重慶白廟子下三疊統(tǒng)嘉陵江組第三、四段碳酸鹽巖成巖作用研究

摘 要：在前人研究基礎(chǔ)上，以重慶白廟子剖面為例，根據(jù)野外地質(zhì)剖面觀察以及室內(nèi)薄片鑒定、陰極發(fā)光分析，對(duì)研究區(qū)下三疊統(tǒng)嘉陵江組碳酸鹽巖成巖作用進(jìn)行研究，并初步探討了嘉陵江組地層所經(jīng)歷的成巖階段和成巖環(huán)境。結(jié)果表明，重慶白廟子剖面嘉陵江組碳酸鹽巖主要經(jīng)歷了壓實(shí)、壓溶作用，膠結(jié)作用，重結(jié)晶作用，交代作用，溶蝕作用，破裂作用等成巖作用；研究區(qū)經(jīng)歷了準(zhǔn)同生階段的海底-海水潛流成巖環(huán)境、大氣水成巖環(huán)境和成巖階段的埋藏成巖環(huán)境。

關(guān)鍵詞：四川盆地；碳酸鹽巖；嘉陵江組；成巖作用

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地東部華鎣山斷裂以東與七耀山斷裂之間展布著一系列北東-南西向、彼此平行的褶皺，華鎣山復(fù)式背斜就是其中之一，這些褶皺的特點(diǎn)是兩翼較陡，頂部平緩，而向斜開闊，底部平坦，為典型的隔擋式褶皺。

白廟子剖面位于重慶市北碚區(qū)，沿碚金公路，在白廟大橋至干洞子橋一帶，地質(zhì)構(gòu)造上屬于四川盆地東南部的華鎣山復(fù)式背斜的觀音峽主軸背斜的西翼，該區(qū)構(gòu)造線多以北東向?yàn)橹鳌Ｔ撈拭婢哂袠?gòu)造簡(jiǎn)單，野外露頭良好，巖性穩(wěn)定的特點(diǎn)，主要出露三疊系地層，其中出露的海相下三疊統(tǒng)嘉陵江組層序清楚完整，是研究嘉陵江組沉積特征及其沉積環(huán)境的良好場(chǎng)所。

圖1 重慶白廟子剖面交通位置圖

剖面嘉陵江組地層發(fā)育齊全，自下而上一般可分為4個(gè)巖性段：嘉1、嘉2、嘉3和嘉4，作者主要對(duì)研究區(qū)嘉3和嘉4兩個(gè)巖性段進(jìn)行了測(cè)量。

（1）嘉三段以灰?guī)r為主、巖性主要為青灰色微晶灰?guī)r、生屑微晶灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r，局部夾白云化灰?guī)r；（2）嘉四段以白云巖和鹽溶角礫巖為主，溶蝕垮塌現(xiàn)象嚴(yán)重，巖性主要為灰白-黃灰色白云巖，底部發(fā)育灰色結(jié)晶灰?guī)r，頂部發(fā)育雜色鹽溶角礫巖。

2 成巖作用類型及其特征

通過對(duì)白廟子剖面觀察測(cè)量，以及室內(nèi)薄片觀察鑒定，研究得出嘉陵江組碳酸鹽巖所經(jīng)歷的成巖作用類型主要有壓實(shí)、壓溶作用，膠結(jié)作用，重結(jié)晶作用，交代作用，溶蝕作用，破裂作用。

2.1 壓實(shí)和壓溶作用

壓實(shí)作用又稱為物理壓實(shí)作用，是指碳酸鹽沉積物在上覆層壓力下發(fā)生孔隙流體減少、孔隙度降低，沉積物密度增加，體積減小，顆粒變形破裂的作用。壓溶作用又稱為化學(xué)壓實(shí)作用，是指碳酸鹽顆粒在壓力作用下，在高壓應(yīng)力區(qū)發(fā)生溶解，通過流體遷移，在低壓應(yīng)力區(qū)進(jìn)行沉淀，它可以看作是壓實(shí)作用的繼續(xù)和發(fā)展，在成因上同壓實(shí)作用具有較強(qiáng)的聯(lián)系。壓實(shí)作用一般發(fā)生在早成巖階段的淺埋藏環(huán)境中，而壓溶作用多發(fā)生于較深的埋藏環(huán)境。

在文章研究剖面中，巖石非常致密，很難見到孔隙，說明壓實(shí)作用較強(qiáng)。常見的壓實(shí)現(xiàn)象有：顆粒間呈線接觸或凹凸接觸，以及顆粒的定向和變形、顆粒斷裂和破裂等。在泥晶灰?guī)r中，泥晶基質(zhì)圍繞大的礫屑顆粒收斂彎曲（圖版I-1）；在顆粒灰?guī)r和白云巖中，可見顆粒呈點(diǎn)、線接觸，并表現(xiàn)為一定的定向拉長(zhǎng)排列，部分生屑、砂屑受機(jī)械應(yīng)力而變形或破裂（圖版I-2、圖版I-3）。這些都是壓實(shí)作用的證據(jù)。壓溶作用主要發(fā)育在嘉三段的微晶灰?guī)r中，最明顯的特征是形成連續(xù)的鋸齒狀縫合線，多充填黑色瀝青或有機(jī)物（圖版I-4）。

