CN104076038A - 一种碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法。该方法包括以下步骤：岩心观察、取样、制片；在显微镜下确定样品的成岩组构类型及期次，形成岩石学图版；单期成岩组构取样或薄片的磨制；对成岩组构分别进行多种地球化学分析，生成地球化学数据；对地球数据进行汇总、作图，形成地球化学图版；以样品的地质背景为基础，对样品的岩石学和地球化学图版进行综合分析，进而对其成因进行合理的解释。本发明所提供的方法以单期成岩组构为实验分析单元，并同时对其进行多种实验分析，其优点在于不仅避免了传统的全岩分析的盲目性，达到对碳酸盐岩成岩作用进行客观表征的目的，而且基于岩石学和多种地球化学数据得出的结论更加可靠。

Description

一种碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法

技术领域

本发明涉及一种碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法，属于岩石分析技术领域。

背景技术

碳酸盐岩的成岩环境与储层形成及储层发育规律关系密切，成岩环境的识别碳酸盐岩储层的评价、预测具有重要意义。目前国内外尚无成熟的碳酸盐岩成岩环境识别技术，多年来，人们主要基于岩石学和地球化学方法对碳酸盐岩成岩环境进行解释，这也是解决该问题的唯一途径，不过传统的岩石学和地球化学方法在实际运用中存在弊端。一是由于我国碳酸盐岩年代古老，不同成岩环境下形成的特征已经被后来成岩作用所掩盖，很难找到像现代形成的碳酸盐岩中的典型的成岩现象；二是碳酸盐岩结构组分复杂，传统的全岩分析得到的结果是多种结构组分的平均值，不具代表性。

王坤等人（王坤等，川东地区石炭系碳酸盐岩碳、氧、锶同位素特征及其成因分析，《地球化学》杂志，2011年第4期）通过岩石学和C、O、Sr同位素以及微量元素对碳酸盐岩的成岩环境进行了分析，这依然为传统的研究方法。传统的研究方法主要致力于岩石特征描述，辅以一种或几种地球化学数据来对成岩环境进行论述，其优点是客观地对岩石特征进行了描述，但地球化学分析的取样是在岩心尺度上进行的，而样品可能包含有多种组构，且每种组构可能为不同时间、不同条件下形成，无法保证各项实验分析是针对同一组构进行的联合分析，这样所揭示的成岩环境缺少针对性，不能反映碳酸盐岩成岩演化过程。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法，针对碳酸盐岩结构组分复杂以及单种地球化学数据具有多解性这一问题，通过对碳酸盐岩中的成岩组构进行微取样并进行多种地球化学分析，实现对于碳酸盐岩常见成岩组构表征和成因（成岩环境）的识别。

为达到上述目的，本发明提供了一种碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法，其包括以下步骤：

（1）岩心观察、取样、制片：岩心观察包括对岩石类型、沉积构造、成岩现象及储层特征进行描述，初步确定岩石沉积环境和经历的后生改造，在此基础上，选取代表性的部位进行取样，样品不小于2cm×2cm×5cm，然后对样品进行拍照，切片制作一片I号薄片；

（2）在显微镜下确定样品的成岩组构类型及期次，形成岩石学图版：在显微镜下对I号薄片进行观察，确定样品中成岩矿物的类型、大小、共生序列、阴极发光特征、背散射特征，并根据需要拍摄相应的单偏光照片、正交光照片、阴极发光照片，并根据照片的情况确定是否拍摄扫描电镜照片和背散射照片，形成岩石学图版，每块样品形成岩石学图版一套；

（3）单期成岩组构取样或薄片的磨制：对进行碳氧同位素、锶同位素、微量元素、稀土元素、流体包裹体和X衍射分析中的一种或几种所需要的单期成岩组构样品进行取样；

采取机械方法或激光方法实现单期成岩组构的取样：对于成岩组构较大的样品，仅需磨制一片II号薄片用于流体包裹体分析，然后借助微钻或小刀等器械分选单期成岩组构，并用玛瑙钵研磨成粉末样品，粒度为200目，用于碳氧同位素分析、锶同位素分析、微量元素分析、稀土元素分析、X射线衍射分析；对于成岩组构微小的样品，切3片包含相同的成岩组构的薄片，分别为II号薄片、III号薄片、IV号薄片；

