2. 中国石油大庆油田公司勘探开发研究院
, Shao Hongmei1,2
, Liu Yunmiao1,2
, Lu Xi1,2
, Zhao Wei1,2
, Bai Xuejing1,2
, Xu Zhiyu1,2
2. Research Institute of Exploration & Development, PetroChina Daqing Oilfield Company
塔里木盆地是我国内陆最大的多旋回叠合复合盆地，盆地内海相碳酸盐岩分布广泛，油气资源丰富。近年来古城地区奥陶系白云岩储层获得油气工业突破，成为塔里木盆地重要的勘探领域[1-8]。古城地区奥陶系碳酸盐岩在漫长的成岩作用过程中，经历了多期次多类型岩溶作用、多期次构造作用的改造，储层类型及成因机制复杂[7-15]。不同类型的成岩流体控制了溶蚀作用的发生，是储层发育的关键机制。
现有的流体来源识别技术[15-23]主要有：（1）流体包裹体盐度和均一温度，但均一温度受地质环境影响很大；（2）单一或几种元素的地球化学数据分析手段，但有一定的多解性，仅用于单源流体的来源分析；（3）同位素测试技术，对象均为充填在脉体或孔洞内的全部充填物，并未区分不同来源流体改造后的局部充填物颗粒，会造成分析结果不准确；（4）地球物理反演和地质建模模拟技术，但其受地质资料的精确程度和反演模拟的指标参数影响。随着激光剥蚀技术发展，微区原位[15]分析技术对成岩流体识别更为精准。
针对上述情况，为了进一步明确奥陶系不同成岩流体类型对储层的影响，本文主要采用岩相学分析（岩石薄片、阴极发光、包裹体）与地球化学分析（碳氧同位素、锶同位素、微量元素、稀土元素、白云石有序度）相结合的手段，对古城地区奥陶系储层不同类型、不同期次的成岩产物进行分析，从而对成岩流体进行识别，为不同成岩流体类型对储层发育规律的影响提供地质依据。
1 岩石学特征古城地区奥陶系鹰山组与上覆一间房组、下伏蓬莱坝组整合接触[24]，蓬莱坝组—鹰三段沉积期，主要发育内缓坡—浅缓坡内带沉积，岩性主要为晶粒白云岩（图 1）；鹰二段—一间房组沉积期总体为海侵过程，主要发育浅缓坡外带—深缓坡沉积，岩性以颗粒灰岩为主，含少量的细—中晶白云岩。
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图 1 古城地区奥陶系地层综合柱状图（以GC9井为例） Fig. 1 Comprehensive stratigraphic column of the Ordovician in Gucheng area (Well GC 9 as an example) |
研究区奥陶系由上至下，岩石学特征如下：
一间房组岩石类型以亮晶颗粒灰岩为主（图 2a），亮晶方解石胶结，块状构造。颗粒成分为砂屑、砾屑、鲕粒、生屑，颗粒较圆，反映水体能量较高。粒内溶孔和裂缝发育，溶蚀具明显组构选择性。
鹰一段岩石类型以亮晶颗粒灰岩为主（图 2b），少量为泥晶颗粒灰岩，泥晶—亮晶方解石胶结，块状构造。颗粒成分为砂屑、砾屑，砂屑局部粒度较细，为粉屑，反映水体能量不高。鹰一段主要发育粒内溶孔、晶间孔、裂缝。
鹰二段岩石类型主要为泥晶—亮晶颗粒灰岩，其次为细—中晶白云岩，少量残余颗粒细晶白云岩（图 2c）。泥晶—亮晶颗粒灰岩为泥晶—亮晶方解石胶结结构，块状构造。颗粒成分为砂屑、砾屑，少量鲕粒、生物碎屑；颗粒圆度一般，砂屑局部粒度较粗，达到砾级。细—中晶白云岩，浅灰色，晶粒大小为0.15~0.5mm，晶面较平直，半自形—他形，晶间方解石充填；部分白云石化部位存留有原岩石灰岩组构，显示亮晶粉屑球粒石灰岩结构。鹰二段主要发育粒内溶孔、晶间孔、裂缝。
鹰三段优质储层岩石类型以粗—中晶白云岩（图 2d）、中晶白云岩为主。镜下颗粒呈镶嵌接触关系，中晶（0.25~0.5mm）为主，粗晶（0.5~1.0mm）次之，白云石晶面弯曲，没有明显的环带结构，见波状消光，可保留原岩石灰岩颗粒结构，或者残余颗粒结构幻影。鹰三段发育晶间溶孔、小溶洞、裂缝，沿缝溶蚀特征明显。
鹰四段优质储层岩石类型以细—中晶白云岩为主（图 2e）。晶粒大小以中晶为主，其次为细晶（0.05~0.25mm），晶体形态多样，主要为半自形—他形白云石，为线—凹凸接触，见有均匀的消光性，可见保留有原岩石灰岩的残余颗粒结构。见不同程度的硅化，一是隐晶质硅交代原岩；二是晶粒石英充填孔洞。鹰四段主要发育晶间溶孔、溶洞、裂缝。
