碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)的排烴效應(yīng)
——以川東地區(qū)石炭系和奧陶系碳酸鹽巖為例

王 軒,高 崗,李佳燁,葛黛薇,張維維

[中國(guó)石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249]

碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)的排烴效應(yīng)
——以川東地區(qū)石炭系和奧陶系碳酸鹽巖為例

王 軒,高 崗,李佳燁,葛黛薇,張維維

[中國(guó)石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249]

為了探究碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)的排烴效應(yīng)及其物質(zhì)組成的差異，采集了四川盆地東部大池干構(gòu)造帶座3、池53、五科1等取心井含縫合線的石炭系和奧陶系碳酸鹽巖巖心樣品，進(jìn)行了縫合線與基質(zhì)的巖心與鑄體薄片觀察以及全巖X-射線衍射礦物成分含量、有機(jī)碳含量、熱解(Rock-Eval)、可溶有機(jī)質(zhì)抽提、族組分分離與定量等實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)分析表明，縫合線比基質(zhì)的物質(zhì)組成有較大差異，這主要與壓溶作用有極為密切的關(guān)系。由于碳酸鹽礦物的壓溶作用，縫合線比基質(zhì)含有更多的白云石、黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)等不溶物質(zhì)，礦物顆粒主要呈基底膠結(jié)、雜基支撐，基質(zhì)中的礦物顆粒之間主要呈線狀、凹凸?fàn)罹o密接觸。這種礦物組成和結(jié)構(gòu)特征使得縫合線比基質(zhì)有相對(duì)更好的孔滲性，可以成為地質(zhì)歷史時(shí)期中碳酸鹽巖內(nèi)部流體排出的重要通道，所以，縫合線的排烴效應(yīng)比基質(zhì)明顯。對(duì)于含有縫合線的低有機(jī)質(zhì)豐度碳酸鹽巖來(lái)說(shuō)，縫合線有機(jī)質(zhì)可以作為碳酸鹽巖生烴的重要補(bǔ)充。此外，縫合線中較多的可溶有機(jī)質(zhì)對(duì)熱解參數(shù)有一定影響。

縫合線；基質(zhì)；有機(jī)地球化學(xué)；排烴效應(yīng)；碳酸鹽巖；四川盆地

縫合線是碳酸鹽巖中礦物在應(yīng)力作用下發(fā)生溶解作用從而形成的一種重要的地質(zhì)現(xiàn)象[1]。碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)分布具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，其中縫合線是有機(jī)質(zhì)富集和流體運(yùn)移的重要部位[2-5]。有關(guān)碳酸鹽巖中縫合線的分布、形態(tài)類型、物質(zhì)組成、成因已進(jìn)行了較多的研究[1-5]，縫合線對(duì)儲(chǔ)集層孔滲、流體輸導(dǎo)的意義也進(jìn)行了多方面的探討[6]，而對(duì)于碳酸鹽巖縫合線巖石學(xué)特征、排烴作用及有機(jī)質(zhì)富集作用的研究并不多。一般情況下，縫合線本身由于致密的不溶殘余物的存在成為流體運(yùn)移的遮擋物而不能構(gòu)成儲(chǔ)滲空間[7-8]。但縫合線形成之后的漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史時(shí)期由于后期溶蝕作用可以向儲(chǔ)滲空間演化，形成大量沿縫合線分布的溶蝕孔隙[9]。一旦發(fā)生溶蝕作用，則縫合線就會(huì)有較高的孔隙度，可作為油氣和其他流體運(yùn)移的通道，所以，碳酸鹽巖的縫合線對(duì)石油的運(yùn)移、聚集有一定作用[10-12]。烴源巖的排烴是指油氣從低滲透源巖中排驅(qū)到相對(duì)較高滲透率的運(yùn)載層或儲(chǔ)層的過(guò)程[13-15]。碳酸鹽巖中的有機(jī)質(zhì)主要由于成巖作用而呈非均質(zhì)分布特征，圧溶作用導(dǎo)致了有機(jī)質(zhì)在縫合線中的富集[16]，而有機(jī)質(zhì)在縫合線部位富集則提高了石油的排出效率[17]。

海相碳酸鹽巖層系一直是全球油氣勘探的重要領(lǐng)域[18]，由于海相碳酸鹽巖中有機(jī)碳含量普遍較低[19]，縫合線富含有機(jī)質(zhì)可以作為海相碳酸鹽巖生烴的補(bǔ)充，所以研究海相碳酸鹽巖中廣泛發(fā)育的縫合線具有重要意義。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者較少將縫合線與基質(zhì)的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)結(jié)合起來(lái)對(duì)比分析縫合線對(duì)碳酸鹽巖的排烴作用。本文將選擇四川盆地石炭系與奧陶系海相碳酸鹽巖進(jìn)行巖石薄片觀察，結(jié)合X-射線衍射測(cè)試的礦物成分含量、有機(jī)碳、熱解與可溶有機(jī)質(zhì)含量對(duì)比等方面分析碳酸鹽巖基質(zhì)與縫合線的排烴效應(yīng)。

1 地質(zhì)概況

四川盆地在地理范圍上包括了四川省中東部和重慶的大部分地區(qū)，是一個(gè)呈菱形樣式的構(gòu)造盆地。盆地被周圍的斷裂帶所圍繞，東部與龍門(mén)山臺(tái)緣坳陷帶相鄰，西部與大巴山和大婁山臺(tái)緣坳褶帶分界，南部緊鄰大涼山斷裂帶，北部通過(guò)斷裂與米倉(cāng)山臺(tái)褶帶相接，總體面積大概26萬(wàn)多平方千米(圖1)[20]。四川盆地是一個(gè)大型的內(nèi)陸盆地，盆地發(fā)育的特點(diǎn)是盆地周邊山地的海拔都較高，而盆地中間的地勢(shì)較平坦并且海拔較低，所以可以非常明顯地將盆地區(qū)分成周緣山地和盆地中部?jī)蓚€(gè)部分[21]。

