川东北地区飞仙关组和长兴组白云岩成因与成岩-成藏系统

郑荣才, 刘 萍, 文华国

(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)

川东北地区飞仙关组和长兴组白云岩成因与成岩-成藏系统

郑荣才, 刘 萍, 文华国

(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)

通过沉积相剖面、岩石结构和多项地球化学指标、油气源岩性质对比及流体非均质性与运移路径分析等新技术方法，运用流体-岩石相互作用和流体成藏动力学新理论，研究了川东北地区飞仙关组和长兴组白云岩成因和成藏特征，确定此2个层位的优质生物礁相和鲕滩相白云岩储层成因主要与成岩期的埋藏白云岩化作用有关，都属于同源流体和同一流体输导体系控制的多期次、多阶段埋藏白云岩化与连续的重结晶作用产物，论证了飞仙关组和长兴组与埋藏白云岩化作用及多期次油气运移、充注和成藏过程也受同一流体输导体系和同一油气源控制。依据埋藏白云岩化过程的成岩系统划分与成藏过程在时空上的耦合匹配关系，提出以通源断裂/裂隙带为核心的，由断裂/裂隙带、不整合面和优质礁、滩相白云岩储层构成的复合输导体系为主控因素的统一“成岩-成藏系统”概念。

热液白云岩；成岩流体；成岩-成藏系统；输导体系；飞仙关组；长兴组；川东北

在碳酸盐岩研究领域，白云岩成因是最具争议和认识最为复杂的科学问题之一，围绕白云岩的沉积和成岩环境、成岩流体的来源和性质、白云岩化过程和相关的成因模式等，一直是地质学家探索的前缘领域[1-2]。随着测试技术的提高和勘探实践深入，热液白云岩化作用已成为研究白云岩成因的主导模式[3-13]。同时，围绕白云岩化流体来源、性质、输导体系、流体运移路径与流体-岩石相互作用过程的成岩系统划分[14]，及其在时间-空间上成岩-成藏作用的耦合匹配关系，更是沉积学界和石油地质学界瞩目的研究热点。近年来在川东北地区下三叠统飞仙关组(T1f)和上二叠统长兴组(P3ch)钻获的普光、元坝、龙岗、罗家寨、渡口河、黄龙场和五百梯等一系列特大型和大中型气田，飞仙关组和长兴组优质礁、滩相储层都为高程度白云岩化作用的产物，而涉及储层成因的白云岩化模式争议很大，在早期研究中应用最广泛的是混合水和渗透回流模式[15-18]，近期应用更多的是混合水与埋藏白云岩化，或渗透回流与埋藏白云岩化双重成因的叠加模式[19-22]。本文在已有研究成果基础上[9-12]，补充了部分流体包裹体和稳定同位素新材料，以岩石结构、流体包裹体和痕量元素及稳定同位素地球化学特征的综合研究为基础，分析和对比飞仙关组与长兴组白云岩成因特征的异同性为研究思路，从中划分出准同生交代白云岩和成岩期热液交代白云岩(即简称为HTD的热液白云岩)2种成因类型，认为优质礁、滩相白云岩储层仅与多期次的热液交代和重结晶作用有关，属于构造控制的热液白云岩[5]；更重要的是发现此2个层位与热液白云岩概念的储层各项成因特征具有惊人的相似性[9-12]，多期次的热液白云岩化过程具有在多个“成岩子系统”中同步演化、继承性发展和受同一流体输导体系控制的显著特点。

1 成因特征与对比

1.1 白云岩产状特征与对比

飞仙关组鲕滩相白云岩与长兴组礁、滩相白云岩在产状特征上有很大的相似性，特点为台内或台地边缘的长兴组礁、滩相白云岩储层，一般都位于礁生长旋回中上部(图1)，礁体的顶部往往发育有同沉积期暴露形成的大气水侵蚀面，与大气水和混合水淋滤、溶蚀和胶结等有关的成岩作用明显，因此，很多研究者将此特征作为判断白云岩成因与混合水有关的依据。类似的情况也出现在飞仙关组中，无论是台内或台缘的鲕滩相白云岩储层大多位于滩旋回中上部(图2)，顶部也往往发育有同沉积期暴露形成的侵蚀面，与大气水和混合水有关的各种成岩现象明显，或出现在滩旋回中下部，常具豹斑状结构。前一种情况也被作为白云岩成因与混合水有关的依据，后一种情况则被认为是渗透回流白云岩化成因标志。有关飞仙关组和长兴组白云岩储层的分布还有2个显著的相似的特征：①垂向剖面上，此2个层位的白云岩储层都有沿二叠、三叠系之间的不整合面两侧发育的特性；②区域上，此2个层位的白云岩储层也都有沿环开江-梁平台内海槽边缘发育的特点[23-24]，明显受环台内海槽边缘发育的基底断裂继承性活动的控制。

