准噶尔盆地昌吉凹陷超压顶封层砂岩中碳酸盐胶结物成因及相关流体信息

准噶尔盆地昌吉凹陷超压顶封层即超压-常压过渡带深层砂岩中碳酸盐胶结物含量在20～38%的高值带分布在超压顶面上下几百米的厚度范围内，超压顶面埋深在5100-6000m，地温在120-140℃；超压顶封层碳酸盐胶结物（带）的形成是成岩过程中流体-岩石相互作用的结果，是其形成时的物质迁移和成岩地球化学环境特征留下的成岩物质响应，不同期次形成的碳酸盐胶结物记录了其沉淀成岩过程中流体行为方式和组分特征的信息。本研究将系统开展碳酸盐胶结物的微区矿物和元素组成、微区原位碳氧同位素组成、自生矿物流体包裹体温压和成分等测试分析，综合研究该带内不同砂岩小层不同期次碳酸盐胶结物特征及各种差异信息，解释碳酸盐胶结物的物质来源及其形成时与超压热流体演化过程和组分特征的成岩地球化学环境的关系，阐述压力过渡环境下碳酸盐胶结物的成因和分布规律、碳酸盐胶结带的形成过程以及与其有关的成岩过程中超压热流体-岩石相互作用机理。

准噶尔盆地昌吉凹陷超压顶封层位于侏罗系西山窑组和头屯河组，处在超压顶界面附近，其地层埋深变化在5000～6000m，超压顶封层及其附近是地质流体频繁活动，流体-岩石相互作用最显著的区域；超压顶封层砂岩中广泛发育碳酸盐胶结物，深入研究碳酸盐胶结物成分和结构及其相关的古流体信息对理解流体-岩石相互作用过程，揭示深埋砂岩中的胶结带和溶蚀次生孔隙带形成机理具有理论意义和应用价值。本研究利用薄片、阴极发光（CL）、电子探针、碳氧同位素（包括岩样整体和微区原位）等手段研究了碳酸盐胶结物类型和形成期次，可将其分为两类：Ⅰ类含量为15~30%，充填于弱压实粒间孔和长石溶蚀孔中，CL为亮橙色，FeO含量均值为0.45%，δ13CPDB值处于-5‰左右，T18O处于15~30℃；Ⅱ类含量＜10%，充填于长石溶孔中，CL为暗红色，FeO含量均值为1.2%，δ13CPDB一般＜-10‰，碳酸盐胶结物盐水包裹Th=77.4~94.7℃，T18O为70~100℃。研究表明，Ⅰ类碳酸盐胶结物形成于弱氧化-弱还原环境，反映成岩流体受到有机物和大气来源的CO2共同影响；Ⅱ类碳酸盐胶结物形成于还原环境，成岩温度和碳同位素特征与煤系热力生烃早期阶段相吻合。碳酸盐胶结物的成因可结合侏罗纪末地层抬升到近地表不整合面附近至浅埋藏阶段、深埋过程煤系热力生烃作用和油气充注等因素加以分析。研究区侏罗系地层在侏罗纪末地层发生抬升剥蚀浅埋阶段，由于下渗的有机酸性流体溶蚀长石形成次生孔隙，后在砂岩逐渐埋阶段过程中，水化学环境发生变化而在溶蚀次生孔隙中形成早期Ⅰ类碳酸盐沉淀胶结。在煤系经历深埋热力生烃早期，相关的有机酸充注砂岩，富含长石的砂岩中长石作为酸碱缓冲剂被溶蚀，使得CO2含量增加造成晚期Ⅱ类碳酸盐沉淀胶结。高残余长石砂岩在晚期有机酸和CO2影响下形成粘土矿物，并导致碳酸盐胶结物沉淀形成碳酸盐矿化带及超压顶封层，进而为超压流体封存提供了条件。但低残余长石砂岩中可出现酸碱缓冲剂不足，因酸性流体对早期形成的碳酸盐胶结物产生溶蚀，进而发育溶蚀次生孔隙带。可以推断，研究区侏罗系超压顶封层砂岩中长石含量的差异可能是引起碳酸盐岩胶结致密带和溶蚀次生孔隙带纵横向交替叠置出现的重要原因。