天然气地球科学 >

2023 , Vol. 34 >Issue 10: 1726 - 1738

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2023.05.010

天然气地质学

鄂尔多斯盆地靖边气田奥陶系马家沟组热液活动特征及油气地质意义

  • 马尚伟 , 1 ,
  • 魏丽 , 2 ,
  • 赵飞 1 ,
  • 张正涛 3 ,
  • 魏建设 1 ,
  • 王鹏 1 ,
  • 尹小龙 4 ,
  • 赵琳雁 5
展开
  • 1. 中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054
  • 2. 陕西省地质调查规划研究中心（陕西省地质勘查基金中心），陕西 西安 710068
  • 3. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710020
  • 4. 中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西 靖边 718500
  • 5. 西安石油大学陕西省油气成藏重点实验室/地球科学与工程学院，陕西 西安 710065
魏丽（1987-），女，安徽宿州人，博士，高级工程师，主要从事地质学研究.E-mail：.

马尚伟（1985-），男，甘肃武威人，博士，工程师，主要从事油气地质调查和地质学研究.E-mail：.

收稿日期: 2023-03-07

  修回日期: 2023-05-20

  网络出版日期: 2023-10-08

收起

Characteristics of hydrothermal activity and petroleum geological significance of the Ordovician Majiagou Formation in Jingbian Gas Field， Ordos Basin

  • Shangwei MA , 1 ,
  • Li WEI , 2 ,
  • Fei ZHAO 1 ,
  • Zhengtao ZHANG 3 ,
  • Jianshe WEI 1 ,
  • Peng WANG 1 ,
  • Xiaolong YIN 4 ,
  • Linyan ZHAO 5
Expand
  • 1. Xi'an Center of Geological Survey，China Geological Survey，Xi'an 710054，China
  • 2. Shaanxi Center of Geological Survey and Planning Research（Shaanxi Geological Exploration Fund Center），Xi'an 710068，China
  • 3. Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710020，China
  • 4. The First Gas Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company，Jingbian 718500，China
  • 5. Shaanxi Provincial Key Laboratory of Oil and Gas Accumulation/School of Earth Science and Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an 710065，China

Received date: 2023-03-07

  Revised date: 2023-05-20

  Online published: 2023-10-08

Supported by

The China Geological Survey Items(DD20230026)

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摘要

含油气盆地中热液流体对油气成藏的影响已经成为油气地质研究的热点。基于钻井岩心观察、岩石薄片鉴定、流体包裹体测温、碳氧同位素、元素地球化学及地层水分析等实验技术方法，分析鄂尔多斯盆地靖边气田马家沟组五段（马五段）碳酸盐岩储层中热液活动特征，探讨热液活动对油气的地质意义。结果表明：靖边气田马家沟组热液活动特征主要体现在热液黄铁矿充填溶孔、流体包裹体的均一温度异常增高、脉体方解石的碳氧同位素和天然气中H2S硫同位素均指示了高温热液异常、白云岩稀土元素显示明显的δEu正异常和δCe负异常，且样品全部分布在Ya/La—Yb/Ca交会图的热液成因区域，部分主量元素和微量元素因热液作用显著增加。地层水特征显示出多种地质因素综合作用的结果。因此推断深部热液流体通过基底断裂和古断裂上升，沿着马五段顶部不整合面和古断裂进入马家沟组。前期可对岩石中的不稳定组分进行溶蚀，形成大量的次生溶蚀孔洞，对储层起建设性作用。后期随着热液流体温度的降低及压力系统的改变，热液流体形成的黄铁矿、石英和方解石开始大量沉淀，充填溶蚀孔洞和裂缝，对储层起破坏性作用。

关键词： 热液活动; 碳酸盐岩; 马家沟组; 靖边气田; 鄂尔多斯盆地

本文引用格式

马尚伟 , 魏丽 , 赵飞 , 张正涛 , 魏建设 , 王鹏 , 尹小龙 , 赵琳雁 . 鄂尔多斯盆地靖边气田奥陶系马家沟组热液活动特征及油气地质意义[J]. 天然气地球科学, 2023 , 34(10) : 1726 -1738 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2023.05.010

Abstract

The influence of hydrothermal fluid on hydrocarbon accumulation has become a hot spot in the study of petroleum geology in petroliferous basins. Through drilling core observation， rock thin section identification， temperature measurement of fluid inclusions， carbon and oxygen isotopes， element geochemistry， formation water analysis and other experimental technical methods， the characteristics of hydrothermal activity in the carbonate reservoir of Majiagou Formation， Jingbian Gas Field， Ordos Basin are analyzed， and the geological significance of hydrothermal activity for oil and gas is discussed. The result shows that the characteristics of hydrothermal activity of Majiagou Formation in Jingbian Gas Field are mainly reflected in the hydrothermal pyrite filling dissolution pores， the abnormal increase of homogenization temperature of fluid inclusions， the carbon and oxygen isotopes of vein calcite and the H2S sulfur isotopes in natural gas indicate the high temperature hydrothermal anomaly， and the rare-earth elements in dolomite show obvious δEu positive anomaly and δCe negative anomaly， and all the samples are distributed in the hydrothermal origin region of Ya/La-Yb/Ca intersection diagram， and some major and trace elements are significantly increased due to hydrothermal action. The characteristics of formation water show the result of the comprehensive action of various geological factors. Therefore， it is inferred that the deep hydrothermal fluid rises through basement faults and paleofaults， and enter Majiagou Formation along the unconformity surface at the top of the Ma 5 Member and paleofaults. In the early stage， the unstable components in the rock can be dissolved， forming a large number of secondary dissolution pores， which plays a constructive role in the reservoir. In the later stage， with the decrease of the temperature and the change of the pressure system of the hydrothermal fluid， the pyrite， quartz and calcite formed by the hydrothermal fluid began to precipitate in a large amount， filling dissolution pores and fractures， which played a destructive role in the reservoir.

