徐鵬曄，汪 浩

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

鄂爾多斯盆地為一大型多旋回克拉通盆地，坐落于華北克拉通西部，具有滿盆氣、半盆油，上油(中生界)、下氣(古生界)的油氣分布格局。盆地內(nèi)部油氣、煤、金屬鈾礦等多種能源礦產(chǎn)資源豐富，是我國(guó)重要的能源工業(yè)基地[1]。雖然地質(zhì)工作者通過使用各種方法和手段在奧陶系發(fā)現(xiàn)了大型油氣田，然而卻沒有對(duì)它的熱演化史做過系統(tǒng)細(xì)致的分析研究，熱演化史和生烴史之間的關(guān)系研究同樣較為薄弱。因此，通過對(duì)渭北隆起耀縣地區(qū)下古生界脈體熱演化程度的分析，恢復(fù)其熱演化史，對(duì)該地區(qū)的油氣評(píng)價(jià)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過巖體包裹體測(cè)溫技術(shù)所獲得的數(shù)據(jù)結(jié)合前人研究的相關(guān)資料，研究分析鄂爾多斯盆地渭北隆起耀縣地區(qū)的熱演化狀況，恢復(fù)其熱演化史，這對(duì)該地區(qū)的油氣勘探的進(jìn)一步深入具有重要的理論意義。

1 區(qū)域地層層序特征

自古生代以來，鄂爾多斯盆地作為華北大型克拉通盆地的一部分，經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(dòng)、海西運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)以及喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，這些構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)盆地內(nèi)部地層的形成與形變，特別是對(duì)晚古生代和中生代含煤地層的形成和油氣的運(yùn)聚具有非常重要的影響[2]。

加里東時(shí)期華北地臺(tái)開始出現(xiàn)大面積抬升隆起，形成了隆起、斜坡和沉降帶的構(gòu)造格局，并大面積缺失志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)。海西期從晚石炭世開始，鄂爾多斯與華北地臺(tái)整體相對(duì)下降，海水侵入;至晚石炭世末期至早二疊世早期，華北海與祁連海越過隆起相連;進(jìn)入二疊紀(jì)，區(qū)內(nèi)古地貌為極平緩的南傾的泛平原，并形成沖積平原一湖泊相為主的沉積。印支運(yùn)動(dòng)形成了東西分異的格局，使鄂爾多斯東抬西降，到了燕山運(yùn)動(dòng)(期)，鄂爾多斯盆地現(xiàn)今的構(gòu)造格局基本奠基，并于喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)(期)進(jìn)一步發(fā)展完善[3]。在渭北隆起一帶，通過對(duì)野外巖石標(biāo)本的勘測(cè)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域出露的下古生界地層有奧陶系下統(tǒng)的馬家溝組，中統(tǒng)的平?jīng)鼋M及下統(tǒng)的背鍋山組。其地層特征如下:

1)馬家溝組:通過對(duì)前人研究的地層資料結(jié)合淳二井的巖心資料，我們可以發(fā)現(xiàn)其下部為灰色薄層狀 ～泥晶含白云質(zhì)石灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r、泥灰?guī)r及薄層泥質(zhì)巖，上部為深灰色厚層狀至塊狀泥粉晶灰?guī)r、豹斑灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖夾泥質(zhì)白云巖及顆?；?guī)r[4]。

2)平?jīng)鼋M:耀縣剖面平?jīng)鼋M為一套碳酸鹽碎屑流沉積極為發(fā)育的深水斜坡相。中上部深水原地沉積的紋層狀泥晶灰?guī)r則作為巨厚～厚塊狀礫屑灰?guī)r的夾層出現(xiàn)，且橫向常尖滅[5]，厚度達(dá) 169.3 m。

3)背鍋山組:下部為厚層塊狀角礫白云巖，向上為灰褐色、灰黑色礫巖、含礫泥巖、水平紋層泥巖及少量砂巖，礫石成分主要為白云巖、硅質(zhì)條帶云巖、紋層狀泥巖等，紋層狀泥巖即為下伏巖層泥巖，見紋層變形[5]，其厚度為225.6 m。

2 包裹體測(cè)量與觀察

2.1 包裹體測(cè)溫技術(shù)

