塔東古城地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖中鈉長(zhǎng)石的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

邵紅梅，馮子輝，李國(guó)蓉，盧 曦，孟祥豪

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083； 2.大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712； 3.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都 610059）

0 引言

人們研究塔里木盆地東部地區(qū)下古生界碳酸鹽巖地層的熱液地質(zhì)作用，認(rèn)為熱液作用使灰?guī)r或早期生成的白云巖地層發(fā)生大面積的熱液白云化作用，并以生成馬鞍狀白云石為識(shí)別熱液白云化的典型特征[1－6].熱液流體隨著溫度和壓力降低還將沉淀一些熱液礦物組合，如石英—黃鐵礦組合、綠泥石—方解石組合、石英—天青石組合等[7].在碳酸鹽巖地層研究中，普遍關(guān)注熱液成因白云石而忽略鈉長(zhǎng)石，還未見將鈉長(zhǎng)石作為熱液礦物的報(bào)道.鈉長(zhǎng)石通常是巖漿期后熱液作用的產(chǎn)物，具有典型的成因指示意義.

在對(duì)塔里木盆地古城地區(qū)下古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層成巖作用研究中，筆者借助自生礦物成分分析，發(fā)現(xiàn)奧陶系灰?guī)r含有較多的鈉長(zhǎng)石自生礦物，通過顯微鏡下礦物光學(xué)性質(zhì)精細(xì)鑒定、陰極發(fā)光特征分析、包裹體均一溫度測(cè)試，分析鈉長(zhǎng)石的發(fā)現(xiàn)、發(fā)育分布特征、形成機(jī)制和對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的影響，為研究熱液作用期次和熱液演化史提供巖石礦物學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

古城地區(qū)為大慶油田塔東區(qū)塊下古生界碳酸鹽巖油氣勘探的主力地區(qū)，位于塔里木盆地北部坳陷區(qū)中南部，東部與塔東隆起相鄰，西部與塔中隆起相接（見圖1），面積約為6 100km2，古城低凸起寒武系—中下奧陶統(tǒng)為北西傾伏的碳酸鹽巖大型寬緩鼻狀構(gòu)造，被北東向斷裂切割成塹壘相間的斷塊構(gòu)造格局[8].以塔中I號(hào)斷裂為界，下古生界由西南向東北埋深逐漸加大，東部發(fā)育一系列寒武系—下奧陶統(tǒng)臺(tái)地邊緣相帶.在構(gòu)造上，古城低凸起為塔中隆起的東部?jī)A末端，與塔中隆起具有相同的演化史，也經(jīng)歷加里東、海西、印支—燕山和喜山等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[9]，發(fā)育系列北東向展布的高角度斷層，形成斷塊、斷鼻構(gòu)造，以及少量近南北向和北北東向斷層；南部受車爾臣斷裂影響劇烈，發(fā)育一系列復(fù)雜沖斷構(gòu)造；中北部受車爾臣斷裂影響相對(duì)較弱，斷鼻圈閉較為平緩[10].地震和鉆井資料揭示，古城地區(qū)地層自上而下為第四系、第三系、白堊系、三疊系、石炭系、奧陶系和寒武系.奧陶系一間房組巖性以亮晶砂屑礫屑灰?guī)r、亮晶鮞粒砂屑灰?guī)r為主；鷹山組上部巖性以泥晶灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r為主；鷹山組下部巖性為亮晶砂屑灰?guī)r、微晶灰?guī)r、云灰?guī)r或灰云巖互層；蓬萊壩組上部巖性以中—細(xì)晶（含灰或灰質(zhì)）白云巖為主，下部發(fā)育大段致密灰色灰?guī)r.中下奧陶統(tǒng)—寒武系碳酸鹽巖為古城地區(qū)的主要勘探目的層.

