內(nèi)蒙古索倫地區(qū)輝長巖侵入體對上二疊統(tǒng)林西組烴源巖的影響

趙亮亮，朱占平，王德海，鄧 驍，王兀升

（1.吉林大學地球科學學院，吉林長春130061；2.寧夏回族自治區(qū)煤田地質(zhì)局，寧夏銀川750011）

內(nèi)蒙古索倫地區(qū)輝長巖侵入體對上二疊統(tǒng)林西組烴源巖的影響

趙亮亮1，朱占平1，王德海1，鄧 驍2，王兀升1

（1.吉林大學地球科學學院，吉林長春130061；2.寧夏回族自治區(qū)煤田地質(zhì)局，寧夏銀川750011）

內(nèi)蒙古上二疊統(tǒng)林西組具有潛在的較大生烴能力.在烴源巖生烴過程中侵入巖體起到了一定的控制作用.因此針對索倫地區(qū)輝長巖侵入體對林西組烴源巖的影響進行了巖石學、有機地球化學等方面的研究，發(fā)現(xiàn)似層狀輝長巖侵入體對圍巖的影響范圍僅相當于巖體自身厚度.在侵入界面的外側(cè)，烴源巖具有變質(zhì)分帶現(xiàn)象以及有機質(zhì)含量低、高熟和裂縫發(fā)育的特點，其根源是輝長巖體侵入時的較高溫度和壓力造成的.輝長巖侵入時帶來的高溫促進了烴源巖的熱演化，并提高了有機質(zhì)成熟度和生烴量；高壓使圍巖產(chǎn)生的大量裂縫為烴源巖排烴提供了通道.

上二疊統(tǒng)；林西組；輝長巖侵入體；烴源巖；內(nèi)蒙古

中國東北地區(qū)在地質(zhì)上主要指的是西拉木倫河－延吉縫合帶以北的中國境內(nèi)地區(qū)，區(qū)域大地構(gòu)造上地處西伯利亞板塊、華北板塊和太平洋板塊之間.長期以來中國東北地區(qū)晚古生代的構(gòu)造屬性一直被認為是海西期褶皺帶或碰撞造山帶，作為中、新生代盆地的變質(zhì)結(jié)晶基底成為油氣勘查的禁區(qū).新的研究結(jié)果表明晚古生界是佳-蒙地塊基底之上的第一個具有區(qū)域性分布的具有準蓋層性質(zhì)的陸相-海相沉積蓋層，巖石沒有遭受區(qū)域變質(zhì)作用，其主體處于高級成巖階段；大面積分布的花崗巖主體形成于中生代（220～180 Ma），而不是海西期.因此東北地區(qū)上古生界并不是中-新生代盆地的結(jié)晶基底.該區(qū)晚古生代海相地層發(fā)育，屬于大陸邊緣沉積，發(fā)育了巨厚的暗色泥巖和碳酸鹽巖，具有潛在的生烴能力，是東北地區(qū)油氣資源勘查的重要新層系［1-6］.

近年來隨著地質(zhì)工作的深入進行，晚古生代有些層位已經(jīng)見有油氣顯示.例如松遼盆地四深一井鉆穿石炭-二疊系，發(fā)現(xiàn)天然氣顯示.肇深8井營城組發(fā)現(xiàn)的甲烷氣占烴類氣體的95%以上，氣源為石炭-二疊系淺變質(zhì)巖系［7-8］.松遼盆地還有來自石炭-二疊紀源巖層的天然氣資源［9］.特別是隨著黑龍江省龍江縣林西組粉-細砂巖裂縫中賦存有由巖石自身生成的的干瀝青的發(fā)現(xiàn)［10］，更加證明林西組具有良好的油氣遠景.鑒于以往地質(zhì)工作較多從沉積埋藏的角度進行晚古生代烴源巖演化研究的狀況，本文特別針對侵入巖體對索倫地區(qū)林西組烴源巖演化的影響進行探討，以期揭示其中的規(guī)律.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

