A study of the sedimentary reservoir in the middle sub-member of the first member of the Liushagang Formation in the Weizhou-11A Oilfield, Beibu Gulf Basin
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摘要:
北部湾盆地涠西南凹陷涠洲11A油田流沙港组一段中亚段沉积岩性复杂，储层纵横向变化快，分布规模和连通性难以预测，严重影响油田开采效果。通过岩心观察描述、三维地震解析、岩石粒度、岩相、测井相、现代沉积类比分析研究认为，流一中亚段沉积流体作用控制着砂体及储层类型，其中辫状溪流底负载沉积(槽状交错层理砂岩相St、板状交错层理砂岩相Sp、沙纹层理砂岩相Sr)、砂质碎屑流沉积(块状层理颗粒支撑砾岩相Gmg、正粒序砂砾岩相Gn)与浊流沉积(正粒序水平层理粉砂岩相Fhn)可形成有利储层，主要分布于扇三角洲前缘辫状水道、辫流坝、河口坝和席状砂微相中；探讨了油田流一中亚段4个中期旋回沉积微相空间展布规律和几何形态；提出扇三角洲前缘5类8种砂体叠置模式、连通特征和成因机制，建立了储层概念模型和主力沉积微相宽度、厚度和宽厚比经验值，为油田后续开发井网部署提供科学依据。
Abstract:The sedimentary lithology is complex in the middle sub-member of the first member of the Liushagang Formation(L1-M) of the Weizhou-11A oilfield in the southwest Weizhou depression of the Beibu Gulf Basin. The reservoir changes rapidly in both vertical and horizontal directions, and the distribution scale and connectivity are challenging to predict, which seriously affects the oilfield development effect. Through core observation and description, 3D-seismic analysis, rock grain size, lithofacies, logging facies, and modern deposit analogy analysis, it is believed that the depositional fluids control the sand bodies and reservoir types. Braided stream bottom-load deposits (St, Sp, Sr), sandy debris flow deposits (Gmg, Gn), and turbidity deposits (Fhn) can form favorable reservoirs, which are mainly distributed in the braided channel, braided flow bar, mouth bar and sheet sand microfacies of fan delta front. We discussed the spatial distribution law and geometric shape of sedimentary microfacies in four middle-term cycles and proposed five types and eight kinds of sand-body stack types and connectivity characteristics of the fan delta front. The reservoir model and the empirical values of width, thickness, and the width-to-thickness ratio of main sedimentary microfacies are established, which provide a scientific basis for the oilfield development.
