楊翰軒 ，胡安平 ，鄭劍鋒 ，梁峰 ，羅憲嬰 ，俸月星，沈安江

（1. 中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2. 中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室，杭州 310023；3. 昆士蘭大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)學(xué)院放射性同位素實驗室，澳大利亞布里斯班 QLD4072）

0 引言

碳酸鹽礦物的高化學(xué)活動性使碳酸鹽巖在沉積后易于發(fā)生成巖作用，導(dǎo)致原生孔隙充填和次生孔隙形成等孔隙改造事件的發(fā)生，使其具備成為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)儲集層的潛力[1]。這些孔隙改造事件及其所發(fā)生的成巖環(huán)境在過去幾十年內(nèi)已得到了廣泛而深入的研究，膠結(jié)物的形態(tài)[2-3]、分布樣式[4-5]及地球化學(xué)特征[6-7]是主要的識別依據(jù)。在此研究基礎(chǔ)上建立的儲集層成巖-孔隙演化地質(zhì)模型是明確儲集層成因和評價成藏有效性的關(guān)鍵[2]。但中國海相碳酸鹽巖具年代老、埋深大、位于疊合盆地下構(gòu)造層、經(jīng)歷多期改造等特點[8]，應(yīng)用傳統(tǒng)方法開展成巖環(huán)境-孔隙演化研究時面臨兩方面的問題：一是古老碳酸鹽巖成巖組構(gòu)所具有的小尺度、多期次特點導(dǎo)致傳統(tǒng)成巖環(huán)境研究所依賴的薄片觀察和全巖分析的適用性有限[9]，制約了對儲集層成因的認識，因此應(yīng)用高空間分辨率的研究手段成為必然趨勢；二是傳統(tǒng)孔隙演化研究所依賴的巖石學(xué)方法僅可通過組構(gòu)交割關(guān)系定性地判斷孔隙改造事件的相對次序，但無法提供定量的年代學(xué)信息從而實現(xiàn)對油氣運移前儲集層孔隙度的判識，而油氣運移前孔隙度的測算是成藏有效性評價的重要內(nèi)容之一。近年來出現(xiàn)的元素激光面掃描成像技術(shù)和碳酸鹽礦物激光 U-Pb定年技術(shù)具有原位、高精度、高空間分辨率等特點，在解決上述兩方面問題上具有良好的應(yīng)用前景。

塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組微生物白云巖儲集層發(fā)育格架（溶）孔、泡沫綿層窗格孔、巖溶孔洞等多種儲集空間[10-12]，垂向上與下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖和下震旦統(tǒng)—南華系潛在烴源巖緊鄰[13-14]，野外露頭可見大量瀝青，顯示出良好的含油氣前景。前人提出奇格布拉克組經(jīng)歷多期成巖疊加改造[15]，但受制于上述兩方面問題，其成巖環(huán)境演化、儲集層成因和油氣運移前有效孔隙度等問題始終認識不清，這也成為現(xiàn)今制約奇格布拉克組儲集層預(yù)測和成藏有效性評價的重要問題之一。

本文以塔里木盆地西北部（簡稱塔西北）阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克西溝剖面震旦系奇格布拉克組為例，應(yīng)用元素激光面掃描成像技術(shù)和碳酸鹽礦物激光U-Pb同位素定年技術(shù)，開展基于地球化學(xué)信息的成巖環(huán)境和基于絕對年齡的成巖-孔隙演化研究，明確儲集層成巖環(huán)境演化、儲集空間成因及其形成時間，并實現(xiàn)對油氣運移前有效孔隙的判識。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地是中國西部最大的含油氣疊合盆地，夾持于天山、西昆侖山和阿爾金山構(gòu)成的環(huán)形山鏈之間，整體呈菱形。塔里木盆地在南華紀受Rodinia超大陸裂解的影響進入拉張裂谷演化階段，盆地基底開始接受蓋層沉積[16]。震旦紀以來隨著地幔柱活動逐漸衰退，盆地由克拉通裂陷期進入克拉通內(nèi)拗陷期[17]。在早震旦世填平補齊基礎(chǔ)上，晚震旦世盆地在中央古隆起以北形成了廣海碳酸鹽緩坡[18]（見圖1a）。前期工作認為塔西北上震旦統(tǒng)奇格布拉克組發(fā)育一套內(nèi)緩坡—中緩坡沉積[12]，與下伏蘇蓋特布拉克組碎屑巖呈平行不整合接觸。震旦紀末柯坪運動引起的抬升剝蝕導(dǎo)致奇格布拉克組頂部發(fā)育巖溶風(fēng)化殼[10]。寒武紀初期發(fā)生快速海侵，在奇格布拉克組之上覆蓋了玉爾吐斯組優(yōu)質(zhì)烴源巖。自柯坪運動后，研究區(qū)又經(jīng)歷了 4期主要的區(qū)域性構(gòu)造事件[19-20]，分別為加里東晚期運動、海西晚期運動、印支運動和燕山末期運動，其中加里東晚期和印支期是盆地深部熱事件最活躍的時期[21]。上述構(gòu)造事件可引起表生溶蝕、熱液改造及成巖流體運移等事件，對于碳酸鹽巖儲集層的形成、富集和貧化具有重要的控制作用[8]。

