斷裂-層序雙控機(jī)制下的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)
——以塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)為例

孫福寧，胡文瑄，胡忠亞，劉永立，康 遜，朱 峰

(1.南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210023； 2.中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

碳酸鹽巖是海相含油氣盆地中的重要油氣儲(chǔ)集層，是油氣勘探中的重要研究領(lǐng)域[1]。塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖廣泛發(fā)育，寒武系-奧陶系碳酸鹽巖厚度超過2 000 m[2,3]，但整體埋深一般大于4 000 m[4]。Schmoker和Hally[5]認(rèn)為在正常壓實(shí)作用下，南佛羅里達(dá)盆地碳酸鹽巖孔隙隨著埋藏深度的增加而減少，傳統(tǒng)勘探下限在5 500 m。然而，研究區(qū)寒武-奧陶系埋深低于或遠(yuǎn)低于這一深度，仍存在一些與流體溶蝕相關(guān)的次生孔隙構(gòu)成的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，具有相當(dāng)大的油氣資源潛力，已成為重要的油氣探勘層位[1,4,6-10]。塔河地區(qū)TS1井在埋深超過8 400 m的深處仍然發(fā)現(xiàn)了與深部熱液流體活動(dòng)相關(guān)的儲(chǔ)集空間的發(fā)育，孔隙度高達(dá)9.1%[7,10]。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層受原始沉積環(huán)境和后期成巖過程控制，臺(tái)地邊緣的礁灘相更易形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[11-12]。但大多數(shù)情況下，隨著埋深的增加和成巖作用的進(jìn)行，深層、超深層碳酸鹽巖原始儲(chǔ)集空間大量消失[13-14]。然而，在流體作用下，碳酸鹽礦物的溶蝕可以形成良好的儲(chǔ)集空間[1,3,6,8,10,15-23]。一般認(rèn)為，加里東期和海西期表生階段的大氣淡水[6,16,18,22,24]、同生/準(zhǔn)同生階段的大氣淡水[7,15,17]、埋藏階段的含烴有機(jī)流體[1,8]以及二疊紀(jì)與火山活動(dòng)有關(guān)的熱液流體[4,7-9,19,21,25,26]在塔里木盆地寒武系-奧陶系深層、超深層碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成過程中發(fā)揮著重要作用，與之相關(guān)的次生孔隙成為重要的儲(chǔ)集空間。然而，并非上述所有流體都參與了該過程，流體類型的判別仍然十分重要，流體活動(dòng)的控制因素和作用方式仍是亟待解決的問題，與流體活動(dòng)相關(guān)的成儲(chǔ)效應(yīng)還有待進(jìn)一步分析研究。

近年來，在塔河地區(qū)提出了“斷溶體”的理論概念模型，并在該理論模型指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)了一些大的油藏，成為塔里木盆地奧陶系油氣勘探研究的熱點(diǎn)[27-28]。然而，在儲(chǔ)層成因方面，“斷溶體”的研究還比較薄弱，主要針對表生階段大氣淡水作用下的巖溶縫洞體系，強(qiáng)調(diào)了斷裂帶的控制[6,18,27-29]。但是，深部寒武系-奧陶系白云巖受巖溶影響程度十分有限，尚未取得大的探勘突破，還需要進(jìn)一步開展儲(chǔ)層成因機(jī)理和分布規(guī)律的研究。許多學(xué)者對塔里木盆地寒武系-奧陶系白云巖進(jìn)行過較為深入的研究[20,25,30,31]，明確了熱液活動(dòng)對儲(chǔ)層改造的積極作用[7-9,19,21,32-36]，然而，熱液活動(dòng)及相關(guān)儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素還尚不十分清楚，以往研究往往強(qiáng)調(diào)斷裂的控制[7-9,19-21,25,32-35]，但尚未足夠重視層序的約束。在研究塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組時(shí)發(fā)現(xiàn)，富硅質(zhì)熱液流體對白云巖儲(chǔ)層有著較為強(qiáng)烈的改造，但在斷裂系統(tǒng)和層序地層格架中的改造存在差異性和聯(lián)系性，熱液流體的活動(dòng)及改造型儲(chǔ)層的發(fā)育可能受斷裂-層序雙重因素控制。通過詳細(xì)的巖石學(xué)和地球化學(xué)工作，在明確蓬萊壩組礦物巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間發(fā)育情況等基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了不同尺度斷裂和三級層序甚至更短周期層序控制下的深部熱液流體活動(dòng)和儲(chǔ)層發(fā)育特征，并建立了斷裂-層序雙控機(jī)制下的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)的概念模型，為研究深層、超深層白云巖儲(chǔ)層成因機(jī)制和演化以及油氣勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地是中國西北部的一個(gè)大型多旋回含油氣疊合盆地，自元古宙以來經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[16,37]，形成了當(dāng)今的構(gòu)造格局(圖1)，由七個(gè)一級構(gòu)造單元組成，包括三個(gè)隆起(塔北隆起、中央隆起和塔南隆起)和四個(gè)坳陷(庫車坳陷、北部坳陷、西南坳陷和東南坳陷)[30](圖1a)。研究區(qū)之一的塔河地區(qū)位于塔北隆起阿克庫勒凸起西段(圖1b)，另一研究區(qū)玉北地區(qū)位于西南坳陷麥蓋提斜坡東緣(圖1c)。

從早寒武世至中奧陶世，塔里木盆地遭受長時(shí)間的海侵，導(dǎo)致大規(guī)模碳酸鹽巖臺(tái)地的發(fā)育，晚奧陶世早期達(dá)到最大海侵，隨后轉(zhuǎn)為海退[25]。奧陶系主要由碳酸鹽巖和部分碎屑巖構(gòu)成，自下而上，被分為蓬萊壩組(O1p)、鷹山組(O1-2y)、一間房組(O2yj)、恰爾巴克組(O3q)、良里塔格組(O3l)和桑塔木組(O3s)(圖2)。早奧陶世期間，塔里木盆地大致位于30°S，是一個(gè)溫暖、干旱或半干旱的氣候條件[38]，研究區(qū)均位于塔西碳酸鹽巖臺(tái)地之上，發(fā)育一套碳酸鹽巖序列——蓬萊壩組(O1p)和鷹山組下段(O1-2y1)[25,39](圖2)。研究層位蓬萊壩組中下部發(fā)生了廣泛的白云石化，以白云巖為主；上部白云石化程度減弱，以灰?guī)r為主。

塔里木盆地下奧陶統(tǒng)自埋深后經(jīng)歷了加里東早期、加里東晚期和海西早期共三期顯著的抬升，導(dǎo)致中-上奧陶統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的剝蝕，奧陶系與石炭系呈角度不整合接觸(圖2b)[1,16]。不整合面之下的地層在表生階段遭受大氣淡水溶蝕強(qiáng)烈，形成了巖溶縫洞型儲(chǔ)層，在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)烈的串珠狀反射(圖2a)。然而，研究區(qū)蓬萊壩組未發(fā)生長時(shí)間的暴露，并處于暴露不整合面之下較深處，可能并未發(fā)生顯著的表生溶蝕。自新元古代以來，塔里木盆地共經(jīng)歷了四次重要的地質(zhì)熱事件，其中，發(fā)生于早二疊世的一期地質(zhì)熱事件最為強(qiáng)烈，影響范圍最為廣泛，在西部、北部和塔中等地區(qū)廣泛存在[9,40]，對寒武-奧陶系碳酸鹽巖產(chǎn)生了重要的影響。塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)雖屬于不同的構(gòu)造位置，但下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組碳酸鹽巖受熱液流體改造均較為強(qiáng)烈，熱液改造型儲(chǔ)層均較為發(fā)育，是研究熱液流體活動(dòng)及其成儲(chǔ)效應(yīng)的典型例證。