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博尔雷(Borly)大型斑岩型铜-金-钼矿床地处哈萨克斯坦巴尔喀什成矿带, 产出在世界十大斑岩型铜矿床之一的科翁腊德斑岩型铜矿床附近。巴尔喀什成矿带是中亚成矿域(或称为古亚洲成矿构造体系)[1]哈萨克斯坦-天山马蹄形构造带的内缘、巴尔喀什-准噶尔造山带的核心部位, 该带不仅是哈萨克斯坦最主要的斑岩型铜矿化集中区[2~5], 也是世界重要的十个斑岩铜矿成矿区带之一。
博尔雷斑岩铜矿的成矿时代被认为是晚古生代, Singer et al.[6]根据有关资料加以综合, 给出博尔雷斑岩铜钼矿床的成矿年龄为329 Ma。本文根据辉钼矿铼-锇同位素年龄, 确定了博尔雷斑岩型铜钼成矿作用的年龄, 并与我国境内西、东准噶尔和东天山斑岩铜矿带的铜钼成矿作用年龄进行了对比分析。
1. 中亚成矿域巴尔喀什成矿带地质概况
1.1 中亚成矿域
中亚成矿域, 西起欧亚两大洲交界的呈南北走向的乌拉尔, 从其南部折向东, 经哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦, 吉尔吉斯斯坦、新疆塔里木以北地区、青海和甘肃北部、内蒙西部、蒙古国西部, 直达包括贝加尔湖东部地区在内的南西伯利亚[7]。中亚成矿域是与环太平洋成矿域和特提斯成矿域并列的全球三大成矿域之一, 以发育中、晚元古代及古生代活动带与成矿作用为特点[7], 分布有多期次、多类型的火山岩、花岗岩、基性岩、超基性岩、蛇绿岩带及变质岩带; 在地质历史上经历了大陆基底形成、古亚洲洋陆缘增生和滨西太平洋大陆边缘活动及陆内断块升降等多个阶段, 造就了多种有利的成矿环境[1]。中亚成矿域因其巨量的金属和非金属矿产而闻名于世, 成矿作用极其复杂多样[8~9], 特别是斑岩型铜-钼-金和石英脉-云英岩型钨钼成矿作用占据了重要地位。
中亚成矿域的主体是巴尔喀什-准噶尔-南蒙古斑岩铜(钼)矿带[10], 巴尔喀什成矿带是其重要组成部分。中亚成矿域斑岩型矿床有蒙古查干苏布尔加和欧玉陶勒盖等铜矿、哈萨克斯坦科翁腊德、阿克斗卡、科克赛和博尔雷等铜矿以及萨亚克矽卡岩型铜矿区的斑岩铜矿、乌兹别克斯坦卡马基尔-达尔涅等铜矿、西准噶尔包古图铜矿、东天山土屋-延东铜矿等, 它们多形成于石炭-二叠纪, 个别为早古生代产物。
1.2 巴尔喀什成矿带
巴尔喀什成矿带是(环)巴尔喀什-(环)准噶尔-南蒙古斑岩铜(钼)矿带[10]的一部分。环巴尔喀什地区是中亚成矿域中最主要的金属成矿密集区, 该地区地质演化历史复杂, 形成了众多世界级的铜矿、金矿和银多金属矿床[9], 因此, 巴尔喀什成矿带被认为是中亚成矿域的核心部分之一[9]。巴尔喀什成矿带晚古生代斑岩型铜矿床的形成与该地区泥盆纪火山-岩浆弧、石炭纪-二叠纪火山-岩浆弧有关[11]。
巴尔喀什成矿带分为北、南两个矿化集中区, 前者西起莫特地块, 向东经阿克斗卡, 延入我国新疆西准噶尔的包古图一带。该带东西长近1000 km, 已发现规模不等的大小矿床(点)近百处, 其中的科翁腊德(铜储量> 800万吨)和阿克斗卡(铜为588万吨)均属世界著名的超大型斑岩型铜钼矿床[3~4]。
