钱一雄, 陈代钊, 尤东华, 卿海若, 何治亮, 董少峰, 马玉春, 焦存礼, 田蜜. (2012)塔东北库鲁克塔格地区中上寒武统白云岩类型与孔隙演化* [J]. 古地理学报, 14(4): 461-476
Qian Yixiong, Chen Daizhao, You Donghua, Qing Hairuo, He Zhiliang, Dong Shaofeng, Ma Yuchun, Jiao Cunli, Tian Mi. (2012)Types of dolostones and pore evolution of the Middle and Upper Cambrian in Kuruk Tag area of northeastern Tarim Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 14(4): 461-476. DOI:  
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塔东北库鲁克塔格地区中上寒武统白云岩类型与孔隙演化*
钱一雄1, 陈代钊2, 尤东华1, 卿海若3, 何治亮4, 董少峰2, 马玉春1, 焦存礼4, 田蜜1
1 中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡 214151
2 中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029
3 University of Regina,Regina,SKS4S OA2,Canada
4 中国石化石油勘探开发研究院,北京 100083

第一作者简介 钱一雄,男,1962年生,博士,教授级高级工程师,2005年获中国石油大学(北京)博士学位,现在中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所从事碳酸盐岩沉积与储集层研究。联系电话:0991-3160425;通讯地址:新疆乌鲁木齐市长春南路西北石油科技院区D303研究院;邮政编码:830011。E-mail:Qyx9167@vip.sina.com。

收稿日期:2011-11-29
基金:*国家“973”项目(编号:2012CB214802)与国家重大专项(编号:2008ZX0502,2008ZX05008-003,2011ZX05005-02)联合资助
摘要

对塔东北库鲁克塔格隆起的乌孜里塔格剖面中上寒武统白云岩的岩石学、成岩作用、裂隙—孔隙发育与充填等特征研究认为:可划分为有序度逐渐增加的粉晶白云岩、粉细晶白云岩、中细晶白云岩和中粗晶白云岩及晶洞中的中粗晶、巨晶和鞍形白云石等 4种类型;分别对应于早期准同生—浅埋、中浅埋藏、中等埋藏和构造断裂—热液(热卤水)作用 4期的成岩阶段;其中,沿走滑断裂—裂隙带、呈不规则的“侵入体” 具有斑点状、条纹—条带、雁行状—斑马、角砾状和不规则状结构的中粗晶、粗晶、巨晶(部分为鞍形)白云岩(石),一般不发光或呈昏暗的暗红色,具有与加拿大西部盆地典型的热液白云岩相似的特征;中上寒武统白云岩存在 4~5期构造裂隙和 3期以上的充填作用;热液白云岩中以晶间孔、晶间溶孔(洞)、裂隙及沿裂隙的扩溶孔洞为主,主要有二世代的白云石和方解石和少量沥青、石英、微量硬石膏和重晶石等多期充填作用。与西加盆地寒武系部分或全部交代充填缝洞及角砾构造、受来自落基山造山带的晚白垩世至古近系拉腊米( Laramide)构造的被排驱的热液流体交代形成的典型热液白云岩稍有不同,海西晚期(晚二叠世)及燕山—喜马拉雅期(晚白垩世—第四纪)沿挤压—走滑断裂排驱的地层热卤水循环—扩散与交代作用可能是本区热液白云岩的主要成因,储集空间主要由中、晚期构造断裂—裂隙(溶蚀)所致,但不排除成岩早期埋藏或晚期大气水作用对其影响。

关键词: 白云岩类型; 成岩作用; 孔隙类型; 热液白云岩; 寒武系; 塔里木盆地; 加拿大西加盆地
中图分类号:P588.24+5 文献标志码:文章编号:1671-1505(2012)04-0461-16 文章编号:1671-1505(2012)04-0461-16
Types of dolostones and pore evolution of the Middle and Upper Cambrian in Kuruk Tag area of northeastern Tarim Basin
Qian Yixiong1, Chen Daizhao2, You Donghua1, Qing Hairuo3, He Zhiliang4, Dong Shaofeng2, Ma Yuchun1, Jiao Cunli4, Tian Mi1
1 Wuxi Institute,Exploration & Production Research Institute,SINOPEC,Wuxi 214151,Jiangsu
2 Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029
3 University of Regina,Regina.SKS4S OA2,Canada
4 Exploration & Development Research Institute,SINOPEC,Beijing 100083

About the first author Qian Yixiong,born in 1962,obtained his Ph.D.degree from China University of Petroleum(Beijing)in 2005.He now works as a senior researcher at Wuxi Institute of Petroleum Geology,Exploration & Production Research Institute of SINOPEC. He is engaged in carbonate rocks and oil and gas reservoirs.