圖1 塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 The tectonic location of Tahe-Yubei areas,Tarim Basina.塔里木盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨把芯繀^(qū)位置；b.塔河地區(qū)構(gòu)造概況及鉆井位置；c.玉北地區(qū)構(gòu)造概況及鉆井位置

2 樣品與方法

選取了塔河地區(qū)TS2井、S88井和玉北地區(qū)YB5井、YB7井共計(jì)4口代表性鉆井為研究對象，在蓬萊壩組均可見不同程度的油跡顯示，表明存在著多期的油氣運(yùn)移。共采集上述鉆井巖心樣品73件，并全部磨制成普通巖石薄片，選取了其中的40件磨制成電子探針片。此外，向中石化西北油田分公司借閱TS2井和S88井巖屑薄片303件，取樣間距為2 m。研究方法包括巖心觀察、薄片鑒定、電子探針、C、O、Sr同位素分析以及REE元素分析等。所有測試均在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。所有樣品均在普通光學(xué)顯微鏡(Nikon ECLIPSE LV100N POL)下進(jìn)行了系統(tǒng)的礦物巖石學(xué)和儲(chǔ)集空間的觀察分析。在詳細(xì)的巖相學(xué)分析基礎(chǔ)上，選取7件代表性樣品進(jìn)行電子探針(EPMA;JEOL JXA 8100)背散射圖像(BSE)和原位微區(qū)元素分析，共測點(diǎn)75個(gè)，測試時(shí)加速電壓15 kV，束流20 nA，束斑直徑～2 μm。選取30件樣品進(jìn)行C、O同位素分析，利用Thermo Finnigan Delta V Plus同位素質(zhì)譜儀(IRMS)進(jìn)行測試，δ13C和δ18O經(jīng)VPDB標(biāo)準(zhǔn)化處理。選取30件樣品進(jìn)行Sr同位素分析，利用Finnigan Triton熱電離質(zhì)譜儀(TIMS)進(jìn)行測試。選取12件樣品進(jìn)行REE分析，利用Bruker Aurora M90電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)進(jìn)行測試，經(jīng)PAAS標(biāo)準(zhǔn)化處理。

圖2 塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)古生界地層格架Fig.2 The Paleozoic stratigraphic framework in Tahe-Yubei areas,Tarim Basina.塔河地區(qū)TS2井南北向地震剖面；b.古生代綜合柱狀圖(據(jù)文獻(xiàn)[18,24]修改)

3 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組為一套碳酸鹽巖局限臺(tái)地相沉積，普遍發(fā)生了白云石化，自下而上，白云石化程度總體呈減弱趨勢。蓬萊壩組可分為上、下兩段：下段以粉-細(xì)晶白云巖為主，夾有微-粉晶白云巖，底部為中-細(xì)晶白云巖；上段以砂屑灰?guī)r、粉屑灰?guī)r與泥晶灰?guī)r互層為主，含有數(shù)量不等的白云石(常<25%)，夾有少量粉-細(xì)晶白云巖和中-細(xì)晶白云巖(圖3)。巖心和薄片觀察發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)集空間主要分布在白云巖中，其形成和分布與白云石的類型關(guān)系密切，故儲(chǔ)層巖石學(xué)特征主要探討白云石和儲(chǔ)集空間的類型及特征。

3.1 白云石類型及特征

研究區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組發(fā)生了不同程度的白云石化，白云石類型多樣，其分布方式、自形程度、粒度和成因等方面存在較大差異。在詳細(xì)的巖相學(xué)研究基礎(chǔ)上，根據(jù)白云石的分布方式和結(jié)構(gòu)形態(tài)等特征，共識(shí)別和劃分為灰?guī)r中的零散白云石、基質(zhì)型白云石和白云巖中的充填白云石共三種類型(表1)。

3.1.1 灰?guī)r中的零散白云石

該類白云石主要分布于蓬萊壩組上段灰?guī)r中，自下而上略有增多趨勢，白云石約占巖石組分含量的4.2%～8.0%(圖3)。按照白云石的分布方式，又可將其進(jìn)一步分為沿縫合線分布的白云石、分散漂浮狀白云石和斑塊狀白云石(表1)。白云石多呈粉-細(xì)晶、半自形，少量呈自形(圖4a—c)。

3.1.2 基質(zhì)型白云石

該類白云石主要分布于蓬萊壩組的下段，巖性為白云巖，白云石約占巖石組分含量的79.2%～86.5%(圖3)。按照白云石的晶粒大小，又可將其進(jìn)一步分為微-粉晶白云石、粉-細(xì)晶白云石和中-細(xì)晶白云石(表1)。微-粉晶白云石晶粒小于0.05 mm，多呈它形，晶粒間呈點(diǎn)接觸或線接觸，可見與黃鐵礦相伴生(圖4d)。粉-細(xì)晶白云石晶粒0.05～0.2 mm，多為半自形-它形，晶粒間呈線接觸(圖4e)。中-細(xì)晶白云石晶粒0.2～2 mm，多呈半自形，晶粒間呈鑲嵌狀接觸，發(fā)生了較為強(qiáng)烈的重結(jié)晶和次生加大，亮邊霧心結(jié)構(gòu)明顯(圖4f)。

表1 塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)蓬萊壩組白云石類型、特征及儲(chǔ)層概況Table 1 Types and characteristics of dolomites,and the overview of the reservoirs in the Penglaiba Formation in Tahe-Yubei areas,Tarim Basin

注：白云石組分含量基于TS2井蓬萊壩組177張巖屑薄片鏡下鑒定結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出。

3.1.3 白云巖中的充填白云石

該類白云石主要分布于蓬萊壩組的下段(圖3)，充填于白云巖的孔洞(圖4g,h)和裂縫(圖4i)中，并沿孔洞或裂縫內(nèi)壁向中心方向生長，常與黃鐵礦、方解石和玉髓相共生，約占巖石組分含量的2%～5%(表1)。白云石晶粒較為粗大，多呈中-細(xì)晶，自形程度普遍較高，晶面較為平直，晶粒間呈線接觸或鑲嵌接觸，核部較為污濁，邊部較為明亮(圖4g—i)。

3.2 儲(chǔ)集空間類型及特征

研究區(qū)蓬萊壩組超深層碳酸鹽巖經(jīng)歷了復(fù)雜且漫長的成巖演化，原生孔隙已基本消失殆盡，儲(chǔ)集空間多為次生孔隙，主要包括晶間孔、溶蝕孔和裂縫三種基本類型，其中又以次生溶蝕孔占有絕對優(yōu)勢。

