松辽盆地北部深层一种罕见的矿物交代蚀变现象.pdf

收稿日期 2005鄄09鄄19 作者简介 李摇 茹1966-, 女, 安徽利辛人, 技师, 从事岩石矿物鉴定工作。 摇 摇 文章编号 1000鄄3754 2007 01鄄0032鄄03 松辽盆地北部深层一种罕见的 矿物交代蚀变现象 李摇 茹, 张民志, 沈光正, 杨连华 大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院, 黑龙江 大庆摇 163712 摘要通过单矿物提取获得了松辽盆地北部深层砾岩层高碱砾石中的一种光性特殊的矿物颗粒样品, 通过对样品的能谱、 扫描电镜、 普通光学显微镜分析结果的深入研究, 发现了一种罕见的闪石类矿物 富镁亚铁钠闪石。 富镁亚铁钠闪石由榍石次生蚀变而来, 是一种罕见的矿物交代蚀变现象, 即榍 石的钠铁闪石化, 此现象对深层裂缝发育的砾岩带的储层演化研究有很大的意义。 关键词榍石; 钠铁闪石; 富镁亚铁钠闪石; 碱交代; 松辽盆地 中图分类号TE135摇 摇 摇文献标识码A An unusual mineral metasomatic alteration phenomenon in north deep Songliao Basin LI Ru, ZHANG Min鄄zhi, SHEN Guang鄄zheng, YANG Lian鄄hua Exploration and Development Research Institute, Daqing Oilfield Company Ltd. , Daqing 163712, China Abstract Through monomineral extraction, a mineral particle sample with special optic characteristic is obtained in highly basic gravel in deep boulder layer in north Songliao Basin. Through detailed research on sample analysis result from energy spectrum, scanning electron microscope and ordinary optical microscope, an unusual amphibole mineral is discoveredmagnesium rich arfvedsonite, sourcing from secondary alteration of titanite, which is a very unusual mineral metasomatic alteration phenomenon, that is, natrium and magnesium amphibolization. This phenomenon has great signif鄄 icance in research on reservoir evolution of deep fracture developed conglomerate belt. Key words titanite; arfvedsonite; magnesium rich arfvedsonite; basic metasomatosis; Songliao Basin 1摇 引摇 言 全球成矿理论的巨大进展使我们能从新的角度审 视石油天然气储层岩石矿物地球化学演化的难点问 题, 诸如全球范围内分布深度很大的特殊石油天然气 矿床形成的复杂原因和储层岩石矿物地球化学演化机 理等问题, 这些特殊石油天然气矿床的地质特征非常 复杂。 例如, 松辽盆地深层天然气藏就与火山和构造 作用以及深源流体有关, 基础研究难度巨大, 像涉及 储集空间演化机理这样的基础问题还没有完全搞清 楚。 通过重砂蚀变的基础试验分析和综合研究, 在松 辽盆地北部深层砾岩层高碱砾石中发现了一种罕见的 矿物交代蚀变现象, 即榍石的钠铁闪石化, 这一现象 的发现对于深源流体作用和储集空间演化机理研究具 有很大意义。 2摇 榍石及钠铁闪石的矿物学交代特征 2郾 1摇 样品获得方式 重砂显微镜单矿物提取 在对徐深 601 井深层高碱砾岩层样品进行重砂鉴 定的过程中, 有一种矿物颗粒在重砂显微镜下呈现为 榍石的形态特征, 但是其浸油样品在单偏光下表面或 周边呈现蓝色、 绿色、 蓝绿色、 浅蓝色、 紫蓝色或淡 紫色的混合多色性特征, 正交偏光下呈现以蓝色为 主、 夹有紫色、 少量红色和少量橙黄色的混合干涉色 特征, 不消光, 这样的光性特征又不像榍石, 但在普 通光学显微镜下整体上看仍为一个矿物晶体, 略有杂 质。 因为产生怀疑, 我们对这种粒径约为 0郾 13 mm 的重砂样品直接在偏光显微镜下进行了单矿物提取, 对提取物进行了扫描电镜 图 1 和能谱分析。 