Sedimentstrukturen mikrobieller Karbonate im vierten Mitglied der mitteltriassischen Leikoupo-Formation, westliches Sichuan-Becken, China

Jul 25, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 2300 (2023) Diesen Artikel zitieren

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In den letzten Jahren wurde in mikrobiellen Karbonaten im vierten Mitglied der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken reichlich Erdgas gefunden. In dieser Studie werden aus der Beobachtung von 626 mikrobiellen Dünnschnitten vier Arten von mikrobiellen Carbonaten basierend auf den Unterschieden der Mesostrukturen klassifiziert. Unter ihnen werden Thromboliten und Stromatolithen aufgrund der Unterschiede in der Mikrostruktur in acht Typen unterteilt. Es wurden sechs Arten der mikrobiellen Mikrostrukturassoziation (MSA) identifiziert, die sich hauptsächlich in mikrobiellen Hügeln entwickeln. Die Energie der Sedimentumgebung und ihre hydrodynamischen Bedingungen betragen von niedrig bis hoch MSA-5, MSA-1, MSA-6, MSA-3, MSA-4 und MSA-2. Aufgrund des trockenen Klimas in der Annie-Zeit entwickelte sich im oberen Unterabschnitt der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken eine begrenzte Plattform, und die Sedimentfazies sind Lagune (Zigeunerlagune oder Salzsee unter Verdunstungsbedingungen), mikrobielle Hügel, Untiefen, Untiefen innerer Plattformen und offenes Meer von Osten nach Westen. Mikrobielle Mikrostrukturen beeinflussen nicht nur die Porenentwicklung mikrobieller Karbonatreservoirs, sondern auch die Diagenese mikrobieller Karbonatreservoirs des vierten Mitglieds der Leikoupo-Formation.

Mikrobialitäten entstehen durch das Einfangen und Binden von Mergel und/oder Detritalsedimenten der benthischen Mikrobengemeinschaften oder durch die anorganische oder organisch induzierte Mineralisierung im Zusammenhang mit mikrobiellen Aktivitäten1,2,3,4. Mikrobielle Carbonate, eine häufige Art von Mikrobialitäten, wurden als Carbonate definiert, die mit mikrobiellem Wachstum, Stoffwechsel, Eigenschaften der Zelloberfläche und extrazellulären Polymersubstanzen (EPS) zusammenhängen2,3.

Heutzutage wurde ein typisches mikrobielles Karbonatreservoir im vierten Mitglied der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken5 gefunden. Von 2008 bis 2012 haben die Bohrungen CK-1 und XS-1 einen kommerziellen Gasdurchfluss von 86,8 × 104 m3/Tag bzw. 68 × 104 m3/Tag erzeugt. Im Jahr 2014 produzierte Bohrloch PZ-1 einen kommerziellen Gasdurchfluss von 121,05 × 104 m3/Tag. Im nächsten Jahr produzierten die Bohrlöcher YaS-1 und YS-1 einen kommerziellen Gasfluss mit einer Rate von 48,5 × 104 m3/Tag bzw. 60,32 × 104 m3/Tag6. Obwohl neuere Studien zu dem Schluss kamen, dass die Entwicklung des mikrobiellen Karbonatreservoirs in der Leikoupo-Formation durch die Sedimentfazies gesteuert wurde, gibt es auch Kontroversen über die von ihnen identifizierten Sedimentfazies5,7,8,9,10,11,12. Einige Untersuchungen deuten darauf hin, dass sich das mikrobielle Karbonatreservoir in der Leikoupo-Formation im Watt entwickelt9,10, während einige mikrobielle Riffe bevorzugten7,8,11 und andere zu mikrobiellen Hügeln neigten5. Offensichtlich ist es für die Erkundung des mikrobiellen Karbonatreservoirs im vierten Glied der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken notwendig, die Sedimentumgebung der mikrobiellen Karbonate genau wiederherzustellen.

Die Bildung mikrobieller Karbonate wird neben mikrobiellen und metazoischen Aktivitäten auch durch die Sedimentumgebung beeinflusst13. Daher können verschiedene Arten von mikrobiellen Carbonaten bis zu einem gewissen Grad auf unterschiedliche Sedimentumgebungen hinweisen. Beispielsweise entwickeln sich Thromboliten, eine häufige Art von mikrobiellen Karbonaten, hauptsächlich in der Gezeitenzone mit schwacher hydrodynamischer Kraft, die normalerweise als Säulen, Hügel, Schichten und dicke Schalen beobachtet werden14. Darüber hinaus werden die horizontal geschichteten oder wellenförmigen Stromatolithen im Allgemeinen in Wattenmeeren oder Lagunen mit schwacher hydrodynamischer Kraft gebildet, während die großen säulenförmigen und konischen Stromatolithen in der flachen Gezeitenzone mit starker hydrodynamischer Kraft gebildet werden13. Offensichtlich spielen die Strukturen mikrobieller Carbonate eine wesentliche Rolle bei der Wiederherstellung der sedimentären Umgebung.

