塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組儲(chǔ)層成因

魏天媛 蔡春芳 扈永杰 劉大衛(wèi) 蔣子文

摘 要 在深層—超深層碳酸鹽儲(chǔ)層仍有大量油氣出現(xiàn)，但優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層成因尚不明確。通過對(duì)塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組典型井和露頭樣品進(jìn)行巖石學(xué)觀察，總結(jié)出主要發(fā)育四類巖石類型：微生物巖、顆粒云巖、晶粒云巖和泥晶灰?guī)r。根據(jù)陰極發(fā)光、流體包裹體測(cè)試、碳酸鹽礦物碳氧同位素測(cè)試，認(rèn)為上述白云巖基質(zhì)形成于弱氧化海水；近地表—淺埋藏環(huán)境下則主要形成細(xì)晶白云石膠結(jié)物；深埋藏條件發(fā)育中粗晶白云石膠結(jié)物和鞍形白云石。隨著埋深增大，白云石δ18O呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，反映形成溫度升高，但都具有較正的δ13C。方解石由于烴類并入，具有負(fù)偏的δ13C（-4.07‰±0.92‰），為熱化學(xué)硫酸鹽還原（TSR）成因。原位微量稀土測(cè)試顯示成巖流體從早期到晚期：從具有海水特征的配分曲線逐步演化為中稀土富集，最終變?yōu)檩p稀土富集的模式，反映了從海水為主的孔隙水演化為熱流體為主的孔隙水的過程。定量統(tǒng)計(jì)表明熱液溶蝕可提高儲(chǔ)層3%的面孔率，最大孔隙度達(dá)10%。根據(jù)沉積—成巖改造類型，劃分出三類優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層：熱液/大氣水改造的凝塊石儲(chǔ)層、熱液/TSR改造的淺灘相顆粒云巖儲(chǔ)層、TSR改造的膏鹽相關(guān)白云巖儲(chǔ)層。該研究為塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖油氣勘探提供了有利的指導(dǎo)，有助于理解深層—超深層優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層成因。

關(guān)鍵詞 塔里木盆地；肖爾布拉克組；白云巖儲(chǔ)層；成巖流體；熱液；TSR

第一作者簡(jiǎn)介 魏天媛，女，1996年出生，博士研究生，儲(chǔ)層沉積學(xué)，E-mail： weity@mail.iggcas.ac.cn

通信作者 蔡春芳，男，研究員，E-mail： cai_cf@mail.iggcas.ac.cn

中圖分類號(hào) P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

白云巖富含大量的油氣資源。資料表明80%以上的北美碳酸鹽巖油氣藏賦存于白云巖[1]。早于志留紀(jì)的46個(gè)碳酸鹽巖油氣田中，90%以上是以白云巖為儲(chǔ)集層[2]。深層—超深層（>4 500 m）白云巖儲(chǔ)層成因是近年來(lái)石油勘探領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[3]。典型實(shí)例包括：塔里木盆地寒武系[4]、四川盆地上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層[5?7]、波斯灣下三疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層[8]和侏羅紀(jì)白云巖儲(chǔ)層[9]。其中，塔里木盆地寒武系鹽下勘探面積達(dá)150 000 km2，占全盆地面積四分之一。目前已發(fā)現(xiàn)塔里木盆地30多個(gè)碳酸鹽巖規(guī)模油氣田，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量超過21×108 t，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過5 000×108 m3[10]。位于塔中隆起的ZS1 井和ZS1C 井在中寒武統(tǒng)鹽上（ZS1 井6 426～6 487 m）和鹽下（中深1 井6 597～6 785 m，ZS1C 井6 861～6 944 m）獲得工業(yè)油氣流[11]，塔北地區(qū)輪探1井則在寒武系吾松格爾組8 203～8 260 m白云巖儲(chǔ)層中獲日產(chǎn)油134 m3、天然氣4.59×104 m3[12]，指示塔里木盆地鹽下碳酸鹽巖儲(chǔ)層勘探潛力巨大。

海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性受控于沉積環(huán)境和成巖改造。深層儲(chǔ)層由于受上覆沉積物的重壓，經(jīng)歷強(qiáng)烈的壓實(shí)膠結(jié)作用，原始孔隙被消耗殆盡，早期巖溶形成的孔洞也較難保存，但相關(guān)研究表明埋深大于5 000 m的白云巖儲(chǔ)層仍發(fā)育大型溶蝕孔洞[13?21]?？紫兜某梢驒C(jī)制包括：地層水的冷卻作用[22?23]，有機(jī)質(zhì)熱成熟產(chǎn)生的有機(jī)酸和CO2[24?26]，熱液溶蝕[27?29]和熱化學(xué)硫酸鹽還原作用（TSR）[6，16?20，30?33]。然而，考慮到埋藏條件下低的水巖比、飽和孔隙水、限制的孔隙水流動(dòng)等特點(diǎn)，埋藏溶蝕對(duì)儲(chǔ)層的改善作用存在一定的爭(zhēng)議[34?35]。對(duì)于熱化學(xué)硫酸鹽還原作用（TSR）而言，TSR產(chǎn)生的酸性流體對(duì)白云石和硬石膏進(jìn)行溶解，但也會(huì)造成方解石的沉淀[36?37]，其對(duì)儲(chǔ)層的作用有待進(jìn)一步研究。