蓬莱坝组岩石类型以细晶白云岩为主（图 2f），其次为中—细晶白云岩。细晶白云岩晶体形态主要为自形—半自形，以线接触为主，见有均匀的消光性。见不同程度的硅化，多以隐晶质硅交代原岩或充填晶间孔隙。蓬莱坝组发育少量晶间孔。
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图 2 古城地区奥陶系岩石学特征 Fig. 2 Petrological characteristics of the Ordovician in Gucheng area (a) GC16井，5835.7m，一间房组，亮晶颗粒灰岩，普通薄片，染色，单偏光；(b) GC8井，5728m，鹰一段，亮晶颗粒灰岩，铸体薄片，染色，单偏光；(c) GC16井，6087.3m，鹰二段，细晶白云岩，铸体薄片，染色，单偏光；(d) GC9井，6100.5m，鹰三段，粗—中晶白云岩，铸体薄片，正交偏光；(e) GC7井，6399m，鹰四段，细—中晶白云岩，铸体薄片，染色，单偏光；(f) GC8井，6407.8m，蓬莱坝组，细晶白云岩，铸体薄片，染色，正交偏光 |
岩相学分析与地球化学分析两种手段相结合，确定了研究区奥陶系碳酸盐岩储层至少经历了10期不同类型的成岩流体的地质作用（表 1）。
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表 1 古城地区奥陶系储层经历的10期成岩流体识别标志表 Table 1 Identification marks of the 10 phases of diagenetic fluids of the Ordovician reservoirs in Gucheng area |
岩相学标志明显（图 3a、b）：被黑色沥青充填的颗粒内缘环带状溶孔及少量的粒间溶孔发育，溶蚀程度较弱，荧光照射下主要呈现黑褐色或者褐色。组构选择性特征明显，主要在颗粒灰岩中发育。少量样品呈现新生变形特征，多晶或单晶方解石结构在颗粒内部发育明显。粒间溶蚀孔洞和颗粒内缘环带状溶孔在阴极发光下较暗，改造型的发光晕圈或环边较少，此现象很大程度上表明碳酸盐岩沉积初期便发生了准同生期大气淡水淋滤作用。
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图 3 古城地区不同类型成岩流体微观岩相与阴极发光特征对比图 Fig. 3 Comparison of microscopic lithofacies and cathodoluminescence characteristics of various types of diagenetic fluids in Gucheng area (a) GC16井，5836.5m，一间房组，亮晶颗粒灰岩，沥青充填，发育颗粒内缘环带状溶孔；(b) 对应(a)的阴极发光照片，颗粒内缘环带状溶孔和粒间溶蚀孔洞发暗光；(c) GC13井，6610.48m，鹰山组，粉晶白云岩（他形）；(d) 对应(c)的阴极发光照片，发极暗红色光；(e) GC10井，6739.7m，蓬莱坝组，细晶白云岩（半自形—自形）；(f) 对应(e)的阴极发光照片；(g) GC9井，6110m，鹰三段，中—粗晶白云岩（他形）；(h) 对应(g)的阴极发光照片，发暗红色光—昏暗光；(i) GC7井，6122m，鹰三段，中—粗晶脏白云岩，铸体薄片；(j) 对应(i)的阴极发光照片，发暗玫瑰红色光；(k) 第Ⅲ期热液溶蚀作用，GC7井，6072.8m，鹰三段，中—粗晶白云岩，铸体薄片；(l) 对应(k)的阴极发光照片，缝洞边缘及其白云岩发亮橘红色光 |
岩相学标志：主要发育粉晶白云岩，多为细小的他形晶，揭示了白云石化流体饱和度很高。阴极发光为均匀的极暗红色光或者大体上不发光，此特征揭示海水成岩环境有低含量的Mn，也表明这类白云岩形成时间较早[25]（图 3c、d）。
元素地球化学标志：主微量元素普遍以高含量Sr、Na，较低含量的Fe、Mn为特征；大部分粉晶白云岩的δ13C变化不大，近似同期海水值，部分δ13C呈现富集（图 4）。δ18O与当时海相白云石的值相似；87Sr/86Sr高于同一时期海水值（平均为0.70898）（图 5、图 6）。标准平均海洋水氧同位素δ18OSmow在-18‰~-14‰之间；稀土元素配分模式的表现与同期的石灰岩一样，主要体现了对重稀土元素方面比较缺乏，而对轻稀土元素方面较为富集（图 7）。(La/Yb)SN 差别不大，平均为1.7；轻/重稀土元素比值（LREE/HREE）较高，平均为17.69；δEu平均为0.56，与同期石灰岩相似，δCe平均为0.57。白云石平均有序度较低，为0.48，符合早期白云石化的特点。