Key words： Hydrothermal activity; Carbonate rock; Majiagou Formation; Jingbian Gas Field; Ordos Basin

0 引言

随着我国多个沉积盆地中热液流体作用的发现，热液活动对油气成藏的影响已经成为目前油气地质学研究的热点之一［1］。含油气盆地中热液流体主要是岩浆活动的产物［2］。岩浆活动不仅可以造成围岩较为强烈的变质和变形，而且将带来大量的热量，并伴随异常高的地温梯度，它们对油气的生成、运移、聚集以及油气藏的形成与保存都有明显的影响［2］。鄂尔多斯盆地油气资源丰富。YOU等［3］对鄂尔多斯盆地南缘三叠系延长组7段（长7段）烃源岩中的低温热液活动进行研究，建立了鄂尔多斯盆地南部三叠系长7段热液烟囱的模式图，并认为热液活动不仅提供了热能促进了烃类的成熟，而且促进藻类的繁殖，形成优质烃源岩。侯云东等［4］对鄂尔多斯盆地南部上古生界二叠系石盒子组的多口探井中火山侵入岩进行了研究。覃小丽等［5］研究认为鄂尔多斯盆地东部上古生界储层经历了热液蚀变作用。王玉萍等［6］从岩石学角度研究了鄂尔多斯盆地中西部奥陶纪热液活动的证据及对储层发育的影响。以上研究表明，鄂尔多斯盆地多个地区的地层不同程度地受到了热液作用的改造。
鄂尔多斯盆地北部靖边气田累计探明天然气地质储量达4 193.41×108m3［7］，魏丽等［8］在靖边气田奥陶系马家沟组白云岩成因分析中发现，白云岩经历了中等强度的热液改造作用，但针对热液活动的相关证据和特征研究较为缺乏。本文以鄂尔多斯盆地靖边气田奥陶系马家沟组五段（马五段）碳酸盐岩为研究对象，通过岩石薄片鉴定、流体包裹体均一温度、碳氧同位素、稀土元素及主微量元素等研究方法，重点分析奥陶系马五段热液活动的特征，在此基础上探讨热液活动对油气成藏的地质意义，为鄂尔多斯盆地碳酸盐岩储层油气勘探开发提供借鉴。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地是在华北地台基础上发展起来的一个多旋回的叠合含油气盆地［9］，按构造形态可划分为伊盟隆起、伊陕斜坡、渭北隆起、晋西挠摺带、天环坳陷和西缘逆冲带6个一级构造单元［图1（a）］。靖边气田位于鄂尔多斯盆地中北部，区域构造位于伊陕斜坡北部（图1）。研究区古生代主要经历了早古生代浅海台地和晚古生代克拉通内陆盆地2个演化阶段，其中，马家沟组沉积时期，鄂尔多斯盆地开始了大规模的海侵，遍布浅水碳酸盐岩沉积，在内部坳陷区形成了大套的蒸发岩，在外侧发育开阔海台地的厚层碳酸盐岩沉积［8，10］。晚奥陶世，受加里东运动晚期区域性构造抬升，鄂尔多斯盆地主体隆升为陆经历了130~150 Ma风化剥蚀，形成统一古陆［10-11］。
图1 研究区区域位置（a）及采样井位（b）（据文献［8］修改）

Fig.1 Study area location （a） and sampling well location （b）（modified from Ref.［8］）

研究区下奥陶统发育冶里组和亮甲山组，中奥陶统发育马家沟组。马家沟组自下而上可划分为马一段—马六段6个岩性段，其中马五段自上而下又分为马五1亚段—马五10亚段。马五1亚段、马五3亚段和马五5亚段为海退期沉积，岩性以白云岩、泥岩及膏盐类为主；马五2亚段、马五4亚段和马五6亚段为海侵期，岩性以泥晶灰岩为主［12］。