針對(duì)國(guó)內(nèi)勘探向深層進(jìn)軍的趨勢(shì)，尋找深層規(guī)模儲(chǔ)層成為重點(diǎn)和難點(diǎn)，而其成因研究成為指導(dǎo)油氣勘探的理論基礎(chǔ)。然而，塔里木盆地肖爾布拉克組白云巖經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、油氣充注和復(fù)雜的成巖作用，儲(chǔ)層形成是沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造作用綜合作用的結(jié)果，這種復(fù)雜性導(dǎo)致其有利的控制因素仍不明確。目前，普遍達(dá)成的共識(shí)是肖爾布拉克組儲(chǔ)層具有明顯的相控性，丘灘體系沉積為儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)（內(nèi)緩坡淺灘[38?39]、中緩坡丘灘及顆粒灘[40?43]）。前人已在研究層位識(shí)別出大氣水[43?44]、有機(jī)酸和埋藏白云石化[45?47]、熱液活動(dòng)[44，48?49]和熱化學(xué)硫酸鹽還原作用[50?52]等多期溶蝕證據(jù)，證實(shí)了肖爾布拉克組經(jīng)歷多期次流體改造。但是關(guān)于各類溶蝕類型對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)，則尚未達(dá)成一致。比如，沈安江等[41]、鄭劍鋒等[42]、嚴(yán)威等[43]認(rèn)為在此丘灘相基礎(chǔ)上受高頻海平面波動(dòng)控制的準(zhǔn)同生期溶蝕才是儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵性因素，熱液活動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層改造規(guī)模有限，僅在一定程度上起到了補(bǔ)充作用。趙文智等[46?47]則認(rèn)為相對(duì)于古巖溶作用，塔北地區(qū)構(gòu)造—熱液白云石化和熱液溶蝕對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)最大。程麗娟等[44]更支持準(zhǔn)同生淡水溶蝕型和構(gòu)造—熱流體改造型儲(chǔ)集體。黃擎宇等[40]、Jiang et al.[48]則認(rèn)為相對(duì)于準(zhǔn)同生期溶蝕，后期巖溶及熱液溶蝕控制了儲(chǔ)層的發(fā)育。Jiang et al.[50]、Cai et al.[52]更傾向于認(rèn)為膏鹽相關(guān)的熱化學(xué)硫酸鹽作用對(duì)儲(chǔ)層形成貢獻(xiàn)了主要力量。肖爾布拉克組不僅儲(chǔ)層賦存機(jī)制和成因存在爭(zhēng)議，而且在不同期次流體的性質(zhì)和來(lái)源方面，缺乏深入探討，各類溶蝕對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)也缺乏定量化的統(tǒng)計(jì)，制約深層碳酸鹽巖的油氣勘探。基于以上問題，對(duì)塔里木盆地肖爾布拉克組儲(chǔ)層的形成機(jī)理做系統(tǒng)地研究。本文采取塔里木盆地典型露頭及井下巖石樣品，結(jié)合巖石學(xué)觀察，并采用全巖地球化學(xué)以及原位分析實(shí)驗(yàn)方法，確立成巖序列，恢復(fù)成巖流體，定量估算成巖事件對(duì)儲(chǔ)層的改造作用，并依據(jù)沉積—成巖類別劃分儲(chǔ)層。本研究不僅對(duì)油氣勘探具有一定的指導(dǎo)意義，而且對(duì)深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層成因具有理論意義。

1 地質(zhì)概況

塔里木盆地是以塔克拉瑪干沙漠為中心，北臨天山山脈、西南為昆侖山脈、東南為阿爾金山脈的疊合型盆地[53]，分為四個(gè)隆起區(qū)與五個(gè)拗陷區(qū)，分別為塔北、塔中、巴楚、東南隆起以及西南、塘古、東南、北部和庫(kù)車拗陷。

塔里木盆地寒武系地層總厚度超過2 000 m，自下而上劃分為六個(gè)組，為下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組、肖爾布拉克組、吾松格爾組、中寒武統(tǒng)沙依里克組、阿瓦塔格組和上寒武統(tǒng)下丘里塔格組。玉爾吐斯組為塔里木盆地古生界油氣的主要烴源巖[54?55]，在盆地東北緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)為陸棚—深水盆地沉積，在西北緣則為斜坡相沉積[56?57]。早寒武世為大規(guī)模海侵后伴隨著海退，肖爾布拉克沉積時(shí)期塔北地區(qū)的臺(tái)地結(jié)構(gòu)樣式由緩坡型臺(tái)地轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹊傔呅团_(tái)地的過渡狀態(tài)[58]，發(fā)育中—厚層狀粉晶白云巖、微生物白云巖[59?61]（圖1）。肖爾布拉克組分為肖上段和肖下段，肖上段又可分為3個(gè)亞段（1、2和3段）。肖下段被劃為外緩坡相，肖上1段和肖上2段屬于中緩坡相，肖上3段屬于內(nèi)緩坡相。巖性從下到上依次為泥粉晶白云巖、粉細(xì)晶白云巖、細(xì)晶白云巖、泥粒白云巖和泥質(zhì)白云巖，整體上為一套水體深度逐漸變淺、水動(dòng)力由弱變強(qiáng)再變?nèi)醯某练e序列[49]。吾松格爾組主要發(fā)育亮晶砂屑白云巖、含膏粉—細(xì)晶白云巖，泥云坪相沉積。沙依里克組為云坪相，褐色鹽巖、灰?guī)r，紅色泥巖與泥質(zhì)白云巖。阿瓦塔格組上部以褐色白云巖以及灰質(zhì)、膏質(zhì)白云巖為主，中下部以褐色褐灰色鹽巖、膏鹽巖為主，夾白云巖、膏質(zhì)泥巖。晚寒武世發(fā)生緩慢海侵運(yùn)動(dòng)，整個(gè)盆地范圍內(nèi)發(fā)育上寒武統(tǒng)下丘里塔格組，主要為局限臺(tái)地相粉細(xì)晶—中粗晶白云巖，夾鮞粒白云巖、砂屑云巖、竹葉狀礫屑白云巖、灰質(zhì)白云巖和燧石條帶。沉積環(huán)境逐漸由蒸發(fā)臺(tái)地向半局限—開闊臺(tái)地環(huán)境過渡，臺(tái)地邊緣相帶變窄。具體來(lái)看，中西部臺(tái)地區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育臺(tái)內(nèi)顆粒灘沉積體系；巴楚—塔中地區(qū)為局限臺(tái)地相；柯坪地區(qū)則轉(zhuǎn)變?yōu)榫窒夼_(tái)地的潟湖沉積環(huán)境。