Verschiedene Arten von mikrobiellen Carbonaten haben unterschiedliche Makrostrukturen, daher klassifizieren viele Wissenschaftler mikrobielle Carbonate anhand der Unterschiede in den Makrostrukturen. Aitken15 klassifizierte die Makrostruktur mikrobieller Carbonate in Thromboliten, Stromatolithen, Kryptalgalaminiten und Onkoliten. Kennard und James16 schlugen das Konzept der Mesoklote vor, und Burne und Moore1 klassifizierten die Makrostruktur mikrobieller Carbonate auf der Grundlage der Klassifizierung von Kennard und James in Stromatolithen, Onkolite, Thromboliten, Kryptozoiten und Sphärulite. Riding2 unterteilt die Makrostrukturen in Stromatolithen, Thromboliten, Dendroliten und Leioliten. Auf der Grundlage der Riding-Klassifikation fügte Mei17 der makroskopischen Struktur Onkolithe und laminierte Gesteine ​​hinzu. Gemäß der biogenen Klassifikation von Embry und Kloven18 ergänzte Han13 den Epiphyton-Rahmenstein und den Renalsis-Rahmenstein in der makroskopischen Struktur. Obwohl mikrobielle Carbonate auf der Makroebene grob unterschieden werden können, können sie die strukturellen Unterschiede auf der Mikroebene nicht widerspiegeln. Daher schlug Schmid19 eine Klassifizierung vor, die auf der Mikrostruktur der mikrobiellen Carbonate basiert. Die drei Endelemente des Klassifizierungsdreiecksdiagramms sind die peloidale Mikrostruktur, die Mikrostruktur der laminierten Partikel und die dichte Mikrostruktur. Es kann jedoch nicht sinnvoll und umfassend sein, wenn wir die mikrobiellen Carbonate nur auf der Grundlage der Unterschiede im Makromaßstab oder im Mikromaßstab klassifizieren. Daher sollten die mikrobiellen Carbonate entsprechend den Strukturunterschieden auf mehreren Skalen in mehrere Skalen klassifiziert werden. Shapiro20 schlug vier Strukturskalen für die Klassifizierung mikrobieller Karbonate vor, darunter Megastrukturen (bezogen auf großräumige Strukturen wie Bioströme), Makrostrukturen (Bestimmung der Morphologie mikrobieller Karbonatgesteine ​​mit einem Durchmesser im Bereich von Zentimetern bis Metern) und B. Hügel, Säulen und Domhalbkugeln), Mesostruktur (die mit bloßem Auge sichtbaren makroskopischen Strukturen, z. B. lamellare, klumpige und dendritische) und Mikrostruktur (mikroskopische Merkmale, die unter einem Mikroskop oder Rasterelektronenmikroskop beobachtet werden, z. B. Peloide und filamentöse Mikroorganismen).

In neueren Studien erfolgt die Klassifizierung der mikrobiellen Karbonatgesteine ​​der Leikoupo-Formation jedoch auf der Meso-Skala, die in Thrombolite, Stromatolithe und Thrombolit-Stromatolithe unterteilt wird, ohne die Klassifizierung auf der Mikroskala zu berücksichtigen7,8,11. Um die Erforschung des vierten Mitglieds der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken zu fördern, werden daher in dieser Studie mikrobielle Karbonate in der Leikoupo-Formation auf Mesoskala und Mikroskala klassifiziert und die Sedimentumgebung diskutiert sowie.

Das Sichuan-Becken, das sich am nordwestlichen Jangtseblock befindet, hat seit Ediacaran vier tektonische Entwicklungsstadien durchlaufen: das Rift-Stadium (Ediacaran-Mittelperm), das Subduktionsstadium (Oberes Perm-Mitteltrias), das Kollisionsstadium (Oberes Trias) und das Schub-Orogenese-Stadium (Jura-Quartär)21,22,23,24.

Vom Sinium bis zum mittleren Ordovizium grenzte der westliche Rand des Jangtse-Blocks an den Paläo-Tethys-Ozean und befand sich lange Zeit in einem tektonischen Dehnungsregime. Der Songpan-Block im Westen wurde aufgrund der Jinning-Bewegung mit der Jangtse-Platte verbunden, und zwischen ihnen bildete sich ein Rift-Becken innerhalb der Platte. Im Senkenbecken entwickelten sich stabile neritische Sedimente innerhalb der Platte (Abb. 1a)22,24. Vom späten Ordovizium bis zum Silur nahm die Ausdehnung des westlichen Randes des Jangtse-Blocks weiter zu. Während sich im südöstlichen Jangtse-Block aufgrund der Kollision zwischen dem Jangtse-Block und dem Cathaysian-Block eine Reihe von Hebungen innerhalb des Jangtse-Blocks entwickelte, wie beispielsweise die Leshan-Longnüsi-Hebung (Abb. 1b)22,23. Zu Beginn des Devon trat der Jangtse-Block in die Paläo-Tethys-Stufe ein. Vor dem Mittelperm verstärkte sich die Ausdehnung zwischen dem Westrand des Jangtse-Blocks und dem Songpan-Block weiter und bildete das Jinshajiang-Lancangjiang-Ozeanbecken und das Litang-Ozeanbecken. Im Gebiet des Longmen Mountain entstanden Risse (Abb. 1c)21,22,24.

Tektonisches Entwicklungsdiagramm des westlichen Randes des Jangtse-Blocks (modifiziert von He21 und Liu22. (a) Vom Sinium bis zum mittleren Ordovizium (635–458,4 Ma); (b) vom späten Ordovizium bis zum Silur (458,4–416 Ma); (c) Das Devon bis zum Mittelperm (416–259,8 Ma); (d) Das Oberperm bis zur Mitteltrias (259,8–237 Ma); (e) Das Obertrias (237–201,3 Ma); (f) Das Jura bis Quartär (201,3–0 Ma).

Vom späten Perm bis zur mittleren Trias änderte sich das tektonische Regime von Ausdehnung zu Kompression. Die beiden Ozeanbecken Jinshajiang-Lancangjiang und Litang schlossen sich nacheinander, und der Jangtse-Block begann im Westen unter den Songpan-Block zu subduzieren. Die Orogenese fand statt (Abb. 1d) und die verbleibende ophiolitische Melangezone entwickelte sich, was zur Rückbildung des Paläo-Tethys-Ozeans entlang der NE-SW-Richtung führte . Während sich der Paläo-Tethys-Ozean in der Mitteltrias nicht vollständig aus dem Jangtse-Block zurückzog, war die Karbonatplattform noch entwickelt.

In der späten Trias war der Paläo-Tethys-Ozean vollständig geschlossen und am westlichen Rand des Jangtse-Blocks bildete sich der Songpan-Ganzi-Faltengürtel, der zu einem starken Extrusionsschub in Richtung Südosten führte. Der frühe Grabenriss erfuhr eine tektonische Inversion und normale Verwerfungen wurden in umgekehrte Verwerfungen umgewandelt, und es bildeten sich der orogene Songpan-Gürtel und die Überschiebungsdeckenstruktur des Longmen-Gebirges (Abb. 1e). Die obertriassische Xujiahe-Formation mit einer Mächtigkeit von mehr als 5 km wurde in klastischen Gesteinen entwickelt12,25,26.