圖1 四川盆地構(gòu)造位置與取心井分布Fig.1 Structure and cored well location in the Sichuan Basin

四川盆地構(gòu)造上屬于揚(yáng)子地臺(tái)西部重要的一級(jí)單元，是上揚(yáng)子克拉通基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái)經(jīng)歷了多期構(gòu)造旋回運(yùn)動(dòng)、多類型盆地疊合形成的大型含油氣盆地[22]。作為大型古老疊合沉積盆地，四川盆地的形成和發(fā)展經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，總體以沉降、沉積為主，可分為兩大沉積構(gòu)造演化階段：① 震旦紀(jì)到中三疊世為海相克拉通盆地碳酸鹽巖沉積構(gòu)造演化階段，盆地以垂直升降運(yùn)動(dòng)為主；② 晚三疊世以來(lái)進(jìn)入前陸盆地的陸相碎屑巖為主的沉積構(gòu)造演化階段，形成“前陸-克拉通”類型的疊合盆地[23]。

四川盆地地層主要由震旦紀(jì)到中三疊世沉積的海相碳酸鹽巖構(gòu)成，地層的總厚度達(dá)數(shù)千米，也有部分地層巖性表現(xiàn)為陸相的砂巖和碳酸鹽巖，但是儲(chǔ)集層主要為海相的碳酸鹽巖層段[23]。盆地主要發(fā)育開(kāi)闊臺(tái)地相、局限臺(tái)地相、臺(tái)內(nèi)灘相等蒸發(fā)巖沉積，存在局部高能灘相發(fā)育區(qū)，并且這些灘相異常體有利于早期巖溶發(fā)育，從而有利于在碳酸鹽巖中發(fā)生壓溶作用形成縫合線[24]。本次論文研究區(qū)選取四川盆地東部地區(qū)大池干構(gòu)造帶，該地區(qū)地層碳酸鹽巖富含較粗的縫合線，在該研究區(qū)域采集的奧陶系和石炭系目的層中的碳酸鹽巖巖心樣品中富含較多的縫合線，并且縫合線均發(fā)育較粗，碳酸鹽巖樣品富含縫合線物質(zhì)，符合本次研究的需要。

2 實(shí)驗(yàn)方法

本次研究樣品主要采自四川盆地大池干構(gòu)造帶的座3、池53和五科1等鉆井的石炭系和奧陶系巖心。樣品富含黑色縫合線充填物(圖2)。本次研究要對(duì)比分析縫合線和其周圍基質(zhì)，因此對(duì)樣品中的縫合線與基質(zhì)分別進(jìn)行剝離，純基質(zhì)樣品的采集相對(duì)簡(jiǎn)單，由于基質(zhì)在樣品中占絕大部分，因此只需將巖心破碎，取縫合線附近較純基質(zhì)碎屑將其研磨即可?？p合線由于不規(guī)則存于樣品中，并且不同部位粗細(xì)程度不同，其采集難度較大。在采集的過(guò)程中盡量選取縫合線較粗的部位，先沿縫合線用細(xì)鉆將其碎解，然后用特制的手鉗將縫合線中充填物分離取出，用銼刀去除明顯的基質(zhì)部分，再用研缽將質(zhì)純的縫合線充填物磨碎。將縫合線和基質(zhì)粉末進(jìn)行稱重過(guò)100mg目篩，然后分別放入編號(hào)的樣品袋中，以備下一步實(shí)驗(yàn)分析用。

在取得實(shí)驗(yàn)樣品后即可開(kāi)始進(jìn)行分析測(cè)試。首先對(duì)分析的巖心樣品制備巖石鑄體薄片進(jìn)行巖石學(xué)特征及孔隙發(fā)育情況顯微鏡下觀察。然后分別稱取碳酸鹽巖基質(zhì)和縫合線物質(zhì)100 mg，先后進(jìn)行總有機(jī)碳、熱解(Rock-Eval)與全巖X-射線衍射礦物成分分析測(cè)試。接下來(lái)挑選含縫合線的物質(zhì)(20～30 g)和足夠多的基質(zhì)(150 g左右)樣品，進(jìn)行氯仿瀝青“A”抽提、族組分的分離與定量分析等。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 基質(zhì)與縫合線巖石學(xué)特征

大量的縫合線鑄體薄片觀察發(fā)現(xiàn)研究區(qū)海相碳酸鹽巖縫合線發(fā)育特征有所不同，縫合線的粗細(xì)程度有所不同，這與發(fā)生壓溶作用形成縫合線時(shí)的應(yīng)力大小有關(guān)。普通巖石薄片中，方解石會(huì)被茜素紅硫溶液染成紅色，而白云石則不會(huì)被染色(圖3)，借此區(qū)分兩種主要的碳酸鹽巖礦物成分。鑄體薄片中，未被充填的孔隙會(huì)被藍(lán)色液態(tài)膠充注變成藍(lán)色加以區(qū)分(圖4)。鑄體薄片觀察發(fā)現(xiàn)縫合線中礦物成分主要是白云石，充填物主要是黑色的固體瀝青、有機(jī)質(zhì)以及土黃色的泥質(zhì)等(圖3)?？p合線內(nèi)礦物顆粒之間一般呈基底膠結(jié)、雜基支撐的特點(diǎn)(圖3)?？p合線周圍基質(zhì)的主要礦物成分為方解石，礦物顆粒之間一般呈接觸膠結(jié)或鑲嵌膠結(jié)，呈線接觸、凹凸接觸的特點(diǎn)(圖3，圖4)。這是縫合線圧溶成因的重要證據(jù)，由于碳酸鹽巖中礦物膠結(jié)物的大量發(fā)育可以成為巖性致密化的主要因素[25]，這也為縫合線形成過(guò)程中流體攜溶解的碳酸鹽向基質(zhì)運(yùn)移，當(dāng)條件變化時(shí)溶解的礦物離子重新結(jié)晶而起膠結(jié)作用，使縫合線周圍基質(zhì)變得更加致密提供了依據(jù)。但基質(zhì)中排烴特征不明顯，排烴后殘余物很少，說(shuō)明其排烴效應(yīng)并不如縫合線好。