肖爾布拉克西溝剖面是研究區(qū)上震旦統(tǒng)較完整典型的剖面[15]，基于剖面實測結(jié)果將奇格布拉克組分為4個以微生物巖為主的巖性段（見圖1b）：①厚22.55 m，薄層微生物白云巖與碎屑巖互層；②厚47.35 m，以薄層水平—微波狀疊層石云巖為主，與顆粒云巖及凝塊石云巖構(gòu)成若干旋回；③厚43.00 m，厚層—塊狀泡沫綿層石云巖、凝塊石云巖構(gòu)成若干旋回，疊層石發(fā)育程度驟降；④厚60.60 m，頂部10.50 m為巖溶角礫云巖，下伏地層巖性同第③段，但大量發(fā)育扁平順層狀溶縫，溶縫規(guī)模從數(shù)厘米到數(shù)米不等，內(nèi)部充填多期膠結(jié)物，分布于不整合面以下10～50 m范圍內(nèi)，被認為是巖溶潛流帶的產(chǎn)物[10]，向下規(guī)模逐漸變小與巖溶強度減弱有關(guān)，溶縫的宏、微觀特征均與四川盆地?zé)粲敖M葡萄花邊構(gòu)造類似，故稱為花邊構(gòu)造（見圖2a）。

圖1 塔里木盆地晚震旦世巖相古地理圖（a）及肖爾布拉克西溝剖面震旦系奇格布拉克組綜合柱狀圖（b）

奇格布拉克組發(fā)育2類儲集層（見圖1b）：①中部儲集層段發(fā)育微生物白云巖儲集層，儲集空間以泡沫綿層窗格孔和微生物格架（溶）孔為主，儲集層發(fā)育受沉積微相和高頻旋回控制[11-12]；②上部儲集層段發(fā)育巖溶儲集層，儲集空間包括泡沫綿層窗格孔和巖溶孔洞，儲集層發(fā)育受沉積微相和震旦紀末的抬升剝蝕控制。

2 樣品特征

2.1 白云石膠結(jié)物巖石學(xué)特征

膠結(jié)物是碳酸鹽巖成巖環(huán)境研究的重要載體[2]。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)奇格布拉克組各類儲集空間中充填多種類型膠結(jié)物，根據(jù)其形態(tài)、粒徑及發(fā)育序列分為以下5類。

纖狀環(huán)邊白云石普遍發(fā)育于奇格布拉克組第④段的各類儲集空間中，以薄層環(huán)邊的形式分布于孔隙和溶蝕孔洞邊緣（見圖2b）。薄層環(huán)邊具有多圈層、明暗相間的特征，由垂直于孔隙邊緣緊密生長的纖狀白云石構(gòu)成。盡管極為常見，但其占據(jù)儲集空間的比例不大。

葉片狀白云石是繼纖狀環(huán)邊白云石之后發(fā)育于順層溶縫中的第 2期膠結(jié)物，其晶體明顯大于纖狀環(huán)邊白云石而呈葉片狀，集合體同樣呈環(huán)邊狀圍繞溶縫邊緣向中心生長（見圖2c）。但不同于纖狀環(huán)邊白云石，葉片狀白云石僅在規(guī)模較大的順層溶縫中發(fā)育完好，在規(guī)模較小的孔隙、孔洞中較少發(fā)育。

細粉晶粒狀白云石是奇格布拉克組最常見的膠結(jié)物類型，廣泛分布于各類儲集空間中，其晶體干凈明亮，與較暗色的纖狀環(huán)邊白云石和葉片狀白云石差異顯著，粒徑常小于0.2 mm，呈他形—半自形（見圖2d）。

