基于U—Pb定年和团簇同位素测定的古老碳酸盐岩地层热演化史恢复及成藏过程重建

程开虎; 肖晖

doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2022.08.006

天然气地球科学 >

2023 , Vol. 34 >Issue 1: 111 - 121

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2022.08.006

天然气地球化学

基于U—Pb定年和团簇同位素测定的古老碳酸盐岩地层热演化史恢复及成藏过程重建

程开虎 ^,¹^,² ,
肖晖 ^,¹^,²

展开

^1. 西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065
^2. 西安石油大学，陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西西安 710065

肖晖（1980-），男，陕西西安人，副教授，博士，主要从事油气成藏地质研究及教学工作.E-mail：xiaohui@xsyu.edu.cn.

程开虎（1998-），男，陕西汉中人，硕士研究生，主要从事石油地质研究.E-mail：1229305430@qq.com.

收稿日期: 2022-07-24

修回日期: 2022-08-16

网络出版日期: 2023-02-07

收起

Recovery of thermal evolution history and reconstruction of accumulation process of ancient carbonate strata based on U-Pb dating and cluster isotope measurement

Kaihu CHENG ^,¹^,² ,
Hui XIAO ^,¹^,²

Expand

^1. School of Earth Science and Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China
^2. Shaanxi Key Lab of Petroleum Accumulation Geology，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China

Received date: 2022-07-24

Revised date: 2022-08-16

Online published: 2023-02-07

Supported by

The Innovation and Practice Ability Training Program of Xi 'an Shiyou University(YCS22112044)

Fold

本文亮点

团簇同位素作为一种新的地质温度计，在与U-Pb定年一起使用的情况下，能为古老碳酸盐岩地层热历史恢复提供时间和温度坐标。依据U-Pb定年实验的结果，得出不同产状白云岩的成岩时间，并利用团簇同位素固态重排模拟，恢复不同产状白云岩的成岩温度。结果表明：①依据围岩的∆₄₇固态重排模拟过程，目的层所经历的最大埋深温度约为216.5±5 ℃；②利用不同产状白云岩的成岩时间和温度数据，对前人根据岩石热导率和地层剥蚀量所恢复出的热演化史进行限定，从而使研究区的热演化史恢复由定性转变为定量； ③以恢复出的热演化史为基础，依据流体包裹体捕获的均一温度判断，共有3期油气充注：第一期油气充注时间约为255~240 Ma，第二期油气充注时间约为160~120 Ma，第三期油气充注时间约为80~40 Ma。

本文引用格式

程开虎 , 肖晖 . 基于U—Pb定年和团簇同位素测定的古老碳酸盐岩地层热演化史恢复及成藏过程重建[J]. 天然气地球科学, 2023 , 34(1) : 111 -121 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2022.08.006

Highlights

As a new geothermometer， cluster isotopes， when used together with U-Pb dating， can provide time and temperature coordinates for the thermal history recovery of ancient carbonate strata. Based on the results of U-Pb dating experiment， the diagenetic time of different occurrence dolomites is obtained， and the diagenetic temperature of different occurrence dolomites is recovered by using solid state rearrangement simulation of cluster isotopes. The results show that：（1） According to the simulation process of ∆47 solid rearrangement of surrounding rock， the maximum burial depth temperature of target layer is about 216.5±5 ℃. （2） Based on the diagenetic time and temperature data of dolomites of different occurrence， the thermal evolution history recovered by previous authors according to the thermal conductivity of rocks and the amount of strata denudation is defined， so that the thermal evolution history of the study area is changed from qualitative to quantitative. （3） Based on the recovered thermal evolution history and the homogeneous temperature captured by fluid inclusions， there are three stages of oil and gas charging. The first stage is about 255-240 Ma， the second stage is about 160-120 Ma， and the third stage is about 80-40 Ma.

