塔里木盆地順北地區(qū)克拉通內(nèi)走滑斷裂帶中-下奧陶統(tǒng)儲集體方解石脈形成及其與油氣充注耦合關(guān)系

劉建章，蔡忠賢，滕長宇，張 恒，陳 誠

［1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院，湖北 武漢 430074］

塔里木盆地、四川盆地等含油氣盆地的深層（埋深4 500～6 000 m）-超深層（埋深 ＞ 6 000 m）海相碳酸鹽巖蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，是實(shí)現(xiàn)中國油氣資源戰(zhàn)略接替的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域［1-3］。然而，與中-淺層相比，深層-超深層海相碳酸鹽巖層系地質(zhì)時代老、埋藏深，油氣成藏要素經(jīng)歷了長期復(fù)雜演化和多期構(gòu)造活動疊加下的調(diào)整與改造過程，油氣藏類型多樣，油氣聚集機(jī)理、分布規(guī)律及主控因素十分復(fù)雜，對傳統(tǒng)油氣成藏機(jī)理的經(jīng)典理論和勘探認(rèn)識提出了新的挑戰(zhàn)［4］。

近年來，塔里木盆地臺盆區(qū)順托果勒低隆起超深層海相碳酸鹽巖層系發(fā)現(xiàn)了以輕質(zhì)油-凝析油氣藏為主的超十億噸級的順北油氣田［3，5-6］，不同于以塔河、塔中等為代表的不整合巖溶縫洞型碳酸鹽巖油氣田［7-8］和以普光、安岳等為代表的礁/灘型碳酸鹽巖氣田［9-11］，順北油氣田主要為克拉通內(nèi)走滑斷裂控制下形成的超深層斷控縫洞型油氣田，走滑斷裂具有明顯的“控儲、控藏、控富”特征［6，12-13］。盡管對順北地區(qū)走滑斷裂構(gòu)造特征、形成演化、成因機(jī)制及其控儲、控藏、控富機(jī)制進(jìn)行了大量研究并取得了豐碩的成果［5，13-19］，但因順北地區(qū)超深層碳酸鹽巖油氣藏受克拉通板內(nèi)中、小尺度走滑斷裂體系控制并經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動，油氣成藏過程與分布規(guī)律極其復(fù)雜，對走滑斷裂演化控制下油氣差異聚集過程的研究仍較為薄弱，油氣主成藏期次的認(rèn)識存在以下爭議：①加里東晚期—海西早期［20-21］；②海西晚期—印支期［17］；③加里東晚期—海西早期、海西晚期—印支期、燕山期—喜馬拉雅期3期成藏［3，14，16，22］。

含油氣盆地沉積巖石中斷裂與裂縫是流體活動的重要通道，斷裂與裂縫中充填的不同期次和不同類型的礦物脈體是地質(zhì)歷史時期構(gòu)造活動下流體和巖石相互作用的直接產(chǎn)物［23-25］，記錄了斷裂帶中流體活動的豐富地質(zhì)和地球化學(xué)信息［26-27］，是研究沉積盆地構(gòu)造活動和流體演化歷史的重要媒介。通過對裂縫脈體開展巖石薄片觀察、陰極發(fā)光，微區(qū)原位微量元素-稀土元素及流體包裹體測溫、測鹽等方面的分析測試，可以厘定裂縫脈體類型、期次及形成序次關(guān)系，判識成脈古流體性質(zhì)、來源、形成環(huán)境及其演化過程［28］。本文擬在對塔里木盆地順北地區(qū)勘探開發(fā)程度較高的順北1 號、順北5 號走滑斷裂帶奧陶系鷹山組-一間房組碳酸鹽巖儲集體巖心觀察的基礎(chǔ)上，通過對裂縫脈體類型與形成序次、成脈流體性質(zhì)及油氣充注過程的分析，探討順北地區(qū)走滑斷裂帶古流體演化過程與油氣充注歷史的耦合關(guān)系，為順托果勒低隆起走滑斷裂油氣差異聚集機(jī)理的研究提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

順北油氣田主體位于塔里木盆地腹部順托果勒低隆起，北鄰沙雅隆起，南接卡塔克隆起，東西向位于阿瓦提坳陷與滿加爾坳陷之間［3］（圖1）。順托果勒低隆起經(jīng)歷了加里東早期弱伸展背景下的穩(wěn)定構(gòu)造沉降、加里東中晚期—海西早期區(qū)域擠壓背景下的低隆起形成、海西晚期—印支期的調(diào)整改造［29-32］和燕山期—喜馬拉雅期的斷裂活化及定型階段［19］，形成現(xiàn)今構(gòu)造樣式。與各期構(gòu)造活動相對應(yīng)，順托果勒低隆起發(fā)育多期走滑斷裂，不同走滑斷裂甚至同一斷裂不同分段的發(fā)育特征均存在巨大差異［13，18］。

