塔里木盆地順南501井鷹山組白云巖儲(chǔ)層特征與成因

尤東華，韓俊，胡文瑄，陳強(qiáng)路，曹自成，席斌斌，魯子野

1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023 2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫 214126 3.中國(guó)石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，烏魯木齊 830011 4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)能源學(xué)院，武漢 430074

諸多學(xué)者針對(duì)塔里木盆地白云巖開(kāi)展了白云巖成因與白云石化模式[1-4]、白云巖儲(chǔ)層成因[5-7]研究，其中與熱液成因[8-9]以及熱液蝕變相關(guān)的白云巖[10]與白云巖儲(chǔ)層[6,11-13]是研究重點(diǎn)之一，以鞍狀白云石、石英等熱液礦物組合作為重要鑒別標(biāo)志，并提供了相關(guān)的巖石學(xué)、地球化學(xué)證據(jù)。熱液成因螢石作為深部熱液流體活動(dòng)的標(biāo)志之一，已有的文獻(xiàn)報(bào)道主要集中于奧陶系灰?guī)r地層，如塔中45井、西克爾露頭剖面[14-18]。塔里木盆地奧陶系白云巖中熱液螢石及相關(guān)白云巖儲(chǔ)層的研究鮮有報(bào)道。

近幾年，在塔里木盆地塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶以北的順南地區(qū)取得重大天然氣勘探突破[19-20]。天然氣主要集中在鷹山組下段白云巖儲(chǔ)層(順南5井區(qū)、順南6井、順南7井)、鷹山組上段熱液蝕變型裂縫—孔洞型/孔隙型硅化巖儲(chǔ)層(如順南4井、順南401井)、一間房組裂縫—孔隙型灰?guī)r儲(chǔ)層(順南1井、順南7井)。其中，鷹山組下段白云巖儲(chǔ)層的特征以及成因一直以來(lái)困擾著研究人員。在鉆井、錄井、測(cè)井過(guò)程均存在顯著的儲(chǔ)層響應(yīng)特征，如泥漿的漏失、氣測(cè)異常、天然氣產(chǎn)出，但取芯資料基本未見(jiàn)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。目前，僅在順南501井取芯段巖石樣品的顯微薄片中見(jiàn)到少量裂縫與孔隙。因此，對(duì)鷹山組下段白云巖儲(chǔ)層的成因與發(fā)育機(jī)制存在多種猜測(cè)，主要包括有利巖相與埋藏白云石化作用的控儲(chǔ)機(jī)制[21-23]、構(gòu)造—熱液成因機(jī)制[13,24-25]、受(高頻)層序界面控制的巖溶儲(chǔ)層機(jī)制[26-28]。對(duì)白云巖儲(chǔ)層特征與成因認(rèn)識(shí)的不確定性制約了該地區(qū)在鷹山組下段以及蓬萊壩組的進(jìn)一步勘探部署。受鉆孔巖芯資料的制約，本文以順南501井為例，通過(guò)巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間表征與地球化學(xué)分析探討儲(chǔ)層成因，為該地區(qū)白云巖儲(chǔ)層成因機(jī)制的建立提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地順南地區(qū)位于古城墟低隆起西側(cè)，南以塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶為界，與卡塔克隆起相鄰，北接滿(mǎn)加爾坳陷，西為順托果勒低隆起(圖1)。區(qū)內(nèi)油氣勘探的主要目的層位于中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層。中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖頂面總體表現(xiàn)為東南高、西北低[20]。

寒武紀(jì)至早中奧陶世在弱伸展的構(gòu)造背景下，塔里木盆地表現(xiàn)為“東西分異、東盆西臺(tái)”的沉積格局[29-30]。在臺(tái)地相區(qū)沉積了巨厚的碳酸鹽巖地層。順南地區(qū)位于臺(tái)地邊緣相以西的碳酸鹽巖臺(tái)地相區(qū)。寒武系地層以白云巖和蒸發(fā)巖為主要巖性。中下奧陶統(tǒng)地層自下而上依次為蓬萊壩組(以白云巖為主要特征)、鷹山組(下段以灰?guī)r夾白云巖為主，上段以灰?guī)r為主)、一間房組(藻灰?guī)r、藻粘結(jié)灰?guī)r為主)。