1.2 白云岩结构特征与对比

大量的岩石薄片鉴定结果，表明飞仙关组和长兴组白云岩储层都具有多期次白云岩化和重结晶的形成过程和演化特点，都可以划分出相对应的准同生期交代和成岩期热液交代2种成因类型[8-12]。前者以具备非常致密的泥-微晶结构和常含有石膏或石盐等盐类矿物为主要特征，并普遍发育有藻纹层和暴露标志(图3)，对其成因没有争议，所有研究者都用塞卜哈环境的蒸发泵模式解释其成因；在近期的研究成果中，又将其成因划归为与塞卜哈环境有关的微生物岩。而后者具鲕粒、生物礁、生物屑和晶粒结构等，可以划分出早、中、晚和构造隆升期4个强度不同的白云岩化阶段[8-12]。在4个埋藏白云岩化演化阶段中，此2个层位中由白云岩化造成的原始结构破坏程度非常相似(图4)，都由原始结构保存较完整的粉-细晶白云岩(图4-A、E)、经具残余原始结构的细-中晶白云岩(图4-B、F)和原始结构基本消失的中-粗晶白云岩(图4-C、G)，最终演化为碎裂化重结晶(局部硅化)白云岩(图4-D、H)，组成了此2个层位各成岩阶段相对应的热液白云岩结构类型的演化图谱，反映此2个层位白云岩经历了相同的多期次热液白云岩化交代作用和重结晶改造的演化历史。

图1 长兴组礁白云岩储层沉积相剖面(PG6井)Fig.1 Depositional facies of reef dolomite reservoir in Changxing Formation (Well PG6)

图3 飞仙关组和长兴组准同生白云岩结构图谱Fig.3 Photographs showing the texture of penecontemporaneous dolomite in Feixianguan Formation and Changxing Formation(A)具早期暴露标志的准同生纹层石泥-微晶白云岩(a)→白云石结壳(b)→粉-砂屑微晶白云岩(c)沉积序列，PG6井，长兴组顶部，普通薄片，正交偏光; (B)具蒸发成因标志的石膏质微晶白云岩，硬石膏呈条带状沿纹层分布， P3井, 飞仙关组第二段， 普通薄片，正交偏光。照片的对角线长皆为3.75 mm

图4 飞仙关组和长兴组埋藏白云岩结构图谱和特征对比Fig.4 Photographs showing the textures and characteristic correlation of different burial diagenetic dolomitization in Feixianguan Formation and Changxing Formation全部照片的对角线长为3.75 mm。(A)亮晶鲕粒白云岩，等厚环边胶结结构清晰，保存较多原生粒间孔,LJ6井，T1f2，染色薄片,(+); (B)鲕粒粉-细晶白云岩，鲕粒结构清晰，鲕内和鲕间溶孔发育，充填有少量炭化沥青,PG2井，T1f1，铸体薄片,(-); (C)残余鲕粒中-粗晶白云岩，晶间孔和晶间溶孔非常发育，充填少量炭化沥青，PG6井，T1f1,铸体薄片,(-); (D)碎裂化溶孔白云岩，薄片为沿裂缝发育的溶洞，内被溶蚀碎屑、自生石英(Q)和少量炭化沥青充填,PG6井，T1f2，铸体薄片,(-); (E)粉-细晶海绵礁白云岩，礁结构保存好，选择性溶蚀而成的骨架间与体腔内溶孔很发育，PG6-10(78/137); (F)细晶礁白云岩，残余礁结构较明显，由具雾心亮边结构的自形白云石组成海绵体腔，部分海绵体腔内充填有连晶方解石，BD4井，深度3 552 m; (G)中晶白云岩，保存残余礁结构，白云石具雾心亮边结构，承袭海绵体腔的超大溶孔非常发育， 孔内环壁生长洁净的白云石晶簇， PG6-9(58/121); (H)碎裂化微-中晶不等晶白云岩，沿裂缝发育溶蚀孔洞，内被溶蚀残留的白云石晶屑、环边生长的异形白云石和自生石英晶体充填，PG6-5(33/101)

