激光鈾鉛同位素定年技術(shù)在塔里木盆地肖爾布拉克 組儲層孔隙演化研究中的應(yīng)用

胡安平，沈安江，梁 峰，趙建新，羅憲嬰，俸月星，程 婷,4

(1.中國石油 杭州地質(zhì)研究院，江蘇 杭州 310023； 2.中國石油天然氣集團(tuán)公司 碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實驗室，江蘇 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；QLD 4072 4.中國地質(zhì)科學(xué)院 北京離子探針中心， 北京102206)

中國海相碳酸鹽巖具年代古老、埋藏深和經(jīng)歷多期成巖疊加改造的特點(diǎn)，成儲歷程均非常復(fù)雜，碳酸鹽巖成巖礦物絕對年齡的確定是儲層成巖-孔隙演化史恢復(fù)的關(guān)鍵。碳酸鹽巖U-Th溶液法可以進(jìn)行0～0.5Ma碳酸鹽巖樣品的絕對年齡測定[1-2]；溶液法鈾鉛同位素定年技術(shù)在中新生代年輕的孔洞和洞穴充填物定年研究中也有不少報道[3-7]，得到了學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可。然而，碳酸鹽巖U-Th溶液法由于受適用的年齡范圍限制，不適用于古老海相碳酸鹽巖；而碳酸鹽巖溶液稀釋法鈾-鉛同位素定年要求待測樣品具有足夠高的U和Pb含量，能夠從一塊手標(biāo)本上獲得足夠量的一組小樣(一般需要一組6～8個同源和同期的碳酸鹽巖樣品，每個樣品200 mg)，并且這組小樣的U/Pb比值有足夠的變化范圍，但是古老海相碳酸鹽巖鈾和鉛含量普遍較低、且成巖組構(gòu)直徑小，很難取得足夠的粉末樣品，選擇同源、同時、封閉體系，且U/Pb比有一定變化范圍能擬合出等時線的理想定年樣品非常困難，所以溶液法鈾鉛同位素定年法在古老海相碳酸鹽巖中測試成功率低，無法廣泛應(yīng)用。

過去20年來，隨著激光剝蝕技術(shù)的日益興盛，激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測定高U礦物比如鋯石、獨(dú)居石、磷釔礦、榍石、金紅石、磷灰石和石榴石等礦物的高精度年齡上，成為地質(zhì)年代學(xué)研究領(lǐng)域中最常用的測年方法。近幾年，一些低U礦物的U-Pb定年工作也逐漸受到關(guān)注，如石榴子石、錫石和碳酸鹽礦物(方解石、文石、白云石和菱鎂礦)等。尤其碳酸鹽礦物U-Pb測年最近受到越來越多的關(guān)注[8-12]。本文針對碳酸鹽巖礦物，利用激光剝蝕(LA)與多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)或高分辨單接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)聯(lián)用，建立適用于古老海相碳酸鹽巖的激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)。相比較于TIMS/MC-ICPMS同位素稀釋法U-Pb測年[6]，LA-(MC)-ICP-MS碳酸鹽礦物微區(qū)U-Pb定年技術(shù)具有原位、制樣流程簡單、樣品消耗量小、低本底、空間分辨率高以及分析速度快 (單點(diǎn)分析小于3 mins)等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)應(yīng)用于塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組白云巖成巖-孔隙演化研究，取得的認(rèn)識與工區(qū)的構(gòu)造-埋藏史、盆地?zé)崾贩浅Ｎ呛?，說明測年數(shù)據(jù)的可靠性和激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)的有效性，為古老海相碳酸鹽巖成巖-孔隙演化研究和油前孔隙評價提供了利器。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔里木盆地處于塔里木板塊中部穩(wěn)定區(qū)， 面積約56×104km2， 是發(fā)育在前寒武紀(jì)基地之上的含油氣疊合盆地[13-14]。塔里木盆地寒武紀(jì)地層由下至上包括玉爾吐斯組、肖爾布拉克組、吾松格爾組、沙依里克組、阿瓦塔格組和丘里塔格組(圖1)。玉爾吐斯組以灰綠和灰黑色泥巖為主，夾薄層灰?guī)r及硅藻巖，有機(jī)碳含量1.00%～9.43%，平均為5.50%，厚約28 m，與下伏地層奇格布拉克組呈不整合接觸；肖爾布拉克組下部以灰黑色泥粉晶白云巖為主，中、上部以褐灰-灰白色藻格架、藻砂屑白云巖為主，少量泥晶白云巖，厚約204 m；吾松格爾組以深灰和灰黑色泥晶白云巖、膏質(zhì)云巖以及云質(zhì)膏巖為主，夾少量砂屑白云巖，厚約103 m；沙依里克組上部以褐灰和深灰色灰?guī)r為主，中、下部以褐灰色膏鹽巖為主，厚約237 m；阿瓦塔格組上部以褐灰和深灰色泥質(zhì)白云巖、灰質(zhì)及膏質(zhì)白云巖為主，中、下部以灰白和淺褐灰色膏鹽巖為主，夾膏云巖及少量砂屑白云巖，厚約326 m；丘里塔格組以灰和深灰色砂屑白云巖以及結(jié)晶白云巖為主，厚約722 m，與上覆地層蓬萊壩組呈整合接觸。

