基于激光原位U—Pb定年和元素面掃描的白云巖儲(chǔ)層關(guān)鍵成巖期次定量研究
——以塔東古城地區(qū)鷹山組為例

張 友 李 強(qiáng) 朱可丹 鄭興平 林 彤 邵冠銘 孫海航 孫庭斌

（ 1中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院；3中國(guó)石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院； 4 中國(guó)石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院；5中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司研究院地質(zhì)研究中心 ）

0 引言

塔里木盆地奧陶系海相碳酸鹽巖是油氣勘探的主力層系之一，奧陶系已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大型碳酸鹽巖油氣田[1-8]。自GC6、GC8、GC9等井在塔東古城地區(qū)奧陶系鷹三段獲得突破以來(lái)，鷹三段就成為該區(qū)勘探的重點(diǎn)層位[9]。與塔北和塔中奧陶系勘探領(lǐng)域不同，塔東古城地區(qū)鷹三段儲(chǔ)層以白云巖為主[5，10-12]，其強(qiáng)烈的非均質(zhì)性成為制約規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題[13]。前人對(duì)古城地區(qū)鷹三段儲(chǔ)層進(jìn)行了大量研究[14-16]，取得了比較豐富的認(rèn)識(shí)：優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主要巖相為殘余顆粒結(jié)構(gòu)的細(xì)—中晶白云巖，儲(chǔ)集空間主要為殘余的成巖階段早期形成的孔隙[4，17]；儲(chǔ)層在自準(zhǔn)同生期至深埋藏期的整個(gè)埋藏過(guò)程中，伴隨著多期成巖流體的調(diào)整改造，其中不乏各種溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)集空間的建設(shè)[18-19]，以及硅質(zhì)與鈣質(zhì)熱液充填造成的儲(chǔ)集空間破壞[20]。由此可見(jiàn)，明確儲(chǔ)層形成過(guò)程中各個(gè)期次成巖作用發(fā)生的相對(duì)次序，乃至探究其對(duì)儲(chǔ)層影響的絕對(duì)時(shí)間（地質(zhì)尺度，Ma級(jí)），對(duì)儲(chǔ)層成因及其非均質(zhì)性的研究具有重要意義。

在傳統(tǒng)研究中，成巖作用相對(duì)次序的確定主要依據(jù)巖石宏觀及薄片鏡下特征表現(xiàn)出來(lái)的各期礦物接觸關(guān)系，其中某期礦物的絕對(duì)年齡也可以通過(guò)溶液法U—Pb同位素年代學(xué)測(cè)定得出[21-22]。但上述方法存在如下弊端：（1）依據(jù)各期礦物的接觸關(guān)系僅能判斷出一個(gè)樣品內(nèi)部成巖作用相對(duì)次序，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品間同種組分形成年代的直接對(duì)比；（2）溶液法U—Pb同位素年代學(xué)測(cè)試則要求待測(cè)樣品具有足夠高的U、Pb含量，并且消耗樣品量較多，但古老海相碳酸鹽巖的U、Pb含量普遍較低[23]，且各成巖組分直徑小，往往無(wú)法獲得足量的測(cè)試樣品[24]，從而制約了該方法的應(yīng)用。近年來(lái)，這些問(wèn)題隨著基于激光剝蝕（LA）的原位U—Pb同位素定年技術(shù)的廣泛應(yīng)用迎刃而解[25-28]。國(guó)內(nèi)學(xué)者在引進(jìn)、消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了針對(duì)低U含量的碳酸鹽礦物激光原位U—Pb同位素定年技術(shù)LA-ICP-MS，并得到較為成熟的應(yīng)用[24，29-30]。本文以塔東古城地區(qū)典型井系統(tǒng)取心為例，應(yīng)用激光原位U—Pb同位素定年技術(shù)，輔以巖石薄片鑒定、激光元素面掃描等技術(shù)，展開綜合分析，對(duì)該區(qū)奧陶系鷹三段白云巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間被破壞的過(guò)程進(jìn)行恢復(fù)，以期為該區(qū)鷹三段儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究提供一定的依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