Abstract

In a geological analogous study,the Middle and Upper Cambrian rocks from the northern Xingde fault of the Kuruk Tag area,northeastern Tarim Basin,were systematically investigated.These rocks consist of shallow marine platform carbonate rocks,with extensive dolomitization,and show significant differences from the Cambrian hydrothermal dolostones(HTD) in the Western Canada Basin.The Canadian dolostones are genetically related to fractures and breccia zones partially to completely including the fractures and presumably formed due to hydrothermal fluids expelled from the Rocky Mountain fold-and-thrust belt during the Laramide orogen.In contrast,the hydrothermal dolostones(HTD) in the studied Tarim Basin were formed as the result of hydrothermal fluid infiltration and alteration associated with deep-burial diagenesis,possibly controlled by recirculation of formation water in the strike-slip fault zones during the Late Permian(Late Hercynian)in northeastern Tarim Basin.According to the texture,six types of dolostones can be differentiated,including:(1)silt-sized dolostone,(2)fine-medium crystalline dolostone,(3)medium-coarse crystalline dolostone,(4)fine-crystalline dolostone with bright rims and dark cores,(5)saddle dolostone and(6)fracture and vug-lining dolostones,coarse or saddle dolostones.These dolostones form a complete sequence of diagenesis,starting with dolomicrite,and fine-medium crystalline dolostone as the early replacement of calcilutite at shallow-burial,followed by coarse and heterogeneous medium-coarse crystalline dolostone as the result of recrystallization at elevated temperatures in deep-burial,and then saddle dolostone and fracture and vug-lining coarse or saddle dolomite precipitated directly from re-circulated hot formation water.The HTD identified in the Tarim Basin samples display distinct coarse non-planar sucrosic textures,with few intracrystalline pores,intercrystalline dissolution pores.At least four period of fissures,dissolution,cementation,or filling,have been recognized,with the earlier fractures being filled with the late dolostone,partly precipitated dolostone,quartz,bitumen-bearing barite and anhydrite.While the pore development during deep burial has been controlled by original-bedding,fault-fissure,diagenesis,infiltration and hydrothermal alteration process,the later exposure to meteoric water may have been important for the late diagenetic pore system related to dolomitization.

Key words: dolostone types; diagenesis; pore types; hydrothermal dolostone; Cambrian; Tarim Basin; Western Canada Basin

前人已对塔里木盆地西北缘阿克苏— 柯坪以及塔里木盆地寒武系至奥陶系白云岩类型、成岩作用过程、孔隙发育演化、流体来源和储集层发育的主控因素与油气勘探潜力等进行了一系列研究(郑和荣等, 2007; 陈代钊, 2008; 吴仕强等, 2008; 张学丰等, 2008; 张军涛等, 2008, 2011; 陈永权等, 2009; 孟祥豪等, 2009; 潘文庆等, 2009; 朱东亚等, 2009; 邢凤存等, 2011; 焦存礼等, 2011; 郑剑锋等, 2011), 近年来又陆续报道了对塔东钻遇的震旦系至寒武系白云岩的研究(刘永福等, 2008; 马锋等, 2009; 金振奎和余宽宏, 2011), 提出了深部埋藏或热液白云岩与岩浆期后热流体或断裂相关的热卤水相关活动的成因证据与认识, 但未见对塔东北库鲁克塔格地区研究的报道。

加拿大西加盆地中寒武统Edron组和中泥盆统Sulphur point组与热液有关(MTV)的白云岩储集体则是近年国际上研究的热点之一, 一批学者开展了较为系统的深入研究(Bruce and Karlis, 1994; Symons and Lewchuk, 1998; Lonnee and Al-aasm, 2000; Al-Aasm, 2003; Braithwaite et al., 2004; Green and Mountjoy, 2005; Lavoie et al., 2005; Qilong et al., 2006; Friedman, 2007; Graham et al., 2007; Azmy et al., 2009; Wendte et al., 2009; Lavoie and Chi, 2010)。尤其是2004年Braithwaite等主编的“ The Geometry and Petrogenesis of Dolomite Hydrocarbon Reservoirs” 和2006年AAPG“ 热液白云岩” 专辑详述热液白云岩的岩石类型、特殊的斑马— 角砾状结构、MTV标型矿物组合、较高的成岩温度(一般为100~180, ℃或至220, ℃± )或稍高或较高的盐度(一般为10 wt%± 或至23 wt%NaCl), 与同期海水相比的中等放射性87Sr/86Sr、负偏的δ 18O、δ 13C同位素特征, 晚白垩世至古近纪Laramide落基山的褶皱— 冲断造山带的被排驱的流体是热液白云岩形成的主要来源等认识。因而极大地推动了热液白云岩成因、孔隙演化及其储集体分布规律的研究。

作者通过对塔东北库鲁克塔格地区乌孜里塔格剖面中上寒武统白云岩的岩石学、成岩作用及孔隙发育特征的研究, 并与加拿大西加盆地中寒武统惠而浦(Whirlpool Point)剖面典型的热液白云岩进行对比, 深化了对以下问题的认识:(1)两者岩石学特征是否相同或相似?(2)孔隙类型及其主要成岩作用过程?限于篇幅, 关于热液白云岩的成因、尤其是流体来源及演化, 将另有拙作加以阐述。