23大庆石油地质与开发摇 P郾 G郾 O郾 D郾 D郾 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 26 卷摇 第 1 期 电子显微镜下该样品可分成清晰可见的两部分 第一部分为残留有光滑表面的大部分晶体,第二部分 为晶体表面的交代生长边,电镜和能谱分析证明,后者 为一种特殊的钠铁闪石类矿物 富镁亚铁钠闪石。 2郾 2摇 矿物学特征 2郾 2郾 1摇 榍石 榍石sphene CaTi [SiO4] O, OH, Cl, F, 单斜晶系, 因性质比较稳定而作为重砂矿物常出现于 砂砾岩中, 是一种含钛的氧化物, 成分中常含有一定 数 量 的 FeO, 有 时 还 含 有 MnO、 MgO、 Al2O3、 Fe2O3、 Ce2O3、 Y2O3等, 由于其 {100}、{111}、 {001} 等晶面特别发育, 所以晶体常呈扁平信封状, 横截面呈楔形, 两组中等节理[1], 这也是榍石最重 要的形态特征[1]。 常见颜色有黄色、 绿色、 褐色、 橙色、 无色, 少见红色。 中强的黄色至褐色的多色 性。 光泽 金刚光泽。 密度 3郾 52 依0郾 02 g/ cm3。 摩氏硬度 5 6。 光性特征 非均质体, 二轴晶, 正 光性。 折射率 1郾 900 2郾 034 依0郾 020, 双折射 率 0郾 100 0郾 135。 无紫外荧光。 吸收光谱 有时见 580 nm 双吸收线。 放大检查 双折射线清晰, 指纹 状包体, 矿物包体, 双晶。 特殊光学效应 色散强 0郾 051 [2]。 如图 1 所示, 样品提取物的光滑部分依据上述特 征鉴定为榍石, 图 2 是其能谱图。 图 3 给出了能谱所 打的点位。 通过对图 2 元素组成和分布特征进行研究 可知, 谱图中 Ca、 Ti、 Si 和 O 元素的含量比值与榍 石一致, 配合光性特征可知这是相对比较纯净榍石的 能谱图。 2郾 2郾 2摇 钠铁闪石 1 常规矿物学特征 钠铁闪石是碱性角闪石亚族的一种矿物, 分子式 可表示为 Na2Fe2Al, Fe3 [Si4O11]2OH2, 成 分中常含有相当数量的碱金属, 是一种非常重要的造 岩矿物, 属单斜晶系, 轴角 茁 约等于102毅 106毅, 成 分中可以含有少量的 TiO2, Fe 可以部分被 Mg 置换, Na 可以部分被 Ca 置换。 钠铁闪石晶体呈短柱状或平 行 b 轴的板状, 角闪石式 {110} 节理完全, 颜色为 黑色和蓝色, 摩氏硬度为 5郾 5 6, 密度为 3郾 3 3郾 5 g/ cm3。 薄片中呈蓝色或绿色, 多色性显著, 可次生 变化为菱铁矿和褐铁矿[1]。 碱性角闪石亚族包括5 种 矿物, 即钠闪石、 钠铁闪石、 镁钠铁闪石、 蓝闪石和 铁蓝闪石, 它们同属于单斜晶系。 其中蓝闪石和铁蓝 闪石通常呈柱状、 纤维状或块状集合体, 颜色为浅紫 灰色、 靛蓝色、 蓝灰色或蓝墨色, 透明, 玻璃光泽。 蓝闪石是蓝闪石片岩的主要造岩矿物[3], 它可以由 富钠的岩石经变质作用形成。 钠闪石、 钠铁闪石和镁 钠铁闪石常呈针状、 柱状的晶体, 颜色较深, 呈深 蓝、 绿黑色和黑色, 半透明, 玻璃光泽, 摩氏硬度为 5 6, 密度为 3郾 4 g/ cm3。 2 国际研究现状 国际上, 闪石类作为重要的造岩矿物研究程度较 深, 但有些问题也没有很好解决, 如 Fe 离子的存在 状态和比例问题以及与环境的关系等。 如加拿大魁北 33摇 2007 年 2 月摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 茹等 松辽盆地北部深层一种罕见的矿物交代蚀变现象 克省蓝黑至黑色的镁钠铁闪石[2]Magnesio-arfvedso鄄 nite, 成分中 Na 占 8郾 28, Mg 占 11郾 67, Fe 占 6郾 71, Si 占 26郾 98, H 占 0郾 24, O 占 46郾 11, 实验化学式为 NaNa2[Mg4, Fe3][Si8O22]OH2 或 Na3[Mg4, Fe2] [Si8O22]OH2, 但认为结晶 化学式应为 NaNa2Mg4, Fe2 Si8O22OH2, 成 分中镁多于铁, 实际上应译为铁镁钠闪石。 俄罗斯南 乌拉尔 Ilmen-Vishnevye 山碱性地块的氟镁钠铁闪石 Fluoro - magnesio - arfvedsonite, 其 成 分 中 K 占 1郾 42, Na 占5郾 55, Ca 占1郾 94, Mg 占12郾 03, Al 占 0郾 65, Fe 占 4郾 72 0郾 87 FeO, 5郾 78 Fe2O3, Si 占 26郾 79, H 占 0郾 10, O 占 44郾 05, F 占 2郾 75, 总 氧 化 物 为 99郾 52, 总 元 素 为 100郾 00, 实验化学式为 Na2K0郾 3Ca0郾 4Mg4郾 1Fe2 0郾 1Fe 3 0郾 6 Al0郾 2Si7郾 9O22F1郾 2OH0郾 8, 结晶化学式应为 NaNa2 Mg, Fe24Fe3[Si8O22]F, OH2, 成分中证明 有二价铁存在, 因镁多于铁, 且有挥发组分 F 参与 晶格建造, 实际上应译为氟铁镁钠闪石[2]。 