新疆吉木薩爾地區巖漿熱液型方解石初探

陸申童　翟亞若　李哲萱

摘要：通過對準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組的巖心描述、鏡下觀察及各類分析測試研究，發現了與正常沉積不同的方解石，該類方解石為巖漿成因，形態結構、組構類型都不同于正常沉積中的方解石，此類方解石自形程度高，干涉色鮮艷，多以集合體的形式存在有機質中，與有機質關系密切，此外研究認為該類方解石的受到多期次流體的影響，與油氣的儲集有良好的對應關系，但是有其地球化學特征還需進一步研究。

關鍵詞：吉木薩爾凹陷；熱液噴流；巖漿方解石

Abstract：In this research， magmatic-origin calcite is found through several tests， observation of cores and thin sections. Magmatic-origin calcite shows different morphological structure and fabric type with the one that deposits in normal sedimentary environment： these calcite is highly euhedral with bright interference colors， most developing as calcite aggregates. The calcite may has close relationships with organic matters because most magmatic-origin calcite is found in them. Besides， we believe this calcite has been influenced by multiphase fluid and it is meaningful in researching oil and gas reservoirs. Hence further researches about geochemistry features of the calcite are needed.

Key words： Jimsar depression；hydrothermal jet；magmatic calcite

引言

吉木薩爾凹陷地處準噶爾盆地的東部，凹陷的北、西、南三側均以凹陷為界限，整體呈西深東淺、西斷東超的箕狀[1-2]，總面積為1278km2。吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組巖性除了正常沉積的巖石組合類型外，還發育一套與深源巖漿、熱液活動相關的巖石組合，其巖石類型以堿性的凝灰巖、沉凝灰巖和（含）凝灰質泥晶白云巖為主。這些巖類中有些礦物的賦存與致密油的分布存在著較好的對應性，它們作為油氣生成和運移過程的基本物質響應，記錄了烴類演化過程中的豐富信息，因此可將其作為與油氣生成、運移和聚集過程有關的、能夠反映油氣成因和賦存狀態的指示烴類存在的礦物。巖漿熱液型的方解石就是其中的一種，初步研究認為它可能屬于一種與巖漿-地幔熱液作用相關的礦物[3]，該類礦物尚處于初創的研究探索階段。本文擬對該類礦物特征及成因機理作以研究。

1. 區域地質背景

中國新疆地區準噶爾盆地是大型多旋回疊合改造型盆地，其形成演化作用受到不同時期的地質構造作用控制，現今的區域地質格局主要呈東西向分布，它是由造山帶和沉積盆地共同組成的。研究區吉木薩爾凹陷地處準噶爾盆地的東部，凹陷的北、西、南三側均以凹陷為界限，從石炭紀至今受到了多期構造運動的影響，使得凹陷西部以沉降為主，東部以抬升為主，南部和北部則同時發生斷裂和抬升[4]。吉木薩爾凹陷由于內部構造活動較弱，因此形成了一套自二疊系至第四系較為齊全的沉積地層。本文具體的研究層位是吉木薩爾二疊系的蘆草溝組，蘆草溝組是屬于陸內裂谷背景下欠補償的咸化湖沉積環境[5]。本人所在的研究團隊在柳益群教授的帶領下對研究區進行了長期較為細致的地質學研究，對研究區的構造地質背景、致密油成因及其分布規律、巖石類型以及特殊的巖石組合取得了一定的認識：研究區位于準噶爾盆地東部隆起的西南部，在晚泥盆—早石炭世區域弱碰撞造山的區域背景下，晚石炭世特別是早、中二疊世區域范圍不僅發生板內伸展作用的顯著深成巖漿活動和火山活動，而且在北疆地區控制了主體為河、湖相沉積盆地的形成，發育近緣快速的粗碎屑沉積和火山堆積，以及湖泊正常沉積和熱液噴流沉積交替的深湖、半深湖相沉積組合[6-8]。

2. 巖漿熱液型方解石

巖漿方解石是巖漿碳酸巖的一種，巖漿碳酸巖是一種富含碳酸鹽的巖漿巖，它的主要礦物成分是碳酸鹽礦物，常見的有方解石、白云石、鐵白云石和菱鐵礦等，還有一些少量輝石類、金云母、磷灰石、角閃石、橄欖石等。但是因為此類碳酸巖的賦存和在地表的出露數量要比其他類型的巖漿巖少很多，同時與沉積巖中的碳酸鹽巖和其變質巖難以區分，所以經常被人們所忽視，雖然巖漿活動在全球范圍內分布較為廣泛，碳酸巖的分布所占比例卻極少，但是它特殊的物質組成和獨特的礦產指示意義也引起了地質學家的注意，碳酸巖提供了大量地球內部信息，也為了解大陸地幔演化提供了重要依據，它已成為現今幔源火成巖的重要組成方面[9]。

