單秀琴，張寶民，張靜，張立平，賈進(jìn)華，劉靜江

（中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院）

古流體恢復(fù)及在儲(chǔ)集層形成機(jī)理研究中的應(yīng)用
——以塔里木盆地奧陶系為例

單秀琴，張寶民，張靜，張立平，賈進(jìn)華，劉靜江

（中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院）

基于縫洞-溶洞充填泥的硼元素分析，充填方解石中包裹體均一溫度-鹽度、液相成分中陰離子、氫氧同位素測(cè)定，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，恢復(fù)塔里木盆地奧陶系巖溶儲(chǔ)集層古流體，在此基礎(chǔ)上分析巖溶儲(chǔ)集層成因?？p洞-溶洞充填泥中硼元素含量總體小于80 μg/g；充填方解石中包裹體均一溫度存在地區(qū)差異，鹽度分布范圍大，包裹體液相成分中HCO3-含量總體較高而Cl-、SO42-含量分布離散，包裹體氫氧同位素組成較為離散、δD值偏負(fù)、δ18O值偏正。這些證據(jù)表明，塔里木盆地奧陶系古流體來(lái)源于表生期大氣淡水、被埋藏封存的淡水-海水混合水、海水及濃縮海水，以及沿?cái)嗔褞细Z的寒武系白云巖層系、蒸發(fā)巖系的埋藏鹵水；孔洞-溶洞型儲(chǔ)集層形成的最主要建設(shè)性成巖作用是表生期大氣淡水的侵蝕、溶蝕，在埋藏期經(jīng)歷了深部熱流體不同程度的改造。圖8表1參23

塔里木盆地；巖溶儲(chǔ)集層；古流體恢復(fù)；儲(chǔ)集層形成機(jī)理；微量元素硼；包裹體均一溫度；包裹體鹽度；氫氧同位素組成

碳酸鹽巖規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的形成主要受沉積微相與建設(shè)性成巖作用兩大因素控制。建設(shè)性成巖作用主要包括溶蝕作用、白云石化和破裂3大類，其中以侵蝕性古流體的溶蝕作用分布最廣泛、影響最強(qiáng)烈[1-2]。本文以塔里木盆地奧陶系巖溶儲(chǔ)集層為例，通過古流體恢復(fù)，探討儲(chǔ)集層形成機(jī)理，為有利儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

塔里木盆地位于中國(guó)西部，面積達(dá)56×104km2。其中奧陶系碳酸鹽巖廣泛分布，最大殘厚達(dá)千米，自下而上依次為蓬萊壩組、鷹山組、一間房組、吐木休克組和良里塔格組，各組之間均為平行不整合接觸，奧陶系與上覆志留系（或石炭系）為角度不整合接觸，其間經(jīng)歷了多期（至少7期）古巖溶作用（見圖1），且晚期巖溶作用對(duì)早期巖溶儲(chǔ)集層進(jìn)行疊加改造。此外，巴楚—塔中主體區(qū)缺失一間房組和吐木休克組，表明該區(qū)經(jīng)歷了中加里東中晚期的古巖溶作用。塔北牙哈—英買力地區(qū)奧陶系被剝蝕殆盡，寒武系白云巖被下白堊統(tǒng)卡普沙良群陸相碎屑巖覆蓋，表明其最終為印支—燕山期古巖溶定型[3]。受古巖溶作用影響，碳酸鹽巖層系普遍發(fā)育縫洞、孔洞和大型溶洞，且被陸源碎屑和方解石等沉積物半充填或全充填。

圖1 塔里木盆地塔北、巴楚—塔中地區(qū)巖溶儲(chǔ)集層分布圖

前人分別從現(xiàn)今地層水[4-6]和縫洞-溶洞化學(xué)充填膠結(jié)物[7-15]兩個(gè)方面對(duì)塔里木盆地海相碳酸鹽巖層系進(jìn)行了古流體恢復(fù)：前者根據(jù)元素地球化學(xué)分析，并結(jié)合δD-δ18O關(guān)系，證明塔里木盆地碳酸鹽巖層系古流體為地質(zhì)時(shí)期海水蒸發(fā)殘余，且在后期受到淡水混合、鹽類和方解石溶解以及白云石化等水-巖反應(yīng)的影響[4-6]；后者根據(jù)縫洞-溶洞充填方解石等膠結(jié)物的δ13C-δ18O關(guān)系和鍶同位素組成，結(jié)合地質(zhì)背景，認(rèn)為奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)歷了大氣淡水、海水-淡水混合水及熱液等多種溶蝕作用[7-15]。