0 引言

碳酸盐岩地层是非常重要的油气储集层，全球有一半左右的油气储藏于碳酸盐岩地层中，来自于碳酸盐岩地层的油气产量更是占到60%左右。我国的碳酸盐岩储层也具有广泛的分布，在塔里木盆地、四川盆地等地都普遍发育。相对于碎屑岩储层，国内的碳酸盐岩地层大多年代久远且埋藏较深，勘探和开发的难度更大^［1］。对于国内发育众多的碳酸盐岩储层而言，普遍难以确定其绝对的成岩时间和温度，为解决这个问题，近年来有诸多学者应用U—Pb定年和∆₄₇团簇同位素测温技术开展研究^［2］。胡安平等^［3］利用这2种技术手段对四川盆地高磨地区灯影组构造埋藏史进行重建，并重新分析灯影组气藏的成藏过程。刘雨晨等^［4］利用∆₄₇值约束塔里木盆地顺托果勒地区奥陶系碳酸盐岩地层的热演化史。沈安江等^［5］利用这2种技术手段重建塔西阿克苏地区奇格布拉克组构造埋藏史。郑剑锋等^［6］利用这2种方法分析塔里木盆地肖尔布拉克组沉积环境。对比传统的通过确定岩石热导率、地层剥蚀厚度的地层埋藏热演化史恢复方法，U—Pb定年和∆₄₇团簇同位素测温技术手段能为研究人员提供绝对的时间和温度坐标，使对热演化史的恢复由定性变为定量，能大大地提高地层热演化过程的精度。此外，由于无需恢复地层的剥蚀厚度，该2种技术对于构造演化复杂、沉积年代久远的地层热演化史恢复具有重要的意义^［7］。

与此同时，U—Pb定年和∆₄₇团簇同位素测温技术方法也存在一定的局限性，U—Pb原位激光定年对于U含量具有最低要求（约为0.4×10^-6），因此实验前还需测试剥蚀区能否满足该要求^［8］，不仅如此，标样的质量是定年结果是否准确的决定性条件，这些都限制了U—Pb定年方法的适用范围^［2］。对于碳酸盐岩团簇同位素测定而言，钻取的样品是否纯净，有机质含量是否过高，以及磷酸反应时间和温度等处理过程都会影响实验结果^［9］，碳酸盐岩的重结晶和固态重排则会使得∆₄₇值发生改变，使其不再代表同生成岩期白云岩的∆₄₇值，需要进行额外的校正工作，这也使得团簇同位素恢复成岩温度的方法受到了诸多限制^［10］。

笔者结合前人依据地质背景、地层剥蚀厚度等建立的川中古隆起北斜坡地区震旦系灯影组埋藏史和热史的研究，通过U—Pb同位素激光原位剥蚀定年和∆₄₇团簇同位素测温技术对不同产状白云岩样品的成岩时间和成岩温度进行恢复，限定北斜坡地区灯影组的热演化历史，并在此基础上结合流体包裹体分析，确定灯影组气藏的生烃及成藏时间。

1 地质背景

四川盆地是国内最大的沉积盆地之一，具有储量丰富的油气资源。自1966年威远气田被发现以来，四川盆地就开始大规模的油气勘探和开发，其含油气层系多，油藏分布范围广。研究区位于四川盆地中部蓬莱—中江地区，属于川中古隆起构造带北斜坡地区［图1（a）］。古隆起高部位于高石梯—磨溪地区，是国内著名的安岳气田所在地，震旦系灯影组是该气田的主要含油层系之一^［11］，数十年来，已发现的油气藏多位于古隆起核部地区^［12］，有别于此，北斜坡则是位于古隆起北部的单斜构造带。

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图1 四川盆地构造带划分（a）^［17］与川中北斜坡地区PT1井灯二段部分岩性柱状图（b）

Fig.1 The structural zone division map of Sichuan Basin（a）^［17］ and the lithologic column map of the second member of Dengying Formation of Well PT1 in the north slope area of central Sichuan Basin（b）

