遵义松林剖面灯影组风化壳岩溶特征

2013-07-04陶夏妍张云峰

石油化工应用 2013年5期

陶夏妍，范鹏，张云峰

（西南石油大学资源与环境学院，四川成都 610500）

遵义松林剖面位于贵州省遵义市西松林镇，隶属于川东南探区。几十年来对四川盆地震旦系、寒武系的勘探虽然开展了勘探和研究工作，除发现了威远震旦系气田和寒武系气层、资阳震旦系气藏外，目前还无重大的突破。这说明震旦系、寒武系储层地质特征和成藏条件和规律的复杂性[1]。震旦纪末期的桐湾运动使得松林剖面因构造抬升暴露于大气环境下，经历了风化壳岩溶作用，大气水渗入其中循环发生岩溶作用，受到风化、剥蚀，缺失部分地层[2-3]。

1 识别标志

松林剖面灯影组风化壳岩溶作用特征明显，部分地层遭受剥蚀，在残余地层中形成了大型洞穴、溶蚀孔洞、高角度溶缝等典型的岩溶特征。其充填物有泥质、岩溶角砾、溶积泥岩、石钟乳等，均指示了风化壳岩溶作用的发生。研究区震旦系地层内，见发育程度不等的多种岩溶现象，出现了规模不同、形态各异的岩溶缝洞系统和内部充填物。通过对野外剖面、薄片的观察、研究，地球化学标志等特征的分析，认为本区白云岩风化壳岩溶主要有以下识别标志。

1.1 地层标志

因风化壳岩溶是地层受到构造抬升出露地表遭受风化剥蚀而形成，必然会形成一个不整合面，不整合面以下便会形成风化壳岩溶，不整合面上会有风化残积层的存在[4]。风化残积层以层状、透镜状、不规则状分布于震旦系上覆地层寒武系的底部，厚度较小，主要由铝土质泥岩、铝土岩、褐铁矿、黄铁矿和风化残积角砾等组成（见图1）。

图1 上震旦统灯影组与下寒武统梅树村组地层之间的平行不整合接触

1.2 岩石学、矿物学标志

1.2.1 岩溶角砾岩岩溶角砾为风化壳岩溶识别的典型标志[5]。岩溶角砾岩主要位于风化界面以下5～80 m的范围内，与周围地层呈不规则状突变接触，单层厚一般在0.2～10 m，最厚可达15 m 左右，岩溶角砾岩多呈灰黑色和杂色，结构组分复杂，主要有云质和灰质角砾岩两类。角砾的岩性成分多样，常与相邻地层的岩性一致，有泥晶白云岩、粉晶白云岩、泥一粉晶白云石岩和颗粒白云岩等类型，分选和磨圆极差，角砾和杂基支撑者均有；角砾间主要由细粒碳酸盐机械碎屑和泥质充填。绝大多数岩溶角砾岩中未见有孔、洞、缝的存在（见图2，A）。

1.2.2 高角度溶沟和溶缝高角度溶沟和溶蚀扩大缝是本区震旦系碳酸盐岩遭受表生期岩溶作用的一个常见识别标志。溶蚀扩大缝常被泥质及少量的碳酸盐岩角砾、粒状白云石充填，一般分布于剥蚀面以下100 m的深度范围内（见图2，B）。

1.2.3 大型溶洞大型溶洞是识别风化壳岩溶作用的重要标志之一。它的形成和发育是本区震旦系碳酸盐岩水平潜流带岩溶作用的结果。这些大型溶洞及其充填物是潜水面溶洞系统和地下水流系统的重要识别标志。白云岩中发育的溶洞规模相对较小，洞径一般不超过l m，为白云岩角砾、泥质和碳酸盐矿物充填-半充填（见图2，C）。

图2 风化壳岩溶识别标志

1.2.4 中小型溶蚀孔洞本区震旦系碳酸盐岩风化壳岩溶带中，中小型溶蚀孔洞发育,常呈囊状或水平状，孔洞径一般在0.2～l0 cm，多被泥质、粉砂等渗流沉积物及白云石和硅质矿物等化学沉淀物充填或半充填。白云岩中的溶蚀孔洞多呈蜂窝状分布，部分呈拉长状平行层面分布，孔洞间的连通性较好，且充填度较低，仅部分溶蚀孔洞为少量的白云岩角砾、泥质和白云石晶体充填或半充填。中小型溶蚀孔洞的发育说明了本区震旦系白云岩岩在表生环境渗流或潜流带中经受了溶解作用，它们以具特征的渗流沉积物、示底构造以及产出于不整合附近等特征与埋藏环境中形成的溶蚀孔洞相区别（见图2，D）。

