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川东南地区灯影组葡萄石地球化学特征及成因分析



全 文 :川东南地区灯影组葡萄石地球化学特征及成因分析
*
施泽进1,2 梁平2 王勇3 胡修权2 田亚铭4 王长城2
SHI ZeJin1,2,LIANG Ping2,WANG Yong3,HU XiuQuan2,TIAN YaMing4 and WANG ChangCheng2
1. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都理工大学,成都 610059
2. 成都理工大学能源学院,成都 610059
3. 成都理工大学核技术与自动化工程学院地球化学系,成都 610059
4. 成都理工大学地球科学学院,成都 610059
1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,CDUT,Chengdu 610059,China
2. College of Energy Resources,CDUT,Chengdu 610059,China
3. Department of Geochemistry,CDUT,Chengdu 610059,China
4. College of Earth Sciences,CDUT,Chengdu 610059,China
2011-01-08 收稿,2011-06-23 改回 .
Shi ZJ,Liang P,Wang Y,Hu XQ,Tian YM and Wang CC. 2011. Geochemical characteristics and genesis of grapestone in
Sinian Dengying Formation in south-eastern Sichuan basin. Acta Petrologica Sinica,27(8):2263 -2271
Abstract For a long time,there is a dispute about the genesis of the grapestone in Dengying Formation. The geochemical
characteristics of grapestone and basement rock are analyzed and compared in detail and the genetic environments of the grapestone are
discussed in this article. Compared with basement rock,there are relatively obvious Ce negative anomaly and relatively low total content
of rare-earth elements in the grapestone,which indicates that the grapestone and basement rock were not deposited simultaneously.
There are low content of Na ,K,high content of Mn,Fe,low content of Sr /Ba ratio,high content of 87 Sr / 87 Sr ratio and both carbon
and oxygen isotope negative anomaly,which illustrates that the grapestone was formed under fresh water. It can be corroborated that
there was a brief exposure during the deposition of Dengying Formation which made Dengying Formation expose to earth's face,leached
by meteoric water and emerge small-scale karst to create the conditions for the genesis of the grapestone. The brief exposure has very
important significance for a better understanding of the genesis of the grapestone and the development of the reservoirs in the middle of
Denying Formation.
Key words Dengying Formation;Grapestone;Rare-earth element;Trace element;Carbon,oxygen and strontium isotope;Genetic
analysis
摘 要 长期以来,人们对灯影组葡萄石的成因存在较大的争议。本文对灯影组葡萄石及基岩的地球化学特征进行了详
细的对比分析,讨论了灯影组葡萄石的形成环境。灯影组葡萄石与基岩相比,具有较明显的 Ce 负异常和相对低的稀土总含
量,说明了葡萄石并非是和基岩同时沉积而成;葡萄石中 Na、K元素含量低而 Mn、Fe含量较高,具有很低的 Sr /Ba比值,同时
具有碳、氧同位素明显偏负和87 Sr / 86 Sr值偏高的特点,表明葡萄石是在淡水的作用下形成的。证实了灯影组在沉积过程中有
过一次短暂暴露过程,这次沉积间断使灯影组暴露地表接受淡水淋滤,形成了小规模的岩溶现象,为葡萄石的形成创造了条
件。这次短暂暴露过程对人们更好地理解葡萄石的成因及灯影组中部储层的形成有重要的意义。
关键词 灯影组;葡萄石;稀土元素;微量元素;碳、氧、锶同位素;成因分析
中图法分类号 P588. 245;P597. 1
1000-0569 /2011 /027(08)-2263-71 Acta Petrologica Sinica 岩石学报
* 本文受国家自然科学基金委员会与中国石油化工股份有限公司联合基金项目(40739903)和四川省重点学科构造地质学建设基金项
目(SZD0408)联合资助.