筆者所在的研究團隊近年來在對準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組區域優勢儲層成因及分布探討研究時發現，這種與火山活動相關的熱液噴流的巖漿碳酸巖的存在與致密油的分布有一定的對應關系，其中的主要礦物——巖漿方解石最有代表性，因此本文主要這類礦物的主要特征。

2.1 形態與產狀

通過單偏光和正交偏光鏡下觀察發現，該類方解石具有粒狀集合體結構以及特殊的生長環帶，生長環帶有似同心圓狀、似三角形狀條帶，且顆粒較大，不同于正常沉積的碳酸鹽礦物，其產出狀態為集合體而形成的各種形態，并多出現在脈狀、條帶狀中間，以侵入巖體產出，偶見巨大的方解石脈侵入泥晶質中，此方解石脈侵入體對下覆條帶有很明顯的擠壓作用，條帶因被充填擠壓發生彎曲；有的方解石集合體夾雜在條帶中間部位，與有機質條帶共存對下覆碳酸巖條帶造成了擠壓變形。這類巖漿熱液碳酸巖的主要礦物除了方解石外，還有以泥級的石英、堿性長石、和白云石等，與正常沉積的碳酸巖小顆粒膠結物共存（圖2-1）。

2.2 組構類型

研究區蘆草溝組中常見中晶—粗晶級的方解石集合體斷續分布在凝灰質巖類和白云巖類的沉積紋層中。此類方解石最顯著的特征是具有粒狀集合體而呈現不同的形態，有些呈團狀、云霧狀、港灣狀，而在某些區域分布則特別密集，在亮、暗色泥質基底中分布很廣，礦物之間的鑲嵌較好，沒有孔隙，出現結晶的生長環帶，顆粒自形程度較高，干涉色鮮艷，且巖漿—熱液方解石之間常常充填凝灰物質和湖相的泥晶碳酸鹽，或者被凝灰物質和有機質包繞，反映了深部來源的碳酸巖噴流出后受到地幔熱液湖水的混合作用，由此也能看出巖漿方解石與有機質具有密切關系（圖2-3）。經電子探針測定該類方解石的成分，都含有鍶。陰極發光下，該類方解石呈桔紅—亮橙色，表明內部含鐵、錳等微量元素并形成于溫度較高的沉積環境中（圖2-2）。

2.3 成分結構特征

研究區蘆草溝組的巖漿方解石結構特征主要分為兩類，一類是以“斑狀”單顆粒方解石為主，一類的方解石主要是以集合體的形態分布。手標本由于其中所含“斑狀”碎屑顆粒的大小及其含量的不同而顯示出層狀分布的形態，單層的厚度大約介于0.1cm～2cm（圖2-4-A）?！鞍郀睢彼樾碱w粒分布狀態主要有兩種：① 單層內頂部“斑狀”碎屑顆粒含量較高，向下含量逐漸減少，粒度也相應減小，顯示出微弱的正粒序，手標本尺度下，“斑狀”碎屑顆粒具有微弱的順層定向分布性（圖2-4-B）；② 單層內“斑狀”碎屑顆粒零星分布在有機質中，沒有明顯的粒序特征和定向分布規律（圖2-4-C）。

附注：A 巖漿方解石的巖心標本，具“斑狀”結構，“斑狀”碎屑顆分布較為均勻，“斑狀”碎屑顆粒大小及含量略微不同，且具有微弱定向性；B單層內的“斑狀”碎屑顆粒分布特征，可見單層內頂部“斑狀”碎屑顆粒含量較高，向下含量逐漸減少，粒度部分減小，顯示微弱的正粒序；C “斑狀”碎屑顆粒為方解石，可見解理，正交鏡下為高級白干涉色，部分顆粒邊緣具有熔蝕港灣結構；D 為C圖的正交偏光，顆粒星散分布，沒有明顯粒序。

2.3.1 成分結構特征

根據本研究團隊中靳夢琪所寫的文章《新疆博格達山北緣二疊系蘆草溝組碳酸質噴爆巖》，可以得出巖漿方解石的結構特征主要分為兩類，這與筆者上述的情況基本一致，第一種分布類型中的“斑狀”碎屑含量約為65%，成分均為方解石，周圍的基底以堿性長石為主（含量大約16%）、白云石（含量15%）、石英（含量20%），并伴有少量的黃鐵礦和零星的方解石；第二種類型的“斑狀”碎屑顆粒占50%左右，基底成分與第一種基本一致。[10]

