胡　倩

（四川矿产机电技师学院，四川成都611230）

川东北地区海相碳酸盐岩储层稀土元素地球化学特征研究

胡倩*

（四川矿产机电技师学院，四川成都611230）

川东北地区是四川盆地重要的天然气富集区，也是目前四川盆地天然气勘探的主要地区。依据川东北地区储层中海相碳酸盐岩及其配套脉体样品的稀土元素测试资料，针对不同岩性，分类阐述了它们的REE总量和配分模式、LREE和HREE及其比值、δEu和δCe的地球化学特征。在此基础上，利用稀土元素的迁移富集和分馏效应，判别岩溶过程中的流体性质和岩溶发育环境，并分析了深部流体的影响，为在岩溶岩地球化学特征与其形成环境及溶蚀程度间建立定量识别标准提供了依据。

储层；稀土元素；地球化学；岩溶环境；川东北

1　研究区概况

川东北是四川省东北部的简称，涉及四川省境内的万源、宣汉、达县、开江和重庆市境内的梁平、开县、云阳、城口和巫溪等县（市），面积约20000km2。主要地形为丘陵和山区。该地区（温泉井—铁山坡区块）位于大巴山前缘带，处于大巴山弧形断褶带与川东弧形褶皱带的交汇部位，构造线主体走向为NW向与NE向。川东北地区的构造较发育。现已查明有川东北侏罗系，白垩系台铀砂岩中存在规模宏大的断裂带。

2　样品采集

采样钻井都分布在通南巴构造带区域。通南巴构造位于四川盆地川东北褶皱带的东北段。现有的研究实验样品来自于钻井，筛选出飞仙关组层位稀土元素有效数据。

飞仙关组每套样品都包括围岩和脉体共16套样品，金溪1井3套，属于飞仙关三段；马1井5套，属于飞仙关一二段；马2井3套，属于飞仙关三段；河坝1井3套、属于飞仙关四段；河坝2井1套，属于飞仙关三段；河坝102井1套属于飞仙关三段。飞仙关组有一、二、三、四段，一二三段厚度400～550m，岩性主要是灰色灰岩、紫灰色泥质灰岩，上部夹鲕灰岩，底为灰质泥岩，可见方解石充填。四段厚度80～100m，岩性主要是灰紫色云岩与硬石膏。

3　结果与讨论

根据研究区钻井的布局，分别取了河坝1井，河坝102井，河坝2井，金溪1井，马1井，马2井岩芯样品，围岩与脉体进行配套研究，将对各类碳酸盐岩样品的稀土元素地球化学特征进行具体分析和讨论。为讨论方便可将所取得样品分为3类［1］：非岩溶岩类，岩溶岩类（弱溶蚀岩溶岩和中等溶蚀多孔状岩溶岩）和胶结物。

3.1稀土元素组成特征

取样分析得出各井中稀土元素组成特征如表1所示。

3.2稀土元素配分模式

对每种类型岩溶岩样品的REE采用球粒陨石标准化后建立的REE配分模式图，都具有各自相似的配分模式，表明对于样品的选样和分类是可靠的［2-3］。分别按照河坝1井、河坝102井、河坝2井、金溪1井、马1井、马2井里的围岩与脉体的配套样品对其进行球粒陨石标准化后建立的REE配分模式图如图1～图6所示。

3.3δCe和δEu特征

稀土元素属于过渡类元素，但紧靠金属元素类，有很强的金属性。研究表明Ce和Eu的变价现象最为突出，在强碱性氧化环境中，Ce3+将不断氧化而迁移［4-6］：Ce3++4OH-=Ce（OH）4+e-，Ce（OH）4=Ce4++4OH-，呈难溶的CeO迁出而出现负异常；在强酸性还原环境中，Eu3+将被还原而迁移：Eu3++e-=Eu2+，易溶的Eu2+被迁移而出现负异常。这就决定了Ce和Eu随环境变迁，易于与3价稀土元素相分离，成为稀土元素地球化学的重要研究对象，决定了Ce和Eu异常成为判别流体环境和性质最重要的指标。

