魏 巍，朱筱敏，談明軒，吳陳冰潔，薛夢戈，國殿斌，蔣飛虎，呂思翰

[1. 中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.中國石化 中原油田分公司 石油勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽 457001；4.中國石油 大慶油田 采油三廠 電力大隊(duì)，黑龍江 大慶 163000]

查干凹陷早白堊世熱流體活動(dòng)的證據(jù)及其對巴音戈壁組碎屑巖儲層的影響

魏 巍1,2，朱筱敏1,2，談明軒1,2，吳陳冰潔1,2，薛夢戈1,2，國殿斌3，蔣飛虎3，呂思翰4

[1. 中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.中國石化 中原油田分公司 石油勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽 457001；4.中國石油 大慶油田 采油三廠 電力大隊(duì)，黑龍江 大慶 163000]

基于沉積、儲層和構(gòu)造特征，應(yīng)用流體包裹體和碳、氧同位素等技術(shù)手段，結(jié)合巖心、薄片及掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)查干凹陷早白堊世蘇紅圖組沉積時(shí)期為走滑-拉分?jǐn)嘞萜冢殡S多期中-基性安山巖和玄武巖為主的火山活動(dòng)及其對應(yīng)的熱流體活動(dòng)。蘇紅圖期火山噴發(fā)及熱流體活動(dòng)，影響了巴音戈壁組埋深2 800 m以下地層，主要體現(xiàn)在古大地?zé)崃鳟惓８咧?、包裹體均一溫度異常增高、碳同位素顯示無機(jī)成因特征、鏡質(zhì)體反射率突變及粘土礦物轉(zhuǎn)化異常這5個(gè)方面。深部的熱流體攜帶CO2等氣體，主要沿毛西斷裂上侵，進(jìn)入烏力吉構(gòu)造帶，通過微裂縫和不整合面等通道發(fā)生橫向運(yùn)移，主要溶蝕巴音戈壁組儲層碳酸鹽等礦物，其次為長石顆粒。溶蝕作用發(fā)育的優(yōu)先部位，主要在靠近控制巖漿侵入體的深大斷裂，其次受不整合面及次級斷裂和裂縫等控制；向凹陷內(nèi)部，溶蝕作用減弱。深部熱流體活動(dòng)對區(qū)內(nèi)有機(jī)質(zhì)熱演化和儲層物性的影響，是研究區(qū)內(nèi)溶蝕孔洞發(fā)育及分布的主控因素，也是勘探大規(guī)模油氣藏的關(guān)鍵。

碳、氧同位素；溶蝕作用；熱流體活動(dòng)；巴音戈壁組；查干凹陷

長期以來，人們對流體的研究局限在沉積盆地內(nèi)部。隨著越來越多的沉積盆地發(fā)現(xiàn)了深部熱流體活動(dòng)，它在地質(zhì)過程中所起的作用日益引起人們的重視[1-12]。目前，對深部流體的含義還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和明確的認(rèn)識。本文采用金之鈞的劃分方案，將基底以下的熱流體稱作深部熱流體，包括深部地殼熱流體和上地幔熱流體，主要與巖漿-火山活動(dòng)有關(guān)[6]。Anderson指出，沉積盆地實(shí)際上是一個(gè)巨大的低溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)器，深部熱流體對盆地的溫度場產(chǎn)生重要影響，不僅加速圍巖中有機(jī)質(zhì)生烴速率[4]，還對盆地的地質(zhì)構(gòu)造、巖石演化、流體活動(dòng)和油氣成藏會(huì)產(chǎn)生重大影響[5-14]。因此，加強(qiáng)深部熱流體活動(dòng)的研究，不僅可以進(jìn)一步深化對它的認(rèn)識，而且對于在深部熱流體活動(dòng)頻繁的盆地進(jìn)行油氣分布規(guī)律預(yù)測和油氣勘探都具有重要的指導(dǎo)作用。

查干凹陷早白堊世蘇紅圖組沉積時(shí)期，火山活動(dòng)十分強(qiáng)烈，凹陷內(nèi)火山巖體發(fā)育，主要以中-基性安山巖和玄武巖為主[15-17]。在火山活動(dòng)劇烈的烏力吉構(gòu)造帶中，祥6-1和祥8等見油氣顯示井的巴音戈壁組碎屑巖，發(fā)育大量異常的“黃豆?fàn)睢贝笮〔坏鹊目锥碵18-19]，可能與區(qū)內(nèi)發(fā)生的熱流體活動(dòng)有關(guān)。然而，查干凹陷勘探程度較低，前人主要致力于層序、沉積和構(gòu)造演化的研究，未曾涉及熱流體活動(dòng)的研究[20-23]。因此，研究區(qū)是否發(fā)生熱流體活動(dòng)，及其對區(qū)內(nèi)烴源巖熱演化和碎屑巖儲層的影響機(jī)制等，為急需解決的問題。本文在全面搜集和整理查干凹陷自勘探以來儲層分析化驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，基于83個(gè)流體包裹體、59個(gè)粘土X-衍射及69個(gè)鏡質(zhì)體反射率等數(shù)據(jù)，從13口新老井中鉆取31塊樣品進(jìn)行碳、氧同位素等測試，結(jié)合巖心、薄片及掃描電鏡觀察等方法，確定區(qū)內(nèi)發(fā)生熱流體活動(dòng)的證據(jù)，討論其對儲層的影響，為本區(qū)的油氣勘探提供基礎(chǔ)地質(zhì)信息，也為油氣分布預(yù)測提供新觀點(diǎn)和依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

