新疆吉木萨尔地区岩浆热液型方解石初探

摘要：通过对准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组的岩心描述、镜下观察及各类分析测试研究，发现了与正常沉积不同的方解石，该类方解石为岩浆成因，形态结构、组构类型都不同于正常沉积中的方解石，此类方解石自形程度高，干涉色鲜艳，多以集合体的形式存在有机质中，与有机质关系密切，此外研究认为该类方解石的受到多期次流体的影响，与油气的储集有良好的对应关系，但是有其地球化学特征还需进一步研究。

关键词：吉木萨尔凹陷；热液喷流；岩浆方解石

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

吉木萨尔凹陷地处准噶尔盆地的东部，凹陷的北、西、南三侧均以凹陷为界限，整体呈西深东浅、西断东超的箕状[1-2]，总面积为1278km2。吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组岩性除了正常沉积的岩石组合类型外，还发育一套与深源岩浆、热液活动相关的岩石组合，其岩石类型以碱性的凝灰岩、沉凝灰岩和（含）凝灰质泥晶白云岩为主。这些岩类中有些矿物的赋存与致密油的分布存在着较好的对应性，它们作为油气生成和运移过程的基本物质响应，记录了烃类演化过程中的丰富信息，因此可将其作为与油气生成、运移和聚集过程有关的、能够反映油气成因和赋存状态的指示烃类存在的矿物。岩浆热液型的方解石就是其中的一种，初步研究认为它可能属于一种与岩浆-地幔热液作用相关的矿物[3]，该类矿物尚处于初创的研究探索阶段。本文拟对该类矿物特征及成因机理作以研究。

1. 区域地质背景

中国新疆地区准噶尔盆地是大型多旋回叠合改造型盆地，其形成演化作用受到不同时期的地质构造作用控制，现今的区域地质格局主要呈东西向分布，它是由造山带和沉积盆地共同组成的。研究区吉木萨尔凹陷地处准噶尔盆地的东部，凹陷的北、西、南三侧均以凹陷为界限，从石炭纪至今受到了多期构造运动的影响，使得凹陷西部以沉降为主，东部以抬升为主，南部和北部则同时发生断裂和抬升[4]。吉木萨尔凹陷由于内部构造活动较弱，因此形成了一套自二叠系至第四系较为齐全的沉积地层。本文具体的研究层位是吉木萨尔二叠系的芦草沟组，芦草沟组是属于陆内裂谷背景下欠补偿的咸化湖沉积环境[5]。本人所在的研究团队在柳益群教授的带领下对研究区进行了长期较为细致的地质学研究，对研究区的构造地质背景、致密油成因及其分布规律、岩石类型以及特殊的岩石组合取得了一定的认识：研究区位于准噶尔盆地东部隆起的西南部，在晚泥盆―早石炭世区域弱碰撞造山的区域背景下，晚石炭世特别是早、中二叠世区域范围不仅发生板内伸展作用的显著深成岩浆活动和火山活动，而且在北疆地区控制了主体为河、湖相沉积盆地的形成，发育近缘快速的粗碎屑沉积和火山堆积，以及湖泊正常沉积和热液喷流沉积交替的深湖、半深湖相沉积组合[6-8]。

2. 岩浆热液型方解石

岩浆方解石是岩浆碳酸岩的一种，岩浆碳酸岩是一种富含碳酸盐的岩浆岩，它的主要矿物成分是碳酸盐矿物，常见的有方解石、白云石、铁白云石和菱铁矿等，还有一些少量辉石类、金云母、磷灰石、角闪石、橄榄石等。但是因为此类碳酸岩的赋存和在地表的出露数量要比其他类型的岩浆岩少很多，同时与沉积岩中的碳酸盐岩和其变质岩难以区分，所以经常被人们所忽视，虽然岩浆活动在全球范围内分布较为广泛，碳酸岩的分布所占比例却极少，但是它特殊的物质组成和独特的矿产指示意义也引起了地质学家的注意，碳酸岩提供了大量地球内部信息，也为了解大陆地幔演化提供了重要依据，它已成为现今幔源火成岩的重要组成方面[9]。

笔者所在的研究团队近年来在对准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组区域优势储层成因及分布探讨研究时发现，这种与火山活动相关的热液喷流的岩浆碳酸岩的存在与致密油的分布有一定的对应关系，其中的主要矿物――岩浆方解石最有代表性，因此本文主要这类矿物的主要特征。

