遵義松林剖面燈影組風(fēng)化殼巖溶特征

陶夏妍，范 鵬，張云峰

（西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都 610500）

遵義松林剖面位于貴州省遵義市西松林鎮(zhèn)，隸屬于川東南探區(qū)。幾十年來對四川盆地震旦系、寒武系的勘探雖然開展了勘探和研究工作，除發(fā)現(xiàn)了威遠震旦系氣田和寒武系氣層、資陽震旦系氣藏外，目前還無重大的突破。這說明震旦系、寒武系儲層地質(zhì)特征和成藏條件和規(guī)律的復(fù)雜性[1]。震旦紀(jì)末期的桐灣運動使得松林剖面因構(gòu)造抬升暴露于大氣環(huán)境下，經(jīng)歷了風(fēng)化殼巖溶作用，大氣水滲入其中循環(huán)發(fā)生巖溶作用，受到風(fēng)化、剝蝕，缺失部分地層[2-3]。

1 識別標(biāo)志

松林剖面燈影組風(fēng)化殼巖溶作用特征明顯，部分地層遭受剝蝕，在殘余地層中形成了大型洞穴、溶蝕孔洞、高角度溶縫等典型的巖溶特征。其充填物有泥質(zhì)、巖溶角礫、溶積泥巖、石鐘乳等，均指示了風(fēng)化殼巖溶作用的發(fā)生。研究區(qū)震旦系地層內(nèi)，見發(fā)育程度不等的多種巖溶現(xiàn)象，出現(xiàn)了規(guī)模不同、形態(tài)各異的巖溶縫洞系統(tǒng)和內(nèi)部充填物。通過對野外剖面、薄片的觀察、研究，地球化學(xué)標(biāo)志等特征的分析，認為本區(qū)白云巖風(fēng)化殼巖溶主要有以下識別標(biāo)志。

1.1 地層標(biāo)志

因風(fēng)化殼巖溶是地層受到構(gòu)造抬升出露地表遭受風(fēng)化剝蝕而形成，必然會形成一個不整合面，不整合面以下便會形成風(fēng)化殼巖溶，不整合面上會有風(fēng)化殘積層的存在[4]。風(fēng)化殘積層以層狀、透鏡狀、不規(guī)則狀分布于震旦系上覆地層寒武系的底部，厚度較小，主要由鋁土質(zhì)泥巖、鋁土巖、褐鐵礦、黃鐵礦和風(fēng)化殘積角礫等組成（見圖1）。

圖1 上震旦統(tǒng)燈影組與下寒武統(tǒng)梅樹村組地層之間的平行不整合接觸

1.2 巖石學(xué)、礦物學(xué)標(biāo)志

1.2.1 巖溶角礫巖 巖溶角礫為風(fēng)化殼巖溶識別的典型標(biāo)志[5]。巖溶角礫巖主要位于風(fēng)化界面以下5～80 m的范圍內(nèi)，與周圍地層呈不規(guī)則狀突變接觸，單層厚一般在0.2～10 m，最厚可達15 m 左右，巖溶角礫巖多呈灰黑色和雜色，結(jié)構(gòu)組分復(fù)雜，主要有云質(zhì)和灰質(zhì)角礫巖兩類。角礫的巖性成分多樣，常與相鄰地層的巖性一致，有泥晶白云巖、粉晶白云巖、泥一粉晶白云石巖和顆粒白云巖等類型，分選和磨圓極差，角礫和雜基支撐者均有；角礫間主要由細粒碳酸鹽機械碎屑和泥質(zhì)充填。絕大多數(shù)巖溶角礫巖中未見有孔、洞、縫的存在（見圖2，A）。

1.2.2 高角度溶溝和溶縫 高角度溶溝和溶蝕擴大縫是本區(qū)震旦系碳酸鹽巖遭受表生期巖溶作用的一個常見識別標(biāo)志。溶蝕擴大縫常被泥質(zhì)及少量的碳酸鹽巖角礫、粒狀白云石充填，一般分布于剝蝕面以下100 m的深度范圍內(nèi)（見圖2，B）。

