近期我閱讀了一篇《Sedimentary Geology》發表的研究論文，作者是德克薩斯大學奧斯丁分校的研究科學家傅啟龍教授。對於前人普遍認為的受到廣泛表生巖溶作用的塔北哈拉哈塘奧陶系主力油氣產層，作者提出了截然不同的認識。作者的研究主要基於巖心觀察和薄片鑑定，精細區分了哪些是巖溶角礫巖，哪些屬於未受表生巖溶改造的斑狀結構的假角礫巖。並指出前人大多將斑狀的假角礫巖錯誤地作為古巖溶的直接證據，作者的研究認識與前人形成的普遍認識「哈拉哈塘地區廣泛發育古巖溶作用，古巖溶是儲層發育的關鍵因素」相反。當瀏覽文中巖心照片時，一下將我的思緒拉回到8年前在塔裡木油田巖心庫觀察巖心的一幕幕，當時我和夥伴們同樣也觀察到這些現象，儘管也有很多問題，但是並未能做類似的深入探索。通讀完全文後，作者的精深的功底和求實的態度給我很深刻的印象，特別將論文的主要內容和精華圖件分享給大家。下文的內容儘可能遵照原文。由於個人水平有限，理解難免存在不準確，點擊文末「閱讀原文」即可轉到到全文連結。
Fu, Qilong, 2019. Characterization and discrimination of paleokarst breccias and pseudobreccias in carbonate rocks: Insight from Ordovician strata in the northern Tarim Basin, China. Sedimentary Geology, 382: 61-74.
碳酸鹽巖的古巖溶角礫巖和假角礫巖表徵和鑑別：中國塔裡木盆地北部奧陶系的啟示
作者：傅啟龍
美國德克薩斯大學奧斯丁分校傑克遜地質學院經濟地質局
原文摘要塔裡木盆地哈拉哈塘地區中部和北部區域蘊藏著高產的油氣儲層。前人研究普遍認為，一間房組和鷹山組（主要的儲集層）受到了廣泛的巖溶作用。然而，在基於來自16口鑽井的380m的巖心觀察後，筆者在這些地層中並未觀察到顯著的巖溶特徵。本研究中，僅在2口鑽井的良裡塔格組發現真正的角礫巖，包括破裂角礫巖和鑲嵌角礫巖（crackle and mosaic breccias）及雜亂的碎屑支撐角礫巖。這些角礫巖被解釋為與巖溶有關的角礫巖，形成於前志留紀的陸上暴露時期，發生在近地表環境下，巖溶作用的很可能與中凱迪期（晚奧陶世的第二個期，譯者注）冰川作用導致的全球海平面下降同時發生。許多前人研究中那些以角礫巖或沉積充填溶洞為標誌的一間房組和鷹山組普遍發育的「巖溶特徵」，實際上僅為在更深的地下環境中由選擇性成巖改造和瀝青充填而造成的一種斑狀結構（假角礫巖）。其中假碎屑和假基質間的顏色差異，不能反映碎屑沉積和洞穴沉積物的混合，相反，他們是以灰巖結構的明顯（但通常是細微的）差異為所表徵，並取決於是否有瀝青存在。基於巖心和薄片觀察、SEM（掃描電鏡）和XRD（X射線衍射）分析，作者提出了辨別巖溶角礫巖和假角礫巖的標準，可被應用在其他相似的碳酸鹽沉積物中。作者還提出了巖溶角礫和瘤狀灰巖的鑑別原則。區分巖溶的和假巖溶的特徵不僅是一種學術研究興趣，同時對於碳酸鹽巖儲層的勘探和開發具有重要的應用價值。
引言巖溶（karst）是指發生在碳酸鹽巖、蒸發巖和其他可溶巖石中的主要由溶蝕作用形成的一種陸上地貌（landscape）（Neuendorf et al., 2011）。
古巖溶（paleokarst）指過去形成的巖溶特徵，與更早的水文系統和地表有聯繫，包括古巖溶遺蹟（relict paleokarst）(現今地貌但形成於過去)和埋藏古巖溶（巖溶地貌為更新的沉積物或沉積巖所埋藏）（Wright, 1982; Wright and Smart, 1994）。
