塔里木盆地古城地區(qū)奧陶系成巖流體與碳酸鹽巖儲層形成關(guān)系研究

馮子輝 邵紅梅 劉云苗 盧 曦 趙 威 白雪晶 許智禹

（ 1中國石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實驗室大慶油田研究分室；2中國石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院 ）

0 引言

塔里木盆地是我國內(nèi)陸最大的多旋回疊合復(fù)合盆地，盆地內(nèi)海相碳酸鹽巖分布廣泛，油氣資源豐富。近年來古城地區(qū)奧陶系白云巖儲層獲得油氣工業(yè)突破，成為塔里木盆地重要的勘探領(lǐng)域[1-8]。古城地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖在漫長的成巖作用過程中，經(jīng)歷了多期次多類型巖溶作用、多期次構(gòu)造作用的改造，儲層類型及成因機(jī)制復(fù)雜[7-15]。不同類型的成巖流體控制了溶蝕作用的發(fā)生，是儲層發(fā)育的關(guān)鍵機(jī)制。

現(xiàn)有的流體來源識別技術(shù)[15-23]主要有：（1）流體包裹體鹽度和均一溫度，但均一溫度受地質(zhì)環(huán)境影響很大；（2）單一或幾種元素的地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析手段，但有一定的多解性，僅用于單源流體的來源分析；（3）同位素測試技術(shù)，對象均為充填在脈體或孔洞內(nèi)的全部充填物，并未區(qū)分不同來源流體改造后的局部充填物顆粒，會造成分析結(jié)果不準(zhǔn)確；（4）地球物理反演和地質(zhì)建模模擬技術(shù)，但其受地質(zhì)資料的精確程度和反演模擬的指標(biāo)參數(shù)影響。隨著激光剝蝕技術(shù)發(fā)展，微區(qū)原位[15]分析技術(shù)對成巖流體識別更為精準(zhǔn)。

針對上述情況，為了進(jìn)一步明確奧陶系不同成巖流體類型對儲層的影響，本文主要采用巖相學(xué)分析（巖石薄片、陰極發(fā)光、包裹體）與地球化學(xué)分析（碳氧同位素、鍶同位素、微量元素、稀土元素、白云石有序度）相結(jié)合的手段，對古城地區(qū)奧陶系儲層不同類型、不同期次的成巖產(chǎn)物進(jìn)行分析，從而對成巖流體進(jìn)行識別，為不同成巖流體類型對儲層發(fā)育規(guī)律的影響提供地質(zhì)依據(jù)。

1 巖石學(xué)特征

古城地區(qū)奧陶系鷹山組與上覆一間房組、下伏蓬萊壩組整合接觸[24]，蓬萊壩組—鷹三段沉積期，主要發(fā)育內(nèi)緩坡—淺緩坡內(nèi)帶沉積，巖性主要為晶粒白云巖（圖1）；鷹二段—一間房組沉積期總體為海侵過程，主要發(fā)育淺緩坡外帶—深緩坡沉積，巖性以顆?；?guī)r為主，含少量的細(xì)—中晶白云巖。

圖1 古城地區(qū)奧陶系地層綜合柱狀圖（以GC9井為例）Fig.1 Comprehensive stratigraphic column of the Ordovician in Gucheng area (Well GC 9 as an example)

研究區(qū)奧陶系由上至下，巖石學(xué)特征如下：

一間房組巖石類型以亮晶顆?；?guī)r為主（圖2a），亮晶方解石膠結(jié)，塊狀構(gòu)造。顆粒成分為砂屑、礫屑、鮞粒、生屑，顆粒較圓，反映水體能量較高。粒內(nèi)溶孔和裂縫發(fā)育，溶蝕具明顯組構(gòu)選擇性。

鷹一段巖石類型以亮晶顆粒灰?guī)r為主（圖2b），少量為泥晶顆?；?guī)r，泥晶—亮晶方解石膠結(jié)，塊狀構(gòu)造。顆粒成分為砂屑、礫屑，砂屑局部粒度較細(xì)，為粉屑，反映水體能量不高。鷹一段主要發(fā)育粒內(nèi)溶孔、晶間孔、裂縫。

