四川盆地震旦系灯影组二段葡萄-花边结构成因及其对储层控制作用

doi:10.13745/j.esf.sf.2023.2.15

地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (6): 14-31.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.15

• 深层-超深层碳酸盐岩储层形成环境、发育机理和成因模式 • 上一篇下一篇

四川盆地震旦系灯影组二段葡萄-花边结构成因及其对储层控制作用

鲁鹏达¹^,²(), 李泽奇¹^,², 田腾振¹^,², 吴娟¹^,², 孙玮¹^,², 乔占峰³, 王永生³, 刘树根¹^,²^,⁴, 邓宾¹^,²^,^*()

1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 四川成都 610059
2.成都理工大学能源学院, 四川成都 610059
3.中国石油杭州地质研究院, 浙江杭州 310023
4.西华大学, 四川成都 610039

收稿日期:2023-01-05 修回日期:2023-02-05 出版日期:2023-11-25 发布日期:2023-11-25
通讯作者: * 邓宾(1980—),男,教授,博士生导师,主要从事含油气盆地分析与油气成藏研究工作。E-mail: dengbin13@mail.cdut.edu.cn
作者简介:鲁鹏达(1997—),男,硕士研究生,主要从事碳酸盐岩储层研究。E-mail: lupengda1997@foxmail.com
基金资助:
国家自然科学基金项目“海相深层油气富集机理与关键工程技术基础研究(U19B6003);国家自然科学基金企业创新发展联合基金配套项目“四川盆地震旦系—寒武系油气成藏过程与机理(P19038)

The botryoidal-lace texture and its role in dolomite reservoir control in the 2^nd member, Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin

LU Pengda¹^,²(), LI Zeqi¹^,², TIAN Tengzhen¹^,², WU Juan¹^,², SUN Wei¹^,², QIAO Zhanfeng³, WANG Yongsheng³, LIU Shugen¹^,²^,⁴, DENG Bin¹^,²^,^*()

1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
2. College of Energy, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
3. PetroChina Hangzhou Research Institute of Petroleum Geology, Hangzhou 310023, China
4. Xihua University, Chengdu 610039, China

Received:2023-01-05 Revised:2023-02-05 Online:2023-11-25 Published:2023-11-25

摘要/Abstract

摘要：

葡萄-花边结构是全球震旦系灯影组二段中发育的一种独特标志性沉积构造,其成因机制与沉积模式具广泛争议。四川盆地灯二段宏观-微观岩石学特征以及地球化学等研究表明:(1)四川盆地灯二段葡萄-花边结构是震旦纪“文石-白云石海”环境准同生期高频海平面波动下岩溶作用的产物,微生物岩在岩溶空间规模的非均质性最终决定着葡萄-花边结构形态分异特征,即形成不同形态的纤维状胶结物(FSD+FFD或FSD+RFD)。(2)葡萄状结构和花边状结构发育丰度与微生物岩组构(MM)之间存在明显相关性。其中葡萄状结构主要由束状正延性白云石(FSD)及束状负延性白云石(FFD)组成,通常发育在四级旋回基准面底部的颗粒白云岩和顶部的凝块石白云岩层段;花边状结构由束状正延性白云石和放射状负延性白云石(RFD)组成,主要发育在以四级旋回基准面中部的纹层-叠层石白云岩层段。因此,灯二段微生物岩组构纵向上多旋回特征和间歇性大气淡水溶蚀作用,共同形成了灯二段葡萄-花边优质白云岩储层的多级、立体结构。

关键词: 四川盆地, 灯影组, 碳酸盐岩, 微生物岩, 岩溶储层

Abstract:

The genesis and depositional environment of the unique botryoidal-lace dolomite in the 2^nd member of the Sinian Dengying Formation are widely debated. Through detailed petrological and geochemical analyses we show that (1) the botryoidal-lace texture is formed by karst activities under high-frequency sea-level fluctuations quasi-contemporaneous with Sinian “aragonite-dolomite seas”, while the spatial heterogeneity of microbialite across the karst zone ultimately controls the textural differentiation to result in various fibrous dolomite cement types. (2) There is an obvious correlation between the botryoidal-lace texture and microbiolite matrix (MM) abundances. The botryoidal texture is mainly composed of FSDs (fascicular slow dolomite) and FFDs (fascicular fast dolomite), usually developed in sections of granular dolomite at the top and thrombolites dolomite at the bottom of the fourth-order cycles. The lace texture is composed of fascicular slow dolomite and RFDs (radial fast dolomite), mainly developed in the middle of the fourth-order cycles, in sections of laminated-stromatolites dolomite. Therefore, the longitudinal multi-spinulite feature and intermittent dissolution of microbialite by atmospheric water, together form the multi-stage, three-dimensional architecture of the high-quality botryoidal-lace dolomite in the Dengying Formation.