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图 4 古城地区准同生期中等盐度蒸发海水白云石δ13C与δ18O交会图 Fig. 4 Dolomite δ13C-δ18O cross plot of quasi-contemporaneous medium salinity evaporated seawater in Gucheng area |
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图 5 古城地区准同生期中等盐度蒸发海水白云石87Sr/86Sr与δ13C交会图 Fig. 5 Dolomite 87Sr/86Sr-δ13C cross plot of quasi-contemporaneous medium salinity evaporated seawater in Gucheng area |
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图 6 古城地区准同生期中等盐度蒸发海水白云石87Sr/86Sr与δ18O交会图 Fig. 6 Dolomite 87Sr/86Sr-δ18O cross plot of quasi-contemporaneous medium salinity evaporated seawater in Gucheng area |
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图 7 古城地区准同生期中等盐度蒸发海水白云石稀土元素组成及配分模式图 Fig. 7 Composition and distribution pattern of dolomite rare earth elements of quasi-contemporaneous medium salinity evaporated seawater in Gucheng area |
岩相学标志：发育细晶自形白云岩和细晶半自形白云岩（图 3e、f），多具平直的晶面结构特征，指示其形成温度较低；缝合线缺失揭示此类白云岩多形成于大规模压溶作用之前，只是遭受了轻微的压实作用。
元素地球化学标志：Na和Mn含量较高，Sr含量偏低。Mn含量增加幅度有限，比同生期/准同生期白云岩稍高，平均为31.84μg/g。Sr含量稍低于同生期。Na含量平均为621μg/g，与同生期流体大体相近。Mn/Sr较低，平均为0.385。δ18O为-10.3‰~ -4.5‰，δ13C主要集中在-2.15‰~1‰，与同生期白云岩相比，负偏移明显，揭示形成环境已经从偏氧化过渡到半氧化—半还原(图 8）。δ13C区间较大，偏负更多的则是继承原有石灰岩。87Sr/86Sr比较稳定（图 9、图 10），揭示成岩流体基本没有大的改变。与同生期白云石相比，稀土元素配分模式（图 11）同样表现为对轻稀土元素相对富集，对重稀土元素相对缺失的右倾模式，(La/Yb)SN平均为1.66，说明白云石化流体具有一定的连续性；LREE/HREE比较高，平均为18.05；δEu和δCe平均值均是0.57，表明形成环境为半氧化—半还原。白云石有序度比较低，平均为0.57，但与同生期相比较高。
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图 8 古城地区浅埋藏阶段中等盐度封存海水白云石δ13C与δ18O交会图 Fig. 8 Dolomite δ13C-δ18O cross plot of shallow buried medium salinity sealed seawater in Gucheng area |
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图 9 古城地区浅埋藏阶段中等盐度封存海水白云石87Sr/86Sr与δ18O交会图 Fig. 9 Dolomite 87Sr/86Sr-δ18O cross plot of shallow buried medium salinity sealed seawater in Gucheng area |
