塔里木盆地志留系热液碎屑岩储层：证据、矿物组合及油气地质意义.pdf

第 3 5卷第 6期 天然气肚 O I L G A S G E O L O G Y 2 0 1 4年 1 2月 文章编号 0 2 5 3 9 9 8 5 2 0 1 4 0 6 0 9 0 31 1 塔 里木 盆地 志留 系热 do i 1 0． 1 1 7 43 ／o g g 2 01 4 0 61 7 液碎屑岩储层 证据 、 矿物组合及 油气 地质意义 时 志强 ， 王 毅 。 ， 金 鑫 ， 肖 凯 1 ．成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室 ， t l l 成都 6 1 0 0 5 9； 2 ．成都理工大学 沉积地质研究院， 四川 成都 6 1 0 0 5 9 ； 3 ．中国石化 石油勘探开发研究院， 北京 1 0 0 0 8 3 摘要 根据岩心观察、 扫描电镜、 能谱分析、 显微薄片观察及流体包裹体测温显示的岩石宏观与微观特征、 矿物组合、 自生矿物形成 温度等， 认为塔里木盆地存在热液碎屑岩储层。热液碎屑岩岩石学证据主要体现在塔中地 区中1井志留系柯坪塔格组碎屑岩中发 育的基性侵入岩夹层、 热液角砾岩、 热炙烤现象及热液溶蚀孔洞等； 在塔里木盆地 中部的塔 中地 区和顺托果勒地区柯坪塔格组可识 别 出3种热液矿物组合。综合前人研究成果 ， 认为热液的侵入主要发生于二叠纪， 造成储集岩孔隙流体离子环境紊乱， 溶解作用的 发 生促进 了次生孔 隙发育 ， 并沉淀 了热液矿物 ， 总体上 改善 了碎 屑岩储 层， 是塔里木 盆地 柯坪 塔格组碎屑 岩储层不 可忽视 的影响 因 素。热液侵入对已形成的古油藏产生破坏作用， 并在志留系沥青砂岩生成过程中产生重要作用。 关键词 热液； 矿物组合； 次生孔隙； 碎屑岩储层； 志留系； 塔里木盆地 中图分 类号 T E 1 2 2 ． 2 文献标识码 A Th e S i l u r i a n hy dr o t he r ma l c l a s t i c r e s e r v o i r s i n Ta r i m Ba s i ne v i de n c e s ， m i n e r a l a s s e mbl a g e s a n d i t s pe t r o l e u m g e o l o g i c a l i mpl i c a t i o ns S h i Z h i q i a n g ’ ， W a n g Y i ， J i n Xi n ， Xi a o Ka i 1 ． S t a t e K e y L a b o r a t o r y o fO i l a n d G a s R e s e r v o i r G e o l o g y a n d E x p l o i t a t i o n ， C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ， C h e n g d u ， S i c h u a n 6 1 0 0 5 9 ， C h i n a ； 2 ． I n s t i t u t e of S e d i m e n t a r y G e o l o g y ， C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ， C h e n g d u ， S w h u a n 6 1 0 0 5 9 ， C h i n a ； 3 ． P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n P r 0 d u c t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S I NO P E C， 既油 1 0 0 0 8 3 ， i n a Abs t r a c t Co mp r e h e n s i v e a n a l y s e s o f v a rio u s d a t a i n c l ud i ng c o r e， s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e， e n e r g y s p e c t r u m ， t h i n s e c t i o n， flu i d i n c l u s i o n mi n e r a l a s s e mbl a g e s a n d a ut hi g e ni c mi n e r a l f o r mi ng t e mp e r a t u r e r e v e a l e v i d e n c e s t h a t h y d r o t he r - ma l c l a s t i c r e s e r v o i r s e x i s t i n t he Ta rim Ba s i n．