激光铀铅同位素定年技术在塔里木盆地肖尔布拉克 组储层孔隙演化研究中的应用

胡安平，沈安江，梁 峰，赵建新，罗宪婴，俸月星，程 婷,4

(1.中国石油 杭州地质研究院，江苏 杭州 310023； 2.中国石油天然气集团公司 碳酸盐岩储层重点实验室，江苏 杭州 310023； 3.昆士兰大学 地球与环境科学学院 放射性同位素实验室，澳大利亚 布里斯班；QLD 4072 4.中国地质科学院 北京离子探针中心， 北京102206)

中国海相碳酸盐岩具年代古老、埋藏深和经历多期成岩叠加改造的特点，成储历程均非常复杂，碳酸盐岩成岩矿物绝对年龄的确定是储层成岩-孔隙演化史恢复的关键。碳酸盐岩U-Th溶液法可以进行0～0.5Ma碳酸盐岩样品的绝对年龄测定[1-2]；溶液法铀铅同位素定年技术在中新生代年轻的孔洞和洞穴充填物定年研究中也有不少报道[3-7]，得到了学术界的广泛认可。然而，碳酸盐岩U-Th溶液法由于受适用的年龄范围限制，不适用于古老海相碳酸盐岩；而碳酸盐岩溶液稀释法铀-铅同位素定年要求待测样品具有足够高的U和Pb含量，能够从一块手标本上获得足够量的一组小样(一般需要一组6～8个同源和同期的碳酸盐岩样品，每个样品200 mg)，并且这组小样的U/Pb比值有足够的变化范围，但是古老海相碳酸盐岩铀和铅含量普遍较低、且成岩组构直径小，很难取得足够的粉末样品，选择同源、同时、封闭体系，且U/Pb比有一定变化范围能拟合出等时线的理想定年样品非常困难，所以溶液法铀铅同位素定年法在古老海相碳酸盐岩中测试成功率低，无法广泛应用。

过去20年来，随着激光剥蚀技术的日益兴盛，激光原位U-Pb同位素定年技术已经广泛应用于测定高U矿物比如锆石、独居石、磷钇矿、榍石、金红石、磷灰石和石榴石等矿物的高精度年龄上，成为地质年代学研究领域中最常用的测年方法。近几年，一些低U矿物的U-Pb定年工作也逐渐受到关注，如石榴子石、锡石和碳酸盐矿物(方解石、文石、白云石和菱镁矿)等。尤其碳酸盐矿物U-Pb测年最近受到越来越多的关注[8-12]。本文针对碳酸盐岩矿物，利用激光剥蚀(LA)与多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)或高分辨单接收电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)联用，建立适用于古老海相碳酸盐岩的激光原位U-Pb同位素定年技术。相比较于TIMS/MC-ICPMS同位素稀释法U-Pb测年[6]，LA-(MC)-ICP-MS碳酸盐矿物微区U-Pb定年技术具有原位、制样流程简单、样品消耗量小、低本底、空间分辨率高以及分析速度快 (单点分析小于3 mins)等优点。该技术应用于塔里木盆地寒武系肖尔布拉克组白云岩成岩-孔隙演化研究，取得的认识与工区的构造-埋藏史、盆地热史非常吻合，说明测年数据的可靠性和激光原位U-Pb同位素定年技术的有效性，为古老海相碳酸盐岩成岩-孔隙演化研究和油前孔隙评价提供了利器。

1 区域地质背景

塔里木盆地处于塔里木板块中部稳定区， 面积约56×104km2， 是发育在前寒武纪基地之上的含油气叠合盆地[13-14]。塔里木盆地寒武纪地层由下至上包括玉尔吐斯组、肖尔布拉克组、吾松格尔组、沙依里克组、阿瓦塔格组和丘里塔格组(图1)。玉尔吐斯组以灰绿和灰黑色泥岩为主，夹薄层灰岩及硅藻岩，有机碳含量1.00%～9.43%，平均为5.50%，厚约28 m，与下伏地层奇格布拉克组呈不整合接触；肖尔布拉克组下部以灰黑色泥粉晶白云岩为主，中、上部以褐灰-灰白色藻格架、藻砂屑白云岩为主，少量泥晶白云岩，厚约204 m；吾松格尔组以深灰和灰黑色泥晶白云岩、膏质云岩以及云质膏岩为主，夹少量砂屑白云岩，厚约103 m；沙依里克组上部以褐灰和深灰色灰岩为主，中、下部以褐灰色膏盐岩为主，厚约237 m；阿瓦塔格组上部以褐灰和深灰色泥质白云岩、灰质及膏质白云岩为主，中、下部以灰白和浅褐灰色膏盐岩为主，夹膏云岩及少量砂屑白云岩，厚约326 m；丘里塔格组以灰和深灰色砂屑白云岩以及结晶白云岩为主，厚约722 m，与上覆地层蓬莱坝组呈整合接触。