2 实验样品和方法

本文研究中的实验分析样品全部来自靖边气田马家沟组的钻井岩心［井位分布见图1（b）］，层位来自马五1亚段、马五2亚段和马五4亚段，岩性主要为细粉晶白云岩和泥晶白云岩，样品深度介于3 044.9~3 523.36 m之间。
流体包裹体观察使用的显微镜为德国LEICA公司的DMRXHC型偏光显微镜，本文选择研究区马五段19个方解石脉体中的盐水包裹体进行均一温度测定，其中，马五1亚段样品7个，马五2亚段样品5个，马五4亚段样品7个。测试在西北大学大陆动力学重点实验室LINKAMTHMS600型冷热台完成，实验误差为±0.2 ℃。
碳、氧同位素测试数据据文献［8］，共39个样品，其中，白云岩样品32个（马五1亚段样品16个，马五2亚段样品5个，马五4亚段样品11个），脉体方解石样品7个。测试仪器为中国科学院地质与地球物理研究所Gas Bench与MAT253同位素比值质谱仪在线测定，测试精度≤0.2‰。
主、微量元素测试在西北大学大陆动力学重点实验室完成，共35个样品，其中，马五1亚段样品16个，马五2亚段样品9个，马五4亚段样品10个。主量元素测试仪器为日本理学公司RIX2100扫描型全自动X射线荧光光谱仪，采用玻璃熔片法，精度优于2%。微量元素测量仪器为美国Perkin Elmer公司生产的Elan6100DRC型电感耦合等离子体质谱仪，测试相对误差<5%。

3 热液活动分布特征

3.1　岩石学特征

碳酸盐岩受热液作用后，在岩石学、矿物学等方面表现出相应的特征，最直观的岩石学特征来源于钻井取心和野外露头。目前在研究区内暂无钻井发现火山岩，但在研究区北部杭锦旗黑石头沟的下白垩统砂岩之上发现碱性橄榄玄武岩，在伊盟隆起伊12井下白垩统泾川组见玄武岩侵入，充分证明了鄂尔多斯盆地北部构造—岩浆的热事件发生［13-14］。该热事件使得深部热液流体沿基底大断裂向上运移，在古生界和中生界不同地层发生热源交换，形成比其他地区较高的热流值和高地温梯度特征。研究区马家沟组岩心中发现有大量的交织和不规则状的张性构造裂缝，被方解石充填，形成热液方解石脉体［图2（a）］。角砾状构造在热液白云岩储层中普遍存在［15］，研究区马家沟组发育的不规则状且被方解石充填的张性裂缝将白云岩切割成大小不等的角砾状，形成角砾状构造［图2（b）］。同时，在构造破裂的基础上，深部热流上涌，热液流体侵入到围岩中，围岩在热液流体作用下出现了破碎并发生了明显的塑性拉伸构造［图2（c）］。在鄂尔多斯盆地南部龙门乡一带热液流体作用现象更为明显，在香1井、龙2井的石盒子组和山西组中钻遇了侵入岩夹层，在其与上部泥岩接触带上出现了明显的烘烤塑性变形拉伸构造，泥岩在热催化作用下颜色也出现了明显的变黑现象［图2（d）］，这种现象与上下其他泥岩颜色明显不同。在侵入岩与下部泥岩接触带上还出现了因高温高压作用发生密集的碎裂缝，在碎裂缝中沉淀了热液矿物［图2（e）］，甚至在部分侵入岩中发育热液溶蚀孔洞［图2（f）］。
图2 鄂尔多斯盆地靖边气田马家沟组五段热液活动的岩石学与矿物组合特征

（a）不规则张性构造裂缝，被方解石充填，岩心，召54井，3 290.1 m；（b）白云岩中角砾状构造，岩心，陕50井，3 448.5 m；（c）白云岩中塑性拉伸构造，岩心，桃36井，3 292.75 m；（d）泥岩与侵入岩接触带，岩心，香1井，1 961.79 m；（e）不规则的碎裂缝，被热液矿物充填，岩心，香1井，1 964.72 m；（f）热液溶蚀孔洞，岩心，香1井，1 963.1 5 m；（g）零星分布的黄铁矿、黄铁矿和方解石共生充填溶孔，铸体薄片，陕52井，3 341.0 m；（h）溶缝中充填黄铁矿，岩心，桃36井，3 225.1 m；（i）黄铁矿、石英、方解石共生，铸体薄片，苏19井，3 523.36 m

Fig.2 Petrology and mineral association characteristics of hydrothermal activity in the 5th member of Majiagou Formation， Jingbian Gas Field， Ordos Basin

3.2　矿物组合特征

通过岩心观察和岩石薄片鉴定认为，研究区马家沟组热液活动相关的矿物主要包括黄铁矿、微晶石英、方解石等。黄铁矿是地壳中最常见的一种硫化物矿物，它既可以产生于低温成岩环境，也可产生于热液环境［16］。沉积成因的黄铁矿颗粒小，常呈草莓状、聚莓状［6，17］。在热液矿床中，黄铁矿可与各种硫化物、氧化物共生，有的聚集成较大的斑块，有的呈脉体分布［6］。研究区马五段中黄铁矿的分布有2种模式：一种是黄铁矿颗粒较小，呈零星状分布在溶孔中［图2（g）］，多为沉积成因；另一种呈集合体斑块状分布于溶孔和裂缝中［图2（h），图2（i）］，为热液成因。研究区最典型的热液矿物组合主要有2种：一种为方解石+黄铁矿［图2（g）］，方解石和黄铁矿共生，充填溶孔；另一种为微晶石英+方解石+黄铁矿［图2（i）］，溶孔中黄铁矿多与方解石、石英共生充填溶孔，从产状关系来看，黄铁矿的形成早于方解石和石英。