Key words: Sichuan Basin, Dengying Formation, carbonate, microbilite, karst reservoir

中图分类号:

TE122.2

鲁鹏达, 李泽奇, 田腾振, 吴娟, 孙玮, 乔占峰, 王永生, 刘树根, 邓宾. 四川盆地震旦系灯影组二段葡萄-花边结构成因及其对储层控制作用[J]. 地学前缘, 2023, 30(6): 14-31.

LU Pengda, LI Zeqi, TIAN Tengzhen, WU Juan, SUN Wei, QIAO Zhanfeng, WANG Yongsheng, LIU Shugen, DENG Bin. The botryoidal-lace texture and its role in dolomite reservoir control in the 2^nd member, Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(6): 14-31.

图/表 13

图1 四川盆地震旦系灯二段沉积相与样品分布图(左)及南江柳湾剖面震旦系柱状简图(右)(左图据文献[27]修改)

Fig.1 Distribution map of sediment facies and sampling points in the Sichuan Basin (left, modified from [27]) and simplified column of the Sinian Straight, Nanjiang Liuwan section

图2 四川盆地震旦系灯二段岩石学特征 a—微生物丘滩体野外特征,可见发育丘状正向地貌单元,峨边先锋,灯二段;b—叠层石白云岩,微生物格架孔隙内发育花边状结构(红色箭头),残余孔隙内充填晶粒白云石(黄色箭头),峨边先锋,灯二段;c—角砾(红色箭头)白云岩发育花边状结构(黄色箭头),东安亢谷,灯二段;d—泥晶白云岩,峨边先锋,灯二段;e—凝块石白云岩,发育葡萄-花边状结构,峨边先锋,灯二段;f—核形石白云岩(红色箭头为核形石包覆圈层),发育花边状结构(黄色箭头),南江柳湾,灯二段;g—微生物黏结砂屑白云岩,峨边先锋,灯二段;h—层纹石(红色箭头)白云岩微生物格架孔内发育花边状结构(黄色箭头),峨边先锋,灯二段;i—泡沫绵层石白云岩,峨边先锋,灯二段;j—凝块石白云岩(红色箭头),鸟眼孔内发育花边状结构(黄色箭头)及晚期晶粒白云石(蓝色箭头),峨边先锋,灯二段;k—砂屑白云岩,峨边先锋,灯二段;l—W117-49, 叠层石白云岩,局部被柱状硬石膏交代(黄色箭头),威117井,灯二段,3 149.93 m。

Fig.2 Petrological characteristics of the 2nd member, Sinian Dengying Formation in the Sichuan Basin

图3 川西南峨边先锋剖面灯影组综合柱状图

Fig.3 Composite column chart for the Dengying Formation in the Ebian Xianfeng section, southwestern Sichuan Basin

图4 四川盆地灯二段葡萄-花边结构野外及手标本发育特征 a—葡萄状球形集合体野外产出特征,南江柳湾,灯二段;b—葡萄状皮壳结构间依次充填晶粒白云石胶结物及块状焦沥青,南江柳湾,灯二段;c—呈同心鲕状的葡萄状结构横切面,南江柳湾,灯二段;d—微生物白云岩层间顺层发育花边状结构,南江柳湾,灯二段;e—葡萄-花边结构包绕角砾发育,南江柳湾,灯二段;f—凝块石白云岩内顺层及穿层发育的花边状结构,峨边先锋,灯二段;g—悬垂状发育葡萄-花边结构,南江柳湾,灯二段;h—葡萄-花边结构格架间充填晶粒白云石及沥青,蓬探1井,灯二段, 5 741.91 m;i—葡萄-花边结构穿层发育,格架间充填晶粒白云石及石英,残余孔洞发育,威117井,灯二段, 3 347.09 m。MM—微生物岩围岩(Microbialite Matrix);FD—纤维状白云石(Fibrous Dolomite);GD—晶粒白云石(Granular Dolomite);Bit—沥青(Bitumen)。

Fig.4 Field photos and core specimens of botryoidal-lace dolomite from the 2nd member of the Dengying Formation in the Sichuan Basin