理論上，溶洞充填碎屑巖在隆升剝蝕期暗河侵蝕、溶蝕成洞過程中沉積，其中泥質(zhì)巖是元素、微量元素測(cè)試分析和古流體恢復(fù)的最佳樣品[2]。本文對(duì)奧陶系縫洞和大型溶洞中充填物進(jìn)行了系統(tǒng)采樣和測(cè)試分析，獲得數(shù)據(jù)5×104余個(gè)。對(duì)其中泥巖樣品進(jìn)行了微量元素測(cè)試分析；對(duì)方解石等膠結(jié)物樣品進(jìn)行了方解石中包裹體均一溫度-鹽度、液相成分中陰離子含量和δD-δ18O關(guān)系測(cè)試分析。

2 縫洞-溶洞充填泥微量元素硼含量分析

2.1 縫洞-溶洞充填碎屑巖巖性特征

塔里木盆地奧陶系縫洞-溶洞充填碎屑巖的類型多樣，歸納為4類：①風(fēng)化殼殘積角礫巖，廣泛發(fā)育在各期碳酸鹽巖潛山頂面，由粒徑不一、形態(tài)各異的碳酸鹽巖角礫和砂泥充填膠結(jié)物組成，一般厚1～20 m。角礫的巖性與不整合面下最新基巖巖性相同，充填膠結(jié)物巖性與不整合面上最老巖層巖性相同。為潛山頂部溶洞因斷裂活動(dòng)、河流或海浪侵蝕而崩塌，并在地殼再次沉降時(shí)被新的沉積物所充填膠結(jié)形成，因而可將其視為古老溶洞的“遺痕”（見圖2a）。此外，普遍可見與上覆直接蓋層巖性相同的砂泥巖充填于潛山頂部溶洞中（見圖2b）。②洞穴崩塌角礫巖，普遍見于鉆井揭示的溶洞中，為粒徑不一、形態(tài)各異的碳酸鹽巖角礫與暗河搬運(yùn)來(lái)的陸源碎屑的混合沉積，或被方解石等充填膠結(jié)而成。角礫成分與圍巖相同，為隆升剝蝕期斷裂活動(dòng)與暗河侵蝕、溶蝕所導(dǎo)致的溶洞洞頂與洞壁的坍塌形成。③溶洞沉積砂礫巖，礫石多為略具定向性或呈疊瓦狀排列的碳酸鹽巖角礫，小角礫磨圓度較差，所夾泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖具斜層理或水平層理，屬洪水/平水期暗河上游、較大古地形坡度背景下的沖洪積成因（見圖2c）。④溶洞沉積砂巖和泥巖，包括含礫砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖，為平水期暗河中下游、較小古地形坡度背景下的沉積（見圖2d—2i）。

圖2 塔里木盆地奧陶系縫洞-溶洞充填碎屑巖特征

2.2 縫洞-溶洞充填泥微量元素硼含量及古流體特征

前人將硼含量作為判斷古水介質(zhì)鹽度的首選指標(biāo)，并通常以小于40 μg/g、40～80 μg/g和大于80 μg/g作為區(qū)分淡水、半咸水和咸水的標(biāo)準(zhǔn)[16]，該指標(biāo)已廣泛用于古環(huán)境判別，但在儲(chǔ)集層研究中卻鮮見。

對(duì)塔北、巴楚、塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖上覆直接蓋層（上奧陶統(tǒng)吐木休克組和桑塔木組、志留系、石炭系海相泥巖）43塊樣品，以及碳酸鹽巖縫洞-溶洞充填泥的97塊樣品進(jìn)行硼含量測(cè)試。結(jié)果表明，上奧陶統(tǒng)、志留系、石炭系海相泥巖硼含量分別為79.7～276.0、77.83～147.92、89.6～142.0 μg/g，平均含量分別為126.3、84.8和115.6 μg/g，且發(fā)現(xiàn)海相古生物化石，屬于典型海相沉積；塔北、巴楚、塔中地區(qū)碳酸鹽巖縫洞-溶洞充填泥硼含量分別為1～179、35.2～ 230.0、5～367 μg/g（見圖3）。縫洞-溶洞充填泥硼含量所揭示的古流體具有如下特征。

圖3 塔里木盆地塔北、塔中、巴楚地區(qū)溶洞充填泥微量元素硼含量直方圖

①塔北地區(qū)碳酸鹽巖縫洞-溶洞充填泥的硼含量主體小于80 μg/g，表明古流體主要為淡水、半咸水，其次為咸水。結(jié)合地質(zhì)背景分析發(fā)現(xiàn)硼含量大于80 μg/g的充填泥有兩種成因，其中大部分是晚奧陶世桑塔木組沉積期、志留紀(jì)、石炭紀(jì)海侵初期海水侵入風(fēng)化殼殘積角礫巖中，或沿?cái)嗔押土芽p侵入縫洞-溶洞中而形成的海相沉積，并含有海相古生物化石（見圖2b）；其次與古隆起圍斜低部位“滯水區(qū)”巖溶水循環(huán)不暢有關(guān)，如輪東1井良里塔格組灰?guī)r溶洞中3個(gè)灰白色泥巖樣品硼含量分別為87.2、96.5、161.0 μg/g[17]。

