川东南深层海相碳酸盐岩区保存条件的动态评价

1、川东南深层海相碳酸盐岩区保存条件的动态评价论文导读:：以川东南地区丁山1井、林1井作为重点解剖对象，结合地表地质调查，建立下组合Z-S和区域性盖层P-T中流体充注序列，采用地质与碳、氧、锶同位素地球化学方法相结合，对不同时期形成的流体进行地球化学示踪，讨论保存条件的动态变化过程。研究说明，下组合具有良好的静态保存条件，多期构造变形使保存条件发生动态变化。第一期生油窗期，寒武系膏盐岩和泥质岩延续了初始良好的保存条件，在灯影组内形成了古油藏；加里东末期-海西早期的区域性隆升，使赋存于灯影组中的古油藏被破坏。第二期生油窗前，在下组合内部既存在流体封存箱内的局部流动也存在流体的垂向跨层流动，下组合内直

2、接盖层的保存条件被破坏。第二期生油窗期和生气窗期，下组合内的直接盖层具有好的封盖能力，在下组合内形成不同级别和规模的古油藏或古气藏。燕山期-喜山期，下组合内的直接盖层和区性盖层被破坏，流体发生大规模垂向跨层流动，古气藏被破坏。论文关键词：海相碳酸盐岩，流体，保存条件，动态评价油气保存条件已成为制约南方深层油气勘探的难点和关键付孝悦等，2002，郭彤楼等，2003；陈安定等，2004；马永生等，2006；刘文汇等，2006；楼章华等，2021。深层油气主要是指埋深在3500m以下的油气资源妥进才等，1999。川东南地区下组合海相碳酸盐岩在地质历史上曾被深埋于地腹3500米；下组合内多套泥质岩层刘

3、假设冰等，2006和多套膏盐岩，构成了下组合内油气藏的直接盖层和初始良好的保存条件。多期构造变形的改造和叠加徐政语等，2004；沃玉进等，2021；孙玮等，2021，使下组合内的直接盖层被不同程度的破坏，油气藏经历了多期运移、成藏、再运移聚集或逸散。因而，对深层碳酸盐岩油气保存条件进行动态评价是十分必要的王国芝等，2021。本文选取川东南地区桑木场-酒店垭复背斜上的丁山1井和林1井作为重点解剖对象，同时结合地表露头观察，建立流体活动事件序列，对不同时期所形成的流体进行地质、地球化学示踪,确定直接盖层对流体的封隔能力和区域性盖层中流体的来源，对保存条件进行动态评价。1地质背景川东南构造区位于四川

4、盆地东南缘，夹持于七岳山隐伏断裂与南川遵义断裂带间；由一系列北东向的背斜和向斜构成复背向斜带。桑木场-酒店垭复背斜是川东南构造区复背向斜带的一个重要组成局部。桑木场-酒店垭复背斜核部出露震旦系、寒武系、奥陶系和下志留统，两翼分别出露二叠系、三叠系及下白垩统图1。复背斜的北西翼发育次一级的丁山-林滩场背斜构造；南东翼发育一系列次级背斜和向斜构造。川东南构造区下组合内发育多个生储盖组合。二叠系区域性不整合于志留系地层之上，构成下组合中油气藏的区域性盖层；复背斜核部二叠系-三叠系海相碳酸盐岩已完全被剥蚀掉，造成区域性盖层缺失。下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组泥质岩既是良好的烃源岩刘假设冰等，200

5、6也是下组合内的直接盖层。下志留统石牛栏组和震旦统灯影组中储层发育，在石牛栏组和灯影组中已分别发现有小型和大型古油藏孙玮等，2021。图1 研究区构造位置及地质简图a区域构造位置图，方框示研究区所在位置；b研究区构造图，五角星：取样井位位置及井号；实心圆圈：地表取样位置及样号2 初始静态保存条件研究区二叠系呈平行不整合覆盖于下组合之上，中-上组合的碳酸盐岩构成了下组合古油气藏区域性盖层。在下组合内部，古油气藏主要赋集于灯影组中，因而，寒武系中的泥质岩和膏盐岩构成了灯影组古油气藏的直接盖层。志留系泥质岩既是志留系中古油气藏的直接盖层，也是下伏灯影组中古油气藏的间接盖层。寒武系和志留系中的泥质岩在