2.1 形态与产状

通过单偏光和正交偏光镜下观察发现，该类方解石具有粒状集合体结构以及特殊的生长环带，生长环带有似同心圆状、似三角形状条带，且颗粒较大，不同于正常沉积的碳酸盐矿物，其产出状态为集合体而形成的各种形态，并多出现在脉状、条带状中间，以侵入岩体产出，偶见巨大的方解石脉侵入泥晶质中，此方解石脉侵入体对下覆条带有很明显的挤压作用，条带因被充填挤压发生弯曲；有的方解石集合体夹杂在条带中间部位，与有机质条带共存对下覆碳酸岩条带造成了挤压变形。这类岩浆热液碳酸岩的主要矿物除了方解石外，还有以泥级的石英、碱性长石、和白云石等，与正常沉积的碳酸岩小颗粒胶结物共存（图2-1）。

2.2 组构类型

研究区芦草沟组中常见中晶―粗晶级的方解石集合体断续分布在凝灰质岩类和白云岩类的沉积纹层中。此类方解石最显著的特征是具有粒状集合体而呈现不同的形态，有些呈团状、云雾状、港湾状，而在某些区域分布则特别密集，在亮、暗色泥质基底中分布很广，矿物之间的镶嵌较好，没有孔隙，出现结晶的生长环带，颗粒自形程度较高，干涉色鲜艳，且岩浆―热液方解石之间常常充填凝灰物质和湖相的泥晶碳酸盐，或者被凝灰物质和有机质包绕，反映了深部来源的碳酸岩喷流出后受到地幔热液湖水的混合作用，由此也能看出岩浆方解石与有机质具有密切关系（图2-3）。经电子探针测定该类方解石的成分，都含有锶。阴极发光下，该类方解石呈桔红―亮橙色，表明内部含铁、锰等微量元素并形成于温度较高的沉积环境中（图2-2）。

2.3 成分结构特征

研究区芦草沟组的岩浆方解石结构特征主要分为两类，一类是以“斑状”单颗粒方解石为主，一类的方解石主要是以集合体的形态分布。手标本由于其中所含“斑状”碎屑颗粒的大小及其含量的不同而显示出层状分布的形态，单层的厚度大约介于0.1cm～2cm（图2-4-A）。“斑状”碎屑颗粒分布状态主要有两种：① 单层内顶部“斑状”碎屑颗粒含量较高，向下含量逐渐减少，粒度也相应减小，显示出微弱的正粒序，手标本尺度下，“斑状”碎屑颗粒具有微弱的顺层定向分布性（图2-4-B）；② 单层内“斑状”碎屑颗粒零星分布在有机质中，没有明显的粒序特征和定向分布规律（图2-4-C）。

附注：A 岩浆方解石的岩心标本，具“斑状”结构，“斑状”碎屑颗分布较为均匀，“斑状”碎屑颗粒大小及含量略微不同，且具有微弱定向性；B单层内的“斑状”碎屑颗粒分布特征，可见单层内顶部“斑状”碎屑颗粒含量较高，向下含量逐渐减少，粒度部分减小，显示微弱的正粒序；C “斑状”碎屑颗粒为方解石，可见解理，正交镜下为高级白干涉色，部分颗粒边缘具有熔蚀港湾结构；D 为C图的正交偏光，颗粒星散分布，没有明显粒序。

2.3.1 成分结构特征

根据本研究团队中靳梦琪所写的文章《新疆博格达山北缘二叠系芦草沟组碳酸质喷爆岩》，可以得出岩浆方解石的结构特征主要分为两类，这与笔者上述的情况基本一致，第一种分布类型中的“斑状”碎屑含量约为65%，成分均为方解石，周围的基底以碱性长石为主（含量大约16%）、白云石（含量15%）、石英（含量20%），并伴有少量的黄铁矿和零星的方解石；第二种类型的“斑状”碎屑颗粒占50%左右，基底成分与第一种基本一致。[10]

2.3.2 矿物结构特征

“斑状”碎屑主要是方解石集合体与环带状方解石单矿物两类。前者方解石集合体的粒度大约在0.5mm～1.5mm，是三颗粒度为0.5mm方解石颗粒的集合体，通过显微镜下观察可以发现两组完全解理，正交镜下为高级白干涉色，且干涉色非常鲜艳（图2-5-C）；后者粒度大约0.1mm～0.8mm，颗粒之间分布较为孤立，部分颗粒镶嵌在一起（图2-5-D、F），且矿物表面没有解理，裂缝发育，部分颗粒呈似似三角状、港湾状（图2-5-D），通过在反射光下观察，岩浆方解石的环带结构很明显（图2-5-E），有的环带似同心圆状，离颗粒边缘很近，部分环带处于颗粒内部，形状不规则，环带边缘线条较为平直，分布环带内还有包裹体的出现，环带宽在15μm～25μm左右，环带大约3层。基底的颜色很深，在反射光下可见到矿物的碎屑颗粒。经电子探针测试，基底中的矿物为碱性长石和少量白云石，偶见黄铁矿，基本不含粘土矿物。