3.2.1 晶間孔

晶間孔主要分布在較自形的粉-細(xì)晶白云巖中，白云石晶面較為平直，晶粒間存在較多不規(guī)則的多面體孔隙，孔隙大小和形態(tài)常受白云石晶粒大小和形態(tài)的約束，常伴隨微弱的溶蝕擴(kuò)孔，孔隙直徑一般小于50 μm，可以作為良好的儲(chǔ)集空間(圖5a,b)。晶間孔在自形程度差的粉-細(xì)晶白云巖和中-細(xì)晶白云巖中較為少見，主要表現(xiàn)為一些殘留的晶間孔(圖4e)。部分微-粉晶白云石發(fā)生重結(jié)晶，重結(jié)晶區(qū)域呈斑塊狀，晶間孔較為發(fā)育，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的非均質(zhì)性(圖5c)。蓬萊壩組較自形粉-細(xì)晶白云巖分布較為局限，部分發(fā)生了重結(jié)晶作用，白云石晶體粒徑變粗，自形程度變差，形成半自形-它形緊密鑲嵌狀，白云石過度生長占據(jù)了原來的孔隙，晶間孔不甚發(fā)育(圖3，圖4f)。

3.2.2 次生溶蝕孔(晶間溶孔、溶蝕孔洞)

次生溶蝕孔一般分布于較自形-半自形中-細(xì)晶白云巖和部分粉-細(xì)晶白云巖中，常與晶間孔相伴生，包括晶間溶孔和溶蝕孔洞兩種類型，是蓬萊壩組最為重要的儲(chǔ)集空間(圖3)。晶間溶孔一般是在晶間孔基礎(chǔ)上發(fā)育而來，白云石和其間的灰質(zhì)組分遭受不同程度的溶蝕，孔隙一般呈多邊形串珠狀分布，孔徑常小于200～300 μm(圖5d)。溶蝕針孔是一種特殊的溶蝕孔洞，孔徑常小于1 mm，部分可達(dá)2 mm，其大小和形態(tài)相似，多呈圓狀或不規(guī)則狀，一般呈密集狀或麻點(diǎn)狀分布(圖5e)，孔隙內(nèi)壁可見明顯的溶蝕痕跡，多個(gè)白云石晶粒遭受溶蝕呈港灣狀(圖5f)。溶蝕孔洞一般呈圓形或不規(guī)則狀，可見較為明顯的溶蝕痕跡，有時(shí)呈串珠狀分布，儲(chǔ)集性能優(yōu)越，孔徑一般在2～5 mm左右，部分可達(dá)1 cm甚至更大，多數(shù)孔洞未被充填，有時(shí)可見瀝青充填(圖5g)，部分可被白云石、方解石和玉髓等礦物完全充填(圖4g,h)。

3.2.3 裂縫(縫合線縫、構(gòu)造裂縫)

縫合線縫多發(fā)育在蓬萊壩組上段的泥晶灰?guī)r中(圖3)，常被白云石、瀝青和泥質(zhì)充填，顏色較暗，多呈棕色或黑色，近水平狀分布(圖4a,圖5h)，在部分白云巖中仍可見殘留下的較為明顯的縫合線，常被玉髓或?yàn)r青充填(圖5i)。構(gòu)造裂縫在蓬萊壩組底部和中上部較為發(fā)育(圖3)，以傾斜縫和高角度裂縫為主，水平縫較為少見，常被方解石、白云石、玉髓、黃鐵礦、瀝青等不同程度地充填(圖4i)，少量未被充填(圖5j,k)。在裂縫附近有時(shí)存在明顯的溶蝕，使得儲(chǔ)集空間得到進(jìn)一步擴(kuò)大(圖5i,k)?？p合線縫和構(gòu)造裂縫對儲(chǔ)集性能的貢獻(xiàn)是有限的，但可以顯著地提高儲(chǔ)層的滲透性，是油氣和其它溶蝕性流體良好的運(yùn)移通道。

4 熱液流體的判識(shí)

4.1 礦物巖石學(xué)證據(jù)

在巖心中，暗灰色的富硅質(zhì)熱液沉淀形成的玉髓、硅質(zhì)白云巖等常沿裂縫分布(圖6a,b)。在充填之初，高溫且富含CO2、H2S等酸性氣體的熱液進(jìn)入地層后發(fā)生水-巖反應(yīng)，使原巖顏色、成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等方面發(fā)生變化[9]。在熱液流體作用下，巖石發(fā)生熱褪色現(xiàn)象，顏色變淺甚至變白，云質(zhì)與硅質(zhì)接觸帶附近褪色最為顯著，蝕變后的白云巖由灰色/深灰色變?yōu)榛野咨?圖6a,b)，部分溶蝕孔洞周圍也可見明顯的褪色現(xiàn)象(圖5e)。鞍狀白云石一般認(rèn)為是發(fā)生熱液白云石化的強(qiáng)有力證據(jù)[20,34]，但在樣品中并未發(fā)現(xiàn)大量的鞍狀白云石，僅在局部出現(xiàn)，其沿裂縫充填，晶面彎曲，呈波狀消光(圖6c)。此外，深部流體與圍巖相互作用過程中，往往會(huì)形成一些典型的礦物或礦物組合，是判別流體類型的重要標(biāo)志[9,10,21]。研究區(qū)共識(shí)別出微-粉晶白云石-充填白云石-方解石(圖4h,i)、微-粉晶白云石-充填白云石-方解石-黃鐵礦(圖4h;圖6d)、微-粉晶/粉-細(xì)晶白云石-充填白云石-玉髓(圖4g)、白云石-玉髓(圖6e—g)等多種礦物組合形式。其中，最典型的是富硅質(zhì)熱液沉淀形成的玉髓大量充填裂縫及孔洞，有時(shí)在整個(gè)白云巖中呈彌散狀分布。巖石中的熱褪色現(xiàn)象、鞍狀白云石以及多種礦物組合沉淀可以初步表明該地區(qū)存在富硅質(zhì)熱液流體活動(dòng)，白云巖遭受了不同程度的改造[9,21]。

圖6 塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)蓬萊壩組與富硅質(zhì)熱液流體有關(guān)的充填改造Fig.6 Filling and modification related to silica-rich hydrothermal fluids in the Penglaiba Formation in Tahe-Yubei areas,Tarim Basina.硅質(zhì)熱液充填白云巖裂縫，硅質(zhì)條帶(暗色)與中-細(xì)晶白云巖(亮色)相接觸，接觸帶附近可見明顯的褪色現(xiàn)象，TS2井，埋深6 553.8 m；b.硅質(zhì)熱液呈條帶狀充填，硅質(zhì)白云巖(暗色)與中晶白云巖(亮色)相接觸，可見較為明顯的褪色現(xiàn)象，YB5井，埋深6 842.7 m；c.鞍狀白云石沿裂縫分布，呈波狀消光，可見玉髓充填(正交偏光)，S88井，埋深6 426.5 m；d.白云石和方解石充填孔洞，黃鐵礦與之相伴生(反射光)，TS2井，埋深6 555.0 m；e.硅質(zhì)熱液沿裂縫充填，裂縫中和兩側(cè)充填玉髓，早期瀝青被改造，YB5井，埋深6 840.0 m；f.g.硅質(zhì)熱液沿裂縫充填，玉髓與瀝青呈環(huán)帶狀交替分 布，f為單偏光，g為正交偏光，YB5井，埋深6 739.2 m

4.2 地球化學(xué)證據(jù)