1.3 白云石有序度和Mg/Ca比值特征与对比

飞仙关组和长兴组不同成岩阶段的白云石有序度和xMg/xCa(x表示摩尔分数)比值变化范围也具有很强的规律性和可类比性(表1)，除个别样品xMg/xCa比值和有序度略偏低之外，包括准同生和热液白云岩在内，大多数样品反映了伴随各成岩阶段白云岩化强度加大，所对应白云石的有序度和xMg/xCa比值逐渐增高的演化趋势，与各成岩阶段白云岩中原始鲕粒或生物礁/生物碎屑结构逐渐消失、白云石由粉晶逐渐重结晶加粗为细晶和中-粗晶，乃至碎裂化重结晶结构的演化趋势是相一致的(图4)。

表1 飞仙关组和长兴组各成岩阶段白云石粉晶样品X射线衍射分析数据对比Table 1 Comparison of XRD analysis of dolomite powder samples in different diagenetic stages from Feixianguan Formation and Changxing Formation

检测设备：D/MAX-ⅢC型X射线衍射仪；试验条件：温度15～25℃，湿度≤70%RH；检测标准：JCPDS-ICDD。样品分析机构：中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院地质研究室。

1.4 流体包裹体特征与对比

取自结晶白云岩和充填溶孔的天青石、异形白云石和方解石等36件样品(飞仙关组和长兴组各18件)469个流体包裹体的测定结果(图5)，表明飞仙关组和长兴组多期次热液白云岩化过程中发育的流体包裹体在成因特征上具有很大的相似性和一定的差异性。

1.4.1 相似性

a.包裹体大都以呈昏暗卵圆形的气液两相有机包裹体为主，少量为负晶形的气液两相盐水包裹体，大小为5～12 μm，气/液体积比为8%～15%。

b.不同的次生热液矿物中，发育在结晶白云石和天青石中的流体包裹体均一温度较低(80～140 ℃，平均127 ℃)而盐度(wNaCl)较高(5.5%～8.68%，平均为6.94%)，异形白云石均一温度(127～200 ℃，平均143 ℃)和盐度(wNaCl=0.35%～11.93%，平均6.8%)均为中等，热液方解石均一温度最高(139～230 ℃，平均172 ℃)而盐度最低(wNaCl=1.23%～8.68%，平均3.94%)。总体上具有伴随成岩强度加大，流体包裹体的均一温度逐渐增高而盐度趋于下降的演化特点，其中最高均一温度和最低盐度的测点相对应地都出现在最晚期碎裂化白云岩中。

图5 飞仙关组和长兴组次生矿物有机包裹体均一温度与油气充注期次关系和对比图Fig.5 Homogenization temperatures of organic inclusions in secondary minerals and hydrocarbon infilling stages in Changxing Formation and Feixianguan Formation

c.在均一温度直方图中，可划分出4个热液演化期次(图5)，第一期为80～110 ℃，相当于中成岩阶段A期；第二期为110～150 ℃，相当于中成岩阶段B期至晚成岩阶段A期早时；第三期为150～180 ℃，相当于晚成岩阶段A期晚时至B期早时；第四期为180～220 ℃，相当于晚成岩阶段B期晚时的区域构造隆升期。

d.充填溶孔的自生石英晶体有3个期次的ESR年龄测定结果[10-11]，分别相当于进入中-晚成岩阶段的热液演化第二期(110.1～103.2Ma B.P.)和第三期(96.5 Ma B.P.)，以及构造隆升阶段的热液演化第四期(23.2～13.8 Ma B.P.)。其中第三期的96.5 Ma年龄结果，对应于晚白垩世早期，按川东北地区累积的长兴组至上白垩统下部地层厚度，可推断飞仙关组和长兴组的最大埋深可达6.5～7 km，与该时期此2个层位进入晚成岩阶段B期早时相吻合。而相当于第四期的23.2～13.8 Ma年龄，恰好对应于川东北地区喜马拉雅早期晚时大幅度区域构造隆升、变形和断裂活动最频繁的强烈构造活动期。

1.4.2 差异性

a.飞仙关组包裹体较长兴组更为发育，以发黄色荧光为主；而长兴组包裹体多发蓝白色荧光，显示有更高的热演化程度(图6)。

b.飞仙关组包裹体气/液体积比一般小于10%，且含有较多盐水包裹体；而长兴组一般大于10%，以有机包裹体为主。

c.所对应的3个期次的热演化事件，长兴组的热背景温度都略高于飞仙关组；显然与其有更大一些的埋藏深度有关。

图6 白云岩储层含烃包裹体荧光性特征Fig.6 Fluorescence features of hydrocarbon-bearing inclusions from the dolomite reservoir(A)飞仙关组黄色荧光烃类包裹体，PG6井; (B)长兴组蓝白色荧光烃类包裹体，PD53井