中奧陶世末受加里東中期Ⅰ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，沉積盆地從“東西分異”向“南北分帶”轉(zhuǎn)化[29-31]。塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶形成，且卡塔克隆起區(qū)一間房組與鷹山組遭受剝蝕。晚奧陶世早期受全球海平面上升的影響，沿塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶形成良里塔格組礁灘相臺(tái)地邊緣建造，而塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶以北地區(qū)以深水斜坡(恰爾巴克組)—盆地相沉積為特征[32-33]。晚奧陶世晚期受塔里木南緣板塊碰撞的影響，盆地內(nèi)快速堆積了巨厚的碎屑巖沉積，卡塔克隆起區(qū)為桑塔木組，而塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶以北為卻爾卻克組。由于北西向塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶逆沖斷層在走向上斷層位移量的不一致，導(dǎo)致了斷裂帶之間北東向被動(dòng)調(diào)節(jié)斷層的產(chǎn)生，宏觀上表現(xiàn)為塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶的分段性[34-35]。奧陶紀(jì)末受東南阿爾金洋盆構(gòu)造域聚斂作用的影響，古城墟隆起開(kāi)始發(fā)育，中上奧陶統(tǒng)卻爾卻克組遭受一定程度的剝蝕。志留紀(jì)，古城墟隆起區(qū)進(jìn)一步抬升。塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶以北地區(qū)志留系碎屑巖沉積主要受古地貌的控制，自西北向東南超覆尖滅[20]。加里東晚期至海西早期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶調(diào)節(jié)斷層繼承性活動(dòng)形成北東向走滑斷層，并擴(kuò)展至塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶以北廣大地區(qū)。該走滑斷層切割志留系地層且形成一系列相關(guān)標(biāo)志[36-37]，如花狀構(gòu)造、拉分地塹、馬尾狀斷裂組合、雁列斷層系統(tǒng)、海豚效應(yīng)與絲帶效應(yīng)等。晚泥盆至石炭紀(jì)地層以超覆沉積為主，北東向走滑斷層無(wú)繼承性活動(dòng)。早二疊世在拉張背景下，巖漿活動(dòng)主要集中在塔里木盆地中西部。順南地區(qū)二維與三維地震剖面上未見(jiàn)同期的巖漿侵入與噴發(fā)活動(dòng)。

平面上，自北西向南東展布了數(shù)排北北東或北東東走向的走滑斷裂帶(圖1)，主要活動(dòng)期為加里東中期與海西早期。加里東中期(中奧陶世末)，走滑斷裂表現(xiàn)為壓扭性質(zhì)；海西早期(中泥盆世末)，在加里東中期壓扭性走滑斷裂的基礎(chǔ)上繼承性發(fā)育了張扭性走滑斷裂[36-38]。由于走滑斷層橋的流體泵吸機(jī)制[39]，張扭走滑斷裂的拉分段通常有利于熱液流體活動(dòng)，并改造圍巖形成熱液改造型碳酸鹽巖儲(chǔ)層[40-42]，如順南4井、順南401井。順南501井臨近順南5井北東東向斷裂(井距約9 km)，靠近順南4井北東向斷裂帶(井距約18 km)，具備裂縫發(fā)育與熱液活動(dòng)的地質(zhì)條件(圖1)。該區(qū)走滑斷裂幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究[38]與順南4井成巖序列分析、流體包裹體的約束，結(jié)合埋藏史—熱史的研究[42]，均表明熱液流體活動(dòng)最可能的時(shí)間為中泥盆世末。

順南地區(qū)進(jìn)入鷹山組下段地層的鉆井共六口，分別為順南5井、順南501井、順南5-1井、順南5-2井、順南6井、順南7井。鉆井揭示鷹山組下段巖性以灰?guī)r為主，夾薄層白云巖。鷹山組儲(chǔ)層測(cè)井解釋以三類(lèi)裂縫性?xún)?chǔ)層為主，少量二類(lèi)儲(chǔ)層。

