内蒙古索伦地区辉长岩侵入体对上二叠统林西组烃源岩的影响

赵亮亮，朱占平，王德海，邓 骁，王兀升

（1.吉林大学地球科学学院，吉林长春130061；2.宁夏回族自治区煤田地质局，宁夏银川750011）

内蒙古索伦地区辉长岩侵入体对上二叠统林西组烃源岩的影响

赵亮亮1，朱占平1，王德海1，邓 骁2，王兀升1

（1.吉林大学地球科学学院，吉林长春130061；2.宁夏回族自治区煤田地质局，宁夏银川750011）

内蒙古上二叠统林西组具有潜在的较大生烃能力.在烃源岩生烃过程中侵入岩体起到了一定的控制作用.因此针对索伦地区辉长岩侵入体对林西组烃源岩的影响进行了岩石学、有机地球化学等方面的研究，发现似层状辉长岩侵入体对围岩的影响范围仅相当于岩体自身厚度.在侵入界面的外侧，烃源岩具有变质分带现象以及有机质含量低、高熟和裂缝发育的特点，其根源是辉长岩体侵入时的较高温度和压力造成的.辉长岩侵入时带来的高温促进了烃源岩的热演化，并提高了有机质成熟度和生烃量；高压使围岩产生的大量裂缝为烃源岩排烃提供了通道.

上二叠统；林西组；辉长岩侵入体；烃源岩；内蒙古

中国东北地区在地质上主要指的是西拉木伦河－延吉缝合带以北的中国境内地区，区域大地构造上地处西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块之间.长期以来中国东北地区晚古生代的构造属性一直被认为是海西期褶皱带或碰撞造山带，作为中、新生代盆地的变质结晶基底成为油气勘查的禁区.新的研究结果表明晚古生界是佳-蒙地块基底之上的第一个具有区域性分布的具有准盖层性质的陆相-海相沉积盖层，岩石没有遭受区域变质作用，其主体处于高级成岩阶段；大面积分布的花岗岩主体形成于中生代（220～180 Ma），而不是海西期.因此东北地区上古生界并不是中-新生代盆地的结晶基底.该区晚古生代海相地层发育，属于大陆边缘沉积，发育了巨厚的暗色泥岩和碳酸盐岩，具有潜在的生烃能力，是东北地区油气资源勘查的重要新层系［1-6］.

近年来随着地质工作的深入进行，晚古生代有些层位已经见有油气显示.例如松辽盆地四深一井钻穿石炭-二叠系，发现天然气显示.肇深8井营城组发现的甲烷气占烃类气体的95%以上，气源为石炭-二叠系浅变质岩系［7-8］.松辽盆地还有来自石炭-二叠纪源岩层的天然气资源［9］.特别是随着黑龙江省龙江县林西组粉-细砂岩裂缝中赋存有由岩石自身生成的的干沥青的发现［10］，更加证明林西组具有良好的油气远景.鉴于以往地质工作较多从沉积埋藏的角度进行晚古生代烃源岩演化研究的状况，本文特别针对侵入岩体对索伦地区林西组烃源岩演化的影响进行探讨，以期揭示其中的规律.

1 区域地质背景

内蒙古索伦地区大地构造位置属于西伯利亚古板块大陆边缘向南增生部分，处于贺根山断裂带和西拉木伦河缝合带之间.区内晚古生代地层比较发育.晚石炭世—二叠纪沉积环境是一个规模巨大、南与古亚洲洋相连的海相沉积盆地［1，3-4，11-15］.研究区上二叠统林西组位于内蒙古天山-兴安地层区的大兴安岭地层分区，该区位于天山-兴安地槽褶皱区，斜跨大兴安岭中华力西褶皱带与内蒙古晚华力西褶皱带两个二级构造单元,处于阿尔山复背斜南东翼与乌兰浩特复向斜北西翼两个三级构造单元上.林西组的建组剖面为位于林西县的官地剖面，主要由一套黑色板岩、粉砂岩、砂岩组成，含丰富的淡水瓣鳃类和植物化石，在不同地区曾被称为索伦组、包尔敖包组和陶海营子组，根据岩性和生物群特征，统称为林西组［16］（图 1）.

❶内蒙古自治区地质调查院.索伦幅1∶20万地质图（L-51-14）.2000.