3 徐深 601 井的镁钠铁闪石 Na3Mg, Fe24Fe3Si8O22OH2是现今镁钠 铁闪石通常的表示方法, 这就是说成分中必有 Fe2, Fe3也可能极少量地参与四面体建造。 国外报道的此 类镁钠铁闪石可能都是镁多于铁的[2], 都应定为铁 镁钠闪石类, 但可能是中文习惯的原因, 将此类含有 Fe2的 magnesio- arfvedsonite 译为镁钠铁闪石或镁亚 铁钠闪石, 值得商榷。 徐深 601 井提取榍石样品表面交代生长边的能谱 分析结果 图 4 表明, 其元素组成刚好与国外报道 的不同, 是铁含量大于镁含量而不是镁含量大于铁含 量, 整体上 Na、 Mg、 Fe、 Si、 O 等的元素成分组成 与 Na3Mg, Fe24Fe3Si8O22OH2是一致的[2], 只是铁的百分含量大于镁的百分含量, 所以它的化学 式应为 Na3Fe2, Mg4Fe3Si8O22OH2。 由此可 见, 松辽盆地深层徐深 601 井的钠铁闪石是真正意义 上的镁钠铁闪石或镁亚铁钠闪石, 从共生矿物发育黄 铁矿来看, Fe2可能含有相当的数量, 所以徐深 601 井的钠铁闪石从成因上完全可以定为镁亚铁钠闪石, 并且富铝, 英文名称可译为 magnesio-ferrous arfve- dsonite, 亚铁是从成因矿物学上来定义的。 图4 中 Ca 和 Ti 的含量相当少, 说明所打的点位是比较纯的富 镁亚铁钠闪石部分, 残留有极少量的榍石成分。 较多 的 Al 元素说明, 一方面可能有较多的铝充填钠铁闪 石八面体空隙, 另一方面可能来自其他矿物, 整体上 并不影响钠铁闪石的定名。 因此通过综合分析研究确 定, 松辽盆地的钠铁闪石是 Ferrous-arfvedsonite 亚 铁钠角闪石 或 magnesio- arfvedsonite 镁亚铁钠闪石 镁钠铁闪石。 3摇 副矿物研究的地质意义 1 榍石的钠铁闪石化现象是松辽盆地深层重 砂蚀变研究的新成果 榍石是火成岩中分布很广的副矿物, 也见于变质 岩中, 在石灰岩的接触变质带中是一种常见的混染成 因矿物, 数量较多以及结晶较大的榍石常见于正长岩 和碱性岩以及与之相当的伟晶岩中。 钠铁闪石在各类 岩石中常共生的矿物有锥辉石、 钠长石、 方沸石、 黑 云母、 方解石、 单斜钠锆石、 异性石、 萤石、 微斜长 石、 短柱石、 钠沸石、 菱锰矿和榍石。 有关榍石常见 的次生变化是, 榍石通常可次生变化为白钛矿。 截至 目前未见有关榍石被钠铁闪石交代即榍石钠铁闪石化 的次生变化现象的报道。 2 榍石的钠铁闪石化是碱交代的直接证据 有越来越多的证据表明, 泛碱性介质交代作用在 深层广泛存在, 并且泛碱交代作用直接控制了深层储 集空间的演化和分布[4]。 榍石的钠铁闪石化发育于 徐深 601 井营城组砾岩中的高碱火山岩砾石中, 榍石 随砾石由陆源带来, 在成岩作用过程中发生钠铁闪石 化的次生交代作用[5]。 3 对重砂稳定性研究的启示 重砂通常分为稳定重砂、 次稳定重砂和不稳定重 砂, 通常重砂对沉积相和物源研究有很大意义。 榍石 因为性质比较稳定, 往往以陆源重砂的形式出现于砂 砾岩中。 榍石的稳定性应介于稳定和次稳定之间。 榍 石的钠铁闪石化现象说明在特定成岩地质条件下稳定 重砂也会变得不稳定。 重砂的次生变化研究可以对储 层演化研究提供指导作用。 4 副矿物研究应注意的新问题 用重砂显微镜提取单矿物, 运用多种手段进行分 析研究, 可以鉴定和研究疑难副矿物或特殊重砂矿 物。 松辽盆地北部深层砾岩层高碱砾石中榍石的钠铁 闪石化现象的发现说明, 副矿物对次生孔隙发育带研 下转第 39 页 43大庆石油地质与开发摇 P郾 G郾 O郾 D郾 D郾 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 26 卷摇 第 1 期 tectonic鄄burial history of the Al Ali No郾 2 well evidence for the tining of diagenisis and oil migration, northern Oman Foredeep [J] 郾 Geolo鄄 gy, 1983郾 [2] Burruss R C郾 Palaeotemperatures from fluid inclusionsadvances in theo鄄 ry and technique[C]郾 / / Naeser N D郾 Thermal History of Sedimentary Basinss and Case Histories郾 BerlinSpringer鄄Verlag,119鄄131郾 [3] Pirnon J郾 Organic inclusions in salt郾 Part 1 Solid and liquid organic matter carbon dioxide and nitrogen