2 樣品采集與分析方法

對(duì)順南501井取芯段在詳細(xì)觀察描述的基礎(chǔ)上采集樣品共12件(圖2)。每件樣品制作了0.03 mm厚的鑄體薄片與0.05 mm厚的鑄體光薄片，使用Leica DM4500P偏光顯微鏡進(jìn)行顯微巖石學(xué)觀察。對(duì)其中11件2.5 cm直徑柱塞樣進(jìn)行了氦氣法孔隙度測(cè)定。

圖1 順南501井區(qū)域位置圖Fig.1 SN501 well location in Tarim Basin

在顯微巖石學(xué)分析基礎(chǔ)上，通過(guò)Leica體視顯微鏡對(duì)孔隙發(fā)育的鑄體薄片進(jìn)行宏觀圖像采集，然后通過(guò)“孔隙及裂隙圖像識(shí)別與分析系統(tǒng)”軟件[43]對(duì)孔隙的長(zhǎng)度、寬度、面積百分比等孔隙參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。使用GE Phoenix Nanotom m對(duì)2.5 cm直徑柱塞樣進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層掃描分析，掃描電壓110 kV，掃描電流110 μA，掃描精度12.67 μm，掃描時(shí)間120 min。在偏光顯微觀察基礎(chǔ)上，使用JEOL JXA-8230型電子探針進(jìn)行背散射電子成像與元素Fe、Mn含量分析，加速電壓15 keV，電流強(qiáng)度20 nA，電子束斑直徑2～5 μm。Fe的分析精度為160×10-6mg/g(相當(dāng)于FeO檢測(cè)限的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.02%)，Mn的分析精度為142×10-6mg/g(相當(dāng)于MnO檢測(cè)限的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.018%)。每個(gè)點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)需要依據(jù)檢測(cè)限評(píng)估分析結(jié)果的可靠性。以上分析工作均在中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

流體包裹體顯微測(cè)溫工作在里賈納大學(xué)地質(zhì)流體與沉積地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。流體包裹體顯微測(cè)溫在Linkam THMGS600冷熱臺(tái)上完成。冷熱臺(tái)通過(guò)已知成分的合成流體包裹體進(jìn)行了校準(zhǔn)。均一溫度測(cè)定的加熱與循環(huán)間隔為1 ℃，冰點(diǎn)溫度的加熱與循環(huán)間隔為0.1 ℃，即流體包裹體均一溫度測(cè)量精度為±1 ℃，而冰點(diǎn)溫度測(cè)量精度為±0.1 ℃。

3 儲(chǔ)層發(fā)育特征

3.1 巖石學(xué)特征

順南501井鷹山組取芯段總體表現(xiàn)為厚層灰?guī)r夾薄層白云巖的巖性組合特點(diǎn)(圖2)?；?guī)r呈灰色，以泥粒結(jié)構(gòu)為主，局部為亮晶顆粒結(jié)構(gòu)，發(fā)育生物鉆孔、縫合線、泥質(zhì)條帶，生物碎屑以介形蟲(chóng)、三葉蟲(chóng)、海百合為主?？p合線附近發(fā)育少量200 μm左右的直面自形白云石。薄層白云巖可細(xì)分為具殘余結(jié)構(gòu)中晶白云巖、細(xì)晶白云巖，無(wú)殘余結(jié)構(gòu)中晶白云巖。具殘余結(jié)構(gòu)白云巖呈灰色—淺灰色，白云石粒徑約200 μm，局部未被白云石交代的區(qū)域具有原始灰?guī)r的亮晶顆粒結(jié)構(gòu)特征。細(xì)晶白云巖具有深灰色、淺灰色兩種類(lèi)型，白云石粒徑為20～50 μm，均無(wú)殘余結(jié)構(gòu)并發(fā)育紋層構(gòu)造，含泥質(zhì)與少量海百合碎屑，普遍發(fā)育縫合線，白云石晶間見(jiàn)少量方解石。無(wú)殘余結(jié)構(gòu)中晶白云巖呈淺灰色，直面自形—半自形白云石粒徑約200 μm，生物碎屑主要有三葉蟲(chóng)、海百合、介形蟲(chóng)、腕足，發(fā)育縫合線。

圖2 順南501井鷹山組下段取芯段沉積—儲(chǔ)層綜合柱狀圖Fig.2 Core column with sedimentary and reservoir characteristics of the lower Yingshan Formation in Well SN501