2.3.2 礦物結構特征

“斑狀”碎屑主要是方解石集合體與環帶狀方解石單礦物兩類。前者方解石集合體的粒度大約在0.5mm～1.5mm，是三顆粒度為0.5mm方解石顆粒的集合體，通過顯微鏡下觀察可以發現兩組完全解理，正交鏡下為高級白干涉色，且干涉色非常鮮艷（圖2-5-C）；后者粒度大約0.1mm～0.8mm，顆粒之間分布較為孤立，部分顆粒鑲嵌在一起（圖2-5-D、F），且礦物表面沒有解理，裂縫發育，部分顆粒呈似似三角狀、港灣狀（圖2-5-D），通過在反射光下觀察，巖漿方解石的環帶結構很明顯（圖2-5-E），有的環帶似同心圓狀，離顆粒邊緣很近，部分環帶處于顆粒內部，形狀不規則，環帶邊緣線條較為平直，分布環帶內還有包裹體的出現，環帶寬在15μm～25μm左右，環帶大約3層?；椎念伾苌?，在反射光下可見到礦物的碎屑顆粒。經電子探針測試，基底中的礦物為堿性長石和少量白云石，偶見黃鐵礦，基本不含粘土礦物。

研究團隊利用電子探針實驗對該類方解石的每一層環帶分別進行了精細測試（圖2-5-F），測試點1、2、3、4分別為表2-1中的吉174-13-106-6、吉174-13-106-7、吉174-13-106-8、吉174-13-106-9號測試點。結果可見其主要元素CaO含量依次為53.83%、52.72%、53.09%和53.51%，FeO含量依次為0.01%、0.38%、0.31%和0.56%，MgO含量依次為0.22%、0.37%、0.3%和0.51%。由此可以看出不同環帶的元素含量變化并不是很明顯，僅有微弱的變化幅度和趨勢：CaO的含量逐漸降低，而FeO含量和MgO含量逐漸升高，自此可以推斷出不同成分的化學元素會影響不同環帶的生長，猜想是否受多期次流體的化學成分影響。[7]

2.4 分布及其與油氣的關系

巖漿碳酸巖在吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組地區，主要分布于吉174井中（圖2-6），在下甜點段（3263m～3322m）油氣儲集較好的地區分布較廣，在項目磨制的普通薄片J174-12-81（3288.2m）、J174-12-83（3292m）、J174-12-88（3297.6m）、J174-12-91（3305.8m）、J174-12-99（3316.2m）、J174-12-105我們研究團隊綜合大量的薄片觀察以及已有的相關測試分析結果提出：吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油層是在長期有堿性流體參與的條件下形成的，堿性成巖作用在致密油儲層的成巖過程中起主導作用。

從分布情況來看，巖漿碳酸巖多出現在油氣儲集較好的甜點段，那么它與油氣的出現是密不可分的。巖漿碳酸巖的出現預示著地幔流體的活動，地幔熱液活動對油氣的形成產生作用：（1）基性火山巖的溢流以及相關流體的噴出富含有氫氣，這可以彌補沉積物轉化為烴類物質的氫元素不足的情況；（2）有機質向烴類物質轉化時，溫度和時間需要達到一定的條件，當溫度較高，則所耗費的時間就會相應減少，熱液活動的出現必然帶動溫度升高，這對油氣的形成產生了一定的促進作用；（3）巖漿熱液活動的特殊環境中存在嗜熱生物，這給油氣的生成提供了相關的食物鏈，使得有機質得以富集，提供了豐富的物質基礎。

3. 結論

（1）準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組存在與正常沉積不一樣的方解石，此類方解石是巖漿成因，此類方解石以集合體形態存在于有機質中。

（2）巖漿成因的方解石干涉色鮮艷，自形程度較高，在反射光下往往能見到內部環帶，方解石邊緣部分被溶蝕。

（3）巖漿成因方解石顆粒大小不一，一種是集合體的形式存在基基底中，另一種是顆粒零星的分布在有機質條帶中，部分方解石連成條帶呈脈狀，對下覆有機質條帶有明顯的擠壓作用，與有機質的關系密切。

（4）巖漿方解石多出現在油氣儲集較好的層位，與油氣的分布有著密不可分的關系，巖漿碳酸巖的出現預示著地幔流體的活動，地幔熱液活動對油氣的形成產生作用。

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