1.5 白云岩地球化学特征与对比

1.5.1 Sr、Fe、Mn痕量元素地球化学特征对比

飞仙关组和长兴组各成岩阶段白云岩具有非常相似的Sr、Fe较高含量和Mn的很低含量(表2)，此特征表明成岩流体不仅缺乏大陆淡水影响，为较强还原性成岩环境产物[10-11]，同时也显示了此2个层位白云岩化流体性质和来源具有很大的相似性，且都与大气淡水和混合水无关。

1.5.2 碳、氧同位素地球化学特征与对比

飞仙关组和长兴组各期次热液白云岩的碳、氧同位素组成也都具有伴随成岩强度加大明显负偏移的演化趋势，而且各期次都显示出同步演化和继承性发展的特点(表2)，充分证明此2个层位埋藏期的热液白云岩化作用发生在同一成岩流体系统中，其中飞仙关组热液白云岩化流体来源已被证实为主要来自比正常海水更富Sr和更高盐度的、封存于飞四段蒸发台地相地层中的海源卤水[10-12]。

1.5.3 Sr同位素地球化学特征与对比

飞仙关组和长兴组碳酸盐岩的Sr同位素组成(表2)有2个显著特点：①飞仙关组的碳酸盐岩的87Sr/86Sr比值以准同生白云岩为最高，正常海相灰岩为最低，而各期次热液白云岩的87Sr/86Sr比值介于其间，但更接近准同生白云岩。依据交代鲕粒的结晶白云石流体包裹体均一温度为80～135℃，盐度(wNaCl)为所有样品最高值(5.0%～11.0%)的分析结果，证实成岩流体性质更接近于塞卜哈卤水，同时也反映了流体具有热液性质。以鲕粒白云岩最发育的飞仙关组第二段为例，在地质产状上鲕粒白云岩具有围绕飞四段蒸发台地膏盐坪发育的特点(图7)，也间接证明了飞四段巨厚的膏盐岩地层压释的封存卤水是飞仙关组热液白云岩化流体的主要来源。而由各成岩阶段Sr同位素演化趋势，进一步示踪了伴随成岩强度加大，先后有来自深部烃源岩的有机酸热液、基底富硅热液的混入和参与热液白云岩化作用[10-12]。②长兴组的87Sr/86Sr比值组成特征和分布规律与飞仙关组比较，其异同性具有更加特殊的地质意义，特点为长兴组正常海相灰岩和准同生白云岩87Sr/86Sr比值都为高值，明显高于长兴组的各期次热液白云岩，说明长兴组各期次热液白云岩化作用与长兴组本层流体无关系；相同性在于长兴组各期次热液白云岩87Sr/86Sr比值虽然变化较大，但其变化范围与飞仙关组很接近，不仅其平均值(0.707 453)与飞仙关组热液白云岩平均值(0.707 337)很接近，而且此2个层位相对应的不同期次热液白云岩的87Sr/86Sr比值变化范围、平均值和演化趋势也都基本一致，此特征无疑显示了长兴组与飞仙关组相对应的各成岩期次流体性质和热液白云岩化过程存在同源性、继承性和同步演化的亲缘性。

表2 飞仙关组和长兴组各成岩阶段白云岩和热液方解石Fe、Mn、Sr含量和C、O、Sr同位素特征对比Table 2 Comparisons of Fe, Mn, Sr abundance and Carbon, Oxygen, Strontium isotopes of different diagenetic dolomite and hydrothermal calcites in Feixianguan Formation and Changxing Formation

Fe、Mn、Sr含量由中国地质科学院成都矿产综合利用研究所分析测试中心分析，测试仪器为2000DV(编号：1-44-40)，检测依据为Y/T05-1996《ICP广谱法测定》；C、O同位素由中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院地质实验室分析，测试仪器为MAT252气体同位素质谱仪，实验温度为22℃，湿度为50%，检测依据为SY/T6039-94，分析误差(质量分数)：碳同位素为0.002‰～0.014‰，氧同位素为0.004‰～0.02‰；Sr同位素由成都理工大学同位素实验室分析，测试仪器为MAT261同位素质谱仪，样品制备和化学流程按国际通用规范溶样，经阳离子离子交换柱分离纯化，实验温度为22℃,湿度为50%，检测依据为美国国家标准局标准样品NBS987，分析误差(质量分数)为0.002%。括号内的数字为样品数量。