1.2.3 大型溶洞 大型溶洞是識別風(fēng)化殼巖溶作用的重要標(biāo)志之一。它的形成和發(fā)育是本區(qū)震旦系碳酸鹽巖水平潛流帶巖溶作用的結(jié)果。這些大型溶洞及其充填物是潛水面溶洞系統(tǒng)和地下水流系統(tǒng)的重要識別標(biāo)志。白云巖中發(fā)育的溶洞規(guī)模相對較小，洞徑一般不超過l m，為白云巖角礫、泥質(zhì)和碳酸鹽礦物充填-半充填（見圖2，C）。

圖2 風(fēng)化殼巖溶識別標(biāo)志

1.2.4 中小型溶蝕孔洞 本區(qū)震旦系碳酸鹽巖風(fēng)化殼巖溶帶中，中小型溶蝕孔洞發(fā)育,常呈囊狀或水平狀，孔洞徑一般在0.2～l0 cm，多被泥質(zhì)、粉砂等滲流沉積物及白云石和硅質(zhì)礦物等化學(xué)沉淀物充填或半充填。白云巖中的溶蝕孔洞多呈蜂窩狀分布，部分呈拉長狀平行層面分布，孔洞間的連通性較好，且充填度較低，僅部分溶蝕孔洞為少量的白云巖角礫、泥質(zhì)和白云石晶體充填或半充填。中小型溶蝕孔洞的發(fā)育說明了本區(qū)震旦系白云巖巖在表生環(huán)境滲流或潛流帶中經(jīng)受了溶解作用，它們以具特征的滲流沉積物、示底構(gòu)造以及產(chǎn)出于不整合附近等特征與埋藏環(huán)境中形成的溶蝕孔洞相區(qū)別（見圖2，D）。

圖3 燈影組溶洞中充填白云石δ13C ‰（PDB）與δ18O ‰（PDB）關(guān)系圖

1.3 充填物地球化學(xué)特征

據(jù)表1 及圖3可知，纖狀白云石、粉—細晶白云石的平均CaCO3克分子百分?jǐn)?shù)分別為49.23 和49.6，平均有序度分別為0.902 和0.865，都沒達到理想白云石所具有的CaCO3：MgCO3=1：1，有序度為1的內(nèi)部組構(gòu)。纖狀白云石的δ13C 值平均為-0.4627 ‰（PDB）；δ18O平均為-8.0862 ‰（PDB）。粉-細晶白云石的δ13C 平均為0.1315 ‰；δ18O 平均為-5.22 ‰。由此可見，纖狀白云石及粉-細晶白云石的δ13C 值在0 ‰值附近變化，而δ18O 值中等偏負，反映出富16O的大氣淡水的作用。并且其δ18O 和δ13C的變化范圍較大，也證實是受了同位素含量波動較大的大氣淡水的影響。從微量元素Fe2+，Mn2+，Sr2+的含量來看，纖狀白云石和粉-細晶白云石的Sr2+含量低（平均分別為129.78×10-6，160.3×10-6），Mn2+含量低（平均分別為:256×10-6，340×10-6）；對于Fe2+來說，由于制樣時易造成污染，所以分析結(jié)果常出現(xiàn)較大的波動[6]。但剔出樣品分析結(jié)果中一些明顯偏大的值以后，仍可看出，纖狀白云石和粉-細晶白云石的Fe2+多在（200～300）×10-6范圍內(nèi)變化。由此可見，纖狀白云石和粉-細晶白云石是低Fe2+，Mn2+，Sr2+的，反映出生成環(huán)境為氧化、開放的大氣淡水環(huán)境。

2 垂向分帶特征

根據(jù)水文條件、巖溶作用過程及產(chǎn)物特征概括出一個綜合的巖溶剖面模式。該巖溶剖面中，位于潛水面之上的部分，其孔洞和裂縫空間未被地下水飽和，這大氣水在重力的作用下主要是向下垂直滲流或流動。可劃分為兩個帶：表層巖溶帶和垂直滲流巖溶帶；潛水面之下的部分，該帶內(nèi)的地下水仍屬重力水而非承壓水，但水流方向以水平方向為主，在無隔水層的情況下，該帶下部通過混合帶與基巖深鹵水過渡，可劃分為兩個帶：水平潛流巖溶帶和深部緩流巖溶帶。水平潛流巖溶帶溶蝕作用比較發(fā)育，是研究重點。