2012年塔里木盆地中深1井的突破，揭示了寒武系盐下白云岩领域成藏条件优越，勘探前景广阔[15-17]，所以近几年来下寒武统肖尔布拉克组成为了勘探热点。前人对肖尔布拉克组储集层成因开展了很多研究[18-21]，普遍认为优势丘滩相是肖尔布拉克组储集层的主控因素之一，但对孔隙形成时间和演化过程还没有进行细致分析。目前全盆地钻遇肖尔布拉克组的井和岩心较少，其中阿克苏地区肖尔布拉克露头区出露多条地层发育完整的剖面(图1)，可以对肖尔布拉克组进行精细解剖。钻井和露头也揭示肖尔布拉克组以阿克苏地为典型，阿克苏地区肖尔布拉克组可划分为肖下1段、肖下2段、肖下3段、肖上1段和肖上2段5个地层单元(图2)。肖下1段以灰黑色薄层状层纹石白云岩为主，夹中薄层状藻砂屑白云岩，孔洞和裂缝发育，但被白云石、方解石和硅质完全充填，岩性致密。肖下2段与肖下1段特征相识似，但岩石表面发育大量层状分布的孔洞(2～5 cm)和裂缝，部分被白云石、方解石和硅质充填。肖下3段以灰色中层状凝块石白云岩为主，凝块状及粘结-包壳状结构， 岩石表面发育大量层状分布的孔洞(2～5 cm)和裂缝，部分被白云石、方解石和硅质充填。肖上1段下部为灰白色厚层状细-中晶白云岩，局部见藻砂屑白云岩，孔隙发育，富含沥青；中部为灰白色中层状泡沫绵层石白云岩，藻丘格架孔(0.01～2 mm)和裂缝发育，少量孔洞； 上部为灰白色厚层状-块状藻团粒、核形石白云岩，夹少量叠层石白云岩，岩性致密。肖上2段黄灰色泥质白云岩、灰色叠层石云岩、褐灰色粒泥(泥粒)白云岩、浅灰色藻砂屑白云岩呈中-薄层状互层，岩性致密。储层发育于肖下、肖下3段和肖上1段。孔隙和孔洞被认为是原生的，并为表生溶蚀作用进一步溶蚀扩大[19]。

2 样品特征与产状

肖尔布拉克组是塔里木盆地寒武系盐下重要的油气储层，主要发育于肖下2段、肖下3段和肖上1段(图2)，累计厚30～50 m。肖下2段和肖下3段储集空间以孔洞为主，伴生裂缝和断裂，为裂缝-孔洞型储层。肖上1段储集空间以藻丘格架孔、晶间(溶)孔、孔洞和粒间孔为主，为裂缝-孔隙-孔洞型储层，并有沥青和少量白云石、方解石和硅质充填[17]。本文选取阿克苏地区肖尔布拉克西沟剖面、东1沟剖面和舒探1井的充填孔洞的各期胶结物及围岩样品、充填藻丘格架孔、晶间(溶)孔和藻砂屑粒间孔的各期胶结物及围岩样品、充填裂缝的各期胶结物样品，开展定年研究，为成岩-孔隙演化史的建立和油气运移前有效孔隙的确定提供重要信息。定年检测样品来源、层位、产状和检测目的信息见表1和图3。

