基于缝洞方解石包裹体测试分析塔北轮南地区奥陶系古岩溶期次及环境

淡永，梁彬，曹建文，张庆玉

（1.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林541004；2.成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都 610059；3.国土资源部/广西岩溶动力学重点实验室，广西 桂林 541004）

基于缝洞方解石包裹体测试分析塔北轮南地区奥陶系古岩溶期次及环境

淡永1，2，梁彬1，3，曹建文1，3，张庆玉1，3

（1.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林541004；2.成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都 610059；3.国土资源部/广西岩溶动力学重点实验室，广西 桂林 541004）

塔里木盆地轮南地区奥陶系岩溶缝洞发育，但多期水-岩作用对缝洞改造复杂。基于轮南地区岩溶缝洞方解石包裹体测试，总结了该地区包裹体的物理、化学特征，发现轮南地区以单液相、气液两相包裹体为主，并按包裹体盐度-均一温度将气液两相包裹体划分为6类不同成因类型包裹体。结合埋藏史分析，认为轮南地区上述包裹体可能形成于4期岩溶作用阶段，包括表生期暴露淡水岩溶、浅埋藏岩溶、中埋藏岩溶及深埋藏岩溶。以上研究为判断轮南地区奥陶系风化壳岩溶缝洞形成后，埋藏阶段多期水-岩作用对缝洞的改造效应提供依据。

轮南古潜山；鹰山组；埋藏岩溶；均一温度；埋藏史；岩溶作用

近年来，塔里木盆地轮南地区在埋藏深度大于5 000 m的奥陶系碳酸盐岩中发现高产岩溶缝洞型储集层。普遍研究认为主要受控于加里东-海西暴露期大气淡水岩溶作用［1-2］，自风化壳岩溶储层形成后，又经历了长期埋藏过程中岩溶作用的叠加与改造，多期次水-岩相互作用造成优质储层的发育分布规律变得十分复杂［3-4］。因此深入研究古岩溶作用及对储层的改造，对指导该地区碳酸盐岩油气勘探具重要实际意义。古岩溶缝洞充填物是岩溶综合作用的产物，保留了古岩溶作用过程的环境信息［5-8］。通过对充填物研究可判别古岩溶作用环境、认识古岩溶作用期次。前人对轮南地区风化壳岩溶作用及对储层形成的控制研究较成熟［1-4］，对埋藏后深部岩溶作用研究较欠缺，仅部分学者通过充填物地球化学的研究［9］，大致推断了轮南地区奥陶系不同埋藏环境下发生的岩溶作用。与西南部塔河油田相比［10-14］，轮南地区明显缺少埋藏后古岩溶期次判断及每期岩溶流体温度、盐度等环境信息。因此，在轮南地区采样，通过缝洞方解石包裹体测试分析，总结轮南地区包裹体物理、化学特征，分析该地区古岩溶作用期次及环境信息，以此促进该地区碳酸盐岩储层空间发育演化机理及储层分布规律研究［15］。

1 地质背景

轮南地区位于塔北隆起轮南低凸起中部地区（图1）［16］，奥陶系古潜山是加里东期和海西早期多期次构造作用的结果。多次暴露、埋藏，造成奥陶系碳酸盐岩多期、多形式的溶解与充填［1-4］，形成了叠加的古风化壳型岩溶储层，而充填物记录了这一过程。轮南地区充填物种类多样［9］，本次重点选择缝洞方解石进行研究。轮南地区奥陶系风化壳，其上覆地层为三叠系或石炭系，普遍缺失志留—二叠系。古风化壳地层自北西向南东分布为：奥陶系中下统鹰山组、中统一间房组及上统吐木休克组、良里塔格组桑塔木组。其中，奥陶系鹰山组、一间房组为风化壳主体地层，也是轮南主要碳酸盐岩油气储层（图1）［1-4］。

2 样品与测试

研究样品主要取自轮南低隆起奥陶系鹰山组、一间房组碳酸盐岩地层。样品类型包括:碳酸盐岩溶蚀孔洞中充填的方解石及裂缝中充填方解石，这些充填物半充填或全充填于缝洞中，有的与钙质泥岩充填物伴生，取样井主要分布在轮南潜山区（图1）。取样深度主要考虑在风化壳面及其下150 m内，共计取样9口井，11块（表1）。选择有代表性的方解石包裹体350个，选用英国Linkam公司THMSG600型冷热台进行测定，测试由国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成。