塔里木盆地寒武系地層沉積后被快速埋深到5 000～8 000 m，侏羅紀(jì)開始被抬升至5 000 m，隨后繼續(xù)沉降形成現(xiàn)今地層所在深度[62]（圖2），而塔西北地區(qū)在早三疊世期間則被抬升至地表，隨后緩慢沉降到現(xiàn)今深度。熱歷史受到多期次造山運(yùn)動(dòng)的影響與改造，其中二疊紀(jì)巖漿熱運(yùn)動(dòng)影響最為強(qiáng)烈[60]。

2 巖石學(xué)特征

2.1 成巖礦物

肖爾布拉克組發(fā)育多期次碳酸鹽膠結(jié)物及其他類型的自生礦物。纖狀白云石膠結(jié)物以泡沫綿層石白云巖腔體內(nèi)的第一期膠結(jié)物產(chǎn)出，自形，長(zhǎng)約65 μm，寬約20 μm，陰極發(fā)光下呈暗紅色（圖3a，b）。粉細(xì)晶白云石膠結(jié)物，生長(zhǎng)于纖狀白云石膠結(jié)物之上，充填于泡沫綿層腔體或溶蝕孔洞。白云石晶體具有它形的結(jié)構(gòu)特征，粒徑范圍是80～130 μm。陰極發(fā)光下呈與圍巖相近的暗紅色（圖3c，d）。細(xì)晶自形白云石膠結(jié)物呈菱形狀分布于擴(kuò)大溶蝕孔洞周邊（圖3i），粒徑70～180 μm，陰極發(fā)光下呈暗紅色，偶具亮紅色環(huán)帶。中粗晶白云石膠結(jié)物大多充填在溶蝕孔洞和裂縫內(nèi)，沉淀于細(xì)晶白云石之后，菱形自形狀，粒徑250～600 μm，陰極發(fā)光下呈亮紅色（圖3e，f）。鞍形白云石大多充填在裂縫或熱液溶蝕孔洞，生長(zhǎng)在中粗晶白云石膠結(jié)物之上。粒徑500～1 000 μm，具波狀消光，陰極發(fā)光下大多為暗紅色，偶具亮紅色環(huán)帶（圖3g，h）。硬石膏廣泛發(fā)育于肖爾布拉克組，以柱狀發(fā)育于擴(kuò)大的溶蝕孔附近（圖3j），常見石膏被溶蝕形成鑄模孔（圖3k，l）。方解石以粒狀或脈狀充填在孔洞或裂縫中，充填在中粗晶白云石膠結(jié)物和鞍形白云石晶間孔中，粒徑范圍是500～800 μm，陰極發(fā)光下不發(fā)光（圖3g）。自生石英主要發(fā)育于溶蝕孔洞和裂縫附近，充填鞍形白云石晶間孔，呈粒狀（圖3i）。

2.2 巖石類型

肖爾布拉克組主要發(fā)育微生物云巖、顆粒云巖、晶粒云巖和泥晶灰?guī)r。塔里木盆地的白云巖的類型與原始沉積相帶密切相關(guān)，具有明顯的相控特征[38?39]。在早寒武世碳酸鹽緩坡背景下，肖上段，塔里木盆地柯坪—巴楚地區(qū)大面積微生物丘灘復(fù)合體亞相發(fā)育，柯坪露頭形成了豐富的各類微生物白云巖，丘灘體受古地貌地形和洋流背景控制[42]；巴中—塔中地區(qū)則更為發(fā)育內(nèi)緩坡淺灘相顆粒云巖。肖下段，塔里木盆地主要發(fā)育深水潟湖相泥粉晶云巖和泥晶灰?guī)r（圖4，5）。本文共識(shí)別出以下幾種類型微生物巖：凝塊石白云巖、泡沫棉層云巖、核形石云巖、疊層石云巖、黏結(jié)砂屑云巖、藻格架云巖。

凝塊石白云巖主要發(fā)育于肖下段至肖上1段，外緩坡相頂部至中緩坡相下部，總體上水體較深，水動(dòng)力較弱。凝塊由暗色絲狀藻紋層組成，具有互相纏繞聯(lián)結(jié)且向一定方向延伸的特征（圖6a）。顆粒凝塊的粒徑范圍是0.1～0.3 mm，凝塊石白云巖發(fā)育大量不規(guī)則順層溶蝕孔洞，孔徑1～2 mm。