2012年塔里木盆地中深1井的突破，揭示了寒武系鹽下白云巖領(lǐng)域成藏條件優(yōu)越，勘探前景廣闊[15-17]，所以近幾年來下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組成為了勘探熱點(diǎn)。前人對肖爾布拉克組儲集層成因開展了很多研究[18-21]，普遍認(rèn)為優(yōu)勢丘灘相是肖爾布拉克組儲集層的主控因素之一，但對孔隙形成時間和演化過程還沒有進(jìn)行細(xì)致分析。目前全盆地鉆遇肖爾布拉克組的井和巖心較少，其中阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克露頭區(qū)出露多條地層發(fā)育完整的剖面(圖1)，可以對肖爾布拉克組進(jìn)行精細(xì)解剖。鉆井和露頭也揭示肖爾布拉克組以阿克蘇地為典型，阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克組可劃分為肖下1段、肖下2段、肖下3段、肖上1段和肖上2段5個地層單元(圖2)。肖下1段以灰黑色薄層狀層紋石白云巖為主，夾中薄層狀藻砂屑白云巖，孔洞和裂縫發(fā)育，但被白云石、方解石和硅質(zhì)完全充填，巖性致密。肖下2段與肖下1段特征相識似，但巖石表面發(fā)育大量層狀分布的孔洞(2～5 cm)和裂縫，部分被白云石、方解石和硅質(zhì)充填。肖下3段以灰色中層狀凝塊石白云巖為主，凝塊狀及粘結(jié)-包殼狀結(jié)構(gòu)， 巖石表面發(fā)育大量層狀分布的孔洞(2～5 cm)和裂縫，部分被白云石、方解石和硅質(zhì)充填。肖上1段下部為灰白色厚層狀細(xì)-中晶白云巖，局部見藻砂屑白云巖，孔隙發(fā)育，富含瀝青；中部為灰白色中層狀泡沫綿層石白云巖，藻丘格架孔(0.01～2 mm)和裂縫發(fā)育，少量孔洞； 上部為灰白色厚層狀-塊狀藻團(tuán)粒、核形石白云巖，夾少量疊層石白云巖，巖性致密。肖上2段黃灰色泥質(zhì)白云巖、灰色疊層石云巖、褐灰色粒泥(泥粒)白云巖、淺灰色藻砂屑白云巖呈中-薄層狀互層，巖性致密。儲層發(fā)育于肖下、肖下3段和肖上1段?？紫逗涂锥幢徽J(rèn)為是原生的，并為表生溶蝕作用進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大[19]。

2 樣品特征與產(chǎn)狀

肖爾布拉克組是塔里木盆地寒武系鹽下重要的油氣儲層，主要發(fā)育于肖下2段、肖下3段和肖上1段(圖2)，累計厚30～50 m。肖下2段和肖下3段儲集空間以孔洞為主，伴生裂縫和斷裂，為裂縫-孔洞型儲層。肖上1段儲集空間以藻丘格架孔、晶間(溶)孔、孔洞和粒間孔為主，為裂縫-孔隙-孔洞型儲層，并有瀝青和少量白云石、方解石和硅質(zhì)充填[17]。本文選取阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克西溝剖面、東1溝剖面和舒探1井的充填孔洞的各期膠結(jié)物及圍巖樣品、充填藻丘格架孔、晶間(溶)孔和藻砂屑粒間孔的各期膠結(jié)物及圍巖樣品、充填裂縫的各期膠結(jié)物樣品，開展定年研究，為成巖-孔隙演化史的建立和油氣運(yùn)移前有效孔隙的確定提供重要信息。定年檢測樣品來源、層位、產(chǎn)狀和檢測目的信息見表1和圖3。