在高溫下捕獲的包裹體，當(dāng)自然冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生相變，這種相變的過程是可逆的，因而可以通過實(shí)驗(yàn)恢復(fù)原初始相態(tài)[6]。包裹體測(cè)溫技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用的一種非破壞性的分析方法，操作也比較簡(jiǎn)便，在光學(xué)顯微鏡上附加一個(gè)測(cè)溫設(shè)備就可以通過升溫或冷凍來測(cè)量相變時(shí)的溫度。測(cè)溫的方法也有很多種，本文采用的是均一法測(cè)溫，其特點(diǎn)是可以直接觀察到相態(tài)隨溫度的變化，測(cè)出的溫度較為可信。

2.1.1 基本原理

在顯微鏡下看到的包裹體的氣相和液相是原來呈現(xiàn)均一流體相的的包裹體在溫度和壓力下降后，由于包裹體內(nèi)部的流體的收縮系數(shù)和主礦物的收縮系數(shù)不同，從而產(chǎn)生流體的相分離，把這些包裹體進(jìn)行人工加熱，就能使其恢復(fù)到形成時(shí)的均一狀態(tài)(Sorby)。剛恢復(fù)到均一狀態(tài)時(shí)的溫度叫均一溫度，代表該礦物生長(zhǎng)帶的最低溫度[7]。Goldstein(2001)認(rèn)為烴類包裹體在捕獲后會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，從而導(dǎo)致其均一溫度的改變;鹽水包裹體在捕獲后的變化相對(duì)小一些。因此主要測(cè)定與油包裹體同期的鹽水包裹體的均一溫度[8]。

2.1.2 基本條件

1)均一體系:包裹體形成時(shí)，捕獲在包裹體內(nèi)的物質(zhì)為均勻相;

2)封閉體系:包裹體形成后，沒有物質(zhì)進(jìn)入或逸出;

3)等容體系:包裹體形成后，包裹體的體積沒有發(fā)生變化。

2.1.3 測(cè)定方法

在對(duì)包裹體進(jìn)行顯微鏡詳細(xì)鑒定的基礎(chǔ)上，確定要測(cè)的包裹體，然后對(duì)包裹體進(jìn)行逐一的均一溫度的測(cè)溫，并記錄。

1)在儀器正常工作的狀態(tài)下，將預(yù)先觀察分割好的樣品放入樣品室。

2)對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行描述記錄。

3)測(cè)溫時(shí)，升溫速度不能過快，開始時(shí)一般在10～20℃/min，每升高5～10℃/min。暫停進(jìn)行觀察，注意其相態(tài)的變化，在接近氣相或液相消失前，應(yīng)將升溫速度減小至0.5～1℃/min。達(dá)到均一溫度后仍要升溫5℃ ～10℃，仔細(xì)觀察包裹體是否確實(shí)均一[9]。

2.2 包裹體鏡下特征

包裹體是成巖成礦流體(含氣液的流體或硅酸鹽熔融體)在礦物結(jié)晶生長(zhǎng)的過程中，被包裹在礦物晶格缺陷或穴窩中的，至今尚在主礦物中封存并與主礦物有著相界限的那一部分物質(zhì)[10]。包裹體在很多礦物顆粒中都可以找到，常見的如石英、螢石、石鹽、方解石等。

礦物標(biāo)本全部來自渭北隆起耀縣地區(qū)的桃曲坡剖面，采集的樣本來自tpq－1與tpq－6兩個(gè)層位，分別為平?jīng)鼋M與背鍋山組的的巖石樣品。其中 tpq－1為生物碎屑灰?guī)r，tpq－6為方解石脈體。

通過鏡下觀察，在 tpq－1的薄片中沒有發(fā)現(xiàn)包裹體，而在tpq－6的背鍋山組的巖石礦片中發(fā)現(xiàn)了許多分布不規(guī)律的鹽水包裹體。該剖面樣品中的包裹體個(gè)體普遍較小，全部小于5 μm，大部分集中在2～4μm，主要為氣液包裹體。形狀大多為渾圓或不規(guī)則狀。通過對(duì)樣品進(jìn)行熒光觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)流體包裹體全部為不發(fā)熒光的鹽水包裹體和氣體包裹體，沒有發(fā)現(xiàn)含油包裹體的存在(見圖1)。

圖1 儲(chǔ)層流體包裹體照片

3 古地溫恢復(fù)