中晶粒狀白云石僅見于規(guī)模較大的孔洞、溶縫中，粒徑大小與晶體生長空間大小呈正比。該類膠結(jié)物晶體同樣較干凈明亮，粒徑為0.25～0.50 mm，自形程度較好，呈半自形—自形（見圖2e）。

馬鞍狀白云石主要分布于規(guī)模較大的順層溶縫和頂部巖溶角礫間，是充填于順層溶縫中的最晚期成巖產(chǎn)物，晶形粗大，具有馬鞍狀外形，正交光下呈現(xiàn)出波狀消光特征，并與石英相伴生，指示了熱液成因（見圖 2f）。

2.2 測試樣品特征

前述膠結(jié)物充填于奇格布拉克組的各類儲集空間中，中部儲集層段由于受柯坪運動影響程度低，僅發(fā)育細粉晶和中晶粒狀白云石，其特征與上部儲集層段中的粒狀白云石完全一致，而上部儲集層段的花邊構(gòu)造中膠結(jié)物序列較完整，可見全部 5類膠結(jié)物。故本文選取奇格布拉克組第④段中的花邊構(gòu)造作為測試樣品，其可完整代表奇格布拉克組的成巖序列，是反映成巖-孔隙演化史的理想對象。同時由于兩類粒狀白云石大量充填于儲集空間中，是造成儲集性變差的主要原因，因此明確成巖產(chǎn)物的發(fā)育環(huán)境和形成時間，不僅可為成巖-孔隙演化史的建立提供重要信息，而且對油氣運移前孔隙的判識和有效成藏組合的理解具有重要意義。

本文樣品均來自塔西北阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克西溝剖面上震旦統(tǒng)奇格布拉克組。采樣位置、樣品特征見圖 1b、圖 3。根據(jù)沈安江等[22]介紹的制樣流程，將樣品制成直徑2.5 cm的靶樣或厚100 μm的薄片，并在超凈實驗室進行前處理以消除樣品表面污染。

圖2 塔西北奇格布拉克組花邊構(gòu)造及白云石膠結(jié)物巖石學(xué)特征

3 實驗技術(shù)及方法

3.1 實驗技術(shù)

3.1.1 元素激光面掃描成像技術(shù)

分析技術(shù)的進步使元素含量分析已從全巖分析發(fā)展至原位點分析[9]。古老碳酸鹽巖多期膠結(jié)物組成往往具有高度不均一性，故利用元素面掃描成像技術(shù)直觀呈現(xiàn)樣品在毫米—厘米級區(qū)域內(nèi)元素的平面變化特征，對于理解其形成過程顯得至關(guān)重要[23-24]。國內(nèi)外已應(yīng)用多種微區(qū)分析技術(shù)對樣品元素含量進行了定量成像，但各類儀器在檢測限、分辨率、分析程序及成本等方面各有優(yōu)劣[24]。最近興起的LA-ICP-MS方法具有分析時間短、成本低、制樣流程簡單、檢測限低和多元素同時分析等優(yōu)點，拓展了面掃描成像技術(shù)在地球科學(xué)中的應(yīng)用。前人主要將該技術(shù)應(yīng)用于探討金屬礦物[25]、巖漿巖礦物[26]、石筍[27-28]等的形成過程及形成環(huán)境，本文以奇格布拉克組為例，將該技術(shù)應(yīng)用于古老碳酸鹽巖的成巖環(huán)境研究（見圖4）。

3.1.2 碳酸鹽礦物激光U-Pb同位素定年技術(shù)

碳酸鹽巖廣泛發(fā)育于各種地質(zhì)環(huán)境中，碳酸鹽礦物定年技術(shù)在確定地質(zhì)事件年齡方面具有廣闊的應(yīng)用前景[29]，但 Rb-Sr、K-Ar、Re-Os和 Nd-Sm定年法均無法獲得碳酸鹽礦物穩(wěn)定可靠的絕對年齡[30]。Moorbath等[31]最早證實了鈾系定年法在碳酸鹽巖中應(yīng)用的可行性，隨后 Smith和 Farquhar[32]陸續(xù)報道了低鈾碳酸鹽巖（鈾含量為（100～500）×10-9）U-Pb同位素定年的實例，使得U-Pb放射性定年法成為目前唯一適用于碳酸鹽成巖礦物的絕對地質(zhì)年代計[33]。該方法被廣泛應(yīng)用于洞穴石筍[34]、鈣質(zhì)結(jié)核[35]、鈣質(zhì)化石[36]、方解石脈[37]、滲透回流白云巖[38]以及孔洞膠結(jié)物[22,33]等材料，以確定文石礦物相轉(zhuǎn)化[36]、斷層滑動[37]、白云化作用[38]、區(qū)域構(gòu)造及成巖流體活動[22,33]等事件的發(fā)生時間。特別對于成巖膠結(jié)物而言，確定導(dǎo)致其沉淀的成巖事件的絕對年齡，能夠極大深化對儲集層整體演化的認識，并可對熱史和成藏史研究提供支撐。