1 地质背景与剖面特征
1.1 塔东北库鲁克塔格地区中寒武统剖面

以兴地断裂为界, 塔东北库鲁克塔格地区的南雅尔当、却尔却克的下寒武统西大山— 西山布拉克组主要是以硅质岩、页岩和薄层泥质粉砂岩为主的欠补偿盆地沉积; 中寒武统莫合山组为硅质岩、页岩夹中薄层粉细晶白云岩及热液白云岩的深缓坡沉积, 上寒武统突尔沙克塔格组主要为页岩、薄层泥质粉砂岩与薄层泥晶灰岩和泥灰岩的半深海至斜坡沉积; 兴地断裂以北的乌孜里塔格、莫合山和西大山的寒武系剖面, 自下而上分别发育了斜坡— 台地相沉积(图 1), 中上寒武统发育了透镜状— 丘状的似侵入体的胶结白云石与基质白云岩(图 1, 图2)。

图1 塔东北库鲁克塔格地区中东部乌里格孜塔格等剖面位置图(左)和兴地断裂以北寒武系地层简表(右)Fig.1 Location of Wuzilitaga profile, Kuluketage mountain, northeastern Tarim Basin(left)and stratigraphic table of the Cambrian in north to Xingdi Fault(right)

图2 塔东北乌孜里塔格剖面中寒武统莫合山组热液白云岩条纹— 条带状、斑马状— 角砾状构造及部分采样位置Fig.2 Textural components of zebra fabrics and local breccia of hydrothermal dolostones and sampling location in the Middle Cambrian Moheshan Formation at Wuzilitaga profile, northeastern Tarim Basin

黄灰色基质白云岩或灰质云岩与白色呈不同形态的“ 交代白云岩” 间有明显的接触界线(图 2-A至2-G), 体积较大的有25 m× 25 m× 15 m(图 2-A); 结构— 构造有条带状、脉状(图 2-B)、角砾状(图 2-C)、斑点、斑块、花斑状与蠕虫状(图 2-D)、似层状及脉状白云岩(图 2-E)、条带状— 斑马状(图 2-F)、斑马状白云岩(图 2-G)。其中斑点、斑块、花斑状与蠕虫状一般出现于剖面的边缘带, 而透镜状、斑马、不规则角砾状白云岩及其各种缝洞中白云岩一般出现于剖面的中上部, 鞍形白云石、粗晶和巨晶白云岩(石)往往出现在裂缝或溶蚀孔洞比较发育层段中, 具有特殊的斑马纹状构造和白云岩角砾化, 往往与小型断裂及裂隙相伴生, 表明断裂系统为其提供了流体输导系统、循环的地层流体或热液沿张性正断裂或剪切的走滑断裂— 裂隙带及周围以线状、管状的渗流与围岩交代的结果。

1.2 惠而浦剖面中寒武统热液白云岩

西加盆地下寒武统GOD群是由新元古代拉分发育起来的被动大陆边缘盆地中宽阔大陆架上的进积砂体构成; 而自中寒武统至泥盆系, 主要发育一套碳酸盐岩台地沉积(图 3)。其中, 惠而浦(Whirlpool Point)剖面中寒武统Eldon组斑马纹— 角砾状、鞍状白云岩剖面位于去碧玉(Jasper)加拿大国家公园的戴维— 汤普森(David Thompson)高速公路去萨斯喀彻温河(Saskatchewan)叉路向西约50, km处(图3-a), 沿公路的剖面长约100 m、高约10~30, m(图3-c), 基质白云岩由灰色似层状粉晶白云岩构成, 热液白云岩往往呈“ 侵入体” 发育于角砾岩带中; 常见到斑点、斑块、条纹、鬃毛状、条带、树枝状、(雁行状)斑马状、角砾状和不规则状等构造, 具有斜列的斑马纹结构可能与走滑— 剪切构造有关, 从边部向剖面中部清晰度逐渐增加, 形成倾斜斑马纹结构(图 4)。

图3 西加盆地地层、剖面位置和惠而浦剖面中寒武统Eldon组的斑马纹— 角砾HTD示意图(剖面据Desjardins, 2010)Fig.3 Schematic diagram showing stratigraphy and location of the Middle Cambrian Eldon Formation at Whirlpool Point profile of Western Canada Basin(profile after Desjardins, 2010)

图4 惠而浦部面中寒武统Eldon组反映逐渐增强的热液白云岩(HTD)作用的结构Fig.4 Textural components of various types of saddle dolostone with increasing degree of the replaced Middle Cambrian Eldon Formation host rock during hydrothermal dolomitization at Whirlpool Point profile