3.2 儲(chǔ)集空間與儲(chǔ)集性能

中晶白云巖中發(fā)育少量?jī)?chǔ)集空間。鑄體薄片分析表明主要有兩種類(lèi)型：一、微裂縫以及擴(kuò)溶縫(圖3A)，二、白云石晶間孔與晶間溶孔(圖3B)。

微裂縫通常延伸較短，具有一定的定向性，沿微裂縫可見(jiàn)一定程度的擴(kuò)溶。裂縫邊緣常見(jiàn)“干凈透明”的白云石(方解石微包體不發(fā)育)，明顯區(qū)別于基質(zhì)部分的“較臟”白云石(方解石微包體較多)。裂縫、擴(kuò)溶縫內(nèi)局部充填共生的方解石與螢石，少量螢石位于裂縫邊緣的白云石晶內(nèi)(圖3C，D)。

白云石晶間孔、晶間溶孔呈不均勻分布，局部呈片狀發(fā)育。該區(qū)域白云石較原始基質(zhì)白云石更“亮”或“霧心亮邊”的環(huán)帶結(jié)構(gòu)更明顯。白云石晶間除殘留孔隙外，還分布共生方解石、螢石，少量螢石位于白云石晶內(nèi)(圖3E，F(xiàn))。

該取芯段2.5 cm直徑柱塞樣孔隙度為1.09%～3.27%，平均值為2.21%(N=11)；其中，在鑄體薄片中可觀察到儲(chǔ)集空間的柱塞樣孔隙度為2.5%～2.93%，平均為2.78%(N=3)。

圖3 順南501井鷹山組白云巖儲(chǔ)集空間特征A.微裂縫與擴(kuò)溶縫(紅色虛線，局部位置見(jiàn)圖4A)，鑄體薄片，6 952.06 m；B.白云石晶間孔、晶間溶孔(局部位置見(jiàn)圖4A)，與A為同一鑄體薄片；C.裂縫內(nèi)螢石與方解石共生，背散射照片，黑色為儲(chǔ)集空間，6 952.18 m；D.與C為同一個(gè)裂縫，基質(zhì)白云石具有較多方解石微包裹體，裂縫邊緣局部白云石晶內(nèi)含有螢石(綠色箭頭)，背散射照片，黑色為儲(chǔ)集空間，6 952.18 m；E.白云石晶間螢石(綠色箭頭、白色)與方解石(藍(lán)色箭頭、淺灰色)共生，背散射照片，黑色為白云石晶間孔隙，6 952.18 m；F.晶間孔發(fā)育區(qū)白云石含少量方解石微包體，局部白云石晶內(nèi)(黃色箭頭)包含螢石晶體，黑色為白云石晶間孔隙，6 952.18 m。Dol.白云石；Cal.方解石；Fl.螢石Fig.3 Characteristics of dolomite reservoir space in the Yingshan Formation of Well SN501A. micro-fractures and expansion fractures (red dashed line, local position shown in the figure 4A), casting thin section, 6 952.06 m; B. Intercrystalline pores and intercrystalline solution pores (local position shown in the figure 4A), the same casting thin section with A; C. Fluorite and calcite coexisted in the fractures, backscattered image, the color of black is reservoir space, 6 952.18 m; D. The same fracture with C, the matrix dolomite with a large amount of micro calcite inclusion, the dolomites at the edge of fracture contain fluorite (green arrow), backscattered image, the color of black is reservoir space, 6 952.18 m; E. Fluorites (green arrow) and calcites (blue arrow) coexisted in intercrystalline pores among dolomites, backscattered image, the color of black is reservoir space, 6 952.18 m; F. Dolomites in the area of intercrystalline pores with rare calcite micro inclusions, dolomite in local position (yellow arrow) contains fluorite, the color of black is reservoir space, 6 952.18 m. Dol. dolomite, Cal. calcite, Fl. fluorite

3.3 主要成巖作用及次序

鷹山組經(jīng)歷的主要成巖作用有準(zhǔn)同生期白云石化作用、生物鉆孔及相關(guān)白云石化作用、強(qiáng)烈的壓實(shí)壓溶作用、埋藏白云石化作用、構(gòu)造—熱液作用。