鷹二段巖石類型主要為泥晶—亮晶顆?；?guī)r，其次為細(xì)—中晶白云巖，少量殘余顆粒細(xì)晶白云巖（圖2c）。泥晶—亮晶顆粒灰?guī)r為泥晶—亮晶方解石膠結(jié)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。顆粒成分為砂屑、礫屑，少量鮞粒、生物碎屑；顆粒圓度一般，砂屑局部粒度較粗，達(dá)到礫級。細(xì)—中晶白云巖，淺灰色，晶粒大小為0.15～0.5mm，晶面較平直，半自形—他形，晶間方解石充填；部分白云石化部位存留有原巖石灰?guī)r組構(gòu)，顯示亮晶粉屑球粒石灰?guī)r結(jié)構(gòu)。鷹二段主要發(fā)育粒內(nèi)溶孔、晶間孔、裂縫。

鷹三段優(yōu)質(zhì)儲層巖石類型以粗—中晶白云巖（圖2d）、中晶白云巖為主。鏡下顆粒呈鑲嵌接觸關(guān)系，中晶（0.25～0.5mm）為主，粗晶（0.5～1.0mm）次之，白云石晶面彎曲，沒有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，見波狀消光，可保留原巖石灰?guī)r顆粒結(jié)構(gòu)，或者殘余顆粒結(jié)構(gòu)幻影。鷹三段發(fā)育晶間溶孔、小溶洞、裂縫，沿縫溶蝕特征明顯。

鷹四段優(yōu)質(zhì)儲層巖石類型以細(xì)—中晶白云巖為主（圖2e）。晶粒大小以中晶為主，其次為細(xì)晶（0.05～0.25mm），晶體形態(tài)多樣，主要為半自形—他形白云石，為線—凹凸接觸，見有均勻的消光性，可見保留有原巖石灰?guī)r的殘余顆粒結(jié)構(gòu)。見不同程度的硅化，一是隱晶質(zhì)硅交代原巖；二是晶粒石英充填孔洞。鷹四段主要發(fā)育晶間溶孔、溶洞、裂縫。

蓬萊壩組巖石類型以細(xì)晶白云巖為主（圖2f），其次為中—細(xì)晶白云巖。細(xì)晶白云巖晶體形態(tài)主要為自形—半自形，以線接觸為主，見有均勻的消光性。見不同程度的硅化，多以隱晶質(zhì)硅交代原巖或充填晶間孔隙。蓬萊壩組發(fā)育少量晶間孔。

圖2 古城地區(qū)奧陶系巖石學(xué)特征Fig.2 Petrological characteristics of the Ordovician in Gucheng area

2 成巖流體識別標(biāo)志

巖相學(xué)分析與地球化學(xué)分析兩種手段相結(jié)合，確定了研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層至少經(jīng)歷了10期不同類型的成巖流體的地質(zhì)作用（表1）。

表1 古城地區(qū)奧陶系儲層經(jīng)歷的10期成巖流體識別標(biāo)志表Table 1 Identification marks of the 10 phases of diagenetic fluids of the Ordovician reservoirs in Gucheng area

續(xù)表

2.1 準(zhǔn)同生期大氣淡水

巖相學(xué)標(biāo)志明顯（圖3a、b）：被黑色瀝青充填的顆粒內(nèi)緣環(huán)帶狀溶孔及少量的粒間溶孔發(fā)育，溶蝕程度較弱，熒光照射下主要呈現(xiàn)黑褐色或者褐色。組構(gòu)選擇性特征明顯，主要在顆?；?guī)r中發(fā)育。少量樣品呈現(xiàn)新生變形特征，多晶或單晶方解石結(jié)構(gòu)在顆粒內(nèi)部發(fā)育明顯。粒間溶蝕孔洞和顆粒內(nèi)緣環(huán)帶狀溶孔在陰極發(fā)光下較暗，改造型的發(fā)光暈圈或環(huán)邊較少，此現(xiàn)象很大程度上表明碳酸鹽巖沉積初期便發(fā)生了準(zhǔn)同生期大氣淡水淋濾作用。

圖3 古城地區(qū)不同類型成巖流體微觀巖相與陰極發(fā)光特征對比圖Fig.3 Comparison of microscopic lithofacies and cathodoluminescence characteristics of various types of diagenetic fluids in Gucheng area

2.2 準(zhǔn)同生期中等鹽度蒸發(fā)海水

巖相學(xué)標(biāo)志：主要發(fā)育粉晶白云巖，多為細(xì)小的他形晶，揭示了白云石化流體飽和度很高。陰極發(fā)光為均勻的極暗紅色光或者大體上不發(fā)光，此特征揭示海水成巖環(huán)境有低含量的Mn，也表明這類白云巖形成時間較早[25]（圖3c、d）。

