鄂尔多斯盆地下古生界渭北隆起热演化恢复:以耀县桃曲坡剖面为例

徐鹏晔，汪 浩

(西北大学地质学系，陕西 西安 710069)

鄂尔多斯盆地为一大型多旋回克拉通盆地，坐落于华北克拉通西部，具有满盆气、半盆油，上油(中生界)、下气(古生界)的油气分布格局。盆地内部油气、煤、金属铀矿等多种能源矿产资源丰富，是我国重要的能源工业基地[1]。虽然地质工作者通过使用各种方法和手段在奥陶系发现了大型油气田，然而却没有对它的热演化史做过系统细致的分析研究，热演化史和生烃史之间的关系研究同样较为薄弱。因此，通过对渭北隆起耀县地区下古生界脉体热演化程度的分析，恢复其热演化史，对该地区的油气评价具有重要的现实意义。本文通过岩体包裹体测温技术所获得的数据结合前人研究的相关资料，研究分析鄂尔多斯盆地渭北隆起耀县地区的热演化状况，恢复其热演化史，这对该地区的油气勘探的进一步深入具有重要的理论意义。

1 区域地层层序特征

自古生代以来，鄂尔多斯盆地作为华北大型克拉通盆地的一部分，经历了加里东运动、海西运动、印支运动、燕山运动以及喜马拉雅运动，这些构造运动对盆地内部地层的形成与形变，特别是对晚古生代和中生代含煤地层的形成和油气的运聚具有非常重要的影响[2]。

加里东时期华北地台开始出现大面积抬升隆起，形成了隆起、斜坡和沉降带的构造格局，并大面积缺失志留系、泥盆系和下石炭统。海西期从晚石炭世开始，鄂尔多斯与华北地台整体相对下降，海水侵入;至晚石炭世末期至早二叠世早期，华北海与祁连海越过隆起相连;进入二叠纪，区内古地貌为极平缓的南倾的泛平原，并形成冲积平原一湖泊相为主的沉积。印支运动形成了东西分异的格局，使鄂尔多斯东抬西降，到了燕山运动(期)，鄂尔多斯盆地现今的构造格局基本奠基，并于喜马拉雅运动(期)进一步发展完善[3]。在渭北隆起一带，通过对野外岩石标本的勘测，发现该区域出露的下古生界地层有奥陶系下统的马家沟组，中统的平凉组及下统的背锅山组。其地层特征如下:

1)马家沟组:通过对前人研究的地层资料结合淳二井的岩心资料，我们可以发现其下部为灰色薄层状 ～泥晶含白云质石灰岩夹砾屑灰岩、泥灰岩及薄层泥质岩，上部为深灰色厚层状至块状泥粉晶灰岩、豹斑灰岩、灰质白云岩夹泥质白云岩及颗粒灰岩[4]。

2)平凉组:耀县剖面平凉组为一套碳酸盐碎屑流沉积极为发育的深水斜坡相。中上部深水原地沉积的纹层状泥晶灰岩则作为巨厚～厚块状砾屑灰岩的夹层出现，且横向常尖灭[5]，厚度达 169.3 m。

3)背锅山组:下部为厚层块状角砾白云岩，向上为灰褐色、灰黑色砾岩、含砾泥岩、水平纹层泥岩及少量砂岩，砾石成分主要为白云岩、硅质条带云岩、纹层状泥岩等，纹层状泥岩即为下伏岩层泥岩，见纹层变形[5]，其厚度为225.6 m。

2 包裹体测量与观察

2.1 包裹体测温技术

在高温下捕获的包裹体，当自然冷却时会发生相变，这种相变的过程是可逆的，因而可以通过实验恢复原初始相态[6]。包裹体测温技术是目前广泛应用的一种非破坏性的分析方法，操作也比较简便，在光学显微镜上附加一个测温设备就可以通过升温或冷冻来测量相变时的温度。测温的方法也有很多种，本文采用的是均一法测温，其特点是可以直接观察到相态随温度的变化，测出的温度较为可信。

