遵義松林剖面燈影組風化殼巖溶特征

陶夏妍，范 鵬，張云峰

（西南石油大學資源與環境學院，四川成都 610500）

遵義松林剖面位于貴州省遵義市西松林鎮，隸屬于川東南探區。幾十年來對四川盆地震旦系、寒武系的勘探雖然開展了勘探和研究工作，除發現了威遠震旦系氣田和寒武系氣層、資陽震旦系氣藏外，目前還無重大的突破。這說明震旦系、寒武系儲層地質特征和成藏條件和規律的復雜性[1]。震旦紀末期的桐灣運動使得松林剖面因構造抬升暴露于大氣環境下，經歷了風化殼巖溶作用，大氣水滲入其中循環發生巖溶作用，受到風化、剝蝕，缺失部分地層[2-3]。

1 識別標志

松林剖面燈影組風化殼巖溶作用特征明顯，部分地層遭受剝蝕，在殘余地層中形成了大型洞穴、溶蝕孔洞、高角度溶縫等典型的巖溶特征。其充填物有泥質、巖溶角礫、溶積泥巖、石鐘乳等，均指示了風化殼巖溶作用的發生。研究區震旦系地層內，見發育程度不等的多種巖溶現象，出現了規模不同、形態各異的巖溶縫洞系統和內部充填物。通過對野外剖面、薄片的觀察、研究，地球化學標志等特征的分析，認為本區白云巖風化殼巖溶主要有以下識別標志。

1.1 地層標志

因風化殼巖溶是地層受到構造抬升出露地表遭受風化剝蝕而形成，必然會形成一個不整合面，不整合面以下便會形成風化殼巖溶，不整合面上會有風化殘積層的存在[4]。風化殘積層以層狀、透鏡狀、不規則狀分布于震旦系上覆地層寒武系的底部，厚度較小，主要由鋁土質泥巖、鋁土巖、褐鐵礦、黃鐵礦和風化殘積角礫等組成（見圖1）。

圖1 上震旦統燈影組與下寒武統梅樹村組地層之間的平行不整合接觸

1.2 巖石學、礦物學標志

1.2.1 巖溶角礫巖 巖溶角礫為風化殼巖溶識別的典型標志[5]。巖溶角礫巖主要位于風化界面以下5～80 m的范圍內，與周圍地層呈不規則狀突變接觸，單層厚一般在0.2～10 m，最厚可達15 m 左右，巖溶角礫巖多呈灰黑色和雜色，結構組分復雜，主要有云質和灰質角礫巖兩類。角礫的巖性成分多樣，常與相鄰地層的巖性一致，有泥晶白云巖、粉晶白云巖、泥一粉晶白云石巖和顆粒白云巖等類型，分選和磨圓極差，角礫和雜基支撐者均有；角礫間主要由細粒碳酸鹽機械碎屑和泥質充填。絕大多數巖溶角礫巖中未見有孔、洞、縫的存在（見圖2，A）。

1.2.2 高角度溶溝和溶縫 高角度溶溝和溶蝕擴大縫是本區震旦系碳酸鹽巖遭受表生期巖溶作用的一個常見識別標志。溶蝕擴大縫常被泥質及少量的碳酸鹽巖角礫、粒狀白云石充填，一般分布于剝蝕面以下100 m的深度范圍內（見圖2，B）。

1.2.3 大型溶洞 大型溶洞是識別風化殼巖溶作用的重要標志之一。它的形成和發育是本區震旦系碳酸鹽巖水平潛流帶巖溶作用的結果。這些大型溶洞及其充填物是潛水面溶洞系統和地下水流系統的重要識別標志。白云巖中發育的溶洞規模相對較小，洞徑一般不超過l m，為白云巖角礫、泥質和碳酸鹽礦物充填-半充填（見圖2，C）。

圖2 風化殼巖溶識別標志

1.2.4 中小型溶蝕孔洞 本區震旦系碳酸鹽巖風化殼巖溶帶中，中小型溶蝕孔洞發育,常呈囊狀或水平狀，孔洞徑一般在0.2～l0 cm，多被泥質、粉砂等滲流沉積物及白云石和硅質礦物等化學沉淀物充填或半充填。白云巖中的溶蝕孔洞多呈蜂窩狀分布，部分呈拉長狀平行層面分布，孔洞間的連通性較好，且充填度較低，僅部分溶蝕孔洞為少量的白云巖角礫、泥質和白云石晶體充填或半充填。中小型溶蝕孔洞的發育說明了本區震旦系白云巖巖在表生環境滲流或潛流帶中經受了溶解作用，它們以具特征的滲流沉積物、示底構造以及產出于不整合附近等特征與埋藏環境中形成的溶蝕孔洞相區別（見圖2，D）。