3 分析方法

針對古老海相碳酸鹽巖膠結(jié)物難以取得足夠量的粉末平行樣品、鈾鉛含量普遍較低等問題，利用激光剝蝕(LA)與多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)或高分辨單接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)聯(lián)用，建立適用于古老海相碳酸鹽巖的激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)。其分析原理是用激光束對待測樣品微區(qū)目標(biāo)進(jìn)行燒蝕，被燒蝕出來的物質(zhì)在Ar等離子體中發(fā)生電離，然后用質(zhì)譜儀對被電離物質(zhì)進(jìn)行同位素比值的測量，再根據(jù)被測樣品與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)樣品的同位素比值測量結(jié)果進(jìn)行有關(guān)元素含量和被測樣品同位素年齡的計算[22]。激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)主要包括4個步驟：樣品靶制作，選擇待測區(qū)域，激光單點(diǎn)剝蝕與質(zhì)譜分析，數(shù)據(jù)處理與年齡作圖。相關(guān)技術(shù)方法在國外已有文獻(xiàn)報道[8-12]。本文在已有報道的LA-MC-ICPMS方法基礎(chǔ)上，針對古老碳酸鹽巖鈾和鉛含量普遍較低的問題，在昆士蘭大學(xué)的Nu Plasma II MC-ICPMS上最高質(zhì)量端H10法拉第杯安裝了1012Ω的高靈敏度前置放大器 (使靈敏度高10倍)和一個離散打拿極倍增器 (discrete dynode multiplier)，用于靜態(tài)測量238U同位素，前者使測試238U離子流的靈敏性比普通法拉第杯提高10倍，后者提高100倍。當(dāng)U含量足夠高時(比如大于0.1×10-6)，使用高靈敏度法拉第杯測量；當(dāng)U含量低時(比如小于0.1×10-6)，使用multiplier測量。由于multiplier的背景極低，一般U含量高于1×10-9時就能精確測量。

表1 塔里木盆地阿克蘇地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組定年 檢測樣品Table 1 A list of the samples for dating from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basin

使用激光法進(jìn)行碳酸鹽礦物U-Pb同位素年齡測定的一個重要難題是尋找合適的天然礦物標(biāo)樣，并且為了避免不同礦物間的基體效應(yīng)，使用的礦物標(biāo)樣在成分和結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡可能與待測樣品相近。目前被應(yīng)用于碳酸鹽礦物測年的兩個標(biāo)樣分別是ASH15E(采自以色列Negev沙漠的石筍)[22-24]和WC-1(美國新墨西哥城Whites City以西0.5 km的Walnut峽谷的方解石脈)[8-11]，用它們來校正古老海相碳酸鹽巖樣品，均存在一定的局限性。ASH15E標(biāo)樣的同位素稀釋溶液法標(biāo)定年齡僅為3.001 Ma，與古老海相碳酸鹽巖年齡相比明顯偏年輕得多，不是古老海相碳酸鹽巖的理想標(biāo)樣。WC-1標(biāo)樣的推薦年齡為254.4 Ma，雖然與古老海相碳酸鹽巖年齡相近，但該標(biāo)樣的不均一性導(dǎo)致其自身可能存在3%～5%的不確定性[12]。另外，這兩個國際標(biāo)樣極其有限，不適合做為消耗量極大的我們實驗室的工作標(biāo)樣。我們在技術(shù)研發(fā)過程中，從塔里木盆地阿克蘇地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組中發(fā)現(xiàn)了更加適合古老海相碳酸鹽巖定年的標(biāo)樣AHX-1，AHX-1標(biāo)樣為充填沿斷裂分布之孔洞的純凈方解石晶體，樣品純凈、均一并廣泛分布，是同源同期的成巖產(chǎn)物。將標(biāo)樣ASH15E與AHX-1反復(fù)對測20多次，使用ASH15E的推薦年齡3.001 Ma來標(biāo)定AHX-1的年齡，所獲得的20多組年齡的加權(quán)平均值為209.8±1.3 Ma。