第一作者简介:施泽进,男,1965 年生,博士,教授,博士生导师,从事石油地质的教学与科研工作,E-mail:szj@ cdut. edu. cn
1 引言
20 世纪 60 年代,中国四川盆地发现了震旦系灯影组气
藏,使得灯影组成为了世界上最古老的天然气储层之一(戴
金星,2003) ,同时,在灯影组中还发现了铅锌矿(汤朝阳等,
2009;刘圣德等,2008;冯镜权等,2009)、锌矿(李厚民等,
2007)、汞矿(江涛,1987)、金银矿(林长谦等,2006)、磷矿
(陈长明和梁顶云,1991;薛耀松等,1992)及锑矿(俞惠隆,
1986)等固体矿产,引起了地质勘探工作者对灯影组的极大
兴趣。在对杨子板块灯影组的研究过程中,人们认识到了 1
种外形奇特的肾球状、葡萄状的具有圈层结构岩石,长期以
来,对这种被命名为葡萄石的岩石的形成机制存在很大的争
议,争论的焦点是葡萄石是原生沉积还是次生形成的。原生
论者(张荫本,1980;曹仁关,2002)认为这套葡萄石的分布广
泛,产于厚逾千米的灯影组的中部,具有与地层层面一致的
分布特征,并且与富藻层同时出现,应当为原生沉积时形成
的,并对其形成环境进行了分析;次生论者(刘怀仁等,1991;
陈明等,2002)认为葡萄石岩层或岩脉多有切穿层理的现象,
并且在一些地区可见葡萄石与洞穴充填沉积物同时出现,应
是灯影组沉积之后形成的。目前,在实际工作中,部分生产
单位还在引用前人(蒲心纯和张继庆,1987)的观点,把葡萄
石的出现做为“富藻层”出现的标志,实际上就是把葡萄石做
为一种特殊的叠层石来认识的。从世界范围来看,大多数的
葡萄石形成于沉积期,如美国的 Guadalupe山脉(德克萨斯州
西部和新墨西哥州西南部)二叠系浅水沉积碳酸盐中的葡萄
石(Kendall,1969)、伊拉克上侏罗统碳酸盐地层中的葡萄石
(Fadhil and Sadooni,1997)和克罗地亚南部 Lastovo 岛侏罗
系葡萄石(Antun and Fred,2006) ,这些葡萄石的形成均与鲕
粒关系密切,土耳其南部三叠系 Kalkankaya 组的葡萄石
(Matthew and Alastair,2002)则与风暴沉积有关,它们均被认
为是沉积期形成的。而美国佛罗里达州东南部 Exumas 群岛
的现代沉积中也可见到葡萄石,并且这些葡萄石多与叠层石
相伴生(Paul,2010) ,成为了现代葡萄石形成的天然试验场
所。中国南方震旦系灯影组由于其沉积厚度大、经历了长达
5 亿多年的成岩演化和改造,各种地质现象复杂,对产于其
中的葡萄石的形成机制仍然没有一个统一的认识。然而,葡
萄石中的残余孔隙是灯影组中主要的储集空间之一(王兴志
等,2000) ,对葡萄石成因的认识直接影响着人们对灯影组
储层形成机制的理解。此外,葡萄石的成因可能对灯影组
沉积体系及沉积环境的划分产生重要影响,如果葡萄石是
原生沉积,则葡萄石的出现可做为一个重要层序界面的标
志,也可能做为一个重要的新的沉积环境出现的标志,而如
果其为次生沉积,则葡萄石的出现对层序和沉积相划分的
作用就需要重新考虑。本文以地球化学方法为主要手段,
对葡萄石的形成机制进行了分析,以期对灯影组的认识有
所裨益。
图 1 研究区构造简图
Fig. 1 Structural sketch map of the research area
2 区域地质概况
川东南地区位于四川盆地东南部的川东高陡构造带和
川南中低缓构造带(图 1) ,该区下组合(震旦系-志留系)是
川东南地区油气勘探的新层系、新领域,其纵向上发育多套
生储盖组合,具有较好的勘探前景(张国常,2003;刘若冰等,
2006;胡守志等,2005;王勇等,2009)。震旦系灯影组是这一
地区下组合的主要储层段之一,其油源多来自上覆下寒武统
泥页岩,是一套富含三叶虫和小壳动物化石的黑色碳质页
岩、泥岩、硅质岩且局部夹粉砂质泥岩和粉砂岩,为有效烃
源岩(刘树根等,2007)。灯影组地层自下而上可分为 4 段
(图 2) :灯一段主要为一套含膏微晶白云岩夹少量的藻云岩
及泥岩;灯二段以大套的叠层石为主要特征,局部夹粉晶白
云岩及角砾岩;灯三段主要为藻粘结结构的粉晶白云岩夹微