图5 南江柳湾剖面灯二段葡萄-花边结构手标本及微观特征 a—葡萄状结构,蓝黑色纤维状白云石花边,原岩为不定形微生物岩基质,灯二段,南江柳湾;b—图a镜下微观特征,圈层结构依次发育FSD→FFD,灯二段,南江柳湾;c—图b阴极发光图;d—花边纹层结构间发育晶粒白云石胶结物,灯二段,南江柳湾;e—图d镜下微观特征,依次发育MM→FSD→RFD→GD矿物序列;f—图e阴极发光图; g—围岩呈石钟乳状的葡萄-花边结构,花边纹层间被溶蚀后充填亮晶白云石胶结物;h—RFD镜下特征,呈放射状负延性特征,南江柳湾,灯二段;i—FSD镜下特征,呈束状正延性特征,南江柳湾,灯二段。

Fig.5 Photos and photomicrographs of botryoidal-lace dolomite from the 2nd member of the Dengying Formation in the Nanjinag Liuwan section

表1 葡萄-花边状白云岩各组构微量元素微区地球化学特征

Table 1 Results of in-situ trace elemental characterization of botryoidal-lace dolomite under different dolomite textures

样品编号	组构	w_B/10^-6							Mn/Sr	Sr/Ba	U/Th
样品编号	组构	Fe	Mn	Na	Al	Sr	Cu	Ba	Mn/Sr	Sr/Ba	U/Th
HS1-1-01	MM	568.064	152.176	695.426	38.763	57.679	0.039	7.135	2.64	8.08
LW07-2-01	MM	124.155	47.450	411.877	60.336	64.932	0.180	5.557	0.73	11.68	11.36
LW07-2-02	MM	173.754	45.126	295.544	256.177	60.414	0.215	5.466	0.75	11.05	3.40
LW22-1-01	MM	184.574	46.257	233.250	157.407	48.421	0.095	2.445	0.96	19.80	8.57
LW22-1-02	MM	228.746	58.893	238.730	154.367	47.847	0.078	2.592	1.23	18.46	6.91
W117-2-01	MM	63.234	45.137	508.155	17.561	40.442	0.049	2.124	1.12	19.04
W117-2-02	MM	68.046	14.765	373.522	16.616	42.345	0.196	1.908	0.35	22.19	74.22
HS1-1-02	FSD	445.739	103.593	478.481	27.245	53.776	0.373	2.625	1.93	20.48
HS1-1-03	FSD	153.186	40.270	258.367	12.993	28.281	0.541	0.872	1.42	32.44
HS1-1-04	FSD	94.141	31.175	513.783	106.729	38.036	0.241	1.234	0.82	30.81	96.28
HS1-1-05	FSD	163.390	70.239	373.764	22.344	29.643	0.369	1.752	2.37	16.92
LW07-2-03	FSD	42.286	10.127	326.609	28.124	47.896	0.497	2.327	0.21	20.58
LW07-2-04	FSD	118.529	21.319	511.602	29.565	50.276	0.427	3.373	0.42	14.91
LW-22-1-03	FSD	177.480	54.402	421.109	20.773	38.616	0.034	3.989	1.41	9.68
LW-22-1-04	FSD	217.466	62.292	299.262	18.169	35.870	—	3.128	1.74	11.47	76.64
W117-2-03	FSD	198.259	83.036	425.109	13.496	55.297	0.088	9.016	1.50	6.13	76.94
W117-2-04	FSD	127.615	110.477	304.715	19.821	49.125	0.128	7.660	2.25	6.41	90.73
LW07-2-05	RFD	63.227	13.102	325.417	2.868	36.237	0.607	0.961	0.36	37.69	154.10
LW-22-1-05	RFD	113.818	37.311	143.541	5.250	36.722	0.364	0.852	1.02	43.10	134.89
W117-2-05	RFD	51.295	23.047	257.545	29.863	33.708	0.260	1.801	0.68	18.72	130.85
W117-2-06	RFD	33.880	25.407	223.919	2.693	20.681	0.043	0.896	1.23	23.08
W117-2-07	RFD	54.363	34.314	336.794	5.962	27.404	0.326	2.711	1.25	10.11
W117-2-06	FFD	93.538	12.585	188.857	17.117	23.664	0.808	0.965	0.53	24.52	40.85
LW07-2-07	FFD	89.000	27.620	164.485	9.175	22.197	0.710	0.520	1.24	42.68	61.52

