郭 惠

（1.西北大學地質學系，陜西西安 710069；2.西北大學大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069）

鄂爾多斯盆地經(jīng)歷多期構造運動后，野外剖面和三維地震資料研究表明盆地斷層十分發(fā)育，尤其是周緣斷層，斷層發(fā)育具有性質多樣、組合多樣以及多期次活動的特點［1-5］，斷層的活動期次對盆地的形成與演化及油氣運移成藏等起重要作用［6-12］，因此開展斷層活動期次研究尤為重要。前人通過磷灰石裂變徑跡測年、40Ar/30Ar同位素定年、鋯石UPb 同位素測年及石英脈ESR 測年測定斷裂帶活動新生礦物的年齡對斷層活動期次做了一定研究［13-18］；通過地震資料解釋對斷層活動期次也有一定研究［5，10-11］，但方解石脈年代學對斷層活動期次研究甚少。方解石脈作為斷層活動伴有的熱液流體經(jīng)冷卻沿斷層、節(jié)理（裂縫）生長，并較為完整地記錄了斷層、節(jié)理（裂縫）的活動發(fā)育史［19］，對其測年直接反映斷層活動時期，因此開展方解石脈年代學研究對斷層活動期次和油氣勘探研究具有指導意義。

本文總結歸納了前人對方解石脈測年方法成果和筆者的認識，希望能對從事斷裂活動期次研究和油氣勘探的工作者們提供一定的參考。

1 方解石脈年代學測試方法概述

方解石脈年代學測年法有間接地球化學方法C-O 同位素、流體包裹體分析和直接年代學方法ESR 測年和激光原位U-Pb 測年。樣品采集挑選自斷裂帶或者是過斷層鉆井巖心裂縫內(nèi)充填的同構造方解石脈體，若發(fā)育多期脈體，通過脈體的切割關系能夠區(qū)分脈體形成的前后順序，測年還能得到斷層的多期活動年齡。

1.1 裂縫方解石脈地球化學分析

1.1.1 C-O同位素分析

裂縫充填物方解石脈C-O 同位素分析是判別裂縫期次的常用方法，通過對裂縫充填方解石脈進行C-O 同位素分析，根據(jù)Epstein 等［20］提出的氧同位素測溫方程式，計算出裂縫形成時的溫度，進行裂縫形成時埋深的折算［21-25］，可探討裂縫期次和流體事件。

測溫方程式:

式中:δ18O 為測定樣品的氧同位素值，‰；δ18Ow為地層水介質的氧同位素值，‰；t為裂縫充填脈體的形成溫度，℃。

1.1.2 流體包裹體分析

裂縫充填物方解石脈流體包裹體均一溫度測試是研究裂縫形成時間的有效手段，通過裂縫方解石脈流體包裹體均一溫度與埋藏深度換算公式計算出脈體形成時的深度結合埋藏史，可估算出方解石脈體形成時間，推斷裂縫/斷層形成時期和油氣成藏期［24-27］。馮艷偉等［27］在盆地中部通過構造裂縫方解石脈流體包裹體均一溫度測試表明，早白堊世時期斷裂活動和成藏期有很好的耦合關系。

換算公式為:

式中:T為測定的包裹體均一溫度，℃；T0為包裹體形成時的地表溫度，℃；G為古地溫梯度，℃/100 m；H為捕獲包裹體時的深度，m。

綜上，斷裂活動會伴生大量構造裂縫，因此通過對裂縫中充填物方解石脈體做C-O 同位素和流體包裹體分析，折算出裂縫形成時埋深，結合埋藏史，可間接探討斷層形成時期。

1.2 方解石脈ESR測年

方解石脈ESR 測年又稱電子自旋共振方法，經(jīng)過斷層帶樣品測試分析出的年齡結合斷層帶的活動特點和原巖的年齡，就可以確定斷層活動的時期，方解石脈ESR 測年詳細測試原理、分析步驟見參考文獻［19，28-29］。方解石脈ESR 測年測定45 Ma年以來的斷層活動具有較高精度，盆地鄰區(qū)寧陜斷裂方解石脈ESR 測年表明，寧陜斷裂在中新世（19.8～14.6 Ma）有過活動［18］。

1.3 方解石脈LA-（MC-）ICP-MS U-Pb定年

方解石脈LA-（MC-）ICP-MS U-Pb 測年與鋯石LA-ICP-MS U-Pb 測年方法較為一致，詳細樣品處理、測試原理、分析方法、實驗過程以及數(shù)據(jù)處理見參考文獻［30］。目前，國內(nèi)外可進行該實驗的實驗室屈指可數(shù)，中國石油杭州地質研究院、貴州同微測試科技有限公司、澳大利亞昆士蘭大學放射性同位素實驗室可完成激光原位方解石脈U-Pb測年。