晶云岩;灯四段以晶粒云岩为主,局部层间偶夹灰黑色碳质
页岩及泥质白云岩。受桐湾运动影响,灯影组在沉积后有过
一次大规模的暴露,这次暴露使得不同地区的灯四、灯三段
受到了不同程度的剥蚀。研究区的葡萄石(图 3)主要出现
在灯二段的顶部和灯三段的底部。
3 样品采集及分析方法
样品主要取自贵州遵义松林剖面和重庆石柱的太原剖
面,另外有少量样品取自丁山 1 井和林 1 井(图 1)。
野外通过放大镜及 5%的盐酸初步确定样品的岩性,回
到室内后,通过染色及薄片鉴定,进一步确定岩性,确保样品
岩性认识的准确性。并借助双目镜对用于同位素和稀土分
析的样品进行了细致的分拣,尽可能地回避了白云岩脉和亮
晶白云石胶结物。选取了普通薄片上的 21 个点送至国土资
源部西南矿产资源监督监测中心进行电子探针分析,实验所
4622 Acta Petrologica Sinica 岩石学报 2011,27(8)
图 2 灯影组岩性柱状简图及葡萄石赋存位置
Fig. 2 Lithologic log of Dengying Formation and the
position of grapestone in Dengying Formation
用仪器为日本岛津 EPMA-1600,检测环境温度 20℃,湿度
58%;选取新鲜样品,送至中国石油西南油气田公司勘探开
发研究院地质试验室进行了碳、氧同位素测定。处理流程如
下:在用分析级乙醇洗涤烘干之后,用玛瑙研钵研磨至过 200
目筛,将粉末样品与 100%的磷酸反应提取 CO2 供质谱测
量,测试仪器为 MAT-252 型质谱仪,在实验温度为 22℃、湿
度为 50%,所得数值的千分差以 PDB 标准计算,分析精度优
于 0. 2‰。分析中使用的碳酸岩参考标准为 GBW04417 方解
石标准,其 δ13 C 和 δ18 O 值分别为 - 6. 10‰和 - 24. 12‰。锶
同位素测试完成于成都理工大学同位素室,将挑选好的样品
用玛瑙研钵研磨至过 200 目筛,取 0. 5g 样品经溶样、离心、
上柱、放空、接样、烘干、洗柱,经装有 AG50WX8 树脂交换柱
分离和纯化后,在 MAT-261 型同位素质谱仪上测定;对锶标
准样 NBS987 重复测定,得到87 Sr / 86 Sr 值为 0. 710283 ±
0. 000045,对标准样的测定误差小于 0. 02%。全流程空白本
底 < 5 × 10 -10 g,实验室温度 20℃,湿度 50%。稀土元素测试
由成都理工大学四川省核技术重点实验室完成,采用电感耦
合等离子体质谱法(ICP-MS)测定,分析误差小于 10%。
4 分析讨论
4. 1 稀土元素特征
稀土元素被广泛应用于研究沉积物的沉积环境(陶树
等,2009;Murrary,1990)、沉积物物源的判别(刘俊海等,
2003;杨江海等,2008;朱赖民等,2007)、氧化还原环境的判
别(刘俊海等,2003;徐晓春等,2009)、流体性质的判别(刘俊
海等,2003)、构造背景分析(刘俊海等,2003;杨江海等,
2008)等领域。在稀土元素中,Ce 和 Eu 的变价现象最为突
出,它们是较为灵敏的参数。Ce属于变价元素,分别是 Ce3 +
和 Ce4 + 2 种价态。在强氧化环境中,Ce3 +将不断氧化为 Ce4 +
呈难溶的 CeO2迁出而出现负异常;在低温碱性环境中,Eu
3 +
因被还原为易溶的 Eu2 +被迁移而出现负异常 (徐晓春等,
2009;胡忠贵等,2009;DeBaar et al.,1985)。从灯影组基岩
(DT-1 和 DS-3 为灰色微晶白云岩,DS-2 为浅灰色叠层石,它
们为灯影组原生沉积)和葡萄石的稀土元素测试结果(表 1)
及稀土元素的配分模式 (图 4)来看,基岩 δCe 为 1. 1 ~ 1. 4,
平均 1. 25,具有较明显的正异常,而葡萄石的 δCe 为 0. 46 ~
0. 85,平均 0. 71,具有明显的负异常,此外,基岩的稀土总量
(平均 5. 729 × 10 -6)明显高于葡萄石的稀土总量(平均
1. 028 × 10 -6) ,以上差异表明,葡萄石和基岩的形成环境具