對樣品中不同類型的白云石和充填方解石進(jìn)行了電子探針微區(qū)對比分析，測試結(jié)果如圖7a所示。微-粉晶白云石除SiO2和Al2O3外，F(xiàn)eO、MnO、Na2O、K2O、SrO和BaO含量均在0.01%之下，相較于其它類型的白云石，其FeO、MnO和BaO含量較低，SrO含量較高，表明受后期改造程度十分有限。粉-細(xì)晶白云石SiO2和Na2O含量較高，在0.02%以上，F(xiàn)eO、MnO和BaO含量在0.01%～0.015%上下，高于微-粉晶白云石，但略低于中-細(xì)晶白云石，SrO含量與微-粉晶白云石相近。中-細(xì)晶白云石SiO2含量可達(dá)0.03%以上，F(xiàn)eO和MnO含量在0.01%～0.015%，BaO含量在0.015%～0.02%，明顯高于微-粉晶白云石，但SrO含量低于微-粉晶白云石。白云巖中的充填白云石SiO2含量中等，在0.015%～0.02%，F(xiàn)eO、MnO和SrO含量與中-細(xì)晶白云石相近，均低于微-粉晶白云石，BaO含量最高，可達(dá)0.025%以上?；?guī)r中的零散白云石以高SiO2和Al2O3為特征，F(xiàn)eO、MnO含量較低，在0.005%左右，SrO和BaO含量最低。白云巖中的充填方解石以高FeO、MnO和BaO、低SiO2和Al2O3為特征(圖7a)。上述不同類型白云石的電子探針綜合分析結(jié)果表明，除微-粉晶白云石外，其它類型的白云石遭受了不同程度的成巖改造。其中，高SiO2、FeO、MnO、BaO和低SrO含量表明，中-細(xì)晶白云石和白云巖中的充填白云石可能遭受富硅質(zhì)熱液流體影響較為顯著[7,9,23,33]。

C、O同位素是分析白云石成因以及判別流體類型和來源的重要指標(biāo)。對不同類型的白云巖和灰?guī)r進(jìn)行了全巖C、O同位素測試分析。灰?guī)r的δ18O介于-9.3‰～-8.5‰(平均-8.9‰，n=7)，δ13C介于-2.1‰～-1.0‰(平均-1.6‰，n=7)，完全落于晚寒武世-早奧陶世海相灰?guī)r的δ18O(-11.1‰～-6.0‰)和δ13C(-3.0‰～0)范圍內(nèi)[25,41](圖7b)，表明灰?guī)r沒有遭受強(qiáng)烈改造。微-粉晶白云巖的δ18O介于-6.9‰～-4.8‰(平均-5.5‰，n=8)，δ13C介于-2.1‰～-1.1‰(平均-1.8‰，n=8)，與灰?guī)r具有相近的δ13C值，但δ18O存在+3.0‰左右的漂移(圖7b)，表明微-粉晶白云巖是同生-準(zhǔn)同生期白云石化形成的，沒有遭受后期改造。粉-細(xì)晶白云巖的δ18O介于-8.1‰～-5.8‰(平均-6.9‰，n=6)，δ13C介于-1.8‰～-0.3‰(平均-1.3‰，n=6)，與微-粉晶白云巖相比，具有明顯偏負(fù)的δ18O值(圖7b)，形成溫度可能略高于微-粉晶白云巖。中-細(xì)晶白云巖δ18O介于-9.9‰～-7.0‰(平均-8.3‰，n=9)，δ13C介于-1.6‰～-0.7‰(平均-1.2‰，n=9)，δ18O與δ13C分布范圍較大，δ18O明顯低于其它類型的白云巖，δ13C整體高于其他類型的白云巖(圖7b)，表明其形成于較深處，在成巖過程中受流體的均一化改造較為強(qiáng)烈。

圖7 塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)蓬萊壩組巖石地球化學(xué)特征Fig.7 Lithogeochemical characteristics of the Penglaiba Formation in Tahe-Yubei areas,Tarim Basina.電子探針獲取的不同白云石及方解石的平均元素組成折線圖，n代表數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)；b.不同白云巖及灰?guī)r經(jīng)PDB標(biāo)準(zhǔn)化的δ13C和δ18O交會(huì)圖；c.不同白云巖及灰?guī)r的Sr同位素比值圖解；d.不同白云巖及灰?guī)r經(jīng)PAAS標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式圖

對不同類型的白云巖和灰?guī)r進(jìn)行了Sr同位素測試分析。灰?guī)r的87Sr/86Sr介于0.708 932～0.709 219(平均0.709 078，n=7)，處于晚寒武世-早奧陶世海相灰?guī)r的87Sr/86Sr范圍內(nèi)(0.708 6～0.709 3)[25,41,42](圖7c)。微-粉晶白云巖的87Sr/86Sr介于0.709 177～0.709 784(平均0.709 438，n=8)，粉-細(xì)晶白云巖的87Sr/86Sr介于0.709 023～0.709 629(平均0.709 272，n=6)，中-細(xì)晶白云巖的87Sr/86Sr介于0.708 940～0.709 445(平均0.709 147，n=9)(圖7c)。微-粉晶白云巖、粉-細(xì)晶白云巖和中-細(xì)晶白云巖87Sr/86Sr值呈遞減趨勢(圖7c)，表明中-細(xì)晶白云巖可能形成于較高溫度下，受到來自于深部貧87Sr熱液流體的影響，導(dǎo)致87Sr/86Sr值降低。

對不同類型的白云巖和灰?guī)r進(jìn)行了REE測試分析，所有樣品的REE配分曲線總體較為平緩。微-粉晶白云巖與灰?guī)r具有較高的∑REE含量和一致的REE配分模式，具有較為明顯的Ce負(fù)異常、Eu負(fù)異常和Tm正異常(圖7d)，表明微-粉晶白云巖沒有遭受后期流體改造。粉-細(xì)晶白云巖∑REE含量整體略低于微-粉晶白云巖，表現(xiàn)為LREE略顯虧損，HREE略微富集，大多數(shù)樣品具有Eu負(fù)異常，少數(shù)呈現(xiàn)不明顯的Eu正異常(圖7d)，可能受熱液流體的影響，但影響程度十分有限。中-細(xì)晶白云巖具有最低的∑REE含量，LREE較為虧損，HREE較為富集，表現(xiàn)為明顯的Eu正異常，Ce負(fù)異常更加明顯(圖7d)，受后期熱液流體改造較為強(qiáng)烈[43]。

綜合上述電子探針微區(qū)分析、C、O、Sr同位素以及REE元素分析結(jié)果表明，微-粉晶白云巖未受后期流體改造，粉-細(xì)晶白云巖受流體影響較弱，中-細(xì)晶白云巖遭受流體改造強(qiáng)烈。中-細(xì)晶白云巖或充填白云石較高的SiO2、FeO、MnO和BaO含量、較低的SrO含量和87Sr/86Sr值、偏負(fù)的δ18O值、較低的∑REE含量、明顯的Eu正異常和Ce負(fù)異常表明(圖7)，發(fā)生水-巖反應(yīng)的流體為深部來源的富硅質(zhì)熱液流體[31,33]，與礦物巖石學(xué)證據(jù)流體類型判別相一致。