遵義松林野外剖面上震旦紀(jì)末期的風(fēng)化殼巖溶作用特征明顯，主要位于燈影組中上部（上貧藻層段和中富藻層段），下部（下貧藻層段）巖溶作用較弱，以膠結(jié)為主。從上之下可劃分出3個巖溶作用帶，分布在層段282～364 m 范圍內(nèi)，厚度為82 m（見圖4）。

（1）垂直滲流巖溶帶：層段：342～364 m，厚22 m。巖性頂部為厚層塊狀砂屑白云巖，其余部分為大套淺灰色細粉晶白云巖。該巖溶帶特征為高角度擴溶縫發(fā)育，溶洞形態(tài)呈水滴狀、裂隙狀；頂部可見風(fēng)化殘積物，溶蝕洞縫部分被泥質(zhì)、角礫充填。野外剖面上可見頂部發(fā)育風(fēng)化殘積物，泥質(zhì)、角礫充填表層巖溶帶；發(fā)育高角度擴溶縫，沿裂縫發(fā)育有串珠狀溶孔，溶蝕孔洞呈長條狀。

（2）水平潛流巖溶帶：層段：298～342 m，厚44 m。巖性為灰～淺灰色中細晶白云巖。該帶以發(fā)育扁圓狀、橢圓狀水平溶蝕孔洞為特征；該巖溶帶充填作用不強烈，孔洞保存較好。野外剖面可見白云巖中發(fā)育順層溶蝕縫洞儲集體，并且從上到下充填程度增加。

表1 白云石地球化學(xué)平均值

（3）深部緩流巖溶帶：層段：282～298 m，厚16 m,巖性為灰～淺灰色中細晶白云巖。底部見硅質(zhì)結(jié)核。該巖溶帶巖溶作用不強烈，僅發(fā)育少量溶孔，且多數(shù)被白云石充填（見圖4）。

3 橫向分布與對比特征

巖溶帶的厚度及其分布反映了巖溶作用和巖溶發(fā)育的控制條件，川東南地區(qū)巖溶層厚度變化與巖溶地貌單元的關(guān)系密切，巖溶帶的厚度變化體現(xiàn)了多種因素的控制和影響。將遵義松林剖面風(fēng)化殼巖溶發(fā)育特征與均處于巖溶斜坡區(qū)的林1 井、丁山1 井進行橫向?qū)Ρ瓤芍捍瓜驖B濾帶在林1 井厚度最大，在丁山1 井厚度最小；水平徑流帶厚度基本無變化。震旦紀(jì)末期風(fēng)化殼巖溶的各作用帶橫向上總體具有良好的可對比性，巖溶作用厚度一般80～110 m 范圍內(nèi)，各巖溶帶厚度的變化不大，僅在林1 井的垂直滲流巖溶帶厚度相對較厚，說明古地貌差異不大，斷裂等構(gòu)造作用不強烈（見圖5）。

4 結(jié)論

（1）震旦紀(jì)末期的桐灣運動使得松林剖面因構(gòu)造抬升暴露于大氣環(huán)境下，經(jīng)歷了風(fēng)化殼巖溶作用，大氣淡水滲入并在其中循環(huán)而發(fā)生巖溶作用，受到風(fēng)化、剝蝕，缺失部分地層。

（2）松林剖面燈影組風(fēng)化殼巖溶的識別標(biāo)志包括：不整合面上風(fēng)化殘積層的存在、巖溶角礫巖、高角度溶溝和溶縫、大型溶洞、中小型溶蝕孔洞等，地球化學(xué)特別也顯示其形成于大氣淡水環(huán)境。

（3）從上至下將松林剖面燈影組風(fēng)化殼巖溶分為垂直滲流巖溶帶、水平潛流巖溶帶、深部緩流巖溶帶等三個巖溶帶。

圖4 遵義松林剖面震旦紀(jì)末期風(fēng)化殼巖溶剖面及巖溶帶劃分

圖5 松林剖面-林1 井-丁山1 井震旦系燈影組風(fēng)化殼巖溶帶劃分對比圖

（4）通過與林1 井、丁山1 井的對比發(fā)現(xiàn)，震旦紀(jì)末期風(fēng)化殼巖溶的各作用帶橫向上總體具有良好的可對比性，巖溶作用厚度一般80～110 m 范圍內(nèi)，各巖溶帶厚度的變化不大，說明古地貌差異不大，斷裂等構(gòu)造作用不強烈。

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