Vom Jura bis zur Kreidezeit entwickelten sich aufgrund der kontinuierlichen Kollision zwischen dem Songpan-Block und dem Jangtse-Block der schuppenförmige Überschiebungsgürtel und das Vorlandbecken des Longmen-Gebirges am westlichen Rand des Jangtse-Blocks und traten nach dem Paläogen in die Hebungsphase ein (Abb. 1f)21,22.

Offensichtlich war die Mitteltrias eine besondere Periode der tektonischen Systemtransformation am westlichen Rand des Jangtse-Blocks, und auch die Sedimentmoderne unter tektonischer Kontrolle erfuhr große Veränderungen. Das heißt, vor dem Ende der Mitteltrias entwickelte sich in der Umgebung des passiven Kontinentalrandes eine Karbonatplattform, während sich ab der Spättrias klastische Gesteine ​​in Vorlandbecken entwickelten6,21,23. Aufgrund der kontinuierlichen Schuborogenese sind die heutigen tektonischen Einheiten des westlichen Sichuan-Beckens in zwei Erhebungen (Longmen Mountain und Xinchang), zwei Hänge (Guanghan-Zhongjiang und Wenxing-Mianyang) und zwei Senken (Yuantong-Ande und Mianzhu) unterteilt )' (Abb. 2c)27.

(a,b) Diagramm der tektonischen Einheiten des Sichuan-Beckens während der mitteltriassischen Leikoupo-Ablagerung (a ist eine Modifikation von Wang28); (c) Diagramm der gegenwärtigen tektonischen Einheiten und repräsentativen Förderquellen im westlichen Sichuan-Becken (modifiziert nach Li27); (d) Sequenzstratigraphie und Lithologie der Leikoupo-Formation in der Mitteltrias (modifiziert von He6), T2l11 = unteres Unterelement der Lei-1; T2l12 = oberes Untermitglied der Lei-1; T2l2 = Lei-2; T2l31 = unteres Untermitglied der Lei-3; T2l32 = mittleres Untermitglied der Lei-3; T2l33 = oberes Untermitglied der Lei-3; T2l41 = unteres Untermitglied der Lei-4; T2l42 = mittleres Untermitglied der Lei-4; T2l43 = oberes Untermitglied der Lei-4.

Die mittlere Trias im Sichuan-Becken ist von unten nach oben in die Leikoupo-Formation und die Tianjingshan-Formation unterteilt. Unter dem Einfluss der indosinischen Bewegung wurde das Sichuan-Becken in der Spättrias als Ganzes angehoben, was zur Entblößung der Leikoupo-Formation und der Tianjingshan-Formation führte. Die meisten Gebiete im östlichen und südlichen Sichuan-Becken zeigen, dass die Leikoupo-Formation von der Diskordanz der oberen Trias-Schichten bedeckt ist. Da sich im westlichen Sichuan-Becken das Meerwasser noch nicht vollständig aus dem Jangtse-Block zurückgezogen hatte, haben sich relativ vollständige mitteltriassische Schichten entwickelt, darunter die mitteltriassische Leikoupo-Formation, die Tianjingshan-Formation, die obertriassische Ma'antang-Formation und die Xiaotangzi-Formation (erster Abschnitt von Xujiahe). Formation) und Xujiahe-Formation.

Gegenwärtig ist die interne Aufteilung der Leikoupo-Formation relativ einheitlich. Gemäß den Eigenschaften der Lithologie und der Protokollierungskurve ist es in 4 Mitglieder und 9 Untermitglieder unterteilt, die Lei-1 (unterteilt in T2l11 und T2l12), Lei-2, Lei-3 (unterteilt in T2l31, T2l32 und T2l33) und Lei-1 (unterteilt in T2l11 und T2l12) enthalten. 4 (unterteilt in T2l41, T2l42 und T2l43) (Abb. 2d)6,12,28.

Insgesamt wurden 626 Kernproben aus 13 Bohrlöchern im Untersuchungsgebiet entnommen (Abb. 2). 626 Dünnschnitte wurden in einem Drittel der Region mit Alizarin Red S gefärbt, um Calcit und Dolomit zu unterscheiden. Jeder dünne Abschnitt hat eine Dicke von 0,03 mm und ist mit blauem Farbstoff imprägniert, um Megaporen zu erkennen.

Verschiedene Arten mikrobieller Strukturen unterscheiden sich auf der Mesoskala erheblich. In den Feld- und Kernbeobachtungen des Lei-4 wurden keine offensichtlichen mikrobiellen Strukturen im Mega- und Makromaßstab gefunden. Basierend auf der Klassifizierung von Mei17 und Flügel14 wurden daher die mikrobiellen Strukturen des Lei-4 entsprechend den unterschiedlichen mesoskaligen Strukturen klassifiziert, einschließlich Thromboliten, Stromatolithen, Dendroliten und Onkoliten. Die beiden Strukturtypen Thromboliten und Stromatolithen werden aufgrund der unterschiedlichen Mikrostrukturen in acht Kategorien unterteilt (Tabelle 1).

