川東北地區茅二段頂部玄武巖淋濾型白云巖形成機理

(中石油西南油氣田分公司勘探開發研究院，四川 成都 610051) (西南石油大學，四川 成都 610500) (中石油西南油氣田分公司勘探開發研究院，四川 成都 610051) (中石油西南油氣田分公司川東北氣礦，四川 達州 635000) (中石油川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發研究院，四川 成都 610051)

四川盆地下二疊統碳酸鹽巖總體較為致密，儲滲性能差。至20世紀末，四川盆地下二疊統的勘探主要針對川東南地區的裂縫型和縫洞巖溶型灰巖氣藏開展，直到近年來，在川西雙探1井、川中磨溪39井等井的茅口組-棲霞組白云巖層段中不斷獲高產油氣流，下二疊統勘探重新掀起高潮。川東北地區除龍會2井在茅口組二段(以下簡稱茅二段)測試產氣為103×104m3/d，龍會006-H3井在茅二段測試產氣為2.25×104m3/d，其余井只獲得微氣，主要原因在于對川東北地區下二疊統白云巖儲層形成機理認識不明。四川盆地茅口組白云巖的形成機理并非單一因素，而是具有區域多元化特性，前人已經形成了一定的認識[1～12]。羅靜等[13]認為，川西北地區茅口組白云巖在臺緣灘上發生準同生混合水白云石化作用，形成豹斑白云巖并在埋藏期受到熱液雙重改造；陳軒等[14]認為，川中地區中二疊統白云巖為熱液白云石化成因，其發育和分布與距走滑斷裂遠近呈正相關關系；李毅等[15]認為，沿盆地西北-東南方向基底斷裂附近的鉆井中，茅口組白云巖平面展布受熱異常影響范圍(富Mg重鹵水型熱次盆)控制。川東北地區茅口組白云巖并不具備混合水、淡水、熱液等明顯特征，形成機理仍然具有極大的爭議，結合現有資料，筆者初步認為與巖溶發育程度和玄武巖水解淋濾有關。目前，國內針對白云巖由玄武巖淋濾的觀點不多：金振奎等[16]認為，在滇東-川西地區的下二疊統白云巖與玄武巖鐵鎂質礦物風化有關；曹長群等[17]對湖南桑植仁村坪剖面茅口組單層式的富有機質紋層白云巖也傾向于“玄武巖淋濾白云石化”解釋。下面筆者以萬源白沙、城口廟壩、樊噲百里峽、華鎣山等地的野外露頭勘察和少量巖屑資料(該段未取心)為研究基礎，重點探討了川東北地區下二疊統白云巖形成與巖溶、玄武巖淋濾之間的關系，分析其勘探潛力。

1 區域地質特征

川東北地區位于上揚子地臺北緣，東側為秦嶺-大巴山推覆構造帶。地理位置包括了華鎣山、萬源、達州、宣漢、城口，勘探開發面積約4000km2，區域構造位置屬四川盆地川東北高陡構造帶至城口-巫溪復式背斜構造帶(見圖1)。主要研究區塊包括龍會場、鐵山、雷音鋪、溫泉井、馬槽壩等構造。

然而，人工治理沙漠的速度畢竟是緩慢的。翁牛特人治沙從來就不缺少智慧。很快，在茫茫沙地的上空，有三五架小型飛機飛來飛去。那是飛播造林的飛機，正攜帶灌草的種子，在空中播撒作業呢。為了保證飛播的種子能夠發芽生根成活，用耙耙一遍最好不過，但是面積廣大的沙地里到處是飛播的種子，哪里耙得過來呢？于是，當地牧民想出一個辦法——趕著羊群進飛播區，羊蹄子踩一遍，種子就踩實了，風就輕易刮不走了。結果，蹄窩里長出的苗苗甚是可人。