5 熱液流體對儲(chǔ)層的改造

塔里木盆地共經(jīng)歷了震旦紀(jì)—寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、早二疊世、白堊紀(jì)共四次主要的地質(zhì)熱事件，其中，早二疊世熱事件是活動(dòng)最為強(qiáng)烈、影響最為廣泛的一期[40]。早二疊世末，受北部天山褶皺帶和南部古特提斯洋俯沖的影響，塔里木盆地中部、西部和北部大范圍內(nèi)出現(xiàn)了較為強(qiáng)烈的巖漿-火山活動(dòng)[21,44]，以大規(guī)?；詭r為主，也可見少量中酸性巖[9]。前人研究表明，塔里木盆地寒武-奧陶系白云石化作用、溶蝕型儲(chǔ)層的發(fā)育以及早期油氣的運(yùn)移都可能與早二疊世熱液流體的活動(dòng)有關(guān)[4,7,9,19-21,25,33,36,45-46]。熱液流體對儲(chǔ)層的改造主要表現(xiàn)為溶蝕作用、重結(jié)晶作用和充填作用三個(gè)方面[10,21,33](圖8)。

5.1 溶蝕作用

與巖漿-火山活動(dòng)有關(guān)的熱液流體不僅攜帶大量的熱量，通常還富含CO2和H2S等酸性氣體[8,32]，含量可高達(dá)4%[47]，此外，研究區(qū)大量硅質(zhì)的出現(xiàn)也表明熱液流體是酸性的，這為碳酸鹽礦物的溶蝕及溶蝕型儲(chǔ)集空間的形成提供了可能。當(dāng)熱液流體向白云巖地層侵入過程中，改變了先前的物理化學(xué)平衡，導(dǎo)致碳酸鹽礦物發(fā)生顯著的溶蝕，產(chǎn)生大量的次生溶蝕孔隙，并增加孔隙之間的連通性，從而能夠有效地改善儲(chǔ)層的物性。由于熱液流體來自深部，其流動(dòng)性較弱，量也比較有限，產(chǎn)生的溶蝕孔一般以微米至毫米級為主(圖5d—g)。溶蝕孔大多分布于白云石晶體間，是方解石或白云石發(fā)生部分溶蝕的結(jié)果(圖5d)，多個(gè)白云石均被溶蝕殆盡，則形成較大的溶蝕孔洞(圖5d,f,g)，也可對早期裂縫產(chǎn)生進(jìn)一步溶蝕(圖5i,k)。對于沉積之后未曾暴露地表以及未發(fā)生顯著的大氣淡水溶蝕的蓬萊壩組而言，熱液流體的溶蝕作用對其儲(chǔ)集空間的形成起到關(guān)鍵的作用，是一種重要的建設(shè)性成巖作用(圖8)。

圖8 塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)蓬萊壩組成巖序列與孔隙演化示意圖(埋藏史據(jù)文獻(xiàn)[46]修改)Fig.8 A sketch map showing the diagenetic sequences and pore evolution in the Penglaiba Formation in Tahe-Yubei areas,Tarim Basin (the burial history is sourced from reference[46])

5.2 重結(jié)晶作用

在熱液流體作用下，隨著白云巖地層溫度的升高和水/巖比值的增加，白云石晶體會(huì)發(fā)生重結(jié)晶而形成更加穩(wěn)定的白云石[21,33]。較高的溫度以及富含CO2和H2S的熱液流體會(huì)加速白云石的重結(jié)晶速度，重結(jié)晶后的白云石晶粒變粗，自形程度變好，亮邊霧心結(jié)構(gòu)較為明顯，儲(chǔ)集空間以晶間孔為主(圖5a,b)。白云巖也可發(fā)生部分重結(jié)晶作用，形成斑塊狀分布的自形程度較好的白云石，儲(chǔ)集性能得到明顯改善，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的非均質(zhì)性(圖5c)，是一種建設(shè)性成巖作用。然而，少量白云巖發(fā)生了重結(jié)晶和過度白云石化，雖然晶粒變粗，但自形程度變差，晶面彎曲，晶體間呈鑲嵌狀接觸，晶間孔不發(fā)育(圖4f,圖5d,圖6f,圖6g)，是一種破壞性成巖作用[32]。重結(jié)晶后的白云巖(石)SiO2、FeO、MnO和BaO含量升高、SrO含量和87Sr/86Sr值降低、δ18O偏負(fù)、∑REE含量降低以及表現(xiàn)為明顯的Eu正異常和Ce負(fù)異常(圖7)，表現(xiàn)為熱液活動(dòng)的地球化學(xué)特征?？偟膩碚f，熱液影響下的白云石的重結(jié)晶對晶間孔及次生溶蝕孔等儲(chǔ)集空間的形成起到重要的積極作用(圖8)。

5.3 充填作用

深部熱液流體除了對白云巖產(chǎn)生顯著的溶蝕作用和重結(jié)晶作用外，還能充填已有的儲(chǔ)集空間，沉淀出不同類型的礦物及其礦物組合。富硅質(zhì)的熱液流體進(jìn)入蓬萊壩組后，隨著物理化學(xué)條件的改變，在白云巖中沉淀出白云石、方解石、黃鐵礦、玉髓等多種礦物及它們的組合，部分或完全充填早期形成的晶間孔(圖6e)、次生溶蝕孔(圖4g,圖4h，圖6d)和裂縫(圖4i，圖6c—g)等儲(chǔ)集空間，使巖石發(fā)生致密化，甚至存在多期次的充填和致密化過程(圖6f,g)。與熱液活動(dòng)相伴生的礦物對孔隙和裂縫的充填大大降低了儲(chǔ)集空間的分布以及孔隙之間的連通性，儲(chǔ)集物性顯著降低，儲(chǔ)層非均質(zhì)性明顯增大，是一種較為強(qiáng)烈的破壞性成巖作用(圖8)。

6 斷裂-層序雙控機(jī)制下的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)

深部富硅質(zhì)熱液流體活動(dòng)是深層、超深層白云巖儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵因素，與之相關(guān)的次生溶蝕孔隙是最重要的儲(chǔ)集空間。研究發(fā)現(xiàn)，斷裂和層序?qū)λ锬九璧厮?、玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組深部熱液流體活動(dòng)及超深層白云巖儲(chǔ)層發(fā)育有著強(qiáng)烈的制約。本文重點(diǎn)探討了在斷裂系統(tǒng)(不同尺度斷裂)和層序地層格架(三級層序甚至更短周期層序)中的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)，并建立了研究區(qū)熱液改造型白云巖儲(chǔ)層的發(fā)育模式。

6.1 斷裂系統(tǒng)中的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)

