树果衣嘎凌
李双建1，2肖开华1沃玉进1龙胜祥1蔡立国1
（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国地质大学，北京100083）
摘要 上奥陶统—下志留统烃源岩是中国南方海相4 套主力区域烃源岩之一，有关其形成与发育环境的研究是南方海相油气成藏理论的基础性问题。本文选择中上扬子南缘2条代表性剖面，对上奥陶统—下志留统沉积岩进行了详细的地球化学分析，提取其中对沉积古环境有指示意义的地球化学指标，对该段地层的古环境进行了恢复。研究表明，优质烃源岩段主要集中在上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组底部，V/（V+Ni），Ni/Co，Ceanom，δEu和δ13Corg等地球化学指标与有机碳含量均有较好的相关性，这些指标的异常均表明优质烃源岩发育于缺氧环境。而龙马溪组上部地层的有机碳含量较低，各种地球化学指标也显示此时缺氧环境遭到了破坏，这与当时的沉积环境多为高能环境、不利于烃源岩发育是一致的。
关键词 中上扬子 上奥陶统—下志留统 烃源岩 古环境 地球化学
Palaeo-environment Resume of Upper Ordovician—Lower Silurian，Middle-Upper Yangtze Area
LI Shuang-jian1，2，XIAO Kai-hua1，WO Yu-jin1，LONG Sheng-xiang1，CAI Li-guo1
（ ＆ Production Research Institute，SINOPEC，Beijing100083； University of Geosciences，Beijing100083）
Abstract The source rock in Upper Ordovician-Lower Silurian is one of the four regional marine source rocks in south China，the studies on palaeo-environment of its formation and development are basic questions about marine hydrocarbon accumulation theories in south typical sections are selected in this study，and de-tailed geochemical analyses of Upper Ordovician-Lower Silurian sedimentary rocks are conducted in these environment indicators are selected to resume the study results show that the high-quality source rocks are concentrated in Wufeng formation of Upper Ordovician and bottom of Longmaxi forma-tion of Lower indicators，such as V/（V+Ni），Ni/Co，Ceanom，δEu andδ13Corghave good relations with TOC in these formations，which indicate that good quality source rocks developed in anoxic geochemical indicators in upper parts of Longmaxi formation show that the anoxic environment were destroyed，which is accordant with high-energy sedimentary environment that is disadvantage to formation of source rocks.
Key words Middle-Upper Yangtze Upper Ordovician-Lower Silurian source rock palaeo-environment geochemistry