二疊紀早期，上揚子臺地整體下降，并接受最廣泛的海侵，區內沉積了一套富含各種大小生物的海相碳酸鹽巖及泥頁巖。梁山組濱海相的泥頁巖夾層及煤線作為良好區域標志層；棲霞組為半深海相的硅質灰巖、燧石，茅口組為淺海相的生物泥晶灰巖。茅口組在縱向上可分為4段，其中一段(以下簡稱茅一段)、二段(茅二段)又可分別劃分為上、中、下3個亞段。由于受到來自大巴山前緣向川東南方向的剝蝕推進，使得茅口組在工區內僅保留茅一段、茅二段中亞段、茅二段下亞段。茅一段為一套快速海侵后短暫海退的產物，巖相為含生物泥晶灰巖及含生物碎片有機泥灰巖，下部見眼球構造，中部為短暫5級海退形成的淺灰色灰巖，可作為標準層，上部為深灰黑色生物泥晶灰巖；茅二段為持續海退下沉積的灰色、深灰色厚層塊狀灰巖、生屑灰巖，下部為深灰色泥晶生屑灰巖，中上部見白云巖和燧石結核，頂部可發育大量孔洞層和喀斯特地貌(見圖2)。二疊紀晚期，海侵規模逐漸減小，形成了龍潭組濱海相的泥頁巖及煤系地層。東吳(峨眉)運動在川東臺地形成大量的拉張性及剪切性斷裂，造成一些裂谷性坳陷，導致在華鎣山一帶的水下玄武巖大量噴發，在川東北地區鐵山、雷音鋪、高峰場一帶的龍潭組內玄武質成分較為常見。由于東吳運動導致川東北地區茅口組抬升遭受剝蝕，與其上覆龍潭組呈不整合接觸。

茅口組的原始厚度受早期開江古隆起和沉積背景的雙重控制，最終厚度受東吳運動的風化作用控制，茅二段殘余厚度約0～120m，百里峽、廟壩、白沙曹家鄉剖面以及工區內大部分單井僅殘余茅二段上亞段或中亞段。根據統計，在川東北地區所有鉆至下二疊統的構造或單井，由于地處巖溶高地，接受東吳運動長期的風化剝蝕，絕大多數構造(井)風化殼都相當發育，但過度的剝蝕量并未給茅口組頂部留下足夠縱深的溶蝕空間，反而較容易被上覆泥質、灰質全充填或半充填，因此在研究區只有風化殼儲層發育遠不足以形成產層，必須同時接受白云化改造才能形成有效儲集體。

2 白云巖特征

證據留痕 積極應對（李遠強等） ....................................................................................................................7-57

四川盆地玄武巖噴發主要集中在川西南部地區。川東地區玄武巖噴發主要受控于華鎣山基底斷裂，在古生代以張性活動為主，為幔源物質噴發提供通道，造成了二疊系玄武巖的噴溢，主要集中在華鎣山和梁平一帶，因此離華鎣山斷裂北沿線很近的雷音鋪、龍會場、鐵山等礦區西南部構造在龍潭組底部能直接見到4～10m的玄武巖(見圖5和圖6(a))，到礦區中部如溫泉井、黃龍構造，更遠至礦區東部如馬槽壩構造均為火山灰形成的凝灰巖(見圖6(b))。往西北方向到城口、廟壩等剖面在龍潭組幾乎很難見到火山巖成分。

3 白云巖形成過程

3.1 巖溶建立淋濾通道

野外剖面和井下巖樣觀察表明，若玄武巖直接和茅口組頂部接觸，則茅二段上部白云巖較發育，同時白云巖中的硅質、溶洞中的硅質充填交代也較發育，這是因為玄武巖水解的成分能夠毫無遮擋地進入巖溶灰巖中進行改造。如華鎣山西天鄉玄武巖礦剖面，龍潭組玄武巖和茅口組頂巖溶灰巖直接接觸(見圖8(a))，在接觸面之下幾米的風化殼洞穴內，可見厚層塊狀的白云巖(見圖8(b))，并且在白云質灰巖中還有玄武巖的殘余成分(見圖8(c))；該白云巖以下則漸變為豹斑灰質白云巖，白云質含量的降低和離玄武巖的距離呈正相關關系。目前，該玄武巖和茅口組頂部直接接觸關系在已鉆探的川東北地區各構造圈閉內尚未發現。