2.1.1 基本原理

在显微镜下看到的包裹体的气相和液相是原来呈现均一流体相的的包裹体在温度和压力下降后，由于包裹体内部的流体的收缩系数和主矿物的收缩系数不同，从而产生流体的相分离，把这些包裹体进行人工加热，就能使其恢复到形成时的均一状态(Sorby)。刚恢复到均一状态时的温度叫均一温度，代表该矿物生长带的最低温度[7]。Goldstein(2001)认为烃类包裹体在捕获后会发生化学变化，从而导致其均一温度的改变;盐水包裹体在捕获后的变化相对小一些。因此主要测定与油包裹体同期的盐水包裹体的均一温度[8]。

2.1.2 基本条件

1)均一体系:包裹体形成时，捕获在包裹体内的物质为均匀相;

2)封闭体系:包裹体形成后，没有物质进入或逸出;

3)等容体系:包裹体形成后，包裹体的体积没有发生变化。

2.1.3 测定方法

在对包裹体进行显微镜详细鉴定的基础上，确定要测的包裹体，然后对包裹体进行逐一的均一温度的测温，并记录。

1)在仪器正常工作的状态下，将预先观察分割好的样品放入样品室。

2)对测试样品进行描述记录。

3)测温时，升温速度不能过快，开始时一般在10～20℃/min，每升高5～10℃/min。暂停进行观察，注意其相态的变化，在接近气相或液相消失前，应将升温速度减小至0.5～1℃/min。达到均一温度后仍要升温5℃ ～10℃，仔细观察包裹体是否确实均一[9]。

2.2 包裹体镜下特征

包裹体是成岩成矿流体(含气液的流体或硅酸盐熔融体)在矿物结晶生长的过程中，被包裹在矿物晶格缺陷或穴窝中的，至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着相界限的那一部分物质[10]。包裹体在很多矿物颗粒中都可以找到，常见的如石英、萤石、石盐、方解石等。

矿物标本全部来自渭北隆起耀县地区的桃曲坡剖面，采集的样本来自tpq－1与tpq－6两个层位，分别为平凉组与背锅山组的的岩石样品。其中 tpq－1为生物碎屑灰岩，tpq－6为方解石脉体。

通过镜下观察，在 tpq－1的薄片中没有发现包裹体，而在tpq－6的背锅山组的岩石矿片中发现了许多分布不规律的盐水包裹体。该剖面样品中的包裹体个体普遍较小，全部小于5 μm，大部分集中在2～4μm，主要为气液包裹体。形状大多为浑圆或不规则状。通过对样品进行荧光观测，发现流体包裹体全部为不发荧光的盐水包裹体和气体包裹体，没有发现含油包裹体的存在(见图1)。

图1 储层流体包裹体照片

3 古地温恢复

3.1 现今地温场特征

盆地地温场是控制油气生成、演化和消亡的重要因素之一，地温场的演化与油气具有十分紧密的联系。现今地温场是古地温演化的最后一幕，是我们研究恢复盆地古地温的基础。我们根据前人研究的现今地温资料，得知鄂尔多斯盆地的现今地温梯度在 2.15～3.78℃/100m之间，平均值为2.89±0.11℃ /100m(梁忽信，1990，鄂尔多斯盆地现今地温场特征)[11]。而渭北隆起作为鄂尔多斯盆地地温梯度最高的地区，其值在3.5℃ /100m左右。

3.2 包裹体测温提供的古地温信息

包裹体测得的均一温度是捕获流体时的最低形成温度。在对包裹体测温技术的应用中，通常可以用矿物流体包裹体的均一温度加上一定的校正值来表示包裹体形成的温度，即矿物结晶时的温度。耀县桃曲坡剖面的的沉积岩包裹体的均化温度主要分布在140℃ ～150℃之间(具体测温数据见表1)，将所测包裹体的温度对应埋藏史图，得知它是奥陶纪地层在早侏罗世的埋藏温度。因此，包裹体测温资料主要反映了下古生代晚期地层在早侏罗世的古地温状况及成岩环境。