②塔中地區(qū)縫洞-溶洞充填泥的硼含量也總體小于80 μg/g，古流體大多為淡水、半咸水，其次是咸水。硼含量為80～134 μg/g的樣品也屬晚奧陶世桑塔木組沉積期、志留紀(jì)、石炭紀(jì)海侵初期海水侵入風(fēng)化殼殘積角礫巖或沿?cái)嗔?、裂縫侵入縫洞-溶洞中形成的海相沉積；硼含量為211～367 μg/g的樣品取自塔中12井（218 μg/g）、塔中102井（211 μg/g）和塔中451井（323 μg/g和367 μg/g）。塔中12井樣品取自蓬萊壩組頂，為土黃色白云巖風(fēng)化殼，表明蓬萊壩組沉積后暴露剝蝕期仍繼承了寒武紀(jì)—早奧陶世早期的干熱古氣候[3]，蒸發(fā)作用強(qiáng)，地表水鹽度高；塔中102井、塔中451井區(qū)斷裂發(fā)育，又恰處于中寒武統(tǒng)蒸發(fā)潟湖沉積的邊緣[3]，因而在溶洞被海相沉積埋藏后的晚二疊世，因斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)導(dǎo)致中寒武統(tǒng)埋藏鹵水沿?cái)嗔焉嫌?，并侵入縫洞-溶洞，改造其中的充填泥[18]。塔中Ⅰ號(hào)帶良里塔格組礁灘體儲(chǔ)集層也為大氣淡水溶蝕成因。例如，塔中62-1井4 895.5 m井段溶洞被油味濃的黑褐色透明巨晶方解石夾綠灰色泥質(zhì)紋層半充填，其硼含量?jī)H為4.74 μg/g，是塔中所有測(cè)試樣品最低值，表明暗河在溶蝕成洞過程中將所攜帶的陸源泥沉淀其中。

③巴楚地區(qū)縫洞-溶洞充填泥的硼含量總體上與塔北和塔中地區(qū)相似，但硼含量小于80 μg/g的樣品比例小。結(jié)合地質(zhì)背景分析發(fā)現(xiàn)，巴楚地區(qū)縫洞-溶洞充填泥樣品均來(lái)自瑪扎塔格斷裂帶和田河氣田鉆井（瑪2、瑪4、瑪401和瑪5井，見圖1），且位于中寒武統(tǒng)蒸發(fā)潟湖沉積腹部[18]，因而也經(jīng)歷了類似于塔中102井、塔中451井的演化歷程。

3 縫洞-溶洞充填方解石中包裹體分析

3.1 包裹體均一溫度、鹽度分析及古流體指示意義

碳酸鹽巖成巖演化過程中，早表生期成巖和淺、中、深埋藏期成巖，以及晚表生期成巖（巖溶作用）階段都有大量方解石、白云石充填物和膠結(jié)物形成，且均含流體包裹體。流體包裹體均一溫度和鹽度分別近似于宿主礦物形成時(shí)的古地溫和流體介質(zhì)鹽度。據(jù)此可分別恢復(fù)其形成時(shí)的古地溫、成巖階段[19]和古流體鹽度。現(xiàn)代海水平均鹽度為3.3%，平均鹽度小于3.3%為半咸水—淡水，平均鹽度大于3.3%為咸水、超咸水，以此為標(biāo)準(zhǔn)判斷古流體鹽度。

圖4為塔里木盆地奧陶系縫洞-溶洞充填方解石宏觀產(chǎn)狀和特征。偏光顯微鏡下，各期方解石間常見膠結(jié)不整合，總體上早期沉淀方解石污濁，晚期明亮。淺—中埋藏期形成的鹽水包裹體在室溫下常呈氣液兩相，可測(cè)出均一溫度和鹽度，且與烴類包裹體共生。暴露剝蝕期地表—近地表環(huán)境下不宜形成粗晶膠結(jié)物和可測(cè)包裹體，且其形成的少量包裹體在室溫下一般仍保持捕獲時(shí)的液相單一相態(tài)，難以測(cè)出均一溫度和鹽度，所以導(dǎo)致低溫低鹽度包裹體數(shù)據(jù)偏少（見圖5、圖6）。

統(tǒng)計(jì)塔北、塔中地區(qū)奧陶系縫洞-溶洞充填方解石135個(gè)樣品的2 084個(gè)包裹體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，塔北地區(qū)包裹體均一溫度為40～120 ℃，峰值為60～69 ℃；塔中地區(qū)包裹體均一溫度為40～160 ℃，峰值為80～99 ℃（見圖6a）。塔北地區(qū)包裹體形成于淺—中埋藏階段，而塔中地區(qū)包裹體發(fā)育于淺—中和中—深埋藏階段。構(gòu)造分析發(fā)現(xiàn)塔中地區(qū)包裹體所揭示的高地溫與強(qiáng)烈斷裂活動(dòng)所帶來(lái)的深部熱流體作用有關(guān)，而非埋深導(dǎo)致。因?yàn)樗薄⑺械貐^(qū)的沉積序列相似，但塔中地區(qū)奧陶系缺失了鷹山組頂部、一間房組和吐木休克組，奧陶系及上覆地層殘厚薄于塔北地區(qū)。