近年来，川中古隆起北斜坡地区油气勘探开发取得重大进展，数口井都获得非常高产的气流。其中2020年初完钻的PT1井在灯二段测得含气层厚度可达120 m，试产过程中日产气量高达100×10⁴ m³，这表明北斜坡地区具有非常广阔的含气前景^［13］。随着勘探开发的部署，2021年，PT101井试产过程中日产气量高达200×10⁴ m³，更进一步揭示了北斜坡地区庞大的油气潜力^［14］。此外，国务院于2022年5月底发布的有关文件也表明未来中石油将重点围绕四川盆地川中古隆起北斜坡区块进行增储上产工作，为国家能源安全提供保障。北斜坡地区灯二段现今埋深可达6 000 m，厚度为400~600 m，主要岩性为藻凝块白云岩和砂屑白云岩［图1（b）］，沉积相带为台缘带^［15］，受桐湾运动、加里东运动、印支运动及喜马拉雅运动的影响，灯影组经历了多幕次的抬升作用，热演化历史非常复杂^［16］。

2 样品与实验

2.1　样品情况

实验样品取自PT101、PT102和PT103等3口探井，根据对岩心手标本和薄片镜下观察的结果，样品绝大多数都受到了不同程度的次生成岩作用改造，溶蚀孔隙和裂缝非常发育（图2）。根据产状将本文实验样品划分为4类白云岩：第一类是围岩，其粒度较小，基本都为泥晶，不发育溶蚀孔洞和裂缝，应当是同生或准同生成岩阶段的产物；第二类是充填于溶蚀孔隙中的细粉晶白云岩，镜下观察认为该产状的白云岩应当晚于围岩；第三类是充填于裂缝中的叶片状白云岩，可见到与其紧邻存在的薄膜状沥青；第四类是发育在溶蚀孔洞中的鞍状白云岩，常与沥青相伴生，而且该产状的白云岩明显晚于叶片状白云岩［图2（g）］。对于叶片状白云岩和细粉晶白云岩形成的早晚关系，未能成功在镜下找到证据，需借助U—Pb定年的结果进行比对。

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图2 川中北斜坡地区样品手标本照片及镜下薄片照片

（a）PT101井，深度5 726.20~5 726.28 m；（b）PT103井，深度5 724.32~5 724.52 m；（c）PT102井，深度5 857.06~5 857.23 m；（d） PT102井，深度5 857.06~5 857.23 m，2.5×，（－）；（e） PT101井，深度5 729.89~5 729.94 m，5×，（－）；（f）PT101井，深度5 729.89~5 729.94 m，2.5×，（－）；（g）PT101井，深度5 778.28~5 778.5 m，2.5×，（－）①围岩；②细粉晶白云岩；③叶片状白云岩；④薄膜状沥青；⑤晚期鞍状白云岩；⑥晚期沥青

Fig.2 Photographs of hand specimens and microscopically thin sections of samples from the north slope area of central Sichuan Basin

利用微钻，在岩心样品上钻取30 mg以上的粉末用于∆₄₇团族同位素实验，同时选取平行面切割出直径小于2.54 cm、厚度约8 mm的圆柱状样品，将其镶嵌于环氧树脂中，待其定型后再进行抛光，即可制备出用于激光原位定年实验的靶样^［18］。遗憾的是，由于晚期鞍状白云岩固结程度较低，易散脱，未能成功制备用于定年实验的靶样。

在制取定年及同位素测试样品后，又选取了部分同批样品制备包裹体薄片，发现样品中发育有一定数量的流体包裹体（图3），但是丰度相对较低，其宿主矿物多为晶格较大的鞍状白云岩和石英，叶片状白云岩中也有少量发育。之后对流体包裹体均一温度进行了测试，可将均一温度划分为3个主要的区间，分别为105~125 ℃、180~190 ℃和210~220 ℃。