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图 10 古城地区浅埋藏阶段中等盐度封存海水白云石87Sr/86Sr与δ13C交会图 Fig. 10 Dolomite 87Sr/86Sr-δ13C cross plot of shallow buried medium salinity sealed seawater in Gucheng area |
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图 11 古城地区浅埋藏阶段中等盐度封存海水白云石稀土元素组成及配分模式图 Fig. 11 Composition and distribution pattern of dolomite rare earth elements of medium salinity sealed seawater in Gucheng area |
岩相学标志主要包含4种（图 12）：（1）被沥青充填的粉—细晶白云石晶间溶孔；（2）被沥青充填的中—粗晶白云石晶间溶孔；（3）被沥青充填的颗粒灰岩晶间溶孔、粒内溶孔或粒间溶孔；（4）被沥青充填的沿早期缝合线扩溶的藻灰岩、泥灰岩和颗粒灰岩。
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图 12 古城地区中—深埋藏阶段有机酸性水溶蚀作用典型现象 Fig. 12 Typical corrosion phenomena of medium-deep buried organic acid water in Gucheng area (a) 细晶白云岩，沥青充填于晶间溶孔，鹰三段，GC9井，6097.8m，单偏光；(b) 粗晶白云岩，晶间溶孔，沥青充填，蓬莱坝组，GC9井，6095.5m，单偏光；(c) 亮晶砂屑灰岩，沥青充填于晶间溶孔，一间房组，GC11井，5678.5m，单偏光；(d) 亮晶鲕粒砂屑灰岩，缝合线发育且被沥青充填，鹰一段，GC14井，5884.5m，单偏光 |
中—深埋藏阶段的白云石化流体以高温、高盐度的地层卤水为主，以高温深埋背景为其典型特征。
岩相学标志：中—粗晶白云石因其形成温度高、白云石化流体高度过饱和等因素，主要呈现非平面—曲面他形结构，晶粒相对较粗，具有波状消光特征。阴极发光下白云石加大环带明显，主要呈现暗红色光—昏暗光（图 3g、h）。
元素地球化学标志：与前面几类白云岩比较，中—粗晶白云石的CaO与MgO的比值较低，镁元素相对富集，Sr含量较低，表明与重结晶作用密切相关。Mn含量较高，平均为57μg/g。Mn与Sr比值变高，揭示重结晶作用一定程度上增加了成岩蚀变程度。Na含量与同生期蒸发海水值相比较高，平均为732.6μg/g，这种现象说明，成岩流体由于温度升高及长时间的水岩反应，向地层卤水转变。δ13C和δ18O均有显著的负偏移，分别处于-1.6‰~0.6‰和-9‰~-4.7‰之间（图 13）。δ18OSmow为-4‰~5.5‰，为典型的地层卤水。稀土元素总量（ΣREE）平均为8.22μg/g，表现仍同前几类一样，为右倾模式，(La/Yb)SN表现与围岩相近，平均为1.3；LREE/HREE普遍较高大于15，平均为16.7；δCe表现为轻微的正异常，指示形成于还原环境之中（图 14）。白云石有序度为0.75，相对较高，说明结晶程度较好。
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图 13 古城地区中—深埋藏阶段地层卤水中—粗晶白云石碳同位素、氧同位素交会图 Fig. 13 C-O isotope cross plot of medium-coarse crystalline dolomite of medium-deep buried formation brine in Gucheng area |
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图 14 古城地区中—深埋藏阶段地层卤水白云石稀土元素组成及配分模式图 Fig. 14 Composition and distribution pattern of dolomite rare earth elements of medium-deep buried formation brine in Gucheng area |