圖1 古城地區(qū)構(gòu)造Fig.1 Regional structures of Gucheng area

2 鈉長(zhǎng)石成分與分布特征

灰?guī)r的主要礦物成分為方解石，其他礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過5%，黏土礦物、石英粉砂、鐵質(zhì)微粒、海綠石和有機(jī)質(zhì)等較為常見.在對(duì)古城6、古城7和古城8井的巖心、井壁取心和巖屑等薄片的鑒定過程中，發(fā)現(xiàn)中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r中較普遍地發(fā)育一種自生的板條狀細(xì)小晶體.經(jīng)過偏光顯微鏡鑒定和電子探針成分分析，確定為自生鈉長(zhǎng)石晶體.

2.1 鈉長(zhǎng)石成分

首先通過偏光顯微鏡觀察和光學(xué)性質(zhì)測(cè)量，該自生礦物在顯微鏡下具有典型的板條狀晶形（見圖2），長(zhǎng)度為0.08～0.25mm，寬度為0.04mm；為負(fù)延性，低負(fù)突起，Ⅰ級(jí)灰白—黃白干涉色，正交偏光下呈現(xiàn)明暗相間交替的聚片消光，即為聚片雙晶，也稱為鈉長(zhǎng)石雙晶（見圖2（f）），與鈉長(zhǎng)石的光學(xué)性質(zhì)一致.

然后為確定該自生礦物的化學(xué)成分，在顯微鏡下挑選樣品，圈定分析位置，送往成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行電子探針成分分析（結(jié)果見表1），分析儀器為日本島津EMPA1720型電子探針；實(shí)驗(yàn)條件：加速電壓為10kV，束斑為2～3μm，束流為10nA，分析精度為±1%.由表1可見，SiO2的摩爾分?jǐn)?shù)為68.191%～73.242%，Na2O的摩爾分?jǐn)?shù)為10.496%～12.176%，Al2O3的摩爾分?jǐn)?shù)為15.847%～19.191%，K2O和CaO的摩爾分?jǐn)?shù)較低，K2O的摩爾分?jǐn)?shù)為0.003%～0.026%，CaO的摩爾分?jǐn)?shù)為0.361%～0.384%；與鈉長(zhǎng)石的理論化學(xué)成分（SiO2的摩爾分?jǐn)?shù)為68.700%，Na2O的摩爾分?jǐn)?shù)為11.830%，Al2O3的摩爾分?jǐn)?shù)為19.150%）一致，屬于高鈉長(zhǎng)石或歪長(zhǎng)石.

2.2 鈉長(zhǎng)石分布特征

古城地區(qū)中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r中鈉長(zhǎng)石發(fā)育和分布具有獨(dú)特性.根據(jù)鈉長(zhǎng)石發(fā)育的產(chǎn)狀，鉆井巖心、井壁取心及巖屑薄片觀察揭示，鈉長(zhǎng)石在巖石中的分布方式有偶見分布（見圖2（b））、分散分布（見圖2（a）、（c））、沿縫合線分布（見圖2（d－f））3種.以偶見分布為主要分布方式，質(zhì)量分?jǐn)?shù)占53.6%以上；其次為分散分布，質(zhì)量分?jǐn)?shù)占36.0%；少量沿縫合線富集分布，質(zhì)量分?jǐn)?shù)占10.4%（見圖3（a））.顯微鏡下可見鈉長(zhǎng)石主要交代沉積組分，質(zhì)量分?jǐn)?shù)占81.2%，其中以交代微晶方解石為主（見圖2（a）），質(zhì)量分?jǐn)?shù)占40.0%；其次為交代藻粘結(jié)微晶方解石（見圖2（d））和砂屑微晶方解石（見圖2（b）、（e－f）），質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為22.8%和22.4%（見圖3（b））.另外，鈉長(zhǎng)石也交代部分成巖組分，如粒間海底膠結(jié)物方解石（見圖2（b）、（e－f））、窗狀孔洞方解石（見圖2（c））、成巖縫洞方解石，分別占分布比例的6.0%、4.4%、4.4%（見圖3（b））.根據(jù)交代的組分，可以判斷鈉長(zhǎng)石主要交代微晶方解石等沉積組分和少量海底膠結(jié)方解石等早期成巖組分.

