川中侏羅系致密頁巖油儲層方解石沉淀模式及油氣關系

馮明友，岳懷海，劉小洪，張芮，王興志，祝海華，王委委，李沛珈

(1.西南石油大學 地球科學與技術學院，四川 成都，610500；2.西南石油大學 天然氣地質(zhì)四川省重點實驗室，四川 成都，610500；3.中石油西南油氣田分公司 勘探開發(fā)研究院，四川 成都，610400)

侏羅系自流井組大安寨段是四川盆地原油勘探開發(fā)的重要層位，目前已發(fā)現(xiàn)多個油氣藏和含油氣構(gòu)造，油氣呈大面積連續(xù)富集特征，其分布與產(chǎn)出不僅受構(gòu)造圈閉約束，而且可能受成巖圈閉控制明顯，屬于典型陸相致密油范疇[1-4]。受盆地構(gòu)造及湖盆發(fā)育范圍影響，川中地區(qū)成為該類型油氣勘探重點區(qū)域。鑒于頁巖油與頁巖氣在生—儲耦合研究及孔隙演化等方面存在較大差異，國內(nèi)學者對川中地區(qū)大安寨段沉積相、儲層特征、含油氣性、源-儲配置與油氣富集的關系等進行了大量研究[5-8]，并就巖性組合(頁巖與介屑灰?guī)r不等厚互層)、成熟度和壓力等因素對油氣富集—高產(chǎn)的控制進行了探討[9-11]。勘探結(jié)果表明，裂縫是侏羅系大安寨段致密灰?guī)r獲得工業(yè)油氣的必要條件，川中大安寨段儲層在低孔、低滲背景上仍發(fā)育有一定的裂縫(但多為發(fā)育程度較低的低角度微裂縫，局部見高角度裂縫，且大部分裂縫被方解石充填或半充填)[12-13]。前人研究多從裂縫與介殼灰?guī)r儲層形成的關系或裂縫對油氣運移富集/逸散的成藏角度出發(fā)，研究純介殼灰?guī)r中的高角度/斜交裂縫發(fā)育情況及方解石充填情況，而富有機質(zhì)泥頁巖中發(fā)育的大量水平狀微裂縫及方解石脈，則多認為與儲層無關而被忽略[14-15]。隨著非常規(guī)油氣勘探研究的深入，對頁巖油氣富集的研究既考慮頁巖孔隙演化、生-儲耦合演化、近源運移機制等深層機理，又重點研究與工程參數(shù)相關的脆性評價、甜點預測等[16-18]。對于大安寨段頁巖與介殼灰?guī)r不等厚互層，裂縫發(fā)育程度與頁巖油運移及規(guī)?；患P系密切，對其展開深入研究尤為必要。

川中地區(qū)大安寨段富有機質(zhì)泥/頁巖為頁巖油生成及富集的重點層段，該層段水平層狀方解石脈體廣泛發(fā)育。泥/頁巖中方解石脈的形成多與富有機質(zhì)頁巖生排烴關系密切，其發(fā)育程度往往與總有機碳(TOC)之間具有良好的正相關性[19-21]。研究發(fā)現(xiàn)，大安寨段頁巖中方解石脈在巖心上縱向變化快，即使在毫米—厘米級的微觀尺度上的結(jié)構(gòu)及成分變化也較大，對其結(jié)構(gòu)及主/微量元素變化規(guī)律的研究能夠揭示層系中壓力的變化、流體性質(zhì)演變以及方解石的沉淀機理，有助于恢復致密頁巖油儲層的致密化過程。本文在系統(tǒng)鑄體薄片染色及鑒定、電子探針成分分析基礎上，通過對頁巖中不同產(chǎn)狀方解石脈、介殼灰?guī)r夾層中方解石膠結(jié)物主量元素組成和變化規(guī)律進行分析，以及對與之共生的礦物進行相關分析，劃分方解石形成期次及時間，探討湖相致密頁巖油儲層中方解石沉淀模式及與油氣的關系，以便為下一步非常規(guī)油氣勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地中部，包括儀隴、廣安、榮昌及樂至等地區(qū)，構(gòu)造位置屬川中低平構(gòu)造帶。川中地區(qū)于中三疊世末進入湖盆發(fā)展期。在早侏羅世中期大安寨段沉積期，四川盆地構(gòu)造穩(wěn)定，物源供應不足，為典型的內(nèi)陸湖相碳酸鹽巖建造，發(fā)育70～120 m厚的介殼灰?guī)r與黑色泥巖/頁巖沉積物，局部地區(qū)可見粉砂巖及紫紅色泥巖。大安寨段沉積期湖盆湖域面積大，主要分布于川中—川東北地區(qū)(圖1(a)[4,11])。其中，濱淺湖沉積主要沿閬中—鹽亭—遂寧—南充—廣安一帶呈環(huán)狀分布，半深湖沉積主要發(fā)育于西充—營山—儀隴一帶。