（1）据表1可见，河坝1井中，无论可溶岩还是非可溶岩，δEu值均大于零而小于1，属铕亏损型，稀土元素分布曲线在铕处呈谷状。其围岩的δEu（0.63～0.85），其值接近1，范围不大，都比较接近，说明溶蚀过程中Eu的亏损不强。而δCe值均小于1，且相当接近于1，与δEu相比，δCe变化幅度小，分馏不明显，属铈弱亏损型，稀土元素分布曲线在铈处呈不明显谷状。

表1　各井中样品稀土元素含量［WB（10-6）］

图1　河坝1井样品围岩稀土元素配分模式图

图2　河坝102井样品稀土元素配分模式图

（2）河坝2井中，金溪1井，马1井中无论可溶岩还是非可溶岩，还有胶结物其δEu值和δCe均大于1，显示正异常。稀土元素分布曲线在铕处出现峰值。

（3）马2井中，岩溶岩类在飞仙关组中，出现其δEu值小于1，且接近1，范围不大，都比较接近，说明溶蚀过程中Eu的亏损不强，属铈弱亏损型，分馏不明显。而δCe值也是小于1并接近1。

3.4岩溶环境的判别

δCe和δEu异常可用以判别开放环境中沉淀碳酸盐矿物的流体物化条件，如δCe向低值方向迁移时为氧化性流体的环境标志，δEu的负异常则出现在碱性还原或低温流体环境中。

根据对研究区钻取的样品δCe和δEu异常的结果分析，在河坝1井中的样品，其δCe和δEu均出现小于1，并接近1的情况，属于Ce和Eu的弱亏损型，围岩的这种Ce和Eu的异常和脉体方解石的Ce和Eu异常相似。

在δCe和∑REE关系图中（图7），未溶蚀的微晶灰岩和胶结物的δCe均小于并接近1，而大部分δCe投点落在0.9～1的范围内，略显亏损δCe负异常与其特殊的地球化学性质有关［1］：根据Ce的Eh-pH图解（成都地质学院沉积所，1989），表明在强氧化条件下Ce3+易氧化成难溶的Ce4+，以CeO2，的形式析出与其3价离子分离而难以进入大气水流体，因而被大气水流体溶蚀改造后再沉积形成的岩溶岩和直接由大气水流体沉淀的胶结物均出现一定的Ce负异常。显而易见，岩溶岩类主要形成于渗流—活跃潜流带，Ce的亏损与表生期岩溶流体处于开放性氧化环境有直接关系，同样也不难理解形成于弱氧化环境的角砾问或孔、洞、缝问的淡水胶结物也应该具有Ce负异常。

图3　河坝2井样品稀土元素配分模式图

图4　金溪1井样品稀土元素配分模式图

图5　马1井样品稀土元素配分模式图

图6　马2井样品稀土元素配分模式图

在δEu和∑REE关系图中（图8），各类岩石和胶结物δEu投点位于0.6～1之间，与δCe特征相比较，分布范围更广和离散度更大，相关性较差而负Eu异常更明显。排除物源因素，可解释为Eu3+在还原性或低温流体中转化成Eu2+而被迁移贫化的环境影响所致。研究认为，本研究区处于古陆边缘，其沉积成岩过程主要处于开放性的氧化环境，特别是受晚石炭世表生期开放条件下形成的岩溶岩类Eu负异常，难以用还原性流体来解释，从而可从另一个侧面证明该储层的负Eu异常形成于低温流体环境中。由岩溶岩类和淡水胶结物δEu与∑REE相关性较差的关系，表明岩溶作用的强弱对Eu负异常和∑REE的差异影响较小，原因应该与岩溶过程的不均一性有关。

但在河坝2井中，金溪1井，马1井中发现有明显的Eu和Ce的正异常（δEu和δCe值大于1），如河坝2井样品不管是岩溶岩，非岩溶岩还是胶结物，其δEu变化范围为1.02～5，而δEu为2.16～7.52，范围更大。其他井如金溪1井，具有更高的δEu和δCe值，推测可能与这些钻井的位置有关，位于深部大断裂附近，经过后期的构造活动影响，火山热液溶蚀作用后而变化。丁振举等［8］的研究表明热水系统之间稀土元素浓度差别很大，但全球范围内海底高温热流体高的正Eu异常特征，主要是在高温下Eu容易由+3还原为+2，与其他稀土元素分离而产生异常。