表1 葡萄-花边状白云岩各组构微量元素微区地球化学特征

Table 1 Results of in-situ trace elemental characterization of botryoidal-lace dolomite under different dolomite textures

样品编号	组构	w_B/10^-6							Mn/Sr	Sr/Ba	U/Th
样品编号	组构	Fe	Mn	Na	Al	Sr	Cu	Ba	Mn/Sr	Sr/Ba	U/Th
HS1-1-01	MM	568.064	152.176	695.426	38.763	57.679	0.039	7.135	2.64	8.08
LW07-2-01	MM	124.155	47.450	411.877	60.336	64.932	0.180	5.557	0.73	11.68	11.36
LW07-2-02	MM	173.754	45.126	295.544	256.177	60.414	0.215	5.466	0.75	11.05	3.40
LW22-1-01	MM	184.574	46.257	233.250	157.407	48.421	0.095	2.445	0.96	19.80	8.57
LW22-1-02	MM	228.746	58.893	238.730	154.367	47.847	0.078	2.592	1.23	18.46	6.91
W117-2-01	MM	63.234	45.137	508.155	17.561	40.442	0.049	2.124	1.12	19.04
W117-2-02	MM	68.046	14.765	373.522	16.616	42.345	0.196	1.908	0.35	22.19	74.22
HS1-1-02	FSD	445.739	103.593	478.481	27.245	53.776	0.373	2.625	1.93	20.48
HS1-1-03	FSD	153.186	40.270	258.367	12.993	28.281	0.541	0.872	1.42	32.44
HS1-1-04	FSD	94.141	31.175	513.783	106.729	38.036	0.241	1.234	0.82	30.81	96.28
HS1-1-05	FSD	163.390	70.239	373.764	22.344	29.643	0.369	1.752	2.37	16.92
LW07-2-03	FSD	42.286	10.127	326.609	28.124	47.896	0.497	2.327	0.21	20.58
LW07-2-04	FSD	118.529	21.319	511.602	29.565	50.276	0.427	3.373	0.42	14.91
LW-22-1-03	FSD	177.480	54.402	421.109	20.773	38.616	0.034	3.989	1.41	9.68
LW-22-1-04	FSD	217.466	62.292	299.262	18.169	35.870	—	3.128	1.74	11.47	76.64
W117-2-03	FSD	198.259	83.036	425.109	13.496	55.297	0.088	9.016	1.50	6.13	76.94
W117-2-04	FSD	127.615	110.477	304.715	19.821	49.125	0.128	7.660	2.25	6.41	90.73
LW07-2-05	RFD	63.227	13.102	325.417	2.868	36.237	0.607	0.961	0.36	37.69	154.10
LW-22-1-05	RFD	113.818	37.311	143.541	5.250	36.722	0.364	0.852	1.02	43.10	134.89
W117-2-05	RFD	51.295	23.047	257.545	29.863	33.708	0.260	1.801	0.68	18.72	130.85
W117-2-06	RFD	33.880	25.407	223.919	2.693	20.681	0.043	0.896	1.23	23.08
W117-2-07	RFD	54.363	34.314	336.794	5.962	27.404	0.326	2.711	1.25	10.11
W117-2-06	FFD	93.538	12.585	188.857	17.117	23.664	0.808	0.965	0.53	24.52	40.85
LW07-2-07	FFD	89.000	27.620	164.485	9.175	22.197	0.710	0.520	1.24	42.68	61.52

图6 葡萄-花边状白云岩微量元素交汇图 a—Fe-Mn-Na元素含量交汇图,围岩与不同类型的纤维状胶结物之间存在元素分异特征;b—Cu-Sr 元素含量交汇图,Sr元素含量递减,而Cu元素含量显现出递增的特征;c—U/Th与Sr/Ba交汇图;d—Al-Th元素含量交汇图,部分微生物岩可能受到陆源碎屑的轻微影响,纤维状胶结物总体指示未受明显陆源碎屑污染,其REY特征可以反映原始成岩流体信息。

Fig.6 Cross plot of trace elements in botryoidal-lace shape dolomite

图7 葡萄-花边状白云岩围岩-纤维状胶结物稀土配分型式曲线特征(标准曲线据文献[34]) a—MM组构REE呈现相对平坦的右倾型配分型式,轻微的Ce负异常,缺少Eu异常; b—FSD组构REE呈现与MM类似的配分型式特征; c—RFD组构REE呈现相对左倾型配分型式,具有明显的Y异常; d—FFD组构REE呈现相对平坦的“右倾型”配分型式,轻微的Ce负异常,缺少Eu异常。

Fig.7 (REE+Y) patterns of host rock and fibrous cement types in botryoidal-lace dolomite. Modified from [34].