圖4 塔北、塔中奧陶系縫洞-溶洞充填方解石產(chǎn)狀與巖性特征

圖5 塔中奧陶系縫洞-溶洞充填方解石中的包裹體照片

圖6b為塔北和塔中地區(qū)奧陶系縫洞-溶洞充填方解石中包裹體均一溫度-鹽度相關(guān)關(guān)系。所獲得的1 300余個(gè)鹽度數(shù)據(jù)的分布范圍很大，為0～23.5%。如前所述，由于包裹體形成條件與測(cè)試技術(shù)所限，淡水包裹體數(shù)據(jù)較少。結(jié)合地質(zhì)背景綜合分析發(fā)現(xiàn)：縫洞-溶洞充填方解石形成期次多，從暴露剝蝕期至淺、中、深埋藏期均廣泛發(fā)育，揭示古流體來(lái)源于表生期大氣淡水（大氣降水、河流和暗河）、被埋藏封存的淡水-海水混合水（半咸水）、海水（咸水）和濃縮海水（鹵水），以及因強(qiáng)烈斷裂活動(dòng)而上涌的中寒武統(tǒng)蒸發(fā)巖系的埋藏鹵水。

圖6 塔北、塔中奧陶系縫洞-溶洞充填方解石的包裹體均一溫度及其與鹽度關(guān)系

3.2 包裹體液相成分中陰離子分析及古流體指示意義

采用離子色譜法可測(cè)定包裹體液相成分中的陰離子（F-、Cl-、Br-、PO43-、NO3-和SO42-），該方法已廣泛應(yīng)用于古流體液相成分分析[20-21]，但在油氣儲(chǔ)集層研究中卻應(yīng)用較少。由于目前微區(qū)、微量取樣和測(cè)試分析技術(shù)尚不完善，因而只能對(duì)儲(chǔ)集層大孔隙（孔洞、溶洞和裂縫）中的充填物（如方解石等）進(jìn)行群體包裹體測(cè)試分析，所獲得包裹體液相成分中的陰離子構(gòu)成與含量反映某個(gè)地質(zhì)時(shí)期流體介質(zhì)的總體特征，對(duì)于古流體恢復(fù)與溶蝕機(jī)理分析極為重要。通常氯離子含量與古鹽度正相關(guān)，氯離子含量較低說明水循環(huán)通暢，氯離子含量高說明循環(huán)不暢或埋藏濃縮；SO42-含量也與古鹽度正相關(guān)，多來(lái)源于蒸發(fā)巖系的埋藏鹵水，并可指示TSR（硫酸鹽熱化學(xué)還原）作用；大氣淡水中HCO3-含量很高，其豐度可反映大氣淡水的混入程度和古流體的侵蝕性。

包裹體液相成分中陰離子測(cè)試由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析中心完成，采用離子色譜法測(cè)定Cl-、F-、Br-、NO3-、SO42-含量，采用滴定法測(cè)定CO32-、HCO3-和OH-含量。71塊測(cè)試樣品，除塔中48井1個(gè)樣品為重晶石（包裹體液相成分中F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-含量依次為0、62.3、0、0、139.9 μg/g）外，其余均為亮晶方解石，其包裹體液相成分中陰離子測(cè)定結(jié)果見表1。綜合分析表1并結(jié)合地質(zhì)背景得到如下認(rèn)識(shí)。

①包裹體液相成分中Cl-含量總體分布較離散，為4.8～95.5 μg/g，表明方解石等結(jié)晶沉淀時(shí)古流體鹽度差異大。結(jié)合前述微量元素硼測(cè)試結(jié)果，可判定古流體類型和溶洞成因。例如塔中62-1井4 895.5 m深度溶洞充填方解石的包裹體液相成分中Cl-含量?jī)H為8.8 μg/g，充填泥的硼含量?jī)H為4.74 μg/g，表明為大氣淡水溶蝕成因，儲(chǔ)集層類型為礁灘體巖溶儲(chǔ)集層[2]。這修正了前人關(guān)于塔中Ⅰ號(hào)帶良里塔格組為埋藏溶蝕儲(chǔ)集層的認(rèn)識(shí)[22]，為儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。