3.3　流体包裹体温度指示的热液活动

流体包裹体能够在矿物生长过程中捕获代表成岩环境的古流体，它记录了流体在岩石中的古温度、古压力、古流体成分等一系列的地质地球化学信息［18-19］，流体包裹体的均一温度可有效反映烃源岩的演化程度和成熟度，也可作为热流体活动的直接证据［20］。研究区马五段方解石脉体中的盐水包裹体均一温度测试结果表明，鄂尔多斯盆地靖边气田马五段中包裹体均一温度主要分布在60~230 ℃之间［图3（a）］。根据埋藏史和热史模拟，研究区奥陶系油气充注主要集中在早侏罗世中晚期（120~150 ℃）和早白垩世中晚期（150~180 ℃），最大埋深为4 550 m和最高温度为170 ℃［21］。但流体包裹体的均一温度测试结果中，有45个均一温度值大于奥陶系经历的最高温度180 ℃，且占总包裹体均一温度的17.5%，间接反映了成岩作用过程中脉体方解石的形成经历了深部热液活动的地质记录。进一步分析，盐水包裹体的均一温度与盐度相关性可反映成岩环境及成岩孔隙水的演化，盐度随着均一温度的升高而升高。从研究区盐水包裹体均一温度—盐度相关性图［图3（b）］可以看出，随着成岩环境的由浅变深，流体由低盐度的孔隙水向高盐度的孔隙水演化，主要经历了浅埋藏海水流体→中埋藏较高温、中高盐度的含烃流体→深埋藏高温、高盐度的含烃流体→深部热液4期演化［21］。盐度值大于20%的数据反映深部热液流体的高温、高盐度特征。
图3 靖边气田马五段盐水包裹体均一温度分布（a）和盐度分布（b）（据文献［21］）

Fig.3 Homogeneous temperature distribution（a） and salinity distribution（b） diagram of brine inclusion in the 5th member of Majiagou Formation， Jingbian Gas Field （according to Ref.［21］）

3.4　碳、氧、硫同位素指示热液异常

地球不同圈层不同来源的流体挥发份具有明显的同位素组成差异，幔源CO2的δ13C值为-8‰~-4‰，碳酸盐热分解形成CO2的δ13C值为-3‰~3‰［22］，大气中CO2的δ13C值为-7‰左右，而与有机质脱羧有关的有机碳δ13C值为-30‰~-10‰［20，23］。
靖边气田奥陶系马五段白云岩δ13C值主要分布在-2‰~2‰之间，δ18O值主要分布在-5‰~-10‰之间，为碳酸盐热分解成因，3个样品δ13C值分布在-3‰~-8‰之间，可能混染了幔源热液成分。方解石脉体样品δ13C值分布在-3.4‰~-7.3‰之间，δ18O值主要分布在-10‰~-15‰之间，为典型的幔源成因。而由图4（a）显示［8］，白云岩样品和脉体方解石样品全部落在高温白云岩区域，且脉体方解石形成的温度明显高于白云岩，具有岩浆热液成因。图4（b）图版显示［24-25］，白云岩样品大多数落在海水盐度溶液淀积成因区域，3个样品δ13C值落在低温热液淀积到高温岩浆热液淀积之间成因区域，但脉体方解石的δ13C值全部落在低温热液与高温岩浆热液之间。2个图版表明，马家沟组马五段白云岩（或少部分）受到了热液改造作用，方解石脉体来源于中—高温岩浆热液成因。
图4 靖边气田马家沟组五段碳酸盐岩成因图版

（a）δ18O与高低温白云石对比图（图版据文献［28］）；（b）δ13C—δ18O碳酸盐岩成因分析图（图版据文献［25］）

Fig.4 Chart of carbonate rock genetic in the 5th member of Majiagou Formation in the Jingbian Gas Field

前人［26-27］在研究区相邻的马家沟组气藏研究中发现，在TA38井、JT1井和T75井中天然气的H2S含量达到了9.0%~23.2%，H2S中硫同位素分布在22.0‰~24.0‰之间，其成因显示为硫酸盐热化学还原反应（TSR），该反应发生的条件除了奥陶系的膏盐层、充足的气源等条件外，还必须具备较高的古地温，其形成温度一般大于150 ℃，温度越高，TSR反应越强；吴小力等［27］在鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组硫化氢成因的研究中表明，Tao112井硫化氢形成的温度在160~220 ℃之间，这与研究区流体包裹体过高的均一温度主要由热液活动所致的结果一致。