方解石脈LA-（MC-）ICP-MS U-Pb 定年通過測得斷裂內(nèi)同構造方解石脈年齡，能夠精確限定斷裂活動絕對年齡［30-34］，有著約2%的誤差或更高的精度，成功解決了多年以來斷裂活動期次和時期限定研究難題，但方解石中U、Pb 同位素含量較低且不均是測試成功率較低的因素之一。楊鵬等［34］在盆地西南部奧陶系和寒武系內(nèi)斷裂帶方解石脈激光原位U-Pb 測年表明，奧陶系內(nèi)斷裂帶在漸新世（32.8～23.7 Ma）發(fā)生活動；寒武系內(nèi)至少發(fā)生了兩期斷裂活動，分別在晚奧陶世晚期（452±13）Ma 和晚三疊世中期（214±22）Ma。

2 斷層與油氣成藏關系分析

古峰莊地區(qū)斷層發(fā)育且具有多期性［11］，如圖1三維地震等時切片反映鄂爾多斯盆地古峰莊地區(qū)北西向雁列式斷層在晚三疊世活動最強，部分已經(jīng)側向相接，同時可見微弱北東東向和近南北向斷層活動。如圖2反映鄂爾多斯盆地古峰莊地區(qū)北西向斷層在地震剖面活動特征，大部分斷層規(guī)模較?。t色斷層），切過長7 烴源巖（地震反射界面TT7），斷距最大；部分規(guī)模大斷層斷至上三疊統(tǒng)（T3）—下白堊統(tǒng)（K1）（2 條紫色斷層）、侏羅系（J）—下白堊統(tǒng)（K1）（綠色斷層），斷距下部大，上部??；根據(jù)斷層斷距和斷開地層分析，斷層以晚三疊世活動為主，部分斷層從晚三疊世、侏羅紀、早白堊世到新生代以來仍然持續(xù)活動。因此，針對斷層與鉆井位置關系，對古峰莊三維區(qū)工業(yè)油井產(chǎn)量與最近斷層距離統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，整體油井都分布在距離斷層1 300 m 內(nèi)（圖3）。當石油產(chǎn)量大于等于30 t/d 時，油井距離斷層越近，產(chǎn)量越高，反之減少，油井與最近斷層小于500 m 時，石油產(chǎn)量與斷層距離關系顯著。但是當石油產(chǎn)量小于30 t/d 時，油井產(chǎn)量與最近斷層距離關系不明顯，推斷石油成藏和產(chǎn)量可能受斷層活動期次影響。

圖1 古峰莊長7泥巖三維地震等時切片

圖2 古峰莊地區(qū)斷層特征解釋

圖3 古峰莊地區(qū)油井產(chǎn)量與斷層距離關系

鎮(zhèn)涇、彬長地區(qū)斷層發(fā)育，斷層活動時期對油氣藏的形成與分布有重要控制作用［10，12］。中國石化華北油田公司在西南鎮(zhèn)涇、彬長地區(qū)結合鉆井巖心、成像測井、三維地震資料，對斷縫體/斷溶體油藏進行了理論研究，并針對斷縫體油藏開展了勘探開發(fā)與生產(chǎn)實踐［35］，以斷縫體油藏理論為指導部署的JH17 和JH75 井區(qū)（圖4），長8 段試油初期單井產(chǎn)量大于7.3 t/d，試油效果較好。

圖4 JH75井鉆井模式

3 認識和討論

綜合上述分析，鄂爾多斯盆地斷層發(fā)育且存在多期活動，斷層作為油氣運移的通道之一，控制著油氣的運移成藏及產(chǎn)能。裂縫方解石脈C-O 同位素、流體包裹體分析表明，裂縫期次與油氣大規(guī)模排烴、運移-成藏時間相近［36-37］，而斷裂活動會產(chǎn)生構造裂縫，因此可間接地探討斷裂活動期次和與油氣成藏關系，馮艷偉等［27］在盆地中部通過構造裂縫方解石脈體流體包裹體均一溫度測試表明，早白堊世時期斷裂活動和成藏期有很好的耦合關系。值得注意的是，方解石脈ESR 測年和激光原位U-Pb定年對測定斷裂活動都具有較高的精度，相比之下，方解石脈激光原位U-Pb 定年已測得466 Ma 以來斷層活動時期［30-34］，具有測定時期更老且精度高的優(yōu)勢，因此方解石脈激光原位U-Pb 定年在研究斷裂活動時期與油氣關系中具有獨特的優(yōu)勢。值得注意的是，楊鵬等［34］在鄂爾多斯盆地南部測得晚奧陶世（452±13）Ma 以來斷裂活動年齡，闡述了斷層活動與油氣的關系。在野外斷裂帶、節(jié)理和鉆井巖心裂縫中方解石脈體常見且采集容易，因此方解石脈激光原位U-Pb 定年有助于解決盆地斷裂活動時期精確限定問題，對斷裂活動期次和油氣成藏研究以及對油氣勘探具有重要指導意義。

4 結論

（1）方解石脈體作為完整記錄斷層、節(jié)理（裂縫）發(fā)育活動史的最直接礦物，測年能夠直接揭示斷層活動期次和時期，方解石脈激光原位U-Pb 定年對測定466 Ma 以來的斷層活動時期具有較高的精度。

（2）方解石脈年代學對斷層活動和油氣勘探領域的精確研究開辟了更為有效的途徑。開展方解石年代學與成像測井、三維地震資料結合研究新思路，可解決斷層活動時期、油氣成藏期及產(chǎn)量等諸多問題。