元素地球化學(xué)標(biāo)志：主微量元素普遍以高含量Sr、Na，較低含量的Fe、Mn為特征；大部分粉晶白云巖的δ13C變化不大，近似同期海水值，部分δ13C呈現(xiàn)富集（圖4）。δ18O與當(dāng)時海相白云石的值相似；87Sr/86Sr高于同一時期海水值（平均為0.70898）（圖5、圖6）。標(biāo)準(zhǔn)平均海洋水氧同位素δ18OSmow在 -18‰～-14‰之間；稀土元素配分模式的表現(xiàn)與同期的石灰?guī)r一樣，主要體現(xiàn)了對重稀土元素方面比較缺乏，而對輕稀土元素方面較為富集（圖7）。(La/Yb)SN差別不大，平均為1.7；輕/重稀土元素比值（LREE/HREE）較高，平均為17.69；δEu平均為0.56，與同期石灰?guī)r相似，δCe平均為0.57。白云石平均有序度較低，為0.48，符合早期白云石化的特點(diǎn)。

圖4 古城地區(qū)準(zhǔn)同生期中等鹽度蒸發(fā)海水白云石δ13C與δ18O交會圖Fig.4 Dolomite δ13C-δ18O cross plot of quasi-contemporaneous medium salinity evaporated seawater in Gucheng area

圖5 古城地區(qū)準(zhǔn)同生期中等鹽度蒸發(fā)海水白云石87Sr/86Sr與δ13C交會圖Fig.5 Dolomite 87Sr/86Sr-δ13C cross plot of quasicontemporaneous medium salinity evaporated seawater in Gucheng area

圖6 古城地區(qū)準(zhǔn)同生期中等鹽度蒸發(fā)海水白云石87Sr/86Sr與δ18O交會圖Fig.6 Dolomite 87Sr/86Sr-δ18O cross plot of quasicontemporaneous medium salinity evaporated seawater in Gucheng area

圖7 古城地區(qū)準(zhǔn)同生期中等鹽度蒸發(fā)海水白云石稀土元素組成及配分模式圖Fig.7 Composition and distribution pattern of dolomite rare earth elements of quasi-contemporaneous medium salinity evaporated seawater in Gucheng area

2.3 淺埋藏階段中等鹽度封存海水

巖相學(xué)標(biāo)志：發(fā)育細(xì)晶自形白云巖和細(xì)晶半自形白云巖（圖3e、f），多具平直的晶面結(jié)構(gòu)特征，指示其形成溫度較低；縫合線缺失揭示此類白云巖多形成于大規(guī)模壓溶作用之前，只是遭受了輕微的壓實作用。

元素地球化學(xué)標(biāo)志：Na和Mn含量較高，Sr含量偏低。Mn含量增加幅度有限，比同生期/準(zhǔn)同生期白云巖稍高，平均為31.84μg/g。Sr含量稍低于同生期。Na含量平均為621μg/g，與同生期流體大體相近。Mn/Sr較低，平均為0.385。δ18O為-10.3‰～ -4.5‰，δ13C主要集中在 -2.15‰～1‰，與同生期白云巖相比，負(fù)偏移明顯，揭示形成環(huán)境已經(jīng)從偏氧化過渡到半氧化—半還原(圖8）。δ13C區(qū)間較大，偏負(fù)更多的則是繼承原有石灰?guī)r。87Sr/86Sr比較穩(wěn)定（圖9、圖10），揭示成巖流體基本沒有大的改變。與同生期白云石相比，稀土元素配分模式（圖11）同樣表現(xiàn)為對輕稀土元素相對富集，對重稀土元素相對缺失的右傾模式，(La/Yb)SN平均為1.66，說明白云石化流體具有一定的連續(xù)性；LREE/HREE比較高，平均為18.05；δEu和δCe平均值均是0.57，表明形成環(huán)境為半氧化—半還原。白云石有序度比較低，平均為0.57，但與同生期相比較高。

圖8 古城地區(qū)淺埋藏階段中等鹽度封存海水白云石δ13C與δ18O交會圖Fig.8 Dolomite δ13C-δ18O cross plot of shallow buried medium salinity sealed seawater in Gucheng area

圖9 古城地區(qū)淺埋藏階段中等鹽度封存海水白云石87Sr/86Sr與δ18O交會圖Fig.9 Dolomite 87Sr/86Sr-δ18O cross plot of shallow buried medium salinity sealed seawater in Gucheng area

圖10 古城地區(qū)淺埋藏階段中等鹽度封存海水白云石87Sr/86Sr與δ13C交會圖Fig.10 Dolomite 87Sr/86Sr-δ13C cross plot of shallow buried medium salinity sealed seawater in Gucheng area