圖3 測試樣品特征（取樣位置見圖1b）

過去碳酸鹽礦物U-Pb定年依賴同位素稀釋法，但微鉆取樣、化學(xué)提純等預(yù)處理程序極為繁瑣耗時，并具有污染樣品的潛在風(fēng)險，限制了該方法的推廣。隨著ASH-15[34]、WC-1[39]和 AHX-1[22]等激光定年標樣的開發(fā)，激光剝蝕方法在碳酸鹽礦物U-Pb定年中得到成功應(yīng)用。利用直徑30～250 μm的激光束斑，在單一成因組構(gòu)內(nèi)進行30～60次單點剝蝕，擬合等時線年齡。與同位素稀釋法相比，激光剝蝕方法具有高分辨率（大于5 μm）、高準確度、高成功率、高分析速度等優(yōu)勢，為微區(qū)精細研究的開展提供了支撐[33]。本文以奇格布拉克組為例，將該技術(shù)應(yīng)用于古老碳酸鹽巖的成巖-孔隙演化研究和油氣運移前孔隙的測算（見圖5）。

3.2 實驗方法

元素激光面掃描成像分析完成于昆士蘭大學(xué)放射性同位素實驗室，激光剝蝕系統(tǒng)為ASI RESOlution SE，剝蝕使用邊長50 μm的方形束斑，激光能量3 J/cm2，剝蝕頻率20 Hz，束斑移動速率0.05 mm/s，測試質(zhì)譜儀為 Thermo iCap-RQ ICP-MS。測試使用的外標為NIST614[40]，原始數(shù)據(jù)利用Iolite 3.6處理后生成元素分布圖像[26,41]。

碳酸鹽礦物 U-Pb同位素測年數(shù)據(jù)同樣完成于昆士蘭大學(xué)放射性同位素實驗室，激光剝蝕系統(tǒng)為 ASI RESOlution SE，剝蝕使用直徑100 μm的圓形束斑，激光能量3 J/cm2，剝蝕頻率10 Hz，單點剝蝕時間15～25 s，測試質(zhì)譜儀為 Thermo iCap-RQ ICP-MS和 Nu Plasma II MC-ICPMS。測試使用的外標為NIST614[40]和 WC-1[39]，年齡監(jiān)控標樣為 AHX-1[22]。原始數(shù)據(jù)經(jīng)Iolite 3.6處理后[41]，利用Isoplot 3.0計算年齡并繪制Tera-Wasserburg 諧和圖[42]。

激光碳氧同位素組成、鍶同位素組成及陰極發(fā)光測試完成于中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室。測試方法參見Pan等[43]。

4 實驗結(jié)果及討論

4.1 成巖環(huán)境重建與儲集層成因

4.1.1 纖狀環(huán)邊白云石

纖狀環(huán)邊膠結(jié)物被普遍認為形成于海底成巖環(huán)境，由文石或高鎂方解石前驅(qū)物被交代而成[44-45]。在元素面掃描圖像中，該類膠結(jié)物的Li、Mn、Fe、Sr、Ba、Th、U等元素含量與圍巖均較為一致，反映與圍巖具有相似的形成環(huán)境。氧同位素值為-6.566‰～-4.810‰，略低于圍巖；鍶同位素組成比值（87Sr/86Sr）為0.708 840，與同期海水接近[46]。陰極發(fā)光下主體為昏暗發(fā)光，夾橘紅色中等發(fā)光環(huán)帶，同樣與圍巖特征十分接近。因此認為纖狀環(huán)邊膠結(jié)物是海水膠結(jié)作用的產(chǎn)物。