有明显的差异,它并非是和常与其伴生的叠层石及微晶白云
岩同时形成。
表 1 灯影组稀土元素测试结果(× 10 -6)及相关参数
Table 1 REE analytical results(×10 -6)and related parameters
of the Dengying Formation
样品号
DT-1 DS-2 DS-3 DT-4 DS-5 DS-6
基岩 葡萄石
La 1. 387 1. 409 0. 465 0. 506 0. 208 0. 125
Ce 3. 467 4. 149 1. 022 0. 722 0. 333 0. 081
Pr 0. 306 0. 357 0. 114 0. 087 0. 043 0. 014
Nd 0. 837 0. 980 0. 396 0. 277 0. 113 0. 036
Sm 0. 208 0. 228 0. 115 0. 071 0. 034 0. 010
Eu 0. 048 0. 053 0. 032 0. 017 0. 008 0. 003
Gd 0. 202 0. 207 0. 133 0. 073 0. 025 0. 008
Tb 0. 029 0. 030 0. 022 0. 014 0. 005 0. 001
Dy 0. 167 0. 171 0. 125 0. 086 0. 027 0. 006
Ho 0. 028 0. 027 0. 022 0. 016 0. 004 0. 001
Er 0. 075 0. 086 0. 071 0. 050 0. 014 0. 003
Tm 0. 010 0. 012 0. 010 0. 006 0. 002 0. 000
Yb 0. 055 0. 065 0. 043 0. 034 0. 013 0. 002
Lu 0. 008 0. 011 0. 006 0. 005 0. 002 0. 000
δCe 1. 3 1. 4 1. 1 0. 83 0. 85 0. 46
δEu 0. 72 0. 75 0. 79 0. 72 0. 85 1. 0
∑REE 6. 827 7. 785 2. 576 1. 964 0. 831 0. 290
∑LREE 6. 253 7. 176 2. 144 1. 680 0. 739 0. 269
∑HREE 0. 574 0. 609 0. 432 0. 284 0. 092 0. 021
∑LREE /∑HREE 10. 9 11. 8 4. 96 5. 92 8. 03 12. 8
5622施泽进等:川东南地区灯影组葡萄石地球化学特征及成因分析
图 3 灯影组葡萄石典型照片
(a)-石柱剖面,葡萄石的纵切面特征;(b)-松林剖面,葡萄石的横切面特征;(c)-松林剖面,葡萄石的显微结构特征;(d)-松林剖面,葡萄石
的显微结构特征
Fig. 3 Typica photos of grapestone in Dengying Formation
(a)-Shizhu section,characteristics of grapestone form longitudinal section; (b)-Songlin section,characteristics of grapestone form cross-section; (c)-
Songlin section,micrograph of grapestone; (d)-Songlin section,micrograph of grapestone
图 4 不同样品的稀土元素配分模式
Fig. 4 REE patterns of different samples
6622 Acta Petrologica Sinica 岩石学报 2011,27(8)
表 2 灯影组葡萄石与基岩微量元素测试结果(× 10 -6)
Table 2 The trace elements analysis results of grapestone and matrix of the Dengying Formation in the research area (× 10 -6)