大安寨段地層由老至新可分為大三、大二、大一共3 個亞段，分別對應湖盆水進期(初始湖泛期)、最大湖泛期以及湖盆水退期(湖退萎縮期)(圖1(b)[4,11])。大一亞段主要為厚層介殼灰?guī)r、粉砂巖、灰黑色頁巖及頁巖與灰?guī)r互層，與上覆過渡層的團塊狀灰?guī)r、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖及雜色泥巖較易區(qū)分。其中，大一、大三亞段主要發(fā)育濱—淺湖高能介殼灘，巖性以灰色塊狀泥質(zhì)介殼灰?guī)r、介殼灰?guī)r為主；最大湖泛期的大二亞段(由下至上可劃出c，b 和a 共3 個亞段)發(fā)育淺湖—半深湖泥頁巖，以灰黑色頁巖為主，次為含介殼泥頁巖、泥頁巖夾薄層介殼灰?guī)r。該段頁巖顏色深、質(zhì)純、頁理發(fā)育，可與介殼層互層或夾介殼層、厘米級(泥質(zhì))介殼灰?guī)r等廣泛分布于川中地區(qū)，具北部厚、南部薄的特點，厚度10～70 m不等，最大值出現(xiàn)在儀隴—達州一帶(圖2(a))。前期研究表明，大二亞段TOC 分布在0.50%～4.48%之間，其中TOC質(zhì)量分數(shù)w(TOC)＞1.0%的樣品占83.3%(平均值為1.85%)，w(TOC)＞1.5%的樣品占54%(平均值為2.21%)；頁巖層段儲集空間以黏土礦物晶間孔、溶蝕孔為主，次為有機孔和微裂縫，儲集空間類型多樣；頁巖油儲層孔徑主要分布在2～10 nm，發(fā)育納米級孔隙；頁巖層段不同巖性均普遍含油，但主要集中于大二a 亞段的下部(水平縫發(fā)育、熒光顯示好、氣測異常)，該層段也是頁巖油勘探的主要目的層段[4,11]。

2 樣品及分析

本次樣品主要采自于川中地區(qū)鄰近湖盆中心位置的鉆井RA1 井(南充西充地區(qū))及LA1 井(儀隴龍崗地區(qū))。其中，典型樣品均取自大二a 亞段最大湖泛面附近，該處巖性主要為灰黑色頁巖，在全井段中具有最大的w(TOC)，不同結(jié)構(gòu)特征的水平方解石脈體發(fā)育良好，同時發(fā)育薄層介殼灰?guī)r夾層(圖1和圖2)。采用鐵氰化鉀加茜素紅-S 的混合試劑進行薄片染色能揭示出大安寨石灰?guī)r成巖作用的詳細過程[1]，通過染色(混合液配方見SY/T 5368—2000)后方解石呈現(xiàn)的不同顏色(與方解石主量元素鐵的質(zhì)量分數(shù)有關)能區(qū)分出4 種不同的方解石：無鐵方解石(0～0.5% FeO，質(zhì)量分數(shù)，下同)，呈粉紅—紅色；鐵Ⅰ方解石(0.5%～1.5% FeO)，呈紅紫色；鐵Ⅱ方解石(1.5%～2.5% FeO)，呈淡藍色；鐵Ⅲ方解石(2.5%～3.5% FeO)，呈深藍色。電子探針成分分析在西南石油大學油氣地質(zhì)與勘探實驗教學中心完成，實驗儀器為JXA-8230電子探針分析儀，加速電壓為15.0 kV，束流電流為10 nA，束流直徑為11.1 mm。利用波譜測試碳酸鹽礦物中9 種常見元素的質(zhì)量分數(shù)。波譜分析精度高于1%(主元素質(zhì)量分數(shù)＞5%)和5%(次要元素質(zhì)量分數(shù)為1%～5%)，可自動識別質(zhì)量分數(shù)為0.1%以上的元素，檢測極限為0.01%。