特殊的是，纖狀環(huán)邊白云石的明暗紋層中Mn、U含量存在顯著變化，如在元素面掃描圖像中高 Mn含量（約為 500×10-6）的暗色紋層表現(xiàn)為亮色條帶，低Mn含量（小于100×10-6）的亮色紋層則呈現(xiàn)為藍色條帶（見圖4g）。前人研究表明，震旦紀全球發(fā)育鐵質(zhì)海洋，具有表層弱氧化、深部缺氧還原的分層特征[47-48]，導(dǎo)致包括奇格布拉克組在內(nèi)的震旦系白云巖在全球范圍內(nèi)均具有較高的 Mn、Fe含量[48-49]。而纖狀環(huán)邊白云石特殊的元素含量變化特征可能與其形成時頻繁震蕩的海平面以及前寒武紀特殊的古海洋性質(zhì)有關(guān)，Hood和 Wallace[48]建立的前寒武紀海水氧化還原模型可用于解釋該現(xiàn)象。相對海平面下降期間，含氧的表層水體使得 Mn以弱結(jié)晶錳氧化物的形式去除[50]，導(dǎo)致膠結(jié)物具有較低的Mn含量。相對海平面上升時期，低Eh值（氧化還原電位）的深部海水上涌引起錳氧化物的迅速溶解[48,50]，導(dǎo)致沉積水體中Mn含量驟增。當(dāng)環(huán)境含氧時U將被強烈吸收富集于錳氧化物中[51]，海侵期間錳氧化物溶解也伴隨著U的釋放，因此U含量在明暗紋層中也變化明顯。但鐵的氫氧化物在Eh值降低時性質(zhì)更穩(wěn)定，因此Fe含量在平面上的分布更均勻。同時碳酸鹽巖的陰極發(fā)光主要受到Fe2+（猝滅劑）和Mn2+（激活劑）含量的控制[48]，也導(dǎo)致膠結(jié)物明暗紋層的陰極發(fā)光強度呈現(xiàn)出周期性變化。

4.1.2 葉片狀白云石

圖4 樣品Q-58-1-2的顯微照片和元素面掃描圖像

面掃描圖像顯示葉片狀白云石元素含量較均一，不發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)，指示相對穩(wěn)定的形成環(huán)境。樣品Q-58-1-2的該期膠結(jié)物在單偏光和正交光下呈現(xiàn)出良好的葉片狀外形（見圖 4a、圖 4b），對應(yīng)在元素面掃描圖像上體現(xiàn)出 Mn、Fe含量顯著降低的特征（約為100×10-6）。前人研究表明，淡水中的Mn、Fe濃度約為0.4×10-9和20×10-6，分別為海水濃度的50倍和197倍[49]。但由于震旦紀海水的Mn、Fe含量極高[48]，這2種元素含量的驟降恰恰反映了震旦紀海水影響的減弱。Sr含量相較圍巖和纖狀環(huán)邊白云石有所降低，指示成巖流體鹽度下降。氧同位素組成為-6.65‰～-6.61‰，表明成巖環(huán)境的還原性增強。碳同位素組成為1.00‰～1.60‰，相較纖狀環(huán)邊白云石有所下降，而鍶同位素比值略有上升（0.708 85），均指示了大氣淡水的注入[49]。葉片狀白云石陰極發(fā)光下表現(xiàn)出昏暗發(fā)光特征。以上證據(jù)表明葉片狀白云石的形成受到了大氣淡水的影響，但各種地球化學(xué)信息與纖狀環(huán)邊膠結(jié)物仍具有一定繼承性，故認為其形成于受大氣淡水影響的封存海水中。

4.1.3 粒狀白云石

粒狀白云石廣泛分布于中部和上部儲集層段，根據(jù)粒徑不同分為細粉晶白云石和中晶白云石兩類。前者主要半充填或全充填于微生物格架（溶）孔、泡沫綿層窗格孔和小規(guī)?；ㄟ厴?gòu)造中（見圖2d—2e、圖3g），是造成儲集層孔隙度驟降的最主要原因。后者僅見于規(guī)模較大的孔洞和花邊構(gòu)造中，占據(jù)了細粉晶白云石發(fā)育后的殘余空間（見圖 2e、圖 4a）。埋藏條件下 Sr在方解石、白云石中具有極低的分配系數(shù)，低Sr含量是埋藏膠結(jié)物的標志[2]；而 U在含氧水體中呈可溶的氧化態(tài)，在缺氧環(huán)境中將被還原為不溶態(tài)[51]，隨著成巖環(huán)境還原性的增強，U將發(fā)生強烈的去除作用而含量驟降。元素面掃描圖像中低Sr、低U的粒狀白云石無疑指示了埋藏成巖環(huán)境，粒徑大小與晶體生長空間大小呈正比。兩類粒狀白云石的碳同位素組成變化不明顯，氧同位素組成繼續(xù)向負偏移。