圖3 塔里木盆地阿克蘇地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組定年檢測樣品特征Fig.3 Characteristics of samples for dating from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basina.灰黑色薄層藻泥晶白云巖，由①至③分別為圍巖、充填孔洞白云石和充填裂縫方解石，肖爾布拉克西溝剖面，樣品X-30，肖下2段；b.灰黑色薄層藻泥晶白云巖，由①至②分別為圍巖和充填孔洞方解石，肖爾布拉克西溝剖面，樣品X-28，肖下2段；c.灰黑色薄層狀泥晶白云巖，由①至②分別為圍巖和充填孔洞白云石，樣品X-17，肖下1段；d.灰黑色薄層狀藻凝塊石白云巖，孔洞部分為亮晶方解石(①)充填，樣品X-13，肖下1段；e.凝塊石白云巖，由①至②分別為圍巖和充填孔洞的白云石，舒探1井，肖上1段，樣品ST2-20，埋深1 886 m；f.微生物白云巖，由①至②分別為圍巖和充填藻架孔的白云石，肖爾布拉克西溝剖面，樣品X-56，肖上1段；g.微生物白云巖，由①至②分別為圍巖和充填藻架孔的白云石，肖爾布拉克西溝剖面，樣品X-55，肖上1段；h.凝塊石白云巖，由①至②分別為圍巖和充填裂縫的白云石，肖爾布拉克東1溝剖面，樣品D1-49，肖上1段；i.灰黑色薄層藻泥晶白云巖，由①至③分別為圍巖和充填裂縫的兩期白云石，肖爾布拉克西溝剖面，樣品X-35，肖 下3段

為了驗證兩個實驗室基于不同設(shè)備的激光U-Pb同位素定年技術(shù)和AHX-1作為實驗室工作標(biāo)樣的可靠性，我們在不同時段，多次在澳大利亞昆士蘭大學(xué)放射性同位素實驗室應(yīng)用激光法在Nu Plasma Ⅱ上以WC-1為標(biāo)樣檢測AHX-1的年齡，在中國石油碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實驗室應(yīng)用激光法在Element XR上同樣以WC-1為標(biāo)樣檢測AHX-1的年齡，圖4是其中一次測試結(jié)果，可以看出以WC-1作為標(biāo)樣在兩個實驗室兩種設(shè)備上測得的AHX-1年齡在誤差范圍內(nèi)是一致的。

圖4 以WC-1為標(biāo)樣檢測AHX-1的年齡Fig.4 The dating of AHX-1 in taking WC-1 as a standard samplea.澳大利亞昆士蘭大學(xué)放射性同位素實驗室應(yīng)用激光法在Nu Plasma Ⅱ上檢測結(jié)果為209.3±2.6 Ma； b.中國石油碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實驗室應(yīng)用激光法在Element XR檢測結(jié)果208.2±1.2 Ma

4 結(jié)果與討論

4.1 結(jié)果

開展塔里木盆地肖爾布拉克組圍巖和白云石、方解石膠結(jié)物的激光原位U-Pb同位素定年分析，同時對平行樣開展團(tuán)簇同位素(D47)、碳氧穩(wěn)定同位素、微量元素、鍶同位素、陰極發(fā)光和包裹體均一溫度分析。定年分析結(jié)果見圖5、圖6和表2，Δ47或包裹體均一溫度、碳氧穩(wěn)定同位素以及陰極發(fā)光分析結(jié)果見表2，微量和稀土元素、鍶同位素分析結(jié)果見表3。微量和稀土元素、鍶同位素數(shù)據(jù)來自昆士蘭大學(xué)(UQ)地球科學(xué)學(xué)院放射性同位素實驗室，團(tuán)簇同位素(Δ47)數(shù)據(jù)來自美國邁阿密大學(xué)同位素實驗室，陰極發(fā)光、碳氧穩(wěn)定同位素、包裹體均一溫度數(shù)據(jù)來自中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實驗室。激光原位U-Pb同位素定年數(shù)據(jù)來自中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實驗室和昆士蘭大學(xué)(UQ)地球科學(xué)學(xué)院放射性同位素實驗室，兩家共同開發(fā)激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)，標(biāo)樣測定以及部分238U含量低于0.1 ppm的樣品在澳方LA-MC-ICP-MS (Nu Plasma Ⅱ)上完成，其他肖爾布拉克組樣品年齡測定在中方LA-ICP-MS(Element XR)上完成。使用同位素校正標(biāo)樣為NIST614，定年標(biāo)樣為AHX-1和WC-1。

從表3的地球化學(xué)特征可知，238U的含量較高，6類結(jié)構(gòu)組分的均值分別達(dá)到2.040，0.153，0.644，0.206，0.028和0.029 ppm，高于檢測的極限值，來自于U衰變的206Pb和207Pb的含量也較高，滿足測年條件，只是普通Pb含量偏高，在計算年齡時需考慮普通Pb的干擾。