3 結(jié)果

3.1 方解石及其共生礦物特征

研究區(qū)RA1井大二a亞段灰黑色頁巖中廣泛發(fā)育的水平層狀方解石脈及介殼灰?guī)r層在巖心剖面上厚度為數(shù)十微米至幾厘米，前者可呈疊錐狀、細脈狀及透鏡狀等多種形式產(chǎn)出，后者主要以條帶狀夾層形式出現(xiàn)。

3.1.1 頁巖中的方解石脈

觀察巖心發(fā)現(xiàn)，垂向上，呈條帶狀產(chǎn)出的方解石脈內(nèi)部常發(fā)育暗色彎曲狀中間線，可獨立出現(xiàn)在暗色頁巖水平細脈狀構(gòu)造中(圖2(b))，或與介殼灰?guī)r疊置產(chǎn)出(圖2(c)、圖2(d))。在顯微鏡下顯示為纖維狀方解石(垂直于層面)構(gòu)成的錐狀疊置排列，纖維狀方解石中的線—帶狀成分主要為泥質(zhì)，與基質(zhì)頁巖成分一致，國外學者稱這種特殊構(gòu)造為“cone-in-cone ”[22-23]，國內(nèi)學者稱為“疊錐構(gòu)造”[24]。該類型方解石經(jīng)染色后呈色不均勻，可呈藍色—藍紫色，顯示主量元素Fe 質(zhì)量分數(shù)分布的不均勻性(圖3(a))。

在疊錐方解石與頁巖接觸延伸尖滅部位，常見呈水平細脈狀或透鏡狀產(chǎn)出的方解石。顯微鏡下該方解石垂直于頁巖頁理，呈纖維狀生長，偶見平直中間線，經(jīng)染色后呈藍色—藍紫色(圖3(b))。國外常用“beef”代指這類充填于順層裂縫中的中間線呈直線狀的纖維狀方解石脈，該類型方解石常與疊錐狀方解石共同出現(xiàn)在富有機質(zhì)頁巖中，作為超壓流體作用的代表性產(chǎn)物[25-26]。

此外，在取樣深度之下的大二b 亞段、鄰井LA1 井等處還常見一種特殊的纖維狀方解石，其結(jié)構(gòu)特征類似于“beef”，主要表現(xiàn)為方解石呈纖維狀分布在生屑邊緣，并以其作為核心，被稱之為殼-核纖維狀方解石(shell-nucleated fibrous calcite)[26]。核心為薄壁雙殼類或腕足類，成分主要為方解石，保留有原層狀結(jié)構(gòu)或重結(jié)晶形成的粒狀結(jié)構(gòu)。該纖維狀方解石經(jīng)染色后呈藍色，灰質(zhì)介殼染色后呈粉色或受雜質(zhì)影響略顯黃色(圖3(c)和圖3(d))。

3.1.2 介殼灰?guī)r中的方解石

通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，RA1 井頁巖中的介殼灰?guī)r夾層中介殼均遭受了一定程度的重結(jié)晶及溶蝕作用，其中，樣品RA1-2 介殼灰?guī)r夾層中的介殼主要由斑塊狀細—中粒方解石構(gòu)成，經(jīng)混合液染色后呈粉色或受雜質(zhì)影響而略顯黃色(圖3(e)和圖3(g))，屬早期轉(zhuǎn)化泥晶方解石并經(jīng)新生變形所致[27]。介殼內(nèi)部微裂隙發(fā)育，沿介殼邊緣及微裂隙發(fā)育有不規(guī)則的微—亮晶方解石，其與介殼方解石之間界線模糊、染色極不均勻并主要呈紫紅色(圖3((e)，(f)和(g))，應屬交代成因方解石。介殼間還見少量亮晶方解石膠結(jié)物，該方解石與重結(jié)晶介殼方解石及其邊緣交代方解石的特征及產(chǎn)狀差異明顯，自形程度好，經(jīng)混合液染色后呈藍色(圖3(e)，(f)和(g))。