銀根-額濟(jì)納旗盆地(簡稱“銀-額盆地”)位于四大板塊(塔里木、哈薩克斯坦、西伯利亞、華北板塊)結(jié)合部位，處于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部。查干凹陷位于內(nèi)蒙古烏拉特后旗，銀-額盆地的東北端，北西和西側(cè)與西尼凸起為鄰，東鄰楚干凸起，東南側(cè)緊靠狼山，是一個(gè)勘探程度較低的凹陷。查干凹陷北東長60 km，北西寬40 km，勘探面積約2 000 km2(圖1)。查干凹陷長軸方向上表現(xiàn)為典型的單斷箕狀特征，以南西側(cè)深坳、北東側(cè)翹升為主；短軸方向上具有凹、隆相間的基本特點(diǎn)，自西向東三分為西部次凹、毛墩次凸和東部次凹。西部次凹是主要勘探區(qū)域，地層發(fā)育全面、厚度大，主要發(fā)育下白堊統(tǒng)，自下而上發(fā)育巴音戈壁組[巴一段(K1b1)、巴二段(K1b2)]、蘇紅圖組[蘇一段(K1s1)、蘇二段(K1s2)]和銀根組(K1y)，與其下的二疊系及其上的上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組(K1w)均呈角度不整合[20-23]。其中，以次級同生斷層(巴潤斷層)為界，西部次凹可分為上升盤的虎勒洼陷-中央構(gòu)造帶和下降盤的額很洼陷-烏力吉構(gòu)造帶[19]。

查干凹陷是發(fā)育在晚古生代褶皺基底之上的早白堊世陸內(nèi)拉分盆地。早白堊世初期，受燕山Ⅲ幕影響，凹陷主要沉積近岸水下扇-半深湖和扇三角洲-濱淺湖相的巴音戈壁組，最厚可達(dá)2 600 m。在蘇紅圖期，隨著走滑拉分作用加強(qiáng)，深部物質(zhì)上涌和噴發(fā)，頻繁發(fā)生火山活動(dòng)，形成多套中-基性火山巖-濱淺湖交互沉積地層[15-23]，沉積厚度達(dá)2 800 m以上，火山巖厚度最大達(dá)600 m。蘇紅圖末期發(fā)生的燕山Ⅳ運(yùn)動(dòng)幕，導(dǎo)致凹陷發(fā)生強(qiáng)烈的“構(gòu)造反轉(zhuǎn)”運(yùn)動(dòng)，蘇紅圖組上部地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，北部剝蝕量最大，可達(dá)800 m。而后凹陷進(jìn)入斷-拗轉(zhuǎn)化期，火山噴發(fā)結(jié)束，銀根組以區(qū)域性削截不整合形式上覆于蘇紅圖組之上。晚白堊世至今，盆地進(jìn)入穩(wěn)定拗陷階段，沉積了厚度較大的烏蘭蘇海組和新生代地層。

2 熱流體活動(dòng)的證據(jù)

查干凹陷的演化過程中，受燕山Ⅲ幕影響，深部巖漿總是尋找薄弱之處(如構(gòu)造應(yīng)力場低值區(qū)、剪切應(yīng)力集中區(qū)、深大斷裂等)進(jìn)入盆地，形成火山巖。結(jié)合前人研究，研究區(qū)主要發(fā)育中-基性火山巖，以玄武巖為主，其次見安山巖和凝灰?guī)r[15]。平面上，火山巖呈帶狀沿毛西斷層(深大斷裂)分布，厚度由東向西逐漸減薄(圖2)。毛西斷裂是形成于古生代的同沉積正斷層，在早白堊世一直處于活動(dòng)狀態(tài)，直到晚白堊世才停止活動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)今火山巖的分布，推斷深部巖漿主要沿毛西大斷裂上升進(jìn)入凹陷，從烏力吉構(gòu)造帶北部和中部侵入。

圖1 查干凹陷構(gòu)造分區(qū)(a)、構(gòu)造剖面(b)及地層綜合柱狀圖(c)Fig.1 Structural unit division (a),structural cross section (b)and stratigraphic column (c) of the Chagan Sag

研究表明，巖漿活動(dòng)主要發(fā)生在蘇紅圖期，一方面對地溫場構(gòu)成影響，另一方面可能促使深部熱流體沿多期活動(dòng)的張性正斷裂上升至淺部。深部熱流體活動(dòng)必然導(dǎo)致凹陷內(nèi)溫度、壓力和成巖場的改變。盡管人們幾乎無法準(zhǔn)確追蹤盆地演化過程中壓力場的演變，但可通過某些敏感的參數(shù)來反映溫度場和成巖場的變化。因此，本文選取大地?zé)崃魇?、包裹體均一溫度、碳同位素特征、鏡質(zhì)體反射率及粘土礦物轉(zhuǎn)化等參數(shù)來探討查干凹陷熱流體活動(dòng)的特征。

2.1 大地?zé)崃餮莼?/p>

研究表明，查干凹陷在巴音戈壁組沉積時(shí)期的大地?zé)崃髦堤幱?3.6～101.2 mW/m2；后期大地?zé)崃髦翟龈?，到銀根組沉積末期達(dá)到最大，處于110～127.6 mW/m2，表現(xiàn)為高溫型地溫場特征；自晚白堊世烏蘭蘇海組沉積開始，盆地進(jìn)入拗陷期，大地?zé)崃髦抵饾u下降，至今大地?zé)崃髦祪H在68.2～74.8 mW/m2，為中溫型地溫場[24-27]。受早白堊世走滑構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，查干凹陷在蘇紅圖組沉積期發(fā)育多期強(qiáng)烈火山噴發(fā)[15-17]，使地殼深部的能量大量釋放到地表，造成早白堊世的高地?zé)釥顟B(tài)。