泡沫綿層石白云巖發(fā)育于肖上2段中上部，中緩坡相，相對(duì)于肖下段，水體變淺，代表了動(dòng)力稍強(qiáng)的淺水沉積環(huán)境，野外以灰白色灘狀或丘狀產(chǎn)出，具有明暗相間的條帶狀結(jié)構(gòu)，并發(fā)育蜂窩狀順層溶孔。其由大小不一的泡沫腔體組成，腔體孔徑約0.2 mm。部分體腔孔被櫛狀白云石和粉晶白云石充填物半充填或者完全充填，部分發(fā)育溶蝕擴(kuò)大的似橢圓形順層溶蝕孔（圖6b），且孔徑2～3 mm。

核形石白云巖發(fā)育于肖上2段上部，中緩坡相，野外以顏色淺于基質(zhì)的不規(guī)則顆粒狀為特征。核形石顆粒呈不規(guī)則橢圓形—長(zhǎng)條形，大小不一，散亂分布（圖6c），粒徑為0.5～1 mm。顆粒間未被白云石膠結(jié)物充填的部分構(gòu)成現(xiàn)今殘余孔隙。

疊層石白云巖發(fā)育于肖上2 段頂部以及肖上3段，中緩坡相至內(nèi)緩坡相，野外以波狀、弱波狀以及層狀明暗交替的紋層結(jié)構(gòu)為特征。其具有明暗交替的亮暗紋層的結(jié)構(gòu)特征，紋層厚0.2～0.5 mm，未被亮晶白云石及鞍形白云石充填或半充填的疊層石格架孔構(gòu)成現(xiàn)今殘余孔隙（圖6d）。

黏結(jié)砂屑云巖發(fā)育于肖上2段，中緩坡相。砂屑約0.2 mm，（菌）藻相互黏結(jié)在一起或藻屑相對(duì)均勻地黏結(jié)在一起所構(gòu)成。局部會(huì)殘留不規(guī)則狀的微生物溶孔，孔徑1～2 mm（圖6e）。

藻格架云巖主要發(fā)育在大型的藻丘建隆中，在蘇蓋特布拉克廣泛發(fā)育[43]。舒探1井肖上段頂部發(fā)育部分格架結(jié)構(gòu)，為柯坪露頭區(qū)域微生物丘灘相向西南部分延伸（圖6f），儲(chǔ)層具有相控性。格架孔多為不規(guī)則狀，孔徑0.1～0.5 mm。

顆粒云巖主要發(fā)育于肖上段頂部，內(nèi)緩坡相。

顆粒主要為藻砂屑，粒徑0.1～0.25 mm，熒光下具有油氣熒光顯示，粒間半充填硬石膏、亮晶白云石等礦物（圖6g～i），發(fā)育溶蝕擴(kuò)大的粒間溶孔，孔徑2～4 mm。

泥粉晶、粉細(xì)晶云巖在研究區(qū)最為常見（圖6j，k），泥粉晶云巖主要發(fā)育于肖下段，外緩坡相，低能水動(dòng)力環(huán)境中，深灰色—黑色，晶粒小于30 μm，富含有機(jī)質(zhì)，可見鞍形白云石全充填孔洞，致密。粉細(xì)晶云巖則發(fā)育于肖上段頂端，潮坪相，淺—深灰色，自形—半自形，晶粒大約50～250 μm，發(fā)育不規(guī)則狀晶間孔及晶間溶孔，孔徑0.1～1.5 mm。

泥晶灰?guī)r為深水潟湖相，處于水動(dòng)力弱的深水環(huán)境。鏡下，深灰色—黑色，夾泥質(zhì)條帶，偶見三葉蟲碎片，反映整體水動(dòng)力環(huán)境較弱。致密無(wú)孔（圖6l）。

2.3 成巖序列

早期沉積物以及原始沉積組構(gòu)普遍經(jīng)歷白云石化，形成了粉細(xì)晶白云石基質(zhì)，陰極發(fā)光下呈暗紅色或不發(fā)光。纖狀白云石膠結(jié)物以第一期膠結(jié)物分布在孔洞的內(nèi)側(cè)，并且具有暗紅色陰極發(fā)光，指示其代表近地表的海相孔隙水膠結(jié)（圖3a，b）。細(xì)晶白云石膠結(jié)物以第二期膠結(jié)物沉淀于溶蝕孔洞邊緣，緊貼第一期膠結(jié)物，與基質(zhì)具有相近的暗紅色光，為準(zhǔn)同生期白云石化產(chǎn)物。準(zhǔn)同生期溶蝕孔洞外邊緣可見基質(zhì)為亮紅色，為典型大氣水改造特征（圖3c，d）。隨著埋深增加，脫離地表水體范圍，逐漸進(jìn)入封閉/半封閉流體環(huán)境，孔洞內(nèi)發(fā)育細(xì)晶白云石（圖3g），陰極發(fā)光下呈暗紅色，偶具亮紅色環(huán)帶，指示淺埋藏白云石化。硬石膏結(jié)核大小不一，是同沉積及淺埋藏成因[50]。隨著埋藏深度進(jìn)一步增加，以壓溶作用縫合線為標(biāo)志，中深埋藏階段，中粗晶白云石膠結(jié)物沉淀（圖3e～g）。二疊紀(jì)發(fā)生區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成深大斷裂[63]，為后期埋藏期熱流體提供了通道，并對(duì)白云石和硬石膏結(jié)核造成溶蝕（圖3j），并依次沉淀鞍形白云石和自生石英等熱液礦物（圖3h、i）。晚期TSR作用進(jìn)一步對(duì)鞍形白云石和硬石膏改造，產(chǎn)生彎曲溶蝕邊和膏模孔，并伴隨方解石沉淀（圖3g，k，l）。根據(jù)以上礦物充填/膠結(jié)順序，得出如下的成巖序列（圖7）。

