下扬子区不同应力场下的成岩作用特征研究

杨少春，王惠娟 任怀强，史祥明 （中国石油大学 （华东）地球资源与信息学院，山东 青岛266555）

谈 迎 （江苏省华东有色地质勘察局，江苏 南京250007）

下扬子区不同应力场下的成岩作用特征研究

杨少春，王惠娟 任怀强，史祥明 （中国石油大学 （华东）地球资源与信息学院，山东 青岛266555）

谈 迎 （江苏省华东有色地质勘察局，江苏 南京250007）

通过对下扬子区三叠系青龙组和侏罗系象山组的野外露头观察、普通光学镜下分析、扫描电镜与能谱测试分析、X－衍射分析和包裹体观察等一系列分析测试，研究表明下扬子区构造应力场可分为挤压和拉张两种：挤压应力场对应构造缝合线、泥缝、泥质不均匀富集、分散的微缝合线和局部的重结晶现象等构造成岩作用特征，其不同变形程度的褶皱中岩石构造成岩现象和强度存在差别，随褶皱程度的增强，构造成岩作用强度增大；拉张应力场对应后期形成的构造裂缝和石英张裂缝等构造成岩作用特征。研究证实，不同的应力作用下岩石表现出不同的构造变形特征，成岩强度与变形强度之间存在明显的正相关关系。

挤压应力场；拉张应力场；构造成岩作用；成岩强度；下场子区

随着油气勘探程度的不断增大，成岩作用在理论研究及具体实践中都取得了长足的进展［1］。目前，对成岩作用的研究主要集中在成岩环境、成岩流体活动、成岩作用的定量模拟试验、成岩相与沉积相和层序地层学的紧密结合与交叉方面［2］。研究认为，影响成岩作用的因素包括构造因素、碎屑组分、间隙水、古地温、压力［3，4］，沉积相、粘土矿物转化［5］、油气聚集［6］等，其中碎屑组分、孔隙流体和温度、压力等因素对成岩作用的影响研究较为深入，而构造因素对成岩作用影响的研究大多集中在基底沉降、抬升造成的可容空间大小的变化及其对成岩环境的影响方面［3］，即垂向的埋藏成岩作用。

近年来，伴随研究工作的进一步深入，侧向构造变形与成岩作用的关系研究开始逐渐引起各位学者的关注。寿建峰等［7，8］认为，构造应力对成岩作用的影响表现在3个方面：①构造侧向挤压作用；②构造滑脱推覆作用；③基底块断隆升作用。田景春等［9］则得出不同构造区带的各种成岩作用特征不同。笔者通过对下扬子区三叠系青龙组和侏罗系象山组在不同应力场下岩石构造成岩作用的差异研究，阐明侧向构造应力与成岩作用的相关关系。

1 地质背景

下扬子区是我国海相中、古生界发育最齐全，保存相对较完整的地区之一。经历了多旋回的盆地生成、改造及叠加过程。复杂的构造发育史，使得区内不同区块在同一大地构造背景下由于原生结构或继承结构的差异而产生了差异性的构造演化特征。

下扬子区中、古生界地层沉积及以后经历了两个大的构造变形阶段，分别是印支晚期－燕山中期的逆冲推覆构造阶段和黄桥转换事件之后的区域性拉张作用阶段。青龙组是印支运动开始前保存较好、分布较广的最后沉降的一个层位，象山组是印支运动结束后沉积的第一个层位，选择这两个层位开展研究，可以通过解剖典型地层来反映构造运动对成岩作用的影响。青龙组沉积台地浅滩相和深水斜坡盆地相泥晶灰岩；象山组沉积环境以河、湖并存为特点，岩性为青灰色、黄褐色石英砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩。

2 采样点设计与分布

青龙组经历了强烈的挤压改造作用和拉张应力作用，地层变形强烈，褶皱发育，断裂相对较少；象山组整体表现为刚性变形，随处可见节理和断层。

针对两组地层不同的地层发育特征和研究工作的实际需要，采样时遵从以下3项基本原则：①考虑全区面上的控制。理想情况下，样品应在整个下扬子区不同的变形结构分区中均匀分布，但由于实际的露头发育不均匀以及地面建筑等的限制，只能在已掌握的露头资料中尽可能全面取样。②考虑不同特征构造变形中成岩作用的差异。重点选取挤压应力场对应的挠曲、背斜、向斜和拉张应力场对应的断层两侧以及断裂带产物。③考虑典型构造变形中成岩作用的解剖。褶皱是研究区发育最为广泛的一类变形构造，选择发育完整的同一褶皱的转折端和翼部、断层带内部和断层两盘、挠曲的缓倾斜岩层和突然变陡处分别取样。