（4）对成岩组构分别进行多种地球化学分析，生成地球化学数据：对于步骤（3）得到的粉末样品，先进行X射线衍射分析，X射线衍射分析完成之后的残样可继续使用进行其他分析（其他分析无先后顺序）；对于步骤（3）得到的薄片样品，首先圈点并拍照记录打点位置，然后进行激光取样、分析，其中，微量元素分析、稀土元素分析与激光碳氧同位素分析共用III号薄片，先进行微量元素分析和稀土元素分析，然后将III号薄片从载玻片上分离下来，用作激光碳氧同位素分析，利用II号薄片进行流体包裹体分析，利用IV号薄片进行微钻取样并进行锶同位素分析；

完成上述分析之后，利用分析结果为每个样品建立一个地球化学数据包，其包括：微量元素分析-稀土元素分析打点照片和数据、激光碳氧同位素分析打点照片和数据、电子探针分析打点照片和数据、锶同位素分析样品照片和数据、流体包裹体分析样品照片和数据、X射线衍射分析样品照片和数据；

（5）对地球数据进行汇总、作图，形成地球化学图版：将地球数据进行汇总、成图，在成图过程中，不同成岩组构采用不同的图例符号以便对比，形成的地球化学图版包括δ¹³C-δ¹⁸O散点图、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值与同期海水背景值对比图、Fe-Mn含量散点图、Sr-(Na+K)含量散点图、稀土元素配分模式图、流体包裹体均一温度分布直方图和流体包裹体激光拉曼光谱图等中的一种或几种；

（6）成因识别：完成表征后，以样品的地质背景为基础，对样品的岩石学和地球化学图版进行综合分析，进而对其成因进行合理的解释。

本发明所提供的上述方法采用了传统的地质研究和实验分析技术，建立了以单成岩组构为基本单元的多参数实验分析技术。该方法对样品中单期成岩组构进行取样并分别进行多种实验分析，并基于单成岩组构多参数实验分析的特征表征和成因识别。

在本发明所提供的上述方法中，在步骤（1）中，选取代表性的部位可以根据对于岩石沉积环境和经历的后生改造的初步确定的结果进行，在取样时应该涵盖尽量多的成岩现象以揭示尽量多的信息，在进行切片时应保证I号薄片能够囊括样品中肉眼所见到的全部成岩现象。

根据本发明的具体实施方案，各种样品、薄片的制备可以按照本发明的要求参考现有方法进行，优选地，上述I号薄片的制作要求为：切片时应保证该薄片囊括样品中肉眼所见到的全部成岩现象，厚度为40μm，制备时进行双面剖光，并且不盖片，一半用茜素红和铁氰化钾混合液染色。

在本发明所提供的上述方法中，在步骤（2）中，在显微镜下对I号薄片进行的观察可以按照常规的观察方式进行。根据本发明的具体实施方案，优选地，所采用的显微镜包括岩相学显微镜和阴极发光显微镜等；更优选地，所采用的显微镜还包括扫描电子显微镜等。另外，在该步骤（2）中，如果拍摄的单偏光照片、正交光照片、阴极发光照片能够分辨清楚，就不需要再拍摄扫描电镜照片和背散射照片。

在本发明所提供的上述方法中，在步骤（3）中，对于不同的样品，可以根据其实际特点选择机械方法或激光方法等进行取样。其中，优选地，成岩组构较大的样品是指裂缝或孔洞中生长的方解石或白云石。根据本发明的具体实施方案，优选地，II号薄片的厚度为50-100μm，制备时进行双面剖光，并且不盖片；III号薄片的厚度为100μm，制备时进行双面剖光，并且不盖片；IV号薄片的厚度为5mm以上，制备时进行单面剖光。各类薄片样品的制作要求可以如表1所示。

在本发明所提供的上述方法中，在步骤（4）中，对于不同薄片的各种分析可以根据实际情况平行进行。

在本发明所提供的上述方法中，在步骤（5）中，地球化学图版中所包括的各种图件不限于上述列举的几种，也可以含有其他的图件，同时，也不一定包括上述列出的全部图件，以实际得到的数据为准。

表1各类薄片样品的制作要求

在本发明所提供的上述方法中，在步骤（6）中，对于样品的岩石学和地球化学图版等的综合分析可以参考目前已有的理论知识，参照现有的方法进行。

本发明所提供的碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法以单期成岩组构为实验分析单元，并同时对其进行多种实验分析，其优点在于不仅避免了传统的全岩分析的盲目性，达到对碳酸盐岩成岩作用进行客观表征的目的；而且基于岩石学和多种地球化学数据得出的结论更加可靠。应用本发明提供的碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法，在岩石学分析不能奏效的情况下，能较可靠的识别碳酸盐岩成岩环境，与传统方法相比较，对储层成因的解释更为准确。