图7　河坝1井各类岩溶岩和胶结物的δCe-∑REE关系图

图8　马2井各类岩溶岩和胶结物的δEu-∑REE关系图

3.5深部流体活动的判别

钻井资料表明，该区普遍缺失雷口坡组上部地层，雷口坡组顶面为一个区域性剥蚀面，地面露头上雷口坡组与须家河组之间为假整合接触，须家河组在钻井剖面上未见明显缺失，地面露头上须家河组与上覆侏罗系珍珠冲组为整合接触关系。故在该地区，早印支运动较晚印支运动表现更明显。飞仙关组主要是经历了中三叠世末的早印支运动、晚侏罗世末的中燕山运动及早第三纪末的早喜山运动，才演变成现今的构造面貌。鉴于该区广泛发育断裂构造，一些学者认为此区应属地台期后的构造活化区。

根据钻井所取得的样品中脉体方解石，将其稀土元素含量与地球圈层物质当中稀土元素进行对比，经过处理后得出稀土元素参数如表2所示。

表2　与地球各圈层对比的稀土元素特征参数

从表2可以看出，该研究区中的脉体方解石∑REE值范围为1.211～24.185，LREE/HREE值明显偏高，显示出轻稀土富集的特征，而δEu和δCe值接近并且大于1，普遍显示正异常。

将样本数据经过球粒陨石标准化后的配分模式图如图9所示。

可以看出，各井中的脉体与地球地壳的稀土元素配分模式倾向趋势大致相同，都是右倾，就是∑REE值范围比地球地壳的小很多，而马2井中的脉体稀土元素配分模式与原始地幔的接近，据前人对川东北的研究，一般出现Eu和Ce的负异常，而观看图中脉体中Eu和Ce出现正异常，推测可能是受流体环境的影响，以及深部流体活动的影响较大，尤其是马2井中的脉体配分模式，与原始地幔的重稀土含量基本相似，而轻稀土分馏明显。

图9　岩脉与地球各圈层对比球粒陨石标准配分模式图

4　结论

此次以川东北地区为研究区，分析钻井河坝1井、河坝102井、河坝2井、金溪1井、马1井、马2井里的围岩与脉体的配套样品，以稀土元素为研究手段，来评价此区域储层的一些特征，结果主要如下：

（1）根据稀土元素特征可知，井中样品围岩和脉体稀土元素地球化学征具有相似性，也有差异性，均为稀土元素配分模式均为右倾型，一些井中有明显的轻稀土富集，从La/Yb比可以看出，轻稀土存在一定程度的分馏。

（2）河坝1井中以及马2井中的飞仙关组的样品，无论可溶岩还是非可溶岩，δEu值均大于零而小于1，并且结合δEu和δCe分别与∑REE的关系可以看出，在强氧化条件下，Ce3+易氧化成难溶的Ce4+而出现负异常，表明流体环境为开放性的氧化环境。而其他井中δEu大于1，表现正异常，推测是热水溶蚀作用及流体活动的影响。丁振举等的研究表明热水系统之间稀土元素浓度差别很大，但全球范围内海底高温热流体高的正Eu异常特征，主要是在高温下Eu容易由+3还原为+2，与其他稀土元素分离而产生异常。

（3）对比脉体与地球的稀土元素配分模式，并结合研究区的地质构造，存在大量断裂，看出马2井的脉体与原始地幔的稀土配分模式存在一定的相似性，从而推测可能受到地幔物质流体的活动影响。

［1］胡忠贵，郑荣才，周刚，陈守春，李爽，文其兵.川东邻水渝北地区石炭系古岩溶储层稀土元素地球化学特征［J］.岩石矿物学杂志，2009，28（1）：37-44.

［2］陈定宝.对四川海相碳酸盐岩储层的初步认识［R］.四川石油管理局地质勘探开发研究院.

［3］张聪，于炳松，樊太亮，黄文辉，朱井泉，吴仕强.塔里木盆地北部下奥陶统碳酸盐岩孔洞充填及其成岩环境分析［J］.地学前缘，2008，15（2）：12-16.

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1004-5716（2016）08-0201-05

2015-08-20

2015-08-27

胡倩（1987-），女（汉族），四川成都人，助理讲师，现从事教学工作。