3 挤压应力场下的成岩作用

野外踏勘结果表明，青龙组露头发育，覆盖面广，因受强烈挤压，地层变形明显，随处可见陡倾近直立岩层中掺杂揉皱，褶皱种类多样，变形程度不一，包括直立褶皱、斜歪褶皱、平卧褶皱和翻卷褶皱4种，另有大量的小型挠曲。镜下观察发现，青龙组成岩作用类型表现为泥晶化作用、深水海底胶结作用、浅水灰岩胶结作用、白云石化作用、新生变形作用、压实压溶作用、黄铁矿化和硅化、溶解作用以及后生阶段的构造裂缝。其中多数为沉积成岩作用，而构造成岩作用中与挤压应力场对应的则主要体现在压溶作用上。

Wanless［10］指出，含泥灰岩中的泥缝至少有一部分是压溶作用的产物，那些平滑的细微波状的缝线与典型的锯齿状缝合线有明显的不同。并提出压溶作用有3种基本类型，即缝合线状缝溶解作用，非缝合线状缝溶解作用 （微缝合线，微缝合线群和粘土缝）以及非缝 （弥漫型）溶解作用 （一个单元普遍减薄）。

缝合线是碳酸盐岩层中常发育的一种构造。它实际是缝合面与岩层应力作用面的交面，属压溶作用产物，可分为垂直缝合线和水平缝合线。垂直缝合线的锥轴与层面垂直，缝合面与层面平行。形成垂直缝合线的压力来自上覆岩层的重载荷或升降运动造成的压力。因此，只是一部分垂直缝合线是成岩期形成的，也可能是构造成因的。水平缝合线的锥轴水平或倾斜，缝合面与层面垂直或斜交。它是由构造应力造成的，显然属构造成因。因此，水平缝合线和构造成因的垂直缝合线在此统称为构造缝合线。

3.1 微弱褶皱区成岩作用特征

该类变形区集中在浮梁县附近的寿安镇和仙槎水泥厂，褶皱作用强度微弱，岩层变形程度相对较弱，形态不明显，表现为刚性变形。野外露头中，岩层按原始沉积形貌呈近水平状产出，层间无强烈揉皱。显微镜下多见均质的泥晶灰岩，局部有重结晶现象，泥缝、缝合线很少出现。扫描电镜下，方解石晶体之间的原生孔隙仍有残留，孔隙中不完全充填蠕虫状粘土矿物和自形程度高的方解石小晶体，溶蚀作用不强。能谱测试发现研究区样品中含有Sr元素，证明成岩作用较弱，未进入成岩后期演化阶段。全岩衍射结果显示样品中只有石英、方解石和粘土矿物3种类型，证明沉积和成岩作用以及后期的改造作用程度都很弱。包裹体全都都是原生包裹体，大小不一，以单相为主，也有两相包裹体。

3.2 宽缓褶皱区成岩作用特征

该类褶皱在整个下扬子区较为常见，研究中采集的样品主要来自铜陵大通镇和南京－镇江一带。露头褶皱形态清晰可见，岩层挤压弯曲程度适中，有背斜、向斜、挠曲多种表现形态。显微镜下观察：样品的构造成岩作用特征总体表现为分散的微缝合线、延伸较长的构造缝合线以及局部的重结晶现象。因采集样品为定向样品，分析时可以将样品中的特殊构造进行方向恢复，从而提供有价值的方向性数据和现象。对于构造缝合线，如果只有走向和倾向薄片中存在缝合线，而顺层薄片中没有缝合线，那么可以断定这条缝合线是由重力压溶即垂向的沉积成岩作用形成；如果在顺层薄片中见有缝合线，而走向或者倾向薄片中没有缝合线，那么可以断定这是侧向构造挤压作用的结果。分散的微缝合线是指不连续的泥薄膜面在一个方向切片中的反映，判断方法与构造缝合线相同 （图1）。