塔里木盆地古城地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖頂面為一東南隆起并向西北傾伏的大型鼻狀構(gòu)造，因此被稱為古城低凸起[2]。其北部毗鄰滿西低凸起，西南部由塔中1號(hào)斷裂與塔中隆起分隔，東部與塔東隆起相連（圖1左）。古城低凸起于加里東中期初步形成，于加里東末期定型，在海西期由于南部受到擠壓而隆升，在印支期—喜馬拉雅期構(gòu)造活動(dòng)較弱[31]。

已有研究表明[14-17]，古城低凸起在早—中奧陶世經(jīng)歷了從弱鑲邊半局限臺(tái)地到遠(yuǎn)端變陡緩坡的演變。古城地區(qū)的中—下奧陶統(tǒng)自下而上依次發(fā)育蓬萊壩組、鷹山組、一間房組。鷹山組沉積時(shí)期古城地區(qū)的臺(tái)地類型為遠(yuǎn)端變陡的緩坡，廣泛發(fā)育灘相沉積[17]。鷹山組分為4段，下部的鷹三段和鷹四段發(fā)育較厚的灰質(zhì)白云巖及白云巖，為一套顆粒灘相白云巖，而上部的鷹一段和鷹二段以石灰?guī)r為主，表現(xiàn)為開闊臺(tái)地灘間海相沉積，向下白云巖占比逐漸增加（圖1右）。

圖1 塔東古城地區(qū)構(gòu)造位置（左）與地層綜合柱狀圖（右）（據(jù)文獻(xiàn)[14]修改）Fig.1 Structural location map (left) and comprehensive stratigraphic column (right) in Gucheng area，eastern Tarim Basin (modified after reference [14])

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征及定年成巖組分分類

古城地區(qū)鉆遇的鷹三段巖性以灰色晶粒白云巖或殘余顆粒白云巖為主，夾薄層顆?；?guī)r，局部見(jiàn)泥晶灰?guī)r（圖2）。儲(chǔ)集空間往往集中發(fā)育在細(xì)—中晶白云巖內(nèi)，儲(chǔ)集空間類型包括晶間孔、晶間溶孔、殘余粒間孔、微裂縫等（圖3）[13，17]。儲(chǔ)層類型以孔隙（洞）型為主、裂縫—孔隙型次之，較大的孔洞常見(jiàn)被白云石、方解石等膠結(jié)物充填的現(xiàn)象（圖3a、c）。

圖2 塔東古城地區(qū)典型井沉積儲(chǔ)層綜合柱狀圖及樣品位置Fig.2 Comprehensive reservoir column in typical well and sample location in Gucheng area，eastern Tarim Basin

為探究塔東奧陶系鷹三段白云巖不同巖石結(jié)構(gòu)組分在儲(chǔ)層成巖演化過(guò)程中的相對(duì)期次及其絕對(duì)地質(zhì)年代，本文選擇各個(gè)成巖組分的巖石樣品作為研究對(duì)象，其主要為孔洞被膠結(jié)物充填的晶粒白云巖或殘余顆粒白云巖（圖4、圖5）。實(shí)際上孔隙內(nèi)部膠結(jié)物類型有很多種，以鞍狀白云石、方解石為主，僅局部可見(jiàn)少量的石英、黃鐵礦、螢石等其他熱液礦物。后者對(duì)于儲(chǔ)層孔隙的影響不大，不屬于本文討論的范疇。通過(guò)宏觀與鏡下綜合分析，并結(jié)合激光元素面掃描圖像，可將巖石樣品的定年組分分為：圍巖基質(zhì)（粉晶白云石、細(xì)—中晶白云石）、孔洞壁中—粗晶白云石和孔洞內(nèi)充填物（方解石膠結(jié)物、云化滲流粉砂）三大類（圖5）。