3.5　稀土元素及微量元素指示热液异常特征

前人［29-30］研究认为，受热液作用影响，白云岩会出现Eu正异常。也有学者研究认为Eu的正异常通常反映了热液影响或是与还原环境有关［31］，δCe一般反映沉积环境的氧化还原条件，通常δCe>1为正异常，反映还原环境；δCe<0.95为负异常，表示偏氧化环境［31］。
从稀土元素配分模式［图5（a）］可知，δEu值介于1.02~1.81之间，平均值为1.43，呈明显的正异常，δCe值介于0.86~1.01之间，平均值为0.93，显示流体环境主要为氧化环境，这就表明了白云岩后期经历了强烈的热液改造［32-33］。Eu与其他稀土元素常表现为+3价，当热液流体交代白云岩时，一方面Eu2+会替换白云岩中的Ga2+，另一方面当流体具有极端还原和中碱性的性质时，Eu3+被还原为Eu2+，而Eu2+的稳定存在需要流体的温度超过250 ℃，因此Eu2+常在热液流体中富集［34］。同时5个样品的稀土元素总含量（ΣREE）超过30×10-6，样品的孔隙中充填了黄铁矿和热液矿物特征的硅质组分，也证明了白云岩经历了热液活动的改造［8，33］。
图5 靖边气田马家沟组五段白云岩稀土元素配分模式和微量元素相关关系

（a）白云岩样品稀土元素配分模式图；（b）白云岩样品Yb/La—Yb/Ca交会图；（c）白云岩中微量元素对比直方图；

（d）白云岩样品Y—Eu相关关系图；（e）白云岩样品Pb—Th相关关系图；（f）白云岩样品Th—U相关关系图

Fig.5 Distribution pattern diagram of REE and correlation diagram of trace element of dolomite in the 5th member of Majiagou Formation， Jingbian Gas Field

根据前人研究，岩浆成因的“碳酸岩”与沉积成因的“碳酸盐岩”往往在Ya/La—Yb/Ca交会图中具有不同的分布范围，岩浆成因的碳酸岩的Yb/Ca值与Ya/La值往往都大于10-4，热液成因的方解石Yb/Ca值主要分布在10-6~10-5之间［31］。因此，碳酸岩和热液方解石区域反映热液成因的分布区域［图5（b）］。35个白云岩样品全部落入Ya/La—Yb/Ca交会图的热液成因分布区域，说明白云岩受到了热液的改造作用。Mn/Sr值反映了成岩环境改造的强度，一般Mn/Sr>2表明受到中等或强的改造作用。为更好地反映成岩改造较强作用，将Mn/Sr>3的样品挑选出来，发现这些样品的薄片中普遍发育热液成因的黄铁矿，且δEu值相对较高，和热液作用相吻合［图5（a）］。因此将受到热液作用较强的这部分样品和其他样品区分，绘制Ya/La—Yb/Ca交会图，发现受热液作用较强的样品位于热液成因区域的上部，且有4个样品落入到岩浆成因的碳酸岩区域，说明这些样品成岩作用的热液流体的参与程度较高。其他样品位于热液成因区域的下方，受到热液作用的改造，但改造程度相对较小［图5（b）］。
前人研究也认为，Th、U、Y、Pb、Rb、Bi等元素含量会因热液作用的影响而显著增加［30，35］。因此，将受热液作用影响较强的样品和受热液作用影响相对较弱的样品对比分析，受热液作用影响较强的样品中Rb的平均含量为4.3×10-6，是受热液作用影响相对较弱样品的3.5倍；Y的平均含量为3.8×10-6，是受热液作用影响相对较弱样品的2.4倍；Pb的平均含量为1.34×10-6，是受热液作用影响相对较弱样品的1.7倍；Th的平均含量为0.92×10-6，是受热液作用影响相对较弱样品的3.3倍；U的平均含量为0.81×10-6，是受热液作用影响相对较弱样品的1.3倍［图5（c）］。将受热液作用影响较强的元素通过相关性分析，发现Y与Eu、Pb与Th、Th与U的相关性较好［图5（d），图5（e），图5（f）］，其他元素相关性较差（数据见表1）。
表1 靖边气田马家沟组五段碳酸盐岩稀土元素及微量元素数据 (10-6)

Table 1 Data sheet of REE and trace element in the 5th member of Majiagou Formation in the Jingbian Gas Field