图3 灯影组溶洞中充填白云石δ13C ‰（PDB）与δ18O ‰（PDB）关系图

1.3 充填物地球化学特征

据表1 及图3可知，纤状白云石、粉—细晶白云石的平均CaCO3克分子百分数分别为49.23 和49.6，平均有序度分别为0.902 和0.865，都没达到理想白云石所具有的CaCO3：MgCO3=1：1，有序度为1的内部组构。纤状白云石的δ13C 值平均为-0.4627 ‰（PDB）；δ18O平均为-8.0862 ‰（PDB）。粉-细晶白云石的δ13C 平均为0.1315 ‰；δ18O 平均为-5.22 ‰。由此可见，纤状白云石及粉-细晶白云石的δ13C 值在0 ‰值附近变化，而δ18O 值中等偏负，反映出富16O的大气淡水的作用。并且其δ18O 和δ13C的变化范围较大，也证实是受了同位素含量波动较大的大气淡水的影响。从微量元素Fe2+，Mn2+，Sr2+的含量来看，纤状白云石和粉-细晶白云石的Sr2+含量低（平均分别为129.78×10-6，160.3×10-6），Mn2+含量低（平均分别为:256×10-6，340×10-6）；对于Fe2+来说，由于制样时易造成污染，所以分析结果常出现较大的波动[6]。但剔出样品分析结果中一些明显偏大的值以后，仍可看出，纤状白云石和粉-细晶白云石的Fe2+多在（200～300）×10-6范围内变化。由此可见，纤状白云石和粉-细晶白云石是低Fe2+，Mn2+，Sr2+的，反映出生成环境为氧化、开放的大气淡水环境。

2 垂向分带特征

根据水文条件、岩溶作用过程及产物特征概括出一个综合的岩溶剖面模式。该岩溶剖面中，位于潜水面之上的部分，其孔洞和裂缝空间未被地下水饱和，这大气水在重力的作用下主要是向下垂直渗流或流动。可划分为两个带：表层岩溶带和垂直渗流岩溶带；潜水面之下的部分，该带内的地下水仍属重力水而非承压水，但水流方向以水平方向为主，在无隔水层的情况下，该带下部通过混合带与基岩深卤水过渡，可划分为两个带：水平潜流岩溶带和深部缓流岩溶带。水平潜流岩溶带溶蚀作用比较发育，是研究重点。

遵义松林野外剖面上震旦纪末期的风化壳岩溶作用特征明显，主要位于灯影组中上部（上贫藻层段和中富藻层段），下部（下贫藻层段）岩溶作用较弱，以胶结为主。从上之下可划分出3个岩溶作用带，分布在层段282～364 m 范围内，厚度为82 m（见图4）。

（1）垂直渗流岩溶带：层段：342～364 m，厚22 m。岩性顶部为厚层块状砂屑白云岩，其余部分为大套浅灰色细粉晶白云岩。该岩溶带特征为高角度扩溶缝发育，溶洞形态呈水滴状、裂隙状；顶部可见风化残积物，溶蚀洞缝部分被泥质、角砾充填。野外剖面上可见顶部发育风化残积物，泥质、角砾充填表层岩溶带；发育高角度扩溶缝，沿裂缝发育有串珠状溶孔，溶蚀孔洞呈长条状。

（2）水平潜流岩溶带：层段：298～342 m，厚44 m。岩性为灰～浅灰色中细晶白云岩。该带以发育扁圆状、椭圆状水平溶蚀孔洞为特征；该岩溶带充填作用不强烈，孔洞保存较好。野外剖面可见白云岩中发育顺层溶蚀缝洞储集体，并且从上到下充填程度增加。

表1 白云石地球化学平均值

（3）深部缓流岩溶带：层段：282～298 m，厚16 m,岩性为灰～浅灰色中细晶白云岩。底部见硅质结核。该岩溶带岩溶作用不强烈，仅发育少量溶孔，且多数被白云石充填（见图4）。

3 横向分布与对比特征

岩溶带的厚度及其分布反映了岩溶作用和岩溶发育的控制条件，川东南地区岩溶层厚度变化与岩溶地貌单元的关系密切，岩溶带的厚度变化体现了多种因素的控制和影响。将遵义松林剖面风化壳岩溶发育特征与均处于岩溶斜坡区的林1 井、丁山1 井进行横向对比可知：垂向渗滤带在林1 井厚度最大，在丁山1 井厚度最小；水平径流带厚度基本无变化。震旦纪末期风化壳岩溶的各作用带横向上总体具有良好的可对比性，岩溶作用厚度一般80～110 m 范围内，各岩溶带厚度的变化不大，仅在林1 井的垂直渗流岩溶带厚度相对较厚，说明古地貌差异不大，断裂等构造作用不强烈（见图5）。