焦　健，李映濤，張哨楠，黃擎宇，葉　寧，袁曉宇

(1.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都　610501； 2.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,成都　610501；

3.中國石化集團(tuán) 國際勘探開發(fā)有限公司，北京　100083； 4.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，

成都　610059； 5.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,成都　610059； 6.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京　100083；

7.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫　214126)

?

塔里木盆地玉北地區(qū)蓬萊壩組鞍形白云石地球化學(xué)特征

焦健1,2,3，李映濤4,5，張哨楠1,2，黃擎宇6，葉寧4,5，袁曉宇7

(1.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610501； 2.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,成都610501；

3.中國石化集團(tuán) 國際勘探開發(fā)有限公司，北京100083； 4.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，

成都610059； 5.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,成都610059； 6.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；

7.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫214126)

摘要：根據(jù)巖相特征將玉北地區(qū)蓬萊壩組白云巖分為粉細(xì)晶基質(zhì)白云巖、粗晶基質(zhì)白云巖和鞍形白云石充填物。鞍形白云石充填物各類地化特征都與粗晶基質(zhì)白云巖相似，是粗晶基質(zhì)白云巖自身溶解后又在縫洞內(nèi)形成的一種再沉淀，應(yīng)該屬于白云石膠結(jié)物，而與交代灰?guī)r作用無關(guān)。高溫、高鹽度的地層鹵水應(yīng)該是鞍形白云石充填物形成的主要成巖流體。微量元素方面，粉細(xì)晶基質(zhì)白云巖的Sr含量明顯高于粗晶基質(zhì)白云巖和鞍形白云石充填物，而鞍形白云石充填物的Ba含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基質(zhì)白云巖和粗晶基質(zhì)白云巖；Mg/Ca比方面，三者差別極??；鞍形白云石充填物與基質(zhì)白云巖稀土含量都很低且配分曲線特征相似，稀土分異程度相近；包裹體測溫、測鹽顯示鞍形白云石充填物與基質(zhì)粗晶白云巖在流體性質(zhì)上存在重疊，表明其在流體性質(zhì)上存在對基巖的繼承性。

關(guān)鍵詞：鞍形白云石；成巖流體；地球化學(xué)；蓬萊壩組；玉北地區(qū) ；塔里木盆地

塔里木盆地麥蓋提斜坡玉北地區(qū)的多口探井在中下奧陶統(tǒng)鷹山組斷控巖溶型儲層和下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖儲層見到良好油氣顯示，并且在玉北1井、玉北1-4井、玉北1-2X 井等多口井的測試中獲得工業(yè)油流，證實(shí)該區(qū)奧陶系具備油氣成藏條件。由于經(jīng)歷多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，該區(qū)斷裂體系及裂縫廣泛發(fā)育[1-2]，但就勘探現(xiàn)狀來看，玉北地區(qū)油氣勘探主要集中在東部的玉北1號NE向構(gòu)造帶上，裂縫是儲層發(fā)育的主要滲濾通道，而鞍形白云石作為一類重要的充填物，可以記錄成巖作用過程，應(yīng)當(dāng)受到重視。

鞍形白云石的生長環(huán)境特殊，地球化學(xué)特征表明其形成于高溫且過飽和的溶液中，在高溫、高壓條件下導(dǎo)致晶格扭曲[3]。北美地區(qū)鞍形白云石多以交代宿主灰?guī)r地層為主，個(gè)別鞍形白云石形成于白云巖自調(diào)節(jié)作用和硫酸鹽還原作用[4-5]。與北美地區(qū)不同的是，目前塔里木盆地所發(fā)現(xiàn)的鞍形白云石多發(fā)育于白云巖地層之中，成因可能與基質(zhì)白云巖重結(jié)晶有關(guān)，即膠結(jié)作用成因而非交代作用。雖然交代基質(zhì)灰?guī)r所形成的熱液白云巖對儲層改善的意義更為重大，但不可否認(rèn)鞍形白云石充填物作為玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)白云巖儲層中的一種主要充填物類型，是與裂縫有關(guān)的流體充填作用的產(chǎn)物，反映裂縫形成后的成巖流體性質(zhì)?；诹芽p對玉北地區(qū)儲層發(fā)育的重要性，近年來涉及玉北地區(qū)的研究多以構(gòu)造方面為主[6-9]，針對蓬萊壩組白云巖儲層的研究還不多。本文對該區(qū)蓬萊壩組白云巖地層中溶蝕縫內(nèi)充填的鞍形白云石進(jìn)行了巖石與地球化學(xué)研究，以期為玉北地區(qū)白云巖儲層的研究提供參考。

1區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于新疆和田地區(qū)墨玉縣境內(nèi)，構(gòu)造上位于塔里木盆地西南坳陷麥蓋提斜坡區(qū)中東部，北鄰巴楚隆起南緣，南鄰葉城坳陷(圖 1)。該區(qū)早奧陶世整體屬于臺盆型沉積。奧陶系地層自下而上劃分為：下統(tǒng)蓬萊壩組(O1p)，中—下統(tǒng)鷹山組(O1-2y)，中統(tǒng)一間房組(O2yj)，上統(tǒng)恰爾巴克組(O3q)、良里塔格組(O3l)和桑塔木組(O3s)。其中除了O1p和O1-2y下部廣泛發(fā)育白云巖和過渡性巖類，O3s見泥巖地層，其他均以灰?guī)r沉積為主[10-11](圖 2)。