Auf der Mesoskala sind Thromboliten dunkelgrau, geronnen und unregelmäßig geformt (Abb. 3a). Die Größe der Gerinnsel liegt zwischen 0,5 und 3 mm und der Raum zwischen den Gerinnseln ist üblicherweise mit Dolomit oder Calcit gefüllt. Zwischen den Gerinnseln findet man in manchen Schichten eine Vielzahl nadelartiger aufgelöster Poren und aufgelöster Poren. Im Mikromaßstab können vier Arten von Thromboliten wie folgt identifiziert werden: (A), verdichtete Mikrit-Thrombolite (DMT), das Innere der Gerinnsel besteht aus homogenem Mergel und die Intraklasten und Peloide sind nahezu unsichtbar. In einigen Abschnitten bildet sich reichlich Gips zwischen den Gerinnseln und in den Gerinnseln (Abb. 3b). Es zeigt, dass es sich bei dem von Mikroorganismen gebundenen Material hauptsächlich um Mergel handelt, die Sedimentumgebung relativ ruhig und die Energie des Gewässers gering ist. (B), Porphyritische Mikrit-Thrombolite (PMT), neben dem Mergel im Gerinnsel gibt es porphyrische Mikrite, die dunkler als der Mergel sind (Abb. 3c), was möglicherweise mit der Verkalkung von Mikroorganismen zusammenhängt. Eine kleine Menge an Intraklasten und Peloiden kann gefunden werden. (C) In den Gerinnseln entwickeln sich peloidaggutinierte Thromboliten (PAT), eine große Anzahl von Peloiden und eine kleine Menge von Intraklasten. Die Größen der Intraklasten liegen zwischen 0,2 und 0,35 mm (Abb. 3d). Peloide in den Thromboliten sind abgerundet, mikritisch und einheitlich, was den Eigenschaften mikrobieller Peloide entspricht14. (D), schaumlaminierte Thromboliten (FLT), die Gerinnsel werden meist durch das Stapeln unregelmäßiger blasenartiger Strukturen gebildet, und in die Blasen werden üblicherweise saubere Pulverkristalldolomite eingefüllt. In den Blasen sind einige Restporen zu finden, während der Rand der Blase eine dunkelgraue Mikrithülle darstellt (Abb. 3e). Der Entstehungsprozess schaumlaminierter Thromboliten hängt mit der mikrobiellen Aktivität zusammen. Beim Abbau organischer Stoffe setzen Mikroorganismen CO2 frei. Wenn CO2 aus der Mikrobenmatte entweicht, bildet sich eine blasenartige Struktur, und aufgrund der Verkalkung von Mikroorganismen wird Calcit auf der Oberfläche der Blase ausgefällt, wodurch die Schaumlaminatstruktur entsteht29.

Makroskopische und mikroskopische Eigenschaften mikrobieller Carbonate in der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken. (a) Thromboliten, T2l43, Bohrloch LS-1, 5985,20 m; (b) verdichtete Mikrit-Thrombolite (DMT), T2l42, Bohrloch TS-1,5843,80 m; (c) porphyritische Mikrit-Thrombolite (PMT) (gelber Pfeil), T2l43, Bohrloch MJ-1, 6169,00 m; (d) Peloidal-aggutinierte Thromboliten (PAT), T2l43, Bohrloch YS-1, 6235,90 m; (e) Schaumlaminierte Thromboliten (FLT), T2l43, Bohrloch MJ-1, 6200,62 m; (f) Wellige Lamina in Stromatolithen, T2l43, Bohrloch LS-1, 5996,50 m; (g) Agglutinierte thrombolitische Stromatolithen (ATS) (gelber Pfeil), T2l43, Bohrloch YiS-1, 5886,80 m; (h) Laminierte feinkörnige agglutinierte Stromatolithen (LFAS) (gelber Pfeil), T2l43, Bohrloch YiS-1, 5891,28 m; (i) Spongiostromat-Stromatolithen (SS) (gelber Pfeil), T2l43, Bohrloch AF-1, 5706,70 m; (j) Skelettstromatolithen (SKS) (gelber Pfeil), T2l43, Bohrloch YiS-1, 5886,80 m; (k) Mikroritischer grobverzweigter Dendrolit (CBD), T2l43, Bohrloch YaS-1, 5776,73 m; (l) Elliptischer kugelförmiger konzentrischer laminierter Onkolith (CLO), T2l43, Bohrloch AF-1, 5703,72 m.

Auf der Mesoskala sind Stromatolithen durch die offensichtlichen laminaren Strukturen mit wellenförmigen Schichten und der abwechselnden Entwicklung heller und dunkler Schichten gekennzeichnet. Die Dicke eines einzelnen Wechsels beträgt etwa mehrere Millimeter (Abb. 3f). Dies weist darauf hin, dass Stromatolithen normalerweise in turbulenten Gewässern entstehen30. Wenn die Energie des Gewässers hoch ist, bilden sich aufgrund der häufigen Flüssigkeitszirkulation helle Schichten, die zu einer ausreichenden Zementierung von sauberem Calcit führen. Während bei niedrigem Wassergehalt dunkle Schichten dominieren, da die Flüssigkeitszirkulation begrenzt ist, können mikrobielle Strukturen gut erhalten bleiben. In den hellen Schichten sind in manchen Schichten eine Vielzahl gelöster Poren zu erkennen, die entlang der Schicht verteilt sind. Auf der Mikroskala werden hauptsächlich vier Arten von Stromatolithen entwickelt. (A), Agglutinierte thrombolitische Stromatolithen (ATS), die Übergangsstruktur von Thromboliten und Stromatolithen, bestehen hauptsächlich aus Thromboliten mit einer bestimmten Ausrichtung, und die Schichten sind nicht offensichtlich. Zwischen den Gerinnseln sind einige aufgelöste Poren zu finden, und die Direktionalität ist nicht stark (Abb. 3g). (B): Laminierte feinkörnige agglutinierte Stromatolithen (LFAS), deren dunkle Schichten unregelmäßig sind. Die Dicke der dunklen Blättchen liegt zwischen 0,05 und 0,1 mm, während die Dicke der hellen Blättchen mehr als 1 mm beträgt. Darin sind eine Vielzahl von Peloiden und einige Intraklasten gebunden (Abb. 3h). (C), Spongiostromat-Stromatolithen (SS), die Dicke der dunklen Schichten und der hellen Schichten ist weitgehend gleich. Die dunklen Schichten bestehen hauptsächlich aus Thrombolit, Mergel und Peloiden. Die hellen Schichten sind mit Pulverkristall-Dolomit verkittet und es sind orientierte gelöste Poren zu erkennen (Abb. 3i). (D), Skelettstromatolithen (SKS), die Dicke sowohl der hellen als auch der dunklen Schichten ist dünn, was auf die schnellen Änderungen der Wasserenergie hinweist. Die orientierten gelösten Poren entwickeln sich zwischen den Schichten (Abb. 3j). Die vier Arten von Stromatolithen zeigen, dass die Wasserenergie zwar im Vergleich zu den Thromboliten relativ hoch ist, die Häufigkeit der Wasserenergieänderungen dieser vier Arten jedoch unterschiedlich ist. Nach der Mikrostruktur sind die SKS die schnellsten, gefolgt von SS, LFAS und ATS.