研究区内林西组分布较广，呈北东向条带状展布.本文选取出露较好、构造较为简单且具有代表性的索伦镇北5km左右的林西组P09-24剖面（坐标：46°37.806′N；121°14.462′E）为例（图 2）进行探讨.该剖面为吉林大学“松辽盆地及外围上古生界油气勘探新领域”项目组详测剖面.剖面走向280°，总厚度306m，岩性主要为灰黑色砂岩、粉砂岩和泥岩，沉积环境主要为湖相和三角洲相❶王德海.松辽盆地及外围上古生界烃源岩、储层研究报告.2009..剖面地层中夹数层似层状辉长岩侵入体，其中最厚的为第27层，厚15m，引起围岩接触变质.

2 侵入岩体对烃源岩演化的影响

火成岩是地下深处物质和能量的重要载体，它大大提高了地层局部的温度和压力，而温度、压力是烃源岩演化的基础.所以，火成岩对烃源岩演化具有非常重要的影响，本文以P09-24a剖面中厚15m的似层状辉长岩侵入体为例，从温度和压力两方面，探讨辉长岩侵入体对烃源岩影响的规律.

2.1 侵入体围岩接触变质特征

索伦地区林西组P09-24b剖面中辉长岩墙厚度为15.54m，呈似层状侵入暗色泥岩（图3）.野外露头剖面及镜下观察发现，辉长岩墙之上16m范围内烃源岩发生了明显变质❶王德海.松辽盆地及外围上古生界烃源岩、储层研究报告.2009.，并且距辉长岩越近，变质程度越高.根据镜下特征划分为两个变质带——红柱石角岩带和斑点状角岩带.

红柱石角岩带：分布在距离辉长岩体8m以内，主要特征是岩石中出现红柱石变斑晶（图4a），多数为雏晶.且距岩体近，雏晶粒度大，距离越远，雏晶粒度变小.基质具有显微细粒鳞片粒状变晶结构，由黑云母、白云母、石英以及碳质组成，千枚状－片状构造，具有角岩结构特征.

斑点板岩带：分布在距辉长岩体8～16m之间，带宽8m左右，主要特征是岩石中出现绿黑色斑点.此带距离岩体较远，热力影响不大，原岩成分、结构、构造变化较小.显微镜下观察新生变质矿物不明显，主要由隐晶质的泥质组成，隐约见有斑点状集合体，且具有距岩体越近斑点数量多，越远斑点数量变少的趋势.总体岩石呈现变余泥状结构，斑点状构造（图4b）.

在20m以外变为正常泥岩带（图4c、d），显微镜下新生的变质矿物数量少，有一些无色的细小云母类矿物和片状绿色绿泥石，含有黑色的炭质组分.此带距离岩体远，几乎未受热力影响，岩石总体呈现变余泥状结构，手标本呈块状（图4d）.该侵入岩体引起围岩的变质分带现象，与区域上内蒙古中部地区晚古生代地层接触变质的研究结果相一致［1］.

2.2 温度对烃源岩的影响

辉长岩携带了大量深部热量，热量不断传递给围岩，提高了围岩（地层）局部的温度.在侵入体之上16m范围内，发生了明显的围岩接触变质分带现象.从接触面向外，两个变质带岩石颜色由深变浅，结构由致密逐渐变为松散，并在20m处恢复正常.变质带中出现的特征变质矿物，相应地由中温变质矿物向低温变质矿物转变，可见在20m范围内距侵入体越远，其热变质影响程度越弱.

结合烃源岩有机碳分析和岩石热解分析获得的有机地球化学数据（表1），发现该段烃源岩有机碳含量变化很大，总体上分两个阶段.

（1）在20m范围以内，泥岩有机碳含量偏低，平均只有0.85%，而且距岩体越近，有机碳含量越低，而S1、S2、Ihc、Ih、D 等参数都具有距岩体越近数值越高，距岩体渐远数值减小的趋势，这可能与辉长岩携带的流体有关.同时，有机质热演化程度也较高，Tmax平均为494℃.