表2 葡萄-花边状白云岩各组构稀土元素微区地球化学特征

Table 2 Characteristics of REEs in situ for various botryoidal-lace dolomite types

样品编号	组构	∑REE含量/ (μg·g^-1)	Pr_N/Tb_N (LREE/MREE)	Tb_N/Yb_N (MREE/HREE)	Pr_N/Yb_N (LREE/HREE)	La/La^*	Ce/Ce^*	Eu/Eu^*	Y/Ho	Y_N/Ho_N
HS1-1-01	MM	1.54	1.938	0.941	1.824	0.390	0.500		48.260	0.661
LW07-2-01	MM	1.51	1.498	0.639	0.957	2.170	1.430	2.720	22.970	0.315
LW07-2-02	MM	1.87	0.587			1.270	0.830	1.040	32.710	0.448
LW22-1-01	MM	1.16	1.024	3.763	3.854	0.700	0.670	6.490	69.020	0.945
W117-2-01	MM	0.35	0.301	1.883	0.567	4.020	1.840	0.000	203.500	2.787
HS1-1-02	FSD	1.05	0.919	0.705	0.648	1.830	1.030	0.000	133.070	1.823
LW-22-1-04	FSD	0.78	0.978	0.941	0.920	3.450	1.150	14.460	15.910	0.218
W117-2-04	FSD	0.75	0.224	1.455	0.326	1.450	0.920	0.320	93.320	1.278
W117-2-05	RFD	0.34	0.164	0.942	0.155	6.240	2.160	0.000	112.780	1.545
W117-2-07	RFD	0.19	0.025			142.750	19.550	0.820	99.060	1.357
PS4-11T301	RFD	0.21	0.026			0.370	62.897		43.359	0.901
PS4-11T302	RFD	0.29		0.000	0.120	0.100	0.825
LW07-2-07	FFD	0.39	0.598	3.365	0.178	1.483	0.441	2.368	29.627	0.406
LW5-1B301	FFD	3.83		0.000	0.730	1.180	0.316		64.433	0.648
LW5-1B401	FFD	1.37	0.203	0.748	0.150	0.590	0.689	18.058	26.414	0.407
LW5-1B403	FFD	0.27				0.560	0.494		5.895	0.161

图8 葡萄-花边状白云岩碳氧同位素交汇图

Fig.8 Cross-plot of carbon and oxygen isotope values for botryoidal-lace dolomite

图9 峨边先锋-威117井-蓬探1井-南江柳湾灯影组沉积相图(剖面位置见图1)

Fig.9 Stratigraphic cross-section of the Denying Formation in Ebian Xianfeng, wells Wei 117 and Pengtan 1, and Nanjiang Liuwan (cross-section location see Fig.1)

图10 葡萄-花边状白云岩沉积模式图 a—同生期四川盆地灯二段双台缘模式碳酸盐岩沉积;b—准同生期间歇性海平面下降并发生大气淡水岩溶作用,形成大量岩溶孔洞; c—海平面上升,岩溶空洞内充填纤维状白云石胶结物,并继续发生碳酸盐岩沉积建造。

Fig.10 Depositional model of botryoidal-lace dolomite

图11 葡萄-花边状白云岩微观演化模式图及扫描电镜图像 a-d—葡萄花边结构微观演化模式图;I—葡萄状结构发育模式图;II—花边状结构发育模式图;i—束状正延性白云石正延性晶体排布的扫描电镜图像;ii—图i局部放大图;iii—束状负延性白云石(FFD)负延性晶体排布的扫描电镜图像;iv—放射状状负延性白云石(FFD)负延性晶体排布的扫描电镜图像。

Fig.11 Botryoidal-lace dolomite texture modeling. (a-b) Microstructural evolution; (i-iv) SEM images; (I, II) textural models.

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四川盆地震旦系灯影组二段葡萄-花边结构成因及其对储层控制作用

The botryoidal-lace texture and its role in dolomite reservoir control in the 2^nd member, Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin

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四川盆地震旦系灯影组二段葡萄-花边结构成因及其对储层控制作用

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