洪才均，康仁東，韓俊，吳鮮，文山師，房曉璐

（中國(guó)石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

塔里木盆地下古生界海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層是我國(guó)主要海相儲(chǔ)層之一，目前發(fā)現(xiàn)塔河、塔中、順北、順南等多個(gè)大油氣田[1-3]，該區(qū)碳酸鹽巖地層中常見(jiàn)各種形態(tài)產(chǎn)出的硅質(zhì)巖。前人研究認(rèn)為硅化作用是碳酸鹽巖儲(chǔ)層重要的成巖作用之一，眾多學(xué)者對(duì)塔里木盆地東部及西北部下古生界寒武系露頭剖面的硅質(zhì)巖開(kāi)展了廣泛研究[4-6]，認(rèn)為露頭區(qū)寒武系層狀硅質(zhì)巖為與上升洋流有關(guān)的熱水成因，也有學(xué)者對(duì)塔河及順南地區(qū)下古生界奧陶系鉆井巖心研究認(rèn)為[7-8]，井下奧陶系硅質(zhì)巖主要形成于巖漿熱液流體，巖漿熱液在沉淀石英的同時(shí)對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層溶蝕改造[7]。塔里木盆地躍進(jìn)地區(qū)及順北地區(qū)奧陶系硅質(zhì)巖普遍發(fā)育。目前，研究區(qū)硅質(zhì)巖成因及對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的影響作用尚未展開(kāi)研究，本文以躍進(jìn)一間房組硅質(zhì)巖為研究對(duì)象，在鉆井巖心觀察描述、薄片鑒定及分析化驗(yàn)資料基礎(chǔ)上，對(duì)硅質(zhì)巖巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征進(jìn)行研究，并對(duì)其可能的成因機(jī)制和對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層影響進(jìn)行分析探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

躍進(jìn)地區(qū)構(gòu)造上位于順托果勒隆起北部-哈拉哈塘凹陷，西部為沙西凸起（圖1），研究區(qū)及鄰區(qū)奧陶系整體呈現(xiàn)中部高，兩側(cè)低的構(gòu)造形態(tài)。受加里東期、海西期、印支-燕山期、喜山期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響[9]，研究區(qū)及鄰區(qū)斷裂具早期形成、后期繼承的特點(diǎn)，尤其是加里東中期及海西晚期斷裂活動(dòng)表現(xiàn)最強(qiáng)烈，斷裂最發(fā)育，平面上呈雁列式排列。塔里木盆地發(fā)生過(guò)4期重要地質(zhì)熱事件[10]，其中發(fā)生于海西晚期的二疊紀(jì)火山活動(dòng)在整個(gè)塔里木盆地廣泛存在[10]，研究區(qū)及鄰區(qū)鉆遇二疊系鉆井中見(jiàn)英安巖、玄武巖等噴出巖，厚度一般數(shù)十米到數(shù)百米不等，研究區(qū)中-南部形成一個(gè)二疊系火山巖異常增厚區(qū)域（圖1），巖性以英安巖為主，厚600～700 m，可見(jiàn)該期火山活動(dòng)規(guī)模之大。一般來(lái)說(shuō)，伴隨著火山作用往往有火山期后侵入巖形成[11]，研究區(qū)南部順北地區(qū)部分鉆井在奧陶系桑塔木組—志留系鉆遇到侵入巖體，侵入巖體巖性主要是輝綠巖。巖漿作用過(guò)程中分異大量熱液流體，將侵入巖附近的地層爐體加熱改造成熱液流體，奧陶系碳酸鹽巖在熱液作用下會(huì)產(chǎn)生大量微小溶蝕孔洞，改善碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性[11]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造劃分及位置圖Fig.1 Tectonic position map of YueJin area