②包裹體液相成分中SO42-含量為2.74～1 184.00 μg/g。塔北地區(qū)除1個(gè)樣品SO42-含量高達(dá)908 μg/g外，其余為2.74～121.00 μg/g；塔中地區(qū)SO42-含量為0～1 184 μg/g，數(shù)據(jù)離散且部分井含量很高，表明縫洞-溶洞充填方解石等礦物結(jié)晶沉淀時(shí)古流體鹽度差異大。結(jié)合地質(zhì)背景分析發(fā)現(xiàn)，樣品中SO42-含量高多與其含有重晶石有關(guān)，如位于近南北向斷裂帶上的輪古391井，包裹體液相成分中SO42-含量為908 μg/g的樣品，縫洞-溶洞充填物為綠灰色泥巖與方解石、重晶石（見圖4f），重晶石的成因多與斷裂溝通寒武系白云巖層系、蒸發(fā)巖系，其埋藏鹵水上竄有關(guān)。

由表1可見，塔中地區(qū)高SO42-含量以塔中16井、塔中5井、塔中1井、塔中60井、塔中2井和塔中48井樣品最為突出，依次為1 184.0、744.8、700.7、409.4、402.9、139.9 μg/g。結(jié)合構(gòu)造背景分析發(fā)現(xiàn)，這些井均位于斷裂帶上，巖心觀察與薄片鑒定均發(fā)現(xiàn)強(qiáng)烈的熱液活動(dòng)證據(jù)（見圖7a、7b）。此外還存在熱烘烤和硅質(zhì)交代作用。如塔中62-1井，兩個(gè)樣品包裹體液相成分中SO42-含量均較低，分別為7.2 μg/g和14.2 μg/g，與該井區(qū)遠(yuǎn)離中寒武統(tǒng)蒸發(fā)巖系有關(guān)，石英的形成與斷裂溝通基底硅質(zhì)熱液有關(guān)[3]（見圖4a、7c）。

③包裹體液相成分中HCO3-含量分布也較離散，為0～824 μg/g。其中塔北地區(qū)HCO3-含量高，為26～824 μg/g；塔中地區(qū)HCO3-含量較低且數(shù)據(jù)離散，為0～628.2 μg/g。無(wú)論塔北還是塔中，除個(gè)別樣品外，HCO3-含量總體上均較高，表明縫洞-溶洞充填方解石等結(jié)晶沉淀前古流體更富含HCO3-，且具有強(qiáng)侵蝕性。據(jù)此結(jié)合包裹體均一溫度-鹽度資料綜合分析，可確定溶洞成因。例如，塔北英買11井的溶洞充填方解石樣品（見圖4g）包裹體均一溫度、鹽度分別為65.6～98.5 ℃和0，包裹體液相成分中Cl-、SO42-和HCO3-含量依次為5.37、6.60、83.70 μg/g，證明該溶洞為大氣降水（河流、暗河）侵蝕、溶蝕成因。

表1 塔里木盆地奧陶系縫洞-溶洞中溶積化學(xué)巖包裹體液相成分中陰離子測(cè)試結(jié)果

圖7 塔中奧陶系縫洞-溶洞充填物中強(qiáng)烈熱流體活動(dòng)證據(jù)

3.3 包裹體氫氧同位素組成及古流體指示意義

對(duì)17塊縫洞-溶洞充填方解石樣品包裹體中的水進(jìn)行氫-氧同位素測(cè)試，由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析中心完成，所用儀器為Finnigan MAT253型質(zhì)譜儀。綜合測(cè)試分析結(jié)果，以及前人對(duì)塔里木盆地現(xiàn)今地層水[4-6]、露頭和鉆井縫洞-溶洞充填螢石、重晶石[7]的包裹體氫-氧同位素測(cè)試數(shù)據(jù)（見圖8），得到如下認(rèn)識(shí)。

圖8 塔里木盆地奧陶系地層水與縫洞-溶洞充填化學(xué)巖包裹體氫-氧同位素相關(guān)關(guān)系（地層水資料據(jù)文獻(xiàn)[4-6,23]，螢石成礦流體資料據(jù)文獻(xiàn)[7]）

①現(xiàn)今地層水集中分布于大氣降水線右下方，僅1個(gè)數(shù)據(jù)位于變質(zhì)水區(qū)。前人認(rèn)為塔北地區(qū)地層水為大氣淡水與受水-巖反應(yīng)改造過的盆地流體混合的產(chǎn)物；塔中地區(qū)地層水為海水蒸發(fā)濃縮殘余，并在晚燕山—喜馬拉雅期與淡水發(fā)生混合；巴楚地區(qū)地層水為經(jīng)歷了蒸發(fā)濃縮作用的同生期海水與現(xiàn)代大氣水的混合水[4-6,23]。筆者認(rèn)為現(xiàn)今地層水經(jīng)歷了漫長(zhǎng)、復(fù)雜的水-巖相互作用，其鹽度受控于沿?cái)嗔褞细Z的寒武系白云巖層系和蒸發(fā)巖系的埋藏鹵水；塔中、巴楚地區(qū)淡水與海水的混合，不大可能發(fā)生在喜馬拉雅期—現(xiàn)今，因?yàn)樗锬九璧厥途哂卸嗥诔刹?、晚期保存的特點(diǎn)，天然氣具有晚期成藏特點(diǎn)（如和田河氣田和塔中Ⅰ號(hào)帶凝析油氣田），若喜馬拉雅期至今的大氣水沿?cái)嗔蚜芽p下滲而與地層水混合，則油氣不能成藏或油氣藏被破壞殆盡。

