基于岩心、岩石薄片观察,结合X射线荧光分析、微区原位主微量和稀土元素、碳氧锶同位素组成、流体包裹体等测试分析及盆地模拟,对准噶尔盆地玛湖凹陷东斜坡石炭系玄武岩方解石脉特征及成因进行研究。结果表明研究区脉体发育3期方解石充填：第Ⅰ期贫锰,稀土元素配分曲线平坦,强负铈异常,弱—中等负铕异常,碳同位素组成偏轻,表明其形成受到大气淡水影响;第Ⅱ期富锰和轻稀土,具有弱正铈异常和轻微正铕异常,碳同位素组成相对较重而锶同位素比值较低,表明深部成岩流体对其形成有一定影响;第Ⅲ期富铁和锰,稀土元素配分曲线与第Ⅱ期相似但铈异常和铕异常波动较大。第Ⅰ、Ⅱ期形成于距今约250~260 Ma的浅埋藏环境,对应于二叠纪末期晚海西运动;第Ⅲ期很可能形成于晚三叠世印支运动。研究认为不整合面附近玄武岩裂缝中的方解石沉淀主要与大气淡水淋滤上覆下二叠统风城组碳酸盐矿物有关,较早地破坏了石炭系风化壳储集层,但是在充填程度较弱或后期溶蚀作用较强的位置仍可发育相对优质储集层,如风城组缺失的构造高部位、垂向上距离风城组较远的位置以及靠近湖盆内部的古潜山等地区。 图16 表1 参40
The characteristics and genesis of the calcite veins in Carboniferous basalt in the east slope of Mahu Sag, Junggar Basin are investigated based on observation of cores and thin sections; analyses of X-ray fluorescence, in situ major, trace and rare earth elements (REE), carbon, oxygen and strontium isotopes, fluid inclusions, as well as basin modeling. There are three stages of calcite fillings. The stageⅠcalcite is characterized by low Mn content, flat REE pattern, strong negative Ce anomaly, weak to moderate negative Eu anomaly, and light carbon isotopic composition, indicating the formation of the calcite was affected by meteoric water. The stage Ⅱ calcite shows higher Mn and light REE contents, weak positive Ce anomaly and slight positive Eu anomaly, and a little heavier carbon isotopic composition and slightly lower strontium isotope ratio than the stageⅠcalcite, suggesting that deep diagenetic fluids affected the formation of the stage Ⅱ calcite to some extent. The stage Ⅲ calcite is rich in iron and manganese and has REE pattern similar to that of the stage Ⅱ calcite, but the cerium and europium enomalies vary significantly. The stageⅠand Ⅱcalcites were formed in shallow diagenetic environment at approximately 250-260 Ma, corresponding to Late Hercynian orogeny at Late Permian. The stage Ⅲ calcite was probably formed in the Indo-China movement during Late Triassic. It is believed that the precipitation of calcite in basalt fractures near unconformity was related to leaching and dissolution of carbonates in the overlying Lower Permian Fengcheng Formation by meteoric