3 地球化學(xué)特征

3.1 碳氧同位素

粉細(xì)晶白云巖、細(xì)晶白云石膠結(jié)物、中粗晶白云石膠結(jié)物和鞍形白云石具有相似的碳同位素組成，為0.9‰（av.）±1.08‰（σ）（n=26）（圖8），而方解石δ13C值較其他充填物發(fā)生明顯負(fù)偏（-4.07‰±0.92‰，n=20）。δ18O 值自基質(zhì)粉細(xì)晶白云石-6.16‰±0.72‰（n=10）、向細(xì)晶白云石膠結(jié)物-7.47‰±1.2‰（n=10）、中粗晶白云石-11.35‰±1.41‰（n=2）、鞍形白云石-10.44‰±0.6‰（n=6）和方解石依次遞減-10.59‰±1.09‰（n=20）。

3.2 流體包裹體均一溫度

中粗晶白云石膠結(jié)物流體包裹體均一溫度94.3 ℃～121.2 ℃，低于方解石（128.2 ℃～152.3 ℃）和鞍形白云石充填物（136.3 ℃～182.5 ℃）（圖9a）。鹽度分布在9.98～18.96 wt.% NaCleqv，低于鞍形白云石（12.62～25.27 wt.% NaCleqv）和方解石（17.87～23.44wt.% NaCleqv）（圖9b）。石英晶體則具有相對(duì)低鹽度高溫的特征，流體包裹體均一溫度117.4 ℃～146.5 ℃，鹽度6.74～12.28 wt.% NaCleqv。

3.3 主微量及稀土元素測(cè)試

將稀土元素劃分為三部分：1）輕稀土（LREE）為L(zhǎng)a，Ce，Pr和Nd；2）中稀土（MREE）為Sm，Eu，Gd，Tb，Dy和Ho；3）重稀土（HREE）為Er，Tm，Yb和Lu。將Eu和Ce異常分別表達(dá)為Eu/Eu*=EuSN（/ 0.67SmSN+0.33TbSN）和Ce/Ce*=CeSN/（0.5LaSN+0.5PrSN）[64]?；|(zhì)白云石具有高Fe（502.5±160.3 μg/g，n=4），低Mn（168.39±52.12 μg/g，n=4）特征（圖10）。其LREE虧損（NdSN/YbSN=0.51±0.22，n=8）、HREE 富集（LaSN/SmSN=0.93，n=1；GdSN/YbSN=0.89，n=1），且具有輕微Ce 負(fù)異常（CeSN/CeSN*=0.71±0.25，n=2），無(wú)Eu異常，與現(xiàn)代海水稀土配分模式相似（圖11）。細(xì)晶白云石膠結(jié)物則顯示總REE 低、輕微MREE 富集（GdSN/YbSN=1.54，n=1；LaSN/SmSN=0.51，n=1），無(wú)Ce、Eu異常。整體具有較高的Fe（1 468.27±1 630.13 μg/g，n=18）、Mn（279.74±134.06 μg/g，n=18）含量，且分布范圍大。中粗晶白云石膠結(jié)物稀土配分曲線顯示房頂狀的MREE富集特點(diǎn)（GdSN/YbSN=2.76±1.8，n=2；LaSN/SmSN=0.31±0.2，n=2），無(wú)Ce、Eu 異常。且Fe、Mn 含量較高，分別為257.64±117.2 μg/g（n=8），305.14±138.57 μg/g（n=8）。

鞍形白云石MREE 富集（GdSN/YbSN=1.64，n=1；LaSN/SmSN=0.23，n=1），并顯示出較高的Eu 正異常（EuSN/EuSN*=1.86±0.74，n=3），無(wú)Ce異常。高M(jìn)n（623.15±219.58 μg/g，n=4），較高Fe（1 165.91± 285.39 μg/g，n=4）含量。方解石LREE富集（GdSN/YbSN=2.39±0.06，n=2；LaSN/SmSN=1.73±0.03，n=2），與基質(zhì)白云石相差很大，且稀土總量高達(dá)55.06 μg/g，具有Eu 正異常（EuSN/EuSN*=1.32±0.19，n=3）。Ce 負(fù)異常（CeSN/CeSN*=0.1±0.03，n=3），其具有最低的Fe（109.49±92.72 μg/g，n=9）、Mn（7.68±8.20 μg/g，n=9）含量。

4 流體演化特征

根據(jù)成巖序列，結(jié)合多種地球化學(xué)測(cè)試，得出研究區(qū)如下的流體演化特征：沉積流體為海水，表現(xiàn)在基質(zhì)δ13C 值在1.02‰±1.21‰（n=10），δ18O 值-6.16‰±0.72‰（n=10），落在早期海源灰?guī)r白云石化范圍內(nèi)（寒武紀(jì)同時(shí)期海水δ13C介于2.5‰～0.5‰，δ18O介于9‰～-4‰[65]），反映海源流體成因?；|(zhì)粉細(xì)晶白云石具有的與現(xiàn)代海水特征相近的LREE虧損、HREE富集特征，記錄了海水信號(hào)?；|(zhì)粉細(xì)晶白云石的總REE低，輕微Ce負(fù)異常（CeSN/CeSN*=0.71±0.25），高Fe（502.5±160.3 μg/g），低Mn（168.39±52.12 μg/g）含量記錄了弱氧化的海水性質(zhì)[65]。