附图说明

图1a为样品的实物照片；

图1b为显微镜正交光下拍摄的照片；

图1c与图1d为显微镜单偏光下拍摄的同一区域的照片；

图1e为薄片样品的圈点和打点位置记录图；

图2a为两类方解石胶结物碳氧同位素散点图；

图2b为两类方解石胶结物锶同位素分布图；

图2c为两类方解石胶结物锶含量-(钾钠总量)散点图；

图2d为两类方解石胶结物铁锰含量散点图；

图2e为两类方解石胶结物稀土元素配分模式图；

图2f为块状亮晶方解石胶结物中原生、气液两相盐水包裹体照片；

图2g为块状亮晶方解石胶结物中次生、气液两相盐水包裹体照片；

图2h为块状亮晶方解石胶结物中次生、甲烷包裹体照片；

图2i为块状亮晶方解石胶结物气液两相盐水包裹体均一温度分布直方图；

图2j为块状亮晶方解石胶结物中甲烷包裹体的激光拉曼光谱图；

图3为实施例1提供的碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例

本实施例提供了一种碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法，其是对四川盆地龙岗地区二叠系长兴组生物礁灰岩进行常见成岩组构进行特征表征和成因识别，具体包括以下步骤（其流程如图3所示）：

第1步：在进行岩心观察和描述后进行有目的的取样（岩心观察和描述的内容如表2所示），样品不小于2cm×2cm×5cm，并将样品进行拍照，图1a为典型生物礁灰岩样品的实物图片，肉眼观察可见样品中发育两类方解石胶结物，沿格架孔充填的放射轴状方解石（箭头）和块状亮晶方解石（BC）。按表1的要求磨制I号薄片；

第2步：对I号薄片进行观察，显微镜下更加清楚的展示了两类胶结物的形态、先后次序（图1b）以及阴极发光特征（图1c、图1d）；拍照（单偏光图片、正交光图片、阴极发光图片必须拍摄，如果上述三种图片不能够分辨清楚，则需要拍摄扫描电镜图片、背散射图片）并整理，形成岩石学图版；

第3步：按表1的要求磨制II、III、IV号薄片，然后对两类方解石胶结物进行取样：第一类方解石（即放射轴状方解石）由于个体微小，按表1中的要求磨制II、III、IV号薄片，其碳氧同位素分析、微量元素分析、稀土元素分析的取样采用制片、显微镜下圈点、激光取样的方法，锶同位素分析的样品采用微钻取样方法；第二类方解石（即块状亮晶方解石）由于较大，仅需表1中的要求磨制II号薄片，其它地球化学分析项目的样品采用手工分离，然后将其研制成粉末样品；

第4步：按表2的要求对两类胶结物分别进行各类地球化学分析，生成数据：对于薄片样品要对其进行圈点并拍照记录打点位置（如图1e所示），由第一类方解石（即放射轴状方解石）中获得的数据包括：碳氧同位素分析数据、锶同位素分析数据、微量元素分析数据、稀土元素分析数据，无法获得流体包裹体数据；由第二类方解石（即块状亮晶方解石）获得的数据类型包括：碳氧同位素分析数据、锶同位素分析数据、微量元素分析数据、稀土元素分析数据、流体包裹体分析数据；各类实验分析所用仪器及样品要求如表3所示。

表2岩心观察和描述的内容

表3各类实验分析所用仪器及样品要求

第5步：将第4步得到的各类实验结果进行整理、作图，形成地球化学图版（图2a-图2j），在作图的过程中，根据数据的离散情况，确定采用直角坐标或对数坐标；所得到的图包括两类方解石胶结物碳氧同位素散点图（图2a）、两类方解石胶结物锶同位素分布图（图2b）、两类方解石胶结物锶含量-(钾钠总量)散点图（图2c）、两类方解石胶结物铁锰含量散点图（图2d）、两类方解石胶结物稀土元素配分模式图（图2e）、块状亮晶方解石胶结物中原生、气液两相盐水包裹体照片（图2f）、块状亮晶方解石胶结物中次生、气液两相盐水包裹体照片（图2g）、块状亮晶方解石胶结物中次生、甲烷包裹体照片（图2h）、块状亮晶方解石胶结物气液两相盐水包裹体均一温度分布直方图（图2i）、块状亮晶方解石胶结物中甲烷包裹体的激光拉曼光谱图（图2j）；

