重慶白廟子下三疊統嘉陵江組第三、四段碳酸鹽巖成巖作用研究

摘 要：在前人研究基礎上，以重慶白廟子剖面為例，根據野外地質剖面觀察以及室內薄片鑒定、陰極發光分析，對研究區下三疊統嘉陵江組碳酸鹽巖成巖作用進行研究，并初步探討了嘉陵江組地層所經歷的成巖階段和成巖環境。結果表明，重慶白廟子剖面嘉陵江組碳酸鹽巖主要經歷了壓實、壓溶作用，膠結作用，重結晶作用，交代作用，溶蝕作用，破裂作用等成巖作用；研究區經歷了準同生階段的海底-海水潛流成巖環境、大氣水成巖環境和成巖階段的埋藏成巖環境。

關鍵詞：四川盆地；碳酸鹽巖；嘉陵江組；成巖作用

1 區域地質概況

四川盆地東部華鎣山斷裂以東與七耀山斷裂之間展布著一系列北東-南西向、彼此平行的褶皺，華鎣山復式背斜就是其中之一，這些褶皺的特點是兩翼較陡，頂部平緩，而向斜開闊，底部平坦，為典型的隔擋式褶皺。

白廟子剖面位于重慶市北碚區，沿碚金公路，在白廟大橋至干洞子橋一帶，地質構造上屬于四川盆地東南部的華鎣山復式背斜的觀音峽主軸背斜的西翼，該區構造線多以北東向為主。該剖面具有構造簡單，野外露頭良好，巖性穩定的特點，主要出露三疊系地層，其中出露的海相下三疊統嘉陵江組層序清楚完整，是研究嘉陵江組沉積特征及其沉積環境的良好場所。

圖1 重慶白廟子剖面交通位置圖

剖面嘉陵江組地層發育齊全，自下而上一般可分為4個巖性段：嘉1、嘉2、嘉3和嘉4，作者主要對研究區嘉3和嘉4兩個巖性段進行了測量。

（1）嘉三段以灰巖為主、巖性主要為青灰色微晶灰巖、生屑微晶灰巖，泥質灰巖，局部夾白云化灰巖；（2）嘉四段以白云巖和鹽溶角礫巖為主，溶蝕垮塌現象嚴重，巖性主要為灰白-黃灰色白云巖，底部發育灰色結晶灰巖，頂部發育雜色鹽溶角礫巖。

2 成巖作用類型及其特征

通過對白廟子剖面觀察測量，以及室內薄片觀察鑒定，研究得出嘉陵江組碳酸鹽巖所經歷的成巖作用類型主要有壓實、壓溶作用，膠結作用，重結晶作用，交代作用，溶蝕作用，破裂作用。

2.1 壓實和壓溶作用

壓實作用又稱為物理壓實作用，是指碳酸鹽沉積物在上覆層壓力下發生孔隙流體減少、孔隙度降低，沉積物密度增加，體積減小，顆粒變形破裂的作用。壓溶作用又稱為化學壓實作用，是指碳酸鹽顆粒在壓力作用下，在高壓應力區發生溶解，通過流體遷移，在低壓應力區進行沉淀，它可以看作是壓實作用的繼續和發展，在成因上同壓實作用具有較強的聯系。壓實作用一般發生在早成巖階段的淺埋藏環境中，而壓溶作用多發生于較深的埋藏環境。

在文章研究剖面中，巖石非常致密，很難見到孔隙，說明壓實作用較強。常見的壓實現象有：顆粒間呈線接觸或凹凸接觸，以及顆粒的定向和變形、顆粒斷裂和破裂等。在泥晶灰巖中，泥晶基質圍繞大的礫屑顆粒收斂彎曲（圖版I-1）；在顆粒灰巖和白云巖中，可見顆粒呈點、線接觸，并表現為一定的定向拉長排列，部分生屑、砂屑受機械應力而變形或破裂（圖版I-2、圖版I-3）。這些都是壓實作用的證據。壓溶作用主要發育在嘉三段的微晶灰巖中，最明顯的特征是形成連續的鋸齒狀縫合線，多充填黑色瀝青或有機物（圖版I-4）。