圖4 塔東古城地區(qū)典型井實(shí)驗(yàn)樣品宏觀、鏡下特征與定年組分選點(diǎn)Fig.4 Macroscopic and microscopic characteristics of core samples in typical wells and test points selection for rock component dating in Gucheng area，eastern Tarim Basin

圖5 基于宏觀、微觀和元素面掃描的成巖組分劃分Fig.5 Diagenetic components classification based on macroscopic and microscopic characteristics and element area scanning images

2.1 圍巖基質(zhì)

圍巖基質(zhì)為包圍巖石孔洞并且不與孔洞直接接觸的巖石組分（圖4a、b，圖5a），包括粉晶、細(xì)晶、中晶不同粒級(jí)白云石。圍巖基質(zhì)可劃分為兩類，一類是潮坪相薩布哈成因的粉晶白云石（圖4a、b）；另一類是細(xì)—中晶白云石（圖4d），晶體多呈半自形—他形，可見(jiàn)殘余顆粒結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為霧心亮邊及顆?；糜?，局部可見(jiàn)交錯(cuò)層理。通過(guò)元素面掃描圖像可以發(fā)現(xiàn)，圍巖基質(zhì)表現(xiàn)Mg、Mn和Fe的富集（圖5b、 e、f）。

2.2 孔洞壁中—粗晶白云石

孔洞壁中—粗晶白云石為巖石孔洞邊緣直接與孔洞接觸的晶粒白云石（圖5a），其晶粒大小一般為中—粗晶。該類白云石晶體背離孔洞一側(cè)往往呈嵌晶狀接觸，而靠近孔洞一側(cè)往往晶面彎曲，具有鞍狀白云石特征，表明其可能為熱液成因。通過(guò)元素面掃描圖像，可以發(fā)現(xiàn)從Mg和Ca的含量上看，孔洞壁中—粗晶白云石與圍巖基質(zhì)基本一致（圖5b、c）；Ce在白云石中的配分模式整體為負(fù)異常，但同時(shí)呈現(xiàn)出由圍巖基質(zhì)細(xì)—中晶白云石經(jīng)孔洞壁中—粗晶白云石向方解石逐漸富集的特征，反映其受到的熱液蝕變程度加大（圖5d）?？锥幢谥小志О自剖瑯颖憩F(xiàn)出Mn的富集，但卻因?yàn)橄鄬?duì)貧Fe而在圍巖基質(zhì)內(nèi)側(cè)顯現(xiàn)出呈條帶狀產(chǎn)出的特征（圖5e、f），顯示不同期次成巖流體的差異性。

2.3 孔洞內(nèi)充填物

本文研究所涉及樣品孔洞內(nèi)的充填物有兩種，一種為方解石膠結(jié)物，在手標(biāo)本上表現(xiàn)為白色充填物，將孔洞基本填滿（圖4、圖5）；經(jīng)茜素紅染色，在鏡下可見(jiàn)其往往表現(xiàn)為巨晶（圖4d、f、h）。在元素面掃描圖像上，方解石膠結(jié)物富Ca貧Mg特征明顯（圖5b、c），且Ce富集（圖5d），易與其他組分區(qū)分。表明其可能是在富鈣質(zhì)熱液流體的作用下，經(jīng)歷相對(duì)緩慢的過(guò)程而形成。

還有一種是在充填的孔洞一側(cè)呈近似堆積形態(tài)出現(xiàn)的云化滲流粉砂（圖4g、h），其主要由細(xì)晶白云石組成。在宏觀上，與洞內(nèi)充填的方解石共同組成示頂?shù)讟?gòu)造，表明其成因與準(zhǔn)同生期的高頻旋回暴露巖溶過(guò)程存在較大關(guān)聯(lián)。