隨著沉積物逐漸埋藏至半脫離地表水體范圍，進(jìn)入半封閉的流體環(huán)境，流體逐漸演化為接近海水的孔隙水，反映在碳氧同位素值（δ13C集中在0.78‰±0.24‰、δ18O值-6.4‰±0.57‰）與基質(zhì)相近的細(xì)晶白云石膠結(jié)物，且未觀察到流體包裹體，陰極發(fā)光為暗紅色，說明孔隙水仍然繼承早成巖海水特點(diǎn)，為準(zhǔn)同生期流體產(chǎn)物。此外，與基質(zhì)相似的稀土配分特征進(jìn)一步支持其繼承了以古海水為主的孔隙水信號(hào)。

隨著埋藏加深進(jìn)入淺埋藏成巖流體環(huán)境，沉積物脫離海水而逐漸演化為還原性孔隙水環(huán)境，與基質(zhì)有顯著差異。反映在δ18O值（-8.54‰±0.1‰，n=5）稍微負(fù)偏的細(xì)晶白云石膠結(jié)物，說明受到埋藏重結(jié)晶和地溫升高影響。具有高Fe（1 468.27±1 630.13 μg/g，n=18）、高M(jìn)n（279.74±134.06 μg/g，n=18）含量和MREE富集特征?，F(xiàn)今形成于鐵化環(huán)境下的碳酸鹽膠結(jié)物常具有典型的MREE富集特征[66]。此外，現(xiàn)今孔隙水研究表明錳化帶和鐵化帶分別具有最高的Mn和Fe含量[67?68]。這是因?yàn)樵谶@兩個(gè)還原帶中，錳（氧）化物和鐵（氧）化物的還原程度最大。因此主微量和稀土特征共同指示了在還原條件下孔隙水中鐵錳氧化物被還原。

中深埋藏階段，孔隙水具有高溫高鹽度特征。中粗晶白云石膠結(jié)物流體包裹體具有高的均一溫度（94.3 ℃～121.2 ℃），與進(jìn)一步負(fù)偏δ18O值（-11.35‰±1.41‰）一致，均指示了較高的沉淀溫度。鐵錳氧化物進(jìn)一步被還原，白云石具有更高的錳含量和MREE富集模式。

埋藏期熱液流體充注，具有高溫高鹽度特征，熱液礦物鞍形白云石、石英流體包裹體均一溫度峰值分別為140 ℃～160 ℃、130 ℃～150 ℃。鞍形白云石被限定在早二疊世熱液白云石化生成[69]，流體包裹體溫度高于肖爾布拉克組在早二疊世古地溫100 ℃[70?72]。且鞍形白云石氧同位素進(jìn)一步負(fù)偏，分布在-10.44‰±0.6‰，為典型高溫?zé)嵋禾卣鳎@支持上述成巖礦物代表熱液沉淀[28]。Eu正異常，被認(rèn)為是熱液流體和塔里木盆地富含Eu的前寒武紀(jì)斜長(zhǎng)巖基底水巖相互作用的結(jié)果[73]，且酸性和高溫環(huán)境下均有利于流體Eu以正二價(jià)還原態(tài)存在，導(dǎo)致Eu正異常[74?75]，因此推測(cè)成巖流體為還原酸性熱液[76]。鞍形白云石MREE富集可能指示其從酸性殼源流體中沉淀[75]，結(jié)合高M(jìn)n 含量（623.15±219.58 μg/g，n=4），較高Fe（1 165.91±285.39 μg/g，n=4），無(wú)Ce 負(fù)異常，支持鐵錳氧化物被還原[66，77]。

方解石稀土配分曲線與基質(zhì)白云石相差很大，且稀土總量高達(dá)55.06 μg/g，遠(yuǎn)高于其他充填物，結(jié)合鹽度特征，共同指示了最高鹽度流體。此外，最低的Fe（109.49±92.72 μg/g，n=9）、Mn（7.68±8.20 μg/g，n=9）含量可能說明鐵參與了TSR 反應(yīng)并生成黃鐵礦[78]（圖3j），該過程會(huì)釋放H+，產(chǎn)生酸性流體。雖然TSR作用會(huì)生成低鹽度的水[79]，但是方解石仍具有高鹽度特征，被認(rèn)為是產(chǎn)生的低鹽度水加入下寒武統(tǒng)地層水，而非方解石[48]。LREE富集可能是流體和富含LREE的火成巖基底反應(yīng)的結(jié)果，輕微Eu正異常（1.43±0.1），被認(rèn)為是高溫還原流體[74，80]。結(jié)合塔里木盆地火山巖漿活動(dòng)在二疊紀(jì)很活躍，且廣泛發(fā)育酸性堿性巖漿噴發(fā)和輝綠巖侵入體[72，81]，認(rèn)為酸性還原熱流體可能來(lái)自二疊紀(jì)巖漿熱流體。

綜上，流體依次演化為：沉積弱氧化海水、接近海水的孔隙水、淺埋藏富鐵孔隙水、中深埋藏高溫高鹽度孔隙水、埋藏期高鹽度還原酸性殼源熱流體、晚期最高鹽度高溫TSR流體（表1）。

5 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層類型

根據(jù)沉積相和成巖流體類型我們將優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層類型劃分為三類。

