Research on the Source Characteristics of Luonan Turquoise by Using Strontium Isotopic Method
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摘要: 陕西洛南县河口绿松石采矿遗址距今约4 000年，为中国目前最早的一处绿松石采矿遗址。为判定该古矿出产绿松石的流向和中国古代绿松石矿料的来源，尝试利用固体热电离高精度质谱计检测秦岭东段5处绿松石矿样品的Sr同位素比值，进而对不同产地绿松石开展产源判别研究，期望为绿松石产源示踪提供帮助。结果发现：Sr同位素比值可以以0.710 5和0.716 5为界划分为3个聚集区。随之建立Sr含量和Sr同位素二元散点图，发现Sr的地球化学特征能够在一定程度上实现对不同产地绿松石的产源区分。运用该区分成果，发现二里头出土的绿松石废料与洛南古矿有着较为密切的关系。该研究为寻找河口古矿的绿松石流向提供帮助，也为开展绿松石文物产源研究提供技术支持。Abstract: The discovery of the Hekou ancient turquoise mining site in Shaanxi provides significant information for the provenance of turquoise in early China. High Precision Mass Spectrometer has been employed to try to detect the strontium isotopic composition of the turquoise samples that from five mines in the eastern Qinling Mountains. And then, the respective habitat characteristics of these turquoise samples have been identified and analyzed. The result shows that the strontium isotope ratio (87Sr/86Sr) of turquoise can be divided into three groups, with a range of 0.710 5 to 0.716 5. If the content of Strontium has been put into consider, the separation effect can be improved. Combined with the content data of the trace element Sr, a model for distinguishing different origins of turquoise has been established. Through using this model to test the turquoise from the Erlitou site, the result suggests that the Erlitou turquoise was likely to come from the Luonan ancient turquoise mine.
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Keywords:
- turquoise /
- strontium isotope /
- habitat discrimination /
- Erlitou site