6、研究区域内分布稳定，厚度巨大，它们具有较强的封盖能力。据已实钻的丁山1井和林1井钻井资料显示，丁山1井寒武系钻遇19层膏岩及膏质岩，厚约58m；林1井寒武系钻遇5层膏岩及膏质岩，总厚约58m。这些膏岩及膏质岩的存在，明显增强了下组合内部盖层的封盖能力。分布稳定、厚-巨厚的泥质岩和膏盐岩的存在，说明研究区下组合内的初始静态保存条件良好。3保存条件的动态变化为了揭示桑木场-酒店垭复背斜带的保存条件动态变化过程，选择丁山1井、林1井和横过该构造的南北两个剖面进行系统观察和取样，井位和采样位置如图1所示，所有样品的分析结果如后表所列。研究说明，下组合中不同地层内流体充注期次各不相同，以震旦系灯影组中流

7、体充注期次最多。孔洞缝内的充填物主要为方解石、白云石和沥青，其次为石膏、石英，最晚一期充填物为重晶石、萤石、闪锌矿。对不同时期充填于裂缝和孔洞中的方解石、白云石的碳、氧同位素研究说明流体，它们都是碳酸盐岩重溶的产物。将不同时期所释放的流体置于生油窗前、生油窗、生气窗前、生气窗和生气窗后这样一个相对时间坐标轴中；采用文献王国芝等，2021所介绍的方法，对不同时期的流体进行地质与地球化学示踪。表1 丁山1井及地表下组合中充填物及围岩的同位素地球化学分析结果表 样品编号 岩性 井深(m) 层位 13C() 18O() 87Sr/86Sr (充填物-围岩) () PDB PDB 13C 18O 87S

8、r/86Sr DS36V 生气窗后充填方解石 1161.46 S1sh 2.16 -11.35 0.7131 -1.45 -4.42 -0.0018 DS36C 灰岩 3.61 -6.92 0.7149 Hg4V 生油窗前充填方解石 0 S 4.194 -15.582 0.7113 2.429 -5.94 0.0027 Hg4C 灰岩 0 1.764 -9.638 0.7086 DS32V 生气窗后充填方解石 1533.21 O2b 0.87 -11.19 0.7160 -0.49 0.08 0.0040 DS32C 灰岩 1.35 -11.27 0.7120 Hg6-5V1 生油窗前充填方解

9、石 0 O2b 0.131 -11.111 0.7143 Hg6-5V2 生气窗后充填方解石 0 0.739 -9.012 0.7131 DS29V 生油窗前充填白云石 2731.11 2sh -2.54 -11.65 0.7092 -1.29 -4.31 -0.0024 DS29C 白云岩 -1.24 -7.34 0.7116 DS28V 生气窗后充填方解石 3487.30 1n 0.7157 DS22V 生油窗前充填白云石 3504.92 Z2dy 1.24 -12.69 0.7108 -0.58 -3.42 0.0011 DS22C 白云岩 1.81 -9.28 0.7097 DS20V

10、 生油窗前充填白云石 3505.92 Z2dy 1.69 -12.44 0.7136 -0.97 -2.75 0.0026 DS20C 白云岩 2.66 -9.68 0.7110 DS16V 生油窗前充填白云石 3508.55 Z2dy 0.7121 DS14V 生油窗前充填白云石 3513.52 Z2dy 1.74 -13.4 0.7110 -0.25 -4.8 0.0010 DS14C 白云岩 1.99 -8.59 0.7100 DS10V 生油窗前充填白云石 3565.75 Z2dy 2.07 -11.89 0.7138 -1.34 -8.27 0.0039 DS10C 白云岩 3.41

11、 -3.62 0.7099 DS6V 生油窗前充填白云石 3603.3 Z2dy 0.7102 DS4BV 生油窗前充填白云石 3610.66 Z2dy 2.22 -14.51 0.7110 -0.54 -9.43 0.0009 DS4BC 白云岩 2.76 -5.08 0.7101 DS1V 生油窗前充填白云石 3777.77 Z2dy -0.21 -12.44 0.7120 -0.17 -6.03 0.0020 DS样品取自于丁山1井，Hg样品取自于地表露头，样号同图131 北部剖面流体示踪及保存条件动态变化生油窗前充注的盐水流体充注于寒武系地层中流体的87Sr/86Sr为0.7092,