圖11 古城地區(qū)淺埋藏階段中等鹽度封存海水白云石稀土元素組成及配分模式圖Fig.11 Composition and distribution pattern of dolomite rare earth elements of medium salinity sealed seawater in Gucheng area

2.4 中—深埋藏階段有機(jī)酸性水

巖相學(xué)標(biāo)志主要包含4種（圖12）：（1）被瀝青充填的粉—細(xì)晶白云石晶間溶孔；（2）被瀝青充填的中—粗晶白云石晶間溶孔；（3）被瀝青充填的顆粒灰?guī)r晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔或粒間溶孔；（4）被瀝青充填的沿早期縫合線擴(kuò)溶的藻灰?guī)r、泥灰?guī)r和顆?；?guī)r。

圖12 古城地區(qū)中—深埋藏階段有機(jī)酸性水溶蝕作用典型現(xiàn)象Fig.12 Typical corrosion phenomena of medium-deep buried organic acid water in Gucheng area

2.5 中—深埋藏階段地層鹵水

中—深埋藏階段的白云石化流體以高溫、高鹽度的地層鹵水為主，以高溫深埋背景為其典型特征。

巖相學(xué)標(biāo)志：中—粗晶白云石因其形成溫度高、白云石化流體高度過飽和等因素，主要呈現(xiàn)非平面—曲面他形結(jié)構(gòu)，晶粒相對較粗，具有波狀消光特征。陰極發(fā)光下白云石加大環(huán)帶明顯，主要呈現(xiàn)暗紅色光—昏暗光（圖3g、h）。

元素地球化學(xué)標(biāo)志：與前面幾類白云巖比較，中—粗晶白云石的CaO與MgO的比值較低，鎂元素相對富集，Sr含量較低，表明與重結(jié)晶作用密切相關(guān)。Mn含量較高，平均為57μg/g。Mn與Sr比值變高，揭示重結(jié)晶作用一定程度上增加了成巖蝕變程度。Na含量與同生期蒸發(fā)海水值相比較高，平均為732.6μg/g，這種現(xiàn)象說明，成巖流體由于溫度升高及長時間的水巖反應(yīng)，向地層鹵水轉(zhuǎn)變。δ13C和δ18O均有顯著的負(fù)偏移，分別處于-1.6‰～0.6‰和-9‰～-4.7‰之間（圖13）。δ18OSmow為-4‰～5.5‰，為典型的地層鹵水。稀土元素總量（ΣREE）平均為8.22μg/g，表現(xiàn)仍同前幾類一樣，為右傾模式，(La/Yb)SN表現(xiàn)與圍巖相近，平均為1.3；LREE/HREE普遍較高大于15，平均為16.7；δCe表現(xiàn)為輕微的正異常，指示形成于還原環(huán)境之中（圖14）。白云石有序度為0.75，相對較高，說明結(jié)晶程度較好。

2.6 第Ⅰ期與鈉長石化有關(guān)的熱液流體

巖相學(xué)標(biāo)志：石灰?guī)r中鈉長石化普遍發(fā)育，具有板狀晶形和聚片雙晶的特征，屬于高鈉長石或歪長石（圖15）。

圖13 古城地區(qū)中—深埋藏階段地層鹵水中—粗晶白云石碳同位素、氧同位素交會圖Fig.13 C-O isotope cross plot of medium-coarse crystalline dolomite of medium-deep buried formation brine in Gucheng area

圖14 古城地區(qū)中—深埋藏階段地層鹵水白云石稀土元素組成及配分模式圖Fig.14 Composition and distribution pattern of dolomite rare earth elements of medium-deep buried formation brine in Gucheng area

圖15 古城地區(qū)鈉長石發(fā)育特征圖Fig.15 Development characteristics of albite in Gucheng area

包裹體均一溫度特征：鈉長石有很高的形成溫度，揭示與鈉長石化有關(guān)的成巖流體具有高溫巖漿熱液性質(zhì)。測得鈉長石中鹽水包裹體的溫度分布特征是：50%集中在340～360℃區(qū)間，另外各25%分別處在360～380℃和420～440℃之間。