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准噶尔盆地是中国西北地区大型复合叠加盆地，具有丰富的油气资源（Cao et al.，2005；陈磊等，2020； 余琪祥等，2022）。位于盆地西北缘的克拉玛依油田在玛湖凹陷–中拐凸起地区二叠系上乌尔禾组和三叠系百口泉组已发现10亿t级砾岩油田，展现出该地区良好的油气勘探潜力（雷德文等，2017; 唐勇等，2021；刘凯等，2023；贾春明等，2023）。区内研究程度高，如通过分析中拐地区岩相及砂砾岩成因机理，认为上乌尔禾组为一套典型的扇三角洲沉积并划分9种微相，明确岩相与沉积微相的关系（汪孝敬等，2017）；通过综合分析中拐地区上乌尔禾组的岩矿、地化、沉积环境等特征，探究该区富火山碎屑砂砾岩储层的成因机理（丁超等，2020）；利用钻探与地球物理勘探资料分析二叠系—三叠系沉积构造背景认为断裂构造形成油气搬运优势通道（何登发等，2004）。上述研究主要集中于玛湖凹陷及中拐凸起K79、JL2井区等热点地区，对靠近凹陷和扇根区域的K82等井区油气成藏特征研究较少。笔者选取中拐凸起北部K82井区为研究对象，结合岩心编录、测井解释等资料，分析其沉积相、储层物性、砂体连通性，总结K82井区油气成藏特征，深化对该区油气地质认识。
1. 区域地质概况
K82井区位于准噶尔盆地西北缘中拐凸起东斜坡带之上（图1），东邻玛湖生烃凹陷、南接沙湾生烃凹陷，整体为一向东南倾的单斜，位处斜坡构造带的上倾方向。深层逆断裂与不整合面为油气运移提供通道，使该地区成为主要油气汇集区（黄立良等，2022）。K82井区钻遇地层为二叠系—白垩系，笔者研究的目的层二叠系上乌尔禾组，与上覆百口泉组呈平行不整合接触，与下伏佳木河组呈角度不整合接触（李兵等，2011）。K82井区北西的K75井区、南部的K79井区和JL2井区均已探明为二叠系乌尔禾组油藏。
2. 油气成藏特征
2.1 沉积相特征
中拐凸起上乌尔禾组以扇三角洲沉积为主，陆源碎屑供给充足，属于近源沉积（鲁新川等，2012；汪孝敬等，2017）（图2）。K79、K82、JL2井区同属于北部、西部物源体系的不同分支水道沉积（张昌民等， 2020），主要发育扇三角洲平原、前缘砂体，砂体叠置连片。根据岩性组合，测井曲线特征可将上乌尔禾组（P3w）自下而上划分为P3w1、P3w2及P3w3 3个岩性段。K82井区二叠系上乌尔禾组发育一套下粗上细的正旋回沉积，P3w1主要以扇三角洲前缘水下碎屑流沉积、水下分流河道为主，岩性主要以分选和磨圆较差的砂砾岩和砾岩为主，砂泥岩次之，均为砂砾岩储层，可进一步划分为P3w1-1、P3w1-2两个砂层组；P3w2水体短暂的下降，主要发育扇三角洲平原河道砂，岩性主要以含砾砂岩、砂岩为主，均为砂砾岩储层，可进一步划分为P3w2-1、P3w2-2两个砂层组；P3w3底部发育扇三角洲前缘沉积，岩性以砂砾岩、砂岩为主体，后水体逐渐变深，区域上被厚层的滨浅湖泥岩所覆盖（图3）。
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图 2 中拐凸起上乌尔禾组砂体及沉积相展布特征图（据邹妞妞等，2021修改）Figure 2. Distribution characteristics of sand bodies and sedimentary facies of upper Wuerhe formation in Zhongguai uplift![]()
图 3 K82井3 402～3 662 m井段岩心综合地层柱状图Figure 3. Comprehensive stratigraphic histogram of 3 402～3 662 m well section core of K82 well2.2 储层特征
K82井区主要含油层系为P3w1和P3w2，根据岩心观察及岩石薄片统计，P3w1储层岩性主要为灰色、灰黑色、灰绿色砂砾岩（图4a～图4c），粒径为0.1～20 mm，磨圆主要呈次棱角状-次圆状，分选差；岩屑成分主要为凝灰岩，占比为61.6%，其次为安山岩、中酸性喷出岩；杂基以泥质为主，占比为2.5%；胶结物主要为方解石、浊沸石，胶结类型以孔隙式、压嵌式和接触式为主，主要为线接触及点-线接触；P3w2储层岩性主要为灰色、灰绿色砂岩、砂砾岩（图4d～图4f）。岩屑成分以凝灰岩为主，占比为63.5%；杂基主要为泥质，占比为2.5%；胶结物主要为方解石、浊沸石，胶结中等–致密，主要为孔隙式–压嵌式、接触式胶结。孔隙类型主要为粒间溶孔、剩余粒间孔、微裂隙等（图4g～图4i）。P3w1段31块油层样品分析统计，油层孔隙度为6.0%～9.3%，平均为7.4%；渗透率为0.36～20.6 mD，平均为2.23 mD；P3w2段92块油层样品油层孔隙度为6.0%～13.6%，平均为8.4%；渗透率为0.47～94.8 mD，平均为4.64 mD（图5）。这两段砂砾岩储层总体属于中-低孔低渗储层，具备一定的油气储集能力。