巖溶歷來是水文地質和地貌地質的研究課題。此外，孔隙發育中的古巖溶作用在碳酸鹽巖儲層中被廣泛識別。取決於氣候和暴露時長，古巖溶作用可以形成廣泛的孔隙類型和不同的孔隙度數值，而且高孔隙度/滲透率儲集帶也被記錄在一些巖溶儲層中。
與陸上暴露期間發生的在更早的侵蝕旋迴之下形成的古巖溶不同，假角礫巖的形成在很多情況下（如非大多數）與大氣淡水成巖作用無關。因此，鑑別巖溶角礫巖和假角礫巖在層序地層、古環境、成巖史和油氣儲層研究中具有重要應用意義。
塔裡木盆地塔北地區一間房組和鷹山組是主要的油氣產層。巖溶作用被認為是奧陶系碳酸鹽巖形成的關鍵因素，儘管在巖心中並沒有識別出令人信服的巖溶相關的孔隙系統。許多研究結論表明，巖溶特徵（如溶洞和角礫巖）在哈拉哈塘地區一間房組和鷹山組中十分豐富。然而，前人的一些研究主要基於地震解釋，而且幾乎沒有針對大量的巖心做細緻工作。
在本研究中，巖溶角礫巖僅在兩口井的良裡塔格組地層中被觀察到，而且在精細觀察了16口井的380m剖切巖心後，作者並未識別出顯著的巖溶特徵。作者認為，在許多前人的相關研究中，大量的斑狀結構被誤認為是巖溶相關的角礫巖（巖溶角礫巖）或沉積充填孔/洞，他們被認為是廣泛巖溶的證據。在本研究中，這種斑狀的結構被解釋為假角礫巖，其與表生巖溶無關，而是在更深的埋藏環境中選擇性成巖改造所導致的。換言之，這些假角礫巖是成巖斑塊化的產物，而非真正的角礫巖或沉積充填孔/洞。這份基於巖心的工作並不支持在大量前人文獻中的主流觀點（或假說）：即在塔北哈拉哈塘地區中部和北部，一間房組和鷹山組廣泛發育古巖溶特徵，古巖溶是控制該區奧陶系碳酸鹽巖儲層的關鍵因素。
主要圖件圖1 良裡塔格組瘤狀灰巖
A. 波狀互層的灰巖由灰色生屑似球粒粒泥-泥粒灰巖和暗色含黏土-粉砂泥晶灰巖及少量生屑粒泥灰巖組成。注意香腸狀的層（箭頭）；B. 瘤狀灰巖由瘤（生屑似球粒泥灰巖）和瘤間「基質」（暗色含黏土-粉砂泥晶灰巖及少量生屑粒泥灰巖），注意瘤（空心箭頭）和輕微香腸化的層（箭頭）。圖2 良裡塔格組巖溶角礫巖
A. 破裂角礫巖，裂縫為暗色黏土和細粒沉積物充填（箭頭）；B. 鑲嵌角礫巖，局部凹凸接觸到鋸齒狀接觸，基質充填在角礫間（箭頭）圖3 良裡塔格組碎屑支撐的混雜角礫巖
A. 混雜的角礫，角礫之間、角礫和基質之間的界線截然，角礫顏色不同，基質通常為暗色，發育凹凸接觸到鋸齒狀接觸（空心箭頭）和環角礫的縫合線；B. 雜亂的角礫大多呈灰色；C. 富基質的碎屑支撐雜亂角礫巖表現出碎屑（c）和基質（m）的截然接觸面，局部見碎屑間的鋸齒接觸面（箭頭）；D. 富基質的碎屑支撐雜亂角礫巖，棕色的碎屑角礫（c）與紅棕色的基質（m）界線面截然接觸。圖4 哈拉哈塘地區奧陶系碳酸鹽巖中的假角礫巖
從A~I斑狀程度逐漸增加，G為鷹山組，其餘均為一間房組。A. 初期的斑點，沿縫合線發育；B. 灰白色區域（假角礫）形態不規則，縫合線發育，一些縫合線因斑點的發育而變得模糊不清；C. 假角礫（灰白色區域）極度不規則或強烈的港灣狀，注意在一個假角礫中可見暗色的假基質；D. 假角礫極度不規則或鋸齒化邊緣（箭頭），注意縫合線僅發育在假角礫（淺色部分）中（空心箭頭）並為暗斑截斷；，E. 假角礫形態極不規則，很多情況下，「角礫」間邊界模糊（箭頭），注意在假角礫中可見暗色的假基質（三角）；F. 圖片下部，暗斑（箭頭）沿縫合線零星發育，圖片上部，受到強烈的斑塊化，假角礫和假基質間的邊界為漸變；G. 縫合線（空心箭頭）僅發育在假角礫或在假角礫的邊緣，二者邊界為漸變；H. 假角礫「漂浮」在假基質中，二者邊界為漸變；I. 幾乎所有區域均為假基質（暗色），假角礫發育稀少。圖5 斑狀結構的鏡下照片（均為單偏光）