5.1 微生物丘灘相大氣水/熱液改造凝塊石白云巖

該類儲(chǔ)層發(fā)育針狀溶孔，陰極發(fā)光下溶孔周圍呈亮紅色，反映富含錳的大氣水改造（圖3d）。根據(jù)肖爾布拉克組微生物白云巖樣品孔滲測(cè)試結(jié)果，凝塊石白云巖則兼具高的平均孔隙度4.63%和最高的平均滲透率3.25×10-3 μm2；泡沫綿層石白云巖平均滲透率卻最低，只有0.02×10-3 μm2；疊層石白云巖平均孔隙度和平均滲透率滲均較低；作為對(duì)照組的泥粉晶白云巖則具有相對(duì)低的孔隙度（圖12）。

凝塊石因雜亂的結(jié)構(gòu)和抗壓實(shí)，而具有較高的孔隙度。相反，疊層石因定向的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和較弱的抗壓實(shí)，而具有較差的物性[82]。泡沫綿層石由于發(fā)育空腔結(jié)構(gòu)，盡管受到后期礦物充填，仍有較多的孔隙殘余，但空腔之間相互不連接，滲透率很低（圖3b）。因此，本文認(rèn)為最有利的原巖結(jié)構(gòu)為凝塊石結(jié)構(gòu)，不同于宋金民等[83?84]提出的疊層石結(jié)構(gòu)。

孔隙在野外以凝塊石建造的四級(jí)向上變淺的旋回上部更發(fā)育，說明受到了層序界面控制，反映流體傾向于順高孔滲帶流動(dòng)特征，即更傾向于沿著具有高的初始孔隙度部分微生物巖進(jìn)行改造。面孔率統(tǒng)計(jì)顯示單獨(dú)的大氣水溶蝕可造成平均孔隙度增加5%（n=3）。此類儲(chǔ)層主要分布于塔里木盆地柯坪地區(qū)肖下段凝塊石丘至肖上2段的藻屑灘和泡沫綿層石灘、方1井等（圖3）。

在灰?guī)r被白云石化不久，處于半固結(jié)—固結(jié)狀態(tài)時(shí)，由于海平面下降或構(gòu)造抬升引起的微生物礁灘相沉積物暴露地表，會(huì)接受大氣淡水淋濾改造，該時(shí)期形成的孔隙多為選擇性溶蝕孔，如粒內(nèi)溶孔及粒間孔（圖3a，c）。塔里木盆地下寒武統(tǒng)微生物巖顯示泡沫綿層石和凝塊石白云巖由于受大氣水淋濾和熱液改造，發(fā)育大量微生物骨架間溶孔和骨架內(nèi)溶孔[85?87]，而具有較好的儲(chǔ)集物性，顯示后期改造對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育仍具有重要控制作用。

5.2 淺灘相熱液/TSR 溶蝕顆粒白云巖

顆粒白云巖中，常見順紋層展布的鞍形白云石、方解石和石英部分充填孔洞。鞍形白云石和石英的包裹體和稀土微量元素指示了熱液白云石和石英從熱液中沉淀，且存在彎曲溶蝕邊，說明后期發(fā)生了溶解作用（圖13）。方解石同樣存在港灣狀溶蝕現(xiàn)象，且碳同位素很負(fù)，低至-6‰，顯示來(lái)自以乙烷為主的烴類氧化作用[17，20]。此外，流體包裹體溫度（140 ℃～150 ℃）顯示其遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足TSR反應(yīng)的100 ℃溫度條件。其具有最低的鐵（109.49±92.72 μg/g，n=9）、錳（7.68±8.20 μg/g，n=9）含量，說明鐵參與了熱化學(xué)硫酸鹽還原作用（TSR）并生成黃鐵礦，故推測(cè)晚期方解石極有可能為TSR 的產(chǎn)物。根據(jù)孔滲測(cè)試，顆粒云巖有較高的孔隙度約為4.51%，超過除凝塊石外的大部分微生物巖（圖12）。該類儲(chǔ)層分布于舒探1井、楚探1井以及野外露頭肖上段淺灘相，水體能量強(qiáng)。薄片點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)，熱液導(dǎo)致面孔率高達(dá)10%（n=4，圖13）。面孔率統(tǒng)計(jì)顯示單獨(dú)的熱液溶蝕可造成平均孔隙度增加3%（n=12）。通常，熱液溶蝕和TSR溶蝕伴生出現(xiàn)，共同造成6％的孔隙度（n=3）。

塔里木盆地在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，共經(jīng)歷了四期熱事件。分別為震旦紀(jì)—寒武紀(jì)、早奧陶世、二疊紀(jì)以及白堊紀(jì)。其中第三次熱事件影響最強(qiáng)烈，伴隨著大規(guī)模巖漿活動(dòng)和輝綠巖侵入[72，81]，導(dǎo)致高的水巖比，利于碳酸鹽巖的溶解。同時(shí)巴楚地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成深大斷裂[62]，使得熱液沿著斷裂運(yùn)移。而且，熱液本身在運(yùn)移過程中也會(huì)通過水力壓裂作用產(chǎn)生許多構(gòu)造微裂縫，在提高巖石物性的同時(shí)利于熱液流入[88]，并憑借其高溫還原酸性的特性對(duì)巖石進(jìn)行溶蝕。Wang et al.[89]通過原位拉曼分析，認(rèn)為在高溫條件下，SO24 -與Mg2+大量絡(luò)合并發(fā)生兩種液相分離，證實(shí)了高溫條件下SO24 -與Mg2+形成絡(luò)合物。該過程會(huì)破壞Mg2+-H2O絡(luò)合物，促進(jìn)白云石溶解。在原始物性較好的層段，熱液活動(dòng)才具有較大的通量，更容易形成后期的溶蝕作用，從而對(duì)儲(chǔ)層有促進(jìn)作用[90]。高溫還可使有機(jī)質(zhì)加熱，產(chǎn)生有機(jī)酸，進(jìn)而溶蝕碳酸鹽巖[91]，酸性有利于堿性碳酸鹽巖溶解。少數(shù)情況下，伴隨鞍形白云石熱液方解石、自生石英充填，半充填后的殘留孔隙形成現(xiàn)今的儲(chǔ)集空間。