2 岩石学特征

本次研究共采集各类样品33件, 24件来自于乌孜里塔格剖面, 9件来自惠而浦剖面。薄片由合肥工业大学资环学院王道轩鉴定完成; 铸体、白云石有序度分析由成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室完成, 其中, 铸体由胡作维完成, 有序度分析使用仪器为D/max-2500型X射线衍射仪; 阴极发光鉴定是在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室陈代钊研究员指导下完成, 所用仪器为BLM-3RX型阴极发光仪。

2.1 白云岩分类

根据Sibley和Gregg(1987)的白云石分类方案(转引自Sam and David, 2006), 参考王丹等(2010)在基质白云石基础上、再以晶粒大小、晶形、晶面接触关系等特征为依据对白云石进行的多重命名方法, 尤其是考虑胶结白云石主要的两种结构类型: 细— 中晶、直面、自形— 半自形白云石; 粗晶、曲面— 鞍状白云石, 同时, 充分利用阴极发光对成岩序列— 孔隙流体及环境较好的指示作用(强子同, 1998; Sam Boggs, 2006; 黄思静等, 2008), 将乌孜里塔格中上寒武统的莫合山组— 突尔沙克塔格组白云岩和惠而浦剖面附近中寒武统白云岩按结构与成因进行了划分, 两者均被划分为4种类型。

塔东北乌里格孜塔格中上寒武统的莫合山组— 突尔沙克塔格组4类白云岩:①粉晶白云岩(图 5-A, 5-B, 5-E); ②粉细晶白云岩(图 5-B, 5-C, 5-D); 其中, 较为特殊的是主要由具交代特征的雾心亮边白云石构成粉细晶白云岩或中细晶白云岩; ③中细晶白云岩(图 5-D, 5-E, 5-F); ④中粗晶白云岩较少见; 另外, 在角砾状构造中的缝洞中见到了中粗晶(图 5-Ⅰ )、粗晶、巨晶(部分为鞍形)白云石(图 5-F, 5-G, 5-H, 5-J), 后期发生破碎, 充填方解石, 硅化成星点状分布。根据其叶片状、鞍形、刀刃状, 波状、扇形消光, 双晶纹弯曲变形, 常与重晶石、硬石膏、石英(图 5-Ⅰ , 5-J)以及沥青、油充填以及角砾状构造相伴生, 初步推断为具有构造— 热液作用或热卤水成因(表 1)。

图5 塔东北乌孜里塔格剖面中寒武统莫合山组和西加盆地惠而浦剖面中寒武统E1don组白云岩主要类型Fig.5 Dolostone types of the Middle Cambrian Moheshan Formation at Wuzilitaga profile, northeastern Tarim Basin and the Middle Cambrian E1don Formation at Whirlpool Point profile of Western Canada Basin

表1 乌里格孜塔格中上寒武统主要类型白云岩及缝洞中白云石充填特征 Table1 Main petrographic characteristics of dolostones and dolostones in fractures and voids in the Middle Cambrian Moheshan Formation at Wuzilitaga profile of northeastern Tarim Basin

惠而浦(Whirlpool Point)剖面中寒武统4类白云岩与上述类似, 发育了粉晶白云岩、粉细晶白云岩、中细晶白云岩和中粗晶白云岩。较为典型的是裂缝— 晶洞发育的热液白云岩(图 5-K)(Symons, 2006)。其中, 鞍形或粗晶白云石大小1.00~1.50, mm, 洁净, 常见有二世代胶结, 早世代犬齿状环边(壁)胶结, 残留部分中晶白云岩条带或团块; 晚世代叶片状、鞍状白云岩充填, 从粒状晶核到外壳, 个别孔洞有13层, 少量自形较好(柱状双锥)石英和少量硬石膏和重晶石充填。

根据上述不同的白云岩组构及不同岩石相间的相互关系, 乌里格孜塔格中上寒武统的莫合山组— 突尔沙克塔格组白云石(化)大致可划分出以下4个阶段:早期准同生或浅埋藏的粉晶白云岩化(D1); 以压溶、交代、重结晶作用为主的浅埋藏的粉细晶白云岩(D2); 可能与地层流体有关的重结晶作用的中细晶、中粗晶白云岩化(D3); 与构造断裂有关的热液(热卤水)作用有关的缝洞中的粗晶、巨晶白云岩及鞍形白云石(D4)。

2.2 白云石有序度分析

在理想的白云石中, Ca2+和 Mg2+数目完全相同, 且 Ca2+、Mg2+以及 CO32-等3种离子呈现出完全有序的排列, 将此白云石的有序度定义为1。反之, 为0。有序度高低的影响因素较多, 主要与晶体生成的温度、空间及流体成分等有关, 如较低有序度的白云石, 一般都富含Ca2+, 它们往往都是准稳定矿物(强子同, 1998)。