內(nèi)蒙古索倫地區(qū)大地構(gòu)造位置屬于西伯利亞古板塊大陸邊緣向南增生部分，處于賀根山斷裂帶和西拉木倫河縫合帶之間.區(qū)內(nèi)晚古生代地層比較發(fā)育.晚石炭世—二疊紀沉積環(huán)境是一個規(guī)模巨大、南與古亞洲洋相連的海相沉積盆地［1，3-4，11-15］.研究區(qū)上二疊統(tǒng)林西組位于內(nèi)蒙古天山-興安地層區(qū)的大興安嶺地層分區(qū)，該區(qū)位于天山-興安地槽褶皺區(qū)，斜跨大興安嶺中華力西褶皺帶與內(nèi)蒙古晚華力西褶皺帶兩個二級構(gòu)造單元,處于阿爾山復背斜南東翼與烏蘭浩特復向斜北西翼兩個三級構(gòu)造單元上.林西組的建組剖面為位于林西縣的官地剖面，主要由一套黑色板巖、粉砂巖、砂巖組成，含豐富的淡水瓣鰓類和植物化石，在不同地區(qū)曾被稱為索倫組、包爾敖包組和陶海營子組，根據(jù)巖性和生物群特征，統(tǒng)稱為林西組［16］（圖 1）.

?內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院.索倫幅1∶20萬地質(zhì)圖（L-51-14）.2000.

研究區(qū)內(nèi)林西組分布較廣，呈北東向條帶狀展布.本文選取出露較好、構(gòu)造較為簡單且具有代表性的索倫鎮(zhèn)北5km左右的林西組P09-24剖面（坐標：46°37.806′N；121°14.462′E）為例（圖 2）進行探討.該剖面為吉林大學“松遼盆地及外圍上古生界油氣勘探新領(lǐng)域”項目組詳測剖面.剖面走向280°，總厚度306m，巖性主要為灰黑色砂巖、粉砂巖和泥巖，沉積環(huán)境主要為湖相和三角洲相?王德海.松遼盆地及外圍上古生界烴源巖、儲層研究報告.2009..剖面地層中夾數(shù)層似層狀輝長巖侵入體，其中最厚的為第27層，厚15m，引起圍巖接觸變質(zhì).

2 侵入巖體對烴源巖演化的影響

火成巖是地下深處物質(zhì)和能量的重要載體，它大大提高了地層局部的溫度和壓力，而溫度、壓力是烴源巖演化的基礎(chǔ).所以，火成巖對烴源巖演化具有非常重要的影響，本文以P09-24a剖面中厚15m的似層狀輝長巖侵入體為例，從溫度和壓力兩方面，探討輝長巖侵入體對烴源巖影響的規(guī)律.

2.1 侵入體圍巖接觸變質(zhì)特征

索倫地區(qū)林西組P09-24b剖面中輝長巖墻厚度為15.54m，呈似層狀侵入暗色泥巖（圖3）.野外露頭剖面及鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，輝長巖墻之上16m范圍內(nèi)烴源巖發(fā)生了明顯變質(zhì)?王德海.松遼盆地及外圍上古生界烴源巖、儲層研究報告.2009.，并且距輝長巖越近，變質(zhì)程度越高.根據(jù)鏡下特征劃分為兩個變質(zhì)帶——紅柱石角巖帶和斑點狀角巖帶.

紅柱石角巖帶：分布在距離輝長巖體8m以內(nèi)，主要特征是巖石中出現(xiàn)紅柱石變斑晶（圖4a），多數(shù)為雛晶.且距巖體近，雛晶粒度大，距離越遠，雛晶粒度變小.基質(zhì)具有顯微細粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，由黑云母、白云母、石英以及碳質(zhì)組成，千枚狀－片狀構(gòu)造，具有角巖結(jié)構(gòu)特征.

斑點板巖帶：分布在距輝長巖體8～16m之間，帶寬8m左右，主要特征是巖石中出現(xiàn)綠黑色斑點.此帶距離巖體較遠，熱力影響不大，原巖成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造變化較小.顯微鏡下觀察新生變質(zhì)礦物不明顯，主要由隱晶質(zhì)的泥質(zhì)組成，隱約見有斑點狀集合體，且具有距巖體越近斑點數(shù)量多，越遠斑點數(shù)量變少的趨勢.總體巖石呈現(xiàn)變余泥狀結(jié)構(gòu)，斑點狀構(gòu)造（圖4b）.