本文研究的博尔雷斑岩型铜矿床产在巴尔喀什成矿带的西部地区。巴尔喀什成矿带西部铜-钼-钨矿床的成矿系列, 可能经历了受多旋回地球动力学控制的活动大陆边缘岩石圈岩浆活动的演化过程, 是在古生代(尤其是中、晚古生代)中亚核心部位多阶段俯冲、地壳增生和侧向生长的造山历史中铸就而成[12~15]。从弧后洋的构造背景(火山块状硫化物CuAu矿床)发展到受俯冲控制的钙碱性岩浆活动(斑岩型铜矿床), 随后进入低程度部分熔融的地壳分异作用和广义的岩浆内部分离作用阶段(斑岩型钼矿床和石英脉-云英岩型钨钼矿床), 最后形成非造山的二叠纪大陆裂谷(过碱性钠闪石花岗岩REE-Zr-Nb富集系统)[12]。
2. 矿床地质特征
博尔雷斑岩型铜矿床位于哈萨克斯坦杰兹卡兹甘省Prioziorny区, 在巴尔喀什市北60 km处, 距科翁腊德铜矿床45 km, 地理坐标为东经74°42'41″、北纬47°11'45″, 海拔约493 m。矿区主要位于Tokrausky复向斜的南部。
矿区主要组成岩石为:下石炭统Karkaralinskaya组岩屑晶屑凝灰岩、火山熔岩和次火山岩; 中-上石炭统Keregetass组英安岩、有时为粗面英安岩或安山岩-英安岩熔结凝灰岩、微晶凝灰岩、凝灰熔岩、熔岩和次火山岩岩体。矿区中心部位为Borlinksy岩体, 它是Kyzylzhalsky侵入岩体的一个岩枝。该岩枝具有三期岩相结构, 第一岩相为石英闪长岩, 第二岩相(也是最主要的)为黑云母角闪花岗闪长岩, 第三岩相为浅色花岗斑岩。这些岩相又被一具有复杂枝状结构的花岗闪长斑岩岩体所穿切。该岩体侵入之后, 伴随有强烈的隐爆角砾岩化作用、热液蚀变和石英-硫化物网状脉的形成。该区最年轻的岩石组合是早二叠世Zhaksitagalinsky杂岩体中的碱性花岗斑岩岩墙和次火山岩岩体。独立的正长闪长岩和辉绿玢岩岩墙也曾有报道。矿区内发育有许多北东走向和北西走向的断层[16]。
博尔雷矿床主要有两个矿区。矿体走向为北北西向, 倾向较陡, 更有向北东陡倾的。矿床中心部位的矿体长800 m, 厚15~340 m, 深度为200~460 m。矿床东区的矿体长260 m, 厚50~150 m, 深度在120 m以下。中心矿体(图 1)由一些相邻的透镜状矿体结合而形成一独立的富矿体。从地表向下20~35 m处, 这个柱状富矿体被一水平的氧化矿组成的层状"帽子"所覆盖, 因此, 矿体形态看起来呈钉子状[16]。
图 1 博尔雷斑岩型铜矿床立体图解(a)和矿带分布图(b) (据Zhukov NM, 转引自Abdulin et al., 1998[16])1.英安岩质喷出岩和凝灰岩; 2.细粒花岗斑岩; 3.斑状闪长岩; 4.含大量斑铜矿的斑状花岗闪长岩; 5.花岗岩; 6.等粒花岗闪长岩; 7.含大量细晶岩的斑状花岗闪长岩; 8.绢英岩; 9.矿体; 10.侵入体(a)和传统的接触变质带(b); 11.内插法(a)和外延法(b)确定的矿体界线; 12.断层; 13.钻孔Figure 1. Bloc-diagram (a) and ore zone (b) of Borly porphyry Cu deposit (after Abdulin et al. 1998[16])博尔雷斑岩铜矿具有明显的三期热液作用:早期为碱性阶段, 包括长石化、绿泥石化、硅化、绿帘石化、葡萄石化作用; 中期为酸性阶段, 包括绢云母化、硅化、绿泥石化和碳酸盐化; 后期也是碱性阶段(即晚期碱性阶段), 包括硅化、碳酸岩化等[16]。矿化主要与早期碱性阶段及酸性阶段关系密切, 主要的原生矿物为黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿, 次生矿物包括闪锌矿、黝铜矿、砷铜矿、方铅矿、磁铁矿、斑铜矿和磁黄铁矿等。
博尔雷斑岩铜矿床已经勘探并计算了储量, 储量约为60万吨铜(品位0.34%), 为大型矿床。在整个矿床中铜和钼的品位都不是很高, 分别为平均0.33%和0.11%。总体上Cu:Mo比值为33:1。矿床中还伴生有金(平均品位为0.03 g/t)、银(平均品位为1341 g/t)、铼(平均品位为0.42 g/t)、硒(平均品位为3.01 g/t)和钴等金属元素。大多数(90%)有经济价值的矿石集中在中心矿体, 其余10%赋存于东部矿体中。尽管博尔雷铜矿的规模较小, 但仍然可以作为科翁腊德斑岩铜矿床的后备资源而等待开发。