與沙雅隆起和卡塔克隆起相比，順托果勒低隆起地層發(fā)育較齊全，各年代地層僅部分組、段不同程度缺失（圖1b）。下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組斜坡相泥頁巖為優(yōu)質(zhì)烴源巖層，中-下奧陶統(tǒng)鷹山組-一間房組碳酸鹽巖與上覆桑塔木組厚層泥巖蓋層形成了良好的儲-蓋組合，是目前順北地區(qū)油氣勘探評價的主要目標(biāo)［12-14，16］。中-下奧陶統(tǒng)鷹山組-一間房組碳酸鹽巖儲集體巖石類型主要為致密泥晶灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、砂屑泥晶灰?guī)r等，儲集空間主要為走滑斷裂多期活動形成的斷控洞穴、構(gòu)造裂縫帶及破碎帶［6，33］。橫穿斷裂帶的側(cè)鉆井和水平井多遇放空、鉆井液漏失現(xiàn)象［16］，而距離斷裂帶較遠(yuǎn)的鉆井鮮有放空、漏失現(xiàn)象［5，34］。順北油氣田不同斷裂帶甚至同一斷裂的不同分段，油氣相態(tài)、油氣柱高度、油氣藏規(guī)模和鉆井產(chǎn)能也具有顯著差異［3，13］。斷裂帶總體具有“西油東氣、北油南氣”的特征［5，13-14］（圖1a）。

2 裂縫脈體期次及成脈流體來源

順北地區(qū)可大致以順北5 號斷裂帶為界，劃分為兩個延伸方向的走滑斷裂體系，在平面上分區(qū)明顯。順北5 號及其以西的斷裂體系主要沿NNW 向展布，順北1號及其以東的斷裂體系主要走向?yàn)镹E-NNE（圖1）。順北5 號以東的順北1 號、順北2 號斷裂收斂于順北5 號斷裂帶，走向大致為NE45°，被認(rèn)為是順北5 號斷裂的分支斷裂體系［3，18］。

2.1 不同期次脈體巖石學(xué)及陰極發(fā)光特征

對順北5 號斷裂帶中-北段、順北1 號斷裂帶多口井巖心觀察表明，順北地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)鷹山組-一間房組儲集體以構(gòu)造破裂成因的高角度裂縫為主，見伴生的網(wǎng)狀水平裂縫，被多期方解石半充填或者全充填，并可見少量瀝青充填。對順北1號斷裂帶、順北5號斷裂帶中-北段奧陶系碳酸鹽巖儲集體中的裂縫脈體進(jìn)行巖石薄片觀察與陰極發(fā)光測試，結(jié)果表明，順北5號斷裂帶中-北段碳酸鹽巖儲集體中至少發(fā)育4 期方解石脈體（圖2），而順北1號斷裂帶碳酸鹽巖儲集體中除至少發(fā)育4 期方解石脈體外，局部成巖早期硅質(zhì)巖化嚴(yán)重，而晚期可見部分方解石脈被粉-細(xì)晶石英交代（圖3）。

圖2 順北地區(qū)順北5號斷裂帶中-下奧陶統(tǒng)儲集體中脈體巖石學(xué)及陰極發(fā)光特征照片F(xiàn)ig.2 Micrographs of petrography and cathodoluminescence（CL）of calcite veins in the Middle-Lower Ordovician reservoirs of the No.5 fault zone in Shunbei area

順北5號斷裂帶碳酸鹽巖儲集體中，第1期方解石脈體（Cal-1）主要充填于裂縫邊緣，方解石晶體呈櫛殼狀或者纖維狀，脈體中心可見部分粉-細(xì)晶方解石，陰極光下不發(fā)光或發(fā)橘紅色光（圖2a—c）；第2 期亮晶方解石脈體（Cal-2）切穿第1 期方解石脈體，方解石呈等軸狀細(xì)-中晶結(jié)構(gòu)，并與瀝青脈伴生，陰極光下發(fā)橘紅色，較寬裂縫內(nèi)充填的中-粗晶方解石環(huán)帶狀邊緣發(fā)暗紅色光（圖2d—f）；第3 期方解石脈體（Cal-3）切穿了第1 期、第2 期方解石脈體（圖2b，c），晶體特征及陰極發(fā)光特征與第2 期近似，呈等軸狀細(xì)-中晶結(jié)構(gòu)，陰極光下發(fā)橘紅色光（圖2b，c，g—i），脈體邊緣可見瀝青；第4 期方解石脈體（Cal-4）明顯截切了第3 期方解石脈體，主要由近等軸中-粗晶方解石構(gòu)成，解理紋發(fā)育，陰極光下不發(fā)光或者發(fā)暗紅色光，比圍巖陰極光顏色更暗（圖2g—i）。