（2）在20m处，有机碳突增至1.07%，在20m范围以外，泥岩有机碳含量恢复正常，平均为1.32%，而且数据显示有机碳含量较稳定.显然在20m之外，围岩已不受辉长岩侵入影响.S1、S2、Ihc、Ih、D 等参数值也不再受与辉长岩距离远近的影响.同时，烃源岩有机质热演化程度较低，如Tmax平均为470℃.对比接触变质带内外烃源岩成熟度参数，可以看出侵入岩体提高了围岩的有机质热演化程度.

表1 烃源岩样品有机地球化学分析数据Table 1 Organic geochemistry data of hydrocarbon source rock samples

这种现象表明辉长岩对周围烃源岩的生烃起到重要的控制作用，即一方面大大提高了其有机质热演化程度，导致烃源岩高熟甚至过熟；另一方面使影响范围内烃源岩的有机质几乎完全转化为油气，显著降低了有机碳含量，从而提高了生烃量.这些特征是由于辉长岩携带了大量深部热量，提高了局部地层温度，促进围岩烃源岩的生烃演化，使烃源岩中的有机质几乎完全转化为油气，从而提高了生烃量.众所周知，温度是烃源岩生烃演化的主导因素，温度不仅控制了烃源岩的演化程度，而且与其生烃速度呈指数关系，即温度每升高10℃，化学反应速度增加2～4倍.辉长岩侵入体携带的热量大大提高了围岩的温度，从而提高了烃源岩生烃速度.当然距辉长岩墙越远，热作用越小.

2.3 压力对烃源岩的影响

压力对烃源岩作用表现在两个方面：一是高压导致围岩形成大量的裂隙，成为排烃的良好通道；二是高压为排烃提供了直接动力.分析表明，辉长岩上20m内烃源岩有机碳含量较低，距辉长岩20m以外有机碳含量较高.虽然P09-24-19和P09-24-20两样品相距仅有4m，但有机碳含量相差很多，并在P09-24-20样品处恢复正常.这说明辉长岩在提高烃源岩成熟度的同时，还大大促进了其排烃，从而使残余可溶有机质含量大大降低.

当泥岩孔隙压力（排烃动力）超过岩石的机械阻抗（排烃阻力）时，泥岩可产生大量的微裂缝，形成超压流体释放的通道，沿该通道可进行幕式排烃［18］.待流体释放，压力减小到一定限度时，微裂缝又会闭合.之后开始下一循环，直至烃源岩生烃能力枯竭或生烃的物化条件被改变而停止排烃.微裂缝排烃区位于超压区内部，通常处于压力较高区域.理论计算结果表明［19］，当压力系数超过1.3时，可使泥岩微裂缝呈开启状态.研究区辉长岩侵入体冷却与结晶过程中，岩浆熔体体积膨胀，内积增大，产生局部异常高压.例如当含水2.7%的花岗岩熔体在2km深处全部结晶时，体积将膨胀50%，所积聚的内压可高达n×100 MPa，而最坚韧围岩的抗张强度也仅有 n×10 MPa［20］.因此侵入体周围烃源岩属于微裂缝排烃模式，其排烃范围大，排烃效率高，形成了残余可溶有机质含量低的现象.

3 结论

辉长岩侵入体对周围烃源岩的生烃演化具有控制作用，原因是辉长岩侵入体提高了地层局部温度和压力.

（1）似层状辉长岩侵入体影响范围有限，仅大致相当于岩体自身的厚度.

（2）热接触变质范围内，可划分两个变质带：红柱石角岩带和斑点状角岩带.距岩体越近，S1、S2、Ihc、Ih、D等参数值越高；远离岩体参数值降低；变质带以外参数值恢复正常，趋于稳定.

（3）高温为烃源岩生烃提供了热量，使烃源岩早熟、高熟甚至过熟，而且距侵入体越近，有机碳参数值越小，20m之外恢复正常.

（4）高压使围岩产生大量裂隙，为排烃提供了通道和动力，促进烃源岩排烃，显著提高了排烃率.

致谢：在成文过程中，“松辽盆地及外围上古生界油气勘探新领域”项目组各位老师提供了宝贵的意见及资料，在这里对他们的支持和帮助表示感谢.

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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.编辑：张哲.

国家自然科学基金项目（40739905）和国家油气专项（2009GYXQ12-01）资助.

赵亮亮（1982—），男，在读博士研究生，构造地质学专业，通信地址吉林省长春市建设街2199号，E-mail//freedom0724@163.com