3 激光U—Pb定年測(cè)試

本文涉及的4塊巖石樣品均來(lái)自研究區(qū)奧陶系鷹三段（圖2、圖4、表1），并按前述分類方式對(duì)巖石組分進(jìn)行劃分。觀察各個(gè)組分的空間分布可以發(fā)現(xiàn)，待測(cè)樣品中各個(gè)組分含量不均，其中圍巖基質(zhì)面積大、分布廣，較容易開展測(cè)試；而孔洞內(nèi)方解石膠結(jié)物面積較小，其一般在較大的孔洞中集中出現(xiàn)，相比圍巖測(cè)試難度較高；孔洞壁中—粗晶白云石一般沿孔洞邊緣呈線性生長(zhǎng)，面積小、分布稀疏，測(cè)試條件最差。針對(duì)這種復(fù)雜的樣品條件，激光原位U—Pb同位素定年技術(shù)所具有的微區(qū)原位、制樣流程簡(jiǎn)單、樣品消耗量小、低本底、空間分辨率高且分析速度快等特點(diǎn)就能發(fā)揮出獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)[24]。其實(shí)驗(yàn)儀器由激光剝蝕設(shè)備（LA）與高分辨率多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）組成，實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，使用激光束對(duì)待測(cè)樣品目標(biāo)組分進(jìn)行微區(qū)剝蝕，剝蝕釋放出的物質(zhì)在Ar等離子體中發(fā)生電離，利用質(zhì)譜儀測(cè)量其同位素比值，最后根據(jù)被測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品同位素比值的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)元素含量與被測(cè)樣品同位素年齡的計(jì)算[21]。

表1 塔東古城地區(qū)典型井實(shí)驗(yàn)樣品成巖組分劃分及定年結(jié)果Table 1 Diagenetic components classification and U—Pb dating results of samples in typical wells in Gucheng area, eastern Tarim Basin

本文實(shí)驗(yàn)儀器為L(zhǎng)A-ICP-MS（Element XR），定年標(biāo)樣為WC-1和AHX-1，同位素校正標(biāo)樣為NIST614，激光束斑直徑為100μm，剝蝕頻率為10Hz。主要實(shí)驗(yàn)流程為：（1）制備樣品靶；（2）依據(jù)目標(biāo)組分情況選擇待測(cè)區(qū)域（激光剝蝕目標(biāo)點(diǎn)位見(jiàn)圖3中紅色標(biāo)記）；（3）在待測(cè)區(qū)域內(nèi)逐點(diǎn)進(jìn)行激光剝蝕與質(zhì)譜分析；（4）處理接收到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并制作年齡圖（圖6）。所得測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

圖6 塔東古城地區(qū)奧陶系實(shí)驗(yàn)樣品U—Pb同位素年齡圖Fig.6 U-Pb isotope dating diagram of diagenetic components of the Ordovician samples in Gucheng area，eastern Tarim Basin

由于定年結(jié)果普遍存在誤差，某組分定年所得到的年齡下限甚至可能早于目的層位鷹三段碳酸鹽沉積物的原始沉積時(shí)間。由于儲(chǔ)層所經(jīng)歷的一系列成巖作用均是在沉積之后發(fā)生的，原始沉積時(shí)間之前的這部分誤差顯然是不合理的、不可能出現(xiàn)的。因此，在對(duì)各個(gè)組分形成期次展開分析前，一個(gè)重要的工作是確定目的層位鷹三段的原始沉積時(shí)間，以此作為基準(zhǔn)，早于該時(shí)間的年齡范圍不予采信，從而縮小誤差范圍。前人研究表明鷹山組沉積時(shí)期大致對(duì)應(yīng)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)年代表中—下奧陶統(tǒng)弗洛階—大坪階（距今477.7—467.3Ma）。在本文研究中，X-1號(hào)樣品為粉晶白云石，其單偏光下可見(jiàn)隱約的紋層結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行陰極發(fā)光觀察，可以發(fā)現(xiàn)該樣品不發(fā)光（圖7a、b），表明其形成于準(zhǔn)同生期蒸發(fā)氧化的環(huán)境，為典型的潮坪蒸發(fā)泵成因。該樣品定年結(jié)果為492Ma±19Ma，年齡上限為473Ma；在前述鷹山組沉積時(shí)期范圍內(nèi)。由于準(zhǔn)同生期白云巖的形成時(shí)間接近古海洋碳酸鹽沉積物的原始沉積時(shí)間，據(jù)此將鷹三段原始沉積時(shí)間限定在X-1粉晶白云石年齡上限473Ma與下奧陶統(tǒng)弗洛階年齡下限477.7Ma之間，取該范圍年齡中值約為475.35Ma（圖8）。余下各組分樣品的年齡各有差異，但總體上能表現(xiàn)出一定的期次性（圖8）。