在20m以外變?yōu)檎Ｄ鄮r帶（圖4c、d），顯微鏡下新生的變質(zhì)礦物數(shù)量少，有一些無色的細小云母類礦物和片狀綠色綠泥石，含有黑色的炭質(zhì)組分.此帶距離巖體遠，幾乎未受熱力影響，巖石總體呈現(xiàn)變余泥狀結(jié)構(gòu)，手標本呈塊狀（圖4d）.該侵入巖體引起圍巖的變質(zhì)分帶現(xiàn)象，與區(qū)域上內(nèi)蒙古中部地區(qū)晚古生代地層接觸變質(zhì)的研究結(jié)果相一致［1］.

2.2 溫度對烴源巖的影響

輝長巖攜帶了大量深部熱量，熱量不斷傳遞給圍巖，提高了圍巖（地層）局部的溫度.在侵入體之上16m范圍內(nèi)，發(fā)生了明顯的圍巖接觸變質(zhì)分帶現(xiàn)象.從接觸面向外，兩個變質(zhì)帶巖石顏色由深變淺，結(jié)構(gòu)由致密逐漸變?yōu)樗缮?，并?0m處恢復正常.變質(zhì)帶中出現(xiàn)的特征變質(zhì)礦物，相應地由中溫變質(zhì)礦物向低溫變質(zhì)礦物轉(zhuǎn)變，可見在20m范圍內(nèi)距侵入體越遠，其熱變質(zhì)影響程度越弱.

結(jié)合烴源巖有機碳分析和巖石熱解分析獲得的有機地球化學數(shù)據(jù)（表1），發(fā)現(xiàn)該段烴源巖有機碳含量變化很大，總體上分兩個階段.

（1）在20m范圍以內(nèi)，泥巖有機碳含量偏低，平均只有0.85%，而且距巖體越近，有機碳含量越低，而S1、S2、Ihc、Ih、D 等參數(shù)都具有距巖體越近數(shù)值越高，距巖體漸遠數(shù)值減小的趨勢，這可能與輝長巖攜帶的流體有關(guān).同時，有機質(zhì)熱演化程度也較高，Tmax平均為494℃.

（2）在20m處，有機碳突增至1.07%，在20m范圍以外，泥巖有機碳含量恢復正常，平均為1.32%，而且數(shù)據(jù)顯示有機碳含量較穩(wěn)定.顯然在20m之外，圍巖已不受輝長巖侵入影響.S1、S2、Ihc、Ih、D 等參數(shù)值也不再受與輝長巖距離遠近的影響.同時，烴源巖有機質(zhì)熱演化程度較低，如Tmax平均為470℃.對比接觸變質(zhì)帶內(nèi)外烴源巖成熟度參數(shù)，可以看出侵入巖體提高了圍巖的有機質(zhì)熱演化程度.

表1 烴源巖樣品有機地球化學分析數(shù)據(jù)Table 1 Organic geochemistry data of hydrocarbon source rock samples

這種現(xiàn)象表明輝長巖對周圍烴源巖的生烴起到重要的控制作用，即一方面大大提高了其有機質(zhì)熱演化程度，導致烴源巖高熟甚至過熟；另一方面使影響范圍內(nèi)烴源巖的有機質(zhì)幾乎完全轉(zhuǎn)化為油氣，顯著降低了有機碳含量，從而提高了生烴量.這些特征是由于輝長巖攜帶了大量深部熱量，提高了局部地層溫度，促進圍巖烴源巖的生烴演化，使烴源巖中的有機質(zhì)幾乎完全轉(zhuǎn)化為油氣，從而提高了生烴量.眾所周知，溫度是烴源巖生烴演化的主導因素，溫度不僅控制了烴源巖的演化程度，而且與其生烴速度呈指數(shù)關(guān)系，即溫度每升高10℃，化學反應速度增加2～4倍.輝長巖侵入體攜帶的熱量大大提高了圍巖的溫度，從而提高了烴源巖生烴速度.當然距輝長巖墻越遠，熱作用越小.

2.3 壓力對烴源巖的影響

壓力對烴源巖作用表現(xiàn)在兩個方面：一是高壓導致圍巖形成大量的裂隙，成為排烴的良好通道；二是高壓為排烴提供了直接動力.分析表明，輝長巖上20m內(nèi)烴源巖有機碳含量較低，距輝長巖20m以外有機碳含量較高.雖然P09-24-19和P09-24-20兩樣品相距僅有4m，但有機碳含量相差很多，并在P09-24-20樣品處恢復正常.這說明輝長巖在提高烴源巖成熟度的同時，還大大促進了其排烴，從而使殘余可溶有機質(zhì)含量大大降低.