井号 层位 深度/m Rb Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Pb Th U
X9 马五4 3 295.27 6.452 4.770 4.543 10.179 1.252 5.165 1.206 0.243 1.038 0.152 0.858 0.160 0.419 0.056 0.359 0.051 1.247 1.215 1.019
X17 马五2 3 147 7.027 3.670 12.188 16.479 1.746 5.839 1.088 0.171 0.922 0.120 0.670 0.123 0.344 0.050 0.328 0.049 2.703 2.683 1.924
X15 马五1 3 222.3 8.406 3.407 3.902 8.106 0.929 3.590 0.751 0.148 0.708 0.105 0.602 0.119 0.330 0.045 0.307 0.046 1.232 1.447 0.999
X11 马五4 3 185.2 0.493 2.430 0.737 2.261 0.365 1.839 0.529 0.122 0.523 0.077 0.410 0.074 0.182 0.025 0.129 0.018 0.428 0.088 0.450
X26 马五2 3 518.4 1.061 2.953 1.946 3.915 0.550 2.514 0.722 0.150 0.673 0.089 0.488 0.086 0.215 0.028 0.166 0.025 0.798 0.234 0.280
X26 马五2 3 521.5 4.160 6.235 5.169 12.257 1.497 6.023 1.424 0.235 1.210 0.192 1.077 0.206 0.568 0.084 0.538 0.079 0.621 1.599 1.584
X20 马五1 3 325 2.095 2.839 2.502 6.204 0.769 3.081 0.673 0.119 0.589 0.089 0.502 0.097 0.252 0.036 0.219 0.032 0.457 0.562 0.637
X21 马五1 3 093 0.449 1.957 1.250 2.979 0.434 2.066 0.579 0.118 0.511 0.068 0.348 0.057 0.134 0.018 0.107 0.014 0.547 0.173 0.237
X19 马五1 3 137 1.456 3.756 6.436 10.789 1.433 5.281 1.003 0.138 0.869 0.116 0.616 0.115 0.309 0.046 0.312 0.049 0.960 0.412 0.217
X18 马五1 3 523.36 1.829 3.979 2.743 6.329 0.828 3.545 1.016 0.205 0.919 0.141 0.746 0.133 0.338 0.049 0.291 0.042 0.971 0.417 0.419
X23 马五2 3 459.48 4.826 2.970 2.683 5.560 0.665 2.636 0.675 0.146 0.658 0.093 0.492 0.091 0.227 0.032 0.197 0.027 0.890 0.796 0.743
X4 马五1 3 242.98 1.832 3.987 17.813 31.896 3.060 9.789 1.356 0.204 1.159 0.134 0.663 0.117 0.311 0.045 0.296 0.046 1.071 0.619 1.394
X12 马五1 3 098.7 3.937 3.312 3.460 7.484 0.914 3.831 0.911 0.194 0.812 0.104 0.582 0.108 0.287 0.040 0.252 0.036 1.748 1.243 0.752
X7 马五1 3 166.5 8.074 3.757 3.769 7.930 0.954 3.718 0.795 0.151 0.734 0.111 0.644 0.128 0.342 0.050 0.317 0.048 1.434 1.523 0.967
X1 马五4 3 286.83 5.907 3.825 3.245 7.033 0.910 3.752 0.892 0.166 0.793 0.118 0.681 0.130 0.339 0.048 0.289 0.043 1.032 1.063 0.733
X27 马五4 3 213 10.78 6.923 6.461 20.685 3.199 14.31 3.061 0.568 2.311 0.271 1.284 0.213 0.506 0.066 0.402 0.052 5.304 0.638 0.574
X8 马五2 3 376.4 1.105 2.075 1.242 3.006 0.404 1.766 0.497 0.103 0.461 0.066 0.335 0.065 0.155 0.021 0.124 0.017 0.652 0.316 0.972
X4 马五1 3 228.38 0.607 1.641 0.953 2.362 0.330 1.479 0.403 0.087 0.393 0.057 0.331 0.060 0.154 0.023 0.132 0.020 0.462 0.229 0.437
X2 马五2 3 384.72 1.152 2.028 1.158 2.577 0.352 1.676 0.492 0.099 0.413 0.064 0.354 0.065 0.168 0.023 0.148 0.022 1.240 0.163 0.228
X27 马五1 3 167.7 0.589 1.426 1.557 3.561 0.488 1.970 0.444 0.087 0.381 0.051 0.257 0.042 0.106 0.015 0.084 0.013 3.040 0.188 0.278
X6 马五2 3 044.9 2.093 1.903 1.793 4.013 0.533 2.305 0.566 0.095 0.458 0.062 0.341 0.058 0.146 0.021 0.129 0.018 0.532 0.419 0.465
X9 马五1 3 237.6 0.627 1.532 1.067 2.812 0.391 1.745 0.407 0.088 0.354 0.049 0.252 0.047 0.121 0.016 0.093 0.014 0.456 0.242 0.322
X14 马五4 3 365.6 0.903 1.691 1.014 2.470 0.342 1.591 0.403 0.083 0.368 0.052 0.279 0.051 0.120 0.015 0.084 0.012 0.391 0.175 0.622
X5 马五4 3 091.3 1.625 1.945 1.211 2.951 0.411 1.856 0.451 0.085 0.396 0.063 0.337 0.061 0.160 0.022 0.124 0.018 1.130 0.364 0.581
X22 马五1 3 249.6 1.454 1.955 1.444 3.136 0.405 1.785 0.420 0.086 0.402 0.059 0.338 0.063 0.154 0.021 0.125 0.018 1.339 0.453 0.919
X16 马五1 3 327.7 1.679 1.976 1.215 2.778 0.390 1.688 0.426 0.092 0.397 0.059 0.328 0.064 0.168 0.023 0.138 0.021 0.437 0.383 0.362
X14 马五1 3 315.3 1.236 1.731 1.285 2.755 0.357 1.502 0.337 0.071 0.321 0.049 0.280 0.054 0.146 0.020 0.123 0.018 1.054 0.439 0.707
X10 马五1 3 397.2 1.547 1.516 1.637 3.070 0.366 1.535 0.340 0.068 0.328 0.041 0.212 0.042 0.109 0.015 0.090 0.014 0.454 0.325 0.318
X11 马五4 3 149 1.642 1.222 1.285 2.661 0.348 1.528 0.350 0.063 0.303 0.039 0.201 0.038 0.093 0.013 0.076 0.012 0.445 0.307 0.689
X25 马五2 3 361 0.387 1.649 2.114 4.693 0.574 2.248 0.459 0.079 0.385 0.053 0.271 0.047 0.117 0.016 0.094 0.014 0.549 0.144 0.420
X25 马五4 3 398.5 2.008 1.594 1.086 2.468 0.338 1.508 0.387 0.078 0.351 0.051 0.274 0.048 0.131 0.018 0.107 0.015 0.539 0.368 1.213
X24 马五2 3 428.2 2.540 1.285 1.935 3.732 0.445 1.784 0.415 0.075 0.350 0.043 0.215 0.041 0.098 0.013 0.078 0.012 1.099 0.464 1.423
X21 马五1 3 342.1 0.683 0.964 1.583 3.158 0.381 1.482 0.306 0.052 0.256 0.035 0.176 0.030 0.072 0.010 0.056 0.009 0.660 0.139 0.263
X13 马五4 3 488.7 0.790 1.117 0.504 1.349 0.215 1.043 0.304 0.070 0.255 0.038 0.215 0.038 0.100 0.014 0.080 0.011 0.263 0.149 0.791
X3 马五4 3 294.99 0.752 1.294 0.651 1.617 0.236 1.099 0.286 0.074 0.272 0.039 0.232 0.043 0.103 0.016 0.084 0.012 0.233 0.105 0.623