圖2 查干凹陷蘇紅圖組火山巖平面分布特征Fig.2 Distribution of volcanic rocks in the Suhongtu Formation,Chagan Sag

結(jié)合前人研究，蘇紅圖組沉積時(shí)期的大地?zé)崃髦翟谄矫嫔险w表現(xiàn)為毛敦次凸最高，東部次凹次之，西部次凹較低(圖3a)。這主要與大地?zé)崃髡凵溆嘘P(guān)，即大地?zé)崃魇芑讟?gòu)造形態(tài)及其上覆沉積蓋層厚度控制，由于凹陷區(qū)沉積巖厚度大、巖石熱導(dǎo)率較低，熱流發(fā)生“折射”向毛墩凸起運(yùn)移導(dǎo)致(圖3a，b)。在西部次凹中，大地?zé)崃髦稻o鄰毛西斷層帶最高，達(dá)80 mW/m2；向次凹中部逐漸減低，在額很洼陷低至58 mW/m2。然而，在烏力吉構(gòu)造帶祥8和毛10井區(qū)(圖3a)，熱流值較高，但古地貌顯示該區(qū)并非凸起區(qū)(圖3b)，推斷并非大地?zé)崃髡凵涑梢?。蘇紅圖期火山活動(dòng)劇烈，毛10井區(qū)在早白堊世為強(qiáng)火山活動(dòng)區(qū)(圖2)，祥8井區(qū)次級斷裂發(fā)育，推斷深層熱流體伴隨巖漿活動(dòng)沿?cái)嗔焉嫌浚瑢?dǎo)致火山活動(dòng)區(qū)(如毛10井)和斷裂發(fā)育區(qū)(如祥8井)古大地?zé)崃髦蹈遊13]。因此，研究區(qū)烏力吉構(gòu)造帶高熱流值與火山噴發(fā)伴隨的深層熱流活動(dòng)有關(guān)。

2.2 流體包裹體均一溫度

流體包裹體測得的均一化溫度可以視為巖石經(jīng)歷最大溫度的有用記錄[28]，因此可作為熱流體活動(dòng)的直接證據(jù)。結(jié)果表明，流體包裹體均一溫度主要分布于3個(gè)區(qū)間，分別為80～100，110～160和180～190 ℃(圖4)。所測流體包裹體均為含烴的鹽水包裹體，形態(tài)較規(guī)則。第一、第二期流體包裹體主要呈帶狀、群狀賦存于石英或石英加大邊中，其次賦存于自生方解石中；第三期流體包裹體主要呈串珠狀賦存于石英的微裂縫中。前人研究表明，研究區(qū)巴音戈壁組儲層曾發(fā)生兩期油氣充注，分別為蘇紅圖組沉積晚期(103～105 Ma)和銀根組沉積中、晚期(97～99 Ma)，對應(yīng)的流體包裹體均一溫度分別為80～100 ℃和110～150 ℃[24-25]，與本文測試的前兩期流體包裹體均一溫度相吻合。然而，測試結(jié)果中第三期流體包裹體的均一溫度(180～190 ℃)遠(yuǎn)高于油氣充注溫度。以烏力吉構(gòu)造帶祥2井為例，埋藏史和熱史模擬結(jié)果顯示，查干凹陷巴音戈壁組在銀根組沉積末期達(dá)到最大埋深3 000 m和最高地溫160 ℃[24](圖5)。此外，力平1和毛10井的流體包裹體均一溫度也較高(圖4)，推測主要由不同期次巖漿上涌，攜帶深部熱流體脈沖式上升導(dǎo)致[6-10]。

2.3 碳、氧同位素特征

查干凹陷下白堊統(tǒng)巴音戈壁組儲層發(fā)育大量的碳酸鹽膠結(jié)物，而碳酸鹽膠結(jié)物中碳、氧同位素組成可反映其形成時(shí)的地球化學(xué)環(huán)境特征和物質(zhì)來源等，有助于闡明成巖過程中流體-巖石相互作用、流體演化史和熱史等基本地質(zhì)問題。不同來源的碳，由于母質(zhì)類型與形成環(huán)境不同，其碳同位素組成存在明顯差異。湖相原生碳酸鹽巖的δ13C(PDB)值處于-6‰～-2‰；大氣中CO2的δ13C(PDB)值在-7‰左右；與巖漿活動(dòng)伴生的CO2的δ13C(PDB)較重，在3‰～12‰；而與有機(jī)質(zhì)脫羧有關(guān)的有機(jī)碳δ13C(PDB)較輕，分布在-30‰～-10‰[29-30]。

