李映濤,葉 寧,袁曉宇,黃擎宇,蘇炳睿，周瑞琦

(1.成都理工大學 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059； 2.成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059；3.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 214151； 4.中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083；5.成都理工大學 沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059； 6.四川省煤田地質(zhì)工程勘察設計研究院，四川 成都 610059)

塔里木盆地順南4井中硅化熱液的地質(zhì)與地球化學特征

李映濤1,2,葉 寧1,2,袁曉宇3,黃擎宇4,蘇炳睿5，周瑞琦6

(1.成都理工大學 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059； 2.成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059；3.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 214151； 4.中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083；5.成都理工大學 沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059； 6.四川省煤田地質(zhì)工程勘察設計研究院，四川 成都 610059)

塔里木盆地順南4井奧陶系鷹山組灰?guī)r取心段中發(fā)現(xiàn)有明顯的熱液蝕變現(xiàn)象和交代硅化特征，溶蝕縫洞、疏松硅質(zhì)灰?guī)r/硅質(zhì)巖、熱液脈體以及粗大石英晶簇異常發(fā)育。通過對取心巖樣的地質(zhì)特征觀察，針對熱液脈體(方解石脈和石英脈)以及硅質(zhì)巖樣品進行了系統(tǒng)采樣，用來進行包裹體測溫與測鹽、稀土元素和微量元素分析。結(jié)果表明，熱液流體具有混合性質(zhì)，由巖漿活動提供熱源，地層水提供主要的流體來源，巖漿熱液與地層鹵水混合后形成了中-低溫、高鹽度的硅化熱液。稀土元素(REE)分析顯示，銪異常δEu值為0.040～0.118，平均值為0.069，呈強烈負異常，指示了還原的成巖環(huán)境。Sm/Nd值為0.169～0.256，平均值只有0.194，可見成巖流體應該屬于殼源流體。樣品REE平均值配分曲線與地殼REE配分曲線趨勢高度相似，表明熱源來自殼源巖漿，且從其貧Mg2+的特征來看屬于上地殼(硅鋁層)。微量元素特征中Ba/Sr值為0.43～19.76，平均值為6.70，變化范圍較大，亦反應出流體的相對復雜性，U/Th值為0.35～4.76，平均值為2.14，Th/U值為0.21～2.88，平均值為1.03，Th/U-Y/Ho的相關(guān)性均顯示硅化熱液屬于低溫型熱液。

微量元素；稀土元素；硅化熱液；流體包裹體；硅質(zhì)巖；順南地區(qū)；塔里木盆地

硅質(zhì)巖可按成因分為生物硅質(zhì)巖、化學(沉積或硅化)硅質(zhì)巖和凝灰硅質(zhì)巖[1]。其中以化學硅質(zhì)巖中的熱水沉積硅質(zhì)巖最受關(guān)注，地質(zhì)工作者們利用其主要的微量元素與Si-O同位素等地球化學方法建立了定量化的沉積環(huán)境分析指標[2-4]。

順南4井是中國石化西北油田分公司部署在塔里木盆地順南地區(qū)的一口以中-下奧陶統(tǒng)為主要目的層，針對斷裂帶附近鷹山組“串珠”狀異常反射體的重點探井。該區(qū)鷹山組下段基質(zhì)巖為致密的泥晶砂屑灰?guī)r，儲層類型以次生縫洞型為主。但順南4井在鷹山組下段內(nèi)幕灰?guī)r中首次鉆遇了一套儲集性極好的硅質(zhì)巖儲層，孔隙度達到了17.5%～20.5%，滲透率高達(23.5～73.4)×10-3μm2[5]，通過與寒武系原生硅質(zhì)巖特征對比認為硅化巖為次生交代成因?？梢娐癫貤l件下硅化熱液流體對順南4井的儲層改造作用不可忽視，但目前受限于順南地區(qū)勘探程度低且深井取心資料少，不易判斷熱液作用對儲層改造的空間展布特征及其改造規(guī)模，因此對于這類硅化巖的研究將是厘清順南4井硅化熱液的流體性質(zhì)與流體來源的重要途徑，并成為后期預測熱液控制的碳酸鹽巖儲層展布的重要依據(jù)，有利于下一步勘探工作的展開，應該引起研究人員的足夠重視。