2.2 膠結作用

膠結作用是一種孔隙水的物理化學和生物化學的沉淀作用，其作用結果是晶體在粒間孔隙中發生晶體生長，晶體作為膠結物把碳酸鹽顆粒或礦物粘結起來使之變成固結的巖石（姜在興，2003）。文章研究剖面的膠結作用主要發育在顆粒灰巖中，主要包括具世代結構的方解石膠結和共軸生長方解石膠結兩種類型粒。

2.2.1 粒間具世代結構的方解石膠結

充填孔隙的方解石膠結物呈現出兩個世代，方解石膠結物較干凈明亮，晶粒大小從孔壁向中心由細變粗。第一世代方解石膠結物為纖維狀、針柱狀的方解石，圍繞礫屑顆粒呈馬牙狀等厚環邊生長；第二世代方解石膠結物主要為粉、細晶級方解石，圍繞第一世代膠結物生長，靠近粒間孔近中部，晶體從孔隙邊緣向中心變大，以它形為主，部分呈半自形，干凈明亮（圖版I-5、圖版I-6）。

根據前人的研究（Longman，1980；黃思靜，2010），一般認為纖柱狀方解石膠結物早期淺海海底潛流環境的產物，而晶粒狀方解石膠結物一般淡水環境下的產物。另外，碳酸鹽礦物陰極發光性主要與Fe2+、Mn2+含量有關，其中Fe2+作為猝滅劑，猝滅陰極發光，Mn2+作為激活劑，激活陰極發光（Pierson，1981；黃思靜，1992）。陰極發光顯示，第一世代的膠結物發光性相對較弱，表明Fe、Mn的含量更低，同時進一步說明兩個世代膠結物形成階段的不同。

2.2.2 共軸生長的方解石膠結

在生屑灰巖中常見此類方解石膠結物，表現為棘皮碎屑的邊緣被共軸生長的方解石加大，形成干凈明亮的共軸生長邊，加大部分與棘皮碎屑主體同時消光，顆粒和膠結物之間存在較明顯的色差（圖版I-7、圖版I-8）。

2.3重結晶作用

重結晶作用是指在成巖過程中，礦物的晶體形態和大小發生變化而其主要礦物成分不變的作用，礦物一般由微晶變為粉細晶，甚至更大的中-粗晶。文章研究剖面的重結晶作用主要發生在生屑灰巖以及部分微晶灰巖中，其中以亮生屑灰巖最為明顯，主要表現為泥、微晶方解石或向粉-細晶結構轉變而使晶體增大的現象（圖版I-1）。

2.4 交代作用

交代作用是指原來的礦物和組分被新礦物礦物取代的作用，即礦物的一種同質多像變體被另一種礦物取代。在文章研究剖面的碳酸鹽巖中，常見的交代作用主要有白云石化和去石膏化。

白云石化主要發育在粒屑灰巖中，見粒屑灰巖中砂屑、鮞粒、生物碎屑部分或全部發生白云石化，白云石呈半自形-他形粒狀，粉晶大小，保留了原鮞粒或砂屑的外形結構（圖版II-2）。去石膏化作用的實質是碳酸鹽中的硬石膏或石膏被方解石交代，研究區內的去石膏化作用要分布在嘉四段的微晶白云巖中，鏡下典型特征是，粒狀方解石或舌狀、束狀或放射狀方解石具有石膏晶體的假象，部分方解石呈斑塊狀石膏假象出現（圖版II-3）。

2.5 溶解作用

溶解作用是指碳酸鹽巖沉積物中孔隙水的性質發生變化，引起碳酸鹽巖礦物和其他成分溶解。溶解作用具有增加碳酸鹽巖孔隙的作用，常常形成溶孔、溶縫等，能夠顯著改善儲層的儲集性能。通過薄片鑒定，結果顯示研究區的溶蝕作用主要發生在微晶灰巖及鹽溶角礫巖中，它們可能與早期大氣淡水淋濾有關，溶蝕現象為方解石、石膏等顆粒發生溶蝕，形成粒內溶孔、粒間溶孔、膏模孔等次生孔隙（圖版II-4、圖版II-5、圖版II-6）。