順北1 號斷裂帶方解石脈體主要取自拉分段一間房組灰?guī)r儲集體，局部可見明顯的早期硅質(zhì)巖化，硅質(zhì)多為隱晶-微晶結(jié)構(gòu)，陰極光下呈紫-棕色（圖3a—d）。第1 期方解石脈體多位于硅質(zhì)的邊緣，粒徑較細(xì)且寬度較窄，陰極光下呈暗紅色或不發(fā)光，僅局部發(fā)育；第2期方解石脈體較發(fā)育，主要為粉-細(xì)晶方解石，自形程度較好，部分與硅質(zhì)直接接觸，陰極光下發(fā)較強(qiáng)的橘紅色光，局部可見第2期方解石脈體被石英交代（圖3b—d），應(yīng)為第3 期方解石脈體形成前產(chǎn)生；第3期方解石脈體陰極發(fā)光呈暗紅色，特征與圍巖接近，明顯見切割第2期方解石脈體的特征（圖3a，b）；前期形成的方解石脈體多被第4期方解石脈體切割，該期方解石脈體典型特征是陰極光下不發(fā)光或發(fā)暗棕紅色光。

圖3 順北地區(qū)順北1號斷裂帶SB1-A井中-下奧陶統(tǒng)儲集體（埋深7 278.1 m）中脈體巖石學(xué)及陰極發(fā)光特征Fig.3 Micrographs of petrography and cathodoluminescence（CL）of calcite veins in the Middle-Lower Ordovician reservoirs（at a burial depth of 7 278.1 m）in well SB1-A of the No.1 fault zone in Shunbei area

總的來看，順北地區(qū)順北1 號斷裂帶、順北5 號斷裂帶中-北段中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲集體中方解石脈體發(fā)育，順北5 號斷裂帶中-北段至少可見4 期方解石脈體，順北1號斷裂帶拉分段也至少發(fā)育4期方解石脈體，且局部見灰?guī)r被硅質(zhì)巖化現(xiàn)象，產(chǎn)生于第1期方解石脈體形成之前，而第2 期方解石脈體部分被石英交代，可能表明順北1號斷裂帶流體輸導(dǎo)性能更強(qiáng)、成脈流體類型及古流體活動歷史更復(fù)雜多樣，可能存在晚期的硅質(zhì)流體活動。

2.2 不同期次脈體微量元素-稀土元素特征

稀土元素（REE）是指位于化學(xué)元素周期表ⅢB 族La-Lu（鑭系）和鈧（Sc）、釔（Y）共 17 種元素，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有相似的地球化學(xué)行為，是重要的地球化學(xué)指示劑。自然界中不同來源的流體具有不同的REE 含量和配分特點(diǎn)［35-37］，從流體中生長或沉淀的礦物繼承了流體的特征，可以通過礦物配分特征來推斷流體來源［26］。

采用激光微區(qū)原位法（LA-ICP-MS）對各期次典型方解石脈進(jìn)行元素分析，得到不同期次方解石脈的微量元素和稀土元素含量。順北1 號斷裂帶只獲得了Cal-2，Cal-3 和Cal-4 共3 期方解石脈體的稀土元素數(shù)據(jù)，順北5號斷裂帶碳酸鹽巖儲集體中4期方解石脈稀土元素數(shù)據(jù)均可檢測到。順北1 號斷裂帶和順北5 號斷裂帶中-下奧陶統(tǒng)灰?guī)r圍巖及裂縫充填方解石脈的稀土元素含量（?REE）總體較低（0.02～28.90 μg/g），不同期次方解石脈體的Fe 和Mn 含量、Fe/Mn 含量比值、?REE 及?LREE（輕稀土元素含量）/?HREE（重稀土元素含量）（表1）及配分模式均存在一定的差異（圖4）。

圖4 順北地區(qū)順北1號斷裂帶（a）和順北5號斷裂帶（b）中-下奧陶統(tǒng)儲集體方解石脈與圍巖稀土元素配分模式Fig.4 REE distribution pattern of calcite veins and wall rocks in the Middle-Lower Ordovician reservoirs of the No.1 fault zone（a）and No.5 fault zone（b）in Shunbei area

表1 順北地區(qū)順北1號和順北5號斷裂帶方解石脈與圍巖的稀土元素和部分微量元素含量及其比值Table 1 Contents and ratios of REEs and some trace elements in calcite veins and host-rocks of the No.1 and 5 fault zones in Shunbei area

順北5 號斷裂帶Cal-1 方解石脈Fe 和Mn 含量低，但Fe/Mn 值相對較高，平均為20.5；Cal-2方解石脈Fe/Mn平均值為6.0；Cal-3方解石脈Fe/Mn平均值為1.8，與Cal-2方解石脈相比Mn含量變化不大，但Fe含量明顯增加；Cal-4 方解石脈Fe 和Mn 含量均顯著增加，F(xiàn)e/Mn 平均值為8.4。順北5 號斷裂帶Cal-1 方解石脈Mn含量極低，F(xiàn)e/Mn值高因而陰極發(fā)光弱或不發(fā)光；Cal-2和Cal-3方解石脈Mn含量略有增加而Fe含量減少，因而陰極發(fā)光略有增強(qiáng)；Cal-4 方解石脈陰極發(fā)光較弱。與順北5 號斷裂帶相比，順北1 號斷裂帶Cal-2 方解石脈Fe含量較大，Mn含量明顯更高，F(xiàn)e/Mn值相對較小，陰極發(fā)光較強(qiáng)；Cal-3方解石脈Mn 和Fe 含量均明顯減小，但Mn含量減小更為顯著，導(dǎo)致Fe/Mn 值有所增大，因而陰極發(fā)光強(qiáng)度有所減弱；Cal-4 方解石脈中Fe 含量顯著增大，而Mn 含量變化不大，F(xiàn)e/Mn 值高，陰極光不發(fā)光或極弱。