縫合線充填物和基質(zhì)物質(zhì)的全巖X-射線衍射測(cè)試結(jié)果與顯微鏡下觀察結(jié)果基本一致(表1)?？p合線充填物中粘土礦物含量介于17.5%～26.3%，均值為20.7%；白云石含量介于41.3%～48.6%，均值為45.6%；黃鐵礦含量介于8.7%～14.1%，均值為11.4%；而在基質(zhì)物質(zhì)中，粘土礦物含量介于2.8%～8.2%，均值為5.4%；白云石含量介于15.2%～27.9%，均值為21.3%；黃鐵礦含量介于1.8%～5.7%，均值為3.1%；縫合線充填物中的粘土、白云石和黃鐵礦含量均高于基質(zhì)物質(zhì)，尤其是黃鐵礦差異最大。

圖2 川東地區(qū)含縫合線的碳酸鹽巖巖心樣品照片F(xiàn)ig.2 Photos of carbonate rock core samples containing stylolite in the Eastern Sichuan Basina.池53井,石炭系,埋深3 056.21～3 056.32 m; b.池53井,石炭系,埋深3 053.82～3 053.94 m; c.五科1井,石炭系,埋深4 254.24～4 254.32 m; d.座3井,奧陶系,埋深4 316.19～4 324.69 m; e.座3井,奧陶系,埋深4 316.19～4 324.69 m; f.座3井, 奧陶系,埋深4 324.6～4 336.19 m

圖3 川東地區(qū)石炭系和奧陶系碳酸鹽巖縫合線顯微鏡下鑄體薄片特征(單偏光20倍)Fig.3 Cast thin sections of the stylolite in the Carboniferous and Ordovician carbonate rocks in the Eastern Sichuan Basina.座3井，奧陶系，埋深4 316.19～4 316.43 m，含大量瀝青和少量泥質(zhì)；b.池53井，石炭系，埋深3 056.21～3 056.32 m，含大量瀝青和少量泥質(zhì)；c.五科1井，石炭系，埋深4 254.24～4 254.32 m，含大量瀝青和少量泥質(zhì)；d.座3井，奧陶系，4 317.52～4 317.71 m，含中量瀝青和中量泥質(zhì)；e.池53井，石炭系，埋深3 053.82～3 053.94 m，含少量瀝青和大量泥質(zhì)，有機(jī)質(zhì)分散；f.五科1井，石炭系，埋深 4 251.62～4 251.73 m，含大量瀝青和大量泥質(zhì)

圖4 川東地區(qū)石炭系和奧陶系碳酸鹽巖基質(zhì)顯微鏡下鑄體薄片特征(單偏光20倍)Fig.4 Cast thin sections of the matrix in the Carboniferous and Ordovician carbonate rocks in the Eastern Sichuan Basina.座3井，奧陶系，埋深4 316.19～4 316.43 m，含少量白云石和少量瀝青；b.池53井，石炭系，埋深3 056.21～3 056.32 m，含少量白云石和極少量瀝青；c.五科1井，石炭系，埋深4 254.24～4 254.32 m，中量白云石和極少量瀝青；d.座3井，奧陶系，埋深4 317.52～4 317.71 m，少量白云石和少量瀝青； e.池53井，石炭系，埋深3 053.82～3 053.94 m，中量白云石和極少量瀝青；f.五科1井，石炭系，埋深4 251.62～4 251.73 m，中量白云石和少量瀝青

縫合線中白云石和黃鐵礦比基質(zhì)中含量更高的現(xiàn)象可能與縫合線的壓溶成因有關(guān)。在沉積后期碳酸鹽巖顆粒間發(fā)生壓溶作用，碳酸鹽巖在酸性地質(zhì)流體的作用下溶解，溶解的碳酸鹽巖流體主要沿著縫合線的壓溶面運(yùn)移排泄，這樣不溶的白云石、黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)等逐漸富集形成縫合線，易溶于酸性地質(zhì)流體的方解石溶解后隨碳酸鹽巖流體運(yùn)移排泄出去[26]。最終導(dǎo)致縫合線中不溶的白云石和黃鐵礦相比基質(zhì)更加富集，測(cè)定含量更高，而方解石含量相比基質(zhì)更少的現(xiàn)象。

在縫合線形成過(guò)程中，壓溶作用形成的碳酸鹽巖流體中溶解的礦物離子會(huì)重新結(jié)晶而起到膠結(jié)作用，從而使得縫合線周圍基質(zhì)孔隙度降低，從而基質(zhì)巖石變得更加致密[27]。而在縫合線形成之后，碳酸鹽巖中儲(chǔ)集層儲(chǔ)集物性的影響因素主要為成巖后生作用和裂縫的發(fā)育情況，碳酸鹽巖內(nèi)的斷裂和孔洞類巖溶通道往往是油氣運(yùn)移的高速通道[28]。

表1 川東地區(qū)碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)礦物成分含量數(shù)據(jù)

首先從成巖后生作用角度來(lái)看，隨著縫合線形成之后壓溶作用使得基質(zhì)愈加致密，地質(zhì)流體理應(yīng)沿著縫合線流動(dòng)并向致密的基質(zhì)層中運(yùn)移，后續(xù)如果發(fā)生溶蝕作用理應(yīng)使得縫合線中溶蝕孔洞比基質(zhì)要更加發(fā)育[26-27]；此外，白云石相比方解石晶粒增大、晶間孔徑變大，會(huì)使碳酸鹽巖中白云石含量更高的縫合線中孔隙度和滲透率增加，對(duì)孔滲性可以起到改善作用。