扫描电镜下可见充填于方解石晶间的石英颗粒被错断，并有后期的大片状伊利石充填 （图2），晶体边缘棱角已不明显，溶蚀程度中等。Na、K、Mg元素含量相对高，Fe元素没有测出。矿物种类多样，涵盖了研究区所有样品中包含的矿物类型。包裹体个体较小，以单相为主，也有少量的两相包裹体，数量较多，只有个别样品中可以见到串珠状的次生包裹体沿裂缝分布 （图1、图2）。

图1 分散的微缝合线

图2 石英晶体的错断与伊利石的填充

3.3 紧闭褶皱区成岩作用特征

紧闭褶皱是整个下扬子区分布最广、数量最多的一类褶皱，分别在宿松、安庆、宣城、巢湖等地取样中，样品覆盖面积较大，多个变形区都有该类露头。野外观察发现 （图3），该类褶皱弯曲复杂、变形强烈、层内揉皱发育，岩层原始形貌已破坏殆尽，尤以平卧褶皱和翻卷褶皱为典型代表。

显微镜下观察，岩石构造成岩作用表现为泥缝、由缝合线分隔的泥质的不均匀富集和弯曲的重结晶带 （图4）。扫描电镜下，样品中长石颗粒向粘土矿物转化程度高，方解石晶体上发育相互垂直的破裂纹，颗粒溶蚀严重，溶孔发育。Na、K、Mg元素含量相对低，Fe含量高，证明成岩演化强度高一些。包裹体以两相为主，大小不一，多见沿裂隙分布的串珠状次生包裹体 （图5）。

图3 紧闭褶皱露头特征

图4 缝合线分隔的泥质不均匀富集

4 拉张应力场下的成岩作用

图5 串珠状包裹体

受拉张应力的作用，岩石中与构造成岩相关的现象多表现为张裂缝，在沉积、成岩过程中，这些先期形成的裂缝多被方解石、石英、泥质和铁质等充填。

构造应力形成的裂隙一般边缘平直，延伸较远，具一定方向和组系性。多次构造应力作用产生的不同期次裂隙可以互相切割。研究区构造缝大致可分填缝、半填半开缝和开缝3种。构造裂隙及其他缝隙在形成以后，在其后的成岩过程中可被溶蚀增大，亦可被胶结充填而消失。

研究区的构造裂缝多为充填缝，开缝很少。裂缝宽窄不一，延伸长度也不同，裂缝间的互相切割错断现象普遍，可以分清构造应力的不同期次。部分裂缝中充填的亮晶方解石从裂缝边缘到中部，晶粒逐渐变大，显示一定的世代性。

4.1 象山组岩石拉张应力场下特征

象山组砂岩样品出露较局限，仅在南京市北象山和景德镇市露头发育，其他地区只有零星分布。野外观察发现，在拉张应力作用下，象山组岩层中发育错综复杂的节理缝和宽窄不一的裂缝，有的裂缝延伸很长且边缘平直、缝宽也较大。对薄片的镜下鉴定可以看到，石英晶体表面出现张裂口和颗粒间的错断弯曲现象。扫描电镜下，见有厚层片状的伊利石和绒球状的绿泥石集合体，形态特殊，石英晶体表面棱角不明显，溶蚀现象多见，粘土矿物多呈孔隙衬垫式存在。粘土衍射结果显示，象山组砂岩样品，以南京北极阁一带为例，伊利石和伊蒙混层是最主要的粘土矿物，高岭石和绿泥石含量极低或不存在。包裹体全为原生包裹体，个体偏小。

4.2 青龙组岩石拉张应力场下特征

青龙组灰岩野外露头表现出的拉张应力作用特征以被方解石充填的节理缝和张裂缝为主，张裂缝产状复杂，有的多条裂缝近平行产出，有的呈环状，还有裂缝与缝合线的垂直错断，据此可判断拉张应力与挤压应力作用的先后次序。另外，研究区青龙组还见有极少数的开启缝，薄片中可以看出开启缝又经过后期的剪切应力作用（图6）。

图6 开启缝

5 结 论

1）下扬子区青龙组经历了挤压和拉张两种应力作用，变形强烈，褶皱非常发育，断裂少见；象山组整体表现为刚性变形，只经历了拉张应力的作用，未见褶皱，但断裂极其发育，不同地区断裂特征各异。