發(fā)育紋層構(gòu)造的細(xì)晶白云巖可能受沉積作用的控制。白云石晶體小且自形程度好，推測(cè)此類(lèi)白云石最早形成于準(zhǔn)同生期，且受控于層控白云石化流體的作用，埋藏期進(jìn)一步發(fā)生了重結(jié)晶作用。泥?；?guī)r局部發(fā)育斑點(diǎn)狀生物鉆孔，且其主要由白云石構(gòu)成。沉積期至淺埋藏早期生物鉆孔有利于微生物活動(dòng)，并在微生物介導(dǎo)作用下形成生物鉆孔相關(guān)的白云石。埋藏成因白云石主要有四種表現(xiàn)形式：粒間白云石膠結(jié)物、粒內(nèi)交代成因白云石、灰泥基質(zhì)交代成因白云石、與縫合線相關(guān)的白云石。白云石呈直面自形，數(shù)百微米大小，分散狀分布。粒間白云石膠結(jié)物可能形成于成巖早期，隨埋深增加溫度增高粒間孔隙水逐漸克服了白云石結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)障礙，在粒間孔隙形成自形—半自形白云石膠結(jié)物。粒內(nèi)交代成因白云石的形成可能受局部滲透性控制，白云石的形成局限于顆粒內(nèi)部。與粒間白云石膠結(jié)物相比，其形成可能稍晚(晚于粒間方解石膠結(jié)物的形成)，但均屬于成巖早期。灰泥基質(zhì)中呈分散漂浮狀的直面自形白云石亦形成于成巖早期，代表灰泥基質(zhì)具有孔隙水及良好的滲透性。與縫合線相關(guān)的白云石可能是以上三種類(lèi)型白云石的集中表現(xiàn)形式，壓實(shí)壓溶作用使得分散的白云石沿縫合線集中分布。

鷹山組下段取芯揭示壓實(shí)壓溶作用非常強(qiáng)烈，縫合線分布廣泛。灰?guī)r、細(xì)晶白云巖、中晶白云巖中縫合線普遍存在?；?guī)r中可見(jiàn)縫合線之間的顆粒強(qiáng)烈變形，而縫合線附近的顆粒亦發(fā)生了明顯變形。從大量的薄片分析看，局部中晶白云巖的形成可能與強(qiáng)烈壓溶作用相關(guān)。直面自形、數(shù)百微米大小的白云石在壓實(shí)壓溶作用下逐步向縫合線附近堆積，強(qiáng)烈的壓實(shí)壓溶逐步導(dǎo)致方解石大量溶解與白云石的進(jìn)一步富集，表現(xiàn)為縫合線在中晶—粗晶白云巖中的高密度分布。

從儲(chǔ)集空間的巖石學(xué)特征分析看，白云巖形成之后還存在一期熱液作用。巖石學(xué)特征為螢石與方解石共生，充填于裂縫與孔隙之中(圖3)，局部螢石沉淀于白云石晶內(nèi)(圖3F)。前人在塔里木盆地已開(kāi)展過(guò)以螢石為代表的熱液流體與儲(chǔ)集空間形成的關(guān)系研究，主要集中于塔中45井與西克爾剖面[15-18]。在塔中北坡順南地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)螢石，且其分布于白云巖儲(chǔ)層中。由于F-離子在海水或正常海相碳酸鹽巖中含量極低，螢石的出現(xiàn)可能代表了熱液流體的加入。

由此可見(jiàn)，主要的成巖作用次序?yàn)闇?zhǔn)同生期白云石化作用(直面自形細(xì)晶白云石，20 μm左右)→生物鉆孔及相關(guān)白云石化作用→埋藏白云石化作用(粒間與粒內(nèi)白云石、與縫合線相關(guān)白云石、分散分布的自形白云石，數(shù)百微米大小)→構(gòu)造熱液作用(螢石與方解石的沉淀)。