對熱液的定義一直存在分歧，目前普遍運用的定義為：比地層溫度高5～10 ℃的外部流體[6]。本文將埋藏期作用于巖石的各種熱流體統(tǒng)稱為熱液(埋藏熱液)。熱液溶蝕作用對碳酸鹽巖儲層的改造一直是

近年來國際油氣勘探領(lǐng)域中的研究熱點，但報道的重點主要側(cè)重于熱液白云巖化作用[7-11]及硫酸鹽熱化學還原作用(TSR)[12-13]，塔里木盆地乃至整個國內(nèi)有關(guān)熱液的研究也多以熱液白云巖化作用為主[14-16]，涉及硅化熱液流體溶蝕作用的研究較少，針對順南地區(qū)，前人在構(gòu)造特征[17]、成藏特征[18]、地震響應[19]等方面的研究也已經(jīng)取得了一定的成果，但有關(guān)區(qū)域硅化流體的研究還未有見及。

為此，本文以順南4井為研究對象，針對其在鷹山組第3、第4回次取心中發(fā)現(xiàn)的與硅化熱液相關(guān)的溶蝕作用進行了系統(tǒng)的采樣和分析測試工作，擬從地球化學角度確立此類硅化熱液流體的識別標準，探討此類流體的地化性質(zhì)、示蹤流體物質(zhì)來源，以期為后期勘探提供一定參考價值。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 順南地區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic location of Shunnan area

順南地區(qū)奧陶系發(fā)育齊全[20]，自下而上為下統(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)與卻爾卻克組(O3qq)(圖2)，中-下奧陶統(tǒng)主要以臺地相含膏云巖、白云巖、灰質(zhì)云巖和灰?guī)r沉積為主，上統(tǒng)恰爾巴克組以發(fā)育斜坡相含泥灰?guī)r和瘤狀灰?guī)r為主，到了卻爾卻克組則以混積陸棚相的碎屑巖沉積為主[12]。順南4井奧陶系的巖性組合與工區(qū)整體地層特征基本一致。

2 樣品采集與制備

所有分析樣品均來自中國石化西北油田分公司的鉆井巖心。樣品粉末制備前均通過X-衍射或是巖相學鑒定。手工將樣品在銅碾缽中碾成粉末(過200目篩)，投入稀鹽酸中浸泡，直至將殘余碳酸鹽巖溶解后離心分離，再用蒸餾水將稀鹽酸清洗干凈并烘干，最終得到較純的硅質(zhì)，目的是為了消除分析結(jié)果中存在全巖組分元素特征的干擾，最大限度體現(xiàn)巖樣中硅質(zhì)巖成分的微量元素特征。

微量元素分析在成都理工大學環(huán)境與工程學院國家重點實驗室內(nèi)進行。樣品的制備過程是先將樣品用HCl+HNO3溶解，亦為去除碳酸鹽巖等殘余雜質(zhì)，然后用HF將硅質(zhì)溶解，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，并以10×10-9g/g Rh作為內(nèi)標，以扣除儀器漂移和基體效應帶來的影響，分析誤差小于10%；稀土元素分析過程為先稱取25 mg硅質(zhì)樣品置于高壓密閉溶樣裝置內(nèi)，用1 mL濃HF+0.5 mL濃HNO3在加溫至190 ℃時將樣品溶解并蒸干，再在140 ℃條件下，用5 mL體積濃度為30%的HNO3提取殘余物，同樣加入Rh為內(nèi)標，采用美產(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%。

圖2 順南4井奧陶系巖性地層柱狀圖及取心段巖性示意圖Fig.2 Lithologic column of the Ordovician in Well Shunnan 4 and schematic diagram showing the lithologies of the cored section in Well Shunnan 4

3 硅化及熱液溶蝕現(xiàn)象的特征與證據(jù)