在斷裂活動(dòng)的強(qiáng)度和期次上區(qū)別顯著，東部斷褶區(qū)主要受控于加里東中晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，局部區(qū)域如玉北7、玉北1以及玉東3斷裂帶上還疊加有海西晚期構(gòu)造活動(dòng)的影響，屬于兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加區(qū)。中部平臺區(qū)和西部斜坡區(qū)則是受海西晚期構(gòu)造活動(dòng)影響明顯，但斷裂發(fā)育密集程度和強(qiáng)度不如東部斷褶區(qū)。平面上斷裂呈現(xiàn)出分區(qū)展布的格局，斷裂期次可劃分為加里東早期(第一期)，加里東中—晚期至海西早期(第二期)和海西晚期(第三期)，不同期次發(fā)育的斷裂在分布范圍和斷裂性質(zhì)上均有差異[12]。

早寒武世以前，玉北地區(qū)屬于典型拉張環(huán)境[13]，同時(shí)與巴楚地區(qū)整體相連發(fā)育碳酸鹽巖臺地相，基本無大規(guī)模斷裂發(fā)育。晚寒武世開始，發(fā)育了呈NWW向展布的塔西南古隆起[14]。到了早奧陶世晚期，研究區(qū)開始進(jìn)入碰撞聚斂階段，構(gòu)造應(yīng)力也開始向擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變，發(fā)育基底卷入型走滑斷裂。在晚奧陶世—早泥盆世，玉北地區(qū)正位于已演化發(fā)展到鼎盛期的和田古隆起主體之上，在東昆侖造山運(yùn)動(dòng)擠壓作用下，其東部形成了一系列NE向展布的疊瓦狀蓋層滑脫型逆沖推覆帶，玉北1斷裂帶和玉東多條斷裂帶均形成于此時(shí)期。晚二疊世，由于南天山碰撞擠壓作用，玉北地區(qū)受SN向擠壓應(yīng)力而整體沉降，表現(xiàn)為巴楚隆起的斜坡帶，東部的個(gè)別區(qū)域在早期斷裂變形的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了繼承性蓋層滑脫斷裂活動(dòng)。在進(jìn)入喜馬拉雅期后，巴楚地區(qū)強(qiáng)烈隆升，玉北地區(qū)隨著和田古隆起沉降反轉(zhuǎn)，下陷沉積，形成南傾斜坡，整體斷裂活動(dòng)減弱，只在西北部地區(qū)發(fā)育微弱微褶皺變形。

圖2　塔里木盆地玉北地區(qū)奧陶系綜合地層柱狀圖

圖1　塔里木盆地玉北地區(qū)位置及斷裂系統(tǒng)示意

2樣品采集與測試

樣品來自中國石化西北油田分公司西站巖心庫。樣品通過X衍射或是巖相學(xué)鑒定后手工在銅碾缽中碾成粉末(過200目篩)，樣品的化學(xué)預(yù)處理采用HNO3+HF溶樣罐溶樣方法進(jìn)行，然后采用Finnigan MAT ElementⅡ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)分析測試溶液中的離子成分，分析誤差小于10%；稀土元素分析采用美國產(chǎn)(PerkinElmer公司)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-EOS)測定，誤差小于5%。碳氧同位素分析在西南石油大學(xué)資環(huán)院省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用磷酸法制備CO2，通過英國產(chǎn)isoprime100同位素質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，采用PDB標(biāo)準(zhǔn)，誤差值δ13C < 0.02‰，δ18O< 0.15‰。

包裹體分析選取玉北5、玉北7井中的粗晶基質(zhì)白云巖和縫洞充填物(鞍形白云石、石英和方解石)樣品，按要求制成雙面拋光薄片，通過Leica產(chǎn)DM4500P型顯微鏡記錄包裹體的形態(tài)特征和相態(tài)組成，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)鞍形白云石充填物中的包裹體豐度要明顯大于粗晶基質(zhì)白云巖中的豐度。室溫下以氣液兩相包裹體為主。之后，同時(shí)對樣品進(jìn)行包裹體測溫、測鹽分析。首先在Linkam產(chǎn)TS1400XY型冷熱臺上測定均一溫度和冰點(diǎn)溫度。初始升溫速率定為20 ℃/min，緩慢加速升溫，氣泡跳動(dòng)頻率增大后調(diào)整為1 ℃/min。對富氣包裹體冰點(diǎn)溫度測定時(shí)，首先進(jìn)行冷凍降溫(-50 ℃以下)，使其分成氣液兩相，然后再緩慢勻速升溫(1~5 ℃/min)，便可得到其冰點(diǎn)溫度及均一方式。最后運(yùn)用Bodnar[15]提出的NaCl等效溶液鹽度換算公式，估算出成巖流體的鹽度，依據(jù)單個(gè)樣品的包裹體豐度按3~7個(gè)測點(diǎn)取一個(gè)平均值，最終得到20個(gè)基質(zhì)白云巖樣品測點(diǎn)值(包括8個(gè)冰點(diǎn)溫度)、35個(gè)鞍形白云石充填物樣品樣測點(diǎn)值(包括6個(gè)冰點(diǎn)溫度)、6個(gè)硅質(zhì)充填物樣品測點(diǎn)值和22個(gè)方解石充填物測點(diǎn)值。整個(gè)測溫過程是在成都理工大學(xué)石油地質(zhì)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室完成。