隨埋深增加、還原性增強，低價的 Mn、Fe離子將取代白云石晶格中的 Ca、Mg離子，使 Mn、Fe含量升高[2]。樣品 Q-58-1-2的細粉晶白云石在元素面掃描圖像中呈現(xiàn)為高 Mn、Fe含量的亮色環(huán)帶，但中晶白云石的Mn、Fe含量卻顯著降低（見圖4g—4h），表明在其緩慢結(jié)晶過程中可能受到外來流體的影響；而Sr、U含量及氧同位素組成表明其仍處于還原性較強的環(huán)境，故推測中晶白云石形成時可能受到了深循環(huán)大氣降水的影響[52]。

表1 塔西北震旦系奇格布拉克組圍巖及白云石膠結(jié)物的U-Pb年齡及地球化學(xué)特征

4.1.4 馬鞍狀白云石

馬鞍狀白云石主要分布于規(guī)模較大的花邊構(gòu)造和風(fēng)化殼的巖溶孔洞中，為充填殘留孔洞的最晚期成巖產(chǎn)物，晶形粗大且發(fā)育馬鞍狀外形，正交光下具波狀消光特征（見圖2f），并伴生石英，指示熱液成因[49]。碳氧同位素組成均發(fā)生強烈負偏移，分別為-3.53‰～-3.51‰和-10.39‰～-9.50‰，指示受熱液作用強烈影響[49]。同時該期白云石的鍶同位素比值顯著高于上述各期次膠結(jié)物，表明其成巖流體受到高87Sr/86Sr值的殼源鍶的影響。

綜合上述分析和年齡數(shù)據(jù)（見表1）認為肖爾布拉克西溝剖面奇格布拉克組儲集層經(jīng)歷了以下成巖環(huán)境和成巖過程：①埃迪卡拉紀沉積環(huán)境，控制年齡（576±16）Ma，建造水平—微波狀疊層石白云巖、泡沫綿層石白云巖為主的多類微生物白云巖；②淡水成巖環(huán)境，控制年齡（560±26）Ma，柯坪運動導(dǎo)致抬升暴露和大氣淡水淋濾，形成非選擇性溶蝕縫洞；③海水成巖環(huán)境，控制年齡（556±17）Ma，再次遭受海侵，在溶蝕孔洞周緣沉淀纖狀環(huán)邊白云石膠結(jié)物；④極淺埋藏成巖環(huán)境，控制年齡（542.7±8.0）Ma，葉片狀白云石形成于受大氣淡水影響的封存海水中；⑤埋藏成巖環(huán)境，控制年齡（486.3±6.8）Ma，埋藏成巖介質(zhì)主導(dǎo)粒狀白云石的沉淀，但在深大斷裂影響下可間歇性受到大氣淡水影響；⑥熱液成巖環(huán)境，控制年齡（215±30）Ma，印支早期構(gòu)造熱事件導(dǎo)致馬鞍狀白云石沉淀。

元素激光面掃描成像技術(shù)結(jié)合其他地球化學(xué)示蹤手段，實現(xiàn)了對奇格布拉克組成巖環(huán)境演化的精細約束，為儲集層成因的判識提供了可靠的依據(jù)。奇格布拉克組微生物白云巖儲層的儲集空間主要形成于埋藏前的沉積環(huán)境（原生孔）和淡水成巖環(huán)境（表生溶蝕孔洞），海水、埋藏和熱液環(huán)境引起白云石膠結(jié)物的逐漸充填減孔。

4.2 成巖-孔隙演化史重建

4.2.1 圍巖和孔洞充填物年齡

對奇格布拉克組中上部（樣品號 Q-58-1-2）和上部（樣品號Q-76-1）的白云巖圍巖開展定年，得到的年齡數(shù)據(jù)分別為（576±16）Ma和（560±26）Ma（見圖5a—5b）。研究區(qū)震旦系曾開展過年代學(xué)研究，Xu等[17]對下震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組玄武巖中的鋯石定年結(jié)果為（615.2±4.8）Ma 和（614.4±9.1）Ma，Li等[53]從烏什磷礦剖面蘇蓋特布拉克組上部細砂巖中得到的碎屑鋯石年齡為（602±23）Ma。本文白云巖圍巖年齡與埃迪卡拉紀年齡（541～635）Ma及本區(qū)鋯石年代學(xué)格架相符合，代表了地層沉積年齡。王小林等[54]提出奇格布拉克組基質(zhì)白云石的形成來源于微生物調(diào)制作用下原生沉淀，因此白云石圍巖年齡還可能反映了早期白云石化作用的年齡。