岩性 Na K Mn Fe Sr Ba Sr /Ba 样品数(个)
葡萄石
0 ~ 67 4 ~ 42 58 ~ 267 719 ~ 2392 0 ~ 465 94 ~ 309 0 ~ 1. 65
17. 6 24. 0 123 1580 115 200 0. 58
4
基岩
0 ~ 326 4 ~ 108 0 ~ 461 121 ~ 1769 0 ~ 516 0 ~ 739 0 ~ 2. 44
48. 4 32. 0 76. 4 816 212 222 1. 22
17
4. 2 微量元素特征
Na元素和 K元素是沉积物形成时盐度的重要参数(李
振宏和杨永恒,2005)。Na 元素的含量为 0 × 10 -6 ~ 67 ×
10 -6,平均 17. 62 × 10 -6;K元素含量 4 × 10 -6 ~ 42 × 10 -6,平
均 23. 96 × 10 -6,明显低于基岩的 Na元素和 K元素含量(表
2) ,表明葡萄石形成于盐度较低的流体中。更具说服力的是
Sr /Ba比值,由于 Sr、Ba是化学性质相似的碱土金属,在不同
环境中会由于地球化学行为发生分离。通常,陆相沉积物相
对富 Ba贫 Sr,海相沉积物相对富 Sr贫 Ba,因此有学者用 Sr /
Ba比值来分析碳酸盐岩在形成过程中的盐度变化(何宏等,
2004;黄思静,1990;陶树等,2009) ,并认为当 Sr /Ba比值大于
1时指示为海水沉积环境,而当其值小于 1 时则指示为淡水
沉积环境。灯影组中的 Sr 元素和 Ba 元素含量均小于基岩
的含量,且 Sr /Ba比值远小于 1,预示着葡萄石的成因与淡水
有关。此外葡萄石中 Mn 元素平均含量 123 × 10 -6,Fe 元素
平均含量 1580 × 10 -6,也明显高于基岩的含量。由于一种元
素在矿物中的含量主要取决于该元素在沉淀溶液中的浓度
及动力学效应(黄思静,1990) ,而海水是一个低 Mn、低 Fe的
环境,远低于淡水中的Mn和 Fe的含量。据报道(刘丽红等,
2010) ,淡水中的 Mn和 Fe元素的含量分别是海水的 50 倍和
197 倍,因此,葡萄石中高 Mn 高 Fe 的特征也印证了其形成
与淡水有关。
4. 3 碳、氧同位素特征
葡萄石的碳同位素值分布在 - 1. 906‰ ~ 0. 671‰、氧同
位素值分布在 - 11. 033‰ ~ - 6. 684‰之间(向芳等,1998) ,
与基岩相比明显偏负(表 3) ,在散点图上明显地和基岩分布
在 2 个不同的区间内(图 5)。
对于碳同位素来说,由于自然界碳基本上储藏在有机碳
(还原碳)和无机碳(氧化碳)2 大碳库内,两者的 δ13 C 平均
值大约相差 25‰。因此,在影响海相碳酸盐岩碳同位素的众
多因素中,当时的有机碳氧化与相对埋藏量是最重要的(黄
思静,1997;王勇等,2009)。当有机碳的相对埋藏量大于氧
化量时,较多的12 C 进入有机碳中,使同期海相碳酸盐岩的
δ13C值向正的方向移动,反之则向负的方向移动。此外,沉
积水介质盐度的增高会引起碳酸盐岩 δ13 C 值变大(Clayton
and Degens,1959;Keith and Weber,1964) ,大气降水和陆源
表 3 灯影组葡萄石与基岩碳、氧同位素测试结果
Table 3 The isotopic analysis results of carbon and oxygen of
grapestone and matrix of Dengying Formation in the research area
样品号 δ13 CPDB(‰) δ18OPDB(‰) 类型
Z1 0. 083 - 7. 738
Z2 - 1. 768 - 6. 684
Z3 - 0. 153 - 7. 687
Z4 0. 83 - 9. 084
Z5 0. 196 - 11. 033
Z6 0. 671 - 7. 296
Z7 - 1. 906 - 7. 139
Z8 0. 229 - 7. 209
Z9 - 1. 717 - 8. 073
Z10 - 0. 31 - 7. 994
SLZd1 - 9 4. 24 - 8. 36