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图3 川中北斜坡地区流体包裹体均一温度测定

（a）PT103井，深度5 928.54~5 928.63 m, 100×，(－);(b)PT102井，深度5 850.31~5 850.34 m, 20×，(－); (c) PT102井，深度5 850.31~5 850.34 m，10×，(－)；(d)PT103井，深度6 104.00~6 104.15m注：烃类包裹体在红外光激发下显示蓝白色荧光；红色方框和温度为对应流体包裹体所测得的均一温度

Fig.3 Map of homogenization temperature of fluid inclusions in the north slope area of central Sichuan Basin

2.2　U—Pb定年实验方法

实验采用LA-ICP-MS联用，相关实验参数见表1，实验采用的标样包括NIST 614（均匀的有机玻璃）、LD-5-2（72±2.5 Ma）、AHX-1（238.2±2.4 Ma）和PDKDI 2（154±2.8 Ma），其中NIST 614主要用于实验设备的调整，LD-5-2和PDKDI 2则是根据已有标样校正年龄的纯净方解石，AHX-1则是已经在国内古老碳酸盐岩U—Pb定年实验中大量应用的标样^［1］。此外，具体的实验流程和技术手段前人已有详细的描述^［19］，故在此不再赘述。原始数据的处理通过Lolite 3.6完成，再利用标样进行数据校正，之后用Isoplot 4.15进行年龄谐和图的绘制，即可得出U—Pb同位素年龄。

表1 川中北斜坡地区U—Pb定年实验参数

Table 1 U-Pb dating experiment parameters of the north slope area of central Sichuan Basin

仪器名称

仪器型号

其他参数

ICP-MS

Thermo Fisher iCAP RQ

冷却气体流速/（L/min）

载气流速/（L/min）

0.8

雾化气体流速/（L/min）

0.8

持续时间/s

RESOLU-

-TION SE

剥蚀时间/s

剥蚀频率/Hz

束斑直径/μm

能量强度/MJ

120

5.6

2.3　团簇同位素(∆₄₇)实验方法

2.3.1　样品前处理

由于团簇同位素实验需要用磷酸与碳酸盐岩反应生成CO₂，再利用CO₂测定同位素值^［20］，所以若是样品中含烃类化合物，将会使实验结果产生很大的误差。而本文采集的样品含油性非常高，多为油侵和油斑，若不进行处理，势必会影响实验结果。为此，笔者利用浓度为30%的H₂O₂对已经取得的白云岩粉末进行了前处理^［21］，使样品中的有机成分被氧化为CO₂而不破坏碳酸盐岩的同位素组成。本文团簇同位素的测定工作在中国科学院南京地质古生物研究所进行，磷酸反应温度为90 ℃，气体萃取与纯化装置型号为IBEX II，质谱仪型号为Thermo Fisher Scientific 253 Plus，利用PBL法对背景值进行校正，每个样品进行3次实验，取平均值作为测试结果。此外，由于不同实验室的实验条件不同，所以必须对实验测定的∆₄₇值进行标准化处理，使得∆₄₇值可以在不同实验条件下进行转化^［22］，不仅如此，不同的磷酸反应温度对于实验结果也会产生较大的影响，所以有必要将不同反应温度得出的∆₄₇值进行校正，校正方法参考MURRAY等^［23］提出的方法，将∆₄₇值校正为CDES 25 ℃。对测定的∆₄₇值处理完毕后，应用BONIFACIES等^［24］提出的温度计算公式［式（1）］恢复T_∆47值，根据实验结果所计算出的平衡温度如图4所示。

∆_{47CDES 90}=0.042 2×10⁶/T ²+0.126 2(1)

式中：∆_{47CDES 90}为磷酸反应温度是90 ℃下测得的∆₄₇值，‰；T为∆₄₇平衡温度，℃。

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图4 川中北斜坡地区团簇同位素视平衡温度统计

Fig.4 Cluster isotope apparent equilibrium temperature statistics in the north slope area of central Sichuan Basin