3.1 硅化及熱液溶蝕現(xiàn)象的特征

整個順南地區(qū)發(fā)育4排NNE走向的左行走滑斷裂帶(圖1)，且全部斷穿基底，這是深部熱液流體上行硅化溶蝕的理論前提。順南4井在鷹山組3、4回次取心段巖性為深灰色硅質(zhì)巖，且具有裂縫(高角度構(gòu)造縫及溶蝕縫)異常發(fā)育的特征，硅質(zhì)交代充填原巖(泥晶砂屑灰?guī)r)且與原巖具有漸變接觸關(guān)系。其中含硅質(zhì)砂屑灰?guī)r樣品中石英針狀晶體呈半自形-自形，以漂浮狀分布于原巖之中，該特征在鏡下尤為明顯，這是硅質(zhì)巖交代灰?guī)r的一個顯著標志(圖3a)。硅化作用明顯受到裂縫體系的控制，表現(xiàn)為遠離高角度構(gòu)造縫的部位灰質(zhì)含量的增加。此外，鏡下顯示在半自形-他形粒狀石英的晶粒間，方解石呈它形粒狀分散分布，具有明顯的溶蝕交代殘余特征(圖3b，c)。掃描電鏡下粒間可見少量的板條狀石膏和極少量以絲狀伊利石為主的粘土礦物充填(這點有別于表生巖溶特征)(圖3d,e)。這種缺乏陸源物質(zhì)和粘土礦物，且富硅熱液持續(xù)作用下的成巖環(huán)境加速了硅質(zhì)巖在成巖過程中的新生變形作用，形成了大量自形-雙錐狀石英晶體，從而發(fā)育了大量的晶間孔(圖3f)。同時，熱液的沸騰作用導致了大量錐尖微孔的形成(圖3g)，這兩種孔隙都是典型的天然氣的儲集空間。沿開啟的構(gòu)造裂縫可見大量蜂窩狀溶蝕孔洞伴生(圖3h)，大小為0.1～5 cm。另有部分構(gòu)造縫被石英和方解石充填或半充填(圖3i)。個別縫壁和溶洞內(nèi)生長有粗大的自形石英晶簇，晶體大小范圍在0.1～0.6 cm(圖3j)。碳酸鹽巖地層中的硅化現(xiàn)象是很常見的成巖作用之一，硅化流體也往往會對碳酸鹽巖產(chǎn)生不同程度的溶蝕，但多以形成低溫下生物(硅藻等)成因的隱晶質(zhì)團塊為主，粗大的自形石英晶體只有在高溫下才會形成，因此，從地質(zhì)特征上可以初步判斷硅化熱液溶蝕作用可能是形成這類孔洞的主要因素。

另一個熱液溶蝕特征是在取心段中發(fā)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)疏松的硅質(zhì)灰?guī)r，對樣品進行手工碾磨時，凡是受熱液改造后的灰?guī)r巖性與常規(guī)灰?guī)r相比硬度明顯降低，呈疏松結(jié)構(gòu)且極易碾磨，并具有褪色現(xiàn)象，這與熱液作用下形成的白化灰?guī)r特征十分相似(圖3k)。另外還有各類充填的脈體，最典型的是巨晶方解石脈和石英脈。

原巖自身原始孔隙結(jié)構(gòu)的差異和裂縫的分布會導致熱液對原巖的差異性溶蝕，如果原巖物性較差，則熱液的溶蝕范圍將受到限制，只能沿裂縫形成蜂窩狀的溶蝕孔洞(圖3l)。而物性較好的地層，則可以最大限度地拓展熱液的溶蝕能力，形成區(qū)域性溶蝕，但深井取心資料珍貴且稀少，難以從橫向上準確判斷熱液作用對順南4井周緣儲層的改造規(guī)模。