3 分析方法

针对古老海相碳酸盐岩胶结物难以取得足够量的粉末平行样品、铀铅含量普遍较低等问题，利用激光剥蚀(LA)与多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)或高分辨单接收电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)联用，建立适用于古老海相碳酸盐岩的激光原位U-Pb同位素定年技术。其分析原理是用激光束对待测样品微区目标进行烧蚀，被烧蚀出来的物质在Ar等离子体中发生电离，然后用质谱仪对被电离物质进行同位素比值的测量，再根据被测样品与相应标准样品的同位素比值测量结果进行有关元素含量和被测样品同位素年龄的计算[22]。激光原位U-Pb同位素定年技术主要包括4个步骤：样品靶制作，选择待测区域，激光单点剥蚀与质谱分析，数据处理与年龄作图。相关技术方法在国外已有文献报道[8-12]。本文在已有报道的LA-MC-ICPMS方法基础上，针对古老碳酸盐岩铀和铅含量普遍较低的问题，在昆士兰大学的Nu Plasma II MC-ICPMS上最高质量端H10法拉第杯安装了1012Ω的高灵敏度前置放大器 (使灵敏度高10倍)和一个离散打拿极倍增器 (discrete dynode multiplier)，用于静态测量238U同位素，前者使测试238U离子流的灵敏性比普通法拉第杯提高10倍，后者提高100倍。当U含量足够高时(比如大于0.1×10-6)，使用高灵敏度法拉第杯测量；当U含量低时(比如小于0.1×10-6)，使用multiplier测量。由于multiplier的背景极低，一般U含量高于1×10-9时就能精确测量。

表1 塔里木盆地阿克苏地区下寒武统肖尔布拉克组定年 检测样品Table 1 A list of the samples for dating from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basin

使用激光法进行碳酸盐矿物U-Pb同位素年龄测定的一个重要难题是寻找合适的天然矿物标样，并且为了避免不同矿物间的基体效应，使用的矿物标样在成分和结构上应尽可能与待测样品相近。目前被应用于碳酸盐矿物测年的两个标样分别是ASH15E(采自以色列Negev沙漠的石笋)[22-24]和WC-1(美国新墨西哥城Whites City以西0.5 km的Walnut峡谷的方解石脉)[8-11]，用它们来校正古老海相碳酸盐岩样品，均存在一定的局限性。ASH15E标样的同位素稀释溶液法标定年龄仅为3.001 Ma，与古老海相碳酸盐岩年龄相比明显偏年轻得多，不是古老海相碳酸盐岩的理想标样。WC-1标样的推荐年龄为254.4 Ma，虽然与古老海相碳酸盐岩年龄相近，但该标样的不均一性导致其自身可能存在3%～5%的不确定性[12]。另外，这两个国际标样极其有限，不适合做为消耗量极大的我们实验室的工作标样。我们在技术研发过程中，从塔里木盆地阿克苏地区下寒武统肖尔布拉克组中发现了更加适合古老海相碳酸盐岩定年的标样AHX-1，AHX-1标样为充填沿断裂分布之孔洞的纯净方解石晶体，样品纯净、均一并广泛分布，是同源同期的成岩产物。将标样ASH15E与AHX-1反复对测20多次，使用ASH15E的推荐年龄3.001 Ma来标定AHX-1的年龄，所获得的20多组年龄的加权平均值为209.8±1.3 Ma。

图3 塔里木盆地阿克苏地区下寒武统肖尔布拉克组定年检测样品特征Fig.3 Characteristics of samples for dating from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basina.灰黑色薄层藻泥晶白云岩，由①至③分别为围岩、充填孔洞白云石和充填裂缝方解石，肖尔布拉克西沟剖面，样品X-30，肖下2段；b.灰黑色薄层藻泥晶白云岩，由①至②分别为围岩和充填孔洞方解石，肖尔布拉克西沟剖面，样品X-28，肖下2段；c.灰黑色薄层状泥晶白云岩，由①至②分别为围岩和充填孔洞白云石，样品X-17，肖下1段；d.灰黑色薄层状藻凝块石白云岩，孔洞部分为亮晶方解石(①)充填，样品X-13，肖下1段；e.凝块石白云岩，由①至②分别为围岩和充填孔洞的白云石，舒探1井，肖上1段，样品ST2-20，埋深1 886 m；f.微生物白云岩，由①至②分别为围岩和充填藻架孔的白云石，肖尔布拉克西沟剖面，样品X-56，肖上1段；g.微生物白云岩，由①至②分别为围岩和充填藻架孔的白云石，肖尔布拉克西沟剖面，样品X-55，肖上1段；h.凝块石白云岩，由①至②分别为围岩和充填裂缝的白云石，肖尔布拉克东1沟剖面，样品D1-49，肖上1段；i.灰黑色薄层藻泥晶白云岩，由①至③分别为围岩和充填裂缝的两期白云石，肖尔布拉克西沟剖面，样品X-35，肖 下3段