圖4 茅口組白云石化作用模式形成過程(階段一)

川東北地區60多口井在鉆至茅口組頂部時，都遇到了井漏現象，龍會2井在茅口組頂部發生了井漏47m3、放空0.4m，雷13井放空0.7m，反映了川東北地區茅口組風化殼的溶洞發育規模不大，多以孔洞群或縫洞體為主，絕大部分風化殼溶洞儲層發育在茅口組頂部，少數分布在中上部；另外在茅口組頂部，溶洞和裂縫不單一存在，但是在平面上的分布連續性較差，成層性差，層數比較少。層狀溶洞或孔洞群往往也就一層或兩層，在兩層孔洞層之間或上下依然為致密灰巖層(隔板)。在東吳期受早期構造走向控制的斜向順層溶蝕，在后期會被方解石部分充填及上覆泥質和雜屑的局部填充堵塞，而保留下來的縫洞體或順層孔洞群則為后期玄武巖水解后的向下侵滲提供了通道。由于巖溶體大多僅在茅二段頂部或上部發育，因此，在茅二段中部或下部，很難受到玄武巖的作用。

3.2 玄武巖噴發覆蓋

1.2.1.2.6安全強化組員的安全意識，制定相關風險預案，規范特殊和危險藥品的操作流程，護士應加強自我保護意識，定期進行法律講座，法規的學習及定期考核，增強護士法律素養，工作不違反原則。

3.3 玄武巖水解淋濾白云石化作用

當玄武巖遭受大氣水風化淋濾時，特別是在火山氣體形成酸性水時，便會形成硅酸根離子并且鐵鎂礦物分解或釋放出Mg2+。后期巖層形成的高大山脈可造成巨大的水壓頭，使得硅酸真溶液以及富含Mg2+流體沿巖石中的各種裂縫和節理源源不斷地向地下深處滲流，使下伏茅口組頂部的巖溶灰巖發生硅質交代或充填以及白云石化現象(見圖7)。如白云石沿洞穴交代，洞內3期交代：第1期白云質交代洞壁灰質；第2期硅質沿洞壁邊緣充填；第3期巨晶方解石充填。白云巖或風化殼灰巖中能發現較多的斜長石晶體。

注：圖中數值分別代表玄武巖和凝灰巖的累計厚度。圖5 川東北地區東西向龍潭組玄武巖和凝灰巖分布對比(紫色為玄武巖，黃色為凝灰巖)

圖6 川東北地區龍潭組玄武巖和凝灰巖鏡下照片

玄武巖和茅口組頂部巖溶面不直接接觸，則茅二段上部白云巖發育較差。如華鎣山西天鄉玄武巖礦剖面，玄武巖和茅口組頂灰巖之間有一層10～15m厚的濱岸沼澤泥質粉砂巖和泥巖的沉積物(見圖9)，該套濱岸沼澤為茅口組頂部海相沉積完之后發生的抬升剝蝕，在地勢相對低洼處發生閉塞積水，使得沼澤泥巖層逐漸堆積(可見大量植物根莖化石炭化)，并向上逐漸被玄武巖溢流物所掩蓋，由于泥巖中難以發育裂縫，形成了上、下有效遮擋，使得玄武巖成分無法大規模地進入茅口組(見圖9)。研究人員在茅口組雖然見到了大型的風化殼縫洞儲集體現象，但是在其下部卻幾乎未能見到白云質的成分。