圖2 古城地區(qū)奧陶系灰?guī)r中鈉長(zhǎng)石的顯微鏡下特征Fig.2 Microscopic characteristics of albite in the Ordovician limestone in Gucheng area

表1 古城奧陶系灰?guī)r中鈉長(zhǎng)石電子探針分析結(jié)果Table 1 EPMA data of albite in the Ordovician limestone in Gucheng area %

根據(jù)鈉長(zhǎng)石分布井區(qū)，鈉長(zhǎng)石僅見于研究區(qū)相鄰的古城6—古城7—古城8井井區(qū).該井區(qū)以東的古城4井、以西的古隆1井和古隆3井中未發(fā)現(xiàn)鈉長(zhǎng)石；不同井間發(fā)育程度略有差異，古城8井所鉆遇的下古生界地層中鈉長(zhǎng)石最為發(fā)育，古城6井所鉆遇的下古生界地層中鈉長(zhǎng)石較為發(fā)育，古城7井所鉆遇的下古生界地層中鈉長(zhǎng)石發(fā)育相對(duì)較差.

根據(jù)鈉長(zhǎng)石分布層位，古城6、古城7和古城8井鈉長(zhǎng)石發(fā)育分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（見圖3（c）），鈉長(zhǎng)石主要集中發(fā)育于中下奧陶統(tǒng)鷹山組，分布比例達(dá)到87.2%；其他層位分布相對(duì)較少，下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組分布比例占7.2%，上寒武統(tǒng)下丘里塔格組分布比例占4.4%，中奧陶統(tǒng)一間房組分布比例占1.2%，分布上具有明顯的層位性.

根據(jù)礦物共生組合，在研究區(qū)中下奧陶統(tǒng)含鈉長(zhǎng)石的250個(gè)樣品中，有8個(gè)樣品可見鈉長(zhǎng)石與鞍狀白云石同時(shí)出現(xiàn)，其余樣品中鈉長(zhǎng)石分布于灰?guī)r，并且不與其他熱液礦物共生，顯示鈉長(zhǎng)石單獨(dú)發(fā)育的分布特征.

圖3 古城地區(qū)鈉長(zhǎng)石的產(chǎn)狀、交代組分及分布層位Fig.3 Occurrence and formation distribution of albite in Gucheng area

3 鈉長(zhǎng)石形成

鈉長(zhǎng)石化作為熱水沉積的標(biāo)志性礦物，在海底熱液成巖作用中普遍見到，是海底熱液與海水混合后的沉淀物[11－12].海相環(huán)境以海水及巖漿水為主要熱水流體來(lái)源.通常鈉長(zhǎng)石的形成與堿性巖漿活動(dòng)（特別是火山活動(dòng)）密切相關(guān)[13].

3.1 溫度

熱流體的溫度與其構(gòu)造背景有關(guān)，普通地?zé)岷完懢壓２?、弧后盆地裂谷環(huán)境中熱液沉積物多為中低溫組合，溫度在200℃以下；大洋中脊裂谷構(gòu)造環(huán)境中熱液沉積物溫度在200℃以上；與巖漿有關(guān)的熱液成因的鈉長(zhǎng)石形成溫度在300℃以上[14－15].

為了證實(shí)古城地區(qū)中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r中鈉長(zhǎng)石成因，判斷它代表的成巖流體與巖漿熱流體是否有關(guān)，對(duì)研究區(qū)12個(gè)奧陶系灰?guī)r樣品中鈉長(zhǎng)石鹽水溶液包裹體進(jìn)行均一溫度測(cè)試（見圖4）.鈉長(zhǎng)石的形成溫度在340～440℃之間，主要分布在340～360℃之間，其次分布在420～440℃和360～380℃之間（見圖5），鈉長(zhǎng)石較高的包裹體溫度特征指示成巖流體具有高溫巖漿熱液的性質(zhì).