为了验证两个实验室基于不同设备的激光U-Pb同位素定年技术和AHX-1作为实验室工作标样的可靠性，我们在不同时段，多次在澳大利亚昆士兰大学放射性同位素实验室应用激光法在Nu Plasma Ⅱ上以WC-1为标样检测AHX-1的年龄，在中国石油碳酸盐岩储层重点实验室应用激光法在Element XR上同样以WC-1为标样检测AHX-1的年龄，图4是其中一次测试结果，可以看出以WC-1作为标样在两个实验室两种设备上测得的AHX-1年龄在误差范围内是一致的。

图4 以WC-1为标样检测AHX-1的年龄Fig.4 The dating of AHX-1 in taking WC-1 as a standard samplea.澳大利亚昆士兰大学放射性同位素实验室应用激光法在Nu Plasma Ⅱ上检测结果为209.3±2.6 Ma； b.中国石油碳酸盐岩储层重点实验室应用激光法在Element XR检测结果208.2±1.2 Ma

4 结果与讨论

4.1 结果

开展塔里木盆地肖尔布拉克组围岩和白云石、方解石胶结物的激光原位U-Pb同位素定年分析，同时对平行样开展团簇同位素(D47)、碳氧稳定同位素、微量元素、锶同位素、阴极发光和包裹体均一温度分析。定年分析结果见图5、图6和表2，Δ47或包裹体均一温度、碳氧稳定同位素以及阴极发光分析结果见表2，微量和稀土元素、锶同位素分析结果见表3。微量和稀土元素、锶同位素数据来自昆士兰大学(UQ)地球科学学院放射性同位素实验室，团簇同位素(Δ47)数据来自美国迈阿密大学同位素实验室，阴极发光、碳氧稳定同位素、包裹体均一温度数据来自中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室。激光原位U-Pb同位素定年数据来自中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室和昆士兰大学(UQ)地球科学学院放射性同位素实验室，两家共同开发激光原位U-Pb同位素定年技术，标样测定以及部分238U含量低于0.1 ppm的样品在澳方LA-MC-ICP-MS (Nu Plasma Ⅱ)上完成，其他肖尔布拉克组样品年龄测定在中方LA-ICP-MS(Element XR)上完成。使用同位素校正标样为NIST614，定年标样为AHX-1和WC-1。

从表3的地球化学特征可知，238U的含量较高，6类结构组分的均值分别达到2.040，0.153，0.644，0.206，0.028和0.029 ppm，高于检测的极限值，来自于U衰变的206Pb和207Pb的含量也较高，满足测年条件，只是普通Pb含量偏高，在计算年龄时需考虑普通Pb的干扰。

4.2 讨论

本文年龄测定使用同位素校正玻璃标样为NIST614，定年标样为AHX-1和WC-1，其中AHX-1和WC-1都为方解石标样。本文检测的对象有方解石也有白云石，最好的标样是白云石对白云石，方解石对方解石。但在没有白云石标样情况下，方解石是可以作为标样进行白云石样品年龄测定的。因为基质效应对方解石带来的最大偏差不超过3%，而白云石的成分和晶体结构是介于方解石和NIST614之间的，并且更接近于方解石，基质效应对白云石带来的偏差一定小于3%。因此，本来不矫正偏差就足够小了(小于3%)，使用基质非常接近的类似标样矫正后，偏差应该更小，比测量误差要小得多。所以在没有白云石标样的情况下，也可以用方解石标样作为年龄标样进行白云石年龄测定。

图5 塔里木盆地阿克苏地区肖尔布拉克组样品围岩、充填孔洞白云石 和方解石及充填裂缝方解石激光原位U-Pb同位素年龄Fig.5 In-situ LA U-Pb isotopic dating chart for the sampled matrix rocks,dolomite and calcite filling in pores and vugs,and calcite cements in fractures from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basina.围岩年龄491.6±9.2 Ma，样品号X-30-①；b.围岩年龄488±24 Ma，样品号X-56-① ；c.充填孔洞方解石年龄486±23 Ma，样品号X-13-① ；d.充填孔洞白云石年龄476±13 Ma，样品号X-17-②；e.充填裂缝方解石年龄471±10 Ma，样品号X-28-② ；f.充填裂缝方解石年龄204±37 Ma， 样品号X-30-③