通常, 在海水白云化模式中, 潮坪白云石快速生成、有序度最低; 从封闭的蒸发环境高盐度的溶液中沉淀出来的白云石, 由于晶体生长速度快、Ca2+和Mg2+的占位排列显得不规则, 有序度都比较低; 在渗流— 回流白云化模式和混合带白云化模式中, Ca2+和Mg2+的占位排列相对规则, 有序度相对较高。生成速度较慢的礁白云石和鞍状白云石的有序度都比较高。在埋藏过程中, 随地温的增加、地层孔隙流体持续作用, Mg2+不断置换Ca2+, 晶体结构不断调整, 有序度增高。埋藏白云化、鞍形白云石的有序度δ 值最高(0.74~0.89及接近于1)(曾理等, 2004; 刘永福等, 2008)。

对乌孜里塔格剖面中上寒武统和西加盆地惠而浦中寒武统白云石有序度分析表明 (表 2):(1)惠而浦中寒武统鞍形白云石或粗晶白云岩的有序度δ 值为0.92~1.09, 接近于1.0; 比乌孜里塔格剖面中上寒武统的多类型白云石均要高, 反映两者可能形成于不同的环境; (2)乌孜里塔格剖面中上寒武统的多类型白云石有序度δ 值为0.63~0.95, 变化范围较大, 总体随结晶粒度大小呈正比, 大致可划分为:细晶白云石或中细晶白云石δ 值为0.63~0.73; 中粗晶白云石δ 值为0.76~0.89; 鞍形白云石或粗晶白云石δ 值为0.84~0.95; 据此, 可初步推断其白云岩的成岩演化序列:泥晶灰岩— 浅埋藏的白云岩化作用— 粉细晶白云岩— 中深的埋藏作用— 中细晶白云岩— 断裂与热液或埋藏地层的热卤水作用— 中粗晶或鞍形白云岩。

表2 西加盆地惠而浦剖面和乌孜里塔格剖面中寒武统白云石有序度δ 值 Table2 Sequentiality(degree of order)of the Middle Cambrian dolostone at Whirlpool Point profile of Western Canada Basin and Wuzilitaga profile
2.3 白云石阴极发光

碳酸盐岩的矿物和结构组分阴极发光性分析, 是研究物质来源、成岩作用、成岩演化史和成岩流体性质最有效的技术方法之一, 如Denison等(1994, 1998)和 Veizer(1999)对古生代海水的C, O, Sr同位素研究时, 对碳酸盐样品成岩蚀变性和分析结果的可靠性评估都采用了阴极发光分析技术; 而更多的是应用于成岩作用中流体作用及环境分析(郑荣才等, 2010; 王芙蓉等, 2011)

阴极发光强弱主要与矿物晶体中不连续的能带(价带)有关, 往往是由晶格缺陷、畸变、杂质等造成的(强子同, 1998)。碳酸盐岩中, 受方解石或白云石等矿物中的激活剂(Mn2+)和猝灭剂(Fe2+)相对含量所控制。如Mn2+< 20~100μ g/g或Fe2+> 80000μ g/g方解石或白云石均不发光; 位于中间(Mn2+=400~9000μ g/g; Fe2+< 2000μ g/g)发明亮光, 明亮的胶结物是孔隙流体从氧化向还原过程中形成的, 发光的明亮程度与锰含量成正比。位于二者之间或边缘的则发暗色光(强子同, 1998; Sam Boggs, 2006); 而一般情况下、昏暗的含铁锰的方解石或白云石比明亮的更易在还原条件下形成。

对乌里格孜塔格中上寒武统及加拿大惠而浦剖面中寒武统不同类型的白云石(岩)研究发现:中细晶白云岩(包括雾心亮边白云石), 一般发昏暗的暗红色、少量为暗红色— 粉红色或不发光(图 6-A, 6-B); 中粗晶至粗晶白云岩:昏暗的暗红色— 中亮玫瑰红色、红色— 粉红色(图 6-C); 而具有环带、镶嵌状结构或解理缝的干净的晶体常发中亮及亮的红色光(图 6-C, 6-D); 鞍形或异形白云石, 一般不发光或昏暗的暗红色(图 6-E), 但其边缘或局部发斑块— 云朵及分岔状的中亮红色光(图 6-F)。

图6 乌里格孜塔格中、上寒武统(编号KZ)及西加盆地Whirlpool Point剖面寒武系E1don组(编号WP)白云岩主要类型的阴极发光特征Fig.6 Dolostone phases, pores of reservoir(casting-thinning)and cement of filled-cavity and cleavage under cathodoluminescence (CL) in the Middle Cambrian E1don Group at Whirlpool Point profile of Western Canada Basin