圖4 古城地區(qū)奧陶系灰?guī)r中鈉長(zhǎng)石鹽水溶液包裹體Fig.4 The saline water inclusion of albite in the Ordovician limestone in Gucheng area

圖5 古城地區(qū)鈉長(zhǎng)石鹽水包裹體均一溫度分布Fig.5 Homogenization temperature of saline water inclusion albite in Gucheng area

3.2 機(jī)制

顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，古城地區(qū)鈉長(zhǎng)石發(fā)育分布與其他熱液產(chǎn)物之間沒有伴生關(guān)系，主要交代微晶方解石等沉積組分及海底膠結(jié)物方解石等早期成巖組分，即鈉長(zhǎng)石主要交代的是沉積或同沉積時(shí)期的組分.另外，可見鈉長(zhǎng)石被熱液鞍狀白云石交代、被構(gòu)造裂縫及縫合線切割改造的現(xiàn)象（見圖2（e－f）），礦物共生組合和組構(gòu)特征揭示鈉長(zhǎng)石化作用發(fā)生時(shí)間較早，表明研究區(qū)在沉積作用過程中或剛剛沉積后不久的成巖早期階段存在堿性巖漿活動(dòng)，塔東地區(qū)露頭剖面上蓬萊壩組即有輝綠巖發(fā)育，也證實(shí)早期巖漿活動(dòng)的可能性.

另外，測(cè)井曲線特征揭示，古城6、古城7和古城8井寒武系丘里塔格組、奧陶系蓬萊壩組、鷹山組和一間房組的測(cè)井曲線特征（特別是自然伽馬曲線及其能譜曲線）具有相似性，與古城4井測(cè)井曲線差異較大（見圖6），由寒武系丘里塔格組到中奧陶統(tǒng)一間房組，古城4井測(cè)井曲線自然伽馬值和鈾、釷、鉀值低，曲線較為平滑，其整體為成分較純的碳酸鹽巖，缺乏泥質(zhì)和巖漿活動(dòng)的影響；在大致相同的部位，古城6、古城7和古城8井測(cè)井曲線自然伽馬值、鈾曲線值、鉀曲線值高的層段，與鈉長(zhǎng)石密集發(fā)育層段對(duì)應(yīng)關(guān)系良好（見圖6），是巖漿活動(dòng)的反映，古城6、古城7和古城8井所在的較小區(qū)域，在奧陶系蓬萊壩組、鷹山組及一間房組下部沉積作用過程中或沉積后不久即受到巖漿活動(dòng)的影響.

熱液流體的活動(dòng)極其廣泛，許多沉積盆地發(fā)現(xiàn)熱液沉積巖，稱為噴流沉積或噴氣沉積等[16－17].陰極發(fā)光顯微分析揭示，研究區(qū)灰?guī)r中微晶方解石、成巖縫洞方解石不發(fā)光，保留并繼承淺海碳酸鹽巖沉積物的陰極發(fā)光特征，說(shuō)明含鈉長(zhǎng)石的灰?guī)r中碳酸鹽沉積物未受到熱液改造.巖石中存在高溫（340～440℃）熱液成因的鈉長(zhǎng)石，可以用淺海底部熱液煙囪模式解釋，即在奧陶系蓬萊壩組、鷹山組及一間房組下部沉積作用過程中或沉積后不久存在堿性巖漿活動(dòng)，伴隨堿性巖漿活動(dòng)（火山活動(dòng)），先期結(jié)晶形成的鈉長(zhǎng)石上升進(jìn)入淺海海底環(huán)境，如同“米粒狀”與微晶方解石灰泥一起沉積下來(lái)，形成鈉長(zhǎng)石在微晶灰?guī)r及藻粘結(jié)微晶灰?guī)r中發(fā)育分布的特征，而交代粒間膠結(jié)物、窗狀孔洞及成巖縫洞方解石的鈉長(zhǎng)石是熱液在隨后淺埋藏過程中連續(xù)作用的結(jié)果.