2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是一種孔隙水的物理化學(xué)和生物化學(xué)的沉淀作用，其作用結(jié)果是晶體在粒間孔隙中發(fā)生晶體生長(zhǎng)，晶體作為膠結(jié)物把碳酸鹽顆粒或礦物粘結(jié)起來使之變成固結(jié)的巖石（姜在興，2003）。文章研究剖面的膠結(jié)作用主要發(fā)育在顆粒灰?guī)r中，主要包括具世代結(jié)構(gòu)的方解石膠結(jié)和共軸生長(zhǎng)方解石膠結(jié)兩種類型粒。

2.2.1 粒間具世代結(jié)構(gòu)的方解石膠結(jié)

充填孔隙的方解石膠結(jié)物呈現(xiàn)出兩個(gè)世代，方解石膠結(jié)物較干凈明亮，晶粒大小從孔壁向中心由細(xì)變粗。第一世代方解石膠結(jié)物為纖維狀、針柱狀的方解石，圍繞礫屑顆粒呈馬牙狀等厚環(huán)邊生長(zhǎng)；第二世代方解石膠結(jié)物主要為粉、細(xì)晶級(jí)方解石，圍繞第一世代膠結(jié)物生長(zhǎng)，靠近粒間孔近中部，晶體從孔隙邊緣向中心變大，以它形為主，部分呈半自形，干凈明亮（圖版I-5、圖版I-6）。

根據(jù)前人的研究（Longman，1980；黃思靜，2010），一般認(rèn)為纖柱狀方解石膠結(jié)物早期淺海海底潛流環(huán)境的產(chǎn)物，而晶粒狀方解石膠結(jié)物一般淡水環(huán)境下的產(chǎn)物。另外，碳酸鹽礦物陰極發(fā)光性主要與Fe2+、Mn2+含量有關(guān)，其中Fe2+作為猝滅劑，猝滅陰極發(fā)光，Mn2+作為激活劑，激活陰極發(fā)光（Pierson，1981；黃思靜，1992）。陰極發(fā)光顯示，第一世代的膠結(jié)物發(fā)光性相對(duì)較弱，表明Fe、Mn的含量更低，同時(shí)進(jìn)一步說明兩個(gè)世代膠結(jié)物形成階段的不同。

2.2.2 共軸生長(zhǎng)的方解石膠結(jié)

在生屑灰?guī)r中常見此類方解石膠結(jié)物，表現(xiàn)為棘皮碎屑的邊緣被共軸生長(zhǎng)的方解石加大，形成干凈明亮的共軸生長(zhǎng)邊，加大部分與棘皮碎屑主體同時(shí)消光，顆粒和膠結(jié)物之間存在較明顯的色差（圖版I-7、圖版I-8）。

2.3重結(jié)晶作用

重結(jié)晶作用是指在成巖過程中，礦物的晶體形態(tài)和大小發(fā)生變化而其主要礦物成分不變的作用，礦物一般由微晶變?yōu)榉奂?xì)晶，甚至更大的中-粗晶。文章研究剖面的重結(jié)晶作用主要發(fā)生在生屑灰?guī)r以及部分微晶灰?guī)r中，其中以亮生屑灰?guī)r最為明顯，主要表現(xiàn)為泥、微晶方解石或向粉-細(xì)晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變而使晶體增大的現(xiàn)象（圖版I-1）。

2.4 交代作用

交代作用是指原來的礦物和組分被新礦物礦物取代的作用，即礦物的一種同質(zhì)多像變體被另一種礦物取代。在文章研究剖面的碳酸鹽巖中，常見的交代作用主要有白云石化和去石膏化。

白云石化主要發(fā)育在粒屑灰?guī)r中，見粒屑灰?guī)r中砂屑、鮞粒、生物碎屑部分或全部發(fā)生白云石化，白云石呈半自形-他形粒狀，粉晶大小，保留了原鮞粒或砂屑的外形結(jié)構(gòu)（圖版II-2）。去石膏化作用的實(shí)質(zhì)是碳酸鹽中的硬石膏或石膏被方解石交代，研究區(qū)內(nèi)的去石膏化作用要分布在嘉四段的微晶白云巖中，鏡下典型特征是，粒狀方解石或舌狀、束狀或放射狀方解石具有石膏晶體的假象，部分方解石呈斑塊狀石膏假象出現(xiàn)（圖版II-3）。