樣品RA1-3 中介殼灰?guī)r夾層中的介殼主要由鑲嵌粒狀方解石構(gòu)成，晶粒自形程度好，經(jīng)混合液染色呈藍色，僅保留原介殼外部形態(tài)特征，且定向排列特征明顯(圖3(h))；樣品RA1-4 中的介殼灰?guī)r夾層除普遍具有以上特征外，局部還可見“內(nèi)淺—外深”染色不一致的纖維狀方解石包裹粒狀方解石結(jié)構(gòu)，二者應為具殼-核結(jié)構(gòu)的介殼經(jīng)不同程度的溶蝕—再沉淀作用后形成(圖3(i))。

3.1.3 與方解石共生的礦物

采用顯微鏡觀察薄片，結(jié)合掃描電鏡、電子探針分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)大安寨段頁巖中方解石脈、介殼灰?guī)r夾層中與方解石共生的礦物主要有高嶺石、石英以及不同成分的瀝青質(zhì)。

高嶺石主要呈書頁狀集合體分布于介殼灰?guī)r夾層相鄰介殼間、介殼間/方解石晶間開放孔隙以及溶蝕縫中，無色，部分因雜質(zhì)存在而成淡黃色，晶間孔隙發(fā)育。根據(jù)高嶺石產(chǎn)狀及被亮晶方解石膠結(jié)物貫穿等現(xiàn)象，認為高嶺石的形成應早于亮晶方解石的形成(圖3(e)，(f)，(g)，(h)和(i))。

石英主要呈不規(guī)則嵌晶狀分布于介殼灰?guī)r夾層中介殼與介殼的接觸處，或呈微粒狀充填于泥頁巖水平縫中((圖3(e)，(f)，(g)，(h)和(i))。鑲嵌在介殼邊緣的石英晶形以半自形粒狀為主，粒徑為20～100 μm不等，中間渾濁而邊緣潔凈，為成巖早期交代—晚期重結(jié)晶的產(chǎn)物[28]；充填于泥頁巖水平縫的石英主要呈微晶粒狀產(chǎn)出，表面較潔凈，常與高嶺石共生，二者同屬酸性成巖環(huán)境下孔隙水沉淀成因。

瀝青質(zhì)在研究區(qū)大安寨段頁巖方解石脈及介殼灰?guī)r夾層中普遍發(fā)育，與各類方解石、高嶺石、石英等密切共生(圖4)。根據(jù)前人對鄰區(qū)自流井組東岳廟段和大安寨段頁巖中有機質(zhì)類型分類結(jié)果[12]，研究區(qū)主要發(fā)育固體瀝青和礦物瀝青質(zhì)兩類有機質(zhì)，均表現(xiàn)為無固定形態(tài)。其中，固體瀝青主要以充填粒狀方解石晶間孔隙或充填頁巖水平縫的形式存在，組分較單一，以碳質(zhì)為主，常發(fā)育蜂窩狀有機質(zhì)孔(幾十納米至幾百納米不等，多為橢圓形)，是液態(tài)油充注-裂解生氣-固化后的產(chǎn)物。礦物瀝青包括均勻混合的粉晶磷灰石礦物瀝清和粉晶高嶺石礦物瀝青2種，前者主要分布于磷質(zhì)介殼邊緣及溶蝕縫中，在背散射圖像中顏色較深，質(zhì)地較均勻；后者主要分布于方解石解理縫及晶間孔中，在背散射圖像中顏色較淺，?；煊惺?、方解石等細小顆粒(圖4)。根據(jù)兩類瀝青的產(chǎn)出狀態(tài)及與方解石等礦物的關系可知，礦物瀝青形成時間應早于固體瀝青的形成時間。

圖4 有機質(zhì)在背散射場發(fā)射掃描電鏡中的特征Fig.4 Characteristics of organic matter under Backscattered field emission scanning electron microscope