4 儲(chǔ)層成因探討

白云巖儲(chǔ)層成因同白云石成因一樣具有多解性。已有諸多學(xué)者基于地質(zhì)、地球化學(xué)分析提供了多種成因模式，如白云石化過(guò)程通過(guò)等摩爾置換產(chǎn)生孔隙[44]、構(gòu)造—熱液控制下形成的熱液白云巖儲(chǔ)層[45]、與蒸發(fā)巖溶解作用相關(guān)的白云巖儲(chǔ)層[46]、與熱硫酸鹽還原作用相關(guān)的白云巖儲(chǔ)層[47-50]等。本文從孔隙與裂縫的關(guān)系、儲(chǔ)層成因的地球化學(xué)響應(yīng)二個(gè)方面對(duì)順南501井鷹山組白云巖儲(chǔ)層的成因進(jìn)行討論。

4.1 孔隙與裂縫的關(guān)系

基于鑄體薄片宏觀圖像分析與巖石CT掃描，從二維空間與三維空間兩個(gè)方面探討孔隙與裂縫的關(guān)系。

(1) 二維空間

鑄體薄片中孔隙與裂縫的宏觀巖石學(xué)特征是探討儲(chǔ)層成因的基礎(chǔ)。從鑄體薄片的宏觀特征看，微裂縫、擴(kuò)溶縫具有一定程度的定向性與延伸性(圖4、圖3A)，而白云石晶間孔、晶間溶孔局部呈片狀發(fā)育(圖4、圖3B)?？紫栋l(fā)育區(qū)與微裂縫產(chǎn)狀具有一定關(guān)系，微裂縫、擴(kuò)溶縫是孔隙發(fā)育區(qū)之間的“橋梁”。微裂縫與擴(kuò)溶縫附近是白云石晶間孔、晶間溶孔發(fā)育的主要區(qū)域(圖3A、圖4)。鑄體薄片孔隙圖像(圖4C)定量分析表明，大部分孔隙長(zhǎng)度為50～100 μm、寬度<50 μm、長(zhǎng)寬比為1～3(N=737)，具裂縫型孔隙特征。鑄體薄片面孔率僅為0.85%，孔隙分布的局限性可能表明孔隙發(fā)育與裂縫具有相關(guān)性。

(2) 三維空間

計(jì)算機(jī)斷層掃描成像為三維空間孔隙與裂縫關(guān)系可視化提供了條件。在CT掃描重建的三維數(shù)據(jù)體中選擇兩條微裂縫(F1、F2)作為參照，提取能識(shí)別的裂縫與孔隙(掃描分辨率為12.67 μm)構(gòu)建三維透視圖。由于膠結(jié)物充填程度差異，微裂縫F1、F2呈不完全連續(xù)的面，其他為分散的孔隙空間(圖5)。旋轉(zhuǎn)三維透視圖從不同角度觀察分散的孔隙與微裂縫F1、F2的空間關(guān)系，在微裂縫附近孔隙明顯較為發(fā)育(圖5)。

4.2 儲(chǔ)層成因的地球化學(xué)證據(jù)

基于儲(chǔ)集空間的分析可知，微裂縫、擴(kuò)溶縫與白云石晶間孔、晶間溶孔是主要的儲(chǔ)集空間。關(guān)于其成因的地球化學(xué)分析主要針對(duì)孔隙與裂縫附近不同產(chǎn)狀方解石、白云石的Fe、Mn含量對(duì)比，以及螢石中流體包裹體的分析。

(1) 方解石與白云石的Fe、Mn含量

由于碳酸鹽巖成巖過(guò)程是Fe、Mn不斷獲取的過(guò)程[51-53]，因此碳酸鹽礦物的Fe、Mn含量是判斷其經(jīng)受成巖蝕變程度、成巖序次的重要依據(jù)。此外，熱液流體對(duì)碳酸鹽巖的改造過(guò)程會(huì)導(dǎo)致碳酸鹽礦物Fe、Mn含量的增加[54-55]。

以基質(zhì)白云石(圖3D)晶內(nèi)的方解石微包體代表原始海相碳酸鹽礦物的Fe、Mn特征，以裂縫以及白云石晶間與螢石共生的方解石代表與儲(chǔ)集空間形成相關(guān)的流體Fe、Mn特征。以具有方解石微包體的基質(zhì)白云石代表成巖早期白云石化流體的Fe、Mn特征，以充填螢石與方解石的裂縫邊緣的白云石、孔隙發(fā)育區(qū)的自形白云石(含少量方解石微包裹體或純白云石、圖3E)、包含螢石的白云石亮邊(圖3F)代表其受后期流體改造或影響的特征。