Auf der Mesoskala sind Dendrolite üblicherweise dendritisch und strauchartig. Unter dem Mikroskop handelt es sich bei der Art der Dendrolite um mikritische grobverzweigte Dendrolite (CBD). Die Breite eines einzelnen Zweigs liegt zwischen 6 und 10 Mikrometern. Innerhalb der Zweige ist es mit hellgrauem Mikrit-Calcit oder Dolomit gefüllt, während die Oberfläche der Zweige dunkelgrau ist und aus Mergel besteht. Zwischen den Ästen befinden sich elliptische oder unregelmäßige Strukturen, die mit sauberem Calcit oder Dolomit gefüllte Kompartimente ähneln (Abb. 3k).

Onkoliten sind bei der Kernbeobachtung normalerweise nicht offensichtlich. Im mikroskopischen Maßstab handelt es sich bei den Onkolithen im Lei-4 meist um elliptische, kugelförmige, konzentrische, laminierte Onkolithen (CLO), die aus Kern und Hüllen bestehen. Die Größe der Onkoliten beträgt mehr als 2 mm. Die Mäntel sind konzentrische Laminierungen mit unregelmäßiger Form, die wahrscheinlich durch mikrobielle Aktivitäten beeinflusst werden, während der Kern aus Klumpen und Peloiden besteht (Abb. 3l).

Neben mikrobiellen Karbonaten werden im Lei-4 auch Kornstein, Gips und Kristallkarbonate entwickelt.

Grainstone im Lei-4 wird hauptsächlich im T2l43 entwickelt, einschließlich Miliolinid-Packstone, Intraklasten-Grainstone und Peloid-Packstone bis Grainstone. Mikroskopisch werden die Körner von Bioklasten dominiert, hauptsächlich benthischen Foraminiferen und einer kleinen Anzahl von Schalenfragmenten. Es sind auch wenige Peloide zu finden. Zwischenkörner sind mit mikritischem Calcit oder Dolomit gefüllt (Abb. 4a). Der Miliolinid-Packstein wird häufig in Lagunen mit geringer Energie entwickelt. Intraklasten-Kornsteine ​​werden von Intraklasten und einigen Peloiden dominiert. Das Innere der Intraklasten besteht hauptsächlich aus einheitlichem Mergel und gelegentlich Klumpen. Zwischen den Intraklasten entwickeln sich einige elliptische Peloide, die aus einheitlichem Mergel bestehen. In den Poren zwischen den Körnern sind spärlicher Calcit und Dolomit einzementiert. In einigen Abschnitten wurde eine geringe Anzahl intergranularer Poren und Risse beobachtet (Abb. 4b, c). Intraklasten-Kornstein wird häufig in Untiefen mit hoher Energie entwickelt. Peloid-Packstein und Kornstein haben Vorrang vor Peloiden und es werden einige Intraklasten entwickelt. Mikritischer Calcit und Dolomit sind zwischen den Peloiden vollständig gefüllt (Abb. 4d), im Teil des Sandstaubs als Chondren-Dolomitsplitter befindet sich eine kleine Menge intergranularer Poren. Der Peloid-Packstein und der Kornstein sind häufig mit dem Intraklasten-Kornstein verbunden und entwickeln sich in Lagunen und Untiefen6.

Makroskopische und mikroskopische Eigenschaften anderer Carbonate in der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken. (a) Miliolinid-Packstein, T2l43, Bohrloch YS-1,6127,39 m; (b) Intraclast Grainstone, T2l43, Bohrloch AF-1, 5695,88 m; (c) Intraklasten-Kornstein, T2l43, Bohrloch YaS-1, 5785,33 m; (d) Peloid Packstone zu Grainstone, T2l43, Bohrloch YaS-1, 5785,90 m; (e) Gips mit mikrobiell bedingten dunkelgrauen Fäden (gelber Pfeil), T2l43, Bohrloch AF-1, 5622,50 m; (f) Kristallpulver-Dolomit, T2l43, Bohrloch YaS-1, 5789,92 m.

Das Klima der Anis-Stufe war trocken, was zur Entwicklung des Gipses im T2l41 und T2l4211 führte. Die durchschnittliche Gipsdicke in einem einzelnen Bohrloch beträgt mehr als 200 m, während sie im T2l43 selten ist. Der Gips liegt als Lamina vor und es entwickelt sich darin reichlich dunkelgrauer, fadenförmiger, retikulärer, mikritischer Dolomit, was mit mikrobiellen Aktivitäten zusammenhängt (Abb. 4e). Gelegentlich finden sich auch peloidal agglutinierte Thromboliten. Gips der Lei-4 wird häufig in der gipshaltigen Lagune entwickelt6.

Kristallcarbonate im Lei-4 werden in mikritischen Calcit oder Dolomit und Kristallpulver-Dolomit unterteilt. Im Mikromaßstab entwickeln sich einige Peloide in mikritischem Calcit oder Dolomit und kommen hauptsächlich in der Lagune vor. Bei Kristallpulver-Dolomit liegt die Größe des Dolomits im Bereich von 0,02 bis 0,1 mm und die meisten von ihnen sind hypidiomorph oder xenomorph mit schmutziger Oberfläche (Abb. 4f). Es können verbleibende dichte mikritische Thrombolitstrukturen gefunden werden, was darauf hindeutet, dass das Kristallpulver-Dolomit durch die Rekristallisation von Thromboliten gebildet werden könnte. Kristallkarbonate des Lei-4 werden hauptsächlich in Lagunen und mikrobiellen Hügeln entwickelt.