3.2 方解石原位主量元素特征

利用電子探針對上述頁巖中方解石脈及介殼灰?guī)r夾層中各類型方解石的主量元素進行定量分析，以便深入分析其成因聯(lián)系及生長過程。根據(jù)電子探針成分分析結(jié)果可知，研究區(qū)大二段的碳酸鹽礦物均為方解石，不含白云石，鐵質(zhì)量分數(shù)為0～2.09%，MgO 質(zhì)量分數(shù)與FeO 質(zhì)量分數(shù)呈明顯的正相關關系。相比之下，樣品RA1-2 介殼灰?guī)r夾層中各類方解石的FeO 質(zhì)量分數(shù)明顯比樣品RA1-3和RA1-4方解石脈的FeO的質(zhì)量分數(shù)低，基本不含鐵質(zhì)量分數(shù)大于0.5%的方解石(表1、圖5)。從表1可見：各類方解石脈的FeO質(zhì)量分數(shù)普遍較高，其中，疊錐方解石FeO質(zhì)量分數(shù)最高，其FeO質(zhì)量分數(shù)在1.2%～3.0%之間(平均為1.93%)；次為由纖維狀方解石溶解—再沉淀的粒狀方解石，F(xiàn)eO平均質(zhì)量分數(shù)為0.78%；呈透鏡狀—脈狀產(chǎn)出的纖維狀方解石FeO 質(zhì)量分數(shù)最低，如樣品RA1-3 和RA1-4 的FeO 質(zhì)量分數(shù)平均值分別為0.55%和0.50%。除部分疊錐方解石屬鐵Ⅱ方解石外，其余方解石均屬鐵Ⅰ方解石。根據(jù)主量元素特征(如表1所示)，介殼灰?guī)r中染色呈粉色、具介殼外形的重結(jié)晶介殼方解石均為FeO 質(zhì)量分數(shù)較低或不含鐵的方解石(FeO質(zhì)量分數(shù)小于0.1%)，呈紫紅色、具交代產(chǎn)狀的交代方解石(FeO 質(zhì)量分數(shù)平均為0.32%)及呈粒狀充填粒間孔隙的方解石膠結(jié)物(FeO質(zhì)量分數(shù)平均為0.34%)主要屬微含鐵方解石。

表1 不同產(chǎn)狀類型方解石主量元素質(zhì)量分數(shù)(平均值)Table 1 Average of mass fraction of trace elements in calcite of different occurrence types %

不同類型方解石脈元素相關性分析結(jié)果表明，研究區(qū)大安寨段致密頁巖油儲層方解石中MnO 和FeO質(zhì)量分數(shù)具有較明顯的正相關關系，尤其是在呈疊錐狀、脈狀—透鏡狀產(chǎn)出的纖維狀方解石中，其相關系數(shù)可達0.70(圖5，其中，w為質(zhì)量分數(shù))。相比而言，介殼灰?guī)r夾層中的方解石MnO 質(zhì)量分數(shù)普遍較低，但其SrO質(zhì)量分數(shù)普遍高于泥頁巖中方解石脈質(zhì)量分數(shù)。如圖6所示，在樣品RA1-2中，由介殼重結(jié)晶方解石→交代方解石→方解石膠結(jié)物，其SrO 質(zhì)量分數(shù)呈逐漸降低趨勢，且與FeO 質(zhì)量分數(shù)呈反比。不同碳酸鹽組分(包括生物碎屑)中的鍶質(zhì)量分數(shù)是各不相同的，在通常情況下，以文石中鍶的質(zhì)量分數(shù)最高，高鎂方解石質(zhì)量分數(shù)次之，低鎂方解石質(zhì)量分數(shù)最低[29]。以上變化規(guī)律說明介殼組分早期主要為文石質(zhì)，隨著成巖演化的進行，其Sr質(zhì)量分數(shù)呈逐漸降低趨勢，而FeO 質(zhì)量分數(shù)呈逐漸增加趨勢。此外，對于頁巖中的方解石脈，其FeO 質(zhì)量分數(shù)也存在明顯變化規(guī)律：與頁巖接觸部位分別向上/下彎曲中間線凸起方向、與頁巖接觸部位向方解石生長方向及由透鏡狀方解石中部向脈體尖滅方向，方解石中FeO質(zhì)量分數(shù)均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，且相關系數(shù)分別達-0.89，-0.74，-1.0～-0.85和-0.90(分別見圖7(a)，(b)，(c)和(d))。

圖5 不同類型方解石MnO與FeO質(zhì)量分數(shù)的關系Fig.5 Relationship between mass fraction of MnO and FeO of various calcites

圖6 介殼灰?guī)r方解石SrO-FeO質(zhì)量分數(shù)的關系Fig.6 Relationship between mass fraction of SrO and FeO of calcite in shell-limestone

圖7 侏羅系大安寨段方解石脈中FeO質(zhì)量分數(shù)變化規(guī)律Fig 7 Variation of FeO mass fraction in calcite veins of the Jurassic Da’anzhai Member