不同期次典型裂縫方解石脈體和灰?guī)r圍巖稀土元素含量經(jīng)太古宙頁巖（PAAS）標(biāo)準(zhǔn)化［38］處理后的配分模式如圖4 所示，順北1號及順北5號斷裂帶方解石脈稀土元素含量（?REE）普遍較圍巖偏低（表1）。順北5號斷裂帶Cal-1 方解石脈稀土元素總量（?REE）較圍巖顯著偏低（平均為0.20 μg/g），且具有明顯的輕稀土（?LREE）虧損、重稀土波動較大，顯著的Eu 和Y 正異常特征；順北1 號及順北5 號斷裂帶Cal-2 方解石脈稀土元素總含量也較圍巖偏低，較明顯的輕稀土相對虧損，較弱的Eu 和Y 正異常，順北1 號斷裂帶Cal-2 方解石脈同時具有弱的La 正異常特征。其他兩個期次Cal-3 和Cal-4 方解石脈稀土元素配分樣模式與圍巖類似，總體表現(xiàn)為曲線較平坦，稀土元素含量較灰?guī)r圍巖偏輕，具有較弱的Ce 負(fù)異常和較低的La，Eu 及Y 正異常特征。順北1號斷裂帶和順北5號斷裂帶的Cal-3方解石脈與其他期次脈體相比，稀土元素總量相對較高，與圍巖相近或略高。

2.3 成脈流體來源及形成環(huán)境

海相自生碳酸鹽巖REE 的PAAS 標(biāo)準(zhǔn)化配分模式具有與現(xiàn)代海水類似的特征：重稀土元素富集、La正異常、輕微的Gd 異常以及高Y/Ho 比值（44～74）［39-40］，研究區(qū)稀土元素含量及配分模式（表1；圖4）表明灰?guī)r圍巖繼承了中-下奧陶統(tǒng)海水的信息。順北5 號斷裂帶Cal-1 方解石脈稀土元素含量（?REE）比圍巖顯著偏輕，PAAS 標(biāo)準(zhǔn)化配分模式具有配分曲線波動大，輕稀土虧損、Eu顯著正異常等復(fù)雜特征，基本與文獻(xiàn)［26］報道的經(jīng)熱液改造作用巖石的REE配分模式吻合，但Cal-1方解石脈Fe和Mn元素含量極低，陰極光下不發(fā)光-發(fā)暗紅色光。巖心及巖石薄片觀察發(fā)現(xiàn)，方解石多呈櫛殼狀或者纖維狀，具有明顯的海水沉積方解石特征，推測認(rèn)為Cal-1成脈流體主要為海源性流體，形成后經(jīng)歷了熱液改造作用，導(dǎo)致Cal-1方解石脈失去了海水來源的原始REE的典型特征，表現(xiàn)出稀土元素含量較低、配分曲線起伏不定的復(fù)雜變化。其他期次方解石脈體稀土元素配分模式與灰?guī)r圍巖類似，總體表現(xiàn)為配分曲線較平坦，稀土元素含量較灰?guī)r圍巖略偏輕，普遍具有La 正異常，較高Y/Ho 比值（28.3～76.9），部分脈體具有輕微的Eu正異常特征（圖4），可能表明各期次成脈流體主要來源于同地層演化后的地層流體。

Ce 異常［41-42］是沉積氧化-還原環(huán)境的常用判別指標(biāo)。一般δCeN＞ 1 為正異常，代表還原環(huán)境，δCeN＜ 1為負(fù)異常，代表氧化環(huán)境。本研究采用PAAS 標(biāo)準(zhǔn)化后計算結(jié)果［δCeN=2CeN/（LaN+PrN），N 表示PASS 標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果］表明，順北1 號斷裂帶Cal-2，Cal-3 和Cal-4 各期次方解石脈的δCeN平均值分別為0.74，0.70 和0.70，與灰?guī)r圍巖δCeN平均值0.71 接近；順北5 號斷裂帶4 期次方解石脈δCeN平均值依次為0.62，0.67，0.70 和0.60，與順北5 號斷裂帶灰?guī)r圍巖δCeN平均值0.65 也非常接近。這說明各期次方解石脈δCeN主要繼承了灰?guī)r圍巖的特征，因而可能不適用于脈體成巖環(huán)境的判別。