從電子探針的Fe、Mn元素分析結(jié)果看(圖6A)，與螢石共生的方解石較基質(zhì)白云石晶內(nèi)方解石具有更高的Fe、Mn含量。白云石Fe、Mn含量總體一致(圖6B)，其與螢石共生的方解石具有相似的Fe、Mn含量特征(FeO、MnO的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)大部分均低于0.10%，MnO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.10%相當(dāng)于Mn2+含量約775 mg/g、FeO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.10%相當(dāng)于Fe2+含量約780 mg/g)，表明基質(zhì)白云石、受后期流體影響的白云石、與螢石共生的方解石均為埋藏條件下的產(chǎn)物。由于礦物沉淀的環(huán)境條件差異不大且均為相對(duì)緩慢的過(guò)程，埋藏條件下Fe2+、Mn2+進(jìn)入碳酸鹽礦物晶格的量差異性較小。局部的差異性可能是由于流體中Fe、Mn含量差異，以及不同條件下Fe、Mn在碳酸鹽礦物中的分配系數(shù)差異造成。包含螢石的白云石亮邊具有最高的Fe含量(FeO百分含量大部分高于0.10%)，代表該白云石受到強(qiáng)烈的后期流體改造(白云石發(fā)生了晶內(nèi)溶蝕與螢石沉淀)。

圖4 基于鑄體薄片的孔隙與裂縫關(guān)系A(chǔ).鑄體薄片下儲(chǔ)集空間的宏觀特征，右側(cè)區(qū)域未蓋片并使用茜素紅染色，粉紅色為方解石礦物，F(xiàn)l為螢石(綠色箭頭)；B.鑄體薄片中可分辨的微裂縫、擴(kuò)溶縫(紅色虛線)；C.基于鑄體薄片宏觀照片使用圖像分析軟件提取的裂縫與孔隙分布特征Fig.4 Relationship between pores and fractures based on image analysis of casting thin sectionA. macroscopic characteristic of the reservoir space under the casting thin section, the uncover area on the right was stained by Alizarin red, the color of pink is calcite minerals, Fl is fluorite (green arrow); B. micro-fractures and expansion fractures, which can be identified in casting thin section (red dashed line); C. fractures and pores distribution characteristics extracted by image analysis software based on macroscopic photograph of casting thin section

圖5 微裂縫與孔隙空間的三維透視圖(F1、F2代表相對(duì)連續(xù)的微裂縫空間)Fig.5 Three-dimensional perspective of micro-fractures and pores space (F1, F2 represent relatively continuous micro-fracture space)

圖6 方解石(A)與白云石(B)的FeO、MnO含量對(duì)比Fig.6 Comparison of FeO and MnO contents in calcite(A) and dolomite(B) from different occurrence

結(jié)合前面的巖石學(xué)研究認(rèn)為，流體沿裂縫通道進(jìn)入圍巖過(guò)程中發(fā)生了水巖反應(yīng)，形成儲(chǔ)集空間的同時(shí)還存在螢石、方解石沉淀與白云石“純化”(去方解石微包裹體)，從而導(dǎo)致更多的Mn2+、Fe2+進(jìn)入碳酸鹽礦物晶格。

(2) 螢石流體包裹體特征

螢石是碳酸鹽巖中常見(jiàn)的熱液礦物之一[56-58]。前人關(guān)于塔里木盆地螢石與碳酸鹽巖儲(chǔ)層關(guān)系的研究主要集中于塔中45井與西克爾露頭剖面[14-18]，螢石中流體包裹體特征是熱液改造碳酸鹽巖的重要證據(jù)之一。