2.7 第Ⅱ期與熱液重結(jié)晶作用有關(guān)的深部鹵水流體

巖相學(xué)標(biāo)志主要有5種（圖3i、j）：重結(jié)晶形成的中—粗晶白云石、中—粗晶臟白云石、中—粗晶較干凈白云石、充填于構(gòu)造裂縫和熱液溶蝕孔洞中的鞍狀白云石、局部晶形不好的黃鐵礦。這期熱液作用的識別標(biāo)志是陰極下發(fā)光暗或者不發(fā)光。其主要表現(xiàn)為：重結(jié)晶的中—粗晶白云石不發(fā)光，中—粗晶臟白云石陰極射線下發(fā)暗玫瑰紅色光，中—粗晶較干凈白云石陰極射線下近似不發(fā)光，構(gòu)造裂縫和熱液溶蝕孔洞中鞍狀白云石近似不發(fā)光或發(fā)暗玫瑰紅色光，可能主要?dú)w結(jié)于白云石中Mn與Fe含量比值低。

元素地球化學(xué)標(biāo)志：87Sr/86Sr接近同期海水值，δ13C、δ18O相 對 較 高，δ13C平 均 為-0.73‰，δ18O平均為-7.08‰。中—粗晶白云石分布呈現(xiàn)明顯差異的Ⅱ-1型和Ⅱ-2型兩類（圖16），Ⅱ-1型中—粗晶白云石δ18O平均為-7.47‰，較低；Ⅱ-2型中—粗晶白云石δ18O平均為-5.85‰，較高。此階段的碳同位素、氧同位素特征均不同于埋藏白云石化、準(zhǔn)同生期白云石化作用階段，表明熱液流體可能參與其形成。Ⅱ-1型中—粗晶白云石顯示出高M(jìn)n低Sr、Mn/Sr高的 特征，Mn含 量平 均 為183.73μg/g，Sr含量平均為87.10μg/g，Mn/Sr平均為2.13；Ⅱ-2型中—粗晶白云石顯示出低Mn高Sr的特點(diǎn)，Sr含量平均為176.62μg/g，Mn含量平 均 為48.82μg/g，Mn/Sr平均為0.35；鞍狀白云石Sr含 量 為162.04μg/g，Mn含 量 為50.52μg/g，Mn/Sr為0.31（圖17）。Ⅱ-1型 和Ⅱ-2型 兩 類中—粗晶白云石的稀土元素特征差別明顯。Ⅱ-1型中—粗晶白云石（圖18a）：δEu平均達(dá)1.70，Eu正異常，ΣREE平均為6.16μg/g。Ⅱ-2型中—粗晶白云石（圖18b）：Eu負(fù)異常、Ce正異常，對重稀土元素相對缺失，輕稀土元素相對富有，ΣREE較高，平均為8.43μg/g。鞍狀白云石特征與Ⅱ-2型中—粗晶白云石相似。

圖16 古城地區(qū)第Ⅱ期熱液成因中—粗晶白云石碳同位素、氧同位素特征Fig.16 Carbon and oxygen isotope characteristics of medium-coarse crystalline dolomite of phase Ⅱ hydrothermal origin in Gucheng area

圖17 古城地區(qū)第Ⅱ期熱液成因白云石微量元素組成特征Fig.17 Trace element composition characteristics of phase Ⅱ hydrothermal dolomite in Gucheng area

2.8 第Ⅲ期與外源流體相關(guān)的貧鎂熱液流體

巖相學(xué)標(biāo)志主要有3種：中—粗晶臟白云石發(fā)育；熱液溶蝕縫洞發(fā)育；鞍狀白云石發(fā)育于構(gòu)造裂縫和溶蝕縫洞。這期熱液作用的明顯識別標(biāo)志是陰極射線下發(fā)光較強(qiáng)或強(qiáng)(圖3k、l)，方解石發(fā)育于縫洞及構(gòu)造裂縫內(nèi)，呈現(xiàn)亮橘黃色光，鞍狀白云石發(fā)育于縫洞及裂縫內(nèi)，呈現(xiàn)亮橘紅色光，另外亮橘紅色發(fā)光暈圈主要發(fā)育于溶蝕縫洞邊緣，而亮橘紅色發(fā)光斑塊則普遍分布在白云巖中。

圖18 古城地區(qū)第Ⅱ期熱液成因中—粗晶白云石稀土元素組成及配分模式圖Fig.18 Composition characteristics of rare earth elements of medium-coarse crystalline dolomite of phase Ⅱ hydrothermal origin in Gucheng area