6.1.1 深大斷裂控制

深大斷裂作為流體運(yùn)移的重要通道，一方面可以溝通地表，作為大氣淡水向下運(yùn)移的通道，增加溶蝕的深度[6,22,24,29]，另一方面也可以作為熱液流體向上運(yùn)移的通道，對白云巖儲(chǔ)層的改造提供可能[4,7,19-21,25,35-36,48]。研究區(qū)奧陶系-石炭系呈角度不整合接觸，中-上奧陶統(tǒng)遭受不同程度的剝蝕(圖2b)，并有大量的深部斷裂溝通不整合面(古地表)。中-上奧陶統(tǒng)遭受大氣淡水溶蝕強(qiáng)烈，溶蝕深度一般在不整合面之下200～300 m范圍內(nèi)[22,49]。蓬萊壩組位于不整合面之下800～1 000 m左右(圖2a)，因?yàn)榫嚯x不整合面較遠(yuǎn)，故表生階段受大氣淡水的影響可能十分有限，且礦物巖石學(xué)和地球化學(xué)分析尚未發(fā)現(xiàn)遭受顯著的大氣淡水溶蝕的證據(jù)。然而，分析結(jié)果顯示蓬萊壩組部分白云巖遭受了強(qiáng)烈的富硅質(zhì)熱液流體的改造。深大斷裂輸導(dǎo)的熱液流體提供了新的流體來源，促進(jìn)了碳酸鹽礦物的溶蝕作用、白云石的重結(jié)晶作用以及玉髓、白云石、方解石和黃鐵礦等礦物的充填作用等一系列成巖過程的發(fā)生。尤為重要的是，熱液向上的運(yùn)移必須要有斷裂系統(tǒng)提供運(yùn)移通道[4,7,10,25,34]，一般而言，張性、扭張性的斷裂更易于深部熱液流體向上的運(yùn)移，因此，溝通深部熱源的基底大斷裂為熱液流體輸送至目的層位提供了可能[48]。

塔里木盆地經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造演化，下切至盆地基底的深大斷裂非常發(fā)育，表現(xiàn)為多期次的斷裂系統(tǒng)，拉張性、張扭性和擠壓性斷層均有發(fā)育，深度可達(dá)50～60 km，溝通地殼深部或下地幔[21,44]。塔里木盆地共經(jīng)歷了兩次主要的張性構(gòu)造過程，分別是震旦紀(jì)-早寒武世的盆地裂谷時(shí)期和二疊紀(jì)的弧后裂谷時(shí)期[34,37]。早二疊世末是塔里木盆地最廣泛、最強(qiáng)烈的構(gòu)造熱事件時(shí)期，巖漿-火山活動(dòng)非常強(qiáng)烈[9,40]，該時(shí)期正值張性、扭張性斷裂系統(tǒng)發(fā)育的階段，可能最有益于深部熱液的上涌[34]，為塔里木盆地寒武系-奧陶系碳酸鹽巖地層提供熱液流體和動(dòng)力來源，所以該時(shí)期可能是蓬萊壩組白云巖儲(chǔ)層遭受熱液改造的最主要階段(圖8)。塔里木盆地塔河和玉北地區(qū)發(fā)育著多條切穿盆地基底的深大斷裂(圖1b,c)，從過TS2井的地震剖面可以看出，張性深大斷裂及次級斷裂相當(dāng)發(fā)育，斷層以高角度正斷層為主，且密度較大。深大斷裂及其次級大斷裂為深部熱液流體向上運(yùn)移提供了重要通道，對蓬萊壩組白云巖儲(chǔ)層的發(fā)育產(chǎn)生了重要的影響。

6.1.2 微斷裂控制

除了深大斷裂及其次級較大斷裂外，巖石中的微斷裂在熱液流體運(yùn)移及其相關(guān)儲(chǔ)層發(fā)育過程中也扮演著尤為重要的角色[8]。加里東中晚期及海西早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致巖石中微斷裂較為發(fā)育[17]，熱液活動(dòng)之前尚保留一些未被完全充填的裂縫，熱液流體沿深大斷裂運(yùn)移至目的層位(蓬萊壩組)后，再沿這些微斷裂繼續(xù)運(yùn)移。微斷裂為熱液流體能夠輸送到更遠(yuǎn)距離提供了重要通道，為較大范圍內(nèi)熱液改造型儲(chǔ)層的發(fā)育提供了可能。微斷裂可能不是獨(dú)立存在的，只有那些在熱液活動(dòng)之前或同時(shí)形成的、與更高級斷裂相連通的微斷裂才有可能作為深部熱液流體運(yùn)移的通道，同時(shí)，深大斷裂附近往往也伴生著大量不同尺度的斷裂，這在一定程度上增加了斷裂之間的連通性，從而增大了熱液活動(dòng)及儲(chǔ)層發(fā)育的范圍。

在巖心和薄片中可見大量熱液流體沿微斷裂運(yùn)移的痕跡，礦物溶蝕、重結(jié)晶和充填現(xiàn)象都沿著裂縫分布。部分晶間溶蝕和溶蝕孔洞具有明顯的沿裂縫呈串珠狀分布的特征(圖5d)，縫合線縫和構(gòu)造裂縫也可見溶蝕擴(kuò)容的痕跡(圖5i,k)，表明溶蝕性熱液流體是沿微斷裂運(yùn)移的，具有一定的優(yōu)勢通道和選擇性。部分重結(jié)晶的白云石有時(shí)也表現(xiàn)出串珠狀分布的特征(圖5c)，一方面與巖石本身的物質(zhì)成分有關(guān)，另一方面也可能與熱液流體沿微斷裂運(yùn)移通道的優(yōu)選性密切相關(guān)。樣品中裂縫常被與熱液活動(dòng)相關(guān)的多種礦物不同程度的充填，可見玉髓充填(圖6a,b,e-g)、中-細(xì)晶白云石充填(圖4i)、鞍狀白云石充填(圖6c)以及方解石充填(圖4i)等，充分說明富硅質(zhì)熱液流體是沿微斷裂運(yùn)移的。

6.2 層序地層格架中的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)

6.2.1 三級層序界面控制

一般情況下，碳酸鹽巖地層中的不整合面常作為流體運(yùn)移的重要通道[35]，尤其是區(qū)域性的角度不整合[50]。在流體沿不整合界面運(yùn)移過程中，對不整合面附近的碳酸鹽巖產(chǎn)生溶蝕改造[35]，進(jìn)而形成良好的儲(chǔ)集空間，使孔隙度和滲透率得以顯著的增加，因此，對于不整合面的識(shí)別也是尋找有效儲(chǔ)層及油氣勘探的重要研究領(lǐng)域。雖然在加里東期和海西早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下，研究區(qū)奧陶系-石炭系形成了一個(gè)大的角度不整合面，但是對深部的蓬萊壩組而言影響可能是十分有限的(圖2)。

研究區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組與上寒武統(tǒng)下丘里塔格組呈平行不整合接觸，在不整合面上下，中-細(xì)晶白云巖非常發(fā)育(圖3)，可見明顯的硅質(zhì)充填甚至硅化現(xiàn)象，白云巖發(fā)生顯著溶蝕和重結(jié)晶，表明該不整合面對深部熱液流體活動(dòng)有著強(qiáng)烈的控制作用。綜合巖石巖性特征以及前人研究成果[30,50]，將蓬萊壩組劃分為2個(gè)三級層序(Sq1和Sq2)，Sq1的底部即為蓬萊壩組與下丘里塔格組之間的平行不整合面，Sq1與Sq2之間為連續(xù)沉積(圖3)。Sq1與Sq2之間的三級層序界面之上也可見系列的中-細(xì)晶白云巖(圖3)，具備熱液改造的礦物巖石學(xué)及地球化學(xué)特征，表明熱液流體可能與該三級層序界面關(guān)系密切。以TS2井為例，與熱液活動(dòng)相關(guān)的中-細(xì)晶白云巖一般分布于三級層序界面上下(圖3)，可推斷三級層序界面是深部熱液流體的重要運(yùn)移通道，熱液流體對界面上下的碳酸鹽巖地層產(chǎn)生了較為強(qiáng)烈的改造，以強(qiáng)烈的溶蝕、重結(jié)晶和充填為特征。根據(jù)礦物巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征以及熱液改造白云巖的分布情況等，初步判斷熱液流體影響范圍可達(dá)至三級層序界面上下30～40 m。TS2井在蓬萊壩組唯一存在的一個(gè)漏失段和一個(gè)氣測異常段也分別位于這兩個(gè)三級層序界面附近，與發(fā)生顯著溶蝕和重結(jié)晶作用的中-細(xì)晶白云巖能夠形成完美的匹配(圖3)，表明三級層序界面附近的這兩個(gè)層段是熱液流體強(qiáng)烈改造的層段，也是進(jìn)一步尋找有效儲(chǔ)層及油氣的重要目的層位。