图6 塔里木盆地阿克苏地区肖尔布拉克组样品充填裂缝白云石和充填藻架孔白云石激光原位U-Pb同位素年龄Fig.6 The in-situ LA U-Pb isotopic dating chart for the dolomitic cements in fractures and algal framework pores sampled from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basina.充填裂缝白云石年龄450±15 Ma，样品号D1-49-②；b.充填裂缝白云石年龄227.0±4.5 Ma，样品号X-35-②；c.充填裂缝白云石年龄14±13 Ma，样品号X-35-③；d.充填藻架孔白云石年龄458±12 Ma，样品号X-56-②；e.充填藻架孔白云石年龄457±17 Ma，样品号X-55-②；f.充填 藻架孔白云石年龄235.9±4.0 Ma，样品号ST2-20-②

表2 塔里木盆地阿克苏地区肖尔布拉克组样品围岩和白云石、方解石胶结物U-Pb同位素年龄及其他地球化学特征
Table 2 The U-Pb isotopic dating of the sampled matrix rocks,dolomitic and calcite cements of the samples taken from theLower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basin,and their other geochemical features

样品编号样品产状同位素年龄/Ma阴极发光地球化学特征Δ47或包裹体均一温度/℃δ13C(PDB)/‰δ18O(PDB)/‰X-30-①围岩491.6±9.2不发光—0～2-2～-4 X-56-①围岩488±24昏暗发光—0～20～-3X-17-②充填孔洞白云石476±13橙黄色明亮发光149.3-1～3-6～-12X-13-①充填孔洞方解石486±23橙黄色中等发光225-2～2-9～-17ST2-20-②充填藻架孔白云石235.9±4.0橙黄色明亮发光205——X-56-②充填藻架孔白云石458±12橙黄色中等发光———X-55-②充填藻架孔白云石457±17橙黄色中等发光———X-30-③充填裂缝方解石204±37亮黄色明亮发光141.5-1～2-7～-14X-28-②充填裂缝方解石471±10亮黄色明亮发光137.5-2～2-8～-15D1-49-②充填裂缝白云石450±15橙黄色明亮发光135-2～2-7～-12X-35-②充填裂缝白云石227.0±4.5橙黄色中等/明亮发光———X-35-③充填裂缝白云石14±13橙黄色中等/明亮发光———

注：—表示该项未检测。

表3 塔里木阿克苏地区肖尔布拉克组样品围岩、白云石和方解石胶结物的微量元素、稀土元素和锶同位素地球化学特征Table 3 The geochemical features of the sampled matrix rocks,trace element & REE and strontium isotope of dolomitic and calcite cements of the samples taken from the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in Aksu area,Tarim Basin

注：—表示该项未检测。

塔里木盆地寒武系肖尔布拉克组白云岩储集空间主要发育于藻纹层、藻叠层和藻凝块白云岩中，具有相控性，类型主要有孔洞(2～100 mm)、孔隙(0.01～2 mm)和裂缝[19]。孔洞和孔隙均有原生、表生溶蚀和埋藏-热液溶蚀3种成因观点[25-27]，裂缝的期次及对孔洞、孔隙发育与充填的影响更是认识的空白。本文根据成岩产物碳酸盐矿物的激光原位U-Pb同位素定年数据及团簇同位素、碳氧同位素、锶同位素、微量和稀土元素地球化学特征，结合构造-埋藏史、盆地热史和烃源岩生烃史，分析塔里木盆地寒武系肖尔布拉克组白云岩储层的孔隙成因和成岩-孔隙演化史，为油气运移前有效孔隙评价提供依据。

4.2.1 围岩和孔、洞、缝充填物绝对年龄

白云岩围岩：测得2个围岩(藻纹层或藻叠层白云岩)的年龄数据，分别为491.6±9.2 Ma和488±24 Ma，相当于中-晚寒武世的年龄，与早寒武世肖尔布拉克组年龄相比略偏年轻。这可能不代表地层年龄，更可能反映了白云石化的年龄，或地层年龄与白云石化年龄的中值。从白云岩仍保留原岩的藻纹层、藻叠层结构分析，白云石化的时间应该是早期的，与同沉积期蒸发气候背景有关[28]，与地层年龄几乎同时或略晚，这与测得的两个年龄数据是一致的。而且白云石化是一个持续的过程，至早-中奥陶世完成了由灰岩向白云岩的转变。阴极发光下不发光或昏暗发光、碳同位素低正值(1‰～3‰，PDB)、氧同位素低负值(-2‰～-4‰，PDB)也佐证了早期白云石化这一认识[29]。