第6步：结合样品的地质背景，将岩石学和地球化学数据进行联合分析，解释两类方解石胶结物的成因：放射轴状方解石直接生长在生物礁基底上，沿格架孔呈栉壳状分布（图1b），因而从这一岩石学特征上判断，其形成时间很早，另外，其微弱的阴极发光性（图1d）、与海水类似的碳同位素值（图2a）和锶同位素值（图2b）、高锶、高钾、高钠（图2c）、低铁、低锰（图2d）、与现今海水类似的稀土元素配分模式（图2e）等特征均说明该类方解石形成于海水中；对于块状亮晶方解石，从岩石学特征上判断形成时间要晚于放射轴状方解石，而其较低的氧同位素值（图2a）、相对较高的锶同位素值（图2b）、低钾、低钠（图2c）、与海水不同的稀土元素配分模式（图2e）、较高的流体包裹体均一温度（图2i）等特征说明该类方解石为埋藏成岩环境中形成。

Claims (8)

1.一种碳酸盐岩常见成岩组构特征表征和成因识别方法，其包括以下步骤：

（1）岩心观察、取样、制片：岩心观察包括对岩石类型、沉积构造、成岩现象及储层特征进行描述，初步确定岩石沉积环境和经历的后生改造，在此基础上，选取代表性的部位进行取样，样品不小于2cm×2cm×5cm，然后对样品进行拍照，切片制作一片I号薄片；

（2）在显微镜下确定样品的成岩组构类型及期次，形成岩石学图版：在显微镜下对I号薄片进行观察，确定样品中成岩矿物的类型、大小、共生序列、阴极发光特征、背散射特征，根据需要拍摄相应的单偏光照片、正交光照片、阴极发光照片，并根据照片的情况确定是否拍摄扫描电镜照片和背散射照片，形成岩石学图版，每块样品形成岩石学图版一套；

（3）单期成岩组构取样或薄片的磨制：对进行碳氧同位素、锶同位素、微量元素、稀土元素、流体包裹体和X衍射分析中的一种或几种所需要的单期成岩组构样品进行取样；

采取机械方法或激光方法实现单期成岩组构的取样：对于成岩组构较大的样品，仅需磨制一片II号薄片用于流体包裹体分析，然后借助微钻或小刀分选单期成岩组构，并用玛瑙钵研磨成粉末样品，粒度为200目，用于碳氧同位素分析、锶同位素分析、微量元素分析、稀土元素分析、X射线衍射分析；对于成岩组构微小的样品，切3片包含相同的成岩组构的薄片，分别为II号薄片、III号薄片、IV号薄片；

（4）对成岩组构分别进行多种地球化学分析，生成地球化学数据：对于步骤（3）得到的粉末样品，先进行X射线衍射分析，X射线衍射分析完成之后的残样继续使用进行其他分析；对于步骤（3）得到的薄片样品，首先圈点并拍照记录打点位置，然后进行激光取样、分析，其中，微量元素分析、稀土元素分析与激光碳氧同位素分析共用III号薄片，先进行微量元素分析和稀土元素分析，然后将III号薄片从载玻片上分离下来，用作激光碳氧同位素分析，利用II号薄片进行流体包裹体分析，利用IV号薄片进行微钻取样并进行锶同位素分析；

完成上述分析之后，利用分析结果为每个样品建立一个地球化学数据包，其包括：微量元素分析-稀土元素分析打点照片和数据、激光碳氧同位素分析打点照片和数据、电子探针分析打点照片和数据、锶同位素分析样品照片和数据、流体包裹体分析样品照片和数据、X射线衍射分析样品照片和数据；

（5）对地球数据进行汇总、作图，形成地球化学图版：将地球数据进行汇总、成图，在成图过程中，不同成岩组构采用不同的图例符号以便对比，形成的地球化学图版包括δ¹³C-δ¹⁸O散点图、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值与同期海水背景值对比图、Fe-Mn含量散点图、Sr-(Na+K)含量散点图、稀土元素配分模式图、流体包裹体均一温度分布直方图和流体包裹体激光拉曼光谱图中的一种或几种；

（6）成因识别：完成表征后，以样品的地质背景为基础，对样品的岩石学和地球化学图版进行综合分析，进而对其成因进行合理的解释。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述I号薄片的制作要求为：切片时应保证该薄片囊括样品中肉眼所见到的全部成岩现象，厚度为40μm，制备时进行双面剖光，并且不盖片，一半用茜素红和铁氰化钾混合液染色。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（2）中，所述显微镜包括岩相学显微镜和阴极发光显微镜。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤（2）中，所述显微镜还包括扫描电子显微镜。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（3）中，所述成岩组构较大的样品是指裂缝或孔洞中生长的方解石或白云石。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（3）中，所述II号薄片的厚度为50-100μm，制备时进行双面剖光，并且不盖片。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（3）中，所述III号薄片的厚度为100μm，制备时进行双面剖光，并且不盖片。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（3）中，所述IV号薄片为厚度5mm以上的岩板，制备时进行单面剖光。