3.2 熱液溶蝕作用的地球化學特征

僅靠巖性和充填物等地質(zhì)特來證明硅化熱液對儲層改造作用的存在是遠遠不夠的，筆者通過對取心段硅質(zhì)巖以及縫洞內(nèi)充填的石英與方解石進行包裹體測溫、測鹽，稀土和微量元素成分分析，結(jié)合前已述及的巖礦特征，試圖尋找硅質(zhì)巖和縫洞充填物中所存留的熱液改造的相關(guān)證據(jù)并揭示流體來源。

3.2.1 包裹體溫度和鹽度

在硅化巖段采集充填石英樣品15件，充填方解石樣品13件，另取有3件鷹山組頂部灰?guī)r段的方解石脈樣品(SN4F-9，SN4TW-29-1和SN4TW-29-2)以作對比。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)，石英脈和方解石脈，以及溶洞中充填的石英和方解石中均含有大量的包裹體，且石英中包裹體的豐度明顯大于方解石中的豐度，室溫下以氣液兩相和富氣相包裹體為主。之后，同時對樣品進行包裹體測溫、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溫度。初始升溫速率定為20 ℃/min，緩慢加速升溫，氣泡跳動頻率增大后調(diào)整為1 ℃/min。對富氣包裹體冰點溫度進行測定時，首先進行冷凍降溫(-50 ℃以下)，使其分成氣液兩相，然后再緩慢勻速升溫(1～5 ℃/min)，便可得到其冰點溫度及均一方式。最后運用Bodnar[21]提出的NaCl等效溶液鹽度換算公式，估算出成巖流體的鹽度。

包裹體主要富集于溶洞充填的石英與方解石之中，呈氣液兩相包裹體與富氣包裹體的共生狀態(tài)，因此包裹體應是在氣液不混溶的條件下捕獲的。其中氣液兩相包裹體中氣泡成分以CH4為主，液相成分以水為主；富氣相包裹體以CH4和CO2為主(圖4)。

石英中包裹體的大小為4.7～16.4 μm，平均值為10.1 μm；鹽度的變化范圍在11.2%～30%(NaCl平衡濃度)，平均值為18.3%(表1)。方解石中包裹體的大小范圍為3.4～16 μm，平均值為6.8 μm，鹽度變化范圍為6.7%～32.8%，平均值為19.4%(表2)。兩種宿主礦體中的包裹體都具有較高的鹽度且變化范圍跨度都較大，高鹽度的特征同塔里木盆地中-下寒武統(tǒng)廣泛發(fā)育的蒸發(fā)巖層間鹵水性質(zhì)形似，而關(guān)于鹽度范圍變化大的情況，一種解釋是成巖流體可能是由兩種或多種流體混合而成[22-23]；此外，也有人將其解釋為熱液在上涌致斷裂的低壓處時，由于壓差增大而分離成氣相和液相兩種，前者鹽度低而后者鹽度高[24]。

圖4 順南4井石英與方解石中各類包裹體顯微特征及成分拉曼光譜Fig.4 Microscopic characteristics and Raman spectra of inclusions in quartz and calcite in Well Shunnan 4a.石英中的氣液兩相包裹體；b.石英中的富氣包裹體；c.方解石中的氣液兩相包裹體；d.方解石中的富氣包裹體

石英流體包裹體的均一溫度范圍為201～252 ℃，平均值為219 ℃。方解石的流體包裹體均一溫度范圍為197～256 ℃，平均值為217 ℃，這樣的流體溫度已經(jīng)高出了一般指示熱液成巖環(huán)境的鞍型白云石的成巖溫度(100～180 ℃)[25]?？傮w上看硅質(zhì)巖段的包裹體均一溫度與深度相關(guān)性不大，并未發(fā)現(xiàn)均一溫度隨深度變化的趨勢，但位于鷹山組頂部方解石脈的三塊樣品均一溫度平均值僅為169 ℃，側(cè)面反映了流體自下而上的改造趨勢，云露等認為這與巖性結(jié)構(gòu)對熱液改造的控制有關(guān)[26]。

表1 順南4井石英流體包裹體均一化溫度和鹽度測定數(shù)據(jù)Table 1 Measurement of homogeneous temperature and salinity of fluid inclusions from quartz in Well Shunnan 4