2 硅質(zhì)巖巖石學(xué)特征

塔里木盆地躍進(jìn)地區(qū)奧陶系一間房組不同程度發(fā)育硅質(zhì)巖，從層位深度分布來(lái)看，從淺至深，一間房組硅質(zhì)巖發(fā)育程度呈增強(qiáng)趨勢(shì)，并以結(jié)核狀、團(tuán)塊狀產(chǎn)出，其中以團(tuán)塊狀硅質(zhì)巖為主，結(jié)核狀硅質(zhì)巖次之。研究區(qū)一間房組含硅灰?guī)r段主要為碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積，巖性為黃灰色微晶灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r、砂屑泥晶灰?guī)r，以泥晶砂屑灰?guī)r為主。硅質(zhì)巖主要發(fā)育在一間房組中下部，通常為黑-灰黑色，單層厚度一般小于15 cm，多數(shù)為5～10 cm，呈結(jié)核狀及團(tuán)塊狀產(chǎn)出，以團(tuán)塊狀硅質(zhì)巖為主，其中可見(jiàn)殘余石灰?guī)r斑塊，在未完全硅化的灰?guī)r中，常見(jiàn)結(jié)核狀硅質(zhì)巖產(chǎn)出。硅質(zhì)巖多沿層面分布，少數(shù)與層面呈交錯(cuò)狀，裂縫較發(fā)育區(qū)域，硅質(zhì)巖更發(fā)育，且隨著深度加深，硅質(zhì)巖發(fā)育程度逐漸增強(qiáng)。硅質(zhì)巖中硅質(zhì)呈微隱晶狀、微晶狀，少量放射狀，常見(jiàn)少量未被交代徹底的灰?guī)r原巖殘余，多見(jiàn)硅化的腕足、介形蟲(chóng)、瓣腮等生物，部分薄片中見(jiàn)黑色粒狀螢石與硅質(zhì)共生，掃描電鏡中見(jiàn)交代殘余灰?guī)r的溶蝕孔洞中充填石英晶體，結(jié)晶程度較好。另躍進(jìn)地區(qū)鄰區(qū)的順北地區(qū)鉆井在奧陶系碳酸鹽巖巖心中發(fā)現(xiàn)中酸性巖漿巖及硅質(zhì)脈體，中酸性巖漿巖掃描電鏡見(jiàn)鑲嵌狀石英、角閃石、金紅石等熱液礦物。

3 硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征

本次研究的硅質(zhì)巖地球化學(xué)分析包括主量元素、微量元素及稀土元素分析，選取硅質(zhì)巖發(fā)育程度較好的井段逐層采樣，所采樣品由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心用AB-104L,PW2404X射線熒光光譜儀測(cè)試主量元素，用ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜分析儀測(cè)試稀土元素和微量元素。

3.1 主量元素地球化學(xué)特征

躍進(jìn)地區(qū)一間房組硅質(zhì)巖純度較高，Si含量為69.56%～92.74%，平均81.447%，次為CaO，平均含量9.75%，其它組分含量相對(duì)較低（表1）。

利用硅質(zhì)巖主量元素特征可區(qū)分熱水沉積硅質(zhì)巖與正常海水沉積的硅質(zhì)巖。Yamamoto通過(guò)研究提出運(yùn)用Al，F(xiàn)e，Mn的含量區(qū)分熱液成因硅質(zhì)巖與生物成因硅質(zhì)巖[12]，其中Fe，Mn的富集主要與熱液參與有關(guān)，而Al的富集多與陸源物質(zhì)的介入相關(guān)。將本文數(shù)據(jù)投影到Al-Fe-Mn三端元圖上（圖2），可看出，一間房組硅質(zhì)巖樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在熱水沉積區(qū)。Bostrom等提出Al/(Al+Fe+Mn)比值是判斷硅質(zhì)巖成因的重要參數(shù)[13]，以Al/(Al+Fe+Mn)值0.4為界劃定海相沉積的成因，小于0.4的為熱液成因，大于0.4反映碎屑來(lái)源。研究區(qū)一間房組硅質(zhì)巖的Al/(Al+Fe+Mn)比值為0.05～0.21，平均0.13。Murray等還認(rèn)為可用Fe/Ti、（Fe+Mn）/Ti等值來(lái)鑒別是否為熱水沉積[14]，典型熱水沉積物的Fe/Ti值>20、（Fe+Mn）/Ti>（20±5）。研究區(qū)一間房組硅質(zhì)巖樣品中，F(xiàn)e/Ti=45.5～179.4，（Fe+Mn）/Ti=45.7～180.1，均遠(yuǎn)大于 20。以上主量元素特征表明，研究區(qū)一間房組硅質(zhì)巖的形成主要與熱液相關(guān)。

表1 一間房組硅質(zhì)巖中主量元素含量Table 1 Major element content of siliceous rocks of Yijianfang Formation

圖2 一間房組硅質(zhì)巖的Al-Fe-Mn三角圖Fig.2 Al-Fe-Mn triangle diagram of the Yijianfang Formation siliceous rocks