Basierend auf der vertikalen Entwicklung mikrobieller Carbonate im Lei-4 können sechs Arten mikrobieller Mikrostrukturassoziationen (MSA) wie folgt klassifiziert werden.

MSA-1, das hauptsächlich in Stromatolith-Mikrobenhügeln entwickelt wird, besteht von unten nach oben aus CLO, PAT, PMT, ATS, SS und SKS (Abb. 5). Das MSA-1 im westlichen Sichuan-Becken wird im unteren Teil des T2l43 entwickelt und kommt hauptsächlich in den Bohrlöchern AF-1 und YS-1 vor (Abb. 6). Im Vergleich zu anderen MSA entwickelt sich MSA-1 häufig im unteren oder mittleren Teil des Zyklus vierter Ordnung, was darauf hindeutet, dass die Energie der Umgebung von MSA-1 niedrig bis mittel ist.

Merkmale der mikrobiellen Mikrostrukturassoziation in der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken.

Vertikale Entwicklung und horizontaler Vergleich der mikrobiellen Mikrostrukturassoziation in der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken.

MSA-2, das ebenfalls hauptsächlich in Stromatolith-Mikrobenhügeln entwickelt wird, besteht von unten nach oben aus DMT, PMT, PAT, LFAS und SS (Abb. 5). Das hauptsächlich in den Bohrlöchern AF-1, YS-1 und YaS-1 entwickelte MSA-2 ist im gesamten T2l43 zu finden (Abb. 6). Es entwickelt sich normalerweise im oberen Teil des Zyklus vierter Ordnung und zeigt die hohe Energie seiner Sedimentumgebung.

MSA-3, das im Stromatolith-Mikrobenhügel zu finden ist, besteht von unten nach oben aus PMT, PAT, FLT, LFAS, SS und SKS (Abb. 5). Das MSA-3 ist im gesamten T2l43 zu finden und wird hauptsächlich in den Bohrlöchern MJ-1, YaS-1 und YiS-1 entwickelt (Abb. 6). Das MSA-3 wird hauptsächlich im mittleren oder oberen Teil des Zyklus vierter Ordnung entwickelt, was darauf hindeutet, dass die Energie der Sedimentumgebung von MSA-3 mittel bis hoch ist.

MSA-4, das hauptsächlich in Thromboliten-Mikrobenhaufen entsteht, setzt sich von unten nach oben aus DMT, PMT, FLT und PAT zusammen (Abb. 5). MSA-4 ist im Untersuchungsgebiet mit Ausnahme von YS-1 weit verbreitet und kommt im gesamten T2l43 vor (Abb. 6). MSA-4 entwickelt sich normalerweise im mittleren und oberen Teil des Zyklus vierter Ordnung und zeigt die mittlere bis hohe Energie seiner Sedimentumgebung.

MSA-5 kommt hauptsächlich in mikrobiellen Ansammlungen von Thromboliten vor und besteht von unten nach oben aus DMT, PMT, CBD und PAT (Abb. 5). MSA-5 im Untersuchungsgebiet ist im unteren Teil von T2l43 in Bohrloch PZ-115 und im mittleren Teil von T2l43 in Bohrloch YaS-1 zu finden (Abb. 6). MSA-5 entwickelt sich hauptsächlich im untersten Teil des Zyklus vierter Ordnung, was darauf hindeutet, dass die Energie der Sedimentumgebung von MSA-5 im Vergleich zu den anderen am niedrigsten ist.

MSA-6, das ebenfalls hauptsächlich in Thromboliten-Mikrobenhaufen entsteht, setzt sich von unten nach oben aus PMT, PAT und FLT zusammen (Abb. 5). MSA-6 ist im Untersuchungsgebiet mit Ausnahme von AF-1, YS-1 und YaS-1 weit verbreitet und kann im mittleren und oberen Teil von T2l43 gefunden werden (Abb. 6). MSA-6 kommt häufig im unteren und mittleren Teil des Zyklus vierter Ordnung vor und zeigt die niedrige bis mittlere Energie seiner Sedimentumgebung.

Es ist offensichtlich, dass die Energie der Sedimentumgebung im T2l43 von niedrig bis hoch MSA-5, MSA-1, MSA-6, MSA-3, MSA-4 und MSA-2 beträgt.

Die Lithofazies der Lagune werden von mikritischem Calcit oder Dolomit und Kristallpulver-Dolomit dominiert. Die Meerwasserzirkulation der Lagune ist relativ blockiert, so dass die Wasserenergie schwach ist. Die Farbe der Karbonate in der Lagune ist dunkelgrau und es können einige Milioliniden-Foraminiferen und Muschelfragmente darin gefunden werden. Unter Verdunstungsbedingungen kam es zu einer Versalzung des Meerwassers, und im T2l41 und T2l42 entstanden eine Gipslagune und ein Salzsee mit einer Gesamtdicke von mehr als 300 m.

In den mikrobiellen Karbonaten im Untersuchungsgebiet ist viel Anhydrit zu finden, nicht nur in der Matrix, sondern auch zwischen Gerüsten, was zeigt, dass die mikrobiellen Karbonate im Lei-4 zu gipshaltigen mikrobiellen Karbonaten gehören (Abb. 3b). In modernen Beispielen werden gipshaltige mikrobielle Karbonate hauptsächlich im flachen Wasser von Thermalbecken, Verdunstungslagunen und Salzseen entwickelt, die durch kleine Hügel in der Morphologie gekennzeichnet sind31,32,33. Unter Berücksichtigung des Verdunstungsklimas in der Annie-Zeit bilden sich daher im Lei-4 mikrobielle Hügel. Die Mikrobenhügel im Untersuchungsgebiet sind in Thrombolit-Mikrobenhügel und Stromatolith-Mikrobenhügel unterteilt. Mikrobenhügel entwickeln sich hauptsächlich im oberen Teil des Zyklus vierter Ordnung, und basierend auf der obigen MSA-Analyse sind die Meerwasserzirkulation und die hydrodynamische Kraft des Stromatolith-Mikrobenhügels relativ stärker als die des Thrombolit-Mikrobenhügels.