另外, 从对不同类型的白云石(岩)的微量元素分析表明①:细晶白云岩中的Mn=(315.4~506)× 10-6、Fe=(0.2650~0.403)Wt%; 中粗晶白云岩中的Mn=312× 10-6、Fe=0.13 Wt%; 沿裂隙或溶洞形成的粗— 巨晶或鞍形白云石:Mn=(498~754)× 10-6, Fe=(0.15~1.14)Wt%; 据此可进一步推断, 至少存在以下白云石(岩)化:从早期的浅埋藏的弱氧化— 弱还原条件下的发昏暗的暗红色的细晶白云岩逐渐演化至中深埋藏的还原条件下暗红色— 中亮中粗晶至粗晶白云岩; 而裂隙或溶洞中的鞍形或异形白云石则较为复杂, 即有发昏暗红光的深埋藏的含铁锰的白云石, 又有与中深埋藏下的中粗晶至粗晶白云岩类似, 发暗红色— 中亮光含铁较低的白云石。

3 储集空间与成岩演化
3.1 孔隙类型与储集空间

塔东北库鲁克塔格地区和西加盆地寒武系白云岩的储集空间类型主要为次生成因。孔隙类型可进一步划分为晶间孔、晶间溶孔、晶内溶孔和溶蚀孔洞等; 裂缝类型可进一步划分为缝合线、风化裂缝和构造裂缝以及沿构造裂隙的扩溶孔洞或网状孔(洞)缝。其组合有孔洞、孔洞— 裂缝和裂缝— 孔洞。孔洞的类型较多, 包括似层状与线状孔洞、蠕形— 管状孔洞、网状孔洞、角砾间孔洞、三角形孔洞(部分被鞍形白云岩、方解石、石英等充填)、沿树枝状裂隙未被充填或部分充填的孔洞等(图7)。

图7 塔东北乌孜里塔格剖面和西加盆地惠而浦剖面中、上寒武统热液白云岩孔隙类型Fig.7 Principal pores of HTD in the Middle Cambrian Moheshan Formation and Upper Cambrian Tereshakeitaga Formation in northeastern Tarim Basin and in the Middle Cambrian E1don Formation at Whirlpool Point profile of Western Canada Basin

在宏观上孔隙发育主要呈3种情况:(1)针孔及小型溶孔, 似层状分布的窗格孔, 以藻屑为主的生屑溶蚀孔、纹层状溶蚀孔、斑状白云岩化形成孔隙, 主要受原始沉积层理、沉积微相所控制; (2)形态复杂的溶(孔)洞, 即受原始沉积层理、岩性差异、高频层序界面等多因素控制, 主要呈条带状、似层状溶孔(洞); 又受压实— 压溶(缝合线)、重结晶、白云岩化等成岩过程控制, 主要呈花斑状、斑状、膏质残留的孤立溶洞; 沉积— 成岩共同控制的主要呈斑块、侵染状、帐篷状、三角形溶蚀孔洞; 控制的管状、树枝状、溶孔(洞); (3)受剪切裂隙、(热液)水— 岩反应作用溶解形成的缝洞常见的有:雁列式斑马状、斑马状、管状— 树枝状、纵张裂隙、漏斗状、树(分)支状、角砾状和孔洞缝的网络状(图 8)。由于热液流体对原碳酸盐岩(主要是灰岩)的差异性溶蚀, 往往保留了未被充满的孔洞和缝, 输导热液流体的断裂系统通常为张性或扭张性断裂系统, 白云岩化作用主要发生在断裂上盘以及断裂带中, 并沿着孔渗性相对较好的原岩侧向推进并与原岩发生溶蚀作用而形成(陈代钊, 2008)。

图8 乌孜里塔格剖面中上寒武统及西加盆地惠而浦剖面中上寒武统Eldon组的白云岩主要裂隙— 孔隙类型及胶结充填期次Fig.8 Dolostone phases, pores of reservoir(casting-thinning)and cement of filled-cavity and cleavage under cathodoluminescence(CL) in the Middle and Upper Cambrian at Wuzilitaga profile and Whirlpool Point profile

3.2 裂隙与孔间中的溶蚀与充填

乌里格孜塔格剖面:根据镜下的白云岩中的多期次裂隙— 孔隙相互关系、充填物及其阴极发光等情况, 初步判断为至少有4~5期的构造裂隙、3期溶蚀与充填作用(表 3与图8)。

表3 乌里格孜塔格剖面中上寒武统白云岩主要裂隙— 孔隙类型、溶蚀— 充填特征与期次 Table3 Main pores, fracture-periods and dissolution and filling(or cememts)of dolostones in the Middle Cambrian Moheshan Formation and Upper Cambrian Tereshakeitaga Group at Wuzilitaga profile

中晚期裂隙— 孔隙相对发育(Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ ); Ⅱ 或Ⅲ 期裂缝发育可能与热液作用有关的中粗晶、巨晶与鞍形白云石、并有少量的重晶石、硬石膏、铁白云石、石英和少量沥青充填; Ⅲ 、Ⅳ 局部发育较强的碎裂化、出现角砾状构造, 其晶间(微)孔、晶间(微)溶孔和沿裂隙的扩溶孔相对发育(图 8-A至8-H)。