U/Th 比值也是氧化-還原環(huán)境的可靠判別指標(biāo)［43］，通常U/Th ＞ 1.25 代表還原環(huán)境，U/Th ＜ 0.75 代表氧化環(huán)境，0.75 ＜ U/Th ＜ 1.25 代表貧氧環(huán)境。順北1 號斷裂帶Cal-2 方解石脈U/Th 值介于1.11～1.44，平均值為1.25，指示Cal-2方解石脈成巖環(huán)境為貧氧-還原環(huán)境；Cal-3和Cal-4方解石脈U/Th值均大于1.25（表1），指示形成于還原環(huán)境。順北5 號斷裂帶Cal-1方解石脈U/Th值變化大，介于1.0～48.3，表明形成于貧氧-還原環(huán)境，U/Th 較大變化范圍可能是形成于海源性流體的脈體經(jīng)歷了較強(qiáng)還原性熱液疊加改造作用的結(jié)果；Cal-3 方解石脈U/Th 值也變化大，介于0.9～149.1，指示形成于貧氧-還原環(huán)境；Cal-2 和Cal-4 方解石脈U/Th值均大于1.25，主要形成于還原環(huán)境。

3 油氣充注期次與脈體形成耦合關(guān)系

3.1 流體包裹體巖相學(xué)特征

流體包裹體是有力的流體示蹤工具，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于油氣成藏期次的研究［44-45］。巖相學(xué)特征是流體包裹體分析的基礎(chǔ)。流體包裹體薄片透射光及烴類包裹體熒光觀察表明，順北1號斷裂帶、順北5號斷裂帶中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲集體中烴類包裹類型豐富，主要為氣-液兩相油包裹體、富氣相天然氣包裹體，可見少量單一液相油包裹體、固相瀝青包裹體、純氣相天然氣包裹體；烴類包裹體總體個體較小，直徑一般為2～8 μm，少數(shù)可達(dá)10～15 μm；形態(tài)大多數(shù)為近圓形或橢圓形，部分為不規(guī)則狀。單偏光下油包裹體顏色多為無色，少量為棕褐色，天然氣包裹體多為無色，少數(shù)純氣態(tài)烴包裹體為黑色或黑灰色。紫外光下，油包裹體主要發(fā)藍(lán)白色熒光，其次為黃綠色熒光，少量發(fā)淺黃色熒光。熒光顯微鏡下統(tǒng)計表明，順北5號斷裂帶中-北段一間房組儲集體中藍(lán)白色、黃綠色、淺黃色熒光油包裹體百分比率大致為50 %，45 %和5 %，而順北1 號斷裂帶三者比率大致為55 %，40 %和5 %。從烴類包裹體賦存礦物及產(chǎn)狀看，順北1 號斷裂帶、順北5 號斷裂帶油包裹體均主要呈串珠狀分布于穿灰?guī)r、生物骨架孔充填方解石晶體及裂縫充填方解石脈體的構(gòu)造愈合微裂紋中，并以構(gòu)造愈合微裂紋及裂縫充填方解石脈體為主。因此，順北1號斷裂帶與順5號斷裂帶烴類包裹體熒光顏色、豐度及賦存產(chǎn)狀特征差異并不明顯。

順北1號斷裂帶、順北5號斷裂帶烴類包裹體均可大致分為3 期：第1 期烴類包裹體（P1）主要為發(fā)黃綠色、藍(lán)白色熒光油包裹體，少量為淺黃色熒光油包裹體，多呈串珠狀、團(tuán)簇狀、零星狀分布于瀝青前形成的Cal-2 脈體及溶孔充填方解石中（圖5a，b，e，f）。第2期烴類包裹體（P2）主要為發(fā)藍(lán)白色、黃綠色熒光油包裹體，多呈串珠狀、團(tuán)簇狀分布于瀝青后形成的Cal-3脈體內(nèi)（圖5c，d，g，h），部分沿愈合微裂紋呈串珠狀分布，與第3期次油包裹體難以區(qū)分。第3期烴類包裹體（P3）主要為發(fā)藍(lán)白色、黃綠色熒光油包裹體，部分伴生天然氣包裹體，多呈串珠狀分布于穿泥晶灰?guī)r圍巖、生物骨架孔充填方解石、方解石脈體的構(gòu)造愈合微裂紋中（圖5c—f）?？傮w上，油包裹體呈串珠狀分布于穿泥晶灰?guī)r、生物骨架孔充填方解石、不同期次方解石脈的構(gòu)造愈合微裂紋是該區(qū)烴類包裹體主要的賦存產(chǎn)狀，表明研究區(qū)油氣主要沿斷裂及其伴生裂縫構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)移。

圖5 順北地區(qū)順北1號斷裂帶（a—d）和順北5號斷裂帶（e—h）中-下奧陶統(tǒng)儲集體中烴類包裹體巖石學(xué)特征及期次劃分Fig.5 Micrographs showing the petrographical features and charging stage division of hydrocarbon inclusions in the Middle-Lower Ordovician reservoirs of the No.1 fault zone（a-d）and No.5 fault zone（e-h）in Shunbei area