圖5 塔西北震旦系奇格布拉克組圍巖和白云石膠結(jié)物的U-Pb年齡（LIA—下交點年齡；n—剝蝕點數(shù)；MSWD—平均標準權(quán)重偏差）

依據(jù)測年數(shù)據(jù)，認為奇格布拉克組儲集空間中的充填物形成于纖狀環(huán)邊白云石、葉片狀白云石、粒狀白云石、馬鞍狀白云石 4個階段，其中大孔洞中的充填物發(fā)育相對齊全，可構(gòu)成完整的膠結(jié)充填序列，而小孔洞（如泡沫綿層窗格孔）的膠結(jié)充填序列多不完整。

纖狀環(huán)邊白云石的2個年齡數(shù)據(jù)分別為（553±20）Ma和（556±17）Ma（見圖 5c、圖 5d）。這兩個年齡與頂部的圍巖年齡（560±26）Ma十分接近，指示在沉積期后不久奇格布拉克組便受到相對海平面下降影響，暴露溶蝕形成孔洞。當(dāng)海平面重新上升后，纖狀環(huán)邊白云石便在溶縫中作為第1期膠結(jié)物沉淀下來。

葉片狀白云石得到了 2個基本等時的年齡數(shù)據(jù)，即（542.7±8）Ma 和（542±26）Ma（見圖 5e）。地球化學(xué)信息指示葉片狀白云石形成于受大氣淡水影響的封存海水中，表明此時奇格布拉克組仍受到表生巖溶作用的影響，處于極淺的埋藏成巖環(huán)境。纖狀環(huán)邊白云石和葉片狀白云石均指示了早期的膠結(jié)作用，兩者的U-Pb年齡與圍巖U-Pb年齡相當(dāng)或略晚，說明儲集空間形成于同沉積期和柯坪運動引起的表生溶蝕作用期，是埋藏前的孔隙，而非埋藏溶蝕作用的產(chǎn)物。

細粉晶粒狀白云石和中晶粒狀白云石得到的U-Pb年齡分別為（486.3±6.8）Ma 和（472.3±7.7）Ma（見圖5f—5g），與鏡下識別的成巖序列相一致。這兩個年齡雖相差14 Ma，但均形成于加里東早期。該時期北昆侖洋向西中昆侖島弧的俯沖導(dǎo)致塔中、和田、塔北等多個隆起的形成[20]，廣泛的抬升運動導(dǎo)致高低勢能區(qū)的轉(zhuǎn)變和埋藏膠結(jié)物的沉淀[8]，而伴生的斷裂作用可顯著增強大氣淡水對下伏地層的影響，這也與中晶白云石形成過程中受到大氣淡水影響的推測相一致。

馬鞍狀白云石主要充填于奇格布拉克組頂部的巖溶孔洞中，U-Pb年齡為（215±30）Ma（見圖5h），指示熱液白云石形成于印支運動早期，可能和羌塘地塊與塔里木地塊碰撞引起的強烈隆升及褶皺運動有關(guān)[20]，活躍的構(gòu)造運動也使得二疊紀—三疊紀成為塔里木盆地深部熱事件最活躍的時期之一[21]。

4.2.2 成巖-孔隙演化史重建

基于地球化學(xué)特征揭示的成巖環(huán)境和 U-Pb同位素絕對年齡建立了中部和上部儲集層段從沉積到埋藏全過程的成巖環(huán)境變遷和成巖-孔隙演化史（見圖6），估測油氣運移前孔隙發(fā)育情況。

圖6 塔西北震旦系奇格布拉克組成巖-孔隙演化史圖

基于現(xiàn)代微生物巖初始孔隙度[55]，結(jié)合柱塞孔隙度及鏡下膠結(jié)物分布面積的估算結(jié)果[2]，將儲集空間以疊層石紋層間（溶）孔和泡沫綿層窗格孔為主的中部儲集層段的初始平均孔隙度估為 20%。震旦紀末柯坪運動對中部儲集層段儲集空間幾乎無影響，加里東早期發(fā)生粒狀白云石對疊層石紋層間（溶）孔和泡沫綿層窗格孔的充填，使得平均孔隙度降至6%，并保持至今。