3白云巖及充填物巖相學(xué)特征

根據(jù)不同的產(chǎn)狀，研究區(qū)蓬萊壩組白云巖可分為粉細(xì)晶(0. 01~0. 25 mm)基質(zhì)白云巖和中粗晶(0.25~2 mm)基質(zhì)白云巖以及鞍形白云石充填物，其中粉細(xì)晶基質(zhì)白云巖多見于蓬萊壩組的上部取心段，呈自形、半自形，以細(xì)晶為主，其次為粉晶，晶粒鑲嵌接觸，晶面較污濁，巖性致密基本不發(fā)育孔隙(圖3a)。

粗晶基質(zhì)白云巖則廣泛分布于研究區(qū)蓬萊壩組下段，巖心上呈淺灰或深灰色，裂縫類型多以中—高構(gòu)造縫和水平溶蝕縫為主(圖3b)，溶蝕縫中常見層狀石英和鞍形白云石伴生充填(圖3c)。鏡下特征來看，該類巖性的晶面污濁，晶形自形程度差，以曲面它形鑲嵌接觸為主，且粒度大小范圍跨度大，各個(gè)大小晶級均有發(fā)育，其中粒度較粗的晶粒還可見波狀消光特征(圖3d)。

鞍形白云石作為研究區(qū)最為常見的一類充填物，多發(fā)育在粗晶基質(zhì)白云巖中，常常作為縫洞內(nèi)的第一期充填物，并與石英共生，多為乳白色或灰白色，晶體以粗晶為主，正交光下具有波狀消光特征，與基質(zhì)白云巖之間呈過渡接觸，通常沿洞壁或縫壁等生長，空間充足的部位生長最為密集，晶形也最完整。鞍形白云石充填物在鏡下并未發(fā)現(xiàn)有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。

4充填物的地球化學(xué)特征

4.1　微量元素

表1列出了玉北5井蓬萊壩組2種基質(zhì)白云巖及鞍形白云石充填物的部分微量元素及比值，可以看出鞍形白云石充填物與粗晶基質(zhì)白云巖在微量元素?cái)?shù)據(jù)方面雖有差別，但整體上特征相似，二者與細(xì)粉晶基質(zhì)白云巖特征差異明顯。首先，相對粉細(xì)晶基質(zhì)白云巖而言，二者的Sr元素含量很低，黃擎宇等[16]和吳仕強(qiáng)等[17]研究認(rèn)為，細(xì)粉晶基質(zhì)白云巖的云化流體具有同時(shí)期海水特征，屬于淺埋藏早期產(chǎn)物。因此高的Sr含量反映了粉細(xì)晶基質(zhì)白云巖的成巖時(shí)間較早(以交代文石為主)；粗晶基質(zhì)白云巖的低Sr特征則反映其成巖時(shí)間較晚(以交代低Mg方解石為主)，另外，大氣混合水作用、 埋藏及重結(jié)晶作用也會導(dǎo)致Sr的大量流失[18]。但結(jié)合該區(qū)碳氧同位素和后文的稀土元素特征來看，玉北地區(qū)蓬萊壩組白云巖顯然與大氣混合水作用無關(guān)，而與埋藏白云巖化關(guān)系密切。

圖3　塔里木盆地玉北地區(qū)蓬萊壩組基質(zhì)白云巖及鞍形白云石充填物特征

a.YB5井，6 606.35 m，白云石呈自形、半自形，以細(xì)晶為主，其次為粉晶，晶粒鑲嵌接觸，基本不發(fā)育孔隙(-)；b.YB5井， 6 742.23~6 742.45 m，高角度構(gòu)造縫(黃色箭頭)、斜交水平溶蝕縫(紅色箭頭)，裂縫半充填或未充填；c.YB5井，6 742.8 m，鞍形白云石(SD)與硅質(zhì)(Q)呈層狀充填于溶蝕縫洞中；d.YB5井,6 741.9 m，白云巖以粗晶為主，其次為中晶，可見少量細(xì)晶，可見硅質(zhì)充填孔隙(+)；e.YB5，6 742.5 m，粗晶基質(zhì)白云巖(M)、溶洞中沿洞壁生長的鞍形白云石充填物(SD)，巖心可見油跡；f.YB7井，6 230.35 m，鞍形白云石鏡下特征，可見波狀消光，晶間可見少量方解石充填(+)

Fig.3Characteristics of matrix dolomites and saddle dolomite cements in the Penglaiba Formation, Yubei area, the Tarim Basin

表1　塔里木盆地玉北5井蓬萊壩組基質(zhì)白云巖及鞍形白云石充填物部分微量元素及比值

從Ba元素含量來看，由于海水中的Sr含量遠(yuǎn)高于Ba，而粗晶基質(zhì)白云巖與鞍形白云石充填物的Ba元素含量都高于Sr含量，說明二者都經(jīng)歷了比較強(qiáng)烈的后期改造。而結(jié)合包裹體測溫結(jié)果來看(詳見4.3)，高溫可能是影響B(tài)a元素含量的一個(gè)主要因素，因?yàn)楦邷赜欣贐a粒子進(jìn)入白云石晶格[19]。