12、13C和18O分别为-2.54PDB和-11.65PDB。流体的87Sr/86Sr与同期海水的87Sr/86Sr0.7081-0.7093;Veizer,1991; Denison et al.,1998相近,说明该期流体但脉体与围岩明显13C脉-围岩-1.29PDB和18O脉-围岩(-4.31PDB) 差异，说明该期流体为内源异位流体。充注于震旦系中的四期盐水流体87Sr/86Sr：0.7100-0.7102、0.7108-0.7110、0.7121、0.7136-0.7138，流体的87Sr/86Sr均明显地高于寄主围岩的87Sr/86Sr，87Sr/86Sr充填物-围岩变化于0.0009

13、-0.0039(表1)。所有围岩与充填物的87Sr/86Sr均明显地高于同期海水的87Sr/86Sr0.7083, 张志超，1995,说明这四期流体均为外源富锶流体，充填物与围岩间明显的碳、氧同位素差异表1也支持它们的外源特征。从上面的分析可以看出，志留系中所充注盐水流体的87Sr/86Sr0.7113与下伏灯影组中普遍存在的一期流体的87Sr/86Sr0.7110相近，说明该期流体充注时，灯影组中流体与志留系中的流体是相互连通的，寒武系中的膏盐岩和泥质岩盖层对流体不具有封堵能力。灯影组中其余三期流体87Sr/86Sr：0.7100-0.7102、0.7121、0.7136-0.7138在上覆

14、地层中均未见及，说明生油窗前大多数时期，寒武系中的膏盐岩和泥质岩均具有较强的封堵能力，只是偶尔这种封堵能力减弱，造成灯影组中的流体与志留系中的流体相连通。生油窗期和生气窗期的充注通过对丁山1井、林1井和地表露头的综合研究说明，下组合内曾存在不同规模的油气藏，大型的古油气藏主要赋集于灯影组内。灯影组内曾有两次油气充注，最早一期油气充注主要发生于加里东期，泥盆纪时期的隆升作用使古油藏被破坏，石油发生生物降解形成第一世代的沥青，该期沥青分布于孔洞的边缘，在色谱图上表现出一个明显的鼓包。灯影组内的第二期油气充注发生于海西末期-印支早期，在印支-燕山期随着埋藏深度的增加古油藏发生热裂解形成天然气和沥青，

15、它们属于生气窗期的产物，所形成的沥青呈细小球粒状或块状分布于孔洞的中心。在反射光下，两期沥青具有完全不同的物相特征。在丁山1井寒武系白云岩储层中2727.5-2730.5m见有大量沥青，说明寒武系中有过油气充注，形成过小型油藏，沥青属于生气窗期热裂解成因。奥陶系宝塔组灰岩裂缝中偶见生气窗期的热裂解沥青。志留系地层中的生物礁和丘中也发现有少量生气窗期形成的热裂解沥青、林1井实钻中在志留系地层中钻遇天然气。这些事实说明，下组合中曾有过不同规模和级别的油气充注或天然气成藏。从上面的分析说明，下组合地层中均发现有生气窗期所形成的热裂解沥青，从沥青在储层中的丰度和含量反映出生油窗期下组合地层中的油藏规模

16、：灯影组大型古油油藏、寒武系小型油藏、奥陶系油气显示、志留系小型油藏。所有下组合地层中的古油藏在生气窗期转变为古气藏和沥青充填。生气窗后充注的盐水流体下组合中生气窗后的盐水流体充注有四期：方解石 岩性 层位 13C 18O 87Sr/86Sr 矿物 13C 18O 87Sr/86Sr HG1-2 灰岩 二叠系 3.523 -7.049 0.7074 方解石 2.321 -9.474 07078 HG1-1 灰岩 二叠系 - - - 方解石 1.617 -7.468 0.7089 LF41-1 灰岩 二叠系 2.76 -8.395 07074 方解石 2.215 -7.795 07098 LF4

17、1-2 灰岩 二叠系 - - 0.7077 方解石 - - 0.7099 LF43-1 灰岩 二叠系 - - 0.7075 方解石 - - 0.7082 样品编号 岩性 井深(m) 层位 13C() PDB 18O() PDB 87Sr/86Sr (充填物-围岩) () 13C 18O 87Sr/86Sr LF11V 生油窗前充填方解石 0 P1m 2.041 -7.457 0.7074 -1.913 0.507 0.0000 LF11C 泥晶灰岩 3.954 -7.964 0.7074 0.0001 LF12V 生油窗前充填方解石 0.7075 LF21V 生油窗前充填方解石 0 P1m 2