4 討論

4.1 頁巖中各類方解石成因及共生組合序列

順層纖維狀方解石脈體廣泛存在于富含有機質(zhì)的頁巖中，它們的存在通常被解釋為孔隙流體超壓的跡象，而生烴(HC)則是導致超壓形成的主要原因[22-23,25-26,30]。由于有機質(zhì)成熟生烴以及烴源巖的極低滲透率抑制流體溢出而導致超壓，且碳酸鈣的溶解在相鄰圍巖中不斷產(chǎn)生容納空間，所以，方解石的析出與方解石脈體的擴張保持同步。脈體在擴張開啟期間的流體壓力雖然可以與上覆壓力不一定始終保持一致，但至少部分脈體擴張與同期相鄰圍巖(薄層泥頁巖)變窄相伴生，或通過相鄰圍巖中碳酸鈣的溶解疊加同期再沉淀—最終沉淀于脈體中來實現(xiàn)[26]。

RA1 井大安寨段泥頁巖厚度在川中地區(qū)相對較大，研究層段大二a段具有全井段最大的TOC值(圖2)，具備生烴導致流體超壓并形成水平裂縫的條件，同時，頁巖中普遍存在的介殼夾層能夠提供形成方解石脈的必要的CaCO3組分來源；而生烴生成的副產(chǎn)品即有機酸的存在，則可為介殼層的溶解提供可能[26]。

研究層段不同部位方解石脈在元素上的差異表明方解石在一段時間內(nèi)呈階段性生長。在此期間，由于沉淀條件的差異產(chǎn)生了不同成分的方解石，與國外學者普遍認為的流體超壓成因方解石脈為推移沉淀作用(displacive precipitation)產(chǎn)物的結(jié)論一致[22-23,31]。此外，黏土礦物是鐵進入沉積環(huán)境的重要載體，其吸附的氧化鐵、氫氧化鐵等Fe成分可隨著壓實作用及脫水作用排出，進而為含鐵方解石脈的形成提供來源。

實際上，本區(qū)頁巖中的介殼灰?guī)r夾層的確發(fā)生了不同程度的有機酸溶蝕現(xiàn)象，根據(jù)其成巖產(chǎn)物的不同，可進一步總結(jié)出以下2 種不同序列：1) 介殼內(nèi)部層狀構(gòu)造部分消失、介殼邊緣見硅化產(chǎn)生的自生石英→沿介殼邊緣及裂縫的一期溶解作用→孔隙及裂縫中高嶺石的沉淀→含鐵方解石充填(局部有少量固體瀝青伴生)序列(以樣品RA1-2為典型代表)(分別見圖3(e)，(f)，(g)及圖4(a))；2) 介殼內(nèi)部層狀構(gòu)造部分消失—完全消失→由溶蝕再沉淀形成的粒狀鐵Ⅱ方解石為主要組成礦物+同時伴隨大量固體瀝青及礦物瀝青充填序列(以樣品RA1-3 和RA1-4 為典型代表，反映兩期與油氣相關溶解及再沉淀作用)(圖3(h)和(i)，圖4(b)，(c)，(d)，(e)，(f))。

與上述2種成巖序列明顯不同的是，在取樣深度下的大二b亞段、鄰區(qū)LA1井部分井段中的介殼灰?guī)r具明顯的殼-核結(jié)構(gòu)，介殼內(nèi)部層狀構(gòu)造(片狀構(gòu)造和交錯紋層構(gòu)造)保存較好，邊緣無自生石英，指示晚期成巖過程中僅發(fā)生一次膠結(jié)作用(沿裂縫的鐵II 方解石膠結(jié))，其溶解作用較弱或相對缺失(圖3(c)和圖3(d))。

4.2 頁巖中方解石沉淀模式

上述介殼灰?guī)r中顯現(xiàn)的3 種不同成巖演化序列，均與由超壓引起的一系列化學反應有關：超壓抑制有機酸的生成及黏土礦物的脫水轉(zhuǎn)化，導致長石溶蝕作用的滯后，Si4+，Na+，K+，Ca2+和Al3+排放量減少，尤其是Si4+的排放量減少，從而造成介殼邊緣發(fā)育纖維狀方解石(無自生石英)；反之，有機酸的大量生成將導致CaCO3溶解、石英及高嶺石等礦物形成[32-34]。