U/Th和Ba/Sr比值等反映成巖環(huán)境的參數(shù)均表明粉細(xì)晶基質(zhì)白云巖以沉積成因?yàn)橹?，而粗晶基質(zhì)白云巖和鞍形白云石充填物則與埋藏高溫有關(guān)，尤其是鞍形白云石具有熱液成因特征。原因是一般沉積巖的U/Th和Ba/Sr都小于1，與高溫流體有關(guān)的沉積巖則大于1[20-21]，尤其是Ba/Sr值可以清晰反映三者在成巖流體性質(zhì)上的差別，顯然熱流體對鞍形白云石充填物的影響最為明顯。

4.2　稀土元素

海相成因的灰?guī)r很好地繼承了原始海水的REE配分模式，而諸多研究亦表明，交代海相灰?guī)r成因的白云巖也均體現(xiàn)了原巖的REE特點(diǎn)，即呈現(xiàn)出原始海水的REE配分特征[22-23]。因此，稀土特征記錄了成巖流體性質(zhì)及作用，因而使稀土元素成為分析物源和成巖演化的有效手段。

較純的白云巖(石)∑REE一般很低(幾至十幾μg/g)，如果測試結(jié)果超過30 μg/g，則樣品純度就值得懷疑，不推薦使用[24]。研究區(qū)樣品的稀土元素分析數(shù)據(jù)顯示，粉晶基質(zhì)白云巖的∑REE的平均值為5.733 μg/g，δEu基本無異常，平均值為0.982，δCe顯示微弱負(fù)異常，平均值為0.865；粗晶基質(zhì)白云巖的∑REE平均值為3.556 μg/g，δEu的平均值為2.255，顯示正異常，δCe基本無異常，平均值為1.038；鞍形白云石充填物的∑REE平均值為3.105 μg/g，為三者中最低，δEu的平均值為4.481，為三者中最高，具有顯著正異常特征，δCe平均值為0.931，基本無異常。將樣品經(jīng)北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化后的配分模式可見(圖 4)，三者的配分曲線特征總體上相似，說明三類白云巖(石)的分異程度相近，但粗晶基質(zhì)白云巖與鞍形白云石充填物具有明顯的δEu正高異常。

白云巖的稀土元素特征受其物源區(qū)、成巖環(huán)境、先驅(qū)礦物、白云巖化流體、水巖比以及稀土元素自身分配系數(shù)等諸多因素的影響。但普遍認(rèn)為最重要的因素是先驅(qū)礦物和成巖流體(白云巖化流體)自身的稀土特征[25]。

圖4　塔里木盆地玉北地區(qū)蓬萊壩組基質(zhì)白云巖

3種樣品的配分模式總體上均與海相泥晶灰?guī)r類似，但∑REE值都很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于海相成因灰?guī)r的∑REE值。一方面體現(xiàn)了白云巖交代灰?guī)r成因的特征，前驅(qū)物對其稀土元素的特征有一定的影響；另一方面顯示了后期的成巖過程可能強(qiáng)烈地改變了研究區(qū)白云巖的稀土元素特征。

白云巖成巖過程中云化流體的持續(xù)作用首先會導(dǎo)致稀土元素的性質(zhì)及其絡(luò)合物穩(wěn)定性發(fā)生活化；其次是會導(dǎo)致地層的水/巖比升高，通過充分水巖反應(yīng)，稀土元素在二者之間產(chǎn)生交換[26-27]，而這2個(gè)過程都會導(dǎo)致前驅(qū)物稀土元素的溶解并進(jìn)入溶液，從而導(dǎo)致沉積物稀土元素流失，最終導(dǎo)致ΣREE含量降低。對于粗晶基質(zhì)白云巖而言，白云巖化作用之后又經(jīng)歷了強(qiáng)烈的重結(jié)晶作用，又一次造成了稀土元素的流失，因?yàn)橹亟Y(jié)晶過程往往需要更大的水/巖比，而當(dāng)水/巖比變大、成巖流體中的ΣREE又極低時(shí)，經(jīng)歷重結(jié)晶后的云巖稀土組成就會被降低。

粗晶基質(zhì)白云巖和鞍形白云石充填物的δEu值均顯示為正異常特征，則反映了高溫的成巖環(huán)境；粉細(xì)晶基質(zhì)白云巖的δCe顯示微弱負(fù)異常則是弱還原沉積環(huán)境的一種體現(xiàn)，這與其前埋藏早期的成巖環(huán)境相符。

4.3　包裹體

包裹體均一溫度測試結(jié)果顯示，粗晶基質(zhì)白云巖為93.1~128.2 ℃，平均值為110.2 ℃；鞍形白云石充填物為112.3~220.0 ℃，平均值為137.72 ℃，且內(nèi)核的平均均一溫度要高于邊緣；方解石充填物為97.1~188.2 ℃，平均值為128.8 ℃，硅質(zhì)充填物為128.5~159.1 ℃，平均值為142.8 ℃。

均一溫度分布直方圖顯示(圖5a)，4類宿主礦物的均一溫度在110~130 ℃區(qū)間有部分重疊，但總體上各類充填物的溫度均要高于粗晶基質(zhì)白云巖，個(gè)別鞍形白云石充填物還測得200℃以上的高溫。