川東北地區茅二段上部白云巖具有“整體含量低、局部發育好”的特點，在野外露頭和錄井巖屑中均較為常見，巖屑樣品顯示白云巖多由粉-細晶白云石晶體組成，晶體大小為0.01～0.1mm，有時可見晶型較好的中粗晶白云石，局部可見少量硅質穿插(見圖3(a))。井下白云質體積分數最高為55%，平均僅在12%～38%；儲集空間多為晶間孔和晶間溶孔(見圖3(b))，在晶體之間的裂隙或喉道處均較發育(見圖3(c))，瀝青不均勻填隙晶間(見圖3(d)、(e))。在野外剖面上多見豹斑灰質白云巖，此外，在白云巖中，鈉長石比較常見(見圖3(f))，可能為玄武質殘余成分。雖然研究區白云巖的δ18O很低，在-6.3‰～-7.6‰，反映為地下較深處、高溫環境下白云石化特征，但白云石的形成機理并不具備川中地區茅口組埋藏熱液交代現象，也不具備川西北地區茅口組灘相混合水白云石化的特點，白云石的產生可能與上覆玄武巖水解淋濾有關。

4 玄武巖與巖溶的接觸關系對白云石化的影響

由此，針對游客在景區的核心需求，如何運用化繁為簡的方式獲得最全面的游玩方式，是值得我們思考的問題。這樣既可以最大程度的節省游客時間，全面統一的查看某個景點的景觀魅力，又可以讓游客們感覺到旅游的輕松便捷，自由自在。

圖7 茅口組白云石化作用模式形成過程(階段二)

序號接觸關系隔擋物質玄武巖水解成分滲入下層程度白云石化程度白云巖發育類型產狀1直接接觸無高高-較高白云巖或灰質白云巖厚層塊狀2非直接接觸純泥巖低-極低低-無微含白云質無3非直接接觸泥灰巖夾層中等-較低中等-較少白云質灰巖薄夾層

4.1 玄武巖與巖溶面直接接觸

早二疊世末，以地殼快速抬升為主的東吳運動使茅口組沉積中斷，地表抬升暴露，開始接受大氣淡水的淋濾改造。由于地殼抬升首先是由大巴山前緣方向開始隆升，由東北部向西南部逐漸推進，川東北地區剛好處于大巴山前緣前陸盆地上，因此被剝蝕的茅口組厚度最大，同時也整體處于巖溶高地之上，受地表水以及經巖溶臺地徑流而來的地下水綜合作用。在早期開江古隆起的基礎上，地層先單翼抬升再淋濾或邊抬升邊淋濾，在剖面上從上至下發育垂向網狀滲流帶和斜向滲流帶，并且縱向上可以劃分為三級儲集體，分別是頂部的洞縫復合體、上部的層狀孔洞以及下部的小型溶洞、層間過水洞。在城口、華鎣山、百里峽等野外剖面上，該淋濾序列剖面都較為發育(見圖4)。

圖8 華鎣山西天鄉玄武巖礦剖面照片

4.2 玄武巖與巖溶面之間純泥巖隔擋

川東北地區茅口組玄武巖淋濾白云巖的發育程度總體來說都不高，這是因為華鎣山噴發玄武巖厚度最多僅10m，因此能夠給下部地層提供的Mg2+就較少；只有在風化殼形成的裂縫體或者縫洞體才能為其提供通道，而風化殼往下至茅二段下部發育程度較弱，因此Mg2+流體也很難進入下部地層；茅一段泥質含量比較高，起到隔水層的作用，因此來自玄武巖的Mg2+更難有機會突破到下部的棲霞組，棲霞組的白云石化作用跟玄武巖沒有關系。

巖溶的發育程度主要取決于開江古隆起初期的剝蝕程度，在早期構造遭受風化的過程中，往往在構造的高部位和單翼比較發育(另一翼往往不發育)，而玄武巖淋濾白云石化只發生在巖溶較為發育的部位，無巖溶發育處也沒有白云巖的發育。但某些巖溶發育處淋濾白云石化作用卻并不發育，這主要取決于上覆玄武巖和巖溶面的接觸關系(見表1)。