②巴楚—塔中地區(qū)螢石成礦流體的組成均位于現(xiàn)今地層水范圍內(nèi)，前人認(rèn)為成礦流體可能為源于大氣淡水的低溫循環(huán)熱液，而非巖漿熱液[7]，筆者的觀點(diǎn)與之相同。

③縫洞-溶洞充填方解石樣品中包裹體的氫-氧同位素組成較為離散，δD值和δ18O值分別為-129.5‰～-67.0‰和-4.5‰～5.9‰，總體上δD值偏負(fù)，δ18O值偏正，位于現(xiàn)今地層水及巴楚—塔中地區(qū)螢石成礦流體的下方。縫洞-溶洞充填方解石中包裹體δD值偏負(fù)可能與其形成時(shí)代老（約在360 Ma年前）、包裹體捕獲的古流體更原始有關(guān)；塔中地區(qū)縫洞-溶洞充填方解石中包裹體的δ18O值偏正，應(yīng)與實(shí)驗(yàn)樣品均位于斷裂帶上，斷裂溝通寒武系白云巖層系、蒸發(fā)巖系，其埋藏鹵水上竄所引起的強(qiáng)烈熱液作用有關(guān)。

4 結(jié)論

塔里木盆地奧陶系古流體主要來(lái)源于表生期大氣淡水（大氣降水、河流和暗河）、被埋藏封存的淡水-海水混合水、海水（咸水）和濃縮海水（鹵水），以及沿?cái)嗔褞细Z的寒武系白云巖層系、蒸發(fā)巖系的埋藏鹵水。大氣淡水與海水的混合（半咸水）可能發(fā)生于每一個(gè)巖溶發(fā)育期和縫洞-溶洞形成后的淺埋藏期，而與源于寒武系白云巖層系、蒸發(fā)巖系上竄埋藏鹵水的混合可能發(fā)生于晚海西—燕山期的中—深埋藏期，與油氣成藏過程相吻合。

奧陶系孔洞-溶洞型儲(chǔ)集層形成的最主要建設(shè)性成巖作用是表生期大氣淡水的侵蝕、溶蝕，且儲(chǔ)集層在埋藏期遭受了深部熱流體不同程度的改造。

[1] 張寶民,劉靜江,邊立曾,等.礁灘體與建設(shè)性成巖作用[J].地學(xué)前緣,2009,16(1):270-289.Zhang Baomin,Liu Jingjiang,Bian Lizeng,et al.Reef-banks and reservoir constructive diagenesis[J].Earth Science Frontiers,2009,16(1):270-289.

[2] 張寶民,劉靜江.中國(guó)巖溶儲(chǔ)集層分類與特征及相關(guān)的理論問題[J].石油勘探與開發(fā),2009,36(1):12-29.Zhang Baomin,Liu Jingjiang.Classification and characteristics of karst reservoirs in China and related theories[J].Petroleum Exploration and Development,2009,36(1):12-29.

[3] 張水昌,張寶民,李本亮,等.中國(guó)海相盆地跨重大構(gòu)造期油氣成藏歷史:以塔里木盆地為例[J].石油勘探與開發(fā),2011,38(1):1-15.Zhang Shuichang,Zhang Baomin,Li Benliang,et al.History of hydrocarbon accumulations spanning important tectonic phases in marine sedimentary basins of China:Taking the Tarim Basin as an example[J].Petroleum Exploration and Development,2011,38(1):1-15.

[4] 蔡春芳,梅博文,馬亭,等.塔里木盆地流體-巖石相互作用研究[M].北京:地質(zhì)出版社,1997:15-43.Cai Chunfang,Mei Bowen,Ma Ting,et al.Approach to fluid-rock interaction in Tarim Basin[M].Beijing:Geological Publishing House,1997:15-43.

[5] 蔡春芳.塔中古生界油田水的成因和混合的證據(jù)[J].地球化學(xué),2000,29(5):504-510.Cai Chunfang.Evidence for origin and mixing of oilfield waters from Paleozoic strata in Tazhong ages[J].Geochimica,2000,29(5):504-510.

[6] 賈存善,馬旭杰,饒丹,等.塔河油田奧陶系油田水同位素特征及地質(zhì)意義[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2007,29(3):292-297.Jia Cunshan,Ma Xujie,Rao Dan,et al.Isotopic characteristics of oil field waters from Ordovician oil accumulations in Tahe Oilfield and its geological significances[J].Petroleum Geology &Experiment,2007,29(3):292-297.