4.2 討論

本文年齡測定使用同位素校正玻璃標(biāo)樣為NIST614，定年標(biāo)樣為AHX-1和WC-1，其中AHX-1和WC-1都為方解石標(biāo)樣。本文檢測的對象有方解石也有白云石，最好的標(biāo)樣是白云石對白云石，方解石對方解石。但在沒有白云石標(biāo)樣情況下，方解石是可以作為標(biāo)樣進(jìn)行白云石樣品年齡測定的。因為基質(zhì)效應(yīng)對方解石帶來的最大偏差不超過3%，而白云石的成分和晶體結(jié)構(gòu)是介于方解石和NIST614之間的，并且更接近于方解石，基質(zhì)效應(yīng)對白云石帶來的偏差一定小于3%。因此，本來不矯正偏差就足夠小了(小于3%)，使用基質(zhì)非常接近的類似標(biāo)樣矯正后，偏差應(yīng)該更小，比測量誤差要小得多。所以在沒有白云石標(biāo)樣的情況下，也可以用方解石標(biāo)樣作為年齡標(biāo)樣進(jìn)行白云石年齡測定。

圖5 塔里木盆地阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克組樣品圍巖、充填孔洞白云石 和方解石及充填裂縫方解石激光原位U-Pb同位素年齡Fig.5 In-situ LA U-Pb isotopic dating chart for the sampled matrix rocks,dolomite and calcite filling in pores and vugs,and calcite cements in fractures from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basina.圍巖年齡491.6±9.2 Ma，樣品號X-30-①；b.圍巖年齡488±24 Ma，樣品號X-56-① ；c.充填孔洞方解石年齡486±23 Ma，樣品號X-13-① ；d.充填孔洞白云石年齡476±13 Ma，樣品號X-17-②；e.充填裂縫方解石年齡471±10 Ma，樣品號X-28-② ；f.充填裂縫方解石年齡204±37 Ma， 樣品號X-30-③

圖6 塔里木盆地阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克組樣品充填裂縫白云石和充填藻架孔白云石激光原位U-Pb同位素年齡Fig.6 The in-situ LA U-Pb isotopic dating chart for the dolomitic cements in fractures and algal framework pores sampled from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basina.充填裂縫白云石年齡450±15 Ma，樣品號D1-49-②；b.充填裂縫白云石年齡227.0±4.5 Ma，樣品號X-35-②；c.充填裂縫白云石年齡14±13 Ma，樣品號X-35-③；d.充填藻架孔白云石年齡458±12 Ma，樣品號X-56-②；e.充填藻架孔白云石年齡457±17 Ma，樣品號X-55-②；f.充填 藻架孔白云石年齡235.9±4.0 Ma，樣品號ST2-20-②

表2 塔里木盆地阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克組樣品圍巖和白云石、方解石膠結(jié)物U-Pb同位素年齡及其他地球化學(xué)特征
Table 2 The U-Pb isotopic dating of the sampled matrix rocks,dolomitic and calcite cements of the samples taken from theLower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basin,and their other geochemical features

樣品編號樣品產(chǎn)狀同位素年齡/Ma陰極發(fā)光地球化學(xué)特征Δ47或包裹體均一溫度/℃δ13C(PDB)/‰δ18O(PDB)/‰X-30-①圍巖491.6±9.2不發(fā)光—0～2-2～-4 X-56-①圍巖488±24昏暗發(fā)光—0～20～-3X-17-②充填孔洞白云石476±13橙黃色明亮發(fā)光149.3-1～3-6～-12X-13-①充填孔洞方解石486±23橙黃色中等發(fā)光225-2～2-9～-17ST2-20-②充填藻架孔白云石235.9±4.0橙黃色明亮發(fā)光205——X-56-②充填藻架孔白云石458±12橙黃色中等發(fā)光———X-55-②充填藻架孔白云石457±17橙黃色中等發(fā)光———X-30-③充填裂縫方解石204±37亮黃色明亮發(fā)光141.5-1～2-7～-14X-28-②充填裂縫方解石471±10亮黃色明亮發(fā)光137.5-2～2-8～-15D1-49-②充填裂縫白云石450±15橙黃色明亮發(fā)光135-2～2-7～-12X-35-②充填裂縫白云石227.0±4.5橙黃色中等/明亮發(fā)光———X-35-③充填裂縫白云石14±13橙黃色中等/明亮發(fā)光———