注：測定的對象均屬同生包裹體，代表宿主礦物的成礦溫度，其中冰點溫度和均一溫度均為視域內(nèi)3～9個同類包裹體的測溫平均值。Th為均一溫度；Tm為冰點溫度；鹽度為NaCl平衡濃度

由于塔里木盆地晚二疊世巖漿活動頻繁，順南地區(qū)地上奧陶統(tǒng)中多見侵入體的地震反射特征。漆立新將順南地區(qū)存在的漿巖活動歸結(jié)為未拱破-侵入型模式[5]。因此高溫熱源可能來自巖漿體系，但從缺乏高溫熱液礦物(鉛鋅礦、閃鋅礦)的特征來看，巖漿熱液并非直接參與成巖作用，地層鹵水仍是主要的成巖流體來源，即巖漿熱液作為熱源與地層鹵水混合后，加熱了地層內(nèi)鹵水溫度的同時又降低了其鹽度。對比兩種宿主礦物包裹體的均一溫度和鹽度數(shù)據(jù)(圖5)，也發(fā)現(xiàn)其具有明顯的混合流體特征，并具有十分接近的趨勢(隨著鹽度的升高溫度呈微弱降低趨勢)，反應了相似的流體性質(zhì)并預示了流體可能會隨著混合程度的加深而向低溫度高鹽度的特征發(fā)展。

表2 順南4井方解石流體包裹體均一化溫度和鹽度測定數(shù)據(jù)Table 2 Measurement of homogeneous temperature and salinity of fluid inclusion from calcite samples in Well Shunnan 4

注：測定的對象均屬同生包裹體，代表宿主礦物的成礦溫度，其中冰點溫度和均一溫度均為視域內(nèi)3～9個同類包裹體的測溫平均值。Th為均一溫度；Tm為冰點溫度；鹽度為NaCl平衡濃度

3.2.2 稀土元素

全部樣品的稀土元素(REE)含量∑REE范圍為(2.445～11.171)×10-6，平均值為5.503×10-6(表3)?？梢钥闯鋈⌒亩喂栀|(zhì)巖樣品的ΣREE不算很高，沿縫壁生長的自形柱狀石英ΣREE明顯高于致密硅質(zhì)巖，但相同產(chǎn)狀樣品之間ΣREE的差值不大。配分曲線上來看，無論是球粒隕石標準化后(圖6a)或是北美頁巖標準化后(圖6b)，曲線呈右傾趨勢，且形態(tài)基本一致，亦反映了成巖環(huán)境的同一性。鈰異常δCe值為0.888～0.940，平均值為0.921，呈微弱異常。鑒于海水具有強烈的Ce虧損特征(海水中的Ce常以Ce4+形式存在，其化合物在海水中溶解度很小，不宜保留在海水中)，說明順南4井的硅質(zhì)巖段在物質(zhì)來源方面幾乎沒有體現(xiàn)海水沉積的特征。銪異常δEu值范圍為0.040～0.118，平均值為0.069，呈強烈負異常，指示了還原的成巖環(huán)境。(Nd/Yb)N值范圍為3.135～5.330，平均值為4.144，輕重稀土元素比ΣLREE/ΣHREE值范圍為6.818～9.146，平均值為7.943，兩個參數(shù)均反映出REE曲線具有輕稀土富集，重稀土虧損的特點[27]。北美頁巖標準化后的Ce異常值(Ceanom)，取值范圍為-0.05～-0.03，全部大于-0.1，說明Ce微弱富集且同樣指示了成巖環(huán)境為缺氧的還原環(huán)境[28]。

圖5 順南4井石英與方解石流體包裹體均一溫度-鹽度交匯圖(據(jù)文獻[23]修改)Fig.5 Cross plot of homogenization temperature vs. salinity of inclusions from quartz and calcite Well Shunnan 4[23]