研究团队利用电子探针实验对该类方解石的每一层环带分别进行了精细测试（图2-5-F），测试点1、2、3、4分别为表2-1中的吉174-13-106-6、吉174-13-106-7、吉174-13-106-8、吉174-13-106-9号测试点。结果可见其主要元素CaO含量依次为53.83%、52.72%、53.09%和53.51%，FeO含量依次为0.01%、0.38%、0.31%和0.56%，MgO含量依次为0.22%、0.37%、0.3%和0.51%。由此可以看出不同环带的元素含量变化并不是很明显，仅有微弱的变化幅度和趋势：CaO的含量逐渐降低，而FeO含量和MgO含量逐渐升高，自此可以推断出不同成分的化学元素会影响不同环带的生长，猜想是否受多期次流体的化学成分影响。[7]

2.4 分布及其与油气的关系

岩浆碳酸岩在吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组地区，主要分布于吉174井中（图2-6），在下甜点段（3263m～3322m）油气储集较好的地区分布较广，在项目磨制的普通薄片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我们研究团队综合大量的薄片观察以及已有的相关测试分析结果提出：吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油层是在长期有碱性流体参与的条件下形成的，碱性成岩作用在致密油储层的成岩过程中起主导作用。

从分布情况来看，岩浆碳酸岩多出现在油气储集较好的甜点段，那么它与油气的出现是密不可分的。岩浆碳酸岩的出现预示着地幔流体的活动，地幔热液活动对油气的形成产生作用：（1）基性火山岩的溢流以及相关流体的喷出富含有氢气，这可以弥补沉积物转化为烃类物质的氢元素不足的情况；（2）有机质向烃类物质转化时，温度和时间需要达到一定的条件，当温度较高，则所耗费的时间就会相应减少，热液活动的出现必然带动温度升高，这对油气的形成产生了一定的促进作用；（3）岩浆热液活动的特殊环境中存在嗜热生物，这给油气的生成提供了相关的食物链，使得有机质得以富集，提供了丰富的物质基础。

3. 结论

（1）准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组存在与正常沉积不一样的方解石，此类方解石是岩浆成因，此类方解石以集合体形态存在于有机质中。

（2）岩浆成因的方解石干涉色鲜艳，自形程度较高，在反射光下往往能见到内部环带，方解石边缘部分被溶蚀。

（3）岩浆成因方解石颗粒大小不一，一种是集合体的形式存在基基底中，另一种是颗粒零星的分布在有机质条带中，部分方解石连成条带呈脉状，对下覆有机质条带有明显的挤压作用，与有机质的关系密切。

（4）岩浆方解石多出现在油气储集较好的层位，与油气的分布有着密不可分的关系，岩浆碳酸岩的出现预示着地幔流体的活动，地幔热液活动对油气的形成产生作用。

参考文献：

[1] 方世虎，贾承造，郭召杰，等.准噶尔盆地二叠纪盆地属性的再认识及其构造意义[J].地学前缘，2006.13（3）：108-121.

[2] 方世虎，宋岩，徐怀民，等.构造演化与含油气系统的形成：以准噶尔盆地东部吉木萨尔凹陷为例[J].石油实验地质，2007.29（2）149-153.

[3] 柳益群，周鼎武，焦鑫，等.一类新型沉积岩：地幔热液喷积岩――以中国新疆三塘湖地区为例[J].沉积学报，2013，31（5）：773-781.

[4] 斯春松，陈能贵，余朝丰，等.吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组致密油储层沉积特征[J].石油实验地质，2013，35（5）：528-533.

[5] 蒋宜勤，柳益群，杨召，等.准噶尔盆地吉木萨尔凹陷凝灰岩型致密油特征与成因[J].石油勘探与开发，2015，42（6）：741-749.

[6] 焦鑫，柳益群，周鼎武，等.“白烟型”热液喷流岩研究进展[J].地球科学进展，2013，28（2）：221-232

[7] 李红，柳益群，梁浩，等.三塘湖盆地二叠系陆相热水沉积方沸石岩特征及成因分析[J].沉积学报，2012，30（2）：205-218

[8] 柳益群，焦鑫，李红，等.新疆三塘湖跃进沟二叠系地幔热液喷流型原生白云岩[J].中国科学（D辑）：地球科学，2011，41（12）：1862-1871

[9] 叶海敏，张翔 碳酸岩研究新进展[J].资源调查与环境，2015.3 21-22

[10] 靳梦琪 新疆博格达山北缘二叠系芦草沟组碳酸质喷爆岩.西北大学硕士学位论文，2015.26-32

[11] 周彦军，艾娟，王鹏.新疆哈密市黄山南镍矿床地质特征及成因[J].西部资源，2013（04）.