圖5　塔里木盆地玉北地區(qū)基質(zhì)白云巖及充填物包裹體均一溫度與鹽度的關(guān)系

鹽度方面，基質(zhì)白云巖的鹽度范圍在14.36%~19.53%，平均值14.36%；鞍形白云石充填物為12.85%~22.71%，平均值為18.49%，略高于前者。兩者鹽度都明顯高于正常的海水值，而與蒸發(fā)巖的層間鹵水鹽度相似[28]。結(jié)合鹽度和均一溫度的交會圖(圖5b)分析，可將成巖流體分為4期：第一期是溫度小于110 ℃、鹽度在15%~20%的流體，大部分的基質(zhì)白云巖經(jīng)過此類流體改造；第二期鹽度范圍不變，但溫度升高到110~130 ℃，鞍形白云石形成于此期，同時(shí)仍有少量基質(zhì)粗晶白云巖形成；第三期溫度大于130 ℃，鹽度高于20%，此期流體主要形成少量鞍形白云石；最后一期溫度大于130 ℃，鹽度范圍在8%~13%，形成了石英。鞍形白云石充填物與基質(zhì)粗晶白云巖在流體性質(zhì)(成分)上存在重疊，顯示其在流體性質(zhì)上存在對基巖的繼承性。

4.4　碳氧同位素

基質(zhì)白云巖的δ13CPDB為-0.9‰~-0.1‰，平均值-0.44‰，δ18OPDB為-10.2‰~-5.9‰，平均值為-8.6‰；鞍形白云石充填物的δ13CPDB為-0.8‰~-0.1‰，平均值-0.45‰，δ18OPDB為-13.1‰~-8‰，平均值-9.9‰；縫洞方解石充填物的δ13CPDB為-1.3‰~-0.1‰，δ18OPDB為-10.1‰~-13.1‰，平均值-10.5‰(圖6a)。2種類型白云巖(石)樣品的δ13CPDB變化范圍都不大，接近于0，在0~-1.3‰之間，完全落入早奧陶世海相方解石碳同位素的分布范圍區(qū)間內(nèi)(-1.5‰~0.5‰)[29]，反映了白云巖交代成因，同時(shí)說明白云巖成巖過程中并無有機(jī)碳參與，形成時(shí)間早于油氣充注時(shí)間[30]。

δ18OPDB方面，2類樣品總體偏負(fù)，反映了較高的成巖溫度或是成巖過程中混入了諸如大氣淡水等貧δ18O流體[31]，但大氣淡水的混入會導(dǎo)致δ13CPDB偏輕，這與測試結(jié)果不符。結(jié)合前已述及的包裹體特征來看，高溫仍是氧同位素偏負(fù)的主要原因，說明在漫長的埋藏過程中，基巖經(jīng)歷了高溫改造。

運(yùn)用Northrop建立的白云石—水系統(tǒng)的氧同位素分餾系數(shù)與溫度的關(guān)系方程[32]：

繪制白云巖(石)氧同位素(δ18Odol)—流體氧同位素(δ18Owater)和溫度函數(shù)曲線關(guān)系圖版(式中：α=δ18Odol/δ18Owater，Th表示均一溫度)(圖6b)，再將匹配好的樣品氧同位素和包裹體均一溫度進(jìn)行投點(diǎn)來研究白云石化流體的性質(zhì)。如圖6b顯示形成基質(zhì)白云巖與鞍型白云石充填物的流體δ18OPDB值顯著高于當(dāng)時(shí)的海水值(-6.5‰~-8.5‰)[16]，分別為0~6‰和3‰~4.5‰，低于巖漿水的δ18OPDB值(6.0‰~10.0‰)，但略高于塔中下奧陶統(tǒng)地層水的δ18OPDB值(-1.5‰~0.8‰)[33-34]。因此高溫、高鹽度的地層鹵水應(yīng)該是粗晶基質(zhì)白云巖與鞍形白云石充填物形成的主要成巖流體[5]。

按埋藏升溫理論，假設(shè)地表溫度20 ℃，地溫梯度35 ℃/km[35]，按已知粗晶白云巖的均一溫度范圍(90~130 ℃)，可知其對應(yīng)埋藏深度大致為2 000～3 143 m，埋藏史圖顯示為二疊紀(jì)(圖 7)。而該均一溫度很可能是粗晶白云巖形成的最大溫度，且從黃擎宇等[16]有關(guān)Fe、Mn含量的報(bào)道來看，粗晶基質(zhì)白云巖相對于粉細(xì)晶白云巖而言并未發(fā)現(xiàn)Fe、Mn大幅度增加的趨勢，說明粗晶白云巖很可能在達(dá)到50~60 ℃(晶體曲面化的臨界溫度)的晚奧陶世時(shí)就開始形成，即淺埋藏晚期一直持續(xù)到中埋藏階段均有粗晶白云巖形成。

鞍形白云石充填物的形成溫度明顯高于地層溫度，屬于熱液成因，但其各類地化特征都與粗晶白云巖相似，因此認(rèn)為其成巖流體性質(zhì)對圍巖(粗晶白云巖)具有繼承性。鞍形白云石充填物應(yīng)該和粗晶基質(zhì)白云巖形成于同一時(shí)間范圍內(nèi)，但充填物的形成時(shí)間必然受到裂縫形成時(shí)間的控制，形成的起始時(shí)間可能較粗晶白云石更晚一些。根據(jù)前已述及的玉北地區(qū)斷裂期次推斷，玉北地區(qū)的東部各個(gè)斷裂帶在第二期斷裂活動(dòng)時(shí)(晚奧陶世—早泥盆世)才開始形成，沒有斷裂活動(dòng)造縫，充填物也就無從談起，因此鞍形白云石充填物沉淀時(shí)間必然晚于第二期斷裂活動(dòng)，且此時(shí)充足的生長空間也促進(jìn)了鞍形白云石充填物擁有較高的發(fā)育程度。第三期斷裂(晚二疊世時(shí)期)屬于斷裂調(diào)整期，整個(gè)玉北地區(qū)的斷裂活動(dòng)微弱，鞍形白云石充填物生長條件受到了限制。綜上所述，可將鞍形白云石充填物的生長時(shí)間范圍限定在早泥盆世后—晚二疊世之前。