岩相学标志：石灰岩中钠长石化普遍发育，具有板状晶形和聚片双晶的特征，属于高钠长石或歪长石（图 15）。
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图 15 古城地区钠长石发育特征图 Fig. 15 Development characteristics of albite in Gucheng area (a) GC7井，5871m，钠长石，铸体薄片；(b)GC16井，6161m，钠长石，铸体薄片；(c)GC7井，5877m，钠长石，电子探针照片；(d)GC8井，5774.8m，井壁取心薄片，钠长石中的盐水包裹体；(e)GC6井，142/66岩心薄片，钠长石中的盐水包裹体；(f) GC6井，2 34/70岩心薄片，钠长石中的盐水包裹体 |
包裹体均一温度特征：钠长石有很高的形成温度，揭示与钠长石化有关的成岩流体具有高温岩浆热液性质。测得钠长石中盐水包裹体的温度分布特征是：50%集中在340~360℃区间，另外各25%分别处在360~380℃和420~440℃之间。
2.7 第Ⅱ期与热液重结晶作用有关的深部卤水流体岩相学标志主要有5种（图 3i、j）：重结晶形成的中—粗晶白云石、中—粗晶脏白云石、中—粗晶较干净白云石、充填于构造裂缝和热液溶蚀孔洞中的鞍状白云石、局部晶形不好的黄铁矿。这期热液作用的识别标志是阴极下发光暗或者不发光。其主要表现为：重结晶的中—粗晶白云石不发光，中—粗晶脏白云石阴极射线下发暗玫瑰红色光，中—粗晶较干净白云石阴极射线下近似不发光，构造裂缝和热液溶蚀孔洞中鞍状白云石近似不发光或发暗玫瑰红色光，可能主要归结于白云石中Mn与Fe含量比值低。
元素地球化学标志：87Sr/86Sr接近同期海水值，δ13C、δ18O相对较高，δ13C平均为-0.73‰, δ18O平均为-7.08‰。中—粗晶白云石分布呈现明显差异的Ⅱ-1型和Ⅱ-2型两类（图 16），Ⅱ-1型中—粗晶白云石δ18O平均为-7.47‰，较低；Ⅱ-2型中—粗晶白云石δ18O平均为-5.85‰，较高。此阶段的碳同位素、氧同位素特征均不同于埋藏白云石化、准同生期白云石化作用阶段，表明热液流体可能参与其形成。Ⅱ-1型中—粗晶白云石显示出高Mn低Sr、Mn/Sr高的特征，Mn含量平均为183.73μg/g，Sr含量平均为87.10μg/g，Mn/Sr平均为2.13；Ⅱ-2型中—粗晶白云石显示出低Mn高Sr的特点，Sr含量平均为176.62μg/g，Mn含量平均为48.82μg/g，Mn/Sr平均为0.35；鞍状白云石Sr含量为162.04μg/g，Mn含量为50.52μg/g，Mn/Sr为0.31（图 17）。Ⅱ-1型和Ⅱ-2型两类中—粗晶白云石的稀土元素特征差别明显。Ⅱ-1型中—粗晶白云石（图 18a）：δEu平均达1.70，Eu正异常，ΣREE平均为6.16μg/g。Ⅱ-2型中—粗晶白云石（图 18b）：Eu负异常、Ce正异常，对重稀土元素相对缺失，轻稀土元素相对富有，ΣREE较高，平均为8.43μg/g。鞍状白云石特征与Ⅱ-2型中—粗晶白云石相似。
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图 16 古城地区第Ⅱ期热液成因中—粗晶白云石碳同位素、氧同位素特征 Fig. 16 Carbon and oxygen isotope characteristics of medium-coarse crystalline dolomite of phase Ⅱ hydrothermal origin in Gucheng area |
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图 17 古城地区第Ⅱ期热液成因白云石微量元素组成特征 Fig. 17 Trace element composition characteristics of phase Ⅱ hydrothermal dolomite in Gucheng area |