Die Lithofazien von Untiefen werden von Miliolinid-Granstein, Intraklasten-Granstein und Peloid-Granstein dominiert. Die Meerwasserzirkulation von Untiefen wird nicht blockiert, so dass die Wasserenergie stark ist. Die Farbe der Karbonate in der Lagune ist hellgrau und es sind viele Peloide und mikrobielle Verwandtekörner darin zu finden. Untiefen im T2l43 sind normalerweise mit mikrobiellen Hügeln verbunden.

In der Mitteltrias veränderte sich das tektonische System des Jangtse-Blocks von der Ausdehnung zur Kompression, und in den westlichen und zentralen Sichuan-Gebieten bildeten sich die Unterwasser-Paläo-Hebungen des Longmenshan-Gebirges, Luzhou und Kaijiang. Mit der allmählichen Verstärkung der Extrusion wurde die Unterwasser-Paläo-Hebung von Luzhou und Kaijiang im zentralen Sichuan-Becken allmählich angehoben, und die Paläo-Hebung wurde während der Ablagerung von Lei-4 an die Oberfläche freigelegt. Daher wird die eingeschränkte Plattform im westlichen Sichuan-Becken entwickelt. Aufgrund des trockenen Paläoklimas ist das Meerwasser in begrenzten Plattformen manchmal starker Verdunstung ausgesetzt, was zur Bildung von reichlich Gips und gipshaltigen mikrobiellen Karbonaten führte.

Aufgrund der Verdunstungsumgebung bildet sich in den Lagunen des Lei-4, die parallel zur Küstenlinie verlaufen, eine große Anzahl punktförmiger oder blattförmiger mikrobieller Hügel kleinerer Größe. Darüber hinaus entwickelt sich der Kornstein häufig auf den mikrobiellen Karbonaten, was darauf hindeutet, dass sich die Untiefen auf oder um die Hügel herum entwickelt haben (Abb. 6). Die petrologischen Eigenschaften des Lei-4 im Feldabschnitt (hauptsächlich im Hanwang-Abschnitt in Mianzhu und im Gaodiancun-Abschnitt in Dayi) weisen darauf hin, dass sich die blattartigen Untiefen im Westen des Untersuchungsgebiets entwickeln, das ebenfalls parallel zur Küstenlinie verläuft.

Offensichtlich wurde im Untersuchungsgebiet eine begrenzte Plattform entwickelt, und die Sedimentflächen sind Lagune (Zigeunerlagune oder Salzsee unter Verdunstungsbedingungen), mikrobielle Hügel, Untiefen, innere Plattformuntiefen und offenes Meer von Osten nach Westen (Abb. 7). ).

Sedimentmodell der Leikoupo-Formation im westlichen Sichuan-Becken.

Die mikrobielle Mikrostruktur beeinflusst nicht nur die Porenentwicklung mikrobieller Carbonatreservoirs, sondern auch die Diagenese mikrobieller Carbonatreservoirs des Lei-4.

Die Porenentwicklung ist für die Bildung mikrobieller Carbonatreservoirs von großer Bedeutung. Mikrobielle Carbonate unterscheiden sich von normalen Carbonaten dadurch, dass mikrobielle Aktivitäten einen großen Einfluss auf die Sedimentstruktur haben. Mikrobielle Karbonate zeichnen sich in der Regel durch unregelmäßige Sedimentstrukturen, vielfältige Typen und komplexe Strukturen aus. Die gleiche makroskopische Sedimentstruktur, aber die mikroskopische Sedimentstruktur ist ganz anders. Beispielsweise können Thromboliten in dichte Mikrit-Thromboliten (DMT), porphyritische Mikrit-Thromboliten (PMT), peloidal-aggutinierte Thromboliten (PAT) und schaumlaminierte Thromboliten (FLT) unterteilt werden. Stromatolithen werden in agglutinierte thrombolitische Stromatolithen (ATS), laminierte feinkörnige agglutinierte Stromatolithen (LFAS), Spongiostromat-Stromatolithen (SS) und Skelett-Stromatolithen (SKS) unterteilt. Unterschiedliche Mikrostrukturen bestimmen nicht nur die Stärke des Verdichtungswiderstands, sondern beeinflussen auch die Zirkulation der diagenetischen Flüssigkeit, insbesondere im frühen diagenetischen Stadium, und beeinflussen somit die Stärke der Zementierung und Auflösung.

Die Diagenese mikrobieller Carbonate hängt eng mit ihren Sedimentstrukturen zusammen. Einerseits weist die Sedimentstruktur mikrobieller Karbonate auf unterschiedliche Sedimentumgebungen hin, und die Sedimentumgebung und die Sedimentgeomorphologie beeinflussen nicht nur die Arten mikrobieller Strukturen und das Verbreitungsmaßstab mikrobieller Karbonatgesteine30,34,35, sondern bestimmen auch die diagenetische Umgebung von mikrobiellen Carbonaten im frühen diagenetischen Stadium. Es beeinflusst die Bildung, Transformation, Größe und Verteilung von Poren36,37,38,39. Andererseits werden mikrobielle Karbonate durch mikrobielles Einfangen und Binden von Mergel und feinkörnigem Schutt gebildet2,3. Dabei sorgt die mikrobielle Mineralisierung dafür, dass mikrobielle Carbonate im sedimentären oder frühen diagenetischen Stadium einen gewissen Verdichtungswiderstand erlangen, der eng mit ihrer Sedimentstruktur zusammenhängt. Beispielsweise ist der Verdichtungswiderstand von Thromboliten in der Ablagerungsperiode stärker als der von Stromatolithen. Darüber hinaus weisen unterschiedliche Sedimentstrukturen im diagenetischen Stadium eine unterschiedliche Flüssigkeitszirkulationskapazität auf, was sich auf die Stärke der Zementierung und Auflösung auswirkt. Beispielsweise sind in der Thrombolit-bezogenen Struktur normalerweise Gerüstporen ausgebildet. Aufgrund der Unsicherheit und Vielfalt der Gerinnselform sind die Poren unregelmäßig und erscheinen oft als isolierte große Poren, was darauf hindeutet, dass die Flüssigkeitszirkulationskapazität begrenzt ist und die mehrstufige Zementierung des ursprünglichen Meerwassers in den ursprünglichen Poren stattgefunden hat. Während der Stromatolith-ähnlichen Struktur entwickelten sich Poren entlang der gewellten Lamina, was darauf hindeutet, dass die Flüssigkeitszirkulation stark ist und Auflösung und Zementierung nicht beeinträchtigt werden.