species in fluid inclusions from the Bresse basin [J] 郾 Org郾 Geochem, 1995, 23 5 郾 [4] Pironon J郾 Organic inclusions in salt郾 Part 2oil鄄gas and ammonium in鄄 clusions from the Gabon margin[J]郾 Org郾 Geochem,1995,23 8郾 [5] 张摇 鼎 郾 库车塌陷克拉苏构造带有机包裹体特征及对油气成藏的 指示意义 [J] 郾 石油勘探与开发, 2001, 28 4 57鄄59郾 ZHANG Ding郾 Inclusion characteristic and its significance in pool鄄鄄 ing in Kelasu structure region in Kuche Depression [J] 郾 Petroleum ex鄄 ploration and Development , 2001, 28 4 57鄄59, 66郾 [6] 赵靖舟. 塔里木盆地烃类流体包裹体与成藏年代分析 [J] 郾 石油 勘探与开发, 2002, 29 4 21鄄25郾 ZHAO jing鄄zhou郾 Geochronology of hydrocarbon accumulation in the Tar鄄 im basin evidence from fluid inclusion [J] 郾 Petroleum exploration and Development, 2002, 29 4 21鄄25郾 [7] 李明诚 郾 石油与天然气运移 第三版 [M] 郾 北京 石油工业出 版社, 2004郾 LI Ming鄄cheng郾 Petroleum migration 3rd ed郾 [M] 郾 Beijing Pe鄄 troleum Industry Press, 2004郾 [8] 周风英, 张水昌 郾 塔里木盆地轮南地区轮南 2 井油藏的注入史分 析 [J] 郾 岩石学报. 2000, 16 4 670鄄676郾 ZHOU Feng鄄ying, ZHANG Shui鄄chang.Study on discharge history of well LN2 in Lunnan area, Tarim basin [J] 郾 Rock Journal, 2000, 16 4 670鄄676郾 [9] 张金亮 郾 利用流体包裹体研究油藏注入史 [J] 郾 西安石油学院学 报 自然科学版, 1998, 13 4 21鄄24郾 ZHANG Jing鄄liang郾 Research by fulid inclusion on history oil pool filling [J] 郾 Journal of Xi爷 an Petroleum University Natural Science Edi鄄 tion, 1998, 13 4 21鄄24郾 [10] 覃建雄 郾 矿物流体包裹体研究在油气资源评价和油气勘探远景预 测中的应用 [J] 郾 地质科技情报, 1993, 12 1 47鄄52郾 TAN Jian鄄xiong. Application of inclusion research on uation of pe鄄 troleum resources and perspective prediction [ J] 郾 Geology Intelli鄄 gence, 1993, 12 1 47鄄52郾 [11] 高志先, 陈发景.应用流体包裹体研究油气成藏期次 以柴 达木盆地南八仙油田第三系储层为例 [J] 郾 地学前缘, 2000, 7 4 548鄄554郾 GAO Zhi鄄xian, CHEN Fa鄄jing郾 Application of fluid inclusion to deter鄄 mination of the times and stages of hydrocarbon reservoir filling a case study of Nanbaxian oil field in the Qaidam [J] 郾 Earth Science Fron鄄 tiers, 2000, 7 4 548鄄554郾 [12] 党玉琪, 胡摇 勇, 余辉龙, 等 郾 柴达木盆地北缘石油地质[M] 郾 北京 地质出版社, 2003郾 DANG Yu鄄qi,HU yong,YU Hui鄄long,et al郾 Prtoleum Geology of North Qaidam Basin[M]郾 Beijing Geology Press,2003158鄄172郾 [13] 柯小平,覃建雄,李余生,等,盐湖盆地流体包裹体特征及油气地 质意义[J]郾 大庆石油地质与开发,2006,25415鄄17郾 KE Xiao鄄ping, TAN Jian鄄xiong, LI Yu鄄sheng, et al郾 Features of fluid inclusion in Salt Lake Basin and its oil/ gas geologic significance [J] 郾 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing, 2006, 25 4 15鄄17郾 [14] 刘士林, 李摇原, 郭利果, 等, 渤南洼陷沙三段地球化学特征 及油源对比 [J]. 