綜合前述研究成果，可得川中地區(qū)大安寨段富有機質(zhì)頁巖及其介殼灰?guī)r夾層中方解石的沉淀過程模式如圖8所示。從圖8可見：隨著頁巖埋藏深度增加，成巖演化程度增加，蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化，自由水析出并被擠走，使孔隙急劇減小；黏土礦物轉(zhuǎn)化同時析出Na+，Ca2+，F(xiàn)e2+和Mg2+，它們首先吸附在黏土礦物上(圖8(a)，(b)，(c)和(d)中①)；之后泥頁巖進入成油高峰期，于排烴階段形成異常高壓，這時所生成的大量油氣具“不擇巖類、不擇方向”的特征，以巨大的能量使固結(jié)的巖石沿結(jié)構(gòu)薄弱處壓開，形成微裂隙，并最大限度地向四周侵入，黏土礦物吸附的Fe2+與黏土礦物內(nèi)部聚集的富Ca2+及CO2的孔隙水作用迅速在裂縫系統(tǒng)中沉淀出纖維狀鐵方解石脈(圖8(a)中②))。由于生烴和排烴作用產(chǎn)生局部超壓，優(yōu)先在介殼邊緣形成纖維狀方解石，同時，導致介殼邊緣自生石英普遍不發(fā)育(圖8(b)中②、圖8(c)中②)；纖維狀方解石的存在嚴重影響孔隙的連通性，導致晚期成巖作用過程中孔隙水不活躍，晚期成巖變化很小，早期成巖變化如文石轉(zhuǎn)化成方解石具有的介殼內(nèi)部的層狀構(gòu)造、硅化產(chǎn)生的自生石英得以保存，孔隙及裂縫中以晚期鐵方解石膠結(jié)物為主，致使儲層異常致密(圖8(a)中③和④、圖8(b)中③和④)。

圖8 川中侏羅系大安寨段致密頁巖油層段方解石沉淀模式Fig.8 Calcite precipitation models in the condense oil reservoir of Jurassic Daanzhai Member in the central of Sichuan Basin

在w(TOC)最高的最大湖泛面界面附近，生烴持續(xù)進行，形成大量開啟水平縫，有機酸濃度較高，強烈的溶解作用導致其中薄層介殼灰?guī)r鈣質(zhì)介殼全部溶蝕，僅局部保留部分外部形態(tài)；在持續(xù)酸性介質(zhì)下，頁巖基質(zhì)中的長石、黏土等礦物轉(zhuǎn)化形成高嶺石及自生石英；烴類亦無法及時排出，與粉晶高嶺石等礦物混合形成礦物瀝青，并充填于鈣質(zhì)介殼“溶蝕—再沉淀”形成的粒狀方解石解理縫及晶間孔中；而后生成的烴類經(jīng)進一步“裂解生氣—固化”后形成固態(tài)瀝青，并充填于較開闊的粒間孔隙中(圖8(c)中③和④)。

對于富有機質(zhì)頁巖中單層厚度相對較厚的含泥介殼灰?guī)r，其受超壓作用影響較弱，伴隨介殼重結(jié)晶作用的進行，在介殼邊緣形成微晶粒狀自生石英；受后期沿裂縫注入的有機酸作用影響，沿介殼邊緣及裂縫發(fā)生溶蝕交代并形成含鐵方解石，之后微晶高嶺石充填孔隙及微裂縫，最后鐵Ⅱ方解石在孔隙中沉淀(圖8(d)中①，②，③和④)。

5 結(jié)論

1) 川中地區(qū)侏羅系大安寨段致密油層段富有機質(zhì)頁巖中的層狀方解石脈可劃分為疊錐狀方解石、纖維狀方解石、殼-核方解石共3 種類型，不同結(jié)構(gòu)特征方解石脈均為富有機質(zhì)超壓流體作用產(chǎn)物。

2) 介殼灰?guī)r夾層中方解石分為重結(jié)晶介殼方解石、交代方解石、方解石膠結(jié)物以及溶解—再沉淀粒狀方解石共4種類型。

3) FeO質(zhì)量分數(shù)在方解石脈中普遍較高而在介殼灰?guī)r的方解石中普遍偏低，方解石脈中FeO 質(zhì)量分數(shù)與頁巖基質(zhì)的距離呈反比關系，鐵離子主要源于頁巖中富Fe礦物的脫水轉(zhuǎn)化。

4) 介殼灰?guī)r夾層中不同成巖演化序列均與由超壓引起的系列化學反應有關，有機質(zhì)生烴及其副產(chǎn)品有機酸的存在共同影響介殼演化及方解石的沉淀過程。