water, which destructed the Carboniferous weathering crust reservoirs in early stage. Relatively high quality reservoirs could be developed in positions with weak filling and strong late dissolution, such as structural high parts with Fengcheng Formation missing, distant strata from Fengcheng Formation vertically, buried hills inside lake basin, etc.
玛东地区石炭系火山岩岩心多为玄武岩, 局部发育少量安山岩和凝灰岩。采用Bruker M4 Tornado型微型X射线荧光光谱仪对岩样进行元素分析, 明确不同期次方解石在化学成分上和空间分布上的差异, 选取典型样品中脉体厚度较大的有利部位进行重点分析。
XRF、常规岩石薄片、荧光、阴极发光等分析以及流体包裹体测温均在中国石油大学（华东）深层油气重点实验室完成, 检测室内温度为23 ℃, 相对湿度为50%。抛光后岩心样品XRF测试时间为8 h, 分辨率为40 μ m, X射线电压和电流分别为50 kV和600 μ A, 测定了Na、K、Al、Si、Mg、Ca、Fe、Co、Mn、S、Sr、Ti、V、Ba的定性和定量特征。在此基础上磨制薄片, 利用ZEISS Axio Imager A2型显微镜和CL8200MK5型阴极发光仪进行光学、荧光、阴极发光鉴定。对方解石脉典型样品的17个流体包裹体进行均一温度测试, 测试仪器为配备LINKAM THMS600冷热台的ZEISS显微镜, 测温误差为± 0.1 ℃。
玛东地区石炭系玄武岩储集层埋深多大于3 500 m, 岩心上存在大量构造裂缝（见图2、图3）, 如玛201井3 877.13 m深度处玄武岩发育1条倾角为70° ~80° 的高角度缝和2条低角度缝（见图2a）。裂缝密度大的井主要分布在靠近主控断裂的位置（见图1、图4a）, 如离主控断裂较近的盐001井岩心裂缝平均线密度为4.7条/m, 而离主控断裂较远的玛东3井裂缝平均线密度为1.9条/m。玄武岩岩心上观察到的全充填、半充填和未充填裂缝分别为52条、17条和11条, 分别占总数的65.00%、21.25%和13.75%（见图4b）, 其中裂缝充填物主要为方解石, 滴稀盐酸剧烈冒泡。
手标本尺度下XRF分析元素分布单色图中颜色亮度越大表示相对含量越高（见图3）。玛201井3 877.13 m深度玄武岩裂缝与气孔内部不含Ti, 围岩含Ti并在局部出现Ti富集条带, 富Ti条带错断表明高角度缝为一微型逆断层, 垂向断距不超过1 cm（见图3a）; Ca在气孔和裂缝内较富集（见图3b）; Mn分布与Ca类似但相对局限, 主要占据水平裂缝及水平缝之间断裂内部部分区域（见图3c）。玛东3井4 678.90 m深度玄武岩裂缝开度大, 充填的方解石脉宽度可达8 mm（见图3d）, 方解石脉的成分存在差异, 主要表现为Mn含量的不同（见图3e、图3f）。玛东3井4 634.70 m深度安山岩发育2条相交的裂缝, 其中1条不含钙质, 另1条部分充填方解石且Mn含量较低（见图3g— 图3i）。夏盐2井5 334.10 m玄武岩发育1条窄直立缝和1条宽水平缝, 均被方解石充填（见图3j、图3k）, 其中直立方解石脉基本不含Mn, 水平脉体上部贫Mn而下部富Mn（见图3l）。Ca和Mn叠合图显示玛201井样品同一水平脉体内部存在两期不同充填物（见图5a）, 分别位于气孔和裂缝的边缘和内部（见图5a①）, 下部水平脉体宽度较大且两期充填物分异明显（见图5a②）, 故选为重点研究部位。绿色充填物中Ca含量占所分析9种元素总含量的97.8%, 其他元素含量均低于1.0%, 且Mn含量极低（见图5b）; 红色充填物中Ca含量占91.7%, Mn和Si含量相对较大, 分别为4.0%和2.5%, 但Mg和Cl含量极低（见图5b）。
玛201井水平方解石脉不同位置的矿物晶体特征存在差异（见图6）。脉体边缘与围岩直接接触的方解石呈叶片状、锯齿状或马牙状, 自形程度较好, 以自形— 半自形中粗晶为主, 局部发育尺寸更大的晶体, 主要垂直于裂缝壁生长, 解理较明显, 表面较干净, 阴极发光无显示, 形成时间较早（见图6a— 图6c）, 脉体中部远离裂缝壁的晶体尺寸普遍增大, 多为自形— 半自形粒状粗晶或极粗晶, 可见1、2组解理, 表面较干净, 阴极发光显褐红色, 形成时间较晚（见图6a— 图6c）; 在高角度缝附近、高角度缝内部以及上部伴生的细脉中, 方解石自形程度较差, 部分表面较粗糙, 阴极发光多呈褐红色, 在高角度缝内部方解石与绿泥石等矿物相伴生。此外, 在水平脉内部阴极发光特征不同的两期方解石分界线附近发育绿泥石（见图6d、图6e）。