18、.768 -8.945 0.7075 1.352 -1.141 0.0001 LF21C 泥晶灰岩 1.416 -7.804 0.7074 L131V 生油窗前充填方解石 468.76 S1sh 0.649 -10.378 0.7123 -0.177 0.399 0.0017 L131C 微晶灰岩 0.826 -10.777 0.7106 L130V 生油窗前充填方解石 469.21 S1sh 0.721 -10.370 0.7115 -0.297 -0.283 0.0023 L130C 微晶灰岩 1.018 -10.087 0.7092 L128V 生油窗前充填方解石 507.27 S1sh

19、 0.476 -9.235 0.7114 -0.416 -0.127 0.0022 L128C 泥晶灰岩 0.892 -9.108 0.7092 L127V 生油窗前充填方解石 512.47 S1sh 1.201 -9.216 0.7114 0.754 -0.283 0.0022 L127C 泥晶灰岩 0.447 -8.933 0.7092 L126V 生油窗前充填方解石 514.38 S1sh 1.186 -9.246 0.7116 0.316 -0.54 0.0023 L126C 泥晶灰岩 0.870 -8.706 0.7093 L125V 生油窗前充填方解石 697.10 S1l 1.2

20、87 -7.323 0.7170 1.044 1.877 -0.0001 L125C 泥岩 0.243 -9.200 0.7171 L124V 生油窗前充填方解石 756.51 S1l -3.142 -10.276 0.7180 -2.218 -0.772 -0.0026 L124C 泥岩 -0.924 -9.504 0.7206 L123V 生油窗前充填方解石 2463.38 1n -4.300 -13.736 0.7187 -1.364 -2.166 -0.0032 L123C 泥岩 -2.936 -11.570 0.7219 L122V 生油窗前充填方解石 2468.29 1n -4.3

21、11 -13.859 0.7186 L121V 生油窗前充填白云石 2619.29 Z2dn 2.944 -9.150 0.7121 1.037 -2.573 0.0027 L121C 泥晶白云岩 1.907 -6.577 0.7094 L119V 生油窗前充填白云石 2624.07 Z2dn 2.292 -11.463 0.7119 0.644 -4.188 0.0026 L119C 泥晶白云岩 1.648 -7.275 0.7093 L117V 生油窗前充填白云石 2624.91 Z2dn 2.358 -11.394 0.7120 0.751 -4.253 0.0024 L117C 藻微晶

22、白云岩 1.607 -7.141 0.7096 表3林1井二叠系-震旦系碳酸盐岩围岩及孔洞缝充填物的同位素地球化学分析结果表3 林1井二叠系-震旦系碳酸盐岩围岩及孔洞缝充填物的同位素地球化学分析结果 样品编号 岩性 井深(m) 层位 13C() PDB 18O() PDB 87Sr/86Sr (充填物-围岩) () 13C 18O 87Sr/86Sr L115V 生油窗前充填白云石 2651.14 Z2dn 2.984 -10.092 0.7123 1.146 -7.284 0.0023 L115C 泥晶白云岩 1.838 -2.808 0.7100 L114V 生油窗前充填白云石 2654.

23、70 Z2dn 2.354 -10.128 0.7111 0.22 -3.533 -0.0001 L114C 泥晶白云岩 2.134 -6.595 0.7112 L112V 生油窗前充填白云石 2659.02 Z2dn 1.637 -12.266 0.7119 -0.902 -6.054 0.0019 L112C 泥晶白云岩 2.539 -6.212 0.7100 L111V 生油窗前充填白云石 2660.21 Z2dn 0.7119 0.0016 L111C 泥晶白云岩 0.7103 L110V 生油窗前充填白云石 2762.45 Z2dn 2.433 -11.188 0.7119 -0.8

24、27 -4.931 0.0015 L110C 泥晶白云岩 3.260 -6.257 0.7104 L19V 生油窗前充填白云石 2764.37 Z2dn 1.636 -12.273 0.7118 -1.731 -5.919 0.0020 L19C 泥晶白云岩 3.367 -6.354 0.7098 L18V 生油窗前充填白云石 2764.89 Z2dn 1.817 -12.566 0.7121 -1.454 -5.564 0.0024 L18C 泥晶白云岩 3.271 -7.002 0.7097 L17V 生油窗前充填白云石 2767.85 Z2dn 0.7109 0.0011 L17C 泥晶

25、白云岩 0.7098 L16V 生油窗前充填白云石 2825.19 Z2dn 1.916 -11.713 0.7107 -1.101 -4.252 0.0008 L16C 白云岩 3.017 -7.461 0.7099 L15V 生油窗前充填白云石 2827.72 Z2dn 2.196 -11.274 0.7129 -0.501 -3.029 0.0032 L15C 藻纹层状白云岩 2.697 -8.245 0.7097 L14V 生油窗前充填白云石 2828.77 Z2dn 1.890 -11.594 0.7132 -1.226 -4.257 0.0041 L14C 白云岩 3.116 -7