3. 分析结果与讨论
辉钼矿铼-锇同位素体系提供了理解成矿系统中硫化物成矿作用的关键信息, 而这些关键信息并没有被蚀变矿物中的其它同位素体系所记录[17]。
3.1 样品处理与分析方法
用于铼-锇同位素年龄测定的2个辉钼矿样品采自哈萨克斯坦巴尔喀什成矿带西段的博尔雷斑岩型铜矿床的矿石之中。经研磨和分选后辉钼矿样品均达到了合适的纯度(大于98%), 粒度为200目, 并具有一定的均匀性, 可有效克服失耦现象[18~19]对准确定年的影响[20]。
辉钼矿样品的铼-锇同位素分析由国家地质实验测试中心铼-锇同位素年代学实验室完成。关于样品的铼、锇化学分离与处理流程和质谱测定技术的描述请见文献[21~26]。
3.2 分析结果与讨论
分析结果列于表 1中。
表 1 哈萨克斯坦巴尔喀什成矿带博尔雷斑岩铜钼矿床辉钼矿样品Re-Os同位素分析数据Table 1. Re-Os isotopic data for molybdenites from Borly Cu-Mo deposits in Balkhash metallogenic belt, Kazakhstan and the standard material
本次测试得到巴尔喀什成矿带西部博尔雷斑岩型铜(钼)矿床的辉钼矿模式年龄为316.1 ± 7.0 Ma和315.6 ± 5.9 Ma, 平均为315.9 Ma。
博尔雷斑岩型铜矿床辉钼矿具有较高的Re含量(为2712~2772 μg/g)和相对较低的普通Os含量(为0.670~2.696 ng/g), 并具有非常高的Re/Os比值(为1.006 × 106~ 4.137 × 106), 符合杜安道等[20]给出的斑岩Cu-Mo矿床辉钼矿特征。由于岩浆成因的含硫化物岩石(和矿物)具有与它们的母硅酸盐岩浆相似但略低的Re/Os比值[27], 因此, 博尔雷斑岩型铜钼矿床的岩浆源岩(即该地区地幔熔体)理应具有更高的Re/Os比值。
与巴尔喀什成矿带类似, 我国新疆西、东准噶尔、东天山和内蒙古等地区也发育了带状分布的斑岩型铜钼矿带, 具有类似的成矿时代。如西准噶尔晚古生代达拉布特岛弧南部的包古图斑岩型铜钼矿床, 产在包古图V号岩体中, LA ICP-MS给出石英闪长斑岩锆石U-Pb年龄为309.9 ± 1.9 Ma[28], 辉钼矿Re-Os年龄为310 Ma[29]。东天山土屋-延东斑岩型铜矿床, 产在年龄为334 ± 3 Ma~333 ± 4 Ma (锆石SHRIMP U-Pb)[30]的斜长花岗斑岩中, 铜矿体中辉钼矿Re-Os等时线年龄为323 ± 2 Ma[31]。东天山赤湖斑岩型钼铜矿床产在斜长花岗斑岩体中, 锆石SHRIMP U-Pb定年给出322 Ma ± 10 Ma的岩体结晶年龄[32]。由此可见, 哈萨克斯坦巴尔喀什成矿带西部斑岩型铜钼矿床成矿时代(315.9 Ma, 博尔雷铜矿), 介于东天山(323 ± 2 Ma, 土屋-延东斑岩铜矿[31]; 322 Ma ± 10 Ma, 赤湖斑岩钼铜矿[32])与西准噶尔(310 Ma, 包古图斑岩铜钼矿[29])之间。
4. 结论
巴尔喀什成矿带是中亚成矿域内重要的斑岩型铜-钼成矿带。本文通过对巴尔喀什成矿带西部博尔雷斑岩型铜矿床2件辉钼矿样品进行铼-锇同位素测年分析, 并与我国西、东准噶尔和东天山成矿带斑岩型铜矿床成矿时代进行了初步对比, 得到以下结论:
(1) 博尔雷斑岩型铜(钼)矿床的辉钼矿模式年龄(平均值)为315.9 Ma。
(2) 博尔雷斑岩型铜矿床成矿时代介于东天山与西准噶尔斑岩型铜矿床成矿时代之间。
致谢: 本研究野外地质调查与采样工作得到新疆维吾尔自治区国家305项目办公室和哈萨克斯坦萨特巴耶夫地质科学研究所、以及所有参加野外工作人员的支持与帮助, 谨表衷心感谢。责任编辑：范二平 -
图 1 北部湾盆地涠西南凹陷涠洲11A油田构造与钻孔位置图(据裴健翔等，2016修改)
a—涠西南凹陷构造简图；b—涠洲11A油田钻孔位置图