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

Bostrom、Marching、McLennan等學(xué)者研究認(rèn)為[15-17]，微量元素含量特征如Co/Ni、Th/U、Rb/Sr值是判斷硅質(zhì)巖是熱水沉積還是非熱水沉積的重要指標(biāo)，國(guó)內(nèi)也有學(xué)者運(yùn)用Th/U和Rb/Sr值判斷塔里木盆地下寒武統(tǒng)硅質(zhì)巖流體來(lái)源[5]，海相沉積硅質(zhì)巖Th/U比值較高，當(dāng)硅質(zhì)流體來(lái)自深部地殼或上地幔時(shí)，Th/U比值非常低[9]。一般認(rèn)為，Co/Ni值小于1可作為熱水沉積的重要指標(biāo)，熱水沉積硅質(zhì)巖的Th/U＜1，Rb/Sr值偏低，非熱水沉積硅質(zhì)巖的Th/U>1，Rb/Sr值偏高。研究區(qū)硅質(zhì)巖樣品的Co/Ni為0.17～0.21，平均0.19，Th/U為0.12～0.37，平均0.23，Rb/Sr為0.01～0.05，平均0.03，所有樣品的 Co/Ni值、Th/U值均小于1，Rb/Sr值偏低，微量元素特征反映出本區(qū)硅質(zhì)巖為熱液沉積。研究區(qū)極低的Th/U和Rb/Sr值表明，該區(qū)硅質(zhì)巖具有較多的富鐵鎂質(zhì)的加入[17]，這些物質(zhì)可能來(lái)自深部流體，如下地殼或上地幔（表 2）[5,18]。

陳永權(quán)等報(bào)道了塔里木盆地東部羅西斜坡寒武系層狀硅質(zhì)巖與交代殘余結(jié)構(gòu)硅質(zhì)巖的Th/U-Y/Ho關(guān)系（層狀硅質(zhì)巖為正常海水沉積成因，交代殘余結(jié)構(gòu)硅質(zhì)巖為熱液交代成因）[6]，沉積成因的層狀硅質(zhì)巖分布在高Th/U比值，低Y/Ho比值區(qū)，交代殘余結(jié)構(gòu)硅質(zhì)巖分布在低Th/U比值，高Y/Ho比值區(qū)，研究區(qū)一間房組硅質(zhì)巖與該報(bào)道中的交代殘余結(jié)構(gòu)硅質(zhì)巖具相同分布區(qū)（圖3），體現(xiàn)了深部熱液特征。

3.3 稀土元素地球化學(xué)特征

稀土元素是一組特殊的微量元素，由于原子序數(shù)相近，因此具相似的化學(xué)性質(zhì)且活動(dòng)具整體性[19]。研究區(qū)硅質(zhì)巖樣品稀土測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，分布模式見(jiàn)圖4-a。從稀土元素分布模式圖可看出，分布曲線右傾，硅質(zhì)巖具輕稀土富集特征，其LREE/HREE為3.855～3.909，平均 3.888，LaN/YbN為 8.764～13.668，平均11.085，遠(yuǎn)大于1，說(shuō)明輕重稀土分餾程度較高。11個(gè)樣品測(cè)試數(shù)據(jù)中，9個(gè)樣品數(shù)據(jù)具較明顯的Eu負(fù)異常，δEu為0.299～0.681，平均0.448，遠(yuǎn)小于1，另2個(gè)樣品為Eu正異常，δEu為1.016和1.177。多數(shù)樣品的Ce具不明顯的負(fù)異常，7個(gè)樣品數(shù)據(jù)δEu為 0.774～0.926，平均 0.899，其余 4 個(gè)樣品δEu為1.03～1.184，平均1.086。前人通過(guò)對(duì)塔河地區(qū)海西期火成巖地球化學(xué)特征研究認(rèn)為[20]，塔河地區(qū)英安巖稀土元素Eu具明顯的負(fù)異常（圖4-b），英安巖的LREE/HREE、LaN/YbN、δEu 和δCe平均值分別為3.837、13.586、0.545和0.909，從稀土元素分布模式和參數(shù)來(lái)看（圖4，表3），研究區(qū)硅質(zhì)巖與塔河地區(qū)英安巖較接近，說(shuō)明它們具相似成因，研究區(qū)一間房組沉淀硅質(zhì)巖流體是與英安巖活動(dòng)有關(guān)的巖漿熱液流體。

圖3 一間房組硅質(zhì)巖Th/U-Y/Ho關(guān)系圖Fig.3 Th/U-Y/Ho diagram of the Yijianfang Formation siliceous rocks