3.6　主量元素指示热液异常特征

研究区白云岩中CaO含量介于28.11%~36.78%之间，平均值为31.45%，MgO含量介于12.75%~21.72%之间，平均值为19.42%，CaO含量高于白云石的标准计量，MgO含量低于白云石的标准计量（CaO=30.39%，MgO=21.87%）。将受热液作用影响较强的样品和受热液作用影响相对较弱的样品对比分析，受热液作用影响较强的样品具有较高的SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O和低的MgO含量，受热液作用影响较强的样品中SiO2的平均含量为3.53%，是受热液作用影响相对较弱样品的5.4倍，Al2O3的平均含量为0.74%，是受热液作用影响相对较弱样品的3.5倍，Fe2O3的平均含量为0.81%，是受热液作用影响相对较弱样品的1.4倍，K2O的平均含量为0.16%，是受热液作用影响相对较弱样品的3.2倍。受热液作用影响较强的样品中MgO的平均含量为18.45%，受热液作用影响相对较弱的样品中MgO的平均含量为20.24%。

3.7　地层水高盐度异常

热液流体作为一种沉积盆地深部流体，通常都是具有超高盐度的卤水，其组分通常为MgCl2—CaCl2—NaCl—H2O型流体，且大部分热液卤水的盐度是现代海水盐度的3倍以上，有的甚至高达8倍以上［36］。高矿化度地层水的出现常伴随着膏盐岩层或者热液流体活动，常会使地层水矿化度超过100 g/L［37-38］。
研究区马五段地层水的矿化度分布在52.3~431.9 g/L之间，平均值达到了132.8 g/L，是现代海水盐度（35 g/L）的3.8倍，最大矿化度是现代海水盐度的12.3倍，可能有热液活动的参与。研究区马五段地层水的钠氯系数（ r N a + / r C l -）分布在0.09~0.53之间，平均值为0.26，表明奥陶系地层水处于还原环境，没有受到表层水的渗入［21］。氯镁系数（ r C l - / r M g 2 +）平均值为38.2，说明研究区马家沟组地层水是高变质、高浓缩卤水。靖边气田马家沟组地层水中离子浓度大小依次为：Cl->Ca2+>（K++Na+）>Mg2+>SO4 2->HCO3 -，这种离子浓度大小关系可能是地层水在埋藏演化过程中受到水岩、热液流体活动等多种地质因素综合作用的结果［21］。

4 热液活动对油气地质意义

鄂尔多斯盆地从早古生代到中生代侏罗纪热流均值为55~60 mW/m2，早白垩世晚期达到最高约90 mW/m2，且热流值超过70 mW/m2的热时间持续70 Ma［39］，这与早白垩世中晚期奥陶系油气充注的时间和深部热液活动记录相吻合，说明鄂尔多斯盆地在早白垩世中晚期经历了异常热事件。奥陶系热液来源主要分布在周边的断裂附近或者基底古断裂之上，通过分析对流型热液系统，热液沿着微裂缝和疏导体侧向对流或扩散对储层形成重要的影响［40］。在研究区西部天环坳陷接近西缘逆冲带，即马家滩—盐池一带，构造断裂发育并与基底相连通［39］，在靖边气田东部榆林地区发育近南北向的构造大断裂，也有学者绘制了鄂尔多斯盆地奥陶系构造与热岩溶平面分布图［40］和热岩溶模式图［41］［图6（a）］，同时在奥陶系中发育铅锌矿脉和方解石脉等典型热液脉体［40］，充分证明奥陶系发生的热液活动与深部基底断裂活动或古断裂有关。
图6 靖边气田马五段埋藏期热液岩溶模式［（a）， 据文献［41］修改］及方解石脉体成因分析［（b），图版据文献［21］］

Fig.6 Thermal rock solution pattern during burial period［（a），modified from Ref.［41］］and genetic analysis diagram of calcite vein［（b），plate from Ref.［21］］ in the 5th Member of Majiagou Formation， Jingbian Gas Field