根據(jù)泡沫綿層石白云巖的鏡下殘余面孔率推測其初始孔隙度極高（見圖3g），故將以泡沫綿層石白云巖為主要儲集巖類型的上部儲層段的初始平均孔隙度估為 30%。震旦紀末形成的溶蝕孔洞使平均孔隙度增至35%，隨后纖狀環(huán)邊和葉片狀白云石部分充填了儲集空間，使平均孔隙度下降至28%。加里東早期，細粉晶粒狀白云石的沉淀導(dǎo)致孔隙度驟劇降至15%，中晶粒狀白云石主要充填較大的殘余孔洞，平均孔隙度降至10%。印支運動早期的熱液作用對儲集層起充填破壞作用，但孔隙度變化不大，使平均孔隙度降至8%，并保存至今。

在儲集層成巖-孔隙演化史建立的基礎(chǔ)上，結(jié)合奇格布拉克組埋藏史和玉爾吐斯組優(yōu)質(zhì)烴源巖熱演化史，可對油氣運移時間、油氣運移前孔隙和成藏期次開展評價。奇格布拉克組頂部儲集層段在柯坪—塔北隆起穩(wěn)定連片分布[11]，玉爾吐斯組在早奧陶世進入低成熟階段，在阿瓦提凹陷東南部等局部地區(qū)達到成熟—高成熟階段，是研究區(qū)內(nèi)前寒武系—下古生界儲集層最早的有利成藏期[56]。加里東晚期，滿加爾凹陷和阿瓦提凹陷內(nèi)的玉爾吐斯組經(jīng)歷了快速熱演化并進入大規(guī)模液態(tài)烴生烴期，向凹陷北部的隆起區(qū)運移，此時儲集層在粒狀白云石的充填后孔隙度仍可達 8%～11%，是聚集成藏的主要時期[56]。海西期受構(gòu)造活動影響，玉爾吐斯組發(fā)生二次生烴并伴隨液態(tài)烴裂解，凹陷的圍斜部位以近源形式向柯坪—塔北古隆起區(qū)規(guī)模供烴，此時儲集層孔隙度仍保持在6%～10%。自中二疊世，滿加爾及阿瓦提凹陷中的玉爾吐斯組基本進入生烴枯竭階段，喜馬拉雅運動晚期是古油氣藏的調(diào)整期。上述分析表明奇格布拉克組微生物白云巖儲集層在玉爾吐斯組生烴高峰期仍保持了良好的儲集性，具備形成有效成藏組合的潛力。

5 結(jié)論

在鏡下巖石學(xué)觀察的基礎(chǔ)上，對孔洞中充填的不同期次白云石膠結(jié)物開展元素面掃描成像分析，并結(jié)合碳氧穩(wěn)定同位素組成、鍶同位素組成、陰極發(fā)光分析結(jié)果，提出奇格布拉克組微生物白云巖儲集層依次經(jīng)歷了沉積期白云石化、淡水成巖環(huán)境、海水成巖環(huán)境、極淺埋藏成巖環(huán)境、埋藏成巖環(huán)境、熱液成巖環(huán)境等 6個階段，儲集空間主要形成于埋藏前的沉積環(huán)境（原生孔）和淡水成巖環(huán)境（表生溶蝕孔洞），海水、埋藏和熱液環(huán)境造成了白云石膠結(jié)物的逐漸充填減孔。

在成巖環(huán)境和儲集層成因認識基礎(chǔ)上，對各期白云石膠結(jié)物開展測年，建立絕對地質(zhì)年齡約束下的奇格布拉克組微生物白云巖儲集層成巖-孔隙演化曲線，認為膠結(jié)減孔主要發(fā)生在加里東早期。在玉爾吐斯組烴源巖加里東早期、加里東晚期和海西晚期的生烴高峰期時，奇格布拉克組儲集層孔隙度仍可達到6%～10%，具備形成有效成藏組合的潛力，是值得探索的勘探層系。

面掃描成像和定年技術(shù)在奇格布拉克組微生物白云巖儲集層中的應(yīng)用，為精細約束奇格布拉克組成巖環(huán)境變遷和建立絕對年齡格架下的成巖-孔隙演化史提供了手段，并為古老碳酸鹽巖儲集層成因、油氣運移前孔隙的判識和有效成藏組合分析提供了新視角。