圖7 塔東典型井樣品鏡下照片及同視域陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig.7 Microscopic and CL images with the same field of vision of samples in typical wells in Gucheng area，eastern Tarim Basin

4 孔隙演化過(guò)程分析

深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層在成巖演化過(guò)程中經(jīng)歷了構(gòu)造體制、熱體制、壓力體制、流體體制和時(shí)間等多期的流體—成巖環(huán)境變遷，成巖過(guò)程復(fù)雜、多期疊加改造、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。不同的構(gòu)造—埋藏?zé)嵫莼冯A段，溫壓場(chǎng)特征及流體類型均有所不同。

理論上，獲得不同組分的同位素年齡后，將不同組分的年齡相對(duì)比就可以直接獲得各組分形成的先后順序，從而恢復(fù)孔隙演化的過(guò)程。但是由于地質(zhì)過(guò)程的復(fù)雜性，后續(xù)成巖作用及流體不可避免地會(huì)對(duì)先存成巖作用產(chǎn)物進(jìn)行改造。這就造成樣品通過(guò)定年技術(shù)得到的同位素年齡，是一個(gè)包括誤差范圍的年齡區(qū)間，各個(gè)組分年齡雖然表現(xiàn)出了期次性，但是不同組分的年齡區(qū)間可能存在重合的范圍，給成巖期次的劃分造成困難。同時(shí)需要認(rèn)識(shí)到，定年結(jié)果僅代表該區(qū)間的年齡中值，并不意味著年齡中值所代表的年齡具有更高的可能性，因此，對(duì)于同一樣品不同組分及不同樣品之間直接對(duì)比年齡中值也是不科學(xué)的。為了解決上述問(wèn)題，本文采用激光原位U—Pb同位素年齡、陰極發(fā)光、元素面掃描、各組分宏觀、微觀接觸關(guān)系，結(jié)合埋藏史、鏡質(zhì)組反射率、自生礦物等，綜合確定白云巖儲(chǔ)層的成巖演化序列。

圖8 典型井定年樣品年齡分布圖及鷹三段原始沉積時(shí)間的確定Fig.8 Dating results of samples in typical wells and determination of the primary deposition period of the third member of Yingshan Formation

4.1 白云石化作用期次的確定

對(duì)比樣品X-2、X-3和X-4的圍巖基質(zhì)細(xì)—中晶白云石的定年結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)三者的年齡均位于推測(cè)的鷹三段原始沉積時(shí)間475.35Ma附近，并且其年齡均明顯具有比樣品X-1粉晶白云石更年輕的趨勢(shì)（圖8）。這就表明，鷹三段白云巖儲(chǔ)層圍巖樣品白云石化作用發(fā)生的時(shí)代比較早，應(yīng)該處于稍晚于準(zhǔn)同生期的淺埋藏期。使用前文厘定的鷹三段原始沉積時(shí)間475.35Ma作為統(tǒng)一的下限截止值，可以有效縮小圍巖基質(zhì)組分定年數(shù)據(jù)的誤差范圍（圖9）。該3個(gè)樣品圍巖基質(zhì)組分修正后的年齡分別為：468.7Ma±6.7Ma、469.2Ma±6.2Ma和472.4Ma±2.9Ma。因此，取修正后年齡中值的平均值約470.1Ma作為圍巖基質(zhì)細(xì)—中晶白云石發(fā)生白云石化作用的年代。圍巖基質(zhì)細(xì)—中晶白云石在陰極射線下總體以昏暗或棕褐色光、棕色光最為多見(jiàn)（圖7c、d），從另一方面說(shuō)明研究區(qū)圍巖基質(zhì)（殘余顆粒結(jié)構(gòu)的細(xì)—中晶白云石）以埋藏交代成因?yàn)橹?，局部受到晚期熱液的改造?/p>