當泥巖孔隙壓力（排烴動力）超過巖石的機械阻抗（排烴阻力）時，泥巖可產(chǎn)生大量的微裂縫，形成超壓流體釋放的通道，沿該通道可進行幕式排烴［18］.待流體釋放，壓力減小到一定限度時，微裂縫又會閉合.之后開始下一循環(huán)，直至烴源巖生烴能力枯竭或生烴的物化條件被改變而停止排烴.微裂縫排烴區(qū)位于超壓區(qū)內(nèi)部，通常處于壓力較高區(qū)域.理論計算結(jié)果表明［19］，當壓力系數(shù)超過1.3時，可使泥巖微裂縫呈開啟狀態(tài).研究區(qū)輝長巖侵入體冷卻與結(jié)晶過程中，巖漿熔體體積膨脹，內(nèi)積增大，產(chǎn)生局部異常高壓.例如當含水2.7%的花崗巖熔體在2km深處全部結(jié)晶時，體積將膨脹50%，所積聚的內(nèi)壓可高達n×100 MPa，而最堅韌圍巖的抗張強度也僅有 n×10 MPa［20］.因此侵入體周圍烴源巖屬于微裂縫排烴模式，其排烴范圍大，排烴效率高，形成了殘余可溶有機質(zhì)含量低的現(xiàn)象.

3 結(jié)論

輝長巖侵入體對周圍烴源巖的生烴演化具有控制作用，原因是輝長巖侵入體提高了地層局部溫度和壓力.

（1）似層狀輝長巖侵入體影響范圍有限，僅大致相當于巖體自身的厚度.

（2）熱接觸變質(zhì)范圍內(nèi)，可劃分兩個變質(zhì)帶：紅柱石角巖帶和斑點狀角巖帶.距巖體越近，S1、S2、Ihc、Ih、D等參數(shù)值越高；遠離巖體參數(shù)值降低；變質(zhì)帶以外參數(shù)值恢復正常，趨于穩(wěn)定.

（3）高溫為烴源巖生烴提供了熱量，使烴源巖早熟、高熟甚至過熟，而且距侵入體越近，有機碳參數(shù)值越小，20m之外恢復正常.

（4）高壓使圍巖產(chǎn)生大量裂隙，為排烴提供了通道和動力，促進烴源巖排烴，顯著提高了排烴率.

致謝：在成文過程中，“松遼盆地及外圍上古生界油氣勘探新領(lǐng)域”項目組各位老師提供了寶貴的意見及資料，在這里對他們的支持和幫助表示感謝.

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THE INFLUENCE OF INTRUSIVE ROCK ON THE EVOLUTION OF HYDROCARBON SOURCE ROCKS IN SUOLUN COUNTY,INNER MONGOLIA

ZHAO Liang-liang1,ZHU Zhan-ping1,WANG De-hai1,DENG Xiao2,WANG Wu-sheng1

（1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China;2.Ningxia Bureau of Coal Geological Exploration,Yinchuan 750011,China）

The Upper Permian Linxi formation in Inner Mongolia has a great potential of hydrocarbon.During the evolution of hydrocarbon source rocks,the intrusive gabbro plays a controlling role.Based on the analyses of lithology and organic geochemistry,the influence of the gabbro body on the hydrocarbon source rocks of Linxi formation is studied.It is found that in Linxi formation in Suolun area,the influencing range of gabbro intrusion to the surrounding hydrocarbon source rocks is just as wide as the width of the intrusive rock itself.Outside the intrusive body,hydrocarbon source rocks are characterized by metamorphic zonation,with low organic matter content,high maturity and developed cracks,which are caused by the high temperature and pressure when the gabbros form.The high temperature greatly accelerates the thermal evolution of the hydrocarbon source rocks,increasing the hydrocarbon generating quantity.The high pressure produces a quantity of cracks,which provide channels for the expulsion of the hydrocarbon.

Upper Permian;Linxi formation;gabbro intrusion;hydrocarbon source rocks;Inner Mongolia

1671-1947（2011）03-0205-05

P588.12

A

2011－03－21；

2011-05-10.編輯：張哲.

國家自然科學基金項目（40739905）和國家油氣專項（2009GYXQ12-01）資助.

趙亮亮（1982—），男，在讀博士研究生，構(gòu)造地質(zhì)學專業(yè)，通信地址吉林省長春市建設(shè)街2199號，E-mail//freedom0724@163.com