图7 川东北飞二段鲕粒白云岩与飞四段膏盐岩分布关系Fig.7 The relationship between oolitic dolomite of Member 2 and gypsum salt rocks of Member 4 of Feixianguan Formation in northeast Sichuan Basin

2 成岩-成藏系统分析

2.1 白云岩成岩系统划分

从流体-岩石相互作用过程和产物的各项特征出发[14]，可将飞仙关组和长兴组白云岩化过程划分为准同生期“海源同生卤水成岩系统”和成岩期“地层热卤水成岩系统”。综合此2个层位2个相对独立的白云岩成岩系统，各成岩阶段的热液白云岩成因特征及其所反映的成岩环境、流体来源、流体性质及演化的相似性，不难确定热液白云岩化作用发生在飞四段压释的地层热卤水为主体来源的同源流体系统中；但在多期次同步演化的白云岩化和重结晶过程中，伴随埋藏深度和成岩强度加大,以及构造隆升与断裂作用的发生，有不同性质的深部异源热液进入流体系统而引发成岩流体性质的变化，因此，按各成岩阶段深部异源热液混入而引起的成岩流体性质变化，又可划分为继承性发展演化的、但又相对独立的“热卤水”、“复合源热卤水(或油田卤水)”、“深源混合热卤水”3个成岩子系统。以下就各成岩子系统热液白云岩化特征与储层发育关系展开讨论。

2.1.1 热卤水成岩子系统

早-中成岩阶段A期的热液白云岩化发生在浅-中深埋藏环境，成岩流体主要来源于飞四段蒸发台地压释的、封存在蒸发台地相地层中的、倒灌的热卤水，产物为原始结构保存良好和含有较多残余灰质组分的粉-细晶鲕粒白云岩和礁或生屑白云岩(图4-A、E)。虽然由胶结、压实和压溶等成岩作用使大部分原生孔隙遭到破坏，但大范围的早期热液白云岩化和溶蚀作用利于晶间孔和各类溶孔的形成而有利于储层发育，因此，在有利礁、滩相带，由该成岩子系统的白云岩化和溶蚀作用奠定了早期白云岩储层发育的基础。

2.1.2 复合源热卤水成岩子系统

中成岩阶段B期-晚成岩阶段A期热液白云岩化发生在中-深埋藏环境，成岩流体仍主要来源于飞四段压释的地层封存热卤水流体系统中，但因含有来自深部烃源岩释放的有机酸热液而具有混合源热卤水性质，成岩方式主要为逐步增强的弥漫性热液白云岩化和重结晶作用，以形成具残余鲕粒和残余礁或生屑结构的粉-细晶白云岩为主(图4-B、F)，或为原始结构基本消失殆尽的细-中晶白云岩，部分孔隙被缩减，但数量有限，对储层发育影响不大，且都以晶间孔和各类溶孔、溶洞大量发育，为飞仙关组和长兴组白云岩储层的主要发育期，并以溶孔中往往充填有热液方解石、异形白云石、天青石、石英和碳化沥青为显著特征。伴随该阶段埋藏白云岩化过程，开始普遍出现气、液二相有机包裹体，表明该阶段已同时进入第一期次的液态烃初始充注成藏期，因此，成藏后的成岩流体性质实质上已原地转化为复合源油田热卤水。至深埋藏环境的晚成岩阶段B期早时，成岩流体以原地转化而成的复合源油田热卤水为主，但其热液白云岩化、重结晶和溶蚀作用更强烈，以形成原始结构全消失的中-粗晶白云岩为主(图4-C、图5-C)，晶间孔和各类溶蚀孔、洞更发育，溶孔中除充填有上述常见的几种热液矿物之外，还出现黄铁矿为代表的金属硫化物。由于该阶段溶蚀作用强，不仅明显改善了白云岩储层的孔、渗性和扩大了储层发育范围和规模，更重要的是进入第二期次的液态烃大规模充注成藏期。鉴于在油气流体影响下，储层仍处在较强的酸性成岩环境中，可推断该阶段所发生的热液白云岩化、重结晶和溶蚀作用与含有机酸热液的复合源油田热卤水对储层的改造有着密切关系，明显不同于Hancock[25]和Gluyas等[26]提出的“油气充注将导致储层成岩作用终止”的传统观点。事实上，复合源油田热卤水也是一种富含有机酸等酸性介质的混合流体，对碳酸盐矿物(如白云石)的溶解和重结晶提供了条件。