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图 18 古城地区第Ⅱ期热液成因中—粗晶白云石稀土元素组成及配分模式图 Fig. 18 Composition characteristics of rare earth elements of medium-coarse crystalline dolomite of phase Ⅱ hydrothermal origin in Gucheng area |
岩相学标志主要有3种：中—粗晶脏白云石发育；热液溶蚀缝洞发育；鞍状白云石发育于构造裂缝和溶蚀缝洞。这期热液作用的明显识别标志是阴极射线下发光较强或强(图 3k、l)，方解石发育于缝洞及构造裂缝内，呈现亮橘黄色光，鞍状白云石发育于缝洞及裂缝内，呈现亮橘红色光，另外亮橘红色发光晕圈主要发育于溶蚀缝洞边缘，而亮橘红色发光斑块则普遍分布在白云岩中。
元素地球化学标志：溶蚀缝洞内第Ⅲ期热液成因鞍状白云石的δ13C平均为-0.87‰，δ18O平均为-8.75‰；溶蚀缝洞内第Ⅲ期热液成因方解石的δ13C平均为-1.52‰，δ18O平均为-8.27‰。方解石与同种成因的中—粗晶白云石在碳同位素、氧同位素方面具有一定程度吻合，表明方解石为溶蚀原岩在高温下重结晶的产物（图 19、图 20）。CaO/MgO比值较高，中—粗晶白云石平均为2.16，鞍状白云石平均为2.15。Na含量比地层内部热液的高。鞍状白云石Mn含量平均为106.83μg/g，中—粗晶他形白云石Mn含量平均为40μg/g，这区别于第Ⅱ期热液Mn富集（Mn含量较高）的特征，表明这期流体不是本地层流体，具氧化性质。根据前人[26-29]的研究成果，该期流体贫镁。镁同位素在碳酸盐岩中分布区域较广，但在白云岩中分布区域较窄（图 21）。鞍状白云石主要来源于原岩的溶蚀作用，其δ18OSmow呈现出两种类型：Ⅰ类主要集中在0.3‰~4.15‰，Ⅱ类则处于3.9‰~8‰之间，重合的部分区域揭示了两类流体存在一定程度的混合。鞍状白云石稀土元素总量约为5.938μg/g。配分模式大体分为两类，一类是微弱的左偏模式，另一类则表现了对重稀土元素相对缺乏、对轻稀土元素相对集中的右倾模式。LREE/HREE显示，鞍状白云石明显较富集稀土元素。不同于高温地层水形成的鞍状白云石，这期鞍状白云石稀土元素呈现出(La/Yb)SN较大、δEu较低（平均为0.58）、δCe较高的特点（图 22）。
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图 19 古城地区第Ⅲ期与外源流体相关方解石的Sr与氧同位素交会图 Fig. 19 Sr-O isotope cross plot of phase Ⅲ calcite related to exogenous fluid in Gucheng area |
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图 20 古城地区第Ⅲ期与外源流体相关方解石的Sr与碳同位素交会图 Fig. 20 Sr-C isotope cross plot of phase Ⅲ calcite related to exogenous fluid in Gucheng area |
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图 21 地球样品镁同位素分布范围[29-30] Fig. 21 Distribution range of magnesium isotope of various earth samples[29-30] |
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图 22 古城地区第Ⅲ期与外源流体相关的鞍状白云石稀土元素组成及配分模式图 Fig. 22 Composition and distribution pattern of rare earth elements of phase Ⅲ saddle dolomite related to exogenous fluid in Gucheng area |
岩相学标志：隐晶质硅和晶粒石英以不同形式普遍发育在各个地层，其中隐晶质硅主要呈现交代形式，晶粒石英则主要为充填形式，在阴极射线下两者均不发光（图 23）。