Obwohl die Makrostrukturen gleich sind, variiert die Stärke der Diagenese in verschiedenen Mikrostrukturen mikrobieller Carbonate stark. Beispielsweise entwickelten sich bei den vier Arten von Thromboliten in DMT große isolierte Poren zwischen Gerinnseln, und in Gerinnseln konnten nur wenige Mikroporen beobachtet werden, was auf den starken Verdichtungswiderstand während der frühen diagenetischen Phase hinweist (Abb. 1a). Während bei der PAT die Größe der Poren zwischen den Gerinnseln klein ist und die Gerinnsel dicht gepackt sind, was darauf hinweist, dass der Verdichtungswiderstand in der frühen diagenetischen Phase schwach ist (Abb. 1b). Darüber hinaus variiert auch die Diagenese in Stromatolithen mit unterschiedlicher Mikrostruktur. Bei LFAS sind die ursprünglichen Poren nahezu voll mit Mehrfachzementierung (Abb. 1c). Während sich in den hellen Schichten von SKS eine große Anzahl gelöster Poren entwickelt (Abb. 1d).

Offensichtlich erfahren unterschiedliche Mikrostrukturen mikrobieller Carbonate normalerweise eine unterschiedliche Auflösungs- und Zementierungsstärke. In modernen Studien diskutieren Wissenschaftler jedoch hauptsächlich die Ursachen der diagenetischen Evolution und Reservoirbildung durch die makroskopischen Strukturen mikrobieller Carbonate. In zukünftigen Forschungen ist es für die Erforschung mikrobieller Carbonatreservoirs sehr wichtig, mehr und tiefergehende Studien zu den Unterschieden in der Sedimentumgebung, der Porenstruktur und der Diagenese verschiedener mikrobieller Carbonate durchzuführen.

Mikrobielle Karbonate von T2l43 im westlichen Sichuan-Becken werden in Thromboliten, Stromatolithen, Dendroliten und Onkoliten unterteilt. Die beiden Arten mikrobieller Carbonate, Thromboliten und Stromatolithen, werden aufgrund der Unterschiede in der Mikrostruktur in acht Typen unterteilt.

Sechs Arten der mikrobiellen Mikrostrukturassoziation (MSA) werden klassifiziert und entwickeln sich hauptsächlich in mikrobiellen Hügeln. Die Energie der Sedimentumgebung und ihre hydrodynamischen Bedingungen betragen von niedrig bis hoch MSA-5, MSA-1, MSA-6, MSA-3, MSA-4 und MSA-2.

Eine eingeschränkte Plattform wurde in T2l43 im westlichen Sichuan-Becken entwickelt, und die Sedimentflächen sind Lagune (Zigeunerlagune oder Salzsee unter Verdunstungsbedingungen), mikrobielle Hügel, Untiefen, innere Plattformuntiefen und offenes Meer von Osten nach Westen.

Mikrobielle Mikrostrukturen beeinflussen nicht nur die Porenentwicklung mikrobieller Carbonat-Reservoirs, sondern auch die Diagenese mikrobieller Carbonat-Reservoirs des Lei-4.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

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Die Autoren möchten dem Ministerium für Geowissenschaften, dem Ministerium für natürliche Ressourcen und der städtischen Bildungskommission von Chongqing danken. Die finanzielle Unterstützung für die Forschung erfolgte durch die Gemeinsamen Mittel des Ministeriums für Geowissenschaften (U19B6003), die Offenen Mittel des Schlüssellabors für Sedimentbecken und Erdölressourcen des Ministeriums für Natürliche Ressourcen (cdcgs2022005) und das Wissenschafts- und Technologieforschungsprojekt von Chongqing Bildungskommission (KJQN202201411) und Kooperationsprojekte zwischen Bachelor-Universitäten in Chongqing und Instituten der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (HZ2021014).

School of Electronic Information and Engineering, Yangtze Normal University, Chongqing, China

Yuanchong Wang

Schlüssellabor für optoelektronische Mikro-Nano-Geräte und intelligente Wahrnehmungssysteme, Yangtze Normal University, Chongqing, China

Yuanchong Wang

Schlüssellabor für Sedimentbecken und Öl- und Gasressourcen, Ministerium für natürliche Ressourcen, Chengdu, China

Yuanchong Wang

School of Earth and Space Sciences, Universität Peking, Peking, 100871, China

Kaibo Shi & Bo Liu

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Wang YC schrieb den Haupttext des Manuskripts. Shi KB und Liu B. lieferten die Idee zu dem Papier. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Kaibo Shi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Wang, Y., Shi, K. & Liu, B. Sedimentstrukturen mikrobieller Carbonate im vierten Mitglied der mittleren Trias-Leikoupo-Formation, westliches Sichuan-Becken, China. Sci Rep 13, 2300 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28211-0

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Eingegangen: 31. August 2022

Angenommen: 16. Januar 2023

Veröffentlicht: 09. Februar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28211-0

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