同樣，對(duì)比這3個(gè)樣品孔洞壁中—粗晶白云石的年齡，可以發(fā)現(xiàn)它們均顯著晚于鷹山組沉積時(shí)期，年齡范圍比較一致（圖10）。據(jù)此認(rèn)為，孔洞壁中—粗晶白云石形成于同一期，該期白云石化作用發(fā)生的時(shí)代可以用3個(gè)樣品定年結(jié)果重疊出最小范圍的中值約452.1Ma來(lái)表示。由于3個(gè)樣品孔洞壁白云石的產(chǎn)狀均具有鞍狀白云石的特征（圖4d、f、h），因此可以推斷，于452.1Ma左右發(fā)生了第二期熱液白云石化流體的侵入，伴隨孔洞壁被中—粗晶白云石的充填，局部表現(xiàn)出Ce富集（圖5d），陰極射線下總體以橘紅色光或明亮色光最為多見(jiàn)，晶體具相對(duì)較亮的紅色環(huán)邊（圖7e、f）。

圖9 典型井定年樣品圍巖基質(zhì)組分定年結(jié)果對(duì)比Fig.9 Dating results of matrix component of host rock samples in typical wells

圖10 典型井定年樣品孔洞壁白云石組分定年結(jié)果對(duì)比Fig.10 Dating results of dolomite components on the wall of vugs of samples in typi

4.2 孔洞內(nèi)充填物期次的確定

測(cè)試了樣品X-4中圍巖基質(zhì)（細(xì)—中晶白云石）、孔洞壁中—粗晶白云石和孔洞內(nèi)充填物（云化滲流粉砂）3種結(jié)構(gòu)組分，這3種組分的年齡表現(xiàn)出了明顯的期次性（圖8）。通過(guò)宏觀和微觀礦物接觸關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)（圖4g、h），細(xì)—中晶白云石內(nèi)側(cè)為云化滲流粉砂，后者的內(nèi)側(cè)與孔洞膠結(jié)物直接接觸的是孔洞壁中—粗晶白云石，孔洞內(nèi)方解石膠結(jié)物將孔洞完全充填占據(jù)。而從典型井巖心上識(shí)別出的米級(jí)旋回中可以發(fā)現(xiàn)（圖11a），類似X-4樣品中表現(xiàn)出來(lái)的由云化滲流粉砂和方解石膠結(jié)物構(gòu)成的示頂構(gòu)造，往往發(fā)育于高頻旋回的頂部（圖11b、c），顯示出準(zhǔn)同生期巖溶暴露面的特征。

圖11 塔東典型井鷹三段巖心識(shí)別的高頻米級(jí)旋回特征Fig.11 Characteristics of the meter-level high-frequency cycles identified on core samples of the third member of Yingshan Formation in typical wells，eastern Tarim Basin

而X-4樣品圍巖基質(zhì)（細(xì)—中晶白云石）組分的定年結(jié)果為475Ma±5.5Ma，顯示其年齡十分接近推測(cè)的鷹三段原始沉積時(shí)間475.35Ma。該組分表現(xiàn)出明顯的殘余顆粒結(jié)構(gòu)（圖4h），與米級(jí)旋回中巖溶暴露面之下的殘余顆粒細(xì)—中晶白云巖（圖11d、e）相似。高頻旋回底部的粉晶白云巖（圖11f、g）與樣品X-1類似，準(zhǔn)同生期白云石化的時(shí)間接近于古海洋碳酸鹽沉積物的原始沉積時(shí)間。