2.3.2　重结晶和固态重排对∆₄₇值的影响

现有的研究表明，实验测得的∆₄₇值，不一定代表成岩时期的∆₄₇值，重结晶和固态重排都会使初始的∆₄₇值发生改变。重结晶指的是碳酸盐岩的溶解—再沉淀，这可能会使C—O断键重新组合，从而改变团簇同位素丰度，此外，在重结晶过程中，还可能会发生基于热化学硫酸盐还原作用［式（2）］的甲烷厌氧氧化（AOM）^［25］，在温度<65 ℃的贫硫酸盐淡水湖泊环境中，还有可能发生锰氧化物直接氧化生物甲烷［式（3）］^［26］。

CH₄+SO₄ ^2-→HCO₃ ^-+HS^-+H₂O(2)

CH₄+4Mn₂O₃+15H⁺→HCO₃ ^-+4Mn²⁺+5H₂O(3)

经甲烷厌氧氧化生成的CO₃ ^2－或HCO₃ ^－，形成的团簇同位素会使得我们实测的∆₄₇值偏高，其对平衡温度的影响甚至可达到50 ℃左右^［25］。AOM的主要影响因素有沉积速率、成岩流体pH值大小以及反应温度，一般来说，沉积速率越大、成岩流体pH值越高，反应温度越高（至少高于100 ℃）越有利于AOM反应的进行^{［10，27］}。但是现今的研究尚且无法精确地校正AOM对团簇同位素丰度的贡献值，因此，笔者依据现今的白云岩产状以及U—Pb定年结果将样品划分为数个期次，分开校正各样品的∆₄₇值，以期减小不同成岩环境及过程下，重结晶对团簇同位素丰度的影响。

固态重排则指的是碳酸盐岩的∆₄₇值在经历高温环境（白云岩成岩温度高于150 ℃）时会发生重新排序^［24］，由于∆₄₇值与其温度是负相关的关系，因此，若样品经历了较高的埋藏温度，其∆₄₇值的实测值会低于成岩时期的∆₄₇值，那么我们根据实测值计算出的平衡温度就不能代表成岩温度，而称之为视平衡温度（图4）^［28］。为恢复成岩时期的∆₄₇值，需要进行团簇同位素固态重排模拟的工作，目前国内常用的模型是PASSEY等^［29］提出的一阶近似模型和STOLPER等^［30］提出的交换扩散模型，由于一阶近似模型一般适用于热演化历史相对简单、阴极发光较弱的碳酸盐岩矿物^［31］，而本文实验的样品在埋藏后经历了数次抬升剥蚀，热演化历史复杂，同时次生成岩改造也非常普遍，因此，选用交换扩散模型对∆₄₇进行固态重排模拟。

随着碳酸盐岩团簇同位素方法在国内外得到大量应用，为更加快捷地进行∆₄₇固态重排模拟工作，LLOYD等^［32］根据白云岩的实验室加热实验结果，依据交换扩散模型建立了专门用于该工作的软件包，可以在指定的时间—温度演化路径上对方解石或白云岩的∆₄₇值进行演化过程的模拟。笔者应用该软件包，在结合前人对研究区热演化史研究的基础上，对实测的∆₄₇值进行了反演模拟，恢复出了实验样品成岩或重结晶时期的温度。

3 结果与讨论

3.1　成岩时间与成岩温度恢复

根据U—Pb定年（表2，图5）和团簇同位素固态重排模拟（表3）的结果，从围岩到细粉晶白云岩，再到叶片状白云岩，年龄逐渐变小，由于区内后期成岩改造较为普遍，因此围岩仅测得一个数据，其定年结果为580~514 Ma，成岩温度为20~33 ℃。细粉晶白云岩测得2个年龄，成岩时间为510~445 Ma，成岩温度为60~83 ℃。叶片状白云岩共测得3个年龄数据，其成岩时间为447~374 Ma，成岩温度为53~77 ℃，其成岩时间要晚于细粉晶白云岩。鞍状白云岩未能测得年龄数据，恢复出的成岩温度为173~177 ℃。