元素地球化學(xué)標(biāo)志：溶蝕縫洞內(nèi)第Ⅲ期熱液成因鞍狀白云石的δ13C平均為-0.87‰，δ18O平均為-8.75‰；溶蝕縫洞內(nèi)第Ⅲ期熱液成因方解石的δ13C平均為-1.52‰，δ18O平均為-8.27‰。方解石與同種成因的中—粗晶白云石在碳同位素、氧同位素方面具有一定程度吻合，表明方解石為溶蝕原巖在高溫下重結(jié)晶的產(chǎn)物（圖19、圖20）。CaO/MgO比值較高，中—粗晶白云石平均為2.16，鞍狀白云石平均為2.15。Na含量比地層內(nèi)部熱液的高。鞍狀白云石Mn含量平均為106.83μg/g，中—粗晶他形白云石Mn含量平均為40μg/g，這區(qū)別于第Ⅱ期熱液Mn富集（Mn含量較高）的特征，表明這期流體不是本地層流體，具氧化性質(zhì)。根據(jù)前人[26-29]的研究成果，該期流體貧鎂。鎂同位素在碳酸鹽巖中分布區(qū)域較廣，但在白云巖中分布區(qū)域較窄（圖21）。鞍狀白云石主要來源于原巖的溶蝕作用，其δ18OSmow呈現(xiàn)出兩種類型：Ⅰ類主要集中在0.3‰～4.15‰，Ⅱ類則處于3.9‰～8‰之間，重合的部分區(qū)域揭示了兩類流體存在一定程度的混合。鞍狀白云石稀土元素總量約為5.938μg/g。配分模式大體分為兩類，一類是微弱的左偏模式，另一類則表現(xiàn)了對重稀土元素相對缺乏、對輕稀土元素相對集中的右傾模式。LREE/HREE顯示，鞍狀白云石明顯較富集稀土元素。不同于高溫地層水形成的鞍狀白云石，這期鞍狀白云石稀土元素呈現(xiàn)出(La/Yb)SN較大、δEu較低（平均為0.58）、δCe較高的特點(diǎn)（圖22）。

2.9 第Ⅳ期與硅質(zhì)發(fā)育相關(guān)的富硅流體

巖相學(xué)標(biāo)志：隱晶質(zhì)硅和晶粒石英以不同形式普遍發(fā)育在各個地層，其中隱晶質(zhì)硅主要呈現(xiàn)交代形式，晶粒石英則主要為充填形式，在陰極射線下兩者均不發(fā)光（圖23）。

圖19 古城地區(qū)第Ⅲ期與外源流體相關(guān)方解石的Sr與氧同位素交會圖Fig.19 Sr-O isotope cross plot of phase Ⅲ calcite related to exogenous fluid in Gucheng area

圖20 古城地區(qū)第Ⅲ期與外源流體相關(guān)方解石的Sr與碳同位素交會圖Fig.20 Sr-C isotope cross plot of phase Ⅲ calcite related to exogenous fluid in Gucheng area

元素地球化學(xué)標(biāo)志：本文古城地區(qū)所取樣品的硅、氧同位素值基本落入了陳永權(quán)所定義的塔里木盆地交代硅化巖的區(qū)域（圖24），同時根據(jù)對氧同位素的計算以及石英的眾數(shù)均一溫度（170℃），測得交代流體的δ18OSmow為8.225‰～12.65‰，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同時期海水地層的-8.9‰，這與陳永權(quán)給出的巖漿水δ18O基本相當(dāng)[7，31-34]。因此，認(rèn)為隱晶質(zhì)硅與晶粒石英的成因基本為酸性巖漿水，并且根據(jù)白云石和石英的薄片接觸關(guān)系分析，應(yīng)為貧鎂流體的后期發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)的硅質(zhì)主要呈現(xiàn)Fe含量高、Mn和Al含量低的特點(diǎn)（圖25），同時根據(jù)石英的包裹體溫度，揭示了這期硅質(zhì)流體為后期熱液帶來的產(chǎn)物。

圖21 地球樣品鎂同位素分布范圍[29-30]Fig.21 Distribution range of magnesium isotope of various earth samples[29-30]

圖22 古城地區(qū)第Ⅲ期與外源流體相關(guān)的鞍狀白云石稀土元素組成及配分模式圖Fig.22 Composition and distribution pattern of rare earth elements of phase Ⅲ saddle dolomite related to exogenous fluid in Gucheng area

圖23 古城地區(qū)奧陶系硅質(zhì)發(fā)育特征圖Fig.23 Development characteristics of siliceous of the Ordovician in Gucheng area

圖24 古城地區(qū)硅質(zhì)巖硅同位素、氧同位素交會圖Fig.24 Si-O isotope cross plot of siliceous rocks in Gucheng area