然后從碳酸鹽巖裂縫發(fā)育的巖性因素來(lái)看，裂縫發(fā)育的內(nèi)因主要取決于巖石的脆性，巖性不同，脆性不一樣，裂縫發(fā)育的程度也不一樣，脆性大的巖層裂縫更加發(fā)育；硅質(zhì)含量增加會(huì)增加巖石的脆性，利于裂縫的發(fā)生；白云石含量增加，晶粒比方解石更粗，會(huì)增加巖石脆性，也有利于裂縫的發(fā)生[29]。此外，泥質(zhì)含量增加，將降低巖石的脆性，減弱裂縫的發(fā)育；但是考慮到粘土礦物可以促進(jìn)有機(jī)質(zhì)生烴反應(yīng)的進(jìn)行[30]，并且粘土礦物層本身可以產(chǎn)生大量的微孔隙和微裂縫，增加巖石的孔隙度。所以，單純從縫合線與基質(zhì)的礦物成分對(duì)比來(lái)看，結(jié)合縫合線的壓溶成因和碳酸鹽巖后生成巖作用的分析，判斷碳酸鹽巖縫合線次生孔洞和裂縫更加發(fā)育，孔滲性理應(yīng)更好，其本身有機(jī)質(zhì)除了可以生部分油氣外，也可作為油氣運(yùn)移通道；這也與鏡下薄片觀察的結(jié)果一致；所以理論上縫合線的排烴效應(yīng)應(yīng)該比基質(zhì)要好。另外，在壓溶作用的影響下，地下地質(zhì)環(huán)境中溶解了圍巖物質(zhì)的碳酸鹽溶液更傾向于沿著縫合線的壓溶面運(yùn)移排泄，而不是主要進(jìn)入難滲透的縫合線兩側(cè)巖石中[26-27]，綜合說(shuō)明了縫合線的排烴效應(yīng)理應(yīng)比基質(zhì)要好。

3.2 基質(zhì)與縫合線排烴效應(yīng)對(duì)比

碳酸鹽巖縫合線的形成主要是碳酸鹽巖基質(zhì)壓溶作用下流體及可溶離子排出的結(jié)果，所以其中的烴類含量與烴類排出之間存在一定關(guān)系。同一部位的縫合線與基質(zhì)成熟度接近、有機(jī)質(zhì)類型相似，差異在于縫合線的有機(jī)質(zhì)豐度和生烴潛力比基質(zhì)大，因此可以根據(jù)兩者的地化特征和族組分含量對(duì)比分析排烴效應(yīng)好壞。

3.2.1 排烴效應(yīng)分析方法

生油巖熱解(Rock-Eval)數(shù)據(jù)的變化可以反映出生油巖的生排烴特征[31-32]。一般地，熱解S1代表的是單位巖石的殘留烴量，若未發(fā)生過(guò)排烴，則可代表巖石的已生烴總量，其大小取決于有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度。在有機(jī)質(zhì)豐度相同時(shí)，它可以反映有機(jī)質(zhì)的生烴特征，但事實(shí)上各巖石的有機(jī)質(zhì)豐度不盡相同，所以不能直接用S1來(lái)說(shuō)明有機(jī)質(zhì)的生烴特征，而應(yīng)該采用消除了有機(jī)質(zhì)豐度影響之后的參數(shù)烴指數(shù)IHC(IHC=S1/TOC，mg/g)來(lái)表征有機(jī)質(zhì)的生排烴效應(yīng)。以單位質(zhì)量TOC對(duì)應(yīng)的殘余烴量IHC作為縫合線與基質(zhì)排烴強(qiáng)度的衡量標(biāo)準(zhǔn)，是因?yàn)橄鄬?duì)TOC來(lái)說(shuō)，殘余烴量S1值越小說(shuō)明在地質(zhì)歷史時(shí)期排烴量越大，排烴強(qiáng)度也越大。通過(guò)計(jì)算縫合線充填物與基質(zhì)物質(zhì)的IHC數(shù)值，再擬合其與兩者有機(jī)質(zhì)豐度、殘余有機(jī)質(zhì)生烴潛力、Tmax數(shù)值之間的曲線關(guān)系，以及分離定量實(shí)驗(yàn)中氯仿瀝青“A”的含量以及各族組分的相對(duì)含量，可以分析出排烴效應(yīng)與這些影響因素之間的關(guān)系，判斷出縫合線與基質(zhì)的排烴效應(yīng)強(qiáng)弱。

3.2.2 排烴效應(yīng)與有機(jī)質(zhì)豐度的關(guān)系

根據(jù)有機(jī)碳含量(TOC)及熱解生烴潛力Pg(Pg=S1+S2)分析結(jié)果，縫合線TOC值介于0.18%～0.81%，均值為0.67%；基質(zhì)TOC值介于0.03%～0.23%，均值為0.12%?？p合線的Pg值介于2.3～6.6 mg/g，均值為4.6 mg/g；基質(zhì)Pg值介于0.2～1.2 mg/g，均值為0.57 mg/g。

對(duì)于碳酸鹽巖，許多研究將其烴源巖TOC含量下限設(shè)定在0.3%左右[33]，如果單從有機(jī)質(zhì)豐度來(lái)看，縫合線充填物作為烴源巖要好于基質(zhì)物質(zhì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，基質(zhì)的IHC值明顯較高，主要介于121～307 mg/g，均值為185 mg/g；縫合線的IHC值明顯較低，主要介于19～148 mg/g，均值為57 mg/g。這說(shuō)明縫合線相對(duì)于基質(zhì)有更多的烴類排出，預(yù)示了縫合線的排烴效應(yīng)比基質(zhì)要強(qiáng)。