注：—表示該項未檢測。

表3 塔里木阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克組樣品圍巖、白云石和方解石膠結(jié)物的微量元素、稀土元素和鍶同位素地球化學(xué)特征Table 3 The geochemical features of the sampled matrix rocks,trace element & REE and strontium isotope of dolomitic and calcite cements of the samples taken from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basin

注：—表示該項未檢測。

塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組白云巖儲集空間主要發(fā)育于藻紋層、藻疊層和藻凝塊白云巖中，具有相控性，類型主要有孔洞(2～100 mm)、孔隙(0.01～2 mm)和裂縫[19]?？锥春涂紫毒性?、表生溶蝕和埋藏-熱液溶蝕3種成因觀點(diǎn)[25-27]，裂縫的期次及對孔洞、孔隙發(fā)育與充填的影響更是認(rèn)識的空白。本文根據(jù)成巖產(chǎn)物碳酸鹽礦物的激光原位U-Pb同位素定年數(shù)據(jù)及團(tuán)簇同位素、碳氧同位素、鍶同位素、微量和稀土元素地球化學(xué)特征，結(jié)合構(gòu)造-埋藏史、盆地?zé)崾泛蜔N源巖生烴史，分析塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組白云巖儲層的孔隙成因和成巖-孔隙演化史，為油氣運(yùn)移前有效孔隙評價提供依據(jù)。

4.2.1 圍巖和孔、洞、縫充填物絕對年齡

白云巖圍巖：測得2個圍巖(藻紋層或藻疊層白云巖)的年齡數(shù)據(jù)，分別為491.6±9.2 Ma和488±24 Ma，相當(dāng)于中-晚寒武世的年齡，與早寒武世肖爾布拉克組年齡相比略偏年輕。這可能不代表地層年齡，更可能反映了白云石化的年齡，或地層年齡與白云石化年齡的中值。從白云巖仍保留原巖的藻紋層、藻疊層結(jié)構(gòu)分析，白云石化的時間應(yīng)該是早期的，與同沉積期蒸發(fā)氣候背景有關(guān)[28]，與地層年齡幾乎同時或略晚，這與測得的兩個年齡數(shù)據(jù)是一致的。而且白云石化是一個持續(xù)的過程，至早-中奧陶世完成了由灰?guī)r向白云巖的轉(zhuǎn)變。陰極發(fā)光下不發(fā)光或昏暗發(fā)光、碳同位素低正值(1‰～3‰，PDB)、氧同位素低負(fù)值(-2‰～-4‰，PDB)也佐證了早期白云石化這一認(rèn)識[29]。

孔洞充填物：充填孔洞方解石的年齡為486±23 Ma，充填孔洞白云石的年齡為476±13 Ma，略晚于地層年齡和發(fā)生白云石化的年齡，而且是先充填方解石，再充填白云石，與孔洞中方解石和白云石膠結(jié)物的充填序次是一致的。這組年齡代表了地層沉積后不久，原生格架孔洞或表生溶蝕孔洞就開始進(jìn)入逐漸被充填的階段，是早加里東期持續(xù)的熱液活動和充填事件的體現(xiàn)?？锥葱纬捎诼癫厍埃皇锹癫厝芪g成因的，埋藏過程是孔洞逐漸被充填的過程，而且由下至上(肖下1段—肖下2段—肖下3段—肖上1段)，充填作用逐漸減弱。

孔隙充填物：藻架孔以充填白云石膠結(jié)物為主，測得3個年齡數(shù)據(jù)，分別為235.9±4.0 Ma，458±12 Ma和457±17 Ma。458±12 Ma和457±17 Ma兩個年齡數(shù)據(jù)與充填孔洞的方解石、白云石年齡相當(dāng)或略晚，兩者幾乎是同期的，為中加里東期持續(xù)的熱液活動和充填作用的產(chǎn)物。235.9±4.0 Ma的白云石膠結(jié)物年齡代表印支期熱液活動和充填作用的產(chǎn)物。這說明肖上1段白云巖儲層的孔隙經(jīng)歷了兩期充填作用。