[7] 張興陽(yáng),顧家裕,羅平,等.塔里木盆地奧陶系螢石成因及其油氣地質(zhì)意義[J].巖石學(xué)報(bào),2006,22(8):2220-2228.Zhang Xingyang,Gu Jiayu,Luo Ping,et al.Genesis of the fluorite in the Ordovician and its significance to the petroleum geology of Tarim basin[J].Acta Petrologica Sinica,2006,22(8):2220-2228.

[8] 馬紅強(qiáng),陳強(qiáng)路,陳紅漢,等.鹽水包裹體在成巖作用研究中的應(yīng)用:以塔河油田下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖為例[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2003,25(增刊):601-606.Ma Hongqiang,Chen Qianglu,Chen Honghan,et al.Application of salt-water inclusion in diagenesis research:A case study of Lower Ordovician carbonate rocks in Tahe Oilfield,Tarim Basin[J].Petroleum Geology &Experiment,2003,25(Supp.):601-606.

[9] 張聰,于炳松,樊太亮,等.塔里木盆地北部下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖孔洞充填物特征及其成巖環(huán)境分析[J].地學(xué)前緣,2008,15(2):100-108.Zhang Cong,Yu Bingsong,Fan Tailiang,et al.The characteristics of cave fillings of carbonates in the Lower Ordovician and their diagenetic environments in northern Tarim basin[J].Earth Science Frontiers,2008,15(2):100-108.

[10] 劉小平,吳欣松,張祥忠.輪古西地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖古巖溶儲(chǔ)層碳、氧同位素地球化學(xué)特征[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004(4):69-76.Liu Xiaoping,Wu Xinsong,Zhang Xiangzhong.Geochemistry characteristics of carbon and oxygen isotopes of Ordovician carbonate palaeokarst reservoir in the western region of Lungu,Talimu Basin[J].Journal of Xi’an Shiyou University:Natural Science Edition,2004(4):69-76.

[11] 劉存革,李國(guó)蓉,張一偉,等.鍶同位素在古巖溶研究中的應(yīng)用:以塔河油田奧陶系為例[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2007,81(10):1398-1406.Liu Cunge,Li Guorong,Zhang Yiwei,et al.Application of strontium isotope to the study of paleokarst:An case from Ordovician in the Tahe Oilfield,Tarim Basin[J].Acta Geologica Sinica,2007,81(10):1398-1406.

[12] 劉存革,李國(guó)蓉,朱傳玲,等.塔河油田中下奧陶統(tǒng)巖溶縫洞方解石碳、氧、鍶同位素地球化學(xué)特征[J].地球科學(xué):中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,33(3):377-386.Liu Cunge,Li Guorong,Zhu Chuanling,et al.Geochemistry characteristics of carbon,oxygen and strontium isotopes of calcites filled in karstic fissure-cave in Lower-Middle Ordovician of Tahe Oilfield,Tarim Basin[J].Earth Science:Journal of China University of Geosciences,2008,33(3):377-386.

[13] 劉顯鳳,蔡忠賢.塔河油田溶洞充填物的元素地球化學(xué)特征及環(huán)境意義[J].地質(zhì)科技情報(bào),2009,28(3):53-57.Liu Xianfeng,Cai Zhongxian.Element geochemistry characteristics of karstic cave deposition in Tahe Oilfield and its environmental significance[J].Geological Science and Technology Information,2009,28(3):53-57.

[14] 周波,賈承造,顧家裕,等.塔中臺(tái)緣帶上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖成巖演化序列[J].新疆石油地質(zhì),2008,29(2):166-169.Zhou Bo,Jia Chengzao,Gu Jiayu,et al.Sequence of diagenesis evolution of Upper Ordovidan carbonate rocks in Tazhong Oilfield,Tarim Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology,2008,29(2):166-169.

[15] 周波,邱海峻,段書府,等.塔中Ⅰ號(hào)斷裂坡折帶上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層微觀孔隙成因[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2013,43(2):351-359.Zhou Bo,Qiu Haijun,Duan Shufu,et al.Origin of micro-pores in the Upper Ordovician carbonate reservoir of the central Tarim Basin,NW China[J].Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2013,43(2):351-359.

[16] 肖宗峰,王曉嵐.應(yīng)用微量元素分析重建早第三紀(jì)臨邑湖盆古鹽度和古環(huán)境[M]//趙濟(jì),徐振溥.區(qū)域·環(huán)境·自然災(zāi)害地理研究.北京:科學(xué)出版社,1990:150-156.Xiao Zongfeng,Wang Xiaolan.Reconstruct palaeosalinity and palaeoenvironment of Linyi Lake basin,Early Tertiary,using trace element analysis[M]//Zhao Ji,Xu Zhenpu.Geography study of region,environment and natural disaster.Beijing:Science Press,1990:150-156.