表2 川中北斜坡地区U—Pb定年结果统计

Table 2 Statistical table of U-Pb dating results in the north slope of central Sichuan Basin

编号	井号	取样深度/m	产状	等式年龄/Ma	时代范围
103-22c	PT103	6 101.27~6 101.37	围岩	547±33	震旦纪—早寒武世
101-4	PT101	5 726.20~5 726.28	细粉晶白云岩	462±17	早奥陶世—晚奥陶世
101-6b	PT101	5 729.89~5 729.94	细粉晶白云岩	499±11	晚寒武世—早奥陶世
101-6c	PT101	5 729.89~5 729.94	细粉晶白云岩	471.7±9.1	早奥陶世—中奥陶世
101-6	PT101	5 729.89~5 729.94	叶片状白云岩	424±23	晚奥陶世—早泥盆世
101-4b	PT101	5 726.20~5 726.28	叶片状白云岩	406±32	晚奥陶世—晚泥盆世

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图5 川中北斜坡地区U—Pb同位素年龄谐和谱图

（a）产状为围岩；（b）—（d）产状为细粉晶白云岩；（e）—（f）产状为叶片状白云岩图中蓝色线条为谐和年龄曲线，红色线条为年龄等时线（上交点通常指地球年龄，一般为5 000 Ma左右），红色线条周围的圆圈（灰色填充的椭圆）为测定的同位素值，圆越大代表误差范围越大，MSWD为数据离散程度，一般要求小于2

Fig.5 U-Pb isotopic age concordant spectrum in the north slope area of central Sichuan Basin

表3 川中北斜坡地区团簇同位素固态重排模拟结果统计(平衡温度计算引自文献[24]; 现今埋藏温度的计算引自文献[33])

Table 3 Statistical table of simulation results of cluster isotope rearrangement in the north slope area of central Sichuan Basin(The equilibrium temperature was calculated by Ref.[24]; the calculation of current burial temperature was quoted from Ref.[33])

样品编号	产状	实测∆₄₇/‰	标准偏差	视平衡温度/℃	模拟∆₄₇初始值 /‰	模拟∆₄₇终值 /‰	现今埋藏温度 /℃	成岩T _∆47 /℃
102-7-1	围岩	0.528	0.021	90.11	0.695 1	0.528 1	153.00	21.26
102-5-1	围岩	0.520	0.018	94.74	0.660 2	0.521 1	153.00	32.42
101-6-1	细粉晶白云岩	0.493	0.014	111.78	0.587 6	0.493 2	161.53	60.35
101-4-1	细粉晶白云岩	0.491	0.004	113.14	0.582 6	0.491 0	161.44	62.58
103-6-1	细粉晶白云岩	0.470	0.022	128.34	0.540 9	0.474 6	161.44	83.00
101-4-2	叶片状白云岩	0.479	0.014	121.61	0.552 3	0.479 4	161.44	77.07
101-6-2	叶片状白云岩	0.495	0.023	110.44	0.607 3	0.495 0	161.53	52.04
101-18-3	鞍状白云岩	0.422	0.023	171.13	0.419 8	0.422 5	162.73	173.43
102-5-3	鞍状白云岩	0.420	0.019	173.22	0.416 7	0.420 5	162.73	176.79

3.2　恢复最大埋深温度

在进行团簇同位素固态重排模拟时，地层最大埋深温度对于∆₄₇值的演化具有非常显著的影响。前人对于川中地区灯影组地层的热演化已经进行了许多研究，针对目的层所经历的最大埋深温度，前人普遍认为大于200 ℃，但是目前尚无更准确的温度值。因此，在本文研究团簇同位素固态重排模拟的过程中，我们选用围岩样品的实测∆₄₇值对灯二段地层的最大埋深温度进行了模拟，成岩时间依据U—Pb定年的结果设定为547 Ma，结合前人对研究区热演化史的研究，假定围岩的成岩温度为20 ℃，以实验测定的∆₄₇值为限定条件，约束样品团簇同位素的演化过程（图6），最终得出最大埋深温度为216.5±5 ℃（5 ℃由实验误差得出）。