2.6 破裂作用

破裂作用主要是指巖層在外部應力作用下形成裂縫的作用，按成因可分為成巖收縮縫和構造裂縫兩種類型，二者常疊加形成不規則網格狀。研究區嘉陵江組碳酸鹽巖中裂縫主要為構造縫，受構造作用控制，裂縫呈多期次發生，發育平行、斜交或垂直層理的裂縫，裂縫幾乎全被方解石充填（圖版II-7、圖版II-8）。

3 結束語

（1）研究區嘉陵江組巖石類型以灰巖、白云巖和鹽溶角礫巖為主，其中嘉三段以灰巖為主，嘉四段以白云巖和鹽溶角礫巖為主。

（2）嘉陵江組地層經歷了復雜的成巖過程，成巖作用類型多樣，主要經歷了壓實、壓溶作用，膠結作用，重結晶作用，交代作用，溶蝕作用，破裂作用等。對四川盆地嘉陵江組成巖作用研究具有一定指導意義。

圖版I 成巖作用類型

圖版I-1壓實作用。含泥灰巖，泥晶圍繞方解石顆粒收斂彎曲，T1J4，單偏光，對角線長4.16mm。

圖版I-2壓實作用。砂屑白云巖，砂屑具定向排列，部分砂屑受擠壓變形，甚至發生破裂，T1J4，單偏光，對角線長4.16mm。

圖版I-3壓實作用。生物礫屑灰巖，生屑受擠壓發生斷裂，T1J4，單偏光，對角線長4.16mm。

圖版I-4壓溶作用。灰質白云巖，縫合線構造，T1J4，單偏光，對角線長8.13mm。

圖版I-5膠結作用。礫屑灰巖，第一世代方解石膠結物呈馬牙狀，圍繞礫屑生長，第二世代方解石膠結物呈晶粒狀，圍繞第一期膠結物生長，粒間孔隙可見，T1J4。

圖版I-6圖版I-5的陰極發光照片，測試條件：11.2kV，360μA，曝光時間7s。

圖版I-7膠結作用。生屑灰巖，棘皮具有干凈明亮的共軸生長邊，T1J4，單偏光，對角線長1.66mm。

圖版I-8圖版I-7的正交偏光照片，方解石組成的加大部分與棘皮主體具有同時消光的特點。

圖版II-1 重結晶作用。含生屑球粒灰巖，微晶方解石（藍色箭頭所指）均勻重結晶成粉晶、細晶方解石，T1J3，單偏光，對角線4.16mm。

圖版II-2 交代作用。亮晶砂屑灰巖，組構選擇性白云石化，白云石呈半自形-他形粒狀粒狀，T1J4，單偏光，對角線4.16mm。

圖版II-3 交代作用。微晶白云巖，方解石以石膏假晶形式出現，充填石膏的溶模，T1J4，單偏光，對角線長4.16mm。

圖版II-4溶解作用。含有孔蟲微晶灰巖，裂縫中充填的方解石被溶蝕，產生次生孔隙，T1J3，單偏光，對角線長8.13mm。

圖版II-5溶解作用。鹽溶角礫巖，角礫之間充填的方解石被溶解形成粒間溶孔，T1J4，單偏光，對角線長8.13mm。

圖版II-6 溶解作用。微晶灰巖，結晶灰巖中方解石的晶間孔，T1J4，單偏光，對角線長4.16mm。

圖版II-7 破裂作用。微晶灰巖，早期裂縫被方解石全部充填，后期構造裂縫切割早期裂縫，裂縫干凈，無充填物，單偏光，對角線長4.16mm。

圖版II-8 破裂作用。含屑微晶灰巖，裂縫受構造作用控制，成組出現，全部被方解石充填，T1J4，單偏光，對角線長4.16mm。

參考文獻

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作者簡介：羅文（1988-），男，碩士研究生，研究方向：儲層沉積學。