結(jié)果表明，不同構(gòu)造帶，同一地層碳酸鹽膠結(jié)物的碳、氧同位素值也不同。在遠(yuǎn)離毛西斷裂的中央構(gòu)造帶和額很洼陷，巴二段碳酸鹽膠結(jié)物的δ13C(PDB)相對較輕，處于-6.13‰～-2.90‰，平均值為-3.80‰(圖6)?？紤]到采集樣品所在井主要分布在凹陷中部，離烴源巖很近，碳同位素的低值可能與烴源巖中有機(jī)質(zhì)脫羧基作用有關(guān)。在烏力吉構(gòu)造帶，碳酸鹽膠結(jié)物中δ13C(PDB)值主要分布在-4.50‰～-0.65‰，平均值為-1.78‰；δ18O(PDB)值主要分布在-21‰～-12‰，平均值在-17‰。由于碳同位素組成較重，大部分樣品甚至高于湖相沉積的碳同位素組成，具有無機(jī)碳特征，推斷可能與大氣淡水、碳酸鹽巖巖屑溶解和深部熱流體伴隨的CO2有關(guān)。然而，埋藏史表明，烏力吉構(gòu)造帶巴音戈壁組儲層未曾暴露地表，其次，查干凹陷的母巖主要為花崗巖和變質(zhì)巖，碳酸鹽巖地層極少發(fā)育[15-17]，由此排除大氣淡水和外源碳酸鹽成因。因?yàn)榕c巖漿活動(dòng)伴生的CO2的δ13C(PDB)較重，并且烏力吉構(gòu)造帶鄰近深大斷裂，推斷無機(jī)碳源可能與來自深部熱流體伴生的CO2有關(guān)。

圖3 查干凹陷蘇紅圖組沉積期大地?zé)崃餮莼疐ig.3 Terrestrial heat fluid value evolution during the deposition of the Suhongtu Formation,Chagan Sag

圖4 查干凹陷巴音戈壁組流體包裹體均一溫度直方圖Fig.4 Histogram of homogenization temperatures of inclusions from the Bayingebi Formation,Chagan Sag

2.4 鏡質(zhì)體反射率

鏡質(zhì)體反射率(Ro)可以反映成巖過程中有機(jī)質(zhì)賦存的沉積地層最大埋深、古地溫及成熟度，為恢復(fù)地層剝蝕厚度及判斷熱流體活動(dòng)提供重要依據(jù)[31-33]。

圖5 查干凹陷祥2井埋藏史和熱史Fig.5 Burial and thermal history of Well X2 in the Chagan Sag

圖6 查干凹陷巴音戈壁組二段儲層碳酸鹽膠結(jié)物同位素組成Fig.6 C/O stable isotope compositions of carbonate cements from the second member of the Bayingebi Formation in the Chagan Sag

在未剝蝕或不受熱流體活動(dòng)影響的地區(qū)，鏡質(zhì)體反射率的對數(shù)值(lgRo)與埋深(D)基本上呈線性關(guān)系；而在發(fā)生剝蝕作用或受熱流體活動(dòng)影響的地區(qū)，lgRo-D的變化斜率顯示明顯的突變，且常常具有明顯不同的變化斜率[34]。通過lgRo-D的線性變化，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)背景，不僅可以用于識別不整合面、計(jì)算剝蝕厚度，也可用于指示區(qū)內(nèi)的熱流體活動(dòng)。

查干凹陷下白堊統(tǒng)經(jīng)歷了兩次較大規(guī)模的抬升剝蝕，分別為蘇紅圖組末期和銀根組末期[21-27]。為了避免由剝蝕作用引起的鏡質(zhì)體反射率Ro異常，本文建立了巴音戈壁組烴源巖鏡質(zhì)體反射率與深度的關(guān)系(圖7)。由圖7可見，全區(qū)以埋深2 800 m為界，其lgRo-D的變化斜率發(fā)生了一次突變。在埋深2 800 m以上，lgRo-D斜率為2 506；而在埋深2 800 m以下，lgRo-D斜率明顯減小，突然降低到724。同樣的變化特征在鶯歌海盆地、岐口凹陷和東營凹陷等地區(qū)均出現(xiàn)過，并且這些地區(qū)都發(fā)生過強(qiáng)烈的熱流體活動(dòng)[8-10,12]。由此推斷，查干凹陷可能發(fā)生過熱流體活動(dòng)，而且規(guī)模較大。此外，下部lgRo-D斜率突變的地層主要分布在烏力吉構(gòu)造帶，如毛11井埋深3 768 m的Ro為2.07%。由此推斷，查干凹陷的熱流體活動(dòng)主要發(fā)生在烏力吉構(gòu)造帶，由于其斷裂開啟，熱流產(chǎn)生的熱量持續(xù)不斷地烘烤基巖和圍巖，促進(jìn)烴源巖成熟，從而引起其反射率快速增加。

2.5 粘土礦物轉(zhuǎn)換

圖8是查干凹陷巴音戈壁組地層粘土礦物相對含量隨埋深變化的趨勢，以埋深2 800 m為界，區(qū)內(nèi)的粘土礦物轉(zhuǎn)變表現(xiàn)為以下兩個(gè)特征:

1) 淺部地層(埋深1 500～2 800 m)，粘土礦物以伊利石為主，其次為綠泥石和高嶺石。整體上，粘土礦物轉(zhuǎn)化屬于正常演化型。隨著埋深增加，高嶺石逐漸減少，綠泥石和伊利石增加。該特征早期屬于成巖作用早期的典型粘土礦物組合，一般與有機(jī)質(zhì)低成熟-成熟階段相對應(yīng)[35]。

2) 深部地層(埋深2 800 m以下)，粘土礦物轉(zhuǎn)化出現(xiàn)異常演化，高嶺石和綠泥石含量突然增加，伊利石呈低幅度減少?？赡苁怯捎趲r漿和深部富CO2流體有關(guān)：一方面將成巖流體轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝裕股皫r中的鉀長石、鈉長石等骨架顆粒蝕變成高嶺石；另一方面使得局部地層中CO2的分壓增高，形成有利于高嶺石形成的酸性成巖環(huán)境[12]。此外，基性巖漿和熱流體上涌，伴隨大量的Fe和Mg等離子，有利于綠泥石生成[35]。因此，形成了本區(qū)深部地層中高嶺石和綠泥石同時(shí)存在的現(xiàn)象。