结合本文研究实际，研究区奥陶系马五段进入深部埋藏阶段，在早白垩世中晚期，发生了构造异常热事件，深部热液流体通过基底大断裂或古断裂上升到达奥陶系，一部分热液流体沿着马五段顶部不整合面发生侧向运移或扩散，另一部分沿古断裂直接进入马家沟组。因深部热液流体往往具有高温、酸性特征，沿不整合面侧向运移的热液流体直接对附近的地层进行改造，如马五1亚段和马五2亚段；沿古断裂进入的热液流体对其围岩进行改造，如马五4亚段。这些热液流体前期可对岩石中的不稳定组分进行溶蚀，形成大量的次生溶蚀孔洞，对储层起建设性作用。后期随着热液流体温度的降低及压力系统的改变，溶解在流体的气体逸出，热液流体由酸性逐渐向碱性过渡，流体中的一些矿物如铅、锌等开始分解，与水中的硫离子结合生成少量的金属硫化物，如黄铁矿，与石英和方解石共生，大多数充填在白云岩的溶蚀孔洞和裂缝当中，降低了储层的孔隙度；同时热液流体中方解石开始大量沉淀，不但充填裂缝，形成方解石脉体堵塞裂缝，而且还充填溶蚀孔，对储层起破坏性作用，这些热液方解石在阴极发光下呈现出桔红色。根据碳酸盐岩成因图版分析［图6（b）］，脉体方解石的碳氧同位素落在Ⅲ区与有机酸脱羧基作用有关的碳酸盐范围内，说明脉体方解石形成于烃源岩排烃之后的中—深埋藏阶段［8］，即热液流体活动形成于油气充注之后，对油藏起破坏性作用。流体包裹体均一温度超过180 ℃的10个样品的岩心也证明了这观点，5个岩心样品裂缝被方解石脉体充填，4个岩心样品的溶孔和膏模孔被灰白色物质或黑色物质充填，其孔隙度较小，综上所述热液流体作用对储层和油气成藏破坏极大。
从热液活动强度分布来看，马五1亚段、马五2亚段和马五4亚段都受到热液活动作用影响，受热液作用影响较强的16个样品中，马五1亚段样品占50%，马五2亚段和马五4亚段各占25%。从热液方解石脉体分布来看，马五1亚段、马五2亚段和马五4亚段的岩心中均含有大量的方解石脉体，本文中7个方解石脉体的样品中方解石脉体宽度约为3~5 cm，马五1亚段样品2个，马五2亚段样品2个，马五4亚段样品3个。从成岩环境改造强度来看，马五1亚段16个样品的Mn/Sr平均值为3.39，马五2亚段的9个样品Mn/Sr平均值为3.74，马五4亚段的10个样品的Mn/Sr平均值为0.92，说明马五1亚段和马五2亚段白云岩储层受到热液改造作用影响可能强于马五4亚段。从地层水矿化度来看，马五1亚段地层水平均矿化度为151.3 g/L，马五2亚段地层水平均矿化度为103.7 g/L，马五4亚段地层水平均矿化度为115.3 g/L，马五1亚段地层水矿化度大于马五2亚段和马五4亚段。
从物性分析对比来看，马五1亚段和马五2亚段的孔隙度主要分布在0%~5%之间，而大于5%的孔隙度样品中马五4亚段占比较高［图7（a）］；从渗透率来看，马五1亚段和马五2亚段的渗透率主要分布在（0.001~1）×10-3 µm2之间，大于0.1×10-3 µm2的样品中马五4亚段占比同样较高［图7（b）］，说明马五4亚段的物性整体好于马五1亚段和马五2亚段。
图7 靖边气田马五段白云岩物性特征（据文献［21］）

（a）孔隙度分布直方图；（b）渗透率分布直方图

Fig.7 Physical characteristics of dolomite in the 5th member of Majiagou Formation，Jingbian Gas Field （according to Ref.［21］）

综上所述，研究区马五1亚段和马五2亚段可能受到热液作用影响强度较大，马五4亚段受到热液作用影响强度相对较弱。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地靖边气田马家沟组经历了热液活动作用，主要体现在热液黄铁矿充填溶孔、流体包裹体的均一温度异常增高、脉体方解石的δ13C、天然气中H2S中硫同位素均指示了中—高温岩浆热液成因、白云岩稀土元素显示明显的δEu正异常和δCe负异常，表明白云岩经历了热液活动的改造作用，且样品全部分布在Ya/La—Yb/Ca交会图的热液成因区域。
（2）鄂尔多斯盆地靖边气田马家沟组受到热液活动作用影响，深部热液流体主要通过基底断裂和古断裂上升，沿着马五段顶部不整合面和古断裂进入马家沟组，对其直接接触的地层进行了热液作用，前期可对岩石中的不稳定组分进行溶蚀，形成大量的次生溶蚀孔洞，对储层起建设性作用。到后期随着热液流体温度的降低及压力系统的改变，开始形成大量的黄铁矿、石英和方解石沉淀，充填溶蚀孔洞和裂缝，对储层起破坏性作用。

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