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图 4 K82井区上乌尔禾组主要储集岩特征和储集空间类型图a. K82井，3 650.28 m，浅灰色中砾岩；b. K304井，3 675.64 m，灰黑色含中砾小砾岩；c. K303井，3 785.53 m，灰褐色含粗砾中砾岩；d. K82井，3 507.85 m，灰色小砾岩；e. K303井，3 676.31 m，灰色含中砾小砾岩；f. K304井，3 601.32 m，灰色粗砂岩水平层理；g. K304井，3 666.38 m，剩余粒间孔，原生粒间孔，砂砾岩，铸体；h. K303井，3 757.83 m，剩余粒间孔，砂砾岩，铸体；i. K82井，3 507.75 m，微裂缝，砂砾岩，铸体Figure 4. Reservoir characteristics and reservoir interspace types of upper Wuerhe Formation in K82 Well block![]()
图 5 K82井区上乌尔禾组孔−渗特征图Figure 5. The porosity-permeability of upper Wuerhe formation of permian in K82 well blockP3w1-2油层稳定连续，局部发育泥岩夹层，油层平均厚度约为18.5 m；P3w1-1油层连通性较好，局部发育泥岩夹层，油层平均厚度约为15.3 m；P3w2-2油层在K82井附近厚度较大，油层平均厚度约为12.9 m，油层连通性较好，局部发育泥岩夹层，平均厚度为1 m。垂向上从P3w1到P3w3，砂砾岩储层的厚度逐步减小（图6）。
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图 6 K82及邻区上乌尔禾组砂体连井剖面图Figure 6. The sand bodies profile of upper Wuerhe formation in K82 and adjacent well block2.3 盖层特征
K82井区上乌尔禾组中盖层发育较稳定，岩性单一，主要为泥岩。自下而上主要发育3套区域性盖层，分别位于P3w1、P3w2和P3w3顶部。其中P3w1、P3w2顶部盖层主要为扇三角洲平原支流间湾的泥岩，平均厚度分别为2.2 m和4.9 m。其次P3w3顶部沉积厚层的滨浅湖相泥岩，是该地区最为重要的区域性盖层（图6）。前人在其南部K79井区测得泥岩盖层的平均孔隙度仅为5.94%，渗透率为3.1×10−3 μm2（邹妞妞等，2021），因而对油气的运移起极好的阻挡作用。从P3w1到P3w3砂砾岩储层的厚度逐步减小，而泥岩盖层的厚度和规模逐渐变大，构成极好的下储上盖组合，为该地区油气储藏提供了很好的保障。
2.4 烃源岩条件
卢红刚等（2021）研究认为，中拐凸起在纵向上共发育石炭系、二叠系佳木河组、风城组和下乌尔禾组4套烃源岩。其中，风城组是最优质、最高效的烃源岩，主要分布于玛湖凹陷至沙湾凹陷之中，近断裂带区域沉积厚度大于150 m且分布范围广泛，形成于还原–强还原咸化湖相的沉积环境（Cao et al.，2020；何海清等，2022），有机质丰度高，总有机碳（TOC）含量为0.41%～4.10%，平均为1.38%，S1+S2值平均为5.73 mg/g，主要为混合型Ⅱ型烃源岩，Ro值为0.85%～1.56%（李际，2015；黄立良等，2022）。随着准噶尔盆地在石炭纪—二叠纪由“热盆”变为“冷盆”，延长了风城组烃源岩的生油窗，使得烃源岩可长期生烃、排烃，为其上的上乌尔禾组油气藏提供充足的油源（宋涛等，2019），聚集于中拐凸起早期形成的圈闭之中。K82井区位处中拐凸起斜坡构造带的上倾方向，一直是油气运移的指向区，优质烃源岩的广泛分布使该地区具备油气成藏的基础。
2.5 疏导条件