圖3 燈影組溶洞中充填白云石δ13C ‰（PDB）與δ18O ‰（PDB）關系圖

1.3 充填物地球化學特征

據表1 及圖3可知，纖狀白云石、粉—細晶白云石的平均CaCO3克分子百分數分別為49.23 和49.6，平均有序度分別為0.902 和0.865，都沒達到理想白云石所具有的CaCO3：MgCO3=1：1，有序度為1的內部組構。纖狀白云石的δ13C 值平均為-0.4627 ‰（PDB）；δ18O平均為-8.0862 ‰（PDB）。粉-細晶白云石的δ13C 平均為0.1315 ‰；δ18O 平均為-5.22 ‰。由此可見，纖狀白云石及粉-細晶白云石的δ13C 值在0 ‰值附近變化，而δ18O 值中等偏負，反映出富16O的大氣淡水的作用。并且其δ18O 和δ13C的變化范圍較大，也證實是受了同位素含量波動較大的大氣淡水的影響。從微量元素Fe2+，Mn2+，Sr2+的含量來看，纖狀白云石和粉-細晶白云石的Sr2+含量低（平均分別為129.78×10-6，160.3×10-6），Mn2+含量低（平均分別為:256×10-6，340×10-6）；對于Fe2+來說，由于制樣時易造成污染，所以分析結果常出現較大的波動[6]。但剔出樣品分析結果中一些明顯偏大的值以后，仍可看出，纖狀白云石和粉-細晶白云石的Fe2+多在（200～300）×10-6范圍內變化。由此可見，纖狀白云石和粉-細晶白云石是低Fe2+，Mn2+，Sr2+的，反映出生成環境為氧化、開放的大氣淡水環境。

2 垂向分帶特征

根據水文條件、巖溶作用過程及產物特征概括出一個綜合的巖溶剖面模式。該巖溶剖面中，位于潛水面之上的部分，其孔洞和裂縫空間未被地下水飽和，這大氣水在重力的作用下主要是向下垂直滲流或流動。可劃分為兩個帶：表層巖溶帶和垂直滲流巖溶帶；潛水面之下的部分，該帶內的地下水仍屬重力水而非承壓水，但水流方向以水平方向為主，在無隔水層的情況下，該帶下部通過混合帶與基巖深鹵水過渡，可劃分為兩個帶：水平潛流巖溶帶和深部緩流巖溶帶。水平潛流巖溶帶溶蝕作用比較發育，是研究重點。

遵義松林野外剖面上震旦紀末期的風化殼巖溶作用特征明顯，主要位于燈影組中上部（上貧藻層段和中富藻層段），下部（下貧藻層段）巖溶作用較弱，以膠結為主。從上之下可劃分出3個巖溶作用帶，分布在層段282～364 m 范圍內，厚度為82 m（見圖4）。

（1）垂直滲流巖溶帶：層段：342～364 m，厚22 m。巖性頂部為厚層塊狀砂屑白云巖，其余部分為大套淺灰色細粉晶白云巖。該巖溶帶特征為高角度擴溶縫發育，溶洞形態呈水滴狀、裂隙狀；頂部可見風化殘積物，溶蝕洞縫部分被泥質、角礫充填。野外剖面上可見頂部發育風化殘積物，泥質、角礫充填表層巖溶帶；發育高角度擴溶縫，沿裂縫發育有串珠狀溶孔，溶蝕孔洞呈長條狀。

（2）水平潛流巖溶帶：層段：298～342 m，厚44 m。巖性為灰～淺灰色中細晶白云巖。該帶以發育扁圓狀、橢圓狀水平溶蝕孔洞為特征；該巖溶帶充填作用不強烈，孔洞保存較好。野外剖面可見白云巖中發育順層溶蝕縫洞儲集體，并且從上到下充填程度增加。

表1 白云石地球化學平均值

（3）深部緩流巖溶帶：層段：282～298 m，厚16 m,巖性為灰～淺灰色中細晶白云巖。底部見硅質結核。該巖溶帶巖溶作用不強烈，僅發育少量溶孔，且多數被白云石充填（見圖4）。

3 橫向分布與對比特征

巖溶帶的厚度及其分布反映了巖溶作用和巖溶發育的控制條件，川東南地區巖溶層厚度變化與巖溶地貌單元的關系密切，巖溶帶的厚度變化體現了多種因素的控制和影響。將遵義松林剖面風化殼巖溶發育特征與均處于巖溶斜坡區的林1 井、丁山1 井進行橫向對比可知：垂向滲濾帶在林1 井厚度最大，在丁山1 井厚度最小；水平徑流帶厚度基本無變化。震旦紀末期風化殼巖溶的各作用帶橫向上總體具有良好的可對比性，巖溶作用厚度一般80～110 m 范圍內，各巖溶帶厚度的變化不大，僅在林1 井的垂直滲流巖溶帶厚度相對較厚，說明古地貌差異不大，斷裂等構造作用不強烈（見圖5）。

4 結論

（1）震旦紀末期的桐灣運動使得松林剖面因構造抬升暴露于大氣環境下，經歷了風化殼巖溶作用，大氣淡水滲入并在其中循環而發生巖溶作用，受到風化、剝蝕，缺失部分地層。

（2）松林剖面燈影組風化殼巖溶的識別標志包括：不整合面上風化殘積層的存在、巖溶角礫巖、高角度溶溝和溶縫、大型溶洞、中小型溶蝕孔洞等，地球化學特別也顯示其形成于大氣淡水環境。

（3）從上至下將松林剖面燈影組風化殼巖溶分為垂直滲流巖溶帶、水平潛流巖溶帶、深部緩流巖溶帶等三個巖溶帶。

圖4 遵義松林剖面震旦紀末期風化殼巖溶剖面及巖溶帶劃分

圖5 松林剖面-林1 井-丁山1 井震旦系燈影組風化殼巖溶帶劃分對比圖

（4）通過與林1 井、丁山1 井的對比發現，震旦紀末期風化殼巖溶的各作用帶橫向上總體具有良好的可對比性，巖溶作用厚度一般80～110 m 范圍內，各巖溶帶厚度的變化不大，說明古地貌差異不大，斷裂等構造作用不強烈。

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