A. 暗斑（pm：假基質）普遍局限在縫合線的一側；B. 暗色區域（pm）比未改造區域（pb：假角礫）的膠結物發育更少，注意一些顆粒被削截（箭頭）；C. 瀝青普遍發育在假基質（兩條虛線間），而在未改造區域（pb）無瀝青；D. 在暗斑中（pm），生物碎屑被和打碎成細小碎片，注意發育在單個生屑中的假基質（pm）。古巖溶角礫巖和假角礫巖的鑑別標準 顏色和成分複雜性:巖溶角礫巖中的碎屑角礫可能顏色各異，且成分不同；而斑狀碳酸鹽巖中的假角礫通常是單一巖性的且通常是單色的。矽質碎屑成分：巖溶角礫中的基質通常含有大量的碎屑石英、長石和黏土；而斑狀碳酸鹽巖中的假基質亦為純的碳酸鹽與假碎屑角礫成分一致，無陸源碎屑成分。「角礫」的形態：斑狀碳酸鹽巖中的假角礫通常很不規則，發育如火焰狀、鋸齒狀和高度港灣狀的外邊緣；而巖溶角礫通常表現由凹凸狀、大致等軸的或略微伸長的形態。「角礫」的邊界：巖溶角礫巖的角礫與基質或角礫與角礫之間的邊界截然；而斑狀碳酸鹽巖中的假角礫與假基質之間通常表現出漸變的或模糊不清的邊界。化石產狀：斑狀碳酸鹽巖中，單個化石可能部分存在於假角礫，部分存在於假基質；而在巖溶角礫中不可能出現這種情況，換言之，在巖溶角礫邊緣，單個化石碎片會發生削截。紋層和構造：雜亂的巖溶角礫巖中，發育沉積構造（如層理）的碎屑角礫方向隨機；而在假角礫巖中，層理和其他原生沉積構造可能穿過假角礫和假基質，表現出單一方向，此外，示頂底構造在假角礫和假基質中指示一致。孔隙：斑狀結構中的假基質發育微孔隙，通常形成暗斑，孔隙中部分充填瀝青；而巖溶角礫巖，不僅基質還是碎屑角礫，都很緻密，無微孔隙或納米孔隙，掃描電鏡下未發育瀝青。「基質」的產狀：巖溶角礫中，在單個碎屑角礫中未觀察到基質；而在斑狀碳酸鹽巖中，假基質「小暗斑」在「單個」假角礫中出現。測井響應：巖溶角礫巖通常為高GR、SP正偏、和井徑異常，反映陸源碎屑成分高；而斑狀碳酸鹽巖通常為低GR，由於巖性上屬於純的碳酸鹽巖，幾乎不含矽質碎屑成分。地層厚度：古巖溶區域，上覆地層局部厚度差異明顯，這是由於落水洞和塌陷溶洞的存在；而在假巖溶的區域，不應有此類現象。結論在哈拉哈塘地區中部和南部，碳酸鹽巖角礫巖僅在HA13-6和RP4井良裡塔格組出現，包括破裂角礫巖、鑲嵌角礫巖和碎屑角礫支撐的雜亂角礫巖。角礫碎屑通常是復成分的，基質包括大量的碎屑石英、黏土和長石。這些角礫被解釋為形成於古溶洞的崩塌，巖溶作用的時限與由中凱迪期（晚奧陶世）冰川作用和中加裡東運動共同導致的全球海平面下降事件同時。巖溶角礫巖與瘤狀灰巖不同，後者保存了部分沉積構造。
基於16口井的剖切巖心詳細研究，未在一間房組和鷹山組（主要的儲集層段）觀察到古巖溶特徵和相關的孔隙。觀察表明，奧陶系碳酸鹽巖儲層的發育和質量（特別是一間房組）可能與表生巖溶並無密切聯繫，這與前人研究得出的主流假說——儲層巖石中表生巖溶特徵豐富、古巖溶作用是控制區內奧陶系碳酸鹽巖儲層的關鍵因素的觀點，截然相反。
暗色斑點廣泛發育在區內奧陶系碳酸鹽巖中，這種現象被前人研究誤認為是表生巖溶的產物。斑點的外表是由暗色區域和灰白色區域的顏色和結構顯著差異而確定，可被描述為假角礫巖。在顯微鏡和掃描電鏡下，假基質為瀝青所滲透，且與假角礫相比，假基質含有更細的、更少的顆粒和膠結物，但與假角礫相比無巖性或礦物學的差異。暗色斑點的成因是令人費解的，但是他們通常發育在縫合線之後或縫合線同時形成。本研究將假角礫巖解釋為形成於選擇性斑塊化作用，這種作用是在深埋環境下由微尺度的溶蝕和瀝青充填造成的。
通過巖心和薄片觀察，結合SEM和XRD分析，提出了鑑別巖溶角礫巖和假角礫巖的一系列的標準。巖溶角礫巖和假角礫巖在巖性、礦物學、結構、構造、孔隙、測井響應等各方面顯著差異。
原文致謝這項工作由中國石油天然氣集團公司提供經費支持，贊助方為我們提供了必要的資料，並為開展巖心描述和取樣提供便利。
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