晶间孔或溶孔(洞)中白云石有以下情形:不发光(图 8-C, 8-F, 8-K, 8-L); 核部不发光、边缘发亮红色或既有不发光、也有发亮红色, 反映两期胶结(图 8-K, 8-L); 在晶洞或溶洞中, 中心不发光、边缘发玫瑰红色、中亮红光; 在晶洞或溶洞中, 均发较均匀暗红色、解理发亮红色(图 8-D); 晶洞中的细— 粗晶白云石、中心发亮红色, 边部发暗红色; 反映两期胶结充填作用(图 8-K)。

惠而浦(Whirlpool Point)剖面白云石发育3~4期的构造裂隙、3期溶蚀与充填作用。可见晶间(微)孔、晶间、晶内溶孔和少量残留孔, 面孔率为0.2%~2%, 有少量沥青、黄铁矿、石膏和石英充填。微裂隙中充填白云石有以下特征:不发光(Ⅰ ); 发暗红色、粉红色、玫瑰红色光(Ⅱ )(图 8-L); 发亮红色光(Ⅲ )(图 8-L); 切穿较粗的发暗红色、粉红色、玫瑰红色光的裂隙、内部不发光, 但边缘发亮红色光的裂隙(Ⅳ ), 推测为最晚或较晚的一期。

晶间孔或溶孔(洞)中白云石发光特征与前述相类似、有以下多种情形:如总体不发光, 微量碎屑发蓝光; 核部不发光、边缘发暗红色、粉红色光, 或反之; 但常见的是沿不规则微裂隙及扩溶孔洞中, 依次出现发暗红色、粉红色、玫瑰红色; 并有2种及以上的不同生长环带 (图 8-K); 反映了其多次溶蚀与充填胶结过程。

3.3 成岩作用与孔隙的形成及充填

塔东北的寒武系经历了漫长的地质演化史, 主要残留了前震旦系、震旦系至上奥陶统、始新统— 第四系等, 缺失二叠系— 三叠系, 东北部、北部局部残留了少量志留系— 石炭系和侏罗系; 在兴地断裂两侧发育了元古界、海西期中酸性(为主)和中基性侵入岩。因此, 寒武系热液白云岩及其白云岩孔隙发育演化与兴地断裂、库鲁克塔格隆起的构造演化史有关。兴地断裂经历了元古代— 新生代漫长的构造演化历史, 构造主要包括形成期(Pt2)、伸展期(Pt3— O)、挤压反转期(O2末期和O3末期)、左旋压扭期(PZ2末期)、逆冲推覆期(E末期— Q3)和右旋张扭期(Q4)6个构造演化阶段(孙晓猛等, 2006)。在古生代末期(海西晚期)发生明显的左行压扭作用, 沿左行走滑断裂北盘向西错距达50 km、走滑断裂伴生有关的角砾化、矿化、碳酸盐岩化(孙晓猛等, 2006), 而库鲁克塔格地区至少经历了2次隆升过程, 分别是海西期和晚白垩世以来燕山两期重要的构造运动, 主构造变形期为早海西期, 变形以褶皱及与之相伴的逆冲断裂为主要变形样式(任战利等, 2009)。

根据上述的地层— 沉积与构造演化史的初步分析, 认为寒武系热液白云岩及其白云岩孔隙发育演化大致可划分出:寒武纪至奥陶纪的持续沉积— 埋藏阶段; 志留纪至早二叠世的抬升暴露— 局部沉积浅埋阶段; 中晚二叠世经历了与中酸性岩浆侵入期后的热液叠加改造作用; 三叠纪至早白垩世抬升暴露— 局部沉积— 浅埋阶段; 早白垩世至第四纪以来的抬升暴露沉积浅埋阶段。

如前所述, 乌里格孜塔格中上寒武统白云岩主要经历了早期的准同生— 浅埋藏的白云岩化(基质); 从少量藻纹层及泥晶灰岩的残留构造等判断, 从泥晶灰岩转化经历了交代作用逐渐转变为粉细晶云岩、发育少量晶间孔或晶内溶孔; 后从伴随着压溶缝合线发育和重结晶等作用的中浅埋藏作用、由粉细晶白云岩转变为细粉晶、中细晶白云岩; 与地层流体有关的重结晶作用的中细晶、中粗晶白云岩化, 孔隙总体减少; 中晚期与断裂— 裂隙有关的缝洞中充填的中粗晶、巨晶及鞍形白云石及2期硅质交代与方解石充填(表 1); 交代白云岩的结晶程度随着温度升高而增高(即有序度增加, 表 2); 可能发育了4~5期构造裂隙作用及3期及以上的溶蚀— 充填作用, 其中, 早期断裂— 裂隙、白云石化及其溶蚀形成的孔洞缝大多被充填而消失; 目前存在的少量晶间溶孔、晶内溶孔、溶蚀孔洞和孔隙等储集空间可能是中晚期构造断裂— 裂隙和部分溶蚀作用形成的(表 3)。