受挤压造山与持续隆升的构造运动的影响，中拐凸起二叠系在形成后主要发育3期断裂：第一组是华力西早期形成的NE-SW向逆推断裂，如K82井西断裂、K79井西断裂等，其与构造线平行，上倾遮挡作用良好，属于控圈控沉积断裂；第二组是华力西晚期形成的与逆推断裂相伴生的逆断裂，如K009井北断裂、K302井南断裂等，其断裂规模较小，部分具有控圈作用；第三组是燕山早期形成的近W-E向的走滑断裂，如H3井东断裂、K80井东断裂等（表1，图7a），其断穿地层从二叠系风城组、上下乌尔禾组及三叠系部分地层，这些断裂为风城组烃源岩的油气运移提供垂向输导（吴孔友等，2017；何登发等，2018；黄立良等，2022 ）。同时由于地层的超覆，上乌尔禾组与下伏地层之间广泛发育不整合面，使得油气在垂向运移时遇到不整合面而发生侧向运移聚集成藏（韩宝等，2017；匡立春等，2022）。K82、K79井区主要的逆断裂如图7b所示，K82井区圈闭主要由K009井北断裂、K82井西断裂、K302井南断裂三面环围而成，得益于复杂的断裂-不整合的疏导体系，油气得以在乌尔禾组运移并大面积储存形成油气藏。
表 1 K82和K79井区逆断裂要素Table 1. The elements of reverse faults of P3w in in the K82 and K79 well block序号 断裂名称 断裂性质 断开层位 断裂产状 断距 延伸长度 走向 倾向 倾角（°） （m） （km） 1 K009井北断裂 逆 P NW NE 75～85 5～10 5.55 2 K82井西断裂 逆 P S E 40～60 5～10 6.7 3 K302井南断裂 逆 P NW S 75～85 5～20 7.17 4 K218井北断裂 逆 P NW NE 60～80 5～15 6.88 5 K79井西断裂 逆 P S E 45～60 5～15 8.55 6 K79井北断裂 逆 P NW S 75～85 5～10 2.04 7 K79井南断裂 逆 P NW N 75～85 5～10 1.53 8 K301井西断裂 逆 P S E 20～70 5～20 8.62 9 K208井南断裂 逆 P NW S 75～85 5～25 16.19 ![]()
图 7 中拐凸起上乌尔禾组顶面构造图（a据黄立良等, 2022修）Figure 7. Top surface structural map of upper Wuerhe formation in Zhongguai uplift3. 油气成藏模式
在晚二叠世断坳转换的构造背景下，中拐凸起发育退积式扇三角洲沉积体系，斜坡带上地层层序界面超覆。基于沉积体系分析，该地区油气藏属于湖侵域地层超覆油气成藏模式（图8）。K82井区上乌尔禾组储层主要为扇三角洲平原相灰色砂砾岩，砂砾岩体呈大面积叠置连片分布，多套优质烃源岩为油气聚集提供充足来源，形成良好的生储盖组合。3期次的断裂及不整合面为油气的垂向、横向运移提供良好的输导条件，在上乌尔禾组有效圈闭内聚集成藏。由图9可知，油气在断层运移过程中，一部分在断层圈闭中聚集，另一部分沿两侧储层分流而产生侧向运移。烃源岩的分布、立体疏导体系等是西准地区中拐凸起油气藏的主要影响因素。根据源−储耦合关系，进一步明确了K82井区油藏为下生上储断层–岩性型成藏模式（图9）。
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图 8 中拐凸起上乌尔禾组成藏模式图Figure 8. Hydrocarbon accumulation pattern of upper Wuerhe formation in Zhongguai uplift![]()
图 9 K82井区及邻区上乌尔禾组油气藏剖面图Figure 9. Reservoir section of upper Wuerhe formation in the K82 and adjacent well block4. 结论
（1）从沉积、储层、盖层等角度出发，认为中拐凸起K82井区二叠系上乌尔禾组以扇三角洲平原体系为主，广泛发育砂砾岩中–低孔、低渗储集层，河道间泥岩及滨浅湖泥与厚层砂砾岩形成良好的储盖组合。
（2）风城组等优质烃源岩为K82井区油藏提供充足的油源供给，3期次的断裂为油气运移提供疏导，K82井区具备油气成藏的有利条件。通过对连井剖面进行剖析，根据源−储耦合关系，K82井区油藏主要以下生上储断层–岩性型成藏模式为主。
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