圖6　塔里木盆地玉北地區(qū)白云巖碳、氧同位素及溫度的相互關(guān)系

參考文獻(xiàn)圖7塔里木盆地玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)埋藏史及白云巖成因示意據(jù)[36]修改。Fig.7Burial history and dolomitization process of the Lower Ordovician in Yubei area, the Tarim Basin

5結(jié)論

(1)結(jié)合鹽度和均一溫度的交會圖分析，可將成巖流體分為4期：第一期是溫度小于110 ℃，鹽度在15%~20%的流體，大部分的基質(zhì)白云巖經(jīng)過此類流體的改造；第二期鹽度范圍不變，但溫度升高到110~130 ℃之間，鞍形白云石形成于此期，同時(shí)仍有少量基質(zhì)粗晶白云巖的形成；第三期溫度大于130 ℃，鹽度高于20%，此期流體主要形成少量鞍形白云石；最后一期溫度大于130 ℃，鹽度范圍在8%~13%，形成了硅充填物。

(2)鞍形白云石充填物各類地化特征都與粗晶基質(zhì)白云巖相似，因此認(rèn)為其成巖流體對圍巖(粗晶白云巖)具有繼承性?？梢酝茢喟靶伟自剖涮钗锔锌赡苁谴志Щ|(zhì)白云巖自身溶解后，又在縫洞內(nèi)形成的一種再沉淀，應(yīng)該屬于白云石膠結(jié)物，而與交代灰?guī)r作用無關(guān)。高溫、高鹽度的地層鹵水應(yīng)該是粗晶基質(zhì)白云巖與鞍形白云石充填物形成的主要成巖流體。

(3)鞍形白云石充填物和粗晶基質(zhì)白云巖形成于同一時(shí)間范圍內(nèi)，但前者晚于后者。根據(jù)玉北地區(qū)斷裂期次推斷，鞍形白云石充填物的生長時(shí)間范圍為早泥盆世后—晚二疊世之前。

[1]李映濤.麥蓋提斜坡玉北地區(qū)中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲集體特征及主控因素研究[D].成都:成都理工大學(xué),2013.

Li Yingtao.Research on reservoir characterization and key controlling factors of Middle-Lower Ordovician carbonate reservoir in Yubei of Maigaiti slope[D].Chengdu:Chengdu University of Technology,2013.

[2]喬桂林,錢一雄,曹自成,等.塔里木盆地玉北地區(qū)奧陶系鷹山組儲層特征及巖溶模式[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2014:36(4):416-421,428.

Qiao Guilin,Qian Yixiong,Cao Zicheng,et al.Reservoir characteristics and karst model of Ordovician Yingshan Formation in Yubei area,Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2014,36(4):416-421,428.

[3]Searl A.Saddle dolomite:a new view of its nature and origin[J].Mineralogical Magazine,1989,53(373):547-555.

[4]Hartig K A,Soreghan G S,Goldstein R H,et al.Dolomite in Permian paleosols of the Bravo Dome CO2Field,USA:Permian reflux followed by late recrystallization at elevated temperature[J].Journal of Sedimentary Research,2011,81(4):248-265.

[5]Machel H G,Lonnee J.Hydrothermal dolomite:a product of poor definition and imagination[J].Sedimentary Geology,2002,152(3/4):163-171.

[6]張旭光.玉北地區(qū)碳酸鹽巖儲層地震響應(yīng)特征研究[J].石油物探,2012,51(5):493-501.

Zhang Xuguang.The research on seismic response characteristics of carbonate reservoir in Yubei area[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2012,51(5):493-501.

[7]黃太柱.塔里木盆地玉北地區(qū)斷裂系統(tǒng)解析[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(1):98-106.

Huang Taizhu.Analysis on the fault system of Yubei region,Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2014,35(1):98-106.

[8]譚廣輝,邱華標(biāo),余騰孝,等.塔里木盆地玉北地區(qū)奧陶系鷹山組油藏成藏特征及主控因素[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(1):26-32.

Tan Guanghui,Qiu Huabiao,Yu Tengxiao,et al.Characteristics and main controlling factors of hydrocarbon accumulation in Ordovician Yingshan Formation in Yubei area,Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2014,35(1):26-32.

[9]袁曉宇,李映濤,張哨楠,等.塔西南玉北地區(qū)鷹山組縫洞型儲層裂縫檢測技術(shù)及應(yīng)用[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2015,37(3):394-401.

Yuan Xiaoyu,Li Yingtao,Zhang Shaonan,et al.Technique and application of fracture detection in fracture-cavity reservoirs in Yingshan Formation,Yubei area,southwestern Tarim[J].Petroleum Geology & Experiment,2015,37(3):394-401.