孔洞充填物：充填孔洞方解石的年龄为486±23 Ma，充填孔洞白云石的年龄为476±13 Ma，略晚于地层年龄和发生白云石化的年龄，而且是先充填方解石，再充填白云石，与孔洞中方解石和白云石胶结物的充填序次是一致的。这组年龄代表了地层沉积后不久，原生格架孔洞或表生溶蚀孔洞就开始进入逐渐被充填的阶段，是早加里东期持续的热液活动和充填事件的体现。孔洞形成于埋藏前，不是埋藏溶蚀成因的，埋藏过程是孔洞逐渐被充填的过程，而且由下至上(肖下1段—肖下2段—肖下3段—肖上1段)，充填作用逐渐减弱。

孔隙充填物：藻架孔以充填白云石胶结物为主，测得3个年龄数据，分别为235.9±4.0 Ma，458±12 Ma和457±17 Ma。458±12 Ma和457±17 Ma两个年龄数据与充填孔洞的方解石、白云石年龄相当或略晚，两者几乎是同期的，为中加里东期持续的热液活动和充填作用的产物。235.9±4.0 Ma的白云石胶结物年龄代表印支期热液活动和充填作用的产物。这说明肖上1段白云岩储层的孔隙经历了两期充填作用。

裂缝充填物：裂缝中充填有白云石、方解石和硅质胶结物。方解石胶结物测得两个年龄数据，分别为471±10 Ma和204±37 Ma，代表早加里东期和印支期热液活动的产物，分别与充填孔洞的两期胶结物年龄相当。白云石胶结物测得3个年龄数据，分别为450±15 Ma、227.0±4.5 Ma，14±13 Ma。其中，450±15 Ma和227.0±4.5 Ma两个年龄数据与孔隙中白云石胶结物测得的两个年龄数据相当，代表中加里东期和印支期热液活动的产物。14±13 Ma白云石胶结物年龄可能与晚燕山期—喜马拉雅期的热液活动有关。这说明研究区发育早中加里东、印支、晚燕山期—喜马拉雅期3期断裂活动和热液矿物充填事件，其中，早中加里东和印支期构造活动形成的断裂系统成为热液的通道，并导致肖尔布拉克组孔洞和孔隙部分被白云石、方解石和硅质充填。晚燕山期—喜马拉雅期构造活动形成的白云石胶结物主要充填于裂缝中。

充填孔洞、孔隙和裂缝的白云石和方解石胶结物在阴极发光下呈橙黄色中等-明亮发光、高Δ47温度、氧同位素高负值，以及锶同位素值高于围岩，均佐证了胶结物的热液成因，受断裂活动控制(表2)。

孔隙和孔洞中充填的早加里东期、中加里东期和印支期3期白云石和方解石胶结物在产状和特征上有很大的差异，同样，裂缝中充填的白云石、方解石胶结物与孔隙、孔洞中充填的白云石、方解石胶结物在产状和特征上也有很大的差异，常规的技术手段很难将它们的成因期次相关联，碳酸盐矿物的激光原位U-Pb同位素定年技术为不同产状和特征胶结物成因期次对比研究提供了技术手段。

4.2.2 成岩-孔隙演化史重建及应用

白云石和方解石胶结物绝对年龄的获得为塔里木盆地阿克苏地区肖尔布拉克组白云岩储层的成因提供了新证据，更为储层成岩-孔隙演化史和有效孔隙评价提供了手段。肖尔布拉克组白云岩储层的储集空间形成于埋藏前的沉积和表生环境，既有沉积原生孔隙(藻格架孔、粒间孔)，又有溶蚀扩大的孔洞。孔洞中充填的早加里东期白云石和方解石胶结物年龄略晚于地层年龄，说明这些孔洞形成于地层沉积后不久，不是晚期埋藏溶蚀作用的产物，肖尔布拉克组白云岩储层的埋藏过程实际上是孔隙和孔洞逐渐被充填的过程。根据白云石和方解胶结物的绝对年龄，孔洞的充填作用发生在早加里东期，孔隙的充填作用主要发生于中加里东和印支期，裂缝作为成岩介质的运移通道为充填孔洞和孔隙的胶结物提供了物源，未被胶结物充填的残留孔洞、孔隙和裂缝构成了主要储集空间。