2）构造成岩作用在挤压应力场下对应构造缝合线、泥缝、泥质不均匀富集、分散的微缝合线和局部的重结晶现象；拉张应力场下对应各种后期形成的构造裂缝和石英颗粒中的张裂口等。

3）挤压应力场下不同变形程度的褶皱中，岩石构造成岩现象和强度的差别证明：构造应力对成岩作用的影响是确实存在的，不同的应力作用下岩石表现出不同的构造变形特征，成岩强度与变形强度之间存在明显的正相关关系。

4）需指出的是：构造应力的作用不仅包括挤压应力和拉张应力两种，还应包括剪切应力。研究中，受研究层位样品和测试条件的限制，没有将剪切应力单独分析，但其对成岩作用的影响也是不可忽视的。

［1］刘建清，赖兴运，于炳松，等.成岩作用的研究现状及展望 ［J］.石油实验地质，2006，28（1）：65～72.

［2］樊爱萍，杨仁超，李义军.成岩作用研究进展与发展方向 ［J］.特种油气藏，2009，16（2）：2～8.

［3］朱亚军，苗建宇，朱静.鄂尔多斯盆地志丹旦八地区延长组长4＋5储层成岩作用研究 ［J］.西北地质，2008，41（4）：118～123.

［4］苏妮娜，金振奎，宋璠.黄骅凹陷北大港油田古近系碎屑岩储层成岩作用及其对储层质量的影响 ［J］.科技导报，2009，27（9）：57～64.

［5］蔚远江，何远碧，杨友运，等.塔中隆起石炭系CⅠ油组储集层成岩模式与储集性能的关系 ［J］.新疆石油地质，1998，19（5）：388～400.

［6］袁静，赵澄林.水介质的化学性质和流动方式对深部碎屑岩储层成岩作用的影响 ［J］.石油大学学报 （自然科学版），2000，24（1）：60～63.

［7］寿建峰，张惠良，沈扬，等.埋藏热效应－构造应力成因类型的砂岩成岩作用特征 ［J］.海相油气地质，2003，8（3）：155～161.

［8］寿建峰，朱国华，张惠良.构造侧向挤压与砂岩成岩压实作用——以塔里木盆地为例 ［J］.沉积学报，2003，21（1）：90～95.

［9］田景春，谭先锋，林小兵，等.箕状断陷湖盆不同构造区带成岩作用特征及差异性研究：以东营凹陷沙河街组为例 ［J］.现代地质，2009，23 （4）：683～690.

［10］Wanless H R.Role of physical sedimentation in carbonate－bank growth ［J］.AAPG Bulletin，1979，63 （3）：547.

Research on Diagenetic Characteristics of Various Stress Fields in Lower Yangtze Area

YANG Shao－chun，WANG Hui－juan，REN Huai－qiang，SHI Xiang－ming，TAN Ying（First Author's Address：College of Earth Resources and Information，China University of Petroleum，Qingdao266555，Shandong，China）

Based on the outcrop observation，analysis of optical microscope，SEM inspection and electron energy spectrometry，X－Ray diffractometry and inclusion analysis，the Triassic Qinglong Formation and Jurassic Xiangshan Formation in Lower Yangtze Aera were studied.The research indicates that there were two kinds of stress fields in Lower Yangtze Aera，they were compressional stress field and extensional stress field.The compressional stress field was corresponded to the characteristics of structural diagenesis，such as structural stylolite，mud suture，nonuniform muddy enrichment，discrete microstylolite and regional recrystallization etc.Folds in different deformational levels had different tectonic diagenetic phenomena and intensities，with the increase of fold deformation，the tectonic diagenetic intensity became stronger and stronger.The extensional stress field was corresponded to various post tectonic fractures and tensile cracks of the quartz particles etc.The study demonstrates that rocks and layers under different stresses have various tectonic deformational characters.There is an apparent positive correlation between diagenetic intensity and deformational intensity.

compression stress field；extensional stress field；tectonic diagenesis；diagenetic intensity；Lower Yangtze Area

TE122.2

A

1000－9752（2011）06－0022－04

2011－03－28

国家科技重大专项 （2011ZX05009－003）。

杨少春 （1962－），男，1992年研究生毕业，教授，博士生导师，现主要从事油气地质及油藏描述研究工作。

［编辑］ 宋换新