從定年數(shù)據(jù)來(lái)看，X-4樣品云化滲流粉砂的年齡434Ma±15Ma明顯晚于圍巖基質(zhì)（細(xì)—中晶白云石）的475Ma±5.5Ma，并且似乎比孔洞壁中—粗晶白云石451.4Ma±8.8Ma還晚。實(shí)際上，滲流粉砂的形成受控于高頻海平面升降旋回，是一種準(zhǔn)同生期暴露巖溶的產(chǎn)物（圖11b）。由于滲流粉砂具有較好的孔滲特征，在淺埋藏階段難免受到后期熱液流體的改造，并打上“晚期熱液流體的烙印”。因此推斷滲流粉砂與圍巖基質(zhì)（細(xì)—中晶白云石）兩者白云石化的年代接近，為470.1Ma左右的淺埋藏階段的第一期白云石化作用。

受限于U含量太低的影響，X-4樣品孔洞內(nèi)方解石充填物的年齡沒(méi)有測(cè)定出來(lái)。X-3樣品孔洞內(nèi)方解石膠結(jié)物定年浮動(dòng)較大，但是其年齡上限為448Ma（圖8）。綜合宏觀和微觀礦物接觸關(guān)系（圖4g、h），推測(cè)X-4樣品孔洞壁中—粗晶白云石形成后不久，該孔洞即被隨后而來(lái)的富鈣質(zhì)熱液流體所充填，造成了局部?jī)?chǔ)集空間的破壞，富鈣質(zhì)熱液流體充填發(fā)生的時(shí)間不晚于448Ma。

4.3 白云巖儲(chǔ)層孔隙演化序列的建立

通過(guò)上述對(duì)激光原位U—Pb同位素定年、元素面掃及成像的綜合分析，結(jié)合埋藏史—熱演化史圖可知（圖12），加里東期、海西期等多期次構(gòu)造熱事件對(duì)深層油氣成藏起到關(guān)鍵的調(diào)整改造作用[32]。構(gòu)造熱液的侵入作用改變了當(dāng)時(shí)的地溫場(chǎng)，頻繁的火成巖侵入活動(dòng)導(dǎo)致較高的地溫梯度，使得塔東地區(qū)下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組、中寒武統(tǒng)莫合爾山組與中—下奧陶統(tǒng)黑土凹組3套烴源巖的鏡質(zhì)組反射率普遍大于1.5%，為高—過(guò)成熟烴源巖[33-35]。從質(zhì)量平衡及不同溫壓場(chǎng)條件下礦物的溶解—沉淀機(jī)制來(lái)說(shuō)，溶蝕作用(或擴(kuò)溶)與膠結(jié)作用(充填作用)是對(duì)立統(tǒng)一的。熱液流體沿?cái)嗔鸭傲芽p活動(dòng)過(guò)程中，隨著溫度、壓力條件的改變及與圍巖的相互作用，會(huì)沉淀出一些特殊的礦物，如鞍狀白云石、方解石，局部也可見(jiàn)少量的石英、黃鐵礦、螢石等其他自生熱液礦物[36-37]。

圖12 塔東古城地區(qū)典型井埋藏史—熱演化史圖Fig.12 Burial-thermal evolution history of typical wells in Gucheng area，eastern Tarim Basin