順南501井白云巖裂縫與孔隙中的螢石均發(fā)育成群分布大小不等的氣液兩相鹽水包裹體，透射光下呈無(wú)色透明，未發(fā)生明顯的次生變化(圖7)。鹽水包裹體實(shí)測(cè)均一溫度、冰點(diǎn)溫度以及鹽度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。裂縫螢石鹽水包裹體均一溫度為163 ℃～175 ℃，平均為169.4 ℃(N=12)；鹽度為15.57～17.52wt.% NaCl equiv.，平均為15.94wt.% NaCl equiv.(N=11)?？紫段炇}水包裹體均一溫度為160 ℃～179 ℃，平均為172.5 ℃(N=12)；鹽度為13.83～18.55wt.% NaCl equiv.，平均為16.95wt.% NaCl equiv.(N=9)。包裹體均一溫度主要集中于165 ℃～175 ℃范圍內(nèi)，不同大小、形狀的流體包裹體均一溫度變化位于10 ℃～15 ℃范圍；鹽度主要集中于15.5～17.5wt.% NaCl equiv。

圖7 螢石流體包裹體特征A.孔隙螢石；B.裂縫螢石；C.孔隙螢石的成群包裹體；D.裂縫螢石的成群包裹體Fig.7 Fluid inclusion characteristics of fluorites A. fluorite in pore; B. fluorite in fracture; C. fluid inclusion of fluorite in pore; D. fluid inclusion of fluorite in fracture

宿主礦物宿主礦物產(chǎn)狀流體包裹體特征序號(hào)*大小/μm氣液比/%均一溫度/℃均一溫度平均值/℃冰點(diǎn)/℃冰點(diǎn)溫度平均值/℃鹽度/(wt. % NaCl equiv.)鹽度平均值/(wt.% NaCl equiv.)螢石裂縫成群分布(圖7B,D)1143～5166169.4(12)-11.8-12.0(11)15.7615.94(11)2153～5163-13.717.52383～5171-12.116.054165166-11.815.765125169-11.815.76655172-11.615.57775171-11.815.76835～10175——9125171-11.815.761095167-11.815.761155171-11.815.761263～5171-11.915.86白云石晶間成群分布(圖7A,C)185174172.5(12)-13.5-13.1(9)17.3416.95(9)2125174-14.418.133105174-9.913.83445172——565174-13.517.34645169——755174——865169-12.716.629203～5160-12.316.241065～10179-13.417.261165175-14.918.551245176-13.417.26

注：*裂縫螢石與白云石晶間螢石中分析的包裹體序號(hào)見(jiàn)圖7，括號(hào)中為樣品數(shù)。

依據(jù)流體包裹體組合的定義[59-60]，可認(rèn)為裂縫螢石與孔隙螢石的流體包裹體均具有一致的均一溫度，代表了螢石結(jié)晶的最低溫度。已有研究表明，該地區(qū)北東向張扭走滑斷裂的發(fā)育及相關(guān)熱液活動(dòng)的時(shí)間為中泥盆世末[38,42]。埋藏—熱史研究表明，該時(shí)期鷹山組的地層溫度約為120 ℃～130 ℃[19,61]。與圍巖比較，螢石代表的流體最低溫度超過(guò)圍巖的溫度約30 ℃，具有明顯的熱液特征[45]。

5 結(jié)論

順南501井鷹山組下段以裂縫—孔隙型白云巖儲(chǔ)層為主，孔隙度為2.5%～2.93%。主要的儲(chǔ)集空間為裂縫—擴(kuò)溶縫、晶間孔—晶間溶孔。二維尺度與三維尺度分析表明孔隙發(fā)育與裂縫具有明顯關(guān)系。裂縫與孔隙空間的螢石與方解石呈共生關(guān)系。裂縫與孔隙附近的白云石、白云石環(huán)邊以及與螢石共生的方解石具較高的FeO、MnO含量。裂縫螢石與孔隙螢石成群分布的流體包裹體具有相對(duì)一致均一溫度(<15 ℃)，溫度大致為165 ℃～175 ℃，鹽度大致為15.5～17.5wt.% Nacl equiv.。熱液流體活動(dòng)對(duì)圍巖的改造導(dǎo)致局部方解石、白云石富Fe2+、Mn2+，同時(shí)提供了螢石沉淀所需要的F-。由此可見(jiàn)，順南501井白云巖儲(chǔ)層的形成可能與熱液流體活動(dòng)有關(guān)。