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图6 川中北斜坡地区灯二段地层最大埋深温度模拟

注： T _max为地层最大埋深温度，℃；曲线为某最大埋深温度下的∆₄₇平衡温度演化过程； T ₀为∆₄₇=0.528 ‰时的平衡温度，℃；白云岩∆₄₇一般在经历150 ℃及以上的温度时才会发生固态重排

Fig.6 Simulation map of maximum burial depth and temperature of second member of Dengying Formation in the north slope area of central Sichuan Basin

3.3　热演化史恢复及成藏过程分析

在前人以区域地质背景、各地层剥蚀厚度以及构造运动认识做出的北斜坡地区灯影组埋藏史研究的基础上^{1 1 马行陟.古老层系油气成藏过程与示踪研究.中国石油勘探开发研究院.内部资料，2021.}，笔者利用此次实验得出的年龄和温度数据，对灯影组二段的热演化史进行限定，得出目的层热演化史曲线（图7），在此基础上，结合流体包裹体均一温度（图3），对生烃史和成藏过程进行分析。

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图7 川中北斜坡地区灯二段热演化史及成藏史

Fig.7 Thermal evolution history map of the second member of Dengying Formation in the north slope area of central Sichuan Basin

3.3.1　震旦纪末到早寒武世

这个时期研究区处于加里东构造运动早期阶段，灯影组受到桐湾运动的影响，两度被抬升至地表，使得灯四段被剥蚀殆尽，灯三段仅剩余不足50 m。在该阶段，测得的年龄为580~514 Ma，成岩温度约为20~30 ℃，这表明灯二段在这个时期的埋深较浅，仅为数百米，因此，围岩类产状的白云岩可以代表准同生时期灯二段形成的白云岩，至于其是原生成因还是交代成因尚且无法确定^［34］。

3.3.2　晚寒武世到志留纪

晚寒武世到志留纪早期，灯影组基本处于稳定沉降阶段，地层温度逐渐上升，测得白云岩年龄为510~445 Ma，成岩温度为54~83 ℃，灯影组处于近地表的成岩环境，此时成岩流体环境较为封闭，在潮间带发生渗透回流白云岩化作用，最终形成了细粉晶白云岩^［35］。根据现今钻井资料显示，寒武系筇竹寺组烃源岩的埋深比取样段地层浅200~600 m左右，因此在约450~440 Ma时，筇竹寺组地层温度可达60 ℃，烃源岩达到生油门限。在志留纪末期，地层开始抬升，此时烃源岩层达到早期生油高峰。

3.3.3　泥盆纪到石炭纪

在加里东晚期，灯影组开始大幅抬升，本文研究表明抬升剥蚀的地层厚度可达1 200~1 400 m，是川中古隆起的主要形成阶段^［36］，抬升结束于石炭纪末期。该阶段测得的成岩时间为447~374 Ma，成岩温度为52~71 ℃，表明叶片状白云岩形成于抬升早期。随着地层逐渐抬升，地层温度逐渐下降，约在400~390 Ma时，筇竹寺组温度降至60 ℃以下，生烃作用逐渐停止。根据高平等对灯影组沥青的相关研究，可能有部分低熟原油在早期生油阶段充注到灯影组，在脱沥青作用下生成薄膜状沥青^［37］，但很遗憾，本文未能找到相应的流体包裹体证据。

3.3.4　二叠纪至早白垩世

自二叠纪开始，灯影组除印支期发生少量抬升外，基本处于稳定沉降过程，地层温度开始逐渐上升，约在280~270 Ma之间，筇竹寺组烃源岩再度达到生烃门限，开始生油，并在二叠纪末期逐渐充注到灯影组中，流体包裹体均一温度范围为105~125 ℃，发生了第一期油气充注，约为255~240 Ma，到侏罗纪末期，烃源岩处于生湿气阶段^［14］，对应的包裹体均一温度为180~190 ℃，即第二期油气充注，约为160~120 Ma，鞍状白云岩生成于该阶段^［38］。