Sm/Nd值是反應物質(zhì)來源的重要參數(shù)，地幔的Sm/Nd值范圍在0.260～0.375，而源于殼層沉積物的Sm/Nd值一般低于0.3，樣品的Sm/Nd值范圍為0.169～0.256，平均值只有0.194，可見成巖流體應該屬于殼源流體。為了驗證這一結(jié)果，筆者將樣品的REE平均值與各類地殼的REE數(shù)據(jù)同時進行球粒隕石標準化，并制成配分曲線成圖對比(圖6c)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其配分曲線形態(tài)高度相似，因此可以認為硅質(zhì)巖成巖流體的熱源來自殼源巖漿，且從其貧Mg2+的特征來看屬于上地殼(硅鋁層)。

3.2.3 微量元素

微量元素在地質(zhì)體中的分配和富集規(guī)律可以有效地幫助我們判斷其物源及成因[32]，一些元素的比值也作為判斷成巖環(huán)境的重要參數(shù)而被地質(zhì)學家們廣泛應用[33-36]。樣品的微量元素分析結(jié)果及一些重要比值參數(shù)見表4。

Ba和Sr的含量相對最高，平均含量分別為131.543×10-6和22.957×10-6，兩者在化學性質(zhì)上十分相似，且均屬于沉積巖中豐度較高的元素。但觀察中只見到少量Ba的獨立礦物(如重晶石)，分析認為由于Ba常常是與含F(xiàn)的氣體或溶液共同轉(zhuǎn)移至熱液礦脈中，并最終形成代表高溫熱液成因的螢石—重晶石礦脈組合[37-39]，但巖漿熱液中析出F并生成螢石的溫度要求高達300～400 ℃，遠遠高于樣品測試所得的成巖溫度，這從側(cè)面證實了巖漿熱液并非主要的成礦流體。

將樣品的微量元素以及部分REE進行地殼標準化后制成蜘蛛網(wǎng)圖(圖6d)，可見硅質(zhì)巖呈微弱右傾的趨勢，這反映了硅化流體具有地殼內(nèi)部流體的性質(zhì)，而其微量元素含量相對于地殼微量元素含量平均值明顯偏低，這是巖漿熱液的又一個顯著特征，因此可以推斷硅化熱液是地層內(nèi)部鹵水與巖漿熱液混合的產(chǎn)物。此外，硅質(zhì)巖具有明顯的U富集特征，火成巖中U含量是隨Si的含量增加而升高的，往往還可以反映其物質(zhì)來源。地幔U含量為0.024×10-6[40]，而地殼U含量為1.3×10-6(也有資料報道為0.91×10-6[41])，然而單純通過火成巖標準是不能解釋高U異常的。從成巖過程判斷，還原環(huán)境下更有利于U的富集。且熱液作用中U可以高度富集，但是高溫熱液時U會生成揮發(fā)性化合物而難以富集，因此U主要在中低溫熱液階段以U6+的(UO)2+絡離子的形式開始富集，并常常由于其與Th和REE等元素在地球化學性質(zhì)上的較大差異而分異，中低溫的熱液環(huán)成巖境應該是高U特征更合理的解釋，這也與前已述及的包裹體測溫數(shù)據(jù)相符。

表3 順南4井硅質(zhì)巖樣品稀土元素分析結(jié)果Table 3 REE compositions of siliceous rock samples in Well Shunnan 4 10-6

注：REE數(shù)據(jù)由中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院提供，除YS9和YS23為沿縫壁生長的自形柱狀石英，其余均為致密硅質(zhì)巖，分析單位是中國地質(zhì)科學院，北京。地殼數(shù)據(jù)來自C.J.Hawkesworth和A.I.S.Kemp[29]，ND為不確定。球粒隕石的數(shù)據(jù)采用W.V.Boynton[30]提出的推薦值，北美頁巖數(shù)據(jù)采用L.A.Haskin[31]提出的40個北美頁巖平均值

圖6 順南4井硅質(zhì)巖稀土配分模式Fig.6 REE patterns of the siliceous rock samples of Well Shunnan 4