沉积环境既控制有机质丰度，又影响有机质质量，是控制海相烃源岩发育和分布的最重要因素，沉积环境演化在时间上具有明显的等时性和同步性特征，体现出它们在地质演化中具有相互促进、相互制约的辩证关系。因此，环境演化没有单因素的控制机制，而是多因素综合影响的结果，生物繁盛、有机质和微量元素富集或贫化、碳同位素值偏移以及烃源岩发育是各项环境参数的综合效应，在空间上明显呈相互对应、共生组合的特点，表现出相互作用、相互反馈的因果关系［1］。
海相有效烃源岩作为一种特殊的富有机质层段，其发育明显受沉积环境控制，如古生产力及氧化还原条件等，而这些因素可体现在化学元素、同位素等无机参数组合上，这就为从古环境角度研究烃源岩的有效性开辟了一条新途径。当前已经建立了包括微量元素、稳定同位素和有机地球化学在内的多种古环境恢复指标［2］。
上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组烃源岩分布几乎遍及上、中、下扬子地区，有机质以腐泥型为主，成烃潜力大。有关其形成与发育的古环境恢复研究是优质烃源岩分布预测的基础，也是南方海相油气成藏理论的基础性问题。前人对南方志留系的研究集中在奥陶纪末期与志留纪早期古气候变化、海平面变化和古生物灭绝事件等问题上，而对该套地层的烃源岩发育环境研究较少［3～5］。
本文选取中、上扬子地区2条完整的上奥陶统—下志留统剖面，进行了细致的沉积物全岩地球化学分析，从中选出特征的指标和参数，对该套地层沉积时的古环境做了分析和讨论。
1 地质背景
扬子地区奥陶系—志留系分布广泛，滇东、川、鄂、湘、黔一带露头非常发育。受加里东早期运动的影响，华南的东南区在寒武纪末期已有隆起趋势，黔中南及江南雪峰地区在加里东晚期亦已上升为陆，与华夏古陆连成一片，成为扬子地区通海的屏障；而川南、黔北、湘西以及中、下扬子长江沿线地区的下志留统龙马溪组大多与下伏上奥陶统平行不整合接触。晚奥陶世至早志留世，扬子地区的海域一度为半封闭滞留海，中志留世后，除黔南、滇东外的扬子地区逐渐抬升，志留纪末的广西运动结束了早古生代的沉积史［6，7］。
本次研究选取的剖面位于扬子地区南缘（图1），靠近雪峰古隆起和黔中古隆起。石门磺厂剖面，奥陶系五峰组（O3w）厚，为一套黑色薄层炭质页岩间夹薄层炭硅质沉积，底部发育中厚层深灰色泥岩。志留系自下而上发育下统龙马溪组（S1l）、罗惹坪组（S1lr）和中统的纱帽组（S2s）。龙马溪组厚650m，主要为一套灰黑色、灰绿色页岩和泥质砂岩，向上砂质增多。罗惹坪组厚839m，以灰绿色岩、粉砂质泥岩和含粉砂质页岩为主，其次为泥质粉砂岩及粉砂岩。纱帽组厚298m，主要为浅绿灰色、绿灰色粉砂岩少夹砂质泥岩、泥质粉砂岩薄层或条带。从沉积环境上看，上奥陶统五峰组为滞留盆地沉积，志留系龙马溪组主要是深水陆棚或者陆棚内盆地沉积，向上沉积水体变浅，罗惹坪组和纱帽组主要为浅水陆棚和滨岸相沉积。习水喉滩剖面，奥陶系五峰组（O3w）厚，岩性为黑色炭质泥岩，底部显中层状，含少量砂质及黄铁矿晶粒。志留系自下而上发育下统龙马溪组（S1l）、石牛栏组（S1sh）和中统韩家店组（S2h）。龙马溪组厚102m，主要为灰黑色中层状泥岩夹同色中层状泥质粉砂岩，水平层理发育。石牛栏组厚308m，下部为灰、暗灰色中、薄层状泥灰岩夹褐灰色薄层状灰质泥岩，上部为灰色、浅灰色厚层状泥质条带亮晶砂屑灰岩及亮晶生物屑灰岩。韩家店组厚248m，主要为深灰色泥岩（不显层状）夹灰色中、薄层状亮晶生物屑灰岩及生物泥灰岩。该剖面的沉积环境演变与石门磺厂剖面类似，上奥陶统五峰组为滞留盆地相沉积，龙马溪组底部为深水陆棚沉积，向上水体变浅，沉积相转变为浅水陆棚沉积，由于远离物源区，沉积物以清水碳酸盐岩为主。
图1 取样剖面位置
2 样品采集与处理
为了对中国南方上奥陶统—下志留统优质烃源岩的发育环境进行深入研究，研究人员对石门磺厂和习水吼滩2个剖面进行了系统的观察与取样，共获得37个泥质岩样品，对这些样品做了详细的地球化学分析，样品分布见图2，图3和表1，表2。微量、稀土元素测试采用电感耦合等离子质谱（ICP-MS）方法完成，分析误差小于5%，由中国科学院地质与地球物理研究所地球化学实验室完成。有机碳碳同位素用MAT-252稳定同位素质谱仪测定，采用PDB标准，分析精度±2‰，由中国石化无锡石油地质实验中心测试完成。样品分析结果见表1和表2。