圖25 古城地區(qū)硅質(zhì)Fe、Mn、Al三端元圖Fig.25 Ternary diagram of Fe，Mn and Al of siliceous in Gucheng area

2.1 0第Ⅴ期與晚期方解石充填相關(guān)的富鈣流體

巖相學(xué)標(biāo)志：孔洞、裂縫處發(fā)育晚期充填的方解石，晚于鞍狀白云石的充填。陰極射線下一般呈現(xiàn)不發(fā)光或者是昏暗光（圖26）。

元素地球化學(xué)標(biāo)志：晚期充填的方解石主要呈現(xiàn)出87Sr/86Sr很高，而δ13C和δ18O較低的特點(diǎn)（圖27），揭示方解石主要來源于外源產(chǎn)物。方解石的稀土元素配分模式不同于鞍狀白云石（圖28），稀土元素含量相對較高。δEu主要呈現(xiàn)正異常，跨度區(qū)間是1.1～1.4。LREE/HREE主要顯示兩極化。對于稀土元素，方解石明顯缺乏，鞍狀白云石相對富集，這也揭示了方解石主要是來自后期富鈣流體的大規(guī)模充填，而不是來源于鞍狀白云石伴生。

圖26 古城地區(qū)晚期充填的方解石特征圖Fig.26 Characteristics of late filling calcite in Gucheng area

圖27 古城地區(qū)第Ⅴ期方解石碳同位素、氧同位素交會圖Fig.27 C-O isotope cross plot of phase Ⅴ calcite in Gucheng area

圖28 古城地區(qū)第Ⅴ期方解石和鞍狀白云石稀土元素組成及配分模式圖Fig.28 Composition and distribution pattern of rare earth elements of phase Ⅴ calcite and saddle dolomite in Gucheng area

3 成巖流體對儲層的影響

依據(jù)巖相學(xué)和地球化學(xué)標(biāo)志識別出古城地區(qū)奧陶系存在10期成巖流體，各期成巖流體不同程度地影響了儲層的發(fā)育（表2）。綜合發(fā)現(xiàn)這10期成巖流體主要分為四大類，分別為大氣淡水、海水、地層水和外源熱液流體。分析認(rèn)為塔里木盆地奧陶系優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育主要與大氣淡水和外源熱液流體有關(guān)。

研究區(qū)準(zhǔn)同生期受大氣淡水淋濾作用時間較為短暫，溶蝕作用較弱，形成一間房組—鷹二段石灰?guī)r巖溶型儲層，粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔等儲集空間較為發(fā)育，但均被瀝青充填，揭示這些儲集空間均是有效的，曾參與液態(tài)石油的運(yùn)移、聚集及成藏的過程，對古油藏的形成有極其重要的意義[7，35]。因瀝青充填破壞了灘相孔隙型儲層的有效性，成為研究區(qū)內(nèi)奧陶系的一類潛在儲層。在儲集空間內(nèi)液態(tài)石油沒有全部變成瀝青的區(qū)域，依然是有效的儲集空間，對油氣的儲集有重要意義。

第Ⅲ期與外源流體相關(guān)的貧鎂熱液流體屬于殼源熱液流體，主要通道是巖石裂縫或斷裂系統(tǒng)。由于巖石中孔隙或裂縫較為發(fā)育，溶蝕作用進(jìn)行較為徹底?；|(zhì)白云巖為粉晶白云巖時，原始孔滲條件差，構(gòu)造熱液作用表現(xiàn)為角礫化及鞍狀白云石充填或裂縫充填粗晶白云石；基質(zhì)白云巖為殘余顆粒白云巖時，在晶間孔基礎(chǔ)上沿縫溶蝕形成晶間溶孔和溶洞。構(gòu)造裂縫溝通早期白云石化晶間孔，疊加溶蝕改造形成粗—中晶白云巖縫孔洞型儲層。研究區(qū)內(nèi)部分井鷹三段—鷹四段白云巖均經(jīng)受了這期流體改造，所以巖石中溶蝕孔洞大量發(fā)育，儲集性能好。部分白云巖地層沒有遭受其他的成巖作用，其儲集性能增加的主要因素是熱液流體的溶蝕作用。

表2 古城地區(qū)奧陶系10期成巖流體作用及其對儲層的影響Table 2 Influence of 10 phases of the Ordovician diagenetic fluids on reservoir development in Gucheng area

