基于縫洞方解石包裹體測(cè)試分析塔北輪南地區(qū)奧陶系古巖溶期次及環(huán)境

淡永，梁彬，曹建文，張慶玉

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西桂林541004；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059；3.國(guó)土資源部/廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004）

基于縫洞方解石包裹體測(cè)試分析塔北輪南地區(qū)奧陶系古巖溶期次及環(huán)境

淡永1，2，梁彬1，3，曹建文1，3，張慶玉1，3

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西桂林541004；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059；3.國(guó)土資源部/廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004）

塔里木盆地輪南地區(qū)奧陶系巖溶縫洞發(fā)育，但多期水-巖作用對(duì)縫洞改造復(fù)雜?；谳喣系貐^(qū)巖溶縫洞方解石包裹體測(cè)試，總結(jié)了該地區(qū)包裹體的物理、化學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)輪南地區(qū)以單液相、氣液兩相包裹體為主，并按包裹體鹽度-均一溫度將氣液兩相包裹體劃分為6類不同成因類型包裹體。結(jié)合埋藏史分析，認(rèn)為輪南地區(qū)上述包裹體可能形成于4期巖溶作用階段，包括表生期暴露淡水巖溶、淺埋藏巖溶、中埋藏巖溶及深埋藏巖溶。以上研究為判斷輪南地區(qū)奧陶系風(fēng)化殼巖溶縫洞形成后，埋藏階段多期水-巖作用對(duì)縫洞的改造效應(yīng)提供依據(jù)。

輪南古潛山；鷹山組；埋藏巖溶；均一溫度；埋藏史；巖溶作用

近年來(lái)，塔里木盆地輪南地區(qū)在埋藏深度大于5 000 m的奧陶系碳酸鹽巖中發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)巖溶縫洞型儲(chǔ)集層。普遍研究認(rèn)為主要受控于加里東-海西暴露期大氣淡水巖溶作用［1-2］，自風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層形成后，又經(jīng)歷了長(zhǎng)期埋藏過(guò)程中巖溶作用的疊加與改造，多期次水-巖相互作用造成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育分布規(guī)律變得十分復(fù)雜［3-4］。因此深入研究古巖溶作用及對(duì)儲(chǔ)層的改造，對(duì)指導(dǎo)該地區(qū)碳酸鹽巖油氣勘探具重要實(shí)際意義。古巖溶縫洞充填物是巖溶綜合作用的產(chǎn)物，保留了古巖溶作用過(guò)程的環(huán)境信息［5-8］。通過(guò)對(duì)充填物研究可判別古巖溶作用環(huán)境、認(rèn)識(shí)古巖溶作用期次。前人對(duì)輪南地區(qū)風(fēng)化殼巖溶作用及對(duì)儲(chǔ)層形成的控制研究較成熟［1-4］，對(duì)埋藏后深部巖溶作用研究較欠缺，僅部分學(xué)者通過(guò)充填物地球化學(xué)的研究［9］，大致推斷了輪南地區(qū)奧陶系不同埋藏環(huán)境下發(fā)生的巖溶作用。與西南部塔河油田相比［10-14］，輪南地區(qū)明顯缺少埋藏后古巖溶期次判斷及每期巖溶流體溫度、鹽度等環(huán)境信息。因此，在輪南地區(qū)采樣，通過(guò)縫洞方解石包裹體測(cè)試分析，總結(jié)輪南地區(qū)包裹體物理、化學(xué)特征，分析該地區(qū)古巖溶作用期次及環(huán)境信息，以此促進(jìn)該地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層空間發(fā)育演化機(jī)理及儲(chǔ)層分布規(guī)律研究［15］。