6.2.2 準(zhǔn)層序樣式控制

除了三級層序界面外，準(zhǔn)層序樣式也可能控制著流體活動(dòng)及相關(guān)儲(chǔ)層的發(fā)育[36]。海平面上升初期，向上變淺的準(zhǔn)層序頂部在同生、準(zhǔn)同生階段可能暴露并遭受大氣淡水的溶蝕[15,51]，但相較于三級層序，其暴露時(shí)間較短，溶蝕程度有限[15,36]。在埋藏階段，準(zhǔn)層序的頂部由于原始物性較好，可能更容易受流體改造而發(fā)育儲(chǔ)集空間，進(jìn)而形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[36]。然而，在深部富硅質(zhì)熱液流體對儲(chǔ)層的改造方面，尚缺少系統(tǒng)有效的資料探討準(zhǔn)層序控制下的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)。

在巖心和薄片中，部分層段的溶蝕孔洞呈麻點(diǎn)狀密集分布(圖5e,f)，部分晶間孔也可見溶蝕的痕跡(圖5b)，但受裂縫控制并不明顯，表現(xiàn)為順層溶蝕的特征，而相鄰層段溶蝕孔洞并不發(fā)育，表明準(zhǔn)層序內(nèi)部巖石受熱液改造程度存在明顯差異，可能受控于準(zhǔn)層序的樣式。在白云巖層段(圖9a)，微-粉晶白云巖、粉-細(xì)晶白云巖和中-細(xì)晶白云巖構(gòu)成了自下而上變淺的準(zhǔn)層序樣式，熱液流體改造強(qiáng)烈的層段分布于準(zhǔn)層序的頂部，碳酸鹽礦物的溶蝕、白云巖的重結(jié)晶以及玉髓、白云石和方解石的充填作用強(qiáng)烈，在其之下，上述改造并不十分發(fā)育，僅在裂縫較為發(fā)育的層段分布。在準(zhǔn)層序內(nèi)部，受熱液影響程度自下而上總體呈增強(qiáng)趨勢，由沿裂縫或孔洞的零星改造向無選擇性的順層改造過渡。準(zhǔn)層序上部的致密微-粉晶白云巖作為局部蓋層，限制了熱液流體的擴(kuò)散，使之在準(zhǔn)層序頂部充分作用。在白云巖與灰?guī)r過渡層段(圖9b)，泥晶灰?guī)r、粉屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r和白云巖構(gòu)成單個(gè)準(zhǔn)層序，熱液流體改造強(qiáng)烈的層段同樣位于準(zhǔn)層序的頂部，但改造強(qiáng)度一般較低，以重結(jié)晶作用為主，溶蝕和充填作用較為有限，但在局部同樣可見到溶蝕孔洞的發(fā)育，呈順層狀分布。在準(zhǔn)層序內(nèi)部，較為致密的灰?guī)r幾乎看不到熱液流體改造的痕跡，局部可見沿縫合線分布的白云石產(chǎn)生微弱的重結(jié)晶和部分溶蝕。準(zhǔn)層序上部的致密泥晶灰?guī)r同樣限制了熱液流體的擴(kuò)散。從圖9可以看出，熱液流體活動(dòng)受準(zhǔn)層序樣式控制，準(zhǔn)層序內(nèi)部的巖性組合和準(zhǔn)層序之間的疊置關(guān)系共同控制著熱液流體的活動(dòng)和儲(chǔ)層的發(fā)育，改造強(qiáng)烈的層段限于準(zhǔn)層序的頂部，與之相關(guān)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層也分布在該位置。

6.3 輸導(dǎo)體系與熱液改造型儲(chǔ)層

塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖遭受了富硅質(zhì)熱液流體的改造，主要分布于白云巖層段及白云巖和灰?guī)r過渡層段，熱液流體在蓬萊壩組的作用方式、運(yùn)移狀態(tài)和與之相關(guān)的儲(chǔ)層發(fā)育情況等還尚不十分清楚，除了受早二疊世巖漿-火山活動(dòng)熱事件強(qiáng)弱影響外，還受不同尺度的斷裂(6.1)及三級層序甚至更短周期層序(6.2)的控制。斷裂系統(tǒng)和層序地層格架中的熱液流體活動(dòng)和儲(chǔ)層發(fā)育存在較明顯的差別，造成上述差異性的根本原因是熱液流體在地層中的輸導(dǎo)體系的差異。因此，輸導(dǎo)體系能夠作為深部熱液流體重要的運(yùn)移通道體系，各輸導(dǎo)體系之間的時(shí)空配置同樣控制著深部熱液流體的運(yùn)移路徑和作用方式，從而影響著熱液改造型儲(chǔ)層的分布。

圖9 塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)蓬萊壩組準(zhǔn)層序樣式對熱液流體活動(dòng)和儲(chǔ)層發(fā)育的制約Fig.9 The influence of parasequence patterns to hydrothermal fluid activities and reservoir development in the Penglaiba Formation in Tahe-Yubei areas,Tarim Basina.白云巖中的準(zhǔn)層序典型樣式及儲(chǔ)層發(fā)育特征，TS2井蓬萊壩組和下丘里塔格組間的平行不整合面之上約22～30 m處；b.白云巖與灰?guī)r過渡 層段準(zhǔn)層序典型樣式，TS2井Sq1與Sq2間的三級層序界面之上約27～41 m處(注：巖石特征概況及熱液流體對儲(chǔ)層的改造情況根據(jù)對應(yīng)深度的巖屑薄片和所有樣品綜合得出。)