Figure 1. Tectonic pattern and location of the Weizhou-11A Oilfield in the Weixi′nan depression, Beibu Gulf Basin(modified from Pei et al., 2016)
(a)Tectonic outline map of Weixi′nan depression; (b)Well distribution map of the Weizhou-11A Oilfield
图 2 流一段地震相特征(剖面位置见图 1)
Figure 2. The seismic facies characteristics of the first member of the Liushagang Formation
图 4 流一中亚段典型粒度概率累计曲线图
Figure 4. Grain size probability accumulation curves for the L1-M
图 6 过A9-2-A3-A13-A2-3 井沉积微相对比剖面
Figure 6. The sedimentary facies section across the wells ofA9-2-A3-A13-A2-3
图 7 流一中亚段各短期旋回沉积微相平面图
Figure 7. Planar distribution of the sedimentary microfacies in different short term level of the L1-M
图 8 流一中亚段扇三角洲前缘储层模型
a—扇三角洲前缘沉积模式图；b—扇三角洲前缘有利储层叠置模式图
Figure 8. The reservoir model of the fan-delta front of the Liushagang Formation
(a) Sedimentary model of the fan-delta front; (b) Reservoir superposition model of the fan-delta front
图 9 恒山现代扇三角洲沉积特征(1—5代表 5期扇体)
Figure 9. The Hengshan modern fan-delta deposits (Number one to five represent fan bodies of five steps)
表 1 涠洲11A油田流一段中亚段沉积微相类型
Table 1. The sedimentary types of the Weizhou-11A Oilfield in the L1-M
段 相 亚相 微相 沉积特征 流一中亚段 扇三角洲 扇三角洲前缘 辫状水道 以砂砾岩、中粗砂岩为主，发育槽状交错层理、块状层理和正粒序层理，沉积厚度较大，多为多期水道叠置，正序列，岩相组合为Gmg-St或Gn-Sm/St，测井相为中高幅微齿钟形或箱形 辫流坝 以砂砾岩、中粗砂岩为主，发育块状为主(下部略呈反粒序)，板状交错层理、块状层理，沉积厚度大，岩相组合为Gn-Fd-Sm-Sp-Sh-Fr或Fr-Sh-Sm-Sp-Sr-M；测井相为中高幅微齿或锯齿状箱形 河口坝 以粉砂岩、粉—细砂岩为主，反序列，岩相组合为M-Fh-Fr；测井相为中低幅微齿漏斗形，在研究区发育较少 席状砂 以分选好的粉砂岩或泥质粉砂岩为主，垂向上表现为泥包砂的特征，发育水平层理，岩相组合为M-Fh，测井相为低幅微齿指形 水道间 浅灰、浅灰色—灰绿色泥岩为主，偶夹薄层砂岩，岩相为M，测井相为低幅微齿线形，其厚度及上下岩性组合是与前扇三角洲泥的主要区别，通常为砂体或储层间夹层 前扇三角洲 前扇三角洲泥 灰色—深灰色泥岩为主，泥质较纯，无明显韵律，岩相为M，测井相为低幅微齿线形，厚度规模大，大于10 m，通常为储层的隔层 
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