1 地質(zhì)背景

輪南地區(qū)位于塔北隆起輪南低凸起中部地區(qū)（圖1）［16］，奧陶系古潛山是加里東期和海西早期多期次構(gòu)造作用的結(jié)果。多次暴露、埋藏，造成奧陶系碳酸鹽巖多期、多形式的溶解與充填［1-4］，形成了疊加的古風(fēng)化殼型巖溶儲(chǔ)層，而充填物記錄了這一過(guò)程。輪南地區(qū)充填物種類多樣［9］，本次重點(diǎn)選擇縫洞方解石進(jìn)行研究。輪南地區(qū)奧陶系風(fēng)化殼，其上覆地層為三疊系或石炭系，普遍缺失志留—二疊系。古風(fēng)化殼地層自北西向南東分布為：奧陶系中下統(tǒng)鷹山組、中統(tǒng)一間房組及上統(tǒng)吐木休克組、良里塔格組桑塔木組。其中，奧陶系鷹山組、一間房組為風(fēng)化殼主體地層，也是輪南主要碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)層（圖1）［1-4］。

2 樣品與測(cè)試

研究樣品主要取自輪南低隆起奧陶系鷹山組、一間房組碳酸鹽巖地層。樣品類型包括:碳酸鹽巖溶蝕孔洞中充填的方解石及裂縫中充填方解石，這些充填物半充填或全充填于縫洞中，有的與鈣質(zhì)泥巖充填物伴生，取樣井主要分布在輪南潛山區(qū)（圖1）。取樣深度主要考慮在風(fēng)化殼面及其下150 m內(nèi)，共計(jì)取樣9口井，11塊（表1）。選擇有代表性的方解石包裹體350個(gè)，選用英國(guó)Linkam公司THMSG600型冷熱臺(tái)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試由國(guó)土資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成。

圖1 輪南地區(qū)取樣井及前石炭紀(jì)地質(zhì)略圖Fig.1 The location of wells and pre-carboniferous paleogeologicmapofLunnanareain theTarimBasin

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 包裹體物理特征

方解石中，盧煥章等研究認(rèn)為其所含包裹體以原生包裹體為主［15-17］。因此，本次測(cè)試結(jié)果不作原生、次生區(qū)分，均視為原生包裹體。測(cè)試結(jié)果顯示，室溫下包裹體主要是以單液相存在為主，僅有部分為氣液兩相（表1）。單液相包裹體個(gè)體形態(tài)以米粒狀、小菱形、長(zhǎng)方形為主，顯微鏡下無(wú)色透明，大小2～15 μm，一般小于氣液兩相包裹體。在方解石晶體中呈自由分散、小群狀及沿微裂隙分布（圖2-a）。除1、9、11號(hào)樣外，其余樣品單液相包裹體占包裹體總數(shù)的60%以上，出現(xiàn)這種現(xiàn)象原因有多種：測(cè)試過(guò)程中包裹體氣相泄漏及可能包裹體在溫度小于50℃環(huán)境形成，這種低溫環(huán)境下不會(huì)產(chǎn)生氣相包裹體［19-20］。

表1 輪南地區(qū)方解石中包裹體物理特征Table 1 The physical features of calcite inclusion of filling minerals in Ordovician palaeokarst in Lunnan area

圖2 包裹體形態(tài)與分布特征Fig.2 The shape and distribution of mineral calcite inclusion features in Ordovician palaeokarst in Lunnan area

氣液兩相包裹體以菱形、長(zhǎng)方形、多邊形為主，顯微鏡下無(wú)色透明，大小3～20 μm，在晶體中呈自由分散、小群狀及沿微裂隙分布（圖2-b）。部分樣中除發(fā)現(xiàn)單液相和氣液相鹽水包裹體外，偶見(jiàn)少量液相烴、氣相烴和氣液二相有機(jī)烴及含烴質(zhì)多相包裹體，多呈褐色、黃棕色，大小3～15 μm。

3.2 氣液兩相鹽水包裹體化學(xué)特征

氣液兩相鹽水包裹體鹽度、冰點(diǎn)溫度和初溶溫度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

（1）鹽度分布圖表明（圖3），輪南地區(qū)鹽度跨度較大，w（NaCl）為1.7%～21.6%，說(shuō)明本區(qū)巖溶流體性質(zhì)變化較大。分地區(qū)看，位于輪古西斜坡的TG42、TG154、TG901、TG902、TG903，包裹體鹽度存在差異。即使是該地區(qū)同一口井如TG42鹽度也存在明顯差異。TG42氣液1w（NaCl）為3.4%～4.2%，氣液2w（NaCl）高達(dá)17.3%～17.6%。輪古中部和東部斜坡也有差異，表明該區(qū)受不同期次巖溶流體影響。