Ba/Sr值范圍為0.43～19.76，平均值為6.70；U/Th值范圍為0.35～4.76，平均值為2.14。正常海相沉積巖中的Ba/Sr值基本小于1，研究區(qū)硅質(zhì)巖的Ba/Sr值顯示偏向于熱液成因，變化范圍較大也可以看出流體成分相對復雜，并可能帶有原巖海相成因的微量元素組分特征。U/Th值是分析沉積環(huán)境的有效參數(shù)，一般沉積巖的U/Th值小于1，但與熱水沉積有關(guān)的沉積巖U/Th值大于1，研究區(qū)硅質(zhì)巖的U/Th值除了沿縫壁生長的石英樣品小于1外，其余均大于1，亦說明樣品并非是海水成因的硅質(zhì)巖，與熱液成巖作用更為相符。

表4 順南4井硅質(zhì)巖樣品個別微量元素分析結(jié)果Table 4 Trace element compositions of siliceous rock samples from Well Shunnan 4 10-6

此外，我們還可以通過Th/U值來判斷成巖時期的氧化還原化境以及物質(zhì)來源[42-45]，缺氧環(huán)境下Th/U值為0～2，強氧化環(huán)境下為8，本區(qū)樣品的Th/U值范圍為0.21～2.88，平均值為1.03，同樣指示硅質(zhì)巖的成巖環(huán)境因為缺氧的的埋藏環(huán)境。海相沉積硅質(zhì)巖的Th/U值很高,但如果硅質(zhì)流體來自地殼，則其Th/U值會很低，亦說明硅質(zhì)流體來自地殼，這同上述稀土分析所反映的結(jié)果相符。正常海相沉積的硅質(zhì)巖與熱液成因的硅質(zhì)巖(硅化巖)在Th/U-Y/Ho的交匯圖中分布區(qū)域是完全不同的(圖7)，可以看出順南4井樣品投點完整地落在熱液成因區(qū)域。

圖7 順南4井硅質(zhì)巖樣品Th/U-Y/Ho交匯圖Fig.7 Cross plot of Th/U-Y/Ho of siliceous rock samples in Well Shunnan 4?陳永權(quán)[46]，塔東下寒武統(tǒng)層狀硅質(zhì)巖，成因：正常海水沉積；?李慶[47],塔西北中寒武統(tǒng)硅質(zhì)巖，成因：正常海水沉積/有海底熱水注入；?于炳松[48]，肖爾布拉克剖面下寒武統(tǒng)硅質(zhì)巖，成因：深部熱源/熱水注入；?陳永權(quán)[46]，塔東上寒武統(tǒng)交代殘余結(jié)構(gòu)硅化巖，成因：地殼內(nèi)部熱液/巖漿熱液；?陳永權(quán)[46]，塔東上寒 武統(tǒng)放射狀硅化巖,成因：地殼內(nèi)部熱液/巖漿熱液

4 結(jié)論

1) 在溶洞充填的石英中，鹽度的變化范圍在11.2%～30%(NaCl平衡濃度)，平均值為19.3%。氣液兩相鹽水包裹體中氣泡成分以CH4為主，液相成分以水為主。富氣相包裹體以CH4和CO2為主，均一溫度范圍為151～252 ℃，平均值為206 ℃。方解石中包裹體的鹽度變化范圍為6.7%～32.8%，平均值為19.9%，均一溫度范圍為152～256 ℃，平均值為199 ℃。兩種宿主礦物包裹體的溫度、鹽度范圍都很相近，反應了相似的流體來源，分析認為具有混合流體性質(zhì)，由巖漿活動提供熱源，地層水提供主要的流體來源，巖漿熱液與地層鹵水混合后形成了中-低溫、高鹽度的硅化熱液。

2) 全部樣品的稀土元素含量ΣREE范圍為(2.445～11.171)×10-6，平均值為5.503×10-6，ΣREE不算很高，沿縫壁生長的自形柱狀石英ΣREE明顯高于致密硅質(zhì)巖，但相同產(chǎn)狀樣品之間ΣREE的差值不大。配分曲線上來看，曲線呈右傾趨勢，且形態(tài)基本相似，亦反映了成巖環(huán)境的相似性。樣品REE平均值配分曲線與地殼REE配分曲線趨勢高度相似，表明熱源來自殼源巖漿，且從其貧Mg2+的特征來看屬于上地殼(硅鋁層)。