[17] 孫樞,趙文智,張寶民,等.塔里木盆地輪東1井奧陶系洞穴沉積物的發(fā)現(xiàn)與意義[J].中國(guó)科學(xué):地球科學(xué),2013,43(3):414-422.Sun Shu,Zhao Wenzhi,Zhang Baomin,et al.Observation and implication of the paleo-cave sediments in Ordovician strata of Well Lundong-1 in the Tarim Basin[J].SCIENCE CHINA Earth Sciences,2013,56(4):6l8-627.

[18] 王嗣敏,金之鈞,解啟來(lái).塔里木盆地塔中45井區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的深部流體改造作用[J].地質(zhì)論評(píng),2004,50(5):543-547.Wang Simin,Jin Zhijun,Xie Qilai.Transforming effect of deep fluids on carbonate reservoirs in the well TZ45 region[J].Geological Review,2004,50(5):543-547.

[19] 國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).SY/T 5477-2003 碎屑巖成巖階段劃分[S].北京:石油工業(yè)出版社,2003.State Economic and Trade Commission.SY/T 5477-2003 The division of diagenetic stages,in c1astic rocks[S].Beijing:Petroleum Industry Press,2003.

[20] 盧煥章,范宏瑞,倪培,等.流體包裹體[M].北京:科學(xué)出版社,2004:11-137.Lu Huanzhang,Fan Hongrui,Ni Pei,et al.Fluid inclusion[M].Beijing:Science Press,2004:11-137.

[21] 王莉娟,王京彬,王玉往,等.準(zhǔn)噶爾北部希勒庫(kù)都克斑巖銅鉬礦床地質(zhì)與成礦流體[J].巖石學(xué)報(bào),2009,25(4):944-954.Wang Lijuan,Wang JingBin,Wang Yuwang,et al.Geology and ore-forming fluids of Xilekuduke porphyry Cu-Mo deposit in northern Junggar[J].Acta Petrologica Sinica,2009,25(4):944-954.

[22] 趙宗舉,王招明,吳興寧,等.塔里木盆地塔中地區(qū)奧陶系儲(chǔ)層成因類型及分布預(yù)測(cè)[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2007,29(1):40-46.Zhao Zongju,Wang Zhaoming,Wu Xingning,et al.Genetic types and distribution forecast of available carbonate reservoirs in Ordovician in the central area of Tarim Basin[J].Petroleum Geology &Experiment,2007,29(1):40-46.

[23] 蔡春芳,李開開,李斌,等.塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖縫洞充填物的地球化學(xué)特征及其形成流體分析[J].巖石學(xué)報(bào),2009,25(10):2399-2404.Cai Chunfang,Li Kaikai,Li Bin,et al.Geochemical characteristics and origins of fracture- and vug- fillings of the Ordovician in Tahe oilfield,Tarim basin[J].Acta Petrologica Sinica,2009,25(10):2399-2404.

（編輯 林敏捷）

Paleofluid restoration and its application in studies of reservoir forming:A case study of the Ordovician in Tarim Basin,NW China

Shan Xiuqin,Zhang Baomin,Zhang Jing,Zhang Liping,Jia Jinhua,Liu Jingjiang
(PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Beijing 100083,China)

Karst reservoir paleofluid types of the Ordovician formation in the Tarim Basin are restored based on the analysis of element boron of filled mud,the test of fluid inclusions homogenization temperature and salinity,liquid anion and hydroxyl isotope of filled calcite in vug-fractures,and regional geologic background.The origin of the karst reservoirs are analyzed on this basis.The element boron contents of mud filled in vug-fractures are less than 80 μg/g generally;fluid inclusions have different homogenization temperatures in different regions,and the salinities are in a large range.The HCO3-contents are high,and the Cl-and SO42-contents are dispersive in the liquid component of the fluid inclusions.The hydroxyl isotope contents are relatively dispersive,with relatively negative δD value and positive δ18O value.This evidence shows that the paleofluid of the Ordovician was from supergene atmospheric freshwater,buried fresh-brackish mixed water,seawater or concentrated seawater,and buried brine from underlying dolomite or evaporate rock of the Cambrian formation.The main constructive diagenesis for the formation of vug-cave type reservoirs is erosion and dissolution caused by atmospheric freshwater,and the reservoirs have been subjected to thermal fluid reformation from underlying evaporate rock of the Cambrian during burial stage.

Tarim Basin;karst reservoir;paleofluid restoration;reservoir forming mechanism;element boron;fluid inclusions homogenization temperature;fluid inclusions salinity;hydrogen and oxygen isotopic composition

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（2011ZX05004）

TE122

A

1000-0747(2015)03-0274-09

10.11698/PED.2015.03.03

單秀琴（1964-），女，河北滄州人，碩士，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院高級(jí)工程師，主要從事碳酸鹽巖儲(chǔ)集層研究工作。地址：北京海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)研究所，郵政編碼：100083。E-mail：sxq69@petrochina.com.cn

2014-10-14

2015-03-29