在上述綜合分析的基礎(chǔ)上，建立起塔東古城地區(qū)鷹三段白云巖儲(chǔ)層孔隙演化序列（圖13）及相應(yīng)的演化模式（圖14）：于475.35Ma左右，鷹三段淺緩坡內(nèi)帶多孔的灘相顆粒灰?guī)r沉積，奠定了儲(chǔ)層孔隙的物質(zhì)基礎(chǔ)。儲(chǔ)層孔隙演化過(guò)程中，先后經(jīng)歷了兩期白云石化作用和一期鈣質(zhì)流體充填作用。首先，準(zhǔn)同生期發(fā)生暴露巖溶，形成局部巖溶孔洞，部分石灰?guī)r圍巖垮塌成為滲流粉砂；其后，在470.1Ma左右的淺埋藏階段發(fā)生第一期白云石化作用，形成了圍巖及局部滲流粉砂的白云石化，并在局部孔洞壁形成第一期孔洞壁白云石，晶間孔隙主要繼承自殘余的早期孔隙—孔洞；于452.1Ma左右發(fā)生第二期白云石化作用，導(dǎo)致了早期白云石的次生加大，使孔隙—孔洞進(jìn)一步縮減；在不晚于448Ma鈣質(zhì)流體侵入，造成局部?jī)?chǔ)集空間的破壞。同時(shí)，成巖流體也可能沿裂縫在局部造成擴(kuò)溶，形成溶蝕孔洞。

圖13 塔東古城地區(qū)鷹三段白云巖儲(chǔ)層孔隙演化序列定量研究Fig.13 Quantitative analysis of pore evolution sequence of dolomite reservoir of the third member of Yingshan Formation in typical wells，eastern Tarim Basin

圖14 塔東古城地區(qū)鷹三段白云巖儲(chǔ)層孔隙演化模式Fig.14 Pore evolution mode of dolomite reservoir of the third member of Yingshan Formation in typical wells，eastern Tarim Basin

在白云巖儲(chǔ)層充填序列、成巖過(guò)程及孔隙演化過(guò)程研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量薄片孔隙—充填特征統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造熱液對(duì)儲(chǔ)層的調(diào)整改造是一把“雙刃劍”，即“充填減孔與溶蝕改造”并存。白云巖儲(chǔ)層孔隙主體來(lái)自對(duì)先存云化灘孔隙的繼承（比重可達(dá)2%～4%），局部在斷裂帶附近可形成裂縫—孔洞型優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層（可增孔1%，孔隙度達(dá)到3%～5%），構(gòu)造熱液的末端往往表現(xiàn)為方解石、鞍狀白云石等自生熱液礦物的充填減孔（減孔率可達(dá)1%～4%）。

5 結(jié)論

（1）激光原位U—Pb同位素定年技術(shù)在儲(chǔ)層成巖期次與孔隙演化研究中能夠發(fā)揮重要的作用。實(shí)驗(yàn)分析表明，塔里木盆地古城地區(qū)奧陶系鷹三段高能灘相原始沉積年齡約為475.35Ma，奠定了儲(chǔ)層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，并在儲(chǔ)層演化過(guò)程中先后經(jīng)歷了兩期明顯的白云石化作用和一期鈣質(zhì)流體充填作用。其中第一期白云石化流體作用時(shí)間約為470.1Ma，造成了圍巖的白云石化，并在局部孔洞壁形成了第一期的孔洞壁白云石。第二期白云石化流體作用時(shí)間約為452.1Ma，造成了局部的云化滲流粉砂、圍巖白云石晶體的進(jìn)一步加大變粗，并形成了第二期孔洞壁白云石。鈣質(zhì)流體的充填發(fā)生不晚于448Ma，造成了局部?jī)?chǔ)集空間的破壞。

（2）基于激光原位U—Pb同位素定年技術(shù)精準(zhǔn)鎖定了關(guān)鍵成巖作用的期次，明確儲(chǔ)層孔隙演化過(guò)程，指出塔里木盆地古城地區(qū)奧陶系鷹三段白云巖儲(chǔ)層現(xiàn)存孔隙主要繼承自殘余的早期孔隙，而并非傳統(tǒng)意義上的構(gòu)造—熱液溶蝕造孔。建議進(jìn)一步加強(qiáng)鷹三段高能灘相儲(chǔ)層屬性的優(yōu)選及灘體的精細(xì)刻畫，為靶點(diǎn)及側(cè)鉆提供依據(jù)。