表1 tpq－6包裹体测温数据

从包裹体均一温度统计分析可以看出，均一温度分布范围较窄，为140℃ ～150℃，只有有一个明显的温度峰区(见图2)。

图2 鄂尔多斯盆地耀县地区背锅山组包裹体均一温度统计图

根据包裹体测温资料，直接计算出的古地温梯度为3.86℃/100m，其结果是直接根据现有地层厚度得出的。用所恢复的剥蚀厚度对上述古地温梯度进行校正后，得到的数值为4.65℃/100m。由包裹体测温数据恢复的古地温梯度大于盆地现今地温梯度。

3.3 油气成藏时间的确定

地层埋藏史及其地层温度的演化过程史是包裹体定年的依据，将包裹体均一温度数据与盆地热史中温度的演化史进行对比，把均一温度投影到热演化模拟史图上(见图3)，可以判定油气运移成藏的时间。

由图中表示的信息可以知，均一温度140℃ ～150℃所对应的时间再距今170－200个百万年之间，即早侏罗世。

图3 鄂尔多斯盆地渭北隆起生烃年限图

4 结语

本文运用包裹体测温技术恢复耀县地区下古生界热演化史，通过包裹体薄片观察主要得到以下结论:

(1)鄂尔多斯盆地渭北隆起耀县地区背锅山组包裹体的总体特征:包裹体含量中等，个体较小，普遍在2～4 μm，全部都是不发荧光的液体盐水包裹体及一些气体包裹体。

(2)通过均一温度的测定，我们在研究区只发现一期包裹体，其均一温度分布在140℃ ～150℃之间，这个温度区间同样作为区域的峰值温度;通过该温度峰值，我们可以推测该地区至少经历了一次油气运移和充注的过程。

(3)渭北隆起现今地温梯度较低，在3.5℃/100m左右，属于中温型地温场。早侏罗世地层的古地温梯度可达3.86～4.69℃/100m，古地温梯度高于现今地温梯度，古地温高于今地温。

(4)通过对油气成藏时间的研究，该地区的油气成藏发生在170～200个百万年之间，即早侏罗世。

[1]任战利，张盛，高胜利，等.鄂尔多斯盆地构造热演化史及其成藏成矿意义[J].中国科学.2007(37).23 －32.

[2]李斌.鄂尔多斯盆地下古生界层序地层及岩相古地理研究[D].中国地质大学.2009(5).1 －288.

[3]党犇.鄂尔多斯盆地构造沉积演化与下古生界天然气聚集关系研究[D].西北大学.2003(6).1－134.

[4]刘溪.鄂尔多斯盆地西南缘岐山地区奥陶纪岩相古地理研究[D].西北大学.2010(6).1－88

[5]傅力浦.陕西耀县桃曲坡中、上奥陶统及其对比[J].中国地质科学院院报.2(1).105 －112.

[6]刘斌，沈昆.流体包裹体热力学[M].1999.第一版地质出版社:12－18.

[7]地质学术语查询.地球科学辞典[EB/OL]－甘肃省地矿局.

[8]张义杰.准噶尔盆地断裂控油的流体地球化学证据[J].新疆石油地质.2003，24(2):100－ 106.

[9]卢焕章，范宏瑞，欧光习，等.流体包裹体[M].第一版.科学出社.2004.20 －383.

[10]任战利，赵重远，张军，等.鄂尔多斯盆地古地温研究[J].沉积学报.1994，12(1):56－65.

[11]于强，任战利，曹红霞.鄂尔多斯盆地延长探区下古生界热演化史[J].兰州大学学报.47(5).24－29.