圖5 川東地區(qū)碳酸鹽巖樣品中基質(zhì)和縫合線的熱解烴指數(shù)與生烴潛力關(guān)系Fig.5 Relationship between IHC and Pg of matrix and stylolite in carbonate rock samples in the Eastern Sichuan Basin

根據(jù)排烴效應(yīng)與有機(jī)質(zhì)豐度關(guān)系來(lái)看(圖5)，由于縫合線的排烴效應(yīng)比基質(zhì)明顯，有機(jī)質(zhì)豐度整體比基質(zhì)要高，并且IHC值與熱解生烴潛力Pg值呈反比關(guān)系。再次說(shuō)明有機(jī)質(zhì)豐度越高，排烴效應(yīng)越明顯，縫合線比基質(zhì)的排烴效應(yīng)更好。

3.2.3 排烴效應(yīng)與殘余有機(jī)質(zhì)生烴潛力的關(guān)系

熱解方法得到的烴指數(shù)(IHC)和氫指數(shù)(IH)(IH=S2/TOC，mg/g)均可以表示巖石有機(jī)質(zhì)的生烴潛力[34]。其中IHC可表示巖石中已生成的相對(duì)于TOC的烴量，IH表示巖石中相對(duì)于TOC可以在更高的演化階段生成的烴量，則(IHC+IH)表示的是巖石中相對(duì)于TOC的總的殘余烴潛力，包括已生成和殘余可生成的烴潛力。根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，縫合線的(IHC+IH)值介于420～1 271.5 mg/g，均值為762.1 mg/g；基質(zhì)(S1+S2)/TOC數(shù)值介于398.4～616.6 mg/g，均值為509.7 mg/g。說(shuō)明縫合線的總殘余有機(jī)質(zhì)生烴潛力普遍高于基質(zhì)。通過(guò)擬合曲線(圖6)可以看出，IH與(IHC+IH)之間呈反比關(guān)系，并且兩條曲線具有較好的正相關(guān)性，說(shuō)明殘余有機(jī)質(zhì)生烴潛力越大，排烴效應(yīng)越強(qiáng)。

TOC與熱解計(jì)算結(jié)果顯示，縫合線的IH值介于271～1 221 mg/g，均值為705 mg/g；基質(zhì)IH值介于104～462 mg/g，均值為325 mg/g。通過(guò)擬合曲線(圖6)可以很明顯地看出，縫合線的IH值高于基質(zhì)，表明其有更強(qiáng)的殘余生烴潛力。擬合曲線也表現(xiàn)出IHC值與IH值呈反比關(guān)系，并且兩條曲線具有較好的正相關(guān)性，說(shuō)明縫合線比基質(zhì)的排烴效應(yīng)更好。

3.2.4 排烴效應(yīng)與族組分的關(guān)系

縫合線的形成主要是碳酸鹽巖基質(zhì)圧溶的結(jié)果，也是基質(zhì)烴類排出的通道，其可溶有機(jī)質(zhì)與基質(zhì)內(nèi)的可溶有機(jī)質(zhì)之間存在排烴效應(yīng)關(guān)系[11]。氯仿瀝青能比較準(zhǔn)確的代表巖樣中溶于氯仿的瀝青物質(zhì)含量。與酒精一苯瀝青相比,氯仿瀝青的烴類含量較高,在成分上更接近石油。因此，在有機(jī)質(zhì)含量相同的情況下，氯仿瀝青的含量愈高,說(shuō)明有機(jī)物質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的程度愈高，常用氯仿瀝青含量“A”(A)與有機(jī)碳含量(TOC)的比值(即A/TOC值)表示有機(jī)物質(zhì)向油氣的轉(zhuǎn)化程度。氯仿瀝青“A”含量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，縫合線中氯仿瀝青“A”含量介于0.007%～0.044%，均值為0.028%，基質(zhì)中氯仿瀝青“A”含量介于0.001%～0.007%，均值為0.004%。據(jù)圖7柱狀圖顯示，縫合線充填物中氯仿瀝青“A”/TOC數(shù)值均高于基質(zhì)樣品，其比值分別介于0.03～0.06和0.02～0.04，均值分別為0.04和0.03，整體上縫合線中數(shù)值要更大。這說(shuō)明碳酸鹽巖縫合線中有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的程度相比基質(zhì)中更高，可能與縫合線中大量富集可溶有機(jī)質(zhì)有關(guān)，但兩者由于地質(zhì)歷史時(shí)期中埋深一致，所以差別并不大。

表2為氯仿瀝青“A”族組分相對(duì)含量，顯示族組分回收率介于86%～94%，均值為91%，分離定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理。從表2中各族組分相對(duì)含量的差異來(lái)看，整體趨勢(shì)是縫合線充填物中飽和烴和芳香烴含量低于基質(zhì)，瀝青質(zhì)和非烴含量高于基質(zhì)物質(zhì)。在烴源巖初次排烴過(guò)程中，排烴程度越強(qiáng)，殘余的烴類含量就相應(yīng)越少，非烴類物質(zhì)相應(yīng)越多。整體來(lái)看，縫合線充填物的排烴效應(yīng)應(yīng)該比基質(zhì)物質(zhì)要好，排烴強(qiáng)度更大，利于碳酸鹽巖烴源巖的初次排烴。

此外，氯仿瀝青“A”的各族組分在初次運(yùn)移的排烴程度上也有明顯差異。飽和烴含量整體低于芳香烴含量，芳香烴含量整體低于非烴，似乎可以說(shuō)明飽和烴相對(duì)于芳香烴，芳香烴相對(duì)于非烴更易排出烴源巖。同時(shí)，縫合線的飽和烴和芳香烴含量普遍低于基質(zhì)，又一次表明縫合線更利于烴類的排出和運(yùn)移。