（2）整體上按鹽度高低可把輪南地區(qū)包裹體分為3類：低鹽度包裹體，w（NaCl）為2%～7%，以TG42、TG902、TN1-H1及TG381為代表，相應(yīng)冰點(diǎn)溫度為-4.5℃～-1.0℃，初溶溫度-42℃～-20.5℃，屬NaCl-H2O化學(xué)體系；中鹽度包裹體8%～14%，以TG901、TN62為代表，相應(yīng)冰點(diǎn)溫度為-12.0℃～-5.0℃，初溶溫度-50℃～-42℃，屬Ca-CL2-H2O、NaCl-CaCl2-H2O及NaCl-MgCl2-H2O化學(xué)體系。據(jù)Mafia研究，化學(xué)體系變化與體系中離子變化有關(guān)［20］，表明該類包裹體流體中Ca（Mg）離子是重要組分。高鹽度包裹體鹽度15%～22%，以TG154、TG903、TN11為代表，相應(yīng)冰點(diǎn)溫度為-20.8℃～-13.0℃，初溶溫度-56℃～-51℃，屬CaCl2-H2O及NaCl-CaCl2-H2O化學(xué)體系。表明該類包裹體流體中Ca離子是重要組分。其中低鹽度及高鹽度包裹體明顯高于中鹽度包裹體數(shù)。

圖3 輪南地區(qū)氣液兩相鹽水包裹體鹽度分布特征Fig.3 The calcite inclusion concentration of filling minerals in Ordovician palaeokarst in Lunnan area

表2 輪南地區(qū)奧陶系方解石氣液兩相鹽水包裹體化學(xué)特征Table 2 The filled mineral calcite inclusion chemical features of Ordovician palaeokarst in Lunnan area

表3 輪南地區(qū)氣液兩相鹽水包裹體均一溫度特征Table3 Calcite inclusion homogenization temperature of Ordovician palaeokarst in Lunnan area

3.3 氣液兩相鹽水包裹體均一溫度

輪南地區(qū)奧陶系氣液兩相鹽水包裹體測(cè)溫范圍60℃～150℃，不同鉆井奧陶系包裹體溫度有差異（表3），如相鄰的TG41、TG42，最高包裹體均一溫度分別為105℃、138℃。同一鉆井不同氣液相包裹體之間也存在差異，如TG42氣液相1與氣液相2包裹體均一溫度分別為90℃～105℃、80℃～90℃，處在不同溫度段（表3），表明輪南地區(qū)奧陶系經(jīng)歷了不同溫度下多期巖溶充填。

圖4 輪南地區(qū)氣液兩相鹽水包裹體均一溫度分布特征Fig.4 The distribution feature of calcite inclusion homogenization temperature in Lunnan area

均一溫度分布圖顯示，3個(gè)溫度段是包裹體主要形成期（圖4）：①60℃～85℃段。包裹體形成主峰溫度為81℃～85℃；②85℃～95℃段。包裹體形成主峰溫度為91℃～95℃，前兩溫度段是包裹體形成的主要時(shí)期，也是巖溶充填的主要時(shí)期；③95℃～115℃段。此溫度段包裹體形成少于前兩段，但在110℃～115℃包裹體形成有突然增加的過(guò)程，反映一期較弱的巖溶充填過(guò)程。本次測(cè)試結(jié)果顯示未見(jiàn)異常高溫包裹體，最高溫為150℃，該類包裹體數(shù)量較少，可能與樣品較少及取樣位置有關(guān)。前人研究認(rèn)為，輪南西南部塔河油田氣液兩相鹽水包裹體均一溫度最高溫可達(dá)200℃（表3）［4，12，13］，說(shuō)明本區(qū)存在異常高溫流體的可能。

圖5 輪南地區(qū)氣液兩相鹽水包裹體鹽度-均一溫度交匯圖Fig.5 The Intersection map of homogenization temperature and concentration of calcite inclusion in Lunnan area