[10]李映濤,袁曉宇,葉寧,等.塔里木盆地玉北地區(qū)鷹山組儲層特征及主控因素[J].海相油氣地質(zhì),2014,19(4):9-18.

Li Yingtao,Yuan Xiaoyu,Ye Ning,et al.Reservoir characterization and controlling factors of Lower-Middle Ordovician Yingshan Re-servoir in Yubei Area,Tarim Basin[J].Marine Origin Petroleum Geology,2014,19(4):9-18.

[11]吳禮明,印婷,蔣海軍,等.玉北地區(qū)中下奧陶統(tǒng)儲層主控因素分析[J].斷塊油氣田,2014,21(6):701-706.

Wu Liming,Yin Ting,Jiang Haijun,et al.Analysis on main control factors of Middle-Lower Ordovician reservoir in Yubei Area[J].Fault-Block Oil and Gas Field,2014,21(6):701-706.

[12]李映濤,袁曉宇,葉寧,等.塔里木盆地玉北地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)儲集體斷裂與裂縫特征[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(6):893-902.

Li Yingtao,Yuan Xiaoyu,Ye Ning,et al.Fault and fracture charac-teristics of the Middle-Lower Ordovician in Yubei area, Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2014,35(6):893-902.

[13]丁道桂,王道軒,劉偉新,等.西昆侖造山帶與盆地[M].北京:地質(zhì)出版社,1996:1-74.

Ding Daogui,Wang Daoxuan,Liu Weixin,et al.Western Kunlun orogenic belt and basin[M].Beijing:Geology Publishing House,1996:1-74.

[14]呂海濤,張仲培,邵志兵,等.塔里木盆地巴楚—麥蓋提地區(qū)早古生代古隆起的演化及其勘探意義[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(1):76-83.

Lü Haitao,Zhang Zhongpei,Shao Zhibing,et al.Structural evolution and exploration significance of the Early Paleozoic palaeo-uplifts in Bachu-Maigaiti area,the Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2010,31(1):76-83.

[15]Bodnar R J.Revised equation and table for determining the freezing point depression of H2O-NaCl solutions[J].Geochimica at Cosmochimica Acta,1993,57(3):683-684.

[16]黃擎宇,張哨楠,葉寧,等.玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)白云巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(3):391-401.

Huang Qingyu,Zhang Shaonan,Ye Ning,et al.Petrologic,geochemical characteristics and origin of the Lower Ordovician dolomite in Yubei area[J].Oil & Gas Geology,2014,35(3):391-401.

[17]吳仕強(qiáng),朱井泉,王國學(xué),等.塔里木盆地寒武—奧陶系白云巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造類型及其形成機(jī)理[J].巖石學(xué)報(bào),2008,24(6):1390-1400.

Wu Shiqiang,Zhu Jingquan,Wang Guoxue,et al.Types and origin of Cambrian-Ordovician dolomites in Tarim basin[J].Acta Petrologica Sinica,24(6):1390-1400.

[18]Tucker M E, Wright V P. Carbonate sedimentology[M]. Oxford:Wiley-Blackwell, 1990.

[19]張軍濤,胡文瑄,王小林,等.塔里木盆地西北緣寒武系中熱水白云石團(tuán)塊特征及成因研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2011,85(2):234-245.

Zhang Juntao,Hu Wenxuan,Wang Xiaolin,et al.Character and origin of Cambrian hydrothermal dolomite conglomeration in the Northwestern Margin of Tarim Basin[J].Acta Geologica Sinica,2011,85(2):234-245.

[20]Roma P A.Criteria for recognition of hydrothermal mineral deposits in ocean crust[J].Economic Geology,1987,73(2):135-160.

[21]Peter J M,Scott S D.Mineralogy,composition,and fluid-inclusion microthermometry of seafloor hydrothermal deposits in the southern trough of Guaymas Basin,Gulf of California[J].The Canadian Mineralogist,1988,26:567-587.

[22]Nothdurft L D,Webb G E,Kamber B S.Rare earth element geochemistry of Late Devonian reefal carbonates,Canning Basin,Western Australia:confirmation of a seawater REE proxy in ancient limestones[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,2004,68(2):263-283.

[23]Miura N,Asahara Y,Kawabe I.Rare earth element and Sr isotopic study of the Middle Permian limestone-dolostone sequence in Kuzuu area,central Japan:seawater tetrad effect and Sr isotopic signatures of seamount type carbonate rocks[J].The Journal of Earth and Planetary Sciences,Nagoya University,2004,51:11-35.

[24]胡文瑄,陳琪,王小林,等.白云巖儲層形成演化過程中不同流體作用的稀土元素判別模式[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(6):810-818.

Hu Wenxuan,Chen Qi,Wang Xiaolin,et al.REE models for the discrimination of fluids in the formation and evolution of dolomite reservoirs[J].Oil & Gas Geology,2010,31(6):810-818.

[25]吳仕強(qiáng),朱井泉,胡文瑄,等.塔里木盆地寒武系—奧陶系白云巖稀土元素特征及其成因意義[J].現(xiàn)代地質(zhì),2009,23(4):638-647.

Wu Shiqiang,Zhu Jingquan,Hu Wenxuan,at al.Rare earth element geochemistry characteristics of Cambrian-Ordovician dolostones in the Tarim Basin and their implications for the origin[J].Geoscience,2009,23(4):638-647.