研究區(qū)的硅質(zhì)存在兩種賦存形式：隱晶狀交代、晶粒狀充填或半充填。第IV期與硅質(zhì)發(fā)育相關(guān)的富硅流體為酸性巖漿水，對儲層具有雙重影響：早期為高溫、高濃度，即溶即沉淀過程，表現(xiàn)為大面積交代，對儲層起破壞性作用；后期硅質(zhì)流體濃度、溫度降低，晶粒石英出現(xiàn)，如沒有足夠量硅質(zhì)充滿孔隙，則表現(xiàn)為建設(shè)性作用。

研究發(fā)現(xiàn)，中—深埋藏階段有機(jī)酸性水溶蝕作用產(chǎn)生的儲集空間高度匹配了石油的產(chǎn)生高峰，表明這些儲集空間是重要的液態(tài)石油儲集空間，對古油藏的形成意義非凡。沒有被瀝青全部充填的孔隙成了有利的儲集空間，尋找此類空間是今后研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

（1）古城地區(qū)奧陶系發(fā)育石灰?guī)r和白云巖兩類儲層。石灰?guī)r儲層主要分布在一間房組、鷹一段、鷹二段。一間房組巖石顆粒較圓，反映水體能量較高。鷹一段巖石顆粒局部粒度較細(xì)，反映水體能量不高。鷹二段巖石顆粒圓度一般，局部粒度較粗，達(dá)到礫級，反映水體能量不高。部分白云石化部位保留原巖石灰?guī)r組構(gòu)。白云巖儲層分布在鷹三段、鷹四段、蓬萊壩組。鷹三段優(yōu)質(zhì)儲層巖石類型以粗—中晶白云巖、中晶白云巖為主，鏡下白云石可保留原巖石灰?guī)r顆粒結(jié)構(gòu)或殘余顆粒結(jié)構(gòu)幻影。鷹四段優(yōu)質(zhì)儲層巖石類型以細(xì)—中晶白云巖為主，鏡下白云石可見保留原巖石灰?guī)r顆粒結(jié)構(gòu)和不同程度的硅化。蓬萊壩組儲層巖石類型以細(xì)晶白云巖為主，其次為中—細(xì)晶白云巖，見不同程度的硅化。

（2）準(zhǔn)同生階段包含兩期成巖流體，分別為準(zhǔn)同生期大氣淡水和準(zhǔn)同生期中等鹽度蒸發(fā)海水。準(zhǔn)同生期大氣淡水淋濾形成一間房組—鷹二段石灰?guī)r巖溶型儲層。準(zhǔn)同生期中等鹽度蒸發(fā)海水白云石化作用因外部碳酸鹽的供給對儲層形成具有一定的破壞性。

（3）埋藏階段包括3期成巖流體：淺埋藏階段中等鹽度封存海水、中—深埋藏階段有機(jī)酸性水和中—深埋藏階段地層鹵水。淺埋藏階段中等鹽度封存海水的白云石化作用主要為重結(jié)晶作用，對孔隙建設(shè)意義較小。中—深埋藏階段有機(jī)酸性水溶蝕作用導(dǎo)致晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔發(fā)育，但基本均被瀝青充填，或礦物再次充填，對孔隙建設(shè)意義較小。中—深埋藏階段地層鹵水的白云石化作用主要為重結(jié)晶作用，因埋藏階段溫度較高，白云石過度生長，對早期的晶間孔隙起破壞作用。

（4）研究區(qū)內(nèi)存在5期外源熱液流體，分別是第Ⅰ期與鈉長石化有關(guān)的熱液流體、第Ⅱ期與熱液重結(jié)晶作用有關(guān)的深部鹵水流體、第Ⅲ期與外源流體相關(guān)的貧鎂熱液流體、第Ⅳ期與硅質(zhì)發(fā)育相關(guān)的富硅流體和第Ⅴ期與晚期方解石充填相關(guān)的富鈣流體。第Ⅰ期與鈉長石化有關(guān)的熱液作用基本不產(chǎn)生儲集空間，對儲層形成意義不大。第Ⅱ期與熱液重結(jié)晶作用有關(guān)的深部鹵水流體對儲層的改造具有破壞性。第Ⅲ期與外源流體相關(guān)的貧鎂熱液流體溶蝕作用導(dǎo)致儲集空間增加，對儲層起建設(shè)性作用。第Ⅳ期與硅質(zhì)發(fā)育相關(guān)的富硅流體作用因發(fā)育隱晶質(zhì)硅交代和晶粒石英充填，對儲層有一定貢獻(xiàn)，但整體以破壞儲層為主。第Ⅴ期與晚期方解石充填相關(guān)的富鈣流體作用主要發(fā)育方解石充填，對儲層起破壞作用。