2.1.3 深源混合热卤水成岩子系统

喜马拉雅早期区域构造隆升阶段的成岩作用，发生在以复合源油田热卤水为主的、掺合有深部热流体混入的深源混合热卤水流体中，成岩方式主要表现为沿断裂活动带发育的强烈构造碎裂化、热液白云岩化、重结晶、硅化和硫酸盐热化学反应(TSR)，以及与硫酸盐热化学反应相关的热液溶蚀和次生矿物的沉淀等作用[27]，岩石的原始结构因强烈碎裂化和重结晶而完全消失(图4-D、G)，而各类与TSR事件有关的溶蚀孔、洞、缝更加发育[27]，因此，被认为是提高储层质量的关键。被溶扩的孔、洞、缝除充填有异形白云石、热液方解石、晶簇状石英和偶见的自然硫与金属硫化物之外，还以具有较为普遍的硅化现象及充填有大量渣状碳化沥青为重要特征，显示该阶段同时也为原生油藏被高温裂解改造，重新发生气态烃运移、充注、聚集的调整成藏期，即第三期充注成藏的关键时期。

2.2 成岩-成藏系统分析

从流体-岩石相互作用及流体成藏动力学角度出发[28-29]，飞仙关组和长兴组以飞四段压释的热卤水为成岩流体主要来源，各期次埋藏白云岩化及油气充注成藏过程具有同步演化和继承性发展的特点，因此，探讨各期次埋藏白云岩化过程与油气成藏的时空匹配关系已成为备受关注的研究热点。

2.2.1 飞仙关组和长兴组油气性质与来源

200多个气样组分的指纹对比结果(图8)，表明飞仙关组与长兴组天然气藏的气体性质和组成特征相近，特点为烃类气体都以甲烷为主，均占70%以上；而C2+重烃的质量分数很低，都小于1%；干燥系数很高，在0.99以上：都属古油藏高温裂解成因的干气而被判断为同源气藏[29-30]。按高温演化序列中固体沥青δ13C值一般高于烃源岩干酪根质量分数1‰～2‰的关系[31]，飞仙关组和长兴组储层沥青碳同位素转化后的-26‰～-30‰(PDB)的δ13C数据，与上二叠统龙潭组和长兴组暗色泥质岩干酪根-27‰～-29‰(PDB)的δ13C值具有很好的可对比性，即此2个层位的气藏/古油藏同源，都主要来源于上二叠统的烃源岩，对比结果与前人研究成果[16-17]相一致。

2.2.2 流体特征对比

a.地层水特征及对比

图8 川东北-渝北地区飞仙关组和长兴组气组分特征Fig.8 Characteristics of gas components in Feixianguan Formation and Changxing Formation

飞仙关组和长兴组白云岩储层中的地层水主要有3个特点：①飞仙关组地层水以CaCl2型封存水为主，平均矿化度(质量浓度:ρ)为30 g/L，长兴组地层水以NaHCO3型开放水为主，平均矿化度为50 g/L，略高于飞仙关组。②地层水Na/Cl参数(低值表示变质程度高)飞仙关组均值较高(为1.3)，长兴组均值较低(为1.0)，变质程度高于飞仙关组。③从飞仙关组地层水封闭型→长兴组地层水开放型，相对应的是低矿化度→较高矿化度、低变质→较高变质程度的地层水的均质性和水学场演化特征，反映古流体的流向存在从飞仙关组向长兴组运移的趋势。

b.气组分特征及对比

飞仙关组和长兴组白云岩天然气藏的气组分性质相近，但无论从轻/重烃含量还是储层沥青碳同位素比较，各构造带飞仙关组与长兴组气组分仍存在略有差异的非均质性，特点为：①飞仙关组气体甲烷含量低于长兴组，而C2+重烃+非烃总含量高于长兴组；②飞仙关组ln(C1/C2)、ln(C2/C3)略低于长兴组；③飞仙关组储层沥青碳同位素(-26‰～-28‰，PDB)略重于长兴组(-27‰～-29‰，PDB)。

各项组分特征表明长兴组轻烃含量更高、干燥系数更大(图3)，就流体充注过程而言，应处于先飞仙关组后长兴组的运移路径，可进一步证明古流体存在从飞仙关组向长兴组运移的充注过程。

c.流体包裹体特征对比

飞仙关组和长兴组白云岩储层气-液二相有机包裹体特征差异性及均一温度直方图(图5)，不仅显示了飞仙关组和长兴组成岩、成藏过程的同步性，同时也表征了3个油气充注期次和先充注飞仙关组再充注长兴组的运移、聚集、成藏过程，对应于中成岩阶段、晚成岩阶段和构造隆升阶段的成岩期次自生石英ESR年龄测定结果分别为103.2～110.1 Ma、96.5 Ma 、23.2～13.8 Ma[10]，与均一温度显示的飞仙关组和长兴组自中成岩阶段开始和延续至构造隆升阶段的3个交替进行的成岩-成藏期次是相一致的，此特征可证明飞仙关组和长兴组多期次的热液白云岩化、重结晶、溶蚀作用与油气充注成藏过程具有基本同步进行的时间-空间耦合匹配关系，可作为白云岩化与油气充注成藏发生在同一“成岩-成藏大系统”环境最有力的证据。