图1 轮南地区取样井及前石炭纪地质略图Fig.1 The location of wells and pre-carboniferous paleogeologicmapofLunnanareain theTarimBasin

3 测试结果

3.1 包裹体物理特征

方解石中，卢焕章等研究认为其所含包裹体以原生包裹体为主［15-17］。因此，本次测试结果不作原生、次生区分，均视为原生包裹体。测试结果显示，室温下包裹体主要是以单液相存在为主，仅有部分为气液两相（表1）。单液相包裹体个体形态以米粒状、小菱形、长方形为主，显微镜下无色透明，大小2～15 μm，一般小于气液两相包裹体。在方解石晶体中呈自由分散、小群状及沿微裂隙分布（图2-a）。除1、9、11号样外，其余样品单液相包裹体占包裹体总数的60%以上，出现这种现象原因有多种：测试过程中包裹体气相泄漏及可能包裹体在温度小于50℃环境形成，这种低温环境下不会产生气相包裹体［19-20］。

表1 轮南地区方解石中包裹体物理特征Table 1 The physical features of calcite inclusion of filling minerals in Ordovician palaeokarst in Lunnan area

图2 包裹体形态与分布特征Fig.2 The shape and distribution of mineral calcite inclusion features in Ordovician palaeokarst in Lunnan area

气液两相包裹体以菱形、长方形、多边形为主，显微镜下无色透明，大小3～20 μm，在晶体中呈自由分散、小群状及沿微裂隙分布（图2-b）。部分样中除发现单液相和气液相盐水包裹体外，偶见少量液相烃、气相烃和气液二相有机烃及含烃质多相包裹体，多呈褐色、黄棕色，大小3～15 μm。

3.2 气液两相盐水包裹体化学特征

气液两相盐水包裹体盐度、冰点温度和初溶温度测定结果见表2。

（1）盐度分布图表明（图3），轮南地区盐度跨度较大，w（NaCl）为1.7%～21.6%，说明本区岩溶流体性质变化较大。分地区看，位于轮古西斜坡的TG42、TG154、TG901、TG902、TG903，包裹体盐度存在差异。即使是该地区同一口井如TG42盐度也存在明显差异。TG42气液1w（NaCl）为3.4%～4.2%，气液2w（NaCl）高达17.3%～17.6%。轮古中部和东部斜坡也有差异，表明该区受不同期次岩溶流体影响。

（2）整体上按盐度高低可把轮南地区包裹体分为3类：低盐度包裹体，w（NaCl）为2%～7%，以TG42、TG902、TN1-H1及TG381为代表，相应冰点温度为-4.5℃～-1.0℃，初溶温度-42℃～-20.5℃，属NaCl-H2O化学体系；中盐度包裹体8%～14%，以TG901、TN62为代表，相应冰点温度为-12.0℃～-5.0℃，初溶温度-50℃～-42℃，属Ca-CL2-H2O、NaCl-CaCl2-H2O及NaCl-MgCl2-H2O化学体系。据Mafia研究，化学体系变化与体系中离子变化有关［20］，表明该类包裹体流体中Ca（Mg）离子是重要组分。高盐度包裹体盐度15%～22%，以TG154、TG903、TN11为代表，相应冰点温度为-20.8℃～-13.0℃，初溶温度-56℃～-51℃，属CaCl2-H2O及NaCl-CaCl2-H2O化学体系。表明该类包裹体流体中Ca离子是重要组分。其中低盐度及高盐度包裹体明显高于中盐度包裹体数。

图3 轮南地区气液两相盐水包裹体盐度分布特征Fig.3 The calcite inclusion concentration of filling minerals in Ordovician palaeokarst in Lunnan area

表2 轮南地区奥陶系方解石气液两相盐水包裹体化学特征Table 2 The filled mineral calcite inclusion chemical features of Ordovician palaeokarst in Lunnan area

表3 轮南地区气液两相盐水包裹体均一温度特征Table3 Calcite inclusion homogenization temperature of Ordovician palaeokarst in Lunnan area