深大斷裂及其次級大斷裂與微斷裂構(gòu)成了深部熱液流體運(yùn)移的斷裂輸導(dǎo)體系，對熱液流體的縱向運(yùn)移和穿層輸導(dǎo)十分有效。深大斷裂及其伴生次級大斷裂溝通深部熱源，為深部流體運(yùn)移至目的層位提供了可能；微斷裂為熱液流體的進(jìn)一步運(yùn)移提供了通道，大大提高了熱液的運(yùn)移距離和影響范圍。在張性、張扭性斷裂中，縫洞發(fā)育，連通性好，更利于熱液流體的運(yùn)移。不整合輸導(dǎo)體系也是深部流體重要的運(yùn)移通道，主要是有利于流體的橫向輸導(dǎo)，有時(shí)伴隨著一定的穿層。在蓬萊壩組中，Sq1底部的平行不整合面和Sq1、Sq2之間的三級層序界面都對熱液流體的運(yùn)移產(chǎn)生了重要的控制作用，其主要運(yùn)移通道是層序界面上下的裂縫和連通孔隙。準(zhǔn)層序樣式同樣影響著熱液流體的運(yùn)移，其輸導(dǎo)機(jī)制與儲(chǔ)集層體系密切相關(guān)，主要是橫向不穿層輸導(dǎo)。準(zhǔn)層序頂部的巖層原始孔滲性較好，是熱液流體的優(yōu)勢運(yùn)移層段，主要通過孔隙型通道進(jìn)行運(yùn)移，理想情況下，熱液流體在準(zhǔn)層序頂部巖層中的運(yùn)移不存在優(yōu)勢運(yùn)移通道，表現(xiàn)為均質(zhì)層狀分布的溶蝕、重結(jié)晶和充填特征。但是，在自然條件下，儲(chǔ)集層輸導(dǎo)體系大多是非均質(zhì)的，存在微斷裂、層理面等優(yōu)勢運(yùn)移通道，表現(xiàn)為非均質(zhì)性[52-53]。因此，斷裂-層序共同構(gòu)成了深部熱液流體運(yùn)移的輸導(dǎo)體系，它們在空間上的組合共同控制著熱液的運(yùn)移和儲(chǔ)層的發(fā)育。

根據(jù)儲(chǔ)層巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，結(jié)合輸導(dǎo)體系的分析，建立了塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組斷裂-層序雙控機(jī)制下的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)的概念模型(圖10)。早二疊世，研究區(qū)巖漿-火山活動(dòng)強(qiáng)烈，深大斷裂及斷裂帶發(fā)育，深部富硅質(zhì)熱液流體沿著深大斷裂及其次級大斷裂運(yùn)移至淺層的蓬萊壩組，可能與地層水發(fā)生不同程度的混合[19,20]，伴隨著碳酸鹽巖礦物的溶蝕和重結(jié)晶，形成次生溶蝕孔隙和晶間孔。流體中SiO2、CO2、H2S、Mg2+和Ca2+含量較多，當(dāng)流體運(yùn)移至Sq1底部的平行不整合面和Sq1、Sq2之間的三級層序界面時(shí)(圖3)，縱向輸導(dǎo)隨之轉(zhuǎn)向?yàn)闄M向輸導(dǎo)，隨著運(yùn)移距離的增加以及溫度、壓力、PH值等物理化學(xué)條件的改變，熱液流體發(fā)生沉淀，形成白云石、玉髓、方解石和黃鐵礦等充填裂縫和溶蝕孔洞，同時(shí)CO2和H2S等酸性氣體大量釋放，沿層序界面運(yùn)移至更遠(yuǎn)距離，溶蝕碳酸鹽礦物和早期孔、縫等儲(chǔ)集空間，影響范圍可達(dá)至三級層序界面上下30～40 m(圖3，圖10)。熱液流體沿三級層序界面的運(yùn)移也表現(xiàn)為強(qiáng)烈的不均一性。準(zhǔn)層序頂部原始物性較好的層段是熱液流體的優(yōu)勢運(yùn)移通道，也是熱液流體強(qiáng)烈改造及其相關(guān)儲(chǔ)層發(fā)育的層段(圖9)。由于熱液活動(dòng)程度的限制以及蓬萊壩組上段和鷹山組巨厚致密泥晶灰?guī)r的封堵，熱液流體對上部灰?guī)r的影響十分有限(圖10)。

圖10 塔里木盆地塔河、玉北地區(qū)蓬萊壩組斷裂-層序雙控機(jī)制下的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)的概念模型Fig.10 A conceptual model showing the impact of hydrothermal activities on reservoir formation under the dual control by faults and sequence boundaries in the Penglaiba Formation in Tahe-Yubei areas,Tarim Basin

該模型不僅強(qiáng)調(diào)斷裂的控制，還重點(diǎn)關(guān)注了層序在熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)方面的積極作用，認(rèn)為斷裂-層序共同構(gòu)成熱液運(yùn)移的輸導(dǎo)體系，并提出了斷裂-層序的雙控機(jī)制。熱液流體在斷裂系統(tǒng)中的運(yùn)移主要是縱向的，而在層序地層格架中的運(yùn)移主要是橫向的，以往研究往往更關(guān)注于斷裂的作用，然而，橫向上的熱液運(yùn)移及成儲(chǔ)效應(yīng)尚未引起足夠的重視。由于熱液流體是自下而上運(yùn)移的，致密層會(huì)對其縱向的運(yùn)移造成封堵，封堵后的熱液往往更傾向于橫向的運(yùn)移，在三級層序界面及準(zhǔn)層序頂部等原始物性較好的層段發(fā)生遠(yuǎn)距離的橫向運(yùn)移，因次，斷裂-層序雙控機(jī)制的模型大大拓展了對熱液流體活動(dòng)及改造型儲(chǔ)層發(fā)育空間范圍的認(rèn)識(shí)，為油氣勘探提供重要的理論支持和借鑒作用。

7 結(jié)論

1) 根據(jù)白云石的分布方式和結(jié)構(gòu)形態(tài)等特征，將蓬萊壩組白云石分為灰?guī)r中的零散白云石、基質(zhì)型白云石和白云巖中的充填白云石共三種類型。蓬萊壩組白云巖原生孔隙已基本消失殆盡，次生溶蝕孔隙是最為重要的儲(chǔ)集空間，主要分布于中-細(xì)晶白云巖和部分粉-細(xì)晶白云巖中。

2) 礦物巖石學(xué)證據(jù)、電子探針微區(qū)分析、C、O、Sr同位素以及REE元素分析結(jié)果表明，微-粉晶白云巖幾乎未受后期流體改造，粉-細(xì)晶白云巖受熱液流體影響較弱，中-細(xì)晶白云巖受熱液流體改造強(qiáng)烈。受富硅質(zhì)熱液流體強(qiáng)烈改造的白云巖表現(xiàn)熱褪色現(xiàn)象、鞍狀白云石充填以及充填白云石、方解石、玉髓、黃鐵礦等多種礦物組合沉淀，以及較高的SiO2、FeO、MnO和BaO含量、較低的SrO含量和87Sr/86Sr值、偏負(fù)的δ18O值、較低的∑REE含量、明顯的Eu正異常和Ce負(fù)異常。

3) 熱液流體對儲(chǔ)層的改造主要發(fā)生于早二疊世，主要表現(xiàn)為溶蝕作用、重結(jié)晶作用和充填作用三個(gè)方面。溶蝕作用和重結(jié)晶作用整體上是建設(shè)性成巖作用，溶蝕作用形成的溶蝕孔和重結(jié)晶作用形成的晶間孔對白云巖儲(chǔ)層起到顯著的改善作用，而充填作用是則一種較強(qiáng)烈的破壞性成巖作用。

4) 熱液流體在斷裂系統(tǒng)和層序地層格架中的活動(dòng)存在差異性和聯(lián)系性，斷裂-層序共同構(gòu)成熱液流體運(yùn)移的輸導(dǎo)體系，共同控制著熱液流體的運(yùn)移路徑和作用方式。不同尺度斷裂和三級層序甚至更短周期層序?qū)嵋夯顒?dòng)及儲(chǔ)層的發(fā)育起到強(qiáng)烈的控制作用，并基于此建立了斷裂-層序雙控機(jī)制下的熱液活動(dòng)及成儲(chǔ)效應(yīng)的概念模型。