3.1 現(xiàn)今地溫場(chǎng)特征

盆地地溫場(chǎng)是控制油氣生成、演化和消亡的重要因素之一，地溫場(chǎng)的演化與油氣具有十分緊密的聯(lián)系?，F(xiàn)今地溫場(chǎng)是古地溫演化的最后一幕，是我們研究恢復(fù)盆地古地溫的基礎(chǔ)。我們根據(jù)前人研究的現(xiàn)今地溫資料，得知鄂爾多斯盆地的現(xiàn)今地溫梯度在 2.15～3.78℃/100m之間，平均值為2.89±0.11℃ /100m(梁忽信，1990，鄂爾多斯盆地現(xiàn)今地溫場(chǎng)特征)[11]。而渭北隆起作為鄂爾多斯盆地地溫梯度最高的地區(qū)，其值在3.5℃ /100m左右。

3.2 包裹體測(cè)溫提供的古地溫信息

包裹體測(cè)得的均一溫度是捕獲流體時(shí)的最低形成溫度。在對(duì)包裹體測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用中，通?？梢杂玫V物流體包裹體的均一溫度加上一定的校正值來表示包裹體形成的溫度，即礦物結(jié)晶時(shí)的溫度。耀縣桃曲坡剖面的的沉積巖包裹體的均化溫度主要分布在140℃ ～150℃之間(具體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)見表1)，將所測(cè)包裹體的溫度對(duì)應(yīng)埋藏史圖，得知它是奧陶紀(jì)地層在早侏羅世的埋藏溫度。因此，包裹體測(cè)溫資料主要反映了下古生代晚期地層在早侏羅世的古地溫狀況及成巖環(huán)境。

表1 tpq－6包裹體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)

從包裹體均一溫度統(tǒng)計(jì)分析可以看出，均一溫度分布范圍較窄，為140℃ ～150℃，只有有一個(gè)明顯的溫度峰區(qū)(見圖2)。

圖2 鄂爾多斯盆地耀縣地區(qū)背鍋山組包裹體均一溫度統(tǒng)計(jì)圖

根據(jù)包裹體測(cè)溫資料，直接計(jì)算出的古地溫梯度為3.86℃/100m，其結(jié)果是直接根據(jù)現(xiàn)有地層厚度得出的。用所恢復(fù)的剝蝕厚度對(duì)上述古地溫梯度進(jìn)行校正后，得到的數(shù)值為4.65℃/100m。由包裹體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)恢復(fù)的古地溫梯度大于盆地現(xiàn)今地溫梯度。

3.3 油氣成藏時(shí)間的確定

地層埋藏史及其地層溫度的演化過程史是包裹體定年的依據(jù)，將包裹體均一溫度數(shù)據(jù)與盆地?zé)崾分袦囟鹊难莼愤M(jìn)行對(duì)比，把均一溫度投影到熱演化模擬史圖上(見圖3)，可以判定油氣運(yùn)移成藏的時(shí)間。

由圖中表示的信息可以知，均一溫度140℃ ～150℃所對(duì)應(yīng)的時(shí)間再距今170－200個(gè)百萬(wàn)年之間，即早侏羅世。

圖3 鄂爾多斯盆地渭北隆起生烴年限圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用包裹體測(cè)溫技術(shù)恢復(fù)耀縣地區(qū)下古生界熱演化史，通過包裹體薄片觀察主要得到以下結(jié)論:

(1)鄂爾多斯盆地渭北隆起耀縣地區(qū)背鍋山組包裹體的總體特征:包裹體含量中等，個(gè)體較小，普遍在2～4 μm，全部都是不發(fā)熒光的液體鹽水包裹體及一些氣體包裹體。

(2)通過均一溫度的測(cè)定，我們?cè)谘芯繀^(qū)只發(fā)現(xiàn)一期包裹體，其均一溫度分布在140℃ ～150℃之間，這個(gè)溫度區(qū)間同樣作為區(qū)域的峰值溫度;通過該溫度峰值，我們可以推測(cè)該地區(qū)至少經(jīng)歷了一次油氣運(yùn)移和充注的過程。

(3)渭北隆起現(xiàn)今地溫梯度較低，在3.5℃/100m左右，屬于中溫型地溫場(chǎng)。早侏羅世地層的古地溫梯度可達(dá)3.86～4.69℃/100m，古地溫梯度高于現(xiàn)今地溫梯度，古地溫高于今地溫。

(4)通過對(duì)油氣成藏時(shí)間的研究，該地區(qū)的油氣成藏發(fā)生在170～200個(gè)百萬(wàn)年之間，即早侏羅世。

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