3.3.5　白垩纪晚期至今

在白垩纪晚期，地层温度进一步升高，烃源岩进入生干气阶段，石英中捕获的包裹体均一温度约为210~220 ℃，时间约为80~40 Ma，此时灯影组进入最大埋深阶段，该阶段原油大规模裂解，残留的沥青充填于鞍状白云岩的孔隙中，即手标本和显微薄片中可见的团状沥青。

4 结论

（1）通过对U—Pb定年和团簇同位素实验结果的处理和分析，确定了泥晶、细粉晶、叶片状和鞍状白云岩成岩时间和成岩温度。

（2）以实测U—Pb同位素年龄和∆₄₇值为限定条件，通过∆₄₇固态重排模拟，对目的层所经历的最大埋深温度进行了模拟，得出灯二段所经历的最大埋深温度为216.5±5 ℃。

（3）根据不同产状白云岩的成岩时间和温度，对前人以区域地质背景、地层剥蚀量和构造演化为基础的热演化史进行了限定，并据此推断，早期少量生油时间约为445~395 Ma，晚期生油气时间约为275~115 Ma，裂解生气时间约为115~40 Ma，根据恢复出的热演化史和流体包裹体均一温度的测定，第一期成藏时间约为255~240 Ma，第二期油气充注约为160~120 Ma，第三期油气充注时间约为80~40 Ma。

脚注

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参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

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Highlights

0 引言

1 地质背景

图1 四川盆地构造带划分（a）［17］与川中北斜坡地区PT1井灯二段部分岩性柱状图（b）

2 样品与实验

2.1 样品情况

图2 川中北斜坡地区样品手标本照片及镜下薄片照片

图3 川中北斜坡地区流体包裹体均一温度测定

2.2 U—Pb定年实验方法

表1 川中北斜坡地区U—Pb定年实验参数

2.3 团簇同位素(∆47)实验方法

2.3.1 样品前处理

图4 川中北斜坡地区团簇同位素视平衡温度统计

2.3.2 重结晶和固态重排对∆47值的影响

3 结果与讨论

3.1 成岩时间与成岩温度恢复

表2 川中北斜坡地区U—Pb定年结果统计

图5 川中北斜坡地区U—Pb同位素年龄谐和谱图

表3 川中北斜坡地区团簇同位素固态重排模拟结果统计(平衡温度计算引自文献[24]; 现今埋藏温度的计算引自文献[33])

3.2 恢复最大埋深温度

图6 川中北斜坡地区灯二段地层最大埋深温度模拟

3.3 热演化史恢复及成藏过程分析

图7 川中北斜坡地区灯二段热演化史及成藏史

3.3.1 震旦纪末到早寒武世

3.3.2 晚寒武世到志留纪

3.3.3 泥盆纪到石炭纪

3.3.4 二叠纪至早白垩世

3.3.5 白垩纪晚期至今

4 结论

脚注

参考文献

图1 四川盆地构造带划分（a）^［17］与川中北斜坡地区PT1井灯二段部分岩性柱状图（b）

2.1　样品情况

2.2　U—Pb定年实验方法

2.3　团簇同位素(∆₄₇)实验方法

2.3.1　样品前处理

2.3.2　重结晶和固态重排对∆₄₇值的影响

3.1　成岩时间与成岩温度恢复

3.2　恢复最大埋深温度

3.3　热演化史恢复及成藏过程分析

3.3.1　震旦纪末到早寒武世

3.3.2　晚寒武世到志留纪

3.3.3　泥盆纪到石炭纪

3.3.4　二叠纪至早白垩世

3.3.5　白垩纪晚期至今