SLZd1 - 32 3. 51 - 5. 3
TZd3 - 1 3. 45 - 4. 9
SLZd1 - 18 3. 76 - 6. 25
SLZd1 - 22 3. 88 - 5. 95
葡萄石
基岩
图 5 灯影组葡萄石与基岩的碳氧同位素散点图
Fig. 5 scatter diagram of C,O isotope of grapestone and
matrix of the Dengying Formation in the research area
淡水的注入会使 δ13 C值降低。而对于氧同位素来说,其受介
质温度和浓度的影响较大;其次,沉积环境中水介质盐度的增
高和蒸发作用加强,δ13O 值会明显变大(Clayton and Degens,
7622施泽进等:川东南地区灯影组葡萄石地球化学特征及成因分析
表 4 灯影组葡萄石与基岩锶同位素测试结果
Table 4 The analysis results for strontium isotope analysis of
grapestone and matrix from the Dengying Formation in the
research area
样品号 87 Sr /86 Sr 类型
TZ-2 0. 704745 ± 0. 000058
SL-5 0. 706543 ± 0. 000093
SL-6 0. 705095 ± 0. 000066
SL-8 0. 710546 ± 0. 000206
SL-9 0. 721877 ± 0. 000389
SL-10 0. 713804 ± 0. 000479
基岩
葡萄石
表 5 灯影组葡萄石与基岩地球化学特征对比表
Table 5 Geochemical characteristics of grapestone compare with
matrix of the Dengying Formation in the research area
项目 基岩 葡萄石
稀土元素
具有较明显的 Ce 正
异常,稀土总量大
具有明显的 Ce 负异
常,稀土总量小
微量元素 高 Na元素和 K元素
高 Mn 元素高 Fe 元

碳、氧同位素 偏正 明显偏负
锶同位素
震旦纪海水的锶同
位素值吻合
明显高于震旦纪海
水的锶同位素值
1959;Keith and Weber,1964;谢渊等,2000)。而灯影组葡萄
石尽管分布广泛,但其厚度薄,通常只有几米,在一个剖面内
分布也并非非常连续,在某些地方与微晶白云岩和藻云岩等
原生沉积岩(基岩)混杂出现,这也是原生论者认为葡萄石是
和微晶白云岩和藻云岩同时沉积而成的论据之一。如果葡
萄石是和基岩同时形成的,那么这些葡萄石应该与基岩经历
了相同的埋藏史、流体演化史和成岩演化史,也应具有相同
的“同位素年代效应”,因此,它们的碳、氧同位素应该具有一
致性。而实际上,葡萄石与基岩相比,其碳、氧同位素明显偏
负(图 5) ,表明葡萄石与基岩并非同时形成,并且葡萄石的
形成可能与淡水有关。
4. 4 锶同位素特征
锶在海洋中存留时间至少在 1Myr 以上,而海洋的混合
时间只有 1kyr,故认为锶在海洋中的分布是均匀的,不受纬
度、深度的影响(黄思静等,2009;史忠生等,2005)。一般认
为,87 Sr / 86 Sr值不因物理、化学和生物过程发生同位素分馏
作用,而主要是受到了锶来源的控制,因此,在一定的地质时
期内,海水的87 Sr / 86 Sr 比值是不变的(向芳和王成善,2001;
胡作维等,2009;王勇等,2009)。锶同位素的这一特性决定
了其在大气及海洋环境(Nicholas,1996)、物质来源(Pinarelli
and Rottura,1995)及流体分析(Roger et al.,2004)等方面得
到了广泛地应用。
从灯影组基岩和葡萄石的锶同位素结果来看(表 4) ,基
岩的锶同位素值介于 0. 7047 ~ 0. 7065 之间,与国外众多学
者(Melezhik et al.,2002)所公布的震旦纪海水的锶同位素
值(0. 7050 ~ 0. 7076)基本吻合,而葡萄石的锶同位素值与基