表2 一間房組硅質(zhì)巖中微量元素含量Table 2 Trace element content of siliceous rocks of Yijianfang Formation 單位：×10-6

表3 一間房組硅質(zhì)巖中稀土元素含量Table 3 Rare earth element content of siliceous rocks of Yijianfang Formation 單位：×10-6

圖4 一間房組硅質(zhì)巖和塔河英安巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式Fig.4 Chondrite-normalized rare earth element patterns of siliceous rocks in Yijianfang Formation and Dacite in Tahe area

4 成因機(jī)制探討及對(duì)儲(chǔ)層的影響

從硅質(zhì)巖與圍巖接觸關(guān)系看出，躍進(jìn)地區(qū)奧陶系硅質(zhì)巖為硅質(zhì)交代碳酸鹽巖形成的殘余結(jié)構(gòu)硅質(zhì)巖。硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征表明，躍進(jìn)地區(qū)一間房組沉淀硅質(zhì)巖的流體是與英安巖活動(dòng)有關(guān)的富含硅質(zhì)的巖漿熱液流體，從硅質(zhì)巖伴生的角閃石、螢石及金紅石等高-低熱液礦物組成上看出，巖漿熱液直接參與了成巖作用。

海西晚期研究區(qū)發(fā)育斷穿基底與二疊系的深大斷裂，海西晚期火山活動(dòng)為該區(qū)奧陶系碳酸鹽巖的硅化提供了熱源及硅質(zhì)來(lái)源。富含硅質(zhì)的巖漿熱液沿?cái)嗔鸭傲芽p進(jìn)入一間房組碳酸鹽巖沉積物中，與圍巖發(fā)生水巖反應(yīng)，碳酸鹽巖部分被溶解，同時(shí)硅質(zhì)交代碳酸鹽礦物形成殘余結(jié)構(gòu)硅質(zhì)巖。

前人研究認(rèn)為，硅化是優(yōu)質(zhì)埋藏巖溶型碳酸鹽巖儲(chǔ)層的指示劑[6]，硅化作用對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層具雙重作用，既能對(duì)碳酸鹽巖產(chǎn)生溶蝕作用，提高碳酸鹽巖儲(chǔ)集性能，同時(shí)也可充填碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間，產(chǎn)生破壞性作用。從躍進(jìn)地區(qū)奧陶系巖心儲(chǔ)層發(fā)育特征來(lái)看，硅質(zhì)巖發(fā)育段儲(chǔ)層物性差，主要為充填作用，且硅質(zhì)巖為隱晶-微晶結(jié)構(gòu)，孔隙并不發(fā)育，不利于儲(chǔ)集油氣。富含硅質(zhì)的巖漿熱液流體溶解原巖、沉淀硅質(zhì)的同時(shí)，是否發(fā)生酸性熱水溶蝕碳酸鹽巖地層形成大量溶蝕孔隙，目前還需進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)一間房組硅質(zhì)巖多見(jiàn)灰?guī)r殘余，為SiO2交代碳酸鹽巖，硅質(zhì)巖為交代成因，與硅質(zhì)巖伴生的角閃石、螢石、金紅石等熱液礦物表明硅質(zhì)巖為熱液成因，躍進(jìn)地區(qū)硅質(zhì)巖廣泛發(fā)育，表明躍進(jìn)地區(qū)熱液活動(dòng)較強(qiáng)。

（2）硅質(zhì)巖中Si含量較高，樣品點(diǎn)在Al-Fe-Mn三端元圖中投影位于富鐵端，主量元素Al/(Al+Fe+Mn)、Fe/Ti、（Fe+Mn）/Ti值的特征均表明硅質(zhì)巖的形成與熱液有關(guān)。微量元素Co/Ni、Th/U、Rb/Sr表明沉積硅質(zhì)巖流體有來(lái)自下地殼或上地幔的深部熱液流體的參與。硅質(zhì)巖稀土元素分布曲線及LREE/HREE、LaN/YbN、δEu和δCe值與塔河二疊系英安巖接近，表明沉積硅質(zhì)巖流體與二疊系英安巖具同源特征。

（3）海西晚期研究區(qū)斷穿基底的深大斷裂為該區(qū)巖漿熱液流體提供了運(yùn)移通道，富硅的熱液流體沿?cái)?縫系統(tǒng)進(jìn)入一間房組，與碳酸鹽巖發(fā)生反應(yīng)，硅質(zhì)流體交代碳酸鹽巖沉積物并沉淀形成硅質(zhì)巖。

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