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图 23 古城地区奥陶系硅质发育特征图 Fig. 23 Development characteristics of siliceous of the Ordovician in Gucheng area (a) 晶粒石英沿裂缝充填，隐晶质硅交代围岩，鹰山组，GC13井，6610.66m；(b) 对应(a)的阴极发光照片，晶粒石英和隐晶质硅均不发光；(c)隐晶质硅交代，保留原岩颗粒结构，鹰山组，GC12井，6200.8m |
元素地球化学标志：本文古城地区所取样品的硅、氧同位素值基本落入了陈永权所定义的塔里木盆地交代硅化岩的区域（图 24），同时根据对氧同位素的计算以及石英的众数均一温度（170℃），测得交代流体的δ18OSmow为8.225‰~12.65‰，远远高于同时期海水地层的-8.9‰，这与陈永权给出的岩浆水δ18O基本相当[7, 31-34]。因此，认为隐晶质硅与晶粒石英的成因基本为酸性岩浆水，并且根据白云石和石英的薄片接触关系分析，应为贫镁流体的后期发育。研究区内的硅质主要呈现Fe含量高、Mn和Al含量低的特点（图 25），同时根据石英的包裹体温度，揭示了这期硅质流体为后期热液带来的产物。
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图 24 古城地区硅质岩硅同位素、氧同位素交会图 Fig. 24 Si-O isotope cross plot of siliceous rocks in Gucheng area |
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图 25 古城地区硅质Fe、Mn、Al三端元图 Fig. 25 Ternary diagram of Fe, Mn and Al of siliceous in Gucheng area |
岩相学标志：孔洞、裂缝处发育晚期充填的方解石，晚于鞍状白云石的充填。阴极射线下一般呈现不发光或者是昏暗光（图 26）。
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图 26 古城地区晚期充填的方解石特征图 Fig. 26 Characteristics of late filling calcite in Gucheng area (a) 成岩裂缝、构造裂缝充填方解石，GC7 井，6122m，鹰山组，铸体薄片，单偏光；(b) 对应 (a) 的阴极发光薄片，成岩裂缝处充填的方解石不发光，构造裂缝充填方解石发暗橘黄色光；(c) 构造裂缝充填方解石，GC2 井，9-16-6 号，铸体薄片，单偏光 |
元素地球化学标志：晚期充填的方解石主要呈现出87Sr/86Sr很高，而δ13C和δ18O较低的特点（图 27），揭示方解石主要来源于外源产物。方解石的稀土元素配分模式不同于鞍状白云石（图 28），稀土元素含量相对较高。δEu主要呈现正异常，跨度区间是1.1~1.4。LREE/HREE主要显示两极化。对于稀土元素，方解石明显缺乏，鞍状白云石相对富集，这也揭示了方解石主要是来自后期富钙流体的大规模充填，而不是来源于鞍状白云石伴生。
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图 27 古城地区第Ⅴ期方解石碳同位素、氧同位素交会图 Fig. 27 C-O isotope cross plot of phase Ⅴ calcite in Gucheng area |
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图 28 古城地区第Ⅴ期方解石和鞍状白云石稀土元素组成及配分模式图 Fig. 28 Composition and distribution pattern of rare earth elements of phase Ⅴ calcite and saddle dolomite in Gucheng area |
依据岩相学和地球化学标志识别出古城地区奥陶系存在10期成岩流体，各期成岩流体不同程度地影响了储层的发育（表 2）。综合发现这10期成岩流体主要分为四大类，分别为大气淡水、海水、地层水和外源热液流体。分析认为塔里木盆地奥陶系优质储层发育主要与大气淡水和外源热液流体有关。