圖7 查干凹陷巴音戈壁組烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)、儲層物性及碳酸鹽膠結(jié)物特征Fig.7 Vitrinite reflectance of source rocks,physical properties of reservoirs,and characteristics of carbonate cement from the Bayingebi Formation in the Chagan Sag

圖8 查干凹陷巴音戈壁組粘土礦物相對含量與深度關(guān)系Fig.8 Relationship between the relative content of clay minerals and depth of sampling in the Bayingebi Formation,Chagan Sag

綜上所述，查干凹陷曾發(fā)生熱流體活動(dòng)，主要體現(xiàn)在大地?zé)崃鳟惓８咧怠w均一溫度異常增高、碳同位素顯示無機(jī)成因特征、鏡質(zhì)體反射率突變及粘土礦物轉(zhuǎn)化異常這5個(gè)方面。結(jié)合大地?zé)崃餮莼卣?，及熱流體活動(dòng)與斷裂、巖漿活動(dòng)期次匹配分析，推測查干凹陷的深部熱流體活動(dòng)主要發(fā)生在蘇紅圖期，主要影響巴音戈壁組埋深2 800 m以下的地層。當(dāng)火山活動(dòng)時(shí)，熱流體攜帶CO2氣體沿活動(dòng)性較強(qiáng)的毛西大斷裂向上運(yùn)移，在侵入通道附近的區(qū)域——近斷裂分布的烏力吉構(gòu)造帶深部地層，形成了區(qū)域內(nèi)的異常高溫區(qū)。

3 熱流體活動(dòng)對儲層物性的影響

巴音戈壁組儲層發(fā)育低-超低孔、低滲儲層，孔隙度分布在0.1%～26.6%，平均為6.2%，滲透率變化在(0.003 68～162)×10-3μm2，平均為1.132×10-3μm2。如圖7所示，縱向上發(fā)育兩個(gè)異常高孔帶，深度范圍為1 900～2 300 m和2 500～3 100 m，對應(yīng)地層Ro的高值區(qū)和碳酸鹽膠結(jié)物含量低值區(qū)。此外，巖心觀察表明，在鄰近毛西斷裂的烏力吉構(gòu)造帶中，大部分鉆井的巴音戈壁組儲層，如祥6-2井埋深2 812～2 814 m段等，發(fā)育大量不同等級的溶蝕孔洞，直徑主要分布在1～3 mm，少量大于4 mm，互不連通，薄片觀察溶蝕孔洞主要為碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕(圖9)。根據(jù)上述研究，查干凹陷的熱流體活動(dòng)主要發(fā)生在毛西斷裂附近，主要影響烏力吉構(gòu)造帶巴音戈壁組埋深2 800 m以下的地層，與第二高孔帶的深度范圍對應(yīng)，推測區(qū)內(nèi)熱流體活動(dòng)攜帶CO2進(jìn)入地層，不僅降低地層pH值，形成酸性熱流體，還加速有機(jī)質(zhì)熱演化，釋放大量有機(jī)酸，從而溶蝕儲層中的鋁硅酸鹽和碳酸鹽礦物，形成次生孔隙。

由此推斷，研究區(qū)深部熱流體主要影響烏力吉構(gòu)造帶巴音戈壁組儲層，主要溶蝕碳酸鹽膠結(jié)物和鋁硅酸鹽礦物等，形成次生孔隙。此外，隨著距離毛西斷裂距離增大，熱流體影響越小。如圖10所示，烏力吉構(gòu)造帶巴音戈壁組儲層孔隙度和滲透率與毛西斷裂之間的距離有著較好的相關(guān)性。為了排除巖性對儲層物性的影響，圖10中數(shù)據(jù)點(diǎn)均來自含礫砂巖和砂礫巖儲層。結(jié)果表明，隨著距毛西斷裂的距離增加，平均孔隙度由距斷裂1 km的6%迅速下降到距斷裂3 km的3%左右；相應(yīng)地，平均滲透率由1×10-3μm2降低到0.2×10-3μm2。

圖9 查干凹陷下白堊統(tǒng)巴音戈壁組儲層溶孔特征Fig.9 Characteristics of dissolved pores in the Bayingebi Formation of the Lower Cretaceous in the Chagan Sag

圖10 查干凹陷巴音戈壁組儲層物性與離毛西斷裂距離的變化關(guān)系Fig.10 Relationship between the physical properties of reservoirs in the Bayingebi Formation and the distance to the Maoxi fault in the Chagan Sag

圖11 查干凹陷深部熱流體、火山巖平面分布特征(a)和深部熱流體發(fā)育模式(b)Fig.11 Distribution of volcanic rocks (a) and deep thermal fluid development model(b)of the Chagan Sag

綜上所述，本文建立了熱流溶蝕作用的發(fā)育模式(圖11)。查干凹陷深部熱流攜帶著CO2等氣體，主要沿毛西斷裂發(fā)生垂向運(yùn)移，進(jìn)入烏力吉構(gòu)造帶深部儲層；而后沿滲透性好的儲集層或不整合面向凹陷中心運(yùn)移，改造烏力吉構(gòu)造帶儲層物性，主要溶蝕儲層中碳酸鹽膠結(jié)物和長石顆粒等，形成不同等級的溶蝕孔洞。隨著橫向運(yùn)移距離的增加，圍巖礦物的溶解使熱流體的pH值增高，對儲層物性的改善作用減弱。在熱流體活動(dòng)通道兩側(cè)可形成一定范圍的溶蝕改造區(qū)，成為油氣聚集的新場所，是查干凹陷烏力吉構(gòu)造帶下白堊統(tǒng)儲層今后勘探的一個(gè)重要領(lǐng)域。