3.2 油氣充注期次

在流體包裹體巖相學(xué)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)流體包裹體組合（FIA）［46］嚴(yán)格篩選原生成巖鹽水包裹體及與油包裹體共生的鹽水包裹體進(jìn)行均一溫度、鹽度等測試，并剔除氣液比差異大、不規(guī)則形、“卡脖子”等可能發(fā)生了流體泄露或再平衡等過程的流體包裹體數(shù)據(jù)。順北1 號斷裂帶及順北5 號斷裂帶各期次方解石脈體中鹽水包裹體均較豐富，大多為氣-液兩相，呈近橢圓或紡錘形，大小在1～15 μm，但多以3～8 μm 為主，大多呈串珠狀、團(tuán)簇狀產(chǎn)出，尤以Cal-2 和Cal-3 流體包裹體含量最豐富。順北1 號斷裂帶Cal-1 檢測到的少量原生鹽水包裹體均一溫度大致為65～80 ℃；Cal-2原生鹽水包裹體及與油包裹體共生鹽水包裹體均一溫度為75～100 ℃；Cal-3 原生鹽水包裹體及與油包裹體共生鹽水包裹體均一溫度為100～120 ℃；在Cal-2 和Cal-3構(gòu)造愈合微裂紋中檢測到了大量與油包裹體、天然氣包裹體共生鹽水包裹體，其均一溫度范圍為130～180 ℃（圖6a）。在順北5 號斷裂帶Cal-1 檢測到的少量原生鹽水包裹體均一溫度約為65～80 ℃；Cal-2 原生鹽水包裹體及與油包裹體共生鹽水包裹體均一溫度為80～100 ℃；Cal-3 原生鹽水包裹體及與油包裹體共生鹽水包裹體均一溫度約為100～125 ℃；在Cal-2 和Cal-3構(gòu)造愈合微裂紋中檢測到少量與油包裹體共生鹽水包裹體，其均一溫度范圍大致為125～140 ℃（圖6b）。順北1 號斷裂帶較高溫度范圍（＞ 120 ℃）油氣包裹體豐度、頻次明顯高于順北5 號斷裂帶（圖6）。順北1號、順北5號斷裂帶Cal-4方解石脈表面較污濁，均未能檢測到可測溫的氣-液兩相鹽水包裹體。

圖6 順北地區(qū)順北1號斷裂帶（a）和順北5號斷裂帶（b）中-下奧陶統(tǒng)與烴類包裹體共生鹽水包裹體均一溫度頻數(shù)直方圖Fig.6 Histograms of homogenization temperatures for the paragenetic aqueous inclusions of hydrocarbon inclusions in the calcite veins of the Middle-Lower Ordovician in the No.1 fault zone（a）and No.5 fault zone（b），Shunbei area

結(jié)合流體包裹體巖相學(xué)特征分析認(rèn)為，順北地區(qū)順北1 號斷裂帶、順北5 號斷裂帶中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲集體中至少發(fā)生了3 期烴類充注過程。第1 期油氣充注（P1）主要對應(yīng)于Cal-2 脈體形成時期；該期油氣充注后經(jīng)歷氧化降解等生物、化學(xué)作用而形成固體瀝青。第2 期油氣充注（P2）對應(yīng)于Cal-3 脈體形成時期，烴類包裹體主要呈串珠狀、團(tuán)簇狀分布于Cal-3 脈體內(nèi)，部分分布于穿早期脈體的構(gòu)造愈合微裂紋中。第3期油氣充注（P3）主要呈串珠狀分布于穿泥晶灰?guī)r圍巖、生物骨架孔充填方解石、多期方解石脈的構(gòu)造愈合微裂紋中。

3.3 油氣充注期次與方解石脈形成的耦合關(guān)系

將各期方解石脈原生鹽水包裹體以及與烴類裹體同期的鹽水包裹體的均一溫度與構(gòu)造-埋藏史圖結(jié)合可以大致間接確定各期方解石脈形成時間和油氣成藏時期［44-45，47-48］，結(jié)果表明：順北1號斷裂帶3期油氣充注時間分別為425～388，280～215 和125～0 Ma，并可能以22～0 Ma 為主，對應(yīng)的構(gòu)造活動階段分別為加里東晚期—海西早期、海西晚期—印支期和燕山中-晚期—現(xiàn)今，并可能以喜馬拉雅晚期為主（圖7a）。順北5 號斷裂帶3 期油氣充注時間分別為428～385，280～200和200～118 Ma（圖7b），對應(yīng)的構(gòu)造活動階段分別為加里東晚期—海西早期、海西晚期—印支期和燕山早-中期。Cal-1 脈體可能主要形成于奧陶紀(jì)晚期，加里東運(yùn)動Ⅲ幕強(qiáng)烈的構(gòu)造活動形成的斷裂構(gòu)成了深層熱液上升的通道，疊加了熱液改造；Cal-2 和Cal-3 脈體與加里東晚期—海西早期、海西晚期—印支期的油氣充注過程伴生；Cal-4推測性認(rèn)為主要形成于燕山期的構(gòu)造活動（圖7a，b）。