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表 2 古城地区奥陶系10期成岩流体作用及其对储层的影响 Table 2 Influence of 10 phases of the Ordovician diagenetic fluids on reservoir development in Gucheng area |
研究区准同生期受大气淡水淋滤作用时间较为短暂，溶蚀作用较弱，形成一间房组—鹰二段石灰岩岩溶型储层，粒内溶孔、粒间溶孔等储集空间较为发育，但均被沥青充填，揭示这些储集空间均是有效的，曾参与液态石油的运移、聚集及成藏的过程，对古油藏的形成有极其重要的意义[7, 35]。因沥青充填破坏了滩相孔隙型储层的有效性，成为研究区内奥陶系的一类潜在储层。在储集空间内液态石油没有全部变成沥青的区域，依然是有效的储集空间，对油气的储集有重要意义。
第Ⅲ期与外源流体相关的贫镁热液流体属于壳源热液流体，主要通道是岩石裂缝或断裂系统。由于岩石中孔隙或裂缝较为发育, 溶蚀作用进行较为彻底。基质白云岩为粉晶白云岩时，原始孔渗条件差，构造热液作用表现为角砾化及鞍状白云石充填或裂缝充填粗晶白云石；基质白云岩为残余颗粒白云岩时，在晶间孔基础上沿缝溶蚀形成晶间溶孔和溶洞。构造裂缝沟通早期白云石化晶间孔，叠加溶蚀改造形成粗—中晶白云岩缝孔洞型储层。研究区内部分井鹰三段—鹰四段白云岩均经受了这期流体改造，所以岩石中溶蚀孔洞大量发育，储集性能好。部分白云岩地层没有遭受其他的成岩作用，其储集性能增加的主要因素是热液流体的溶蚀作用。
研究区的硅质存在两种赋存形式：隐晶状交代、晶粒状充填或半充填。第IV期与硅质发育相关的富硅流体为酸性岩浆水，对储层具有双重影响：早期为高温、高浓度，即溶即沉淀过程，表现为大面积交代，对储层起破坏性作用；后期硅质流体浓度、温度降低，晶粒石英出现，如没有足够量硅质充满孔隙，则表现为建设性作用。
研究发现，中—深埋藏阶段有机酸性水溶蚀作用产生的储集空间高度匹配了石油的产生高峰，表明这些储集空间是重要的液态石油储集空间，对古油藏的形成意义非凡。没有被沥青全部充填的孔隙成了有利的储集空间，寻找此类空间是今后研究的重点。
4 结论（1）古城地区奥陶系发育石灰岩和白云岩两类储层。石灰岩储层主要分布在一间房组、鹰一段、鹰二段。一间房组岩石颗粒较圆，反映水体能量较高。鹰一段岩石颗粒局部粒度较细，反映水体能量不高。鹰二段岩石颗粒圆度一般，局部粒度较粗，达到砾级，反映水体能量不高。部分白云石化部位保留原岩石灰岩组构。白云岩储层分布在鹰三段、鹰四段、蓬莱坝组。鹰三段优质储层岩石类型以粗—中晶白云岩、中晶白云岩为主，镜下白云石可保留原岩石灰岩颗粒结构或残余颗粒结构幻影。鹰四段优质储层岩石类型以细—中晶白云岩为主，镜下白云石可见保留原岩石灰岩颗粒结构和不同程度的硅化。蓬莱坝组储层岩石类型以细晶白云岩为主，其次为中—细晶白云岩，见不同程度的硅化。
（2）准同生阶段包含两期成岩流体，分别为准同生期大气淡水和准同生期中等盐度蒸发海水。准同生期大气淡水淋滤形成一间房组—鹰二段石灰岩岩溶型储层。准同生期中等盐度蒸发海水白云石化作用因外部碳酸盐的供给对储层形成具有一定的破坏性。
（3）埋藏阶段包括3期成岩流体：浅埋藏阶段中等盐度封存海水、中—深埋藏阶段有机酸性水和中—深埋藏阶段地层卤水。浅埋藏阶段中等盐度封存海水的白云石化作用主要为重结晶作用，对孔隙建设意义较小。中—深埋藏阶段有机酸性水溶蚀作用导致晶间溶孔、粒内溶孔、粒间溶孔发育，但基本均被沥青充填，或矿物再次充填，对孔隙建设意义较小。中—深埋藏阶段地层卤水的白云石化作用主要为重结晶作用，因埋藏阶段温度较高，白云石过度生长，对早期的晶间孔隙起破坏作用。
（4）研究区内存在5期外源热液流体，分别是第Ⅰ期与钠长石化有关的热液流体、第Ⅱ期与热液重结晶作用有关的深部卤水流体、第Ⅲ期与外源流体相关的贫镁热液流体、第Ⅳ期与硅质发育相关的富硅流体和第Ⅴ期与晚期方解石充填相关的富钙流体。第Ⅰ期与钠长石化有关的热液作用基本不产生储集空间，对储层形成意义不大。第Ⅱ期与热液重结晶作用有关的深部卤水流体对储层的改造具有破坏性。第Ⅲ期与外源流体相关的贫镁热液流体溶蚀作用导致储集空间增加，对储层起建设性作用。第Ⅳ期与硅质发育相关的富硅流体作用因发育隐晶质硅交代和晶粒石英充填，对储层有一定贡献，但整体以破坏储层为主。第Ⅴ期与晚期方解石充填相关的富钙流体作用主要发育方解石充填，对储层起破坏作用。
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