4 結(jié)論

1) 熱流體活動(dòng)在查干凹陷的烏力吉構(gòu)造帶是客觀存在的，主要與早白堊世火山活動(dòng)密切相關(guān)，發(fā)生在蘇紅圖期。熱流體活動(dòng)體現(xiàn)在早白堊世大地?zé)崃鞒霈F(xiàn)異常高值、包裹體均一溫度異常增高、碳同位素顯示無機(jī)成因特征、鏡質(zhì)體反射率突變及粘土礦物轉(zhuǎn)化異常5個(gè)方面。

2) 查干凹陷深部的熱流體攜帶CO2等氣體，主要沿毛西斷裂上侵，進(jìn)入烏力吉構(gòu)造帶，通過微裂縫和高滲砂體等通道發(fā)生橫向運(yùn)移，酸性熱流體主要溶蝕巴音戈壁組儲層中碳酸鹽和硅鋁酸鹽等礦物，改善儲層物性，形成次生溶孔。

3) 縱向上，查干凹陷熱流體主要影響烏力吉構(gòu)造帶巴音戈壁組儲層埋深2 800 m以下地層，對應(yīng)著埋深2 600～3 100 m的異常高孔帶。橫向上，隨著距離熱流體侵入通道距離的增加，對儲層物性的改善作用減弱。深部熱流體活動(dòng)產(chǎn)生的區(qū)內(nèi)異常溶蝕孔洞，可成為油氣的主要儲集空間。

[1] Hiemstra EJ，Robert H G.Repeated injection of hydrothermal fluids into downdip carbonate:A diagenetic and stratigraphic mechanism for localization of reservoir porosity，Indian Basin Field，New Mexico，USA[C].Geological Society，London，Special Publications，2015，406(1):141-177.

[2] Spycher N，Peiffer L，Sonnenthal E L，et al.Integrated multicomponent solute geothermometry[J].Geothermics，2014，51(7):113-123.

[3] Simoneit B R T.Petroleum generation，an easy and widespread process in hydrothermal system:An overview[J].Applied Geoche-mistry，1990，5(1/2):17-28.

[4] Anderson R N.Sedimentary basin as thermo-chemical reactors[R].1990 and 1991 Report of Lamont-Doherty Geologic Observatory，1992:68-76.

[5] 解習(xí)農(nóng)，成建梅，孟元林.沉積盆地流體活動(dòng)及其成巖響應(yīng)[J].沉積學(xué)報(bào)，2009，27(5):863-871. Xie Xinong，Cheng Jianmei，Meng Yuanlin.Basin fluid flow and associated diagenetic processes[J].Acta Sedimentologica Sinica，2009，27(5):863-871.

[6] 時(shí)志強(qiáng)，王毅，金鑫,等.塔里木盆地志留系熱液碎屑巖儲層:證據(jù)、礦物組合及油氣地質(zhì)意義[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(6):903-913. Shi Zhiqiang,Wang Yi,Jin Xin，et al.The Silurian hydrothermal clastic reservoirs in Tarim Basin:Evidences,mineral assemblages and its petroleum geological implications[J].Oil & Gas Geology，2014，35(6):903-913.

[7] 熊振，王良書，李成，等.東營凹陷現(xiàn)代熱流場特征及地?zé)岙惓３梢騕J].石油勘探與開發(fā)，1999，26(4):38-41. Xiong Zhen，Wang Shuliang，Li Cheng,et al.Determination and interpretation of the terrestrial heat flow in Dongying depression[J].Petroleum Exploration and Development，1999，26(4):38-41.

[8] 田雷，崔海峰，馮曉軍，等.麥蓋提斜坡奧陶系熱液溶蝕流體對內(nèi)幕白云巖儲層的改造作用[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(3):402-408. Tian Lei,Cui Haifeng,Feng Xiaojun,et al.Reconstruction effect of the Ordovician hydrothermal dissolution fluid on interior dolomite reservoirs in Maigaiti slope,Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology，2015，36(3):402-408.

[9] 張濤，蘇玉山，佘剛，等.熱液白云巖發(fā)育模式——以扎格羅斯盆地白堊系A(chǔ)油田為例[J].石油與天然氣地質(zhì)，2015，36(3):393-401. Zhang Tao,Su Yushan,She Gang,et al.A study on the genetic model of hydrothermal dolomitization in Taq oilfield,Kurdistan region,Iraq—Taking oilfield A in the Cretaceous in Zagros Basin as an example[J].Oil & Gas Geology，2015，36(3):393-401.

[10] 龍華山，向才富，牛嘉玉，等.歧口凹陷濱海斷裂帶熱流體活動(dòng)及其對油氣成藏的影響[J].石油學(xué)報(bào)，2014，35(4):673-684. Long Huashan，Xiang Caifu，Niu Jiayu，et al.Hydrothermal fluid flow and its influence on the hydrocarbon migration and accumulation along Binhai fault in Qikou sag，Bohai Bay Basin[J].Acta Petrolei Sinica，2014，35(4):673-684.

[11] 葉加仁，楊香華.沉積盆地?zé)崃黧w活動(dòng)及其成藏動(dòng)力學(xué)意義[J].沉積學(xué)報(bào)，2001，19(2):214-218. Ye Jiaren，Yang Xianghua.Thermal fluid flow in sedimentary basins and its significance to pool-forming dynamics[J].Acta Sedimentolo-gica Sinica，2001，19(2):214-218.