2.2.3 流体输导体系

图9 天东67井T/P不整合面输导体结构Fig.9 Permeability structures of T/P unconformity conduit in Well Td67

作为“源-藏”桥梁纽带的流体输导体系[32]，不仅是成藏期油气运移、聚集的重要通道，其前身也往往是成岩流体运移聚集的地质要素。已有的众多研究成果，表明川东北地区各构造带飞仙关组和长兴组气藏主要存在断裂、不整合面和礁滩相白云岩储层3种类型的流体运移聚集通道，构成了3种不同组合样式的输导体系[30]：①受多期不同方向构造应力的叠加作用，形成了前燕山期北东向和喜马拉雅期北西向2组逆断层[33]，以前燕山期活动的北东向逆断层为白云岩化流体和油气垂向运移和充注成藏的重要通道[30]。此认识可以钻井岩心和野外露头中于该期断裂/裂隙内常见沥青充填物，以及非常发育气液两相和沥青固相有机包裹体为其沟通飞仙关组和长兴组储层及龙潭组烃源岩的有效通源性质证据，其实质也是一切输导体系组合类型中的必备要素[32]。②长兴组末期，受海平面下降期由长期暴露和大气水强烈侵蚀形成的T/P不整合面，发育有多套大型水平溶蚀孔洞带，构成了研究区白云岩化流体和油气侧向运移重要的输导体，如天东67井沿T/P不整合面发育的水平潜流带和高孔、高渗带(图9)，证明了不整合面的高效输导性不仅可作为多期次白云岩化作用和溶蚀作用的成岩流体运移通道，同时也是多期次油气侧向运移充注成藏的通道。③埋藏白云岩化形成的礁、滩相和鲕滩相优质储层，厚达50～250 m,分布范围广，侧向连通性好，也是后期成岩流体及油气侧向运移充注成藏的优选输导体。

按上述多期次交替进行的热液白云岩化流体来源和气藏同源分析结果，说明长兴组和飞仙关组热液白云岩化受同一输导体系控制是客观存在的，而由流体非均质性示踪反演技术解释的飞仙关组至长兴组的油气充注过程存在先后顺序关系，因此，依据输导体与龙潭组烃源岩生排烃和油气充注期次的时空匹配关系[30]，可确定通源断裂与T/P不整合面及优质白云岩储层共同构成了飞仙关组和长兴组成岩-成藏过程中的“统一复合输导体系”。

2.3 成岩-成藏模式

根据飞仙关组和长兴组热液白云岩化流体主要来源于飞四段封存地层热卤水，部分来自烃源岩释放的有机酸热液和深部异源热液的认识，结合优质礁、滩相白云岩储层的成岩-成藏特点和演化历史，提出飞仙关组和长兴组受同一复合输导体系控制的、以通源断裂/裂隙带为核心要素的热液白云岩化模式和成岩-成藏系统(图10)。该模式表明白云岩储层经历了如下成岩-成藏演化过程：①成岩早期，来自飞四段压释的地层封存热卤水沿先期发育的通源断裂/裂隙带与T/P不整合面组成的复合输导体系倒灌和横向运移进入飞仙关组和长兴组，对不整合面两侧礁、滩相地层进行早期热液白云岩化和溶蚀改造，形成沿断裂/裂隙带和T/P不整合面两侧分布的早期礁、滩相白云岩储层。②成岩中-晚期，伴随深部龙潭组烃源岩成熟，排出的有机酸热液通过复合输导体系进入储层与封存卤水混合形成复合源热卤水，对飞仙关组和长兴组早期礁、滩相白云岩储层进行更为强烈的热液白云岩化、溶蚀、重结晶和沉淀次生热液矿物等叠加改造，不仅有效地改善了白云岩储层的孔、渗性和扩大了储层发育规模，而且相继发生了与多期次热液白云岩化作用相配套的、先后于成岩中期和晚期2个期次的液态烃运移、充注和成藏作用，成岩流体在油气充注成藏过程中原地转化为复合源油田热卤水。③构造隆升期，伴随喜马拉雅早期区域构造隆升和断裂活动增强，飞仙关组和长兴组白云岩储层发生强烈碎裂化，来自深部基底的富硅热液通过复合输导体系进入碎裂化白云岩储层与油田热卤水混合形成深源混合热卤水，并沿复合输导体系再次对碎裂化白云岩储层进行最为强烈的热液白云岩化、溶蚀、重结晶、硅化和TSR事件[27]等成岩作用改造，沉淀有包括金属硫化物和自然硫在内的各种次生热液矿物，并在区域构造隆升和热事件进一步增强的演化过程中，相继发生液态烃热解、体积膨胀和裂解气在超强压机制驱动下的再次运移、充注、调整和最终聚集定形成藏的作用[29]，该时期也可视为飞仙关组和长兴组海相碳酸盐岩油气成藏的关键时期。