圖7 順北地區(qū)順北1號斷裂帶（a）和順北5號斷裂帶（b）中-下奧陶統(tǒng)油氣藏油氣充注期次和時間Fig.7 Burial history diagram showing the determination of hydrocarbon charging stages and timing in the Middle-Lower Ordovician reservoirs of the No.1 fault zone（a）and No.5 fault zone（b）in Shunbei area

結(jié)合前述裂縫脈體巖石學(xué)、陰極光特征及依據(jù)微量元素-稀土元素確定的成脈流體來源與環(huán)境，可大致厘定油氣充注期次與方解石脈形成的耦合關(guān)系：①加里東運(yùn)動Ⅲ幕中-淺埋藏階段形成第1 期構(gòu)造破裂，Cal-1 方解石脈形成，局部疊加硅質(zhì)交代作用或熱液改造作用；②加里東晚期—海西早期中-深埋藏階段形成第2 期構(gòu)造破裂，Cal-2 方解石脈形成，早期油氣充注（P1）后，油氣經(jīng)歷氧化、降解作用形成瀝青；③海西晚期—印支期中-深埋藏階段形成第3 期構(gòu)造破裂，Cal-3 方解石脈形成、第2 期油氣充注（P2），燕山期深埋藏階段形成第4 期構(gòu)造破裂，Cal-3 方解石脈形成；④燕山期—喜馬拉雅期，第3 期油氣充注（P3）。順北1 號斷裂帶和順北5 號斷裂帶第1 期和第2 期油氣充注時間基本相同，分別對應(yīng)于加里東晚期—海西早期和海西晚期—印支期的構(gòu)造運(yùn)動。第3 期油氣充注時間存在差異，順北5 號斷裂帶中-北段油氣充注可能主要發(fā)生于燕山早-中期，而順北1 號斷裂帶可能主要為燕山中-晚期—現(xiàn)今并以喜馬拉雅晚期油氣充注為主。

4 油氣充注差異性主控因素探討

近年的研究表明，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組中-外緩坡相泥巖是順北地區(qū)的主力烴源巖［14，18］，而順北地區(qū)中西部長期處于較為穩(wěn)定的沉降埋深區(qū)域，且具有持續(xù)低地溫特征［3］，液態(tài)生油窗長，海西晚期處于高成熟油生成階段，燕山期—喜馬拉雅期仍處于生凝析油氣和濕氣階段［49］，為超深層晚期油氣成藏提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。切穿寒武統(tǒng)玉爾吐斯組，溝通主力烴源巖與奧陶系儲集體的走滑斷裂體系成為順北地區(qū)油氣運(yùn)移的主要輸導(dǎo)通道［3，12-13］。因此，走滑斷裂分段樣式、活動期次及活動強(qiáng)度控制下油氣充注過程的差異性可能是揭示順北地區(qū)油氣差異聚集的關(guān)鍵。

勘探實(shí)踐表明，順北地區(qū)奧陶系油氣藏沿走滑斷裂帶走向呈條帶狀分布，走滑斷裂帶不同構(gòu)造樣式部位，油氣豐度存在較大差異：以拉張為主的順北1 號主干斷裂帶相對于以壓隆為主的順北5 號主干斷裂帶，單井產(chǎn)油量更高，且同一斷裂帶的拉分段優(yōu)于平移段和壓隆段，主干斷裂帶優(yōu)于次級斷裂和分支斷裂，北東向斷裂帶優(yōu)于北西向斷裂帶［13，18］。順北1 號斷裂帶與順北5 號斷裂帶油氣來源差異不大，但順北1 號斷裂帶和順北5 號斷裂帶中段為未飽和揮發(fā)性油藏，順北5 號斷裂帶北段為未飽和輕質(zhì)油藏，順北5 號斷裂帶南段為凝析油藏，順北1 號斷裂帶原油、天然氣成熟度均明顯高于順北5 號斷裂帶中-北段［14］。