3) 微量元素特征中Ba/Sr值范圍為0.43～19.76，平均值為6.70，變化范圍較大亦反應流體的相對復雜性，U/Th值范圍為0.35～4.76，平均值為2.14，Th/U值范圍為0.21～2.88，平均值為1.03，Th/U-Y/Ho的相關(guān)性均顯示硅化熱液屬于低溫型熱液。

4) 順南地區(qū)NEE向走滑斷裂及其伴生的斷裂系統(tǒng)可提供熱液運移的重要通道，地層鹵水經(jīng)巖漿加熱循環(huán)后可形成具有很強溶蝕作用的酸性熱水，同時原本緩慢進行的水巖反應也可能會因此而加速，從而在碳酸鹽巖地層內(nèi)形成大量的溶蝕孔隙，溶蝕的強弱程度則因巖性而異，顆?；?guī)r往往是優(yōu)先蝕變的對象，但受勘探程度限制，目前還不易判斷熱液溶蝕作用對順南地區(qū)儲層改造的空間展布特征及改造規(guī)模，因此對順南4井硅化熱液溶蝕作用的研究將成為后期預測熱液主控的碳酸鹽巖儲層展布的重要依據(jù)。

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(編輯 董 立)

Geological and geochemical characteristics of silicified hydrothermal fluids in Well Shunnan 4,Tarim Basin

Li Yingtao1,2,Ye Ning1,2,Yuan Xiaoyu3,Huang Qingyu4,Su Bingrui5，Zhou Ruiqi6

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;2.EnergyCollege,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Shichuan610059,China;3.InstituteofPetroleumGeologyinWuxi,SINOPEC,Wuxi,Jiangshu214151,China;4.ResearchInstitutionofPetroleumExploration&Development,PetroChina,Beijing100083,China;5.DepositionCollege,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;6.SichuanProvincalSurveyandDesignResearchInstituteofCoalfieldGeologicEngineering,Chengdu,Sichuan,610059,China)

Cores from the Ordovician Yingshan Formation limestone in the of Well Shunnan 4 of the Tarim Basin show remarkable signs of hydrothermal alteration and metasomatism of silicon.Dissolved fracture-cavity,loose siliceous limestone/siliceous rock,hydrothermal veins and large quartz crystal cluster were abnormally developed.Observation of geological characteristics of the samples and analyses of fluid inclusion/rare earth elements and trace element,all suggested a mixed origin of the thermal fluids.It is believed that igneous activities provided energy and volcanic thermal fluid together with formation water formed a mixture of low-to-medium temperature and high salinity silicified hydrothermal fluid.REE analyses reveal that δEu values range from 0.040 to 0.118 and average 0.069-negative anomaly that indicates a reductive environments; Sm/Nd ratios range between 0.169 and 0.256 and average 0.194,indicating a crustal diagenetic fluids.The high similarity between the average REE distribution curve of samples and those of earth’s crust suggests the origin of heat from magma,and to be more specific,the upper crust as indicated by a lack of Mg2+in the samples.Ba/Sr values range from 0.43 to 19.76 and average 6.70.Such a wide variation means the relative complexity of the fluid.U/Th ratios range from 0.35 to 4.76 and average 2.14.Th/U ratios range from 0.21 to 2.88 and average 1.03.And Th/U-Y/Ho correlations all indicate that the fluid is of low-temperature type.

trace element,rare earth element,silicification hydrothermal fluid,fluid inclusion,siliceous rock,Shunnan area,Tarim Basin

2015-08-20;

2015-10-30。

李映濤(1986—)，男，博士研究生，儲層地質(zhì)與儲層地球化學。E-mail:spark5521@qq.com。

中國石化西北油田分公司項目(3440008-14-ZC0607-0023)。

0253-9985(2015)06-0934-11

10.11743/ogg20150608

TE122.1

A