3.3 气液两相盐水包裹体均一温度

轮南地区奥陶系气液两相盐水包裹体测温范围60℃～150℃，不同钻井奥陶系包裹体温度有差异（表3），如相邻的TG41、TG42，最高包裹体均一温度分别为105℃、138℃。同一钻井不同气液相包裹体之间也存在差异，如TG42气液相1与气液相2包裹体均一温度分别为90℃～105℃、80℃～90℃，处在不同温度段（表3），表明轮南地区奥陶系经历了不同温度下多期岩溶充填。

图4 轮南地区气液两相盐水包裹体均一温度分布特征Fig.4 The distribution feature of calcite inclusion homogenization temperature in Lunnan area

均一温度分布图显示，3个温度段是包裹体主要形成期（图4）：①60℃～85℃段。包裹体形成主峰温度为81℃～85℃；②85℃～95℃段。包裹体形成主峰温度为91℃～95℃，前两温度段是包裹体形成的主要时期，也是岩溶充填的主要时期；③95℃～115℃段。此温度段包裹体形成少于前两段，但在110℃～115℃包裹体形成有突然增加的过程，反映一期较弱的岩溶充填过程。本次测试结果显示未见异常高温包裹体，最高温为150℃，该类包裹体数量较少，可能与样品较少及取样位置有关。前人研究认为，轮南西南部塔河油田气液两相盐水包裹体均一温度最高温可达200℃（表3）［4，12，13］，说明本区存在异常高温流体的可能。

图5 轮南地区气液两相盐水包裹体盐度-均一温度交汇图Fig.5 The Intersection map of homogenization temperature and concentration of calcite inclusion in Lunnan area

从盐度-均一温度交汇图看（图5），二者相关性较差，低盐度段均一温度为65℃～100℃，而中盐度包裹体均一温度为85℃～90℃，高盐度包裹体温度为60℃～120℃。总体上研究区可分为6类不同性质流体成因包裹体：①低温低盐度包裹体。均一温度为60℃～85℃，w（NaCl）为2%～7%，相应冰点温度为-4.5℃～-1.0℃，初溶温度-42℃～-20.5℃，属NaCl-H2O化学体系；②低温高盐度包裹体。均一温度为60℃～85℃，盐度为15%～22%，相应冰点温度为-20.8℃～-13.0℃，初溶温度-56℃～-51℃，属CaCl2-H2O及NaCl-CaCl2-H2O化学体系；③中温低盐度包裹体；④中温中盐度包裹体；⑤中温高盐度包裹体。上述3类成因包裹体均一温度均在85℃～95℃，但w（NaCl）值从2%～7%逐渐变为15%～22%，相应冰点温度从-4.5℃～-1.0℃变为-20.8℃～-13.0℃，化学体系从NaCl-H2O体系逐渐变为CaCl2-H2O及NaCl-Ca-Cl2-H2O化学体系；⑥高温高盐度包裹体，包裹体形成温度95℃～115℃，甚至更高，盐度为15%～22%，相应冰点温度-20.8℃～-13.0℃，初溶温度-56℃～-51℃，属CaCl2-H2O及NaCl-CaCl2-H2O化学体系。

4 讨论

（1）大量分布的单液相包裹体形成原因较多，基于研究区方解石晶体中大量存在自由分布的单液相包裹体，可推测至少存在部分单液相包裹体，是在小于50℃的低温环境中形成，这些包裹体属加里东期或海西期奥陶系暴露表生期形成，代表了碳酸盐岩淡水岩溶环境（表4）。

（2）关于轮南低隆起古地热梯度，金奎励等做过专项研究［20］。结果表明，该区总体古地温梯度较低，且隆起区高于坳陷区，介于2.0℃/100 m～2.5℃/100 m。为简化计算，隆起区古地温梯度取2.5℃/100 m。地表温度取20℃，把3个包裹体形成温度段进行计算推测，除上述表生期环境外，还存在浅埋藏岩溶环境（1 600～2 600 m）、中埋藏岩溶环境（2 600～4 000 m）及深埋藏岩溶环境（大于4 000 m），对于高温热液岩溶，前已论述，本次取样并未发现。据塔河油田资料［13］，本地区可能存在，但分布受局限，不具普遍性。

表4 轮南地区包裹体类型及形成古岩溶环境Table 4 Calcite Inclusion type and the paleaokarst environment in Lunnan area