與鈉長(zhǎng)石相關(guān)的沉積期海底熱液噴流作用的發(fā)育，指示當(dāng)時(shí)沉積盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為活躍，是塔里木東南側(cè)阿爾金洋的演化也進(jìn)入俯沖期，并在阿爾金北緣形成中酸性火成巖發(fā)育的島弧帶，進(jìn)入溝—弧—盆體系發(fā)育階段的反映.塔里木盆地主要發(fā)育4期火成巖，分別為震旦紀(jì)—寒武紀(jì)、中晚奧陶世—志留紀(jì)、早二疊世和白堊紀(jì)，白堊紀(jì)火成巖規(guī)模很小，在盆地邊緣分布，其他3期在盆地廣泛分布[18－21].在古城臺(tái)地邊緣兩側(cè)區(qū)域地震剖面識(shí)別11個(gè)火成巖體，也證實(shí)古城臺(tái)緣附近斷裂帶發(fā)育，具備火成巖發(fā)育的地質(zhì)基礎(chǔ).

4 熱液地質(zhì)作用意義

通常伴隨熱液地質(zhì)作用發(fā)生熱液溶蝕作用，形成熱液成因的儲(chǔ)層.古城地區(qū)形成鈉長(zhǎng)石的熱液地質(zhì)作用沒有產(chǎn)生溶蝕現(xiàn)象，對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)影響不大.繼該期鈉長(zhǎng)石化作用后兩期熱液作用對(duì)寒武—奧陶系地層進(jìn)行改造，形成較好的溶蝕孔洞縫型白云巖儲(chǔ)層，也證實(shí)該期鈉長(zhǎng)石化作用為古城地區(qū)第一期熱液地質(zhì)作用.

鉆井巖心、井壁取心和巖屑薄片觀察揭示，鈉長(zhǎng)石主要出現(xiàn)于微晶灰?guī)r微晶方解石、砂屑灰?guī)r屑微晶方解石和藻粘結(jié)微晶方解石部位，不與其他熱液產(chǎn)物伴生，巖石中缺乏重結(jié)晶作用和熱液溶蝕作用改造，儲(chǔ)集空間不發(fā)育.鈉長(zhǎng)石形成于地下淺部的堿性巖漿作用，并由淺海底部的熱液煙囪流體上升帶入，由于受海水的稀釋作用，熱液地質(zhì)作用導(dǎo)致“米粒狀”的鈉長(zhǎng)石與微晶方解石沉積在一起，未導(dǎo)致強(qiáng)烈的熱液改造作用.

根據(jù)鈉長(zhǎng)石主要交代沉積組分和早期成巖組分，可被晚期熱液鞍狀白云石交代、被縫合線及構(gòu)造裂縫方解石切割改造等，揭示熱液地質(zhì)作用發(fā)生于沉積作用過程中或成巖早期階段，是古城地區(qū)第一期熱液地質(zhì)作用，為研究該地區(qū)熱液作用期次和多期熱液演化史提供依據(jù).

5 結(jié)論

（1）古城地區(qū)古城6—古城7—古城8井區(qū)奧陶系灰?guī)r地層普遍存在自生鈉長(zhǎng)石，主要交代沉積組分及早期成巖組分，鈉長(zhǎng)石的形成發(fā)生于沉積作用過程或成巖早期階段.

（2）鈉長(zhǎng)石形成遵循淺海底部熱液噴流模式，揭示它所發(fā)育區(qū)域在蓬萊壩組、鷹山組及一間房組下部沉積作用過程中或沉積后不久存在巖漿活動(dòng).

（3）熱液地質(zhì)作用未導(dǎo)致強(qiáng)烈的溶蝕改造作用，未產(chǎn)生儲(chǔ)集空間，對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)影響不大，但作為第一期熱液地質(zhì)作用，為研究該地區(qū)多期次熱液作用的演化歷史提供重要證據(jù).

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