研究区玄武岩裂缝内发育3期方解石充填（见图6f、图6g）。第Ⅰ 期贫Mn、不显示阴极发光, 在靠近裂缝壁的位置呈淡蓝色荧光, 裂缝边缘局部呈黄褐色荧光; 第Ⅱ 期富Mn、阴极发光为褐红色, 荧光特征不明显; 第Ⅲ 期方解石断断续续地充填于不规则细小裂缝内、与橙色荧光物质相伴生。
镜下特征和地球化学数据表明, 研究区不同期次方解石的形成源于不同成分和成因的流体。
由此可见, 第Ⅰ 期脉体形成于相对氧化的成岩环境, 沉淀过程一直受到大气淡水的影响。火山岩地层在构造应力作用下较易形成开启断裂和相对开放环境, 裂缝内的地层水与近地表的大气淡水沟通, 使得大气水参与方解石沉淀成岩。
综上所述, 第Ⅱ 期方解石脉体形成于不受大气水影响的埋藏成岩环境, 在一定程度上受到深部成岩流体的影响; 成脉流体在演化过程中逐渐富集Fe、Mn等金属元素而逐渐亏损稀土元素（见图12）。
第Ⅲ 期方解石主要沿着前两期脉体边缘延伸, 明显受控于早期脉体的分布（见图6g）, 形成时间最晚。第Ⅲ 期方解石本身并不发荧光, 而是与橙色荧光物质相伴生。方解石在裂缝中非连续分布, 断开的方解石脉之间充填发橙色荧光的疑似烃类物质。由于第Ⅲ 期充填物太窄, 受到脉体内部橙色荧光物质或围岩影响, 3个测点的微区原位测试信号都较差。第Ⅲ 期方解石Mn含量与第Ⅱ 期部分测点较接近（见图12b）, Fe、Mg、Al、Si和Na的含量明显高于其他两期（见图7、图8）, 可能是受到裂缝周围玄武岩中铁镁矿物和钠长石影响所致。第Ⅲ 期REE配分曲线右倾（见图9）、LREE富集、Ce异常不明显、Eu异常波动大（见图10b）。
玛201井3 877.13 m深度方解石脉第Ⅰ 、Ⅱ 期方解石内未见荧光包裹体, 而发育不显示荧光的盐水包裹体（见图14）, 第Ⅲ 期细脉内未发现流体包裹体。前两期方解石脉的包裹体均一温度非常接近（见表1）, 第Ⅰ 期为80.7~92.6 ℃, 平均值为85.4 ℃; 第Ⅱ 期为76.5~96.7 ℃, 排除2个小于80 ℃的异常低温值的平均值为88.3 ℃, 略高于第Ⅰ 期脉体。
风化淋滤作用和溶蚀作用是玛东地区石炭系火山岩储集层建设性成岩作用, 充填作用是破坏性成岩作用, 尤其是前两期方解石的充填。岩心上可见方解石全充填和半充填裂缝占86%左右（见图4b）。第Ⅰ 期方解石充填主要破坏原生气孔或开度小的裂缝, 第Ⅱ 期方解石充填主要破坏开度大的裂缝（见图5）。与研究区东南部石西凸起火山岩风化壳储集层相比, 玛东地区石炭系顶部火山岩储集层物性较差, 原生气孔、次生孔隙及微裂缝多被方解石充填, 距不整合面50 m以内储集层的孔隙度多在4%以下（见图16）。石西凸起石炭系油藏上覆地层为中、下三叠统, 缺失包括风城组在内的二叠系, 火山岩抬升剥蚀时间可达50 Ma, 发育未被方解石充填的次生溶蚀孔隙和裂缝（见图15、图16）。玛东地区石炭系被中、下二叠统覆盖, 富含碳酸盐矿物的风城组直接超覆在风化壳之上, 为下伏火山岩孔缝内的方解石沉淀提供大量离子。晚海西运动形成大量断层和裂缝, 大气淡水沿着断裂下渗到石炭系地层水中形成相对氧化的成岩环境, 为第Ⅰ 期方解石沉淀提供了条件; 随着大气水的影响逐渐减弱, 加之深部水岩反应的影响, Fe、Mn含量增加, 第Ⅱ 期方解石进一步充填残余孔隙和裂缝。
玛湖凹陷东斜坡石炭系玄武岩方解石脉发育3期充填, 第Ⅰ 期方解石多呈叶片状、锯齿状或马牙状, 自形程度较好, 多为自形— 半自形中粗晶, 主要垂直于裂缝壁生长, 阴极发光无显示, Mn含量极低, 沉淀时间较早, 形成于相对开放的成岩环境, 主要来源于上覆地层中碳酸盐矿物的大气淡水淋滤; 第Ⅱ 期富Mn, 阴极发光为褐红色, 宽大裂缝内的晶体自形程度高, 多为自形— 半自形粒状粗晶或极粗晶, 解理发育、表面干净, 而狭窄裂隙内的方解石自形程度低, 表面比较粗糙, 脉体形成时间稍晚, 为埋藏成岩流体成因, 在一定程度上受到深部成岩流体的影响, 且在方解石生长过程中流体逐渐富集Fe、Mn等金属元素而亏损稀土元素; 第Ⅲ 期方解石多充填于不规则的细小裂缝, 与橙色荧光物质相伴生, 发育位置往往受控于早期裂缝和脉体的分布, 形成时间最晚。
第Ⅰ 、Ⅱ 期方解石形成于二叠纪末期海西运动, 充填玄武岩储集层大部分裂缝和气孔, 降低了石炭系顶部风化壳储集层质量。第Ⅲ 期脉体的形成很可能与晚三叠世印支运动相关, 但对储集层质量影响较小。早期方解石充填程度较弱和后期溶蚀作用强烈的部位是潜在的有利储集层发育区。不整合附近方解石充填物的形成主要与大气淡水淋滤上覆下二叠统风城组碳酸盐成分有关, 在缺失下二叠统的构造高部位往往会发育优质风化壳储集层。对于被风城组覆盖的区域, 垂向上距离石炭系顶部不整合面较远的部位及靠近优质烃源岩的湖盆内部古潜山等地区仍可发育相对优质储集层。