細晶石英顆粒，其中心部分仍殘留著泥晶方解石（圖板Ⅲ-3），同時在這一塊樣品中見晚期膠結物遭受溶蝕，并充填瀝青。

最后一類是硅質交代泥晶方解石，形成六邊形硅質環邊，裂縫為流體提供了運移通道，并遭受溶蝕擴大，見其中充填或部分充填石英（圖板Ⅲ-4）。

表1 成巖序列及成巖環境簡述

1.5 壓實、壓溶

在研究區壓實、壓溶作用普遍，在董那夢地區比較典型。未被膠結的生物個體被壓扁，定向排列，并伴隨著溶蝕，空間被瀝青所充填（圖板Ⅲ-5）；被膠結的生物顆粒變形不強烈，個體之間的壓溶縫充填瀝青（圖板Ⅲ-6）。

2 成巖序列及成巖環境

根據成巖特征分析，研究區的生物礁經歷了以下成巖環境：①海底成巖環境；②淡水成巖環境；③埋藏成巖環境；④表生成巖環境（表1）。

海水到淡水環境的轉變過程中，依次發生了纖狀文石、葉片（刃）狀方解石、塊狀方解石膠結以及混合水白云化，與其相伴隨的是淡水溶蝕作用是在淺埋藏階段，葉片狀方解石遭受溶蝕改造成粒狀，后期重結晶形成粗晶塊狀；同時發育白云石交代生物殼，表現為泥晶，或交代藻紋層骨架，呈粉晶粒狀，形成白云石規律性的分布。

隨后進入中—深埋藏環境，此時盆內的生油巖已經成熟并排烴，伴隨地層建造水向臺地邊緣運移進入生物礁，發生了含硅有機流體的充注，導致了礁內的熱液白云巖化、硅化，以及溶蝕作用，成巖作用復雜。在深埋藏環境下發生了較為強烈的壓實、壓溶作用。

生物礁抬升后在表生成巖期發育巖溶垮塌。

3 成巖作用對儲層孔隙性的影響

破壞性的成巖作用主要是早期的膠結以及晚期的壓實、壓溶作用(圖 2A，B，E，F)；建設性成巖作用主要是埋藏環境下溶蝕及白云石化（圖2C，D）。但膠結作用對儲集層孔隙性影響又不是截然分明的。早期方解石一是發生沉淀充填了孔洞，減小了原始孔隙度，二是交代了生物個體骨架，進入埋藏壓實階段中，膠結方解石起到了支撐作用（圖2—②），而且在中—深埋藏環境時，有機流體充注溶蝕早期成巖階段形成的方解石膠結物（圖2—①），同時發生白云石化，形成了溶孔、晶間孔、晶間溶孔以及溶蝕擴大縫（圖2—①）。因此，埋藏期的溶蝕，白云石化作用在一定程度上彌補了膠結對孔隙性的破壞。因此，處于中—深埋藏環境的生物礁具有良好的油氣儲集空間。

圖2 主控成巖作用對儲集層孔隙性影響示意圖

4 結論

1）生物礁首先經歷了海底及地表淡水環境（東吳運動第一幕），主要成巖作用為膠結和溶蝕；隨后進入了埋藏環境，主要發生了與有機流體的充注溶蝕作用相伴隨的白云石化和硅化，以及壓實和壓溶；最后抬升到地表，在表生期，經歷了巖溶作用。

2）對儲層孔隙性的起破壞作用的主要是同生期—早成巖期的方解石膠結，而中成巖期的白云石化、溶蝕改善了儲集層，因此，現今處于埋藏階段的臺地邊緣生物礁是有利的油氣勘探目標。

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The Diagenetic Characteristics of Reef Carbonate of the M aokou Formation in the Nanpanjiang Basin

ZHAO Jian-cheng1LIU Shu-gen2LI Zhi-wu2ZHANG Ping3WAN Hong-cheng2
(1-Western New Prospect Research Center, Shengli Oilfield, Sinopec Group, Dongying, Shandong 257000 ; 2-State Key Laboratory of Geology and Exploration of Oil and Gas Reservoir, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 3-He Kou Oil Production plant, Shengli Oilfield, Dongying, Shandong 257200)

The reef oil-gas pools are an important target in the oil and gas exploration. Its reservoir quality is of great importance. Generally, the main controlling factors of development of reef reservoir include deposition, structure and diagenesis. The former two have influence over the distribution of the reservoir and the latter determines the quality. In the Middle Permian, reef constructed mainly by sponges was well developed in the Nanpanjiang basin. This article deals with controls of diagenesis over reef reservoir conditions in the Nanpaniiang basin based on thin section observation. The study indicates that the reef experienced the submarine phreatic, freshwater, buried, epigenetic environments in turn and uplifted to the surface to be eroded at last. The diagenesis happened in those conditions includes cementation, dissolution, dolomitization, compaction and pressure solution. The cementation primarily occurred in the submarine phreatic and freshwater environments and accompanied by dissolution with reservoir porosity destroyed to some extent. Going into the shallow buried environment, pore space in the reef was almost filled with cements. Sanking to the middle-deep buried environment, dolomitization and dissolution took place in the reef, which improved reservoir porosity significantly. So the reef under buried environment will be a favorable exploration target.

Nanpanjiang basin; Maokou Formation; reef; diagenes is

P618.130、2

A

1006-0995（2014）01-0014-06

2012-11-21

中國石化海相前瞻性項目“華南古板塊地裂運動與海相油氣前景”(編號: PH08001)”

趙建成（1983-），男，河北霸州市人，助理工程師，從事構造解釋工作