Th e pe t r o l o g i c a l e v i de n c e s we r e fou n d i n t h e S i l u ria n Ke p i n g t a g e Fo rm a - t i o n i n We l l Z h o n g - 1 a s i n t e r l a y e r s o f u h r a b a s i c i n t rus i v e r o c k， h y d r o t h e rm a l b r e c c i a s ， t h e rm a l b u r n i n g p h e n o me n a a n d h y d r o t h e r ma l c o r r o s i o n c a v e r ns ． Th r e e h y d r o t h e rm a l mi n e r al a s s e mb l a g e s we r e i d e n t i f i e d i n t h e c l a s t i c r e s e rvo i r s o f Ke pi ng t a g e Fo rm a t i o n i n Ta z h o n g a nd S h u nt uo g u o l e a r e a i n Ce n t r a l Ta fim Ba s i n．Th e rm a l flu i ds i n v a s i o n o c c u r r e d ma i n l y i n t h e Pe rm i a n， c a u s i n g t h e i o n i c d i s t u r ba n c e o f p o r e flu i d．Th e d i s s o l u t i o n i n t h e c l a s t i c r e s e r v o i r s a c c e l e r a t e d t h e d e v e l - o p me nt o f s e c o n da r y p o r o s i t y a nd t he p r e c i pi t a t i o n o f h y d r o t h e r ma l mi n e r a l s， wh i c h i mp r o v e d t he o v e r a l l r e s e rvo i r q ua l i t y a nd wa s a n i g n o r a b l e f a c t o r f o r t h e t he f o r ma t i o n o f t h e c l a t i c r e s e r v o i rs i n t h e Ke p i n g t a g e Fo rm a t i o n．Th e i n f u s i o n o f h y d r o t h e r ma l fl ui d wo u l d d e s t r o y t h e pa l e o - o i l r e s e rvo i r s， t h u s mi g h t p l a y a k e y r o l e i n t h e f o rm a t i o n o f t h e S i l u ria n a s p h a l t s a n ds t o n e s i n t h e Ta r i m Ba s i n． Ke y wo r d s h y d r o t h e rm a l s o l u t i o n， mi n e r a l a s s e mb l a g e， s e c o n d a r y p o r e， c l a s t i c r e s e r v o i r ， S i l uria n， Ta rim Ba s i n 随着我国多个沉积盆地中热液流体作用 的发现 ， 热液对油气成藏 的影 响已经 成为 目前油气 地质研究 的热点之一 ⋯。