圖9 華鎣山西天鄉玄武巖礦剖面照片

4.3 玄武巖與巖溶面之間泥灰巖夾層

川東北地區下二疊統井下也有濱岸沼澤的沉積物，與華鎣山高二礦剖面不同，川東北地區的這套泥巖中含有較多的灰質成分，包括深灰色的泥灰巖和黑灰色的灰質頁巖互層，巖性致密，易形成裂縫(見圖10)。在該情況下，玄武巖或凝灰質的淋濾成分依然能夠進入到茅口組之中，并且玄武質成分與茅口組頂部的距離(見表2)以及夾層中灰質含量都對淋濾白云石化的程度具有一定的正向控制(見圖11)，但是其數量和規模相對較小，白云石化程度總體還是偏弱。總體來說，川東北地區茅二段白云巖含量不高，體積分數最高不過55%(龍會2井)，無法像川中和川西地區單獨成層，但只要有白云石化的層段，一定會改善其孔隙結構，使得儲層的性能得以加強。

圖10 龍潭組底部泥灰巖中的裂縫被方解石以及火山物質侵染充填

井號 龍潭組火山巖成分 巖性玄武質成分與茅口組頂部距離/m白云石化程度龍會2井玄武巖 泥灰巖2 高雷15井 玄武巖 泥灰巖、灰質頁巖6高雷17 井凝灰質 灰巖、頁巖16中芭蕉001-H1井 凝灰質 灰巖、泥灰巖、頁巖45(斜)低七里025-X1井 玄武巖 碳質灰巖9 高鐵山22井 凝灰質 鋁土質泥巖、灰質頁巖31無亭001-1井 凝灰質 碳質頁巖7無溫泉002-H5井凝灰質 鋁土質泥巖、頁巖10低

圖11 茅口組巖溶面與玄武巖不同接觸關系的白云石化模式形成過程

5 結論

1)川東北地區下二疊統茅口組頂部白云巖具有“整體含量低、局部發育好”的特點，多由粉-細晶白云石晶體組成，在野外剖面上多呈豹斑灰質云巖。含有鈉長石等玄武質殘余成分。

結合實際所能得到數據情況，以市州作為決策單元研究某一年的發展情況。選取化肥施用量(X1)、農牧漁業從業人員(X2)、農業機械總動力(X3)、有效灌溉面積(X4)、農業機械總動力(X5)、農業用電量(X6)為投入指標，同時以農牧漁業增加值(Y1)、農民人均純收入(Y2)、糧食產量(Y3)為產出指標來評價市州的農業循環經濟發展情況。

2)白云巖的形成與巖溶、玄武巖息息相關。茅口組沉積后，地層邊抬升邊淋濾從上至下發育垂向網狀滲流帶和斜向滲流帶，建立滲流通道；華鎣山和梁平一帶在東吳期噴發溢流的玄武巖，水解淋濾后形成硅酸真溶液以及富含Mg2+的流體沿巖溶層的各種裂縫和節理向下部滲流，使茅口組頂部的巖溶層發生硅質交代或充填、以及白云石化現象；但華鎣山噴發玄武巖厚度較薄，能夠給下部地層提供的Mg2+較少；只有在風化殼形成的裂縫體或者縫洞體才能為其提供通道形成白云巖。

3)玄武巖淋濾白云石化的發育程度，還取決于龍潭組玄武巖和茅口組頂巖溶面的接觸關系：直接接觸則白云巖較為發育，有泥巖隔擋則白云巖發育較差，如有泥灰巖夾層但有裂縫溝通則形成少量白云巖。對于川東北地區茅口組風化殼而言，只有經過玄武巖淋濾白云石化改造后才能形成良好的儲層。