裂縫充填物：裂縫中充填有白云石、方解石和硅質(zhì)膠結(jié)物。方解石膠結(jié)物測得兩個年齡數(shù)據(jù)，分別為471±10 Ma和204±37 Ma，代表早加里東期和印支期熱液活動的產(chǎn)物，分別與充填孔洞的兩期膠結(jié)物年齡相當(dāng)。白云石膠結(jié)物測得3個年齡數(shù)據(jù)，分別為450±15 Ma、227.0±4.5 Ma，14±13 Ma。其中，450±15 Ma和227.0±4.5 Ma兩個年齡數(shù)據(jù)與孔隙中白云石膠結(jié)物測得的兩個年齡數(shù)據(jù)相當(dāng)，代表中加里東期和印支期熱液活動的產(chǎn)物。14±13 Ma白云石膠結(jié)物年齡可能與晚燕山期—喜馬拉雅期的熱液活動有關(guān)。這說明研究區(qū)發(fā)育早中加里東、印支、晚燕山期—喜馬拉雅期3期斷裂活動和熱液礦物充填事件，其中，早中加里東和印支期構(gòu)造活動形成的斷裂系統(tǒng)成為熱液的通道，并導(dǎo)致肖爾布拉克組孔洞和孔隙部分被白云石、方解石和硅質(zhì)充填。晚燕山期—喜馬拉雅期構(gòu)造活動形成的白云石膠結(jié)物主要充填于裂縫中。

充填孔洞、孔隙和裂縫的白云石和方解石膠結(jié)物在陰極發(fā)光下呈橙黃色中等-明亮發(fā)光、高Δ47溫度、氧同位素高負(fù)值，以及鍶同位素值高于圍巖，均佐證了膠結(jié)物的熱液成因，受斷裂活動控制(表2)。

孔隙和孔洞中充填的早加里東期、中加里東期和印支期3期白云石和方解石膠結(jié)物在產(chǎn)狀和特征上有很大的差異，同樣，裂縫中充填的白云石、方解石膠結(jié)物與孔隙、孔洞中充填的白云石、方解石膠結(jié)物在產(chǎn)狀和特征上也有很大的差異，常規(guī)的技術(shù)手段很難將它們的成因期次相關(guān)聯(lián)，碳酸鹽礦物的激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)為不同產(chǎn)狀和特征膠結(jié)物成因期次對比研究提供了技術(shù)手段。

4.2.2 成巖-孔隙演化史重建及應(yīng)用

白云石和方解石膠結(jié)物絕對年齡的獲得為塔里木盆地阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克組白云巖儲層的成因提供了新證據(jù)，更為儲層成巖-孔隙演化史和有效孔隙評價提供了手段。肖爾布拉克組白云巖儲層的儲集空間形成于埋藏前的沉積和表生環(huán)境，既有沉積原生孔隙(藻格架孔、粒間孔)，又有溶蝕擴(kuò)大的孔洞。孔洞中充填的早加里東期白云石和方解石膠結(jié)物年齡略晚于地層年齡，說明這些孔洞形成于地層沉積后不久，不是晚期埋藏溶蝕作用的產(chǎn)物，肖爾布拉克組白云巖儲層的埋藏過程實際上是孔隙和孔洞逐漸被充填的過程。根據(jù)白云石和方解膠結(jié)物的絕對年齡，孔洞的充填作用發(fā)生在早加里東期，孔隙的充填作用主要發(fā)生于中加里東和印支期，裂縫作為成巖介質(zhì)的運(yùn)移通道為充填孔洞和孔隙的膠結(jié)物提供了物源，未被膠結(jié)物充填的殘留孔洞、孔隙和裂縫構(gòu)成了主要儲集空間。

參照Clyde H.Moore(2001)[29]的初始孔隙度值和鏡下殘留孔隙、膠結(jié)物分布面積累加，初始孔隙度選30%，表生溶蝕作用增孔10%，埋藏前的總孔隙度達(dá)到40%。早加里東期白云石和方解石膠結(jié)物使平均孔隙度由40%降至20%，中加里東期白云石和方解石膠結(jié)物使平均孔隙度由20%降至15%，此后，該孔隙度得到長期持續(xù)的保持，直到印支期孔隙的充填作用，使孔隙度由15%降至8%，燕山期—喜馬拉雅期構(gòu)造活動對孔隙和孔洞的充填改造作用不強(qiáng)烈，導(dǎo)致肖爾布拉克組白云巖儲層的現(xiàn)今孔隙度保持在6%～8%，裂縫對孔隙的貢獻(xiàn)不大，主要是作為埋藏-熱液的通道，而且大多被充填。據(jù)此建立了塔里木盆地阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克組白云巖儲層的成巖-孔隙演化史(圖7)，綜合寒武系肖爾布拉克組的構(gòu)造-埋藏史、盆地?zé)崾穂30-31]和寒武系玉爾吐斯組烴源巖的生烴史[32-33]，就可對油氣運(yùn)移時間、油氣運(yùn)移前孔隙和成藏期次作出評價。