5.3 與TSR 有關(guān)膏鹽白云巖儲(chǔ)層

常見硬石膏、鞍形白云石被部分溶蝕，晚期膏模溶孔中殘留有瀝青質(zhì)以及方解石交代白云石現(xiàn)象。方解石δ13C值低至-6‰，是由于有機(jī)質(zhì)并入，TSR反應(yīng)會(huì)優(yōu)先利用12C，導(dǎo)致生成的方解石δ13C負(fù)偏，故推測(cè)其為TSR成因。該類儲(chǔ)層主要分布在塔里木盆地肖爾布拉克組康2井、楚探1井、中深5井肖上段含膏白云巖層（圖3k），石膏提供了TSR反應(yīng)中的良好的SO24 -來(lái)源。薄片點(diǎn)數(shù)顯示，面孔率高達(dá)10%（n=2）。面孔率統(tǒng)計(jì)顯示單獨(dú)的TSR 溶蝕可增大孔隙度約3%（n=5），而在周邊或相鄰較致密儲(chǔ)層，則降低孔隙度0.2%～0.5%（n=4）。

該類儲(chǔ)層形成主要靠熱硫酸鹽還原作用（TSR）溶解石膏來(lái)增加孔隙度，也發(fā)生鞍形白云石的溶解作用。若只發(fā)生硬石膏溶蝕和方解石沉淀的現(xiàn)象，TSR會(huì)提高儲(chǔ)層孔隙度1.6%，滲透率也有相應(yīng)提高[92]。TSR過程中產(chǎn)生的H2S濃度是現(xiàn)今儲(chǔ)層H2S濃度的5倍[93]，可以造成晚期非選擇性溶孔[94]。Hao et al.[37]認(rèn)為只發(fā)生方解石的沉淀而無(wú)白云石的溶解。但是Fu et al.[79]通過三維PHAST實(shí)現(xiàn)了硬石膏溶解，方解石沉淀的過程，同時(shí)伴隨白云石的溶解。在TSR過程中，硬石膏的溶解作用導(dǎo)致孔隙流體具有高的Ca/Mg比值，使白云石變得不穩(wěn)定。同時(shí)，在高溫和還原性流體的作用下，早期的白云石可以與硬石膏一起發(fā)生溶解作用和被方解石的交代現(xiàn)象，于是，導(dǎo)致現(xiàn)今方解石和天然氣中CO2比烴類富含12C，同時(shí)增大了孔隙空間。該TSR反應(yīng)所釋放出來(lái)的Ca2+可以遷移到周邊儲(chǔ)層，導(dǎo)致相對(duì)致密儲(chǔ)層變得更加致密。

基于上述考慮，我們認(rèn)為發(fā)育這類優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的條件包括：1）TSR反應(yīng)前具有一定的儲(chǔ)集空間，晶?；蝾w粒白云巖比較有利，而泥晶、微晶白云巖則不利；2）儲(chǔ)層含有硫酸鹽礦物，特別是結(jié)核狀石膏、硬石膏，而非柱狀石膏、硬石膏；3）要有油氣的充注；4）儲(chǔ)層溫度高于120 ℃?；谶@一判別標(biāo)準(zhǔn)，我們認(rèn)為寒武系鹽下肖爾布拉克組上段及吾松格爾組中與膏鹽互層的白云巖是有利的儲(chǔ)層。這一預(yù)測(cè)與現(xiàn)今的勘探結(jié)果是吻合的。

6 結(jié)論

（1） 塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組主要發(fā)育四類巖石類型，分別為顆粒云巖、微生物巖（凝塊石、泡沫棉層白云石、核形石、疊層石、黏結(jié)砂屑云巖、藻格架云巖）、晶粒云巖（泥粉晶和粉細(xì)晶云巖）和泥晶灰?guī)r。其中顆粒云巖和凝塊石云巖物性最好。

（2） 原位微量稀土、碳氧同位素以及流體包裹體溫度數(shù)據(jù)指示的流體演化過程依次為沉積弱氧化海水、準(zhǔn)同生期接近海水的孔隙水、淺埋藏富鐵孔隙水、中深埋藏高溫高鹽度孔隙水、埋藏期較高鹽度還原酸性殼源熱流體、晚期極高鹽度高溫TSR熱流體。

（3） 劃分出肖爾布拉克組三類優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層類型，分別為微生物礁灘相大氣水/熱液改造凝塊石白云巖、淺灘相熱液/TSR溶蝕顆粒白云巖以及TSR有關(guān)的膏鹽白云巖儲(chǔ)層，為今后的塔里木盆地鹽下肖爾布拉克碳酸鹽巖油氣勘探提供了有利的證據(jù)。

致謝 非常感謝審稿專家對(duì)文章提出的細(xì)致而中肯的寶貴修改意見，對(duì)本文水平提升有很大幫助。感謝姜磊副研究員、劉康和楊鈸在投稿過程中提供的寶貴意見。

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