岩相比要高的多,且其变化范围比较大(0. 7105 ~ 0. 7138)。
通常情况下,海水中的锶同位素有 3 个来源(Veizer et al.,
1986;Spooner,1976;尹观和王成善,1998) : (1)壳源硅铝质
岩石的风化产物;(2)幔源镁铁质岩石风化及海底风化产物
(主要是玄武岩) ; (3)碳酸盐岩的重溶。上述三种物质的
87 Sr / 86 Sr比值分别为 0. 720 ± 0. 005、0. 704 ± 0. 002 和 0. 708
± 0. 001。对于葡萄石来说,如此高的锶同位素值表明葡萄
石是在一个开放的体系中形成的,并在形成过程中有壳源硅
铝质岩石来源的锶的加入。实际上,在葡萄石中局部可见极
薄层的渗流粉砂岩(王兴志等,2000) ,证实了葡萄石在形成
过程中有壳源硅铝质岩的介入。根据微量元素分析可知,葡
萄石在形成过程中其流体的盐度很低,因此,这些壳源物质
应该是由地表淡水带入的。
综上,众多地球化学证据表明葡萄石的形成和灯影组原
生沉积白云岩的沉积环境有着明显的差别(表 5) ,灯影组葡
萄石的形成应该跟地表淡水有着密切的关系。在巨厚层的
灯影组白云岩的中部出现的薄层葡萄石,很难理解其淡水的
来源问题,因为通常情况下大范围的淡水介入需要岩层出露
地表而非浸没于海水之中,如果灯影组是一个连续的沉积过
程,就很难出现这种大面积淡水的介入。已有证据表明灯影
组在沉积过程中并不是一个完全连续的过程,在灯影组的沉
积过程中曾经有过短暂的暴露(刘怀仁等,1991;刘护军等,
1993) ,遵义松林剖面葡萄石层中及其附近仍然可见少量的
未完全充填的溶孔(图 6) ,甚至在局部可见到小型的地下暗
河沉积(图 7)。正是这次短暂的暴露使灯影组接受了短暂
的淡水淋滤作用,形成了厚度跨度不大的岩溶层,并在溶缝
和溶洞中形成了葡萄石。
图 6 松林剖面灯二段顶的岩溶孔洞
Fig. 6 Cavity in the upper second member of Dengying
Formation,Songlin section
8622 Acta Petrologica Sinica 岩石学报 2011,27(8)
图 7 松林剖面灯二段顶的暗河沉积(细砂岩)
Fig. 7 Underground river fillings (fine sandstone)in the
upper second member of Dengying Formation,
Songlin section
葡萄石的出现往往伴随着较好的岩溶发育层段,尽管多
数岩溶缝洞已经被葡萄石或其他后期胶结物所充填,但在灯
影组中部(灯二、灯三段)局部地区仍然可能存在较好的古岩
溶型储层,如四川威远气田灯二、灯三段中就存在大量受古
岩溶作用产生的溶蚀孔洞和构造作用产生的裂缝共同构成
的优质储层(包强等,1999)。因此,对整个灯影组来说应该
有二次暴露过程,一次是桐湾运动引起的大规模暴露,另一
次就是跟葡萄石形成密切相关的小规模暴露,大量葡萄石的
出现可能预示着强烈的古岩溶发育,是寻找古岩溶型储层的
一条重要线索。这两次暴露过程对灯影组储层的形成具有
重要的意义。
5 结论
(1)灯影组基岩具有较明显的 Ce正异常,而葡萄石则具
有明显的负异常,并且基岩和葡萄石在稀土元素总量上也有
明显的差别,表明葡萄石形成于与基岩不同的环境中,葡萄
石并非与基岩同时形成。
(2)葡萄石具有低 Na、K元素和低 Sr /Ba比的特征,预示
着葡萄石形成于盐度较低的淡水环境,其较高的 Mn、Fe含量
也印证了葡萄石的形成与淡水关系密切,同时,碳、氧同位素
明显地向负偏移及较高的87 Sr / 86 Sr 值也与葡萄石的淡水成
因特征具有一致性。
(3)灯影组在沉积过程中有一次短暂的沉积间断,这次
间断使灯影组暴露地表接受淡水淋滤,形成了一定规模的岩
溶现象,并且在溶缝和溶洞中形成了葡萄石,因此葡萄石的
形成可以作为这次岩溶发生的标志,同时这种岩石的出现为
在震旦系灯影组这套古老的碳酸岩地层中寻找古岩溶型储
层提供了一条重要的线索。
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