塔里 木盆地 经过 长期 、 多 期次 的强 烈构造活动 ， 盆地 内下 切至深 部地壳 的断裂 异常发 育 ， 断裂深度可达 5 0～ 6 0 k m ， 由此产生 的强烈热 液溶蚀作 用对下 古 生界碳 酸盐岩 的改造 作用 明显 ， 热液 白云岩储层 已被证实为塔 中等地 区寒武 系 一奥 陶系主要的储层类型之一 ， 圳 。塔里木盆地深 大断 裂可上延至志 留系碎屑岩 ， 在塔 中地区部分钻井 如 中 1井 可见二叠 系基性侵入岩 辉绿 岩 夹层存 在 收稿 日期 2 0 1 41 02 2 ； 修订 日期 2 0 1 41 1 1 5 。 第一作者简介 时志强 1 9 7 2 一 ， 男 ， 教授 ， 沉积学 和油气地质学 。E- ma i l s z q c d u t 1 6 3 ． c o n。 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 4 1 2 7 2 1 3 1 ， 国家科技重大专项 2 0 1 1 Z X 0 5 0 0 50 0 4 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 时志强 ， 等． 塔里木盆地志留系热液碎屑岩储层 证据、 矿物组合及油气地质意义 9 0 5 井断裂带和 中央断垒带组成 。这些 断裂带 多以北西 走向为主 ， 个别 为北西西 和近东西走 向 ， 并呈 右行雁 列式展布 图 1 ， 显示 了该 区具有扭动变形 特征 。 顺托果勒地 区 断层较少 ， 主要发 育少 数近南 北 向断 裂 图 1 。二叠纪及 白垩纪火 山活动期 间和期 后 的 热液流体会沿着遍 布盆地 的深大 断裂 以及 与之相连 的断裂 一裂缝体系活动 J ， 或者渗透 到多孔砂岩 如 柯 坪塔格组上段及石炭 系东河塘组砂岩 、 古风化壳 储层等 良好储层中 ， 对下 古生界碳酸盐岩 、 碎 屑岩产 生显著影响， 在强烈溶蚀改造储层的过程中造成 白 云岩重结 晶 J ， 或在相对高温孔隙水中沉淀 出铁 白 云石 、 方解 石 、 重 晶石 、 磷铈 矿 、 黄铁 矿 、 天青 石 和金 红石等 自生矿物。 之和时发生水力压 裂作用而 形成 的角砾岩 ， 二 者 通常与沿构造裂缝上涌 的热液 有关。 由于仅在岩 心 中观察到少量岩石 ， 目前还难 以区分中 1 井所见为哪 种热液角砾岩 ， 其角砾可 分为厘米级 大小 图 2 b ， c 及分米级大小 图 2 d 。前 者为原始基岩 、 热液沉 淀 矿物被强烈改造所致 ， 砾 岩 中含 大量 高岭石及 低 铁 白云石及 黄铁 矿 、 金红石 等含铁 、 镁 、 钛金 属元 素 自生矿物 ， 这种细砾角砾 岩 中白云石含量 较高 ， 个别 可达 5 0 ％ 以上 图 2 b ， 0 ， 可 列为 热液 白云岩 的范 畴 ， 砾岩 中偶见溶洞 图 2 c ， 显示热液 的溶 蚀作用 ； 后者可见细脉穿插 、 分割砂 岩砾石 ， 而使 角砾大小 不 一 ，推测产 出于更靠 近热液 通道 断层或 位于 断裂带 中， 岩石破裂作用更为强烈 ， 可能更 为接 近于热液 隐 爆角砾岩 的成因。 2 热液作用的岩石学和矿物学证据 2 ． 1 ． 3热炙烤现象 2 ． 1 岩石学证据 在塔 中地 区， 直观可见的热液碎屑岩 的岩石学证 据来源于钻井及取心资料 ， 在 中 1井可见基性侵入岩 辉绿岩 夹层 ， 在岩心 中见热液炙烤现象及热液角砾 岩 ， 这些都为确定其断裂带附近或位于其上 的热液溶 蚀碎屑岩提供 了易于观察的直接证据。 2 ． 1 ． 1 基 性侵入 岩 夹层 基性侵入岩夹层主要见于 中 1 井 志留系柯坪塔格 组及上覆的塔塔埃尔塔格组 。在塔塔埃尔塔格组中可 见两个 夹层 ， 分 别位 于 4 8 2 2～4 8 2 5 m 及 4 8 4 0 4 8 4 2 r n ； 其在柯 坪 塔 格组 上 段 厚度 较 大 ， 主要位 于 5 0 4 0～5 0 6 2 m及 5 1 8 0 1 1 1 以下层段 ， 岩心显示为绿色 辉绿岩 图 2 a 。位于柯坪塔格组和塔塔埃尔塔格组 内的辉绿岩很可能是同期岩浆活动的产物。之所以将 基性侵入岩夹层列为热液碎 屑岩 的直接证据 ， 在于辉 绿岩侵入时势必造成孔隙流体温度升高 ， 从而使得孑 L 隙水离子环境的动荡和一定程度的外溢流动 。中 1井 位于研究区主断裂之一的塔 中 3 5井断裂带附近 ， 二叠 纪的构造活动带来 了基性侵入岩以及伴生的强烈热液 活动 。 2 ． 1 ． 