（3）早埋藏岩溶，是研究区继加里东或海西早期大规模风化壳淡水岩溶后的一次较大岩溶。随埋藏深度增加，上覆石炭系不断沉积，地层压力增大，地层温度从60℃逐渐增加到85℃，岩溶流体性质有较大变化，主要表现在盐度上从低盐度2%～7%快速变到15%～22%，流体化学体系从NaCL-H2O变为NaCL-CaCL2-H2O化学体系。分析原因可能是在浅埋藏环境下，上覆石炭系页岩中硫酸菌还原释放有机酸，使下奥陶统碳酸盐岩再次岩溶，形成大量钙离子或镁离子，造成流体环境化学体系的改变及盐度值相应增大，同时造成新空隙的形成及旧空隙的部分充填。中埋藏岩溶，随埋深增加，温度变为85～95℃，盐度值也再度增加，从中温低盐度-中盐度-高盐度变化，化学体系主要为NaCl-CaCl2-H2O及NaCl-MgCl2-H2O体系。最后一期次较大规模岩溶，研究区处于深埋藏阶段，温度在110℃～115℃，盐度值也较高为15%～22%，流体化学体系为NaCl-Ca-Cl2-H2O或CaCl2-H2O化学体系。

5 结论

（1）轮南地区奥陶系方解石包裹体类型以单液相、气液两相包裹体居多，部分包裹体中含气相或液相烃，包裹体形状多样，以在晶体中自由状、小群状及沿微裂隙分布为主。

（2）按盐度-均一温度划分，研究区气液两相包裹体分为6类包裹体：低温低盐度包裹体、低温高盐度包裹体、中温低盐度包裹体、中温中盐度包裹体、中温高盐度包裹体及高温高盐度包裹体。

（3）结合轮南地区埋藏史资料，奥陶系碳酸盐岩经历了4期古岩溶作用：表生期淡水岩溶、浅埋藏岩溶、中埋藏岩溶及深埋藏岩溶。

（4）各岩溶期流体环境各不相同，形成的流体包裹体也不同。部分单液相包裹体形成于暴露淡水岩溶环境，低温低盐度及低温高盐度包裹体形成于浅埋藏岩溶环境，中温低盐度-中盐度-高盐度包裹体形成于中埋藏岩溶环境，高温高盐度包裹体深埋藏岩溶环境。

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Analysis of Palaeokarst Periods and its Environmental in Lunnan Ordovician of Tarim Basin:From Fluid Inclusion Test of Calcite in Fracture or Vug

Dan Yong1，2，Liang Bin1，3，Cao Jianwen1，3，Zhang Qingyu1，3
（1.Institute of karst Geology，CAGS，Guilin，Guangxi，541004，China；2.Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan，610059，China；3.Karst Dynamics Laboratory，MTR&GZAR，Guilin，Guangxi，541004，China）

It is widely development that palaeokarst fracture-vug are in the Ordovician in Lunnan area of Tarim Basin，but palaeokarst fracture-vug reconstruucted intricately by multi-period water-rock interaction later.Based on the test of calcite inclusion in karst fracture-vug in Lunnan area，the physical and chemical characteristics of inclusions are summarized.It is found that single liquid phase and gas-liquid phase inclusions are mainly inclusions in Lunnan area.According to homogenization temperature and concentration of calcite inclusion，gas-liquid phase inclusions are divided into six different genetic types of inclusions.Finally，combined with burial history analysis of Lunnan area，it is suggested inclusions mentioned above may be formed during four period karstification stage，including the supergene period of exposure to fresh water karst，shallow buried karst，medium buried karst and depth buried karst.These research results can provide evidence for reservoir reconstruction during burial stage，which are by multi-period water-rock interaction，after Ordovician weathering crust palaeokarst fracture-vug formed in Lunnan area.

Lunnan buried hill；Yingshan Formation；The buried karst；Homogenization temperature；Burial History；Karstification

1000-8845（2015）01-95-06

P534.42；P578.6+1

A

项目资助：国家自然基金青年基金（41302122）、973计划项目（2011CB201001）、国土资源部公益性行业科研专项（201211082），所控项目（201305）共同资助

2014-03-12；

2014-04-28；作者E-mail：danyong@karst.ac.cn

淡永，男（1986-），四川内江人，成都理工大学在读博士，助理研究员，从事古岩溶油气地质研究