3.2.5 排烴效應(yīng)對(duì)熱解Tmax的影響

根據(jù)熱解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，縫合線的Tmax值介于373～500 ℃，均值為420 ℃；基質(zhì)Tmax值介于420～600 ℃，均值為481 ℃。同一碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)成熟度應(yīng)該相近，但Tmax呈現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律是基質(zhì)均高于縫合線，且無(wú)論是基質(zhì)還是縫合線，它們的IHC與Tmax兩者關(guān)系曲線均具有較好的正相關(guān)性(圖8)。這顯示了殘余可溶瀝青對(duì)最高熱解峰溫Tmax的影響。從烴源巖熱解過(guò)程來(lái)說(shuō)，在低于90 ℃時(shí)熱解得到的主要是輕烴(S0)，在90～300 ℃范圍熱解得到的主要較重的已經(jīng)生成的烴類(S1)，在300～600 ℃范圍熱解得到的主要是干酪根熱解烴(S2)。如果樣品中有較多的比較重的烴類和非烴，則在90～300 ℃，這些已生成的可溶有機(jī)質(zhì)就不能完全解析，只有在300～600 ℃的較低溫度范圍才能釋放，這就引起了熱解烴峰溫的下降，從而得到較低的Tmax值。由于縫合線比基質(zhì)有更多的可溶有機(jī)質(zhì)含量，所以，其熱解Tmax值總體低于基質(zhì)。可見(jiàn)，排烴效應(yīng)對(duì)熱解Tmax數(shù)值可以造成影響。這指示當(dāng)利用熱解Tmax分析烴源巖熱成熟度時(shí)應(yīng)考慮可溶有機(jī)質(zhì)的影響。

圖6 川東地區(qū)碳酸鹽巖縫合線和基質(zhì)的IH值和(IHC+IH)(a)與IHC值(b)關(guān)系Fig.6 Relationship between IHC and (IHC+IH)(a) and IH(b) of stylolite and matrix in carbonate rock samples in the Eastern Sichuan Basin

表2 川東地區(qū)碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)各族組分相對(duì)含量數(shù)據(jù)

圖7 川東地區(qū)碳酸鹽巖樣品縫合線與基質(zhì)氯仿瀝青“A”含量/總有機(jī)碳含量數(shù)值對(duì)比Fig.7 Chloroform bitumen “A” vs.total organic carbon content of the stylolite and matrix in carbonate rock samples in the Eastern Sichuan Basin

圖8 川東地區(qū)碳酸鹽巖縫合線和基質(zhì)的IHC值與Tmax值關(guān)系Fig.8 Relationship between IHC and Tmax of stylolite and matrix in carbonate rock samples in the Eastern Sichuan Basin

4 結(jié)論

1) 巖石鑄體薄片與全巖X-射線衍射實(shí)驗(yàn)表明碳酸鹽巖縫合線比基質(zhì)有更多的白云石、黃鐵礦、黑色瀝青、固體有機(jī)質(zhì)以及泥質(zhì)等，礦物顆粒之間一般呈基底膠結(jié)、雜基支撐，基質(zhì)中礦物顆粒之間一般呈線狀、凹凸緊密接觸。所以縫合線比基質(zhì)有相對(duì)更好的孔滲性，地質(zhì)歷史時(shí)期可以作為碳酸鹽巖內(nèi)部流體排出的重要通道。

2) 有機(jī)質(zhì)豐度分析顯示由于壓溶過(guò)程的富集作用，碳酸鹽巖縫合線比基質(zhì)有更多的有機(jī)質(zhì)，說(shuō)明了縫合線相對(duì)于基質(zhì)有更高的生烴潛力。這對(duì)于含有縫合線的低有機(jī)質(zhì)豐度碳酸鹽巖的生烴有一定貢獻(xiàn)。

3) 碳酸鹽巖縫合線與基質(zhì)的熱解、可溶有機(jī)質(zhì)及其族組分含量的對(duì)比表明可溶有機(jī)質(zhì)含量對(duì)熱解參數(shù)有影響，縫合線的排烴效應(yīng)比基質(zhì)更好。

[1] Jrda R.Stylolites:measurement of rock loss[J].Revista Brasileira De Geociências，2001，30(3)：432-435.

[2] Ramsdom R M.Stylolite and oil migration[J].AAPG Bulletin，1952，36(11)：2185-2186.

[3] Finkel E A,Wilkinson B H.Stylolitization as source of cement in Mississippian Salem limestone,west-central Indiana[J].AAPG Bulletin，1990，74(2)：174-186.

[4] Wanless H R.Limestone response to stress:Pressure solution and dolomitization[J].Journal of Sediment Research，1979，49(1)：328-332.

[5] Tucker,Maurice E.Carbonate sedimentology[J].Oxford London:Blackwell Scientific，1990，18(4)：401-402.

[6] 高崗.碳酸鹽巖縫合線研究及油氣地質(zhì)意義[J].天然氣地球科學(xué)，2013，24(2)，218-226. Gao Gang.Research status and oil & gas geology significance of carbonate rock stylolite[J].Natural Gas Geoscience，2013，24(2)，218-226.

[7] Logan B W，Semeniuk V.Dynamic metamorphism,processes and products in Devonian carbonate rocks,Canning basin,western Australia[J].Journal of Geological Society of Australia,1976：138-145.

[8] Dürrast H，Siegesmund S.Correlation between rock fabrics and physical properties of carbonate reservoir rocks[J].International Journal of Earth Sciences，1999，88(3)：392-408.

[9] Park W C,Schot E H.Stylolite:their nature and origin[J].Journal of Sedimentary Petrology，1968，38(1)：175-191.

[10] 周大志，李國(guó)蓉，羅鵬，等.川東南志留系石牛欄組成巖作用研究[J].天然氣技術(shù)，2009，3(6)：6-11. Zhou Dazhi，Li Guorong，Luo Peng，et al.Diagenesis research of Shiniulan Group of the Silurian in the southeastern Sichuan [J].Natural Gas Technolgy，2009，3(6)： 6-11.