塔里木盆地主要發(fā)育以下古生界碳酸鹽巖為主的塔中、塔北、塔西南和塔東南四大古隆起。古隆起構(gòu)造演化具有階段性、繼承性與遷移性，并經(jīng)歷了5期構(gòu)造演化階段[34-39]。分別為：①前震旦紀(jì)基底隆起雛形期，伴隨裂陷的發(fā)育；②震旦紀(jì)—奧陶紀(jì)巖石圈發(fā)生伸展運(yùn)動，形成坳陷的同時，伴生早奧陶世末古隆起的形成和奧陶紀(jì)末古隆起的定型，構(gòu)成隆-坳相間的格局，控制寒武系—奧陶系烴源巖的發(fā)育和成熟；③志留紀(jì)—石炭紀(jì)巖石圈發(fā)生聚斂運(yùn)動，古隆起發(fā)生進(jìn)一步抬升和遷移，導(dǎo)致隆起區(qū)志留系-石炭系的部分缺失，并控制晚加里東期的成藏；④石炭紀(jì)末—三疊紀(jì)巖石圈再次進(jìn)入?yún)^(qū)域拉張背景，古隆起發(fā)生改造和調(diào)整，并控制晚海西期—印支期的成藏；⑤三疊紀(jì)末—新生代進(jìn)入前陸盆地演化階段，古隆起發(fā)生差異沉降，古油藏發(fā)生裂解和調(diào)整。

綜上所述，碳酸鹽礦物的激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)的開發(fā)不僅解決了碳酸鹽礦物的絕對年齡問題，而且還可以通過碳酸鹽膠結(jié)物的絕對年齡和含量，恢復(fù)儲層的成巖-孔隙演化史，結(jié)合構(gòu)造-埋藏史和生烴史，評價油氣運(yùn)移前的有效孔隙度和成藏有效性問題。前人主要通過油氣包裹體均一溫度確定成藏期次，油氣運(yùn)移前有效孔隙度和成藏有效性評價為油氣成藏期次的確定開辟了更為有效的途徑[40-43]。

5 結(jié)論

碳酸鹽巖膠結(jié)物是盆地流體活動的直接產(chǎn)物，對其展開年代學(xué)研究可以揭示盆地流體活動歷史和儲層孔隙演化歷史，近些年激光原位U-Pb定年迅速發(fā)展，但也面臨一些難題，例如可用標(biāo)樣偏少，超低鈾含量古老碳酸鹽礦物檢測難等問題。中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實驗室和昆士蘭大學(xué)(UQ)地球科學(xué)學(xué)院放射性同位素實驗室兩家聯(lián)合開發(fā)適用于古老海相碳酸鹽巖的激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)，開發(fā)了年齡為209.8 Ma的方解石標(biāo)樣，可精確測定鈾含量高于1×10-9的碳酸鹽礦物的年代，為碳酸鹽巖儲層成巖-孔隙演化史研究提供重要的技術(shù)手段。

激光原位U-Pb同位素定年技術(shù)應(yīng)用于塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組儲層成巖-孔隙演化研究。通過充填孔洞、孔隙和裂縫中不同期次白云石和方解石膠結(jié)物的測年，指出寒武系肖爾布拉克組白云巖儲層的埋藏成巖過程是孔隙和孔洞逐漸被充填的過程?？锥吹某涮钭饔弥饕l(fā)生在早加里東期，孔隙的充填作用主要發(fā)生在中加里東期和印支期，加里東和印支期斷裂作為熱液運(yùn)移的通道，為充填孔洞和孔隙的膠結(jié)物提供了物源，未被白云石、方解石和硅質(zhì)膠結(jié)物充填的殘留孔洞、孔隙和裂縫構(gòu)成了主要儲集空間，建立了塔里木盆地寒武系肖爾布拉克組白云巖儲層的成巖-孔隙演化史。綜合寒武系肖爾布拉克組的構(gòu)造-埋藏史、盆地?zé)崾泛秃湎涤駹柾滤菇M烴源巖的生烴史，可對油氣運(yùn)移時間、油氣運(yùn)移前孔隙和成藏期次作出評價。