2.5 溶解作用

溶解作用是指碳酸鹽巖沉積物中孔隙水的性質(zhì)發(fā)生變化，引起碳酸鹽巖礦物和其他成分溶解。溶解作用具有增加碳酸鹽巖孔隙的作用，常常形成溶孔、溶縫等，能夠顯著改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。通過薄片鑒定，結(jié)果顯示研究區(qū)的溶蝕作用主要發(fā)生在微晶灰?guī)r及鹽溶角礫巖中，它們可能與早期大氣淡水淋濾有關(guān)，溶蝕現(xiàn)象為方解石、石膏等顆粒發(fā)生溶蝕，形成粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、膏模孔等次生孔隙（圖版II-4、圖版II-5、圖版II-6）。

2.6 破裂作用

破裂作用主要是指巖層在外部應(yīng)力作用下形成裂縫的作用，按成因可分為成巖收縮縫和構(gòu)造裂縫兩種類型，二者常疊加形成不規(guī)則網(wǎng)格狀。研究區(qū)嘉陵江組碳酸鹽巖中裂縫主要為構(gòu)造縫，受構(gòu)造作用控制，裂縫呈多期次發(fā)生，發(fā)育平行、斜交或垂直層理的裂縫，裂縫幾乎全被方解石充填（圖版II-7、圖版II-8）。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）研究區(qū)嘉陵江組巖石類型以灰?guī)r、白云巖和鹽溶角礫巖為主，其中嘉三段以灰?guī)r為主，嘉四段以白云巖和鹽溶角礫巖為主。

（2）嘉陵江組地層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖過程，成巖作用類型多樣，主要經(jīng)歷了壓實(shí)、壓溶作用，膠結(jié)作用，重結(jié)晶作用，交代作用，溶蝕作用，破裂作用等。對(duì)四川盆地嘉陵江組成巖作用研究具有一定指導(dǎo)意義。

圖版I 成巖作用類型

圖版I-1壓實(shí)作用。含泥灰?guī)r，泥晶圍繞方解石顆粒收斂彎曲，T1J4，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)4.16mm。

圖版I-2壓實(shí)作用。砂屑白云巖，砂屑具定向排列，部分砂屑受擠壓變形，甚至發(fā)生破裂，T1J4，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)4.16mm。

圖版I-3壓實(shí)作用。生物礫屑灰?guī)r，生屑受擠壓發(fā)生斷裂，T1J4，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)4.16mm。

圖版I-4壓溶作用。灰質(zhì)白云巖，縫合線構(gòu)造，T1J4，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)8.13mm。

圖版I-5膠結(jié)作用。礫屑灰?guī)r，第一世代方解石膠結(jié)物呈馬牙狀，圍繞礫屑生長(zhǎng)，第二世代方解石膠結(jié)物呈晶粒狀，圍繞第一期膠結(jié)物生長(zhǎng)，粒間孔隙可見，T1J4。

圖版I-6圖版I-5的陰極發(fā)光照片，測(cè)試條件：11.2kV，360μA，曝光時(shí)間7s。

圖版I-7膠結(jié)作用。生屑灰?guī)r，棘皮具有干凈明亮的共軸生長(zhǎng)邊，T1J4，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)1.66mm。

圖版I-8圖版I-7的正交偏光照片，方解石組成的加大部分與棘皮主體具有同時(shí)消光的特點(diǎn)。

圖版II-1 重結(jié)晶作用。含生屑球粒灰?guī)r，微晶方解石（藍(lán)色箭頭所指）均勻重結(jié)晶成粉晶、細(xì)晶方解石，T1J3，單偏光，對(duì)角線4.16mm。

圖版II-2 交代作用。亮晶砂屑灰?guī)r，組構(gòu)選擇性白云石化，白云石呈半自形-他形粒狀粒狀，T1J4，單偏光，對(duì)角線4.16mm。

圖版II-3 交代作用。微晶白云巖，方解石以石膏假晶形式出現(xiàn)，充填石膏的溶模，T1J4，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)4.16mm。

圖版II-4溶解作用。含有孔蟲微晶灰?guī)r，裂縫中充填的方解石被溶蝕，產(chǎn)生次生孔隙，T1J3，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)8.13mm。

圖版II-5溶解作用。鹽溶角礫巖，角礫之間充填的方解石被溶解形成粒間溶孔，T1J4，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)8.13mm。

圖版II-6 溶解作用。微晶灰?guī)r，結(jié)晶灰?guī)r中方解石的晶間孔，T1J4，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)4.16mm。

圖版II-7 破裂作用。微晶灰?guī)r，早期裂縫被方解石全部充填，后期構(gòu)造裂縫切割早期裂縫，裂縫干凈，無充填物，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)4.16mm。

圖版II-8 破裂作用。含屑微晶灰?guī)r，裂縫受構(gòu)造作用控制，成組出現(xiàn)，全部被方解石充填，T1J4，單偏光，對(duì)角線長(zhǎng)4.16mm。

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作者簡(jiǎn)介：羅文（1988-），男，碩士研究生，研究方向：儲(chǔ)層沉積學(xué)。