[12] 于志超，劉立，孫曉明，等.歧口凹陷古近紀(jì)熱流體活動(dòng)的證據(jù)及其對儲層物性的影響[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2012，42(S3):1-13. Yu Zhichao，Liu Li，Sun Xiaoming，et al.Evidence of paleogene thermal fluid activities and their impact on porosity-permeability of reservoir in Qikou sag[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition)，2012，42(S3):1-13.

[13] Hedenquist J W，Henley R W.The important of CO2on freezing point measurements of fluid inclusions:Evidence from active geothermal systems and implications for epithermal ore deposition[J].Economic Geology，1985，80(5):1379-1405.

[14] Sillitoe R H.Gold deposits in Western Pacific island arcs:The magmatic connection[J].Economy Geology Monography，1989，6:274-291.

[15] 衛(wèi)平生，張虎權(quán)，陳啟林.銀根-額濟(jì)納旗盆地油氣地質(zhì)特征及勘探前景[M].北京:石油工業(yè)出版社，2006. Wei Pinghseng，Zhang Huquan，Chen Qilin.Oil and gas geological characteristics and exploration prospect of Yingen-Ejinaqi Basin[M].Beijing:Petroleum Industry Press，2006.

[16] 郭彥如，李天順，高平.內(nèi)蒙古銀-額盆地火山特征及識別[J].地球?qū)W報(bào)，1999，20(增刊):97-102. Guo Yanru，Li Tianshun，Gao Ping.Volcanic features and recognition of Yin-E Basin in Inner Mongolia[J].Acta Geoscientia Sinica，1999，20(S1):97-102.

[17] Wei W，Zhu X M，Tan M X，et al.Diagenetic and porosity evolution of conglomerate sandstones in Bayingebi Formation of the Lower Cretaceous,Chagan Sag[J].Marine and Petroleum Geology，2015，66:998-1012.

[18] 李聰，王德仁，蔣飛虎.查干凹陷巴音戈壁組沉積演化及有利砂體分布預(yù)測[J].中國地質(zhì)，2013，40(4):1169-1179. Li Cong，Wang Deren，Jiang Feihu.The sedimentation evolution and favorable sand body distribution prognosis in Chagan Sag of Bayingobi Formation[J].Geology in China，2013，40(4):1169-1179.

[19] 魏巍，朱筱敏，國殿斌，等.銀-額盆地查干凹陷下白堊統(tǒng)碎屑巖儲層成巖作用及對儲層物性的影響[J].天然氣地球科學(xué)，2014，25(12):1939-1948. Wei Wei，Zhu Xiaomin，Guo Dianbin，et al.Diagenesis and its controls on reservoir quality of Lower Cretaceous clastic rock reservoir in Chagan Depression of Yin-E Basin[J].Natural Gas Geoscience，2014，25(12):1939-1948.

[20] 吳少波，白玉寶，楊友運(yùn).內(nèi)蒙古銀根盆地下白堊統(tǒng)沉積相[J].古地理學(xué)報(bào)，2003，5(1):36-43. Wu Shaobo，Bai Yubao，Yang Youyun.Sedimentary facies of the Lo-wer Cretaceous of Yingen Basin in Inner Mongolia[J].Journal of Palaeogeography，2003，5(1):36-43.

[21] 楊國臣，焦大慶，肖斌，等.內(nèi)蒙古銀額盆地查干凹陷構(gòu)造-層序-沉積特征盆地原型及其成因機(jī)制[J].古地理學(xué)報(bào)，2013，15(3):305-316. Yang Guochen，Jian Daqing，Xiao Bin，et al.Tectono-sequence-sedimentary characteristics，basin prototypes and their genetic mechanisms in Chagan Sag of Yin-E Basin，Inner Mongolia[J].Journal of Palaeogeography，2013，15(3):305-316.

[22] 郭彥如，于均民，樊太亮.查干凹陷下白堊統(tǒng)層序地層格架與演化[J].石油與天然氣地質(zhì)，2002，23(2):166-169. Guo Yanru，Yu Junmin，F(xiàn)an Tailiang.Evolution and sequence stratigraphic framework of Lower Cretaceous in Chagan Depression[J].Oil & Gas Geology，2002，23(2):166-169.

[23] 李仁甫，陳清棠，范迎風(fēng)，等.內(nèi)蒙古查干凹陷下白堊統(tǒng)層序地層格架與沉積體系分布[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2009，23(5):783-790. Li Renfu，Chen Qingtang，F(xiàn)an Yingfeng，et al.Sequence stratigraphic framework and sedimentary facies distribution of the Lower Cretaceous in Chagan Depression，Inner Mongolia[J].Geoscience，2009，23(5):783-790.

[24] Zuo Y H，Qiu N S，Chang J，et al.Geothermal regime and source rock thermal evolution in the Chagan Sag，Inner Mongolia，northern China[J].Marine and Petroleum Geology，2015，59:245-267.

[25] 左銀輝，馬維民，鄧已尋，等.查干凹陷中、新生代熱史及烴源巖熱演化[J].地球科學(xué):中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，38(3):553-560. Zuo Yinhui，Ma Weimin，Deng Yixun，et al.Mesozoic and Cenozoic thermal history and source rock thermal evolution history in the Chagan Sag，Inner Mongolia[J].Earth Science—Journal of China University of Geosciences，2013，38(3):553-560.