從鹽度-均一溫度交匯圖看（圖5），二者相關(guān)性較差，低鹽度段均一溫度為65℃～100℃，而中鹽度包裹體均一溫度為85℃～90℃，高鹽度包裹體溫度為60℃～120℃。總體上研究區(qū)可分為6類不同性質(zhì)流體成因包裹體：①低溫低鹽度包裹體。均一溫度為60℃～85℃，w（NaCl）為2%～7%，相應(yīng)冰點(diǎn)溫度為-4.5℃～-1.0℃，初溶溫度-42℃～-20.5℃，屬NaCl-H2O化學(xué)體系；②低溫高鹽度包裹體。均一溫度為60℃～85℃，鹽度為15%～22%，相應(yīng)冰點(diǎn)溫度為-20.8℃～-13.0℃，初溶溫度-56℃～-51℃，屬CaCl2-H2O及NaCl-CaCl2-H2O化學(xué)體系；③中溫低鹽度包裹體；④中溫中鹽度包裹體；⑤中溫高鹽度包裹體。上述3類成因包裹體均一溫度均在85℃～95℃，但w（NaCl）值從2%～7%逐漸變?yōu)?5%～22%，相應(yīng)冰點(diǎn)溫度從-4.5℃～-1.0℃變?yōu)?20.8℃～-13.0℃，化學(xué)體系從NaCl-H2O體系逐漸變?yōu)镃aCl2-H2O及NaCl-Ca-Cl2-H2O化學(xué)體系；⑥高溫高鹽度包裹體，包裹體形成溫度95℃～115℃，甚至更高，鹽度為15%～22%，相應(yīng)冰點(diǎn)溫度-20.8℃～-13.0℃，初溶溫度-56℃～-51℃，屬CaCl2-H2O及NaCl-CaCl2-H2O化學(xué)體系。

4 討論

（1）大量分布的單液相包裹體形成原因較多，基于研究區(qū)方解石晶體中大量存在自由分布的單液相包裹體，可推測(cè)至少存在部分單液相包裹體，是在小于50℃的低溫環(huán)境中形成，這些包裹體屬加里東期或海西期奧陶系暴露表生期形成，代表了碳酸鹽巖淡水巖溶環(huán)境（表4）。

（2）關(guān)于輪南低隆起古地?zé)崽荻?，金奎?lì)等做過(guò)專項(xiàng)研究［20］。結(jié)果表明，該區(qū)總體古地溫梯度較低，且隆起區(qū)高于坳陷區(qū)，介于2.0℃/100 m～2.5℃/100 m。為簡(jiǎn)化計(jì)算，隆起區(qū)古地溫梯度取2.5℃/100 m。地表溫度取20℃，把3個(gè)包裹體形成溫度段進(jìn)行計(jì)算推測(cè)，除上述表生期環(huán)境外，還存在淺埋藏巖溶環(huán)境（1 600～2 600 m）、中埋藏巖溶環(huán)境（2 600～4 000 m）及深埋藏巖溶環(huán)境（大于4 000 m），對(duì)于高溫?zé)嵋簬r溶，前已論述，本次取樣并未發(fā)現(xiàn)。據(jù)塔河油田資料［13］，本地區(qū)可能存在，但分布受局限，不具普遍性。

表4 輪南地區(qū)包裹體類型及形成古巖溶環(huán)境Table 4 Calcite Inclusion type and the paleaokarst environment in Lunnan area