2热 液 角砾 岩 热液角砾岩常见于金、 铀等金属矿床研究中， 形 成 于热液隐爆 作用或水力 压裂作用 [ 2 1 - 2 6 ] ， 其 中热液 隐爆角砾岩系指由岩浆 热液流体或 以天水为 主的热 水流体或 由二者混合而成 的流体在 扩容减压 的条件 下产生沸腾 、 发生去气反应 ， 引起 隐爆 角砾岩 化而形 成的角砾岩 ， 而水力 压裂角砾 岩指各 种热水 溶液 和超 临界流体压力超 过最小 主应力 和岩石抗 张强度 热炙烤现象主要表现为两种方式 一是热褪色现 象 ， 二是沿裂缝的染黑现象 。前 者在塔 中地 区奥陶系 碳酸盐岩 中也 比较常见 ， 主要表现为深灰色 、 灰 色碳酸 盐岩在裂缝附近颜色变浅 、 变白 ； 在志留系柯坪塔格 组碎屑岩 中也见到 了相似的热褪色现象 图 2 e ， 热炙 烤带来的灰色 、 深灰色碎屑岩颜色变浅 ， 包裹着深色的 热液角砾 ， 显示断裂作用、 热液侵入及热炙烤发生于统 一 的过程里 ； 热炙烤沿裂缝 的染黑现象显示为沿小型 裂缝充填有铁 白云石和黄铁矿细脉或结核以及 裂缝附 近的染色变黑现象 图2 f ， 图2 g ， 图3 。能谱测试显示 其为干沥青的浸染 ， 热液侵入造成之前形成 的古油藏 被破坏 ， 干沥青存在于热液侵入的裂缝附近。 2 ． 1 ． 4热 液溶蚀 孔 洞 热液溶蚀孔洞直径通常为 1～ 3 e 1 1 1 图 2 e ， h ， 常 见于经热液改造的泥质岩中， 或发生于热液角砾岩 图 2 h ， 孔洞 内见铁含量不一的白云石沉淀 图2 e ， 图 2 h ， 图4 ， 孔洞中心 见含铁 白云石及 天晶石 ， 或残 留有孑 L 隙 图 2 h 。图4显示孔洞 中第一世代充填为铁 白云 石晶簇 ， 3个流体包裹体测温显示其均一化温 度高达 1 8 2 ． 7～2 2 9 ． 0 o C， 而孔洞 中心充填的低铁及含铁 白云 石为第二世代沉淀物 ， 呈环带状 图4 ， 流体包裹体均 一 化温度显示为 9 5 ． 1～1 9 3 ． 7 o C 图 5 a ， 测试结果显 示第一世代铁 白云石为更高温度条件下形成。 2 ． 2矿物学证据 2 ． 2 ． 1 铁 白云石 一天青 石 一金 红石 一黄 铁 矿 一地 开 石 组 合 以中 1 井碎屑岩为代表 的热液矿物组合， 基性侵 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 时志强， 等． 塔里木盆地志留系热液碎屑岩储层 证据、 矿物组合及油气地质意义 9 1 1 主导地位 ， 在高岭石对长石的交代作用过程中， 岩石孔 隙体积总体是增加的。 在顺托果勒地区 ， 柯上段储层发育 ， 原生及次生孔 隙均发育 ， 储集岩石 中黄铁 矿、 重晶石 、 金红石和环带 状 白云石等热液矿物较为 常见 ， 热液溶蚀作用与其它 溶蚀作用一起极大地改造了储层质量 。顺 9井柯下段 因塑性岩屑含量 高、 岩石抗压性弱而原生孔隙均不发 育 ， 但局部发育一定 的次生孔隙， 次生孔 隙常和萤石 、 磷铈矿和环带状白云石等热液矿物共同存在于储集岩 中， 显示 了热液溶蚀作用对储层 的改善起到 了一定的 积极作用。 3 ． 2 油气散失与再聚集 塔里木 盆 地 志 留系 柯 坪塔 格 组 砂 岩 普 遍 含 沥 青 卜 ， 且沥青砂岩形成后经历了多期地质事件和多 次烃类注人 、 混杂， 改变了志留系古油藏沥青形成时的 原始产状 。前人对志 留系沥青砂岩 的形成 多有 论 述【 3 卜圳 ， 目前鲜有文献提及热液对沥青 的形成作用 ， 仅有刘洛夫等 2 0 0 0 概 略性地指 出志 留系碎屑岩中 存在热变质沥青 ， 即 由火成岩活动热烘烤而形成的沥 青。塔中 1 8井志 留系沥青砂岩 中的干沥青可 能属 于 这种类型 ， 中 1井热炙烤裂缝涂黑现象 即形成干沥 青 图 2 f ， 图2 g ， 图 3 。志 留系沥青砂岩 的形成是烃类 多期次注入的结果 _ 3 ， 二叠纪广泛而强烈 的热流体 事 件对古油气藏的破坏不容忽视 ， 早期形成 的油藏可 由 热液侵入作用破坏殆尽 ， 热液作用对沥青砂岩的形 成 至关重要 。 热液对古油藏的破 坏体现在 3个方面 ① 高温 炙 烤作用形成干沥青； ②热流体作用对原油的热降解； ③ 热液流动对原油轻质组分的带走作用。考虑到热液在 断裂带附近温度最高 ， 沿储层输导系统运移一定距 离 后 温度降低 ， 所以干沥青形成及热降解作用可能并不 普遍， 仅存在于断裂带及其附近， 而热流体的带出作用 将非常显著。 