地震資料構(gòu)造解析結(jié)合盆地區(qū)域構(gòu)造演化分析表明，順北5 號斷裂帶及順北3號斷裂帶至少經(jīng)歷了3 期構(gòu)造活動［29-31，50］：①加里東中期Ⅲ幕，順北5 號斷裂帶北段于加里東中期Ⅲ幕在壓扭應(yīng)力環(huán)境下發(fā)生右行走滑，界面發(fā)育呈左階展布的高陡走滑分段；② 加里東晚期，順北5 號斷裂帶北西向走滑斷裂繼承性活動、形成斷穿界面雁列正斷層，順北1 號斷裂在斜拉應(yīng)力環(huán)境下發(fā)生左階左行活動、界面發(fā)育的雁列正斷層錯斷至界面；③海西中-晚期，順北5 號斷裂帶深層走滑斷裂左行反轉(zhuǎn)活動、在上覆地層中形成斷穿界面的右階展布雁列正斷層，順北1 號斷裂帶再次發(fā)生左行走滑活動、界面以上的地層中發(fā)育雁列正斷層并斷穿界面。有研究認(rèn)為，印支期或更晚（喜馬拉雅期），順北1 號等北東向斷裂帶仍發(fā)生微弱的繼承性活動［18］。鄰區(qū)托普臺地區(qū)托普39 共軛斷裂體系活動歷史也表明，喜馬拉雅期NNW 向斷裂沒有明顯活動，但卻是NNE向斷裂的主活動期，也是托普39斷裂輕質(zhì)油氣的主充注期［29］。由此可見，順北1 號NNE 向斷裂喜馬拉雅期仍繼承性活動，但因克拉通內(nèi)走滑斷裂位移小、斷距小且地層埋深大，受地震資料品質(zhì)以及分辨率局限性的影響而難以清晰識別。

由前述順北1 號和順北5 號斷裂帶油氣充注歷史可知，這兩個斷裂帶裂縫脈體期次及油氣充注過程與走滑斷裂發(fā)育演化有較好的耦合關(guān)系，但不同斷裂帶甚至同一斷裂帶的不同分段由于走滑斷裂構(gòu)造樣式及活動歷史的差異性，油氣充注過程均存在較大差異。順北1 號和順北5 號斷裂帶油氣藏主要經(jīng)歷了加里東晚期—海西早期和海西晚期—印支期的油氣充注，但加里東晚期—海西早期形成的油氣藏遭受氧化降解，現(xiàn)今裂縫中可見瀝青殘留。順北5 號斷裂帶油氣藏以海西晚期—印支期的油氣充注為主，部分段可能存在燕山期高成熟度油氣的充注。順北1 號斷裂帶油氣藏主要為海西晚期—印支期和燕山期—喜馬拉雅期油氣充注的混合，并可能以燕山期—喜馬拉雅期為主要成藏期，因而油氣成熟度和油氣富集程度明顯高于順北5 號斷裂帶中-北段；晚期穿生物骨架孔充填方解石、多期方解石脈的構(gòu)造愈合微裂紋中可觀察到大量高成熟油氣包裹體，并檢測到與其共生的較高溫度范圍（130～180℃）的鹽水包裹體，證明存在燕山期—喜馬拉雅期斷裂活動與油氣充注。這也同時說明，地震資料的宏觀構(gòu)造解析與儲集體裂縫充填方解石脈類型、形成序次，流體包裹體分析等地質(zhì)、地球化學(xué)資料的微觀分析相結(jié)合，是探索深層-超深層碳酸鹽巖領(lǐng)域油氣差異聚集機(jī)理的關(guān)鍵途徑。

總體而言，順北1 號斷裂帶整體處于一個弱拉張背景；順北5 號斷裂帶中-北段整體處于較強(qiáng)擠壓背景。順北1 號斷裂帶油氣輸導(dǎo)能力總體強(qiáng)于順北5 號斷裂帶，油氣在通源走滑斷裂控制下垂向運(yùn)移并在有利部位聚集形成油氣藏，且順北1 號斷裂帶長期繼承性活動，更有利于油氣多期次尤其是晚期充注。走滑斷裂構(gòu)造樣式及演化歷史控制下的油氣差異充注過程是順北地區(qū)油氣差異聚集的關(guān)鍵。

5 結(jié)論

1）順北5號和順北1號走滑斷裂帶中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲集體中均至少發(fā)育4期方解石脈體。Cal-1方解石脈形成于淺-中埋藏階段的貧氧-還原環(huán)境，成脈流體主要為海源性流體，并疊加了稍晚期的熱液改造。Cal-2 方解石脈形成于貧氧-還原環(huán)境，Cal-3 和Cal-4方解石脈主要形成于還原環(huán)境，流體主要來源于同地層演化后的地層流體。

2）順北5 號和順北1 號斷裂帶4 期方解石脈主要形成于加里東中期Ⅲ幕、加里東晚期—海西早期、海西晚期—印支期及燕山期的構(gòu)造活動時期。油氣藏總體經(jīng)歷了加里東晚期—海西早期、海西晚期—印支期和燕山期—喜馬拉雅期3期油氣充注過程。

3）順北5 號和順北1 號斷裂帶中-下奧陶統(tǒng)油氣主成藏期次存在一定的差異。順北1 號斷裂帶油氣藏為海西晚期—印支期和燕山—喜馬拉雅晚期油氣充注形成，并以喜馬拉雅晚期為主；順北5號斷裂帶油氣藏主要為海西晚期—印支期油氣充注形成，局部存在燕山期充注油氣的混合。走滑斷裂構(gòu)造樣式及演化歷史控制下的油氣充注過程的差異性是順北地區(qū)走滑斷裂帶油氣差異聚集的關(guān)鍵。