（3）早埋藏巖溶，是研究區(qū)繼加里東或海西早期大規(guī)模風(fēng)化殼淡水巖溶后的一次較大巖溶。隨埋藏深度增加，上覆石炭系不斷沉積，地層壓力增大，地層溫度從60℃逐漸增加到85℃，巖溶流體性質(zhì)有較大變化，主要表現(xiàn)在鹽度上從低鹽度2%～7%快速變到15%～22%，流體化學(xué)體系從NaCL-H2O變?yōu)镹aCL-CaCL2-H2O化學(xué)體系。分析原因可能是在淺埋藏環(huán)境下，上覆石炭系頁(yè)巖中硫酸菌還原釋放有機(jī)酸，使下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖再次巖溶，形成大量鈣離子或鎂離子，造成流體環(huán)境化學(xué)體系的改變及鹽度值相應(yīng)增大，同時(shí)造成新空隙的形成及舊空隙的部分充填。中埋藏巖溶，隨埋深增加，溫度變?yōu)?5～95℃，鹽度值也再度增加，從中溫低鹽度-中鹽度-高鹽度變化，化學(xué)體系主要為NaCl-CaCl2-H2O及NaCl-MgCl2-H2O體系。最后一期次較大規(guī)模巖溶，研究區(qū)處于深埋藏階段，溫度在110℃～115℃，鹽度值也較高為15%～22%，流體化學(xué)體系為NaCl-Ca-Cl2-H2O或CaCl2-H2O化學(xué)體系。

5 結(jié)論

（1）輪南地區(qū)奧陶系方解石包裹體類型以單液相、氣液兩相包裹體居多，部分包裹體中含氣相或液相烴，包裹體形狀多樣，以在晶體中自由狀、小群狀及沿微裂隙分布為主。

（2）按鹽度-均一溫度劃分，研究區(qū)氣液兩相包裹體分為6類包裹體：低溫低鹽度包裹體、低溫高鹽度包裹體、中溫低鹽度包裹體、中溫中鹽度包裹體、中溫高鹽度包裹體及高溫高鹽度包裹體。

（3）結(jié)合輪南地區(qū)埋藏史資料，奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)歷了4期古巖溶作用：表生期淡水巖溶、淺埋藏巖溶、中埋藏巖溶及深埋藏巖溶。

（4）各巖溶期流體環(huán)境各不相同，形成的流體包裹體也不同。部分單液相包裹體形成于暴露淡水巖溶環(huán)境，低溫低鹽度及低溫高鹽度包裹體形成于淺埋藏巖溶環(huán)境，中溫低鹽度-中鹽度-高鹽度包裹體形成于中埋藏巖溶環(huán)境，高溫高鹽度包裹體深埋藏巖溶環(huán)境。

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Analysis of Palaeokarst Periods and its Environmental in Lunnan Ordovician of Tarim Basin:From Fluid Inclusion Test of Calcite in Fracture or Vug

Dan Yong1，2，Liang Bin1，3，Cao Jianwen1，3，Zhang Qingyu1，3
（1.Institute of karst Geology，CAGS，Guilin，Guangxi，541004，China；2.Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan，610059，China；3.Karst Dynamics Laboratory，MTR&GZAR，Guilin，Guangxi，541004，China）

It is widely development that palaeokarst fracture-vug are in the Ordovician in Lunnan area of Tarim Basin，but palaeokarst fracture-vug reconstruucted intricately by multi-period water-rock interaction later.Based on the test of calcite inclusion in karst fracture-vug in Lunnan area，the physical and chemical characteristics of inclusions are summarized.It is found that single liquid phase and gas-liquid phase inclusions are mainly inclusions in Lunnan area.According to homogenization temperature and concentration of calcite inclusion，gas-liquid phase inclusions are divided into six different genetic types of inclusions.Finally，combined with burial history analysis of Lunnan area，it is suggested inclusions mentioned above may be formed during four period karstification stage，including the supergene period of exposure to fresh water karst，shallow buried karst，medium buried karst and depth buried karst.These research results can provide evidence for reservoir reconstruction during burial stage，which are by multi-period water-rock interaction，after Ordovician weathering crust palaeokarst fracture-vug formed in Lunnan area.

Lunnan buried hill；Yingshan Formation；The buried karst；Homogenization temperature；Burial History；Karstification

1000-8845（2015）01-95-06

P534.42；P578.6+1

A

項(xiàng)目資助：國(guó)家自然基金青年基金（41302122）、973計(jì)劃項(xiàng)目（2011CB201001）、國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201211082），所控項(xiàng)目（201305）共同資助

2014-03-12；

2014-04-28；作者E-mail：danyong@karst.ac.cn

淡永，男（1986-），四川內(nèi)江人，成都理工大學(xué)在讀博士，助理研究員，從事古巖溶油氣地質(zhì)研究