大庆石油地质与开发, 2006, 25 4 5鄄7郾 LIU Shi鄄lin, LI Yuan, GUO Li鄄guo, et al郾 Geochemical feature and oil source correlation of Sha 3 Member in Bonan Sag [J] 郾 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing, 2006, 25 4 5鄄7郾 编辑 蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰蕰 宋玉梅 上接第 34 页 究可以有直接的指示作用[6], 在深部储集层演化研 究中可能有相当大的地质意义[7], 应予以更多重视。 参考文献 [1] 中国地质科学院地矿所. 砂矿物鉴定手册 [M] 郾 北京 地质出 版社, 1975郾 Mineral Institute of China Geology Science Academy.Identification guide book for placer mineral [M] 郾 Beijing Geology Press, 1975. [2] 王德滋 郾 光性矿物学 [M] 郾 上海 上海人民出版社, 1975郾 WANG De鄄zi郾 Optical Mineralogy [M] 郾 Shanghai Shanghai People Press, 1975郾 [3] 诸摇 奇 郾 矿物岩石学 [M] 郾 北京 石油工业出版社, 1979郾 ZHU Qi郾 Mineral lithology [M] 郾 Beijing Petroleum Industry Press,1979郾 [4] ZHANG Min鄄zhi, WANG Cheng郾 A large genesis鄄special natural gas deposit in deep volcano and non鄄typical sedimentary rocks in Songliao Basin of China [R] 郾 18thWPC World Petroleum Council, 2005郾 [5] 许摇 成, 黄智龙 郾 四川牦牛坪稀土矿床碳酸岩地球化学 [J] 郾 中国科学 D 辑, 2002, 32 8 635鄄643郾 XU Cheng, HUANG Zhi鄄long郾 Geochemistry about the carbonate in the rare earth mineral deposit of Maoniuping, Sichuan Province [J] 郾 Chi鄄 na Science Volume D, 2002, 32 8 635鄄643郾 [6] 任延广, 朱德丰, 万传彪, 等 郾 松辽盆地徐家围子断陷天然气聚 集规律与下步勘探方向 [J] 郾 大庆石油地质与开发, 2004, 23 5 26鄄29郾 REN Yan鄄guang, ZHU De鄄feng, WAN Chuan鄄biao, et al. The natural gas Accumulation rules in Xujiaweizi Fault Depression of Songliao Basin and further exploration considerations [J] 郾 Petroleum Geology Oilfield De鄄 velopment in Daqing, 2004, 23 5 26鄄29. [7] 王摇 成, 邵红梅, 洪淑新, 等 郾 松辽盆地北部深层次生孔隙分布 特征 [J] 郾 大庆石油地质与开发, 2004, 23 5 37鄄39郾 WANG Cheng, SHAO Hong鄄mei, HONG Shu鄄xin, et al郾 The second鄄 ary pore distribution features in the deep layer of North Songliao Basin [M] 郾 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing, 2004, 23 5 37鄄39. 编辑 宋玉梅 93摇 2007 年 2 月摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孙德强等 流体包裹体在研究柴北缘油气运移中的应用