图10 飞仙关组和长兴组滩、礁相气藏成岩-成藏模式Fig.10 Diagenetic-accumulation model of gas reservoir of reef-bank facies for Feixianguan Formation and Changxing Formation(底图据文献[22])

3 结 论

a.飞仙关组和长兴组白云岩可划分为准同生白云岩和热液白云岩2种成因类型，优质的礁、滩相白云岩储层仅与成岩期埋藏环境中发生的多期次热液交代作用有关。由于热液白云岩作用具有沿基底断裂和围绕飞四段蒸发台地边缘发育的特点，因此，成因上都属于构造控制的热液白云岩。

b.按成岩流体性质，准同生白云岩属于独立的“海源同生卤水成岩系统”产物，优质礁、滩相白云岩储层则属于“地层封存热卤水成岩系统”产物，在多期次的热液白云岩化和重结晶过程中先后混入有烃源岩释放的有机酸热液和基底富硅热液，因此，按成岩流体性质，可细分为继承性发展演化的“地层封存热卤水”、“复合源油田热卤水”、“深源混合热卤水”3个成岩子系统。

c.由断裂/裂隙带、T/P不整合面和礁、滩相白云岩储层构成的复合输导体系，是将飞仙关组和长兴组多期次热液白云岩化和重结晶过程与油气运移、充注和成藏过程密切联系在一起的“纽带”，其中通源断裂/裂隙带提供的输导通道在此系统中起着沟通源-储之间的桥梁作用，是各成岩子系统多期次热液白云岩化和重结晶及油气运移、充注、成藏的核心要素。

d.所谓的“成岩-成藏系统”，可定义为“具备同一输导体系、同源成岩流体的成岩作用与同源油气充注成藏作用的组合系统”。在此系统中，受复合输导体系统一控制的沉积单元，无论是同层位的还是异层位的，以输导体系为核心要素，各成岩阶段的成岩作用与成藏作用具有同步演化和继承性发展的时空耦合-匹配关系，因而具有统一的成岩-成藏效应。

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Dolomite genesis and diagenetic-reservoir system of Feixianguan and Changxing Formation in northeast Sichuan Basin, China

ZHENG Rongcai, LIU Ping, WEN Huaguo

StateKeyLaboratoryofOil&GasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

On the basis of comprehensive studies of sedimentary facies, rock textures, a series of geochemical index, source rock properties, the heterogeneity and migration path of the fluid, combined with the application of new theories of fluid-rock interaction and fluid accumulation dynamics, the genesis of dolomite and the reservoir characteristics of the Feixianguan and Changxing Formation in the northeast Sichuan are studied. It shows that the quality reef and oolitic dolomite reservoirs are mainly related with the diagenetic burial dolomitization and resulted from multi-stage burial dolomitization and recrystallization controlled by same homologous fluid and passage system. The burial dolomitization, multi-stage hydrocarbon migration, filling and accumulation process are also controlled by the same fluid passage system and the same source of oil and gas. A unified concept of “diagenesis and reservoir system” is proposed on the basis of coupling relationship between the diagenetic system division of the burial dolomitization and accumulation process in time and space. The core of concept is the complex transport system composed of the fault/fracture zone, unconformity, quality reef and shoal dolomite reservoirs.

hydrothermal dolomite; diagenetic fluid; diagenetic-accumulation system; passage system; Changxing Formation; Feixianguan Formation; northeast Sichuan Basin

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.01.01

1671-9727(2017)01-0001-13

2016-09-01。

国家自然科学基金项目(40672073)。

郑荣才(1950-),男,教授,博士生导师,研究方向:沉积学和石油地质学专业, E-mail:rongcaizheng@sohu.com。

P588.245; TE122.31

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