19 / 2021-05-13 16:16:52

焦石坝南部地区五峰组-龙马溪组古流体演化及温压特征

裂缝脉体 流体来源 脉体形成时间 包裹体古压力恢复 焦石坝地区

页岩裂缝脉体是盆地构造和成岩作用过程中的重要产物，记录了古流体活动的流体来源、流体成分、成脉流体环境以及古温压等信息，可以用以指示页岩气富集和保存条件。目前对于焦石坝地区南部裂缝脉体形成时间、成脉流体来源以及温压特征等方面都还未见相关研究，本研究以焦石坝地区南部五峰-龙马溪组页岩裂缝中发育的方解石脉和石英脉为研究对象，运用显微岩相学、阴极发光、稀土元素和流体包裹体，结合碳、氧、锶同位素对裂缝脉体的形成期次和成脉流体来源以及脉体形成时间进行研究，激光拉曼光谱对流体包裹体进行定性和定量分析，利用热动力学状态方程恢复包裹体捕获压力，为认识焦石坝地区南部五峰-龙马溪组页岩中流体活动、页岩气富集和保存条件提供参考。

焦石坝地区南部五峰-龙马溪组页岩裂缝充填三期方解石脉和一期石英脉。第一期方解石脉在龙马溪组内充填，阴极发光颜色为棕黄色，稀土元素总量低，重稀土轻度富集，Y/Ho=34.347~44.344，δY=1.21~1.53。方解石脉的δ¹³C_PDB值为-3.8‰，δ¹⁸O_SMOW值为17.3‰，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值为 0.722449。方解石脉中原生包裹体均一温度分别集中在157.2℃~176.5℃和181.5℃~203.4℃之间，利用最小均一温度和埋藏-热演化史确定方解石脉形成时间约为距今177 Ma~166Ma。第二期方解石脉主要在五峰组内充填，阴极发光颜色为褐黄色，稀土元素总量稍高于第一期方解石脉，轻稀土低度富集，Y/Ho=33.087~53.406，δY=1.31~1.98。方解石脉的δ¹³C_PDB范围为-0.3~0.8‰，δ¹⁸O_SMOW范围为17.2~18.2‰，高于第一期方解石脉的碳氧同位素值，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr范围为0.718984~0720183，低于第一期方解石脉锶同位素值。方解石脉中包裹体均一温度分别集中在178.2℃~186.8℃和195.5℃~206.4℃，形成时间约为距今156 Ma~145Ma。前两期方解石脉具有明显Eu正异常，并且脉体形成温度未超过210℃，方解石成脉流体中 Eu 含量可能受到页岩中斜长石的溶解的影响而导致 Eu 正异常。前两期方解石脉的 δ¹³C_PDB 值分布在-4‰~1‰之间，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值均高于奥陶纪末期海水Sr 同位素值，更接近围岩页岩的同位素值。同时两期方解石具有明显的Y 正异常特征，Y/Ho远高于球粒陨石Y/Ho比值28。前两期成脉流体可能来源于龙马溪组和五峰组内流体-岩石相互作用形成的地层水，由于龙马溪组和五峰组围岩页岩在稀土元素配分模式存在差异，导致第一方解石脉重稀土相对轻度更富集，第二期方解石成脉的稀土元素总量高于第一期方解石脉。

第三期方解石脉在五峰-龙马溪组内均充填，阴极发光颜色为褐黄色，稀土总量高于北美页岩平均值，重稀土富集，第三期方解石脉的Y/Ho值为27.683~30.181，δY为弱正异常特征。Y-Ho的分馏和Y的异常程度相对第一和第二期方解石脉明显降低，方解石脉稀土元素具有Eu和 Ce 负异常特征，原生流体包裹体盐度为 5.02%~6.38%，具有中-高盐度特征，方解石脉成脉流体受到大气淡水和海水的影响较小，同时成脉流体受到同层位地层水影响较小，更多是受到来自其他层位的氧化环境流体影响。方解石脉原生流体包裹体均一温度为203.2~226.2℃，形成时间距今约80Ma，位于地层抬升阶段，跨层位流体活动指示页岩气保存可能遭受到一定的破坏。

石英脉在五峰-龙马溪组裂缝内均充填，形成时间介于第一方解石脉和第二期方解石脉之间，原生包裹体均一温度，集中在165.2~228.3℃之间，反映石英脉体开始形成时间距今159~155Ma。结合前人研究资料认为研究区内页岩裂缝石英脉体的成脉流体可能来源于页岩成岩作用中的含硅流体。

焦石坝地区南部五峰-龙马溪组内石英脉和前两期方解石脉中捕获大量原生和次生的单相包裹体和气-液两相盐水包裹体。激光拉曼光谱分析显示，单相包裹体为纯甲烷包裹体，气-液两相盐水包裹体中也含有甲烷成分。原生甲烷包裹体的甲烷峰位移分布在2911.03~2911.38 cm^-1，原生含甲烷气-液两相盐水包裹体的甲烷峰位移分布在2914.35~2915.11cm^-1之间，次生甲烷包裹体的甲烷峰位移分布在2911.72~2912.07 cm^-1之间。利用甲烷包裹体伴生盐水的均一温度和原生含甲烷气-液两相盐水包裹体的均一温度和冰点结合不同类型包裹体的热动力学状态方程恢复捕获压力，原生甲烷包裹体捕获压力约为110.5~130.2MPa，原生含甲烷气-液两相盐水包裹体捕获压力约为89.9~134.9MPa，次生甲烷包裹体捕获压力为73.5~79.6 MPa。利用包裹体捕获温压和埋藏-热演化史确定包裹体捕获时间和捕获时页岩储层孔隙流体压力特征。原生甲烷包裹体和含甲烷盐水包裹体在前两期方解石脉和石英脉中捕获，处于地层埋藏阶段，由于不同地区的页岩气地质条件存在差异，储层的压力系数分布在1.69~2.11之间。次生甲烷包裹体捕获于抬升阶段，页岩气储层的压力系数为1.43~1.49，压力系数降低指示页岩气在抬升过程中存在一定程度散失。