参照Clyde H.Moore(2001)[29]的初始孔隙度值和镜下残留孔隙、胶结物分布面积累加，初始孔隙度选30%，表生溶蚀作用增孔10%，埋藏前的总孔隙度达到40%。早加里东期白云石和方解石胶结物使平均孔隙度由40%降至20%，中加里东期白云石和方解石胶结物使平均孔隙度由20%降至15%，此后，该孔隙度得到长期持续的保持，直到印支期孔隙的充填作用，使孔隙度由15%降至8%，燕山期—喜马拉雅期构造活动对孔隙和孔洞的充填改造作用不强烈，导致肖尔布拉克组白云岩储层的现今孔隙度保持在6%～8%，裂缝对孔隙的贡献不大，主要是作为埋藏-热液的通道，而且大多被充填。据此建立了塔里木盆地阿克苏地区肖尔布拉克组白云岩储层的成岩-孔隙演化史(图7)，综合寒武系肖尔布拉克组的构造-埋藏史、盆地热史[30-31]和寒武系玉尔吐斯组烃源岩的生烃史[32-33]，就可对油气运移时间、油气运移前孔隙和成藏期次作出评价。

塔里木盆地主要发育以下古生界碳酸盐岩为主的塔中、塔北、塔西南和塔东南四大古隆起。古隆起构造演化具有阶段性、继承性与迁移性，并经历了5期构造演化阶段[34-39]。分别为：①前震旦纪基底隆起雏形期，伴随裂陷的发育；②震旦纪—奥陶纪岩石圈发生伸展运动，形成坳陷的同时，伴生早奥陶世末古隆起的形成和奥陶纪末古隆起的定型，构成隆-坳相间的格局，控制寒武系—奥陶系烃源岩的发育和成熟；③志留纪—石炭纪岩石圈发生聚敛运动，古隆起发生进一步抬升和迁移，导致隆起区志留系-石炭系的部分缺失，并控制晚加里东期的成藏；④石炭纪末—三叠纪岩石圈再次进入区域拉张背景，古隆起发生改造和调整，并控制晚海西期—印支期的成藏；⑤三叠纪末—新生代进入前陆盆地演化阶段，古隆起发生差异沉降，古油藏发生裂解和调整。

综上所述，碳酸盐矿物的激光原位U-Pb同位素定年技术的开发不仅解决了碳酸盐矿物的绝对年龄问题，而且还可以通过碳酸盐胶结物的绝对年龄和含量，恢复储层的成岩-孔隙演化史，结合构造-埋藏史和生烃史，评价油气运移前的有效孔隙度和成藏有效性问题。前人主要通过油气包裹体均一温度确定成藏期次，油气运移前有效孔隙度和成藏有效性评价为油气成藏期次的确定开辟了更为有效的途径[40-43]。

5 结论

碳酸盐岩胶结物是盆地流体活动的直接产物，对其展开年代学研究可以揭示盆地流体活动历史和储层孔隙演化历史，近些年激光原位U-Pb定年迅速发展，但也面临一些难题，例如可用标样偏少，超低铀含量古老碳酸盐矿物检测难等问题。中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室和昆士兰大学(UQ)地球科学学院放射性同位素实验室两家联合开发适用于古老海相碳酸盐岩的激光原位U-Pb同位素定年技术，开发了年龄为209.8 Ma的方解石标样，可精确测定铀含量高于1×10-9的碳酸盐矿物的年代，为碳酸盐岩储层成岩-孔隙演化史研究提供重要的技术手段。

激光原位U-Pb同位素定年技术应用于塔里木盆地寒武系肖尔布拉克组储层成岩-孔隙演化研究。通过充填孔洞、孔隙和裂缝中不同期次白云石和方解石胶结物的测年，指出寒武系肖尔布拉克组白云岩储层的埋藏成岩过程是孔隙和孔洞逐渐被充填的过程。孔洞的充填作用主要发生在早加里东期，孔隙的充填作用主要发生在中加里东期和印支期，加里东和印支期断裂作为热液运移的通道，为充填孔洞和孔隙的胶结物提供了物源，未被白云石、方解石和硅质胶结物充填的残留孔洞、孔隙和裂缝构成了主要储集空间，建立了塔里木盆地寒武系肖尔布拉克组白云岩储层的成岩-孔隙演化史。综合寒武系肖尔布拉克组的构造-埋藏史、盆地热史和寒武系玉尔吐斯组烃源岩的生烃史，可对油气运移时间、油气运移前孔隙和成藏期次作出评价。