[11] 高崗.縫合線對(duì)碳酸鹽巖油氣生排運(yùn)聚的作用[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2000,15(4):32-36. Gao Gang.Role of stylolite to generation,expulsion,migration and accumulation of hydrocarbon in carbonate rock [J].Xian Petroleum Institute Journal:Natural Sciences,2000，15(4):32-36.

[12] 鐘建華，孔凡亮，李陽(yáng)，等.塔河油田四區(qū)奧陶系碳酸鹽巖油藏中的縫合線研究[J].地質(zhì)論評(píng)，2010,5(6)：841-850. Zhong Jianhua，Kong Fanliang，Li Yang,et al.Stylolite research of the Ordovician carbonate reservior in the forth area of Tahe oil field [J].Geology Review，2010，5(6)：841-850.

[13] 柳廣弟，高崗，王暉.碳酸鹽烴源巖有機(jī)質(zhì)分布與排烴特征[J].沉積學(xué)報(bào)，1999，17(3)：482-485. Liu Guangdi，Gao Gang，Wang Hui.Organi matter distribution and hydrocarbon-expelling characteristics of carbonate source rocks [J].Acta Sedimentologica Sinica，1999，17(3)：482-485.

[14] 高崗，郝石生，王暉.碳酸鹽基質(zhì)與縫合線的生烴和排烴特征[J].中國(guó)科學(xué):D輯,2000,30(2)：175-179. Gao Gang，Hao Shisheng，Wang Hui.Characteristics of hydrocarbon generation and expulsion in matrix and stylolite of carbonate rocks[J].Science in China:series D，2000，30(2)：175-179.

[15] 蔡希源.湖相烴源巖生排烴機(jī)制及生排烴效率差異性——以渤海灣盆地東營(yíng)凹陷為例，石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(3)：329-334. Cai Xiyuan.Hydrocarbon generation-expulsion mechanisms and efficiencies of lacustrine source rocks:a case study from the Dongying sag，Bohai Bay Basin.Oil & Gas Geology [J].2012，33(3)：329-334.

[16] 王行信，蔡進(jìn)功，包于進(jìn)，等.粘土礦物對(duì)有機(jī)質(zhì)生烴的催化作用[J].海相油氣地質(zhì)，2006，11(3)：27-38. Wang Xingxin，Cai Jinggong，Bao Yujing,et al.Catalysis of clay mineral to organic matter in hydrocarbon genesis[J].Marine Petroleum Geology，2006，11(3)：27-38.

[17] 唐健程，陳紅漢，王家豪等.湘東南拗陷上古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層成巖作用[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(6)：43-47. Tang Jiancheng，Chen Honghan，Wang Jiahao,et al.The diagenesis of the upper Paleozoic carbonate rocks in the southeast Xiang depression [J].Journal of Southwest Petroleum University，2007，29(6)：43-47.

[18] 王大鵬，陸紅梅，陳小亮，等.海相碳酸鹽巖大中型油氣田成藏體系及分布特征[J].石油與天然氣地質(zhì)，2016，(3)：363-371. Wang Dapeng，Lu Hongmei，Chen Xiaoliang，et al.Petroleum accumulation systems and distribution of medium to large marine carbonate fields[J].Oil & Gas Geology，2016，(3)：363-371.

[19] 田春桃，馬素萍，楊燕，等.湖相與海相碳酸鹽巖烴源巖生烴條件對(duì)比[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(3)：336-341. Tian Chuntao，Ma Suping，Yang Yan，et al.Comparison of hydrocarbon generation conditions between lacustrine and marine carbonate source rocks[J].Oil & Gas Geology，2014，35(3)：336-341.

[20] 榮毅，胡明，譚勇，等.四川盆地東部開(kāi)江地區(qū)石炭系構(gòu)造演化與油氣成藏關(guān)系分析[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，12(3)：24-29. Rong Yi，Hu Ming，Tan Yong,et al.Carboniferous tectonic evolution and hydrocarbon accumulation relationship analysis of Kaijiang Area in eastern Sichuan basin[J].Journal of Chongqing University of Science and Technology(Natural Science Edition)，2010，12(3)：24-29.

[21] 劉滿倉(cāng)，楊威，李其榮，等.四川盆地蜀南地區(qū)奧陶系地層劃分對(duì)比及特征[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2008，5(30)：192-197. Liu Mancang，Yang Wei，Li Qirong,et al.Study on characteristics and its stratigraphic classification and correlation of Ordovician in Shunan area of Sichuan Basin[J].Journal of Oil and Gas Technology，2008，5(30)：192-197.

[22] 鄔鐵，謝淑云，張殿偉，等.川南地區(qū)燈影組白云巖地球化學(xué)特征及流體來(lái)源[J].石油與天然氣地質(zhì)，2016，37(5)：721-730. Wu Tie，Xie Shuyun，Zhang Dianwei，et al.Geochemical characteristics and fluid origin of the Dengying Formation dolomites in southern Sichuan Basin[J].Oil & Gas Geology，2016，37(5)：721-730.

[23] 劉建華，朱西養(yǎng)，王四利，等.四川盆地地質(zhì)構(gòu)造演化特征與可地浸砂巖型鈾礦找礦前景[J].鈾礦地質(zhì)，2005，21(6)：321-330. Liu Jianhua,Zhu Xiyang,Wang Sili,et al.Geologie tectonic evolutional characteristics and prospecting potential.for ISL-amenable sandstone type uranium deposits in Sichuan basin[J].UraniumGeology，2005，21(6)：321-330.

[24] 郭彤樓.四川盆地奧陶系儲(chǔ)層發(fā)育特征與勘探潛力[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(3)：372-378. Guo Tonglou.Charateristics and exploration potential of Ordovician reservoirs in Sichuan Basin[J].Oil & Gas Geology，2014，35(3)：372-378.