此外 ， 塔里木盆地广泛的热流体作用 可促使烃 源 岩生烃 ’ “ J ， 热液活动过程 中新生成 的油气可 由断裂 系统快速聚集在热液溶蚀孔隙中。如果碎屑岩储层遭 遇多次热液侵入 如塔里木盆地可能还存 在 白垩纪热 液作用 ， 则由此而发生多次的沥青形成需要在今后的 工作 中加 以重视。 4 讨论 热液的来源及通道 塔中地区寒武系 一奥陶系热液 白云岩储层发育 ， 鉴于该地 区碎屑岩和碳酸盐岩岩性本身 的差异 以及 热 液侵入距离的差异 ， 志留系热液碎屑岩储层在热流体 性质 、 影响程度 以及溶蚀 机制 和溶蚀程度等方 面有别 于寒武系 一奥陶系热液 白云岩储层 ， 但二者均受到 同 一 来源深部流体的影 响， 前人研究均认为塔里木盆地 在二叠纪 、 尤其是早二叠世 晚期 曾广泛地遭受玄武岩 的影响 ’3 ， 一 。二叠纪火山岩浆作用和该时期活动 的深大断裂发育区是深部流体 的活跃 区域 ， 也是对下 古生界碳酸盐岩溶蚀改造的有利区域 。伴随着大 规模的玄武岩喷发 ， 基性侵入岩及与之相关 的富含铁 、 镁等基性矿物离子的流体沿深大断裂上涌， 是造成研 究区热液侵入的主导 因素。 热液 的侵入打破原有的岩 一水平衡 ， 在热液矿物 沉淀 的同时 引发 碳 酸盐 岩 及 碎屑 岩储 层 的 溶蚀 作 用 。与油气 运移路 径相 似 ， 热液侵 入 的通道 主要 为 断层 ， 热液矿 物 主要 沿 断裂伴 生 的构 造溶蚀 缝 和溶 蚀孔洞发育 ， 断裂是热液运移 的主要通道 _ 5 』 ， 与断层 有关 的热液上 涌主要 是纵 向发育 的 ， 而不整 合 面及 渗透性储层也可 以成 为热 液横 向运移 的通道。随着 热液沿裂缝 向上及顺 层 沿不 整合 面和渗 透性疏 导 层 侵入距离 的增加 ， 其 温度 降有所 降低 ， 根据 笔者 以往在鄂尔多斯盆地 、 潍北盆地 的研究 ， 热液溶 蚀碎 屑岩储层 一般 为低温 热液 ， 热液 温度 比围岩 的温 度 高 1 O～3 0℃ 以上 ， 其运 移 的距 离 可 能 比想 象 的要 远 ， 如沿着孔渗性很好 的储层 ， 热液 的运移距离 将远 大于致密性储层 ， 这方 面的工作还有待深 入研究 ； 热 液温度的降低 ， 将伴 随着热液矿物沉淀 的差异 ， 如 白 云石 的沉淀在塔 中地 区显示 是 由铁 白云石 一低 铁 白 云石 一含 铁 白云石 一无铁 白云石 变化 ， 反应 了温 度 下降 的序列 ； 在塔中地 区 ， 方铅 矿和闪锌矿等硫 化物 矿物在寒武 系 一奥 陶系碳酸盐 岩热液储层 中含 量较 高 ， 在志留系热 液碎 屑岩储 层 中含量较低 ， 也可 能反 应 了金属矿物 的沉淀 序列 ， 较重 的矿 物会在 热液 运 移的过程 中含量逐渐减少 。 5 结论 1 本文首次提 出塔里木盆地存在热液碎屑岩储 层 ， 塔 中地区中 1井志留系柯坪塔格组碎屑岩中可见 基性侵入岩 辉 绿岩 夹层 、 热液角砾岩 、 热炙烤现象 及铁白云石充填的热液溶蚀孔洞等直接的热液碎屑岩 岩石学证据。 2 可在塔中地区、 顺托果勒地 区区分铁 白云石 一 天青石 一金红石 一黄铁矿 一地开石组合 、 白云石 一重 晶石 一 磷灰石 一黄铁矿 一高岭石组合以及磷铈矿 一金 红石 一重 晶石 一白云石 一黄 铁矿 组合 等 热 液矿 物 组合。 3 热液的侵入主要发生于早二叠世 ， 造成储集岩 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 1 2 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 5卷 石孔隙流体离子环境紊乱 ， 促进 了溶解作用的发生 ， 是 塔里木盆地柯坪塔格组碎屑岩储层发育不可忽视的影 响因素。 4 志留系碎屑岩储层多遭受 了热液的改造 ， 在促 进次生孔隙发育 的同时沉淀 了热液矿物 ， 但 总体上改 善了碎屑岩储层 ； 热液侵入将对 已形成的古油藏产生 破坏作用 ， 在志 留系沥青 砂岩 生成过 程里产 生重 要 作用。 参考文献 [ 1 ] 朱东亚 ， 金之钧 ， 胡文碹． 塔 中地 区热液改造 型 白云 岩储 层 [ J ] ． 石油学报 ， 2 0 0 9， 3 0 5 6 9 87 0 4 ． Z h u D o n g y a ， J i n Z h ij u n ， Hu We n x u a n ． H y d r o t h e r m a l a l t e r a t i o n d o l o - 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