[26] 左銀輝，邱楠生，鄧已尋，等.查干凹陷大地?zé)崃鱗J].地球物理學(xué)報(bào)，2013，56(9):3038-3050. Zuo Yinhui，Qiu Nansheng，Deng Yixun，et al.Terrestrial heat flow in the Chagan Sag，Inner Mongolia[J].Chinese Journal of Geophysics，2013，56(9):3038-3050.

[27] 左銀輝，李新軍，孫雨，等.查干凹陷熱史及油氣成藏期次[J].地質(zhì)與勘探，2014，50(3):583-590. Zuo Yinhui，Li Xinjun，Sun Yu，et al.Thermal history and hydrocarbon accumulation period in the Chagan Sag，Inner Mongolia[J].Geology and Prospecting，2014，50(3):583-590.

[28] 盧煥章.包裹體地球化學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社，1990:1-216. Lu Huanzhang.Geochemistry of fluid inclusion[M].Beijing:Geolo-gical Publishing House，1990:1-216.

[29] Jansa L F，Noguera Urrea V H.Geology and diagenetic history of overpressured sandstone reservoirs，venture gas field，offshore Nova Scotia，Canada[J].AAPG Bulletin，1990，74(10):1640-1658.

[30] 王大銳.油氣穩(wěn)定同位素地球化學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2000:4-20. Wang Darui.Stable isotope geochemistry of oil and gas[M].Beijing:Petroleum Industry Press，2000:4-20.

[31] Hood A，Gutjahr C C M，Heacock R L.Organic metamorphism and the generation of petroleum[J].AAPG Bulletin，1975，59(6):986-996.

[32] 肖賢明，劉祖發(fā)，申家貴，等.確定含油氣盆地古地溫梯度的一種新方法:鏡質(zhì)組反射率梯度法[J].科學(xué)通報(bào)，1998，43(21):2340-2343. Xiao Xianming，Liu Zufa，Shen Jiagui，et al.A new method to determine paleogeothermal gradient of oil and gas basin:Vitrinite reflecti-vity gradient method[J].Chinese Science Bulletin，1998，43(21):2340-2343.

[33] 胡圣標(biāo)，汪集晠，張容燕.利用鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)估算地層剝蝕厚度[J].石油勘探與開發(fā)，1999，26(4):42-45. Hu Shengbiao，Wang Jisheng，Zhang Rongyan.Estimation of the amount of uplift and erosion across an unconformity using vitrinite reflectivity data[J].Petroleum Exploration and Development，，1999，26(4):42-45

[34] Dow W G.Kerogen studies and geological interpretations[J].Journal of Geochemical Exploration，1977，7(2)，79-99.

[35] 王行信，韓守華.中國含油氣盆地砂泥巖粘土礦物的組合類型[J].石油勘探與開發(fā)，2002，29(4):1-3. Wang Xingxin，Han Shouhua.The combination pattern of clay minerals of sandstone and mud rock in China’s petroliferous basins[J].Petroleum Exploration and Development，2002，29(4):1-3.

(編輯 李 軍)

The Early Cretaceous thermal fluid activities and their impacts on clastic reservoir rocks in the Bayingebi Formation of Chagan Sag

Wei Wei1,2,Zhu Xiaomin1,2,Tan Mingxuan1,2,Wu Chenbingjie1,2,Xue Mengge1,2,Guo Dianbin3,Jiang Feihu3,Lyu Sihan4

(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,SINOPECZhongyuanOilfieldCompany,Puyang,Henan457001,China;4.ElectricPowerGroup,No.3OilProductionPlant,PetroChinaDaqingOilfieldCompany,Daqing,Helongjiang163000,China)

Analyses of sedimentary,reservoir,and structural characteristics,were combined with application of such technologies as fluid inclusion and carbon and oxygen isotopes techniques,and observations of cores,thin sections and scanning electron microscope images,to study deposition during the Early Cretaceous Suhongtu stage in Chagan Sag.The result indicates a strike-slip and pull-apart faulting stage accompanied by multi-stage volcanic activities of thermal fluid flows dominated by neutral-basic andesite and subordinate basalt.The thermal fluid activities during the Suhongtu volcanic eruptions exerted significant influence upon layers deeper than 2 800 meters in the Bayingebi Formation and resulted in an abnormal high value of paleo-heat flow,an abnormal increase of homogenization temperature of inclusions,inorganic characteristics of carbon isotopes,an abrupt change in vitrinite reflectance,and an abnormal conversion of clay minerals.The thermal fluids from the deep layers carried gases (mainly CO2) and migrated upward along the Maoxi faults into the Wuliji tectonic belt.They then migrated horizontally along micro fissures and channels formed by unconformities to dissolve mostly carbonates and feldspar in the Bayingebi Formation.The signs of erosion were mainly found in places near deep-rooted large faults that controlled the migration of the fluids.Unconformities as well as secondary faults and fractures also played a part in controlling the flow of the thermal fluids.The dissolution was observed to be weakened toward the inner part of the sag.We therefore suggest that a study on the effect of deep thermal fluids activities upon the thermal evolution of organic matters and physical properties of reservoirs is the key to understand the distribution of dissolved pores and cavities in the study area and to explore for high-quality reservoirs there.

carbon and oxygen isotope,dissolution,thermal fluid activity,Bayingebi Formation,Chagan Sag

2016-03-10;

2016-12-23。

魏巍(1988—)，女，博士，儲層沉積和成巖研究。E-mail:hunqiu8854@gmail.com。

國家油氣重大專項(xiàng)(2011ZX05001-002)。

0253-9985(2017)02-0270-11

10.11743/ogg20170207

TE122.1

A