[25] 林小兵，劉莉萍，田景春，等.川西坳陷中部須家河組五段致密砂巖儲(chǔ)層特征及主控因素[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(2)：224-230. Lin Xiaobing，Liu Liping，Tian Jingchun，et al.Characteristics and controlling factors of tight sandstone reservoirs in the 5th member of Xujiahe Formation in the central of western Sichuan Depression[J].Oil & Gas Geology，2014，35(2)：224-230.

[26] 譚欽銀，王瑞華，牟傳龍，等.縫合線成因新認(rèn)識(shí)[J].地學(xué)前緣，2011，18(2)：241-249. Tan Qinyin，Wang Ruihua，Mu Chuanlong，et al.New congnition about stylolite[J].Earth Science Frontiers，2011，18(2)：241-249.

[27] 李國(guó)蓉.碳酸鹽巖中縫合線的形成機(jī)制及其儲(chǔ)集意義討論[J].礦物巖石，1997，17(2)：49-54. Li Guorong.Discussion on the genetic mechanism of stylolites in carbonate rocks and their significance for storage [J].Journal of Mineral Petroleum，1997，17(2)：49-54.

[28] 周波，金之鈞，云金表，等.碳酸鹽巖油氣二次運(yùn)移距離與成藏[J].石油與天然氣地質(zhì)，2016，37(4)：457-463. Zhou Bo，Jin Zhijun，Yun Jinbiao，et al.Secondary oil migration distance and hydrocarbon accumulation in carbonate rocks[J].Oil & Gas Geology，2016，37(4)：457-463.

[29] 何胡軍，曾大乾，畢建霞，等.普光氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫的成因及其控制因素[J].海相油氣地質(zhì)，2014，19(4)：65-72. He Hujun，Zeng Daqian，Bi Jianxia,et al.Genesis and controlfactors of fractures in Carbonate Reservoirs in Puguang Gas Field[J].Marine Origin Petroleum Geology，2014，19(4)：65-72.

[30] 唐海，汪全林，彭鑫嶺，等.川東宣漢地區(qū)飛仙關(guān)組裂縫特征及成因研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，33(4)：78-84. Tang Hai，Wang Quanlin，Peng Xinling，et al.The study of fracture characteristics and causes at Feixianguan Formation in Xuanhan area of eastern Sichuan[J].Journal of Southwest Petroleum University (Science&Technology Edition)，2011，33(4)：78-84.

[31] Espitalié J,Deroo G,Marquis F.La pyrolysis Rock-Eval et ses applications.Revue de L’Institut Francais du Pétrole,1985 40,755-784.

[32] Tissot B P Welte D H.，Petroleum formation and occurrence[M].NewYork:Springer Verlag，1984,

[33] 林會(huì)喜，彭蘇萍，杜文風(fēng)，等.渤南洼陷沙四上亞段碳酸鹽巖成藏條件與勘探潛力[J].石油與天然氣地質(zhì)，2013，34(2)：161-166. Lin Huixi，Peng Suping，Du Wenfeng，et al.Hydrocarbon accumulation conditions and prospecting potentials of carbonate rocks in the Upper Es4 of Bonan Sag[J].Oil & Gas Geology，2013，34(2)：161-166.

[34] 陳建平,梁狄剛,張水昌,等.中國(guó)古生界海相烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，(7)：1132-1142. Chen Jianping,Liang Digang,Zhang Shuichang,et al.Evaluation criterion and methods of the hydrocarbon generation potential for China’s Paleozoic marine source rocks[J].Acta Geologica Sinica，2012，(7)：1132-1142.

(編輯 張亞雄)

Hydrocarbon expulsion of stylolite and matrix in carbonate rocks:A case study from the Ordovician and Carboniferous carbonate rocks in Eastern Sichuan Basin

Wang Xuan,Gao Gang,Li Jiaye,Ge Daiwei,Zhang Weiwei

[StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China]

This paper discusses the differences of hydrocarbon expulsion and compositions between stylolite and matrix in carbonate rocks.Samples were taken from the Ordovician and Carboniferous carbonate rock cores containing stylolites of Wells Zuo 3,Chi 53 and Wuke 1 in the Dachigan Structure Belt of the Eastern Sichuan Basin.The stylolite and matrix were studied through observation of core and cast thin sections and various tests such as whole rock X-Ray diffraction for mineral components andTOCcontent,Rock-Eval pyrolysis,solvent extraction and fractionation of extract and so on.The results indicate that there is a relatively large compositional difference between stylolite and matrix in carbonate rocks,and this is intimately related to pressure solution of carbonate mineral.Because of pressure solution,the stylolite contains more indissoluble materials such as dolomite,pyrite,and organic matter than the matrix.The mineral grains in stylolies mainly display basal cementation and matrix-supported fabric.While the mineral grains in the matrix mainly represent linear contact and close contact in concave and convex shapes.This makes stylolite to have better physical properties compared with the matrix,thus acting as important passages for expulsion of fluids in carbonate rocks in geological history.Therefore,the hydrocarbon expulsion effect of stylolite is more evident than that of the matrix.For the stylolite-bearing carbonate rocks with low organic abundance,the organic matter in the stylolite can be a prominent supplement of hydrocarbon generation in carbonate source rocks.In addition,the soluble organic matters relatively abundant in the stylolite have certain effects on Rock-Eval pyrolysis parameters.

stylolite,matrix,organic geochemistry,hydrocarbon expulsion effect,carbonate rock,Sichuan Basin

2016-04-12;

2017-04-20。

王軒(1992—)，男，碩士研究生，石油地質(zhì)研究。E-mail:1528159409@qq.com。

高崗(1966—)，男，博士、副教授，油氣勘探與開(kāi)發(fā)。E-mail:gaogang2819@sina.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372142)。

0253-9985(2017)03-0534-09

10.11743/ogg20170313

TET22.1

A