综合对区域构造演化史的研究, 初步认为:上述多期次的裂隙— 孔隙形成与保存可能有加里东中晚期、海西早期及晚期、燕山与喜马拉雅期构造挤压活动有关(孙晓猛等, 2006)。其中, 两期重要的构造裂隙— 热液(水)活动作用:(1)兴地断裂在海西晚期的挤压— 走滑造成的中酸性岩浆期后热液或热卤水作用再循环, 沿包括垂直层面的张裂隙、雁行排列的剪切裂隙等张性— 剪切面的裂隙面发生溶蚀及充填作用, 交代了中细晶白云岩、并沉淀了粗晶及鞍状白云石及其石英等; 从野外及室内均未发现较为明显的中酸性岩浆期后的中酸性脉体或接触交代带的矿物组合、但有明显的退色带(图 2-a, 2-b)等判断, 后一种可能性较大, 其地球化学证据详见①(① 钱一雄, 尤东华, 陈代钊, 等．塔东北库鲁克塔格中上寒武统白云岩岩石学、地球化学特征与成因探讨— 与西加盆地Whirlpool Point剖面对比（待刊）); (2)晚白垩世至第四纪, 随着库鲁克塔格山的抬升— 隆升作用、沿挤压— 走滑断裂(带)或附近的再活动断裂— 裂隙及流体作用、并局部形成了碎裂化及角砾岩, 喜马拉雅期开启的微裂隙少量被方解石充填、大多未充填。因此, 孔隙的形成与充填过程呈多期、多阶段特点(图 9), 但主要储集空间可能是中晚期构造断裂— 裂隙(溶蚀)所形成而保存的。

图9 塔东北库鲁克塔格地区乌孜里塔格剖面中上寒武统热液白云岩主要成岩与孔隙形成与充填过程Fig.9 Paragenetic sequence and formation and filling of pores in the Middle and Upper Cambrian at Wuzilitaga profile in Kuruk Tag area of northeastern Tarim Basin

4 结论

1)与加拿大西部盆地的惠而浦(Whirlpool Point)剖面相类似, 塔东北库鲁克塔格乌里格孜塔格剖面中上寒武统白云岩可划分出4种类型, 分别为粉晶白云岩、粉细晶白云岩、中细晶白云岩、中粗晶白云岩; 张性缝和剪切缝中孔洞中发育了中粗晶、粗晶、巨晶(部分为鞍形)白云石。

2)乌里格孜塔格剖面中上寒武统白云岩中存在沿断裂— 裂隙带、往往呈“ 侵入体” 产状的白云石, 与西加盆地的惠而浦剖面中的典型的热液白云岩相类似, 以中粗晶、巨晶及鞍状白云石为主; 具有斑点— 斑块、条纹— 条带、雁行状— 斑马、角砾状和不规则状结构; 一般不发光或昏暗的暗红色、局部或边缘发斑块— 云朵、分岔的中亮红色光。

3)从成岩组构、阴极发光及从细晶白云石— 中细晶白云石— 中粗晶白云石及裂隙中晶洞中鞍形白云石或粗晶白云石有序度逐渐增加等分析, 推断其白云岩(石)有4期的成岩演化阶段(序列):早期粉晶白云岩化(D1); 中浅埋藏的粉细晶白云岩(D2); 中等埋藏中细晶、局部中粗晶白云岩化(D3); 中晚期与构造断裂有关的热液(热卤水)作用有关白云石化(D4);

4)热液白云岩中的孔隙主要有晶间孔、晶间溶蚀孔洞、裂隙及沿裂隙溶蚀; 至少存在4~5期构造裂隙和3期及以上的充填作用; 依次充填了铁白云石、沥青、少量重晶石、硬石膏、石英; 缝洞中有3期白云石充填:早期为犬齿状、中期为叶片状、刃状、鞍形白云石和晚期为方解石, 叶片状、刃状及粒状的石英和炭化沥青;

5)与西加典型的热液白云岩具有的MTV标型矿物组合、高盐度沿褶皱— 冲断造山带的被排驱的流体来源可能有所差异(Qilong et al., 2006; Graham et al., 2007; Azmy et al., 2009; Wendte et al., 2009), 研究区热液白云岩形成的原因可能是主要来源于海西晚期(晚二叠世)及燕山— 喜马拉雅期(晚白垩世— 第四纪)挤压走滑断裂排驱的地层热卤水的循环— 扩散与交代作用; 储集空间可能是中、晚期构造断裂— 裂隙(溶蚀)所形成和保存的, 但并不排除成岩早期、孔渗相对发育带、孔隙水相对还原或弱氧化环境下发生的埋藏作用对热液白云岩及其孔隙形成作用的影响。

致谢 侯方浩教授、冯增昭教授和管守锐教授提出许多中肯的修改意见,在此深表感谢!

作者声明没有竞争性利益冲突.

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