26、.337 0.7091 L13V 生油窗前充填白云石 2830.64 Z2dn 2.412 -8.857 0.7130 -0.733 -1.974 0.0036 L13C 藻纹层状白云岩 3.145 -6.883 0.7094 L11V 生油窗前充填白云石 2832.06 Z2dn 2.242 -9.984 0.7121 -1.13 -2.808 0.0023 L11C 泥晶白云岩 3.372 -7.176 0.7098 L12V 生油窗前充填白云石 2832.17 Z2dn 2.082 -10.638 0.7120 -1.312 -3.507 0.0023 L12C 泥晶白云岩 3.394

27、-7.131 0.7097 87Sr/86Sr脉-围岩= -0.0032，充填物与围岩间明显的碳、氧同位素差异表3，说明充填于牛蹄塘组中的流体应当属于内源异位流体。充填于灯影组中的流体具有多期性，按照它们的87Sr /86Sr特征可以至少分为三期，它们分别是：0.7107-0.7111,0.7118-0.7123,0.7129-0.7132表3。87Sr /86Sr为0.7118-0.7123的这期流体，绝大局部分析值介于0.7119-0.7120间；所有白云岩围岩样品的87Sr /86Sr变化于0.7093-0.7112间表3。围岩样品的87Sr /86Sr大大地高于同期海水的87Sr/86

28、Sr0.7083，张志超，1995,说明围岩样品受到了富锶流体的强烈改造，但这种改造究竟是受早期表生大气淡水岩溶作用还是受到了后期外源富锶流体作用所致那么难以确定。从配对样品的87Sr/86Sr特征来看，除一个样品充填物的87Sr /86Sr稍低于围岩样品外，其余所有充填物样品的87Sr/86Sr均高于寄主围岩，87Sr/86Sr脉-围岩变化于0.0008-0.0041间，说明所充注流体应当具有外源的特征。对于87Sr/86Sr值为0.7107-0.7111的流体，它们的87Sr/86Sr与局部灯影组中白云岩的87Sr/86Sr十分接近表3，说明这期流体可能是在深埋过程中灯影组白云岩重溶后所形

29、成的流体，当它们重新迁移到其它部位沉淀后，也会造成充填物与围岩间明显的碳、氧和锶同位素差异表3。至于另外两组富锶流体87Sr/86Sr ：0.7118-0.7123,0.7129-0.7132，它们的87Sr/86Sr明显地高于与寄主围岩同时代海水的87Sr/86Sr0.7083，张志超，1995,具有极富锶的特征，说明它只能是外部来源的流体或者是极为富锶的流体与灯影组白云岩作用后再沉淀的产物。通过前面的分析说明，充填于志留系32.4保存条件的动态变化该剖面加里东末期-海西早期的流体充注和保存条件变化与北部剖面丁山1井相似，在此不再讨论，下面重点阐述海西晚期-喜山期的保存条件动态变化图3。在生

30、油窗前，下组合内存在多期流体充注，流体跨层流动特征说明下组合内部的直接盖层对流体的封堵能力已被破坏；与此同时，区域性盖层中可能也存在暗示着区域性盖层对流体也不再具有封盖能力。生油窗期，灯影组内形成大型古油藏，寒武系中的膏盐岩和泥质岩对古油藏具有极好的封盖能力。从区域性盖层的裂缝中充填有可能说明志留系中的泥质岩的封盖能力可能相对较差生气窗期先存古油藏向热裂解气藏转变，主要形成沥青和天然气，此时，可能下组合内部灯影组古气藏之上的寒武系直接盖层仍延续了早期良好的封存能力。志留系内部的的直接盖层可能起到了一定的封堵作用。生气窗后，下组合内部的直接盖层完全破坏，灯影组和志留系中的古气藏被破坏，区域性盖层中出现了而在其中残存了局部剩余气藏。结论1.研究区下组合具有良好的静态保存条件，多期构造变形使保存条件发生动态变化。2.第一期生油窗期，寒武系膏盐岩和泥质岩延续了初始良好的保存条件，在灯影组内形成了第一期古油藏，加里东末期-海西早期的构造隆升使古油藏被破坏。3第二期生油窗前，在下组合内部既存在流体封存箱内的局部流动