[26]Bau M.Rare-earth element mobility during hydrothermal and metamorphic fluid rock interaction and the significance of the oxidation state of europium[J].Chemical Geology,1991,93(3/4):219-230.

[27]Smedley P L.The geochemistry of rare earth elements in groundwater from the Carnmenellis area,southwest England[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1991,55(10):2767-2779.

[28]潘文慶,胡秀芳,劉亞雷,等.塔里木盆地西北緣奧陶系碳酸鹽巖中兩種來源熱流體的地質(zhì)與地球化學(xué)證據(jù)[J].巖石學(xué)報(bào),2012,28(8):2515-2524.

Pan Wenqing,Hu Xiufang,Liu Yalei,et al.Geological and geochemical evidences for two sources of hydrothermal fluids found in Ordovician carbonate rocks in northwestern Tarim Basin[J].Acta Petrologica Sinica,2012,28(8):2515-2524.

[29]Veizer J,Ala D,Azmy K,et al.87Sr/86Sr,δ13C andδ18O evolution of Phanerozoic seawater[J].Chemical Geology,1999,161(1/3):59-88.

[30]Land L S.The origin of massive dolomite[J].Journal of Geolo-gical Education,1985,33(2):112-125.

[31]Allan J R,Wiggins W D.Dolomite reservoirs[M].Oklahoma,USA:The American Association of Petroleum Geologists Memoirs Tulsa,1993:27-55.

[32]Northrop D A,Clayton R N.Oxygen-isotope fractionations in systems containing dolomite[J].Journal of Geology,1966:74(2):174-196.

[33]Cai C F,Franks S G,Aagaard P.Origin and migration of brines from Paleozoic strata in Central Tarim,China:constraints from87Sr/86Sr,δD,δ18O and water chemistry[J].Applied Geoche-mistry,2001,16(9-10):1269-1284.

[34]Hoefs J.Stable isotope geochemistry[M].Berlin:Springer,2009.

[35]李慧莉,邱楠生,金之鈞,等.塔里木盆地的熱史[J].石油與天然氣地質(zhì),2005,26(5):613-617.

Li Huili,Qiu Nansheng,Jin Zhijun,et al.Geothermal history of Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2005,26(5):613-617.

[36]斯尚華,陳紅漢,譚先鋒,等.塔里木盆地麥蓋提斜坡玉北地區(qū)奧陶系油氣輸導(dǎo)體系與成藏期[J].地球科學(xué)：中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,38(6):1271-1280.

Si Shanghua,Chen Honghan,Tan Xianfeng,et al.Hydrocarbon accumulation period and its carrier systems in Ordovician reservoir of Yubei Area,Markit Slope Tarim Basin[J].Earth Science:Journal of China University of Geosciences,2013,38(6):1271-1280.

(編輯徐文明)

Geochemical features of saddle dolomites in the Penglaiba Formation,

Yubei area, Tarim Basin

Jiao Jian1,2,3, Li Yingtao4,5, Zhang Shaonan1,2, Huang Qingyu6, Ye Ning4,5, Yuan Xiaoyu7

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,

Sichuan610501,China; 2.CollegeofGeoscienceandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610501,China;

3.SINOPECInternationalExplorationandProductionCorporation,Beijing100083,China; 4.StateKeyLaboratoryofOiland

GasReservoirGeologyandExploitation,CDUT,Chengdu,Sichuan610059,China; 5.EnergyCollege,CDUT,Chengdu,

Sichuan610059,China; 6.ResearchInstitutionofPetroleumExploration&Development,PetroChina,Beijing100083,China;

7.WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

Abstract:Dolomites of the Penglaiba Formation in Yubei area were divided into fine-crystalline matrix dolomites, coarse-crystalline matrix dolomites and saddle dolomite fillings according to the petrographic features. The saddle dolomite fillings have geochemical features similar to the coarse-crystalline matrix dolomites. They appear to be dolomite cements, and are not associated with limestone replacement. Diagenetic fluids for saddle dolomite fillings are inferred to be high-temperature and high-salinity formation brines. The average Sr content of fine-crystalline matrix dolomites is higher than that of coarse-crystalline matrix dolomites and saddle dolomite fillings, while the average Ba content of saddle dolomite fillings is much higher than that of matrix dolomites and coarse-crystalline matrix dolomites. The Mg/Ca ratios of fine-crystalline matrix dolomites, coarse-crystalline matrix dolomites and saddle dolomite fillings are similar. The REE distribution curves of saddle dolomite fillings and matrix dolomites are similar. The inclusion analyses of coarse-crystalline matrix dolomites and saddle dolomite fillings show overlapping fluid properties, which indicates that saddle dolomite fillings are inherited from matrix dolomites.

Key words:saddle dolomite; diagenetic fluid; geochemistry; Penglaiba Formation; Yubei area; Tarim Basin

基金項(xiàng)目：中國石化西北油田分公司項(xiàng)目“順南—古隆地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層成因及模式研究”(3440008-14-ZC0607-0023)資助。

作者簡介：焦健(1987—)， 男， 碩士，工程師，從事儲層地質(zhì)與儲層地球化學(xué)研究。E-mail：jjiao.sipc@sinopec.com。

收稿日期：2015-08-13；

修訂日期：2015-12-23。

中圖分類號：TE122.2+3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-6112(2016)01-0099-09doi：10.11781/sysydz201601099