3 上奥陶统—下志留统地球化学特征与古环境恢复
有机碳含量
表1 上扬子磺厂剖面上奥陶统—下志留统地球化学数据
表2 上扬子吼滩剖面上奥陶统—下志留统地球化学数据
有机碳含量（TOC）是评价烃源岩优劣和丰度的重要指标，它既反映了有机质生产力的高低，也反映了沉积水体的氧化还原条件，因为有机质主要在缺氧条件下才得以最好的保存。如果沉积物中有机质含量丰富，本身就指示了处于较强的还原环境。研究区湖南石门磺厂剖面有机碳含量范围为～，且由下向上逐渐降低，高有机碳样品主要分布在上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组底部（图2），有效烃源岩丰度范围为～，均值为，有效厚度20m左右。贵州习水吼滩剖面有机碳含量范围为～，由下向上有机质丰度降低，有效烃源岩厚度80m左右（图3），有效烃源岩丰度范围为～，平均值为。
钡与古生产力
营养型元素，如C，N，O，Si，P，Cd，Ba等，在海洋中的分布均受生物化学反应控制，但各元素对古生产力的反映程度有所不同。海洋学研究表明，Ba积累率与有机碳通量、生物生产力呈正相关，Ba富集指示上层水体的高生产力，可用Ba/Al或Ba/Ca的比值来计算古生产力。大量的重晶石在地中海底部淤泥中富集是生产力提高的一个显著证据。叶连俊等［8］提出表层海水的高生产率和底部的缺氧都是Ba富集的必要条件。显然，海相沉积中Ba富集与烃源岩发育条件相似，二者时空分布上必然存在着联系，利用 Ba丰度对古生产力的指示可进一步表征有效烃源岩的发育。
根据磺厂剖面和吼滩剖面统计（表3），当TOC值大于时，3条剖面的Ba含量均值大于 803×10-6，当TOC值在～ 之间时，两条剖面 Ba 含量均值在（～）×10-6之间，当TOC值小于时，Ba均值小于×10-6。由统计数据所反映的规律可见，有机碳含量高的层位Ba含量也较高，二者具有较好的正相关关系，表明古生产力对有机碳含量的影响很大。
表3 有机碳与钡含量统计
注：斜线后数据为均值。
氧化还原条件
缺氧环境由于直接涉及某些金属富集成矿、烃源岩发育以及环境污染等众多领域，故对其进行了深入研究，探索其判识标志一直是地学界中经久不衰的研究课题。实质上，缺氧环境就是溶解氧缺乏而有机质与还原态元素等还原性物质稳定存在甚至富集的还原环境，其微迹化石、纹层、黄铁矿及特殊的岩性组合既是基本地质特征，亦是当前普遍认同的宏观判识标志。但此特征不止是缺氧环境的体现，也是沉积速率和水动力条件等的综合反映，尤其弱氧化-弱还原条件下存在着复杂的过渡过程，微迹化石和层理构造等变化较大，易受后期保存程度等影响，故仅依据沉积学和古生物学标准来判断缺氧程度是不够的，还需获取广泛的地球化学证据。地球化学示踪是反映缺氧环境形成演化的有效而敏感的手段。随着测试技术水平的提高，微量元素、稳定同位素和有机地球化学在古环境研究中的优势更为突出，相关的氧化还原条件的判识指标日益多样化和定量化。
微量元素指标
20世纪90年代以来，众多学者利用过渡金属、铀、硫含量及其相关比值对缺氧环境进行了广泛的研究，并提出了相应的判识标准。Hatch等［9］由北美黑色页岩的研究中得出，高的金属（Cd，Mo，V，Zn 等）含量，高的硫含量，DOP≥，V/（V+Ni）≥，指示含H2S的厌氧环境；低的金属含量，V/（V+Ni）为～，指示贫氧环境。Jones等［10］认为，DOP，U/Th，V/Cr，Ni/Co，及自生铀（AU=Utotal-Th/3）含量是古缺氧环境的有效标志，并提出了相关标准。
本次研究选取了V/（V+Ni），V/Cr，Ni/Co，U/Th几个参数作为缺氧环境的判识指标来分析有效烃源岩的发育环境。通过对磺厂和吼滩两条剖面的微量元素统计分析可见（表4），V/（V+Ni），V/Cr，Ni/Co，U/Th等4项判识指标与有机碳含量相关性强，由这些指标的纵向变化（图2，图3），可见这些指标在层位上的异常段与有机碳含量较高的层段有明显的对应关系。
表4 磺厂和吼滩剖面微量元素判识指标统计
注：斜线后为均值。
腾格尔等［2］总结了这些指标对缺氧环境的指示与判别标准，V/（V+Ni），V/Cr，Ni/Co，U/Th在缺氧与富氧环境中的界限值分别为，，，；大于这些值，指示为缺氧或厌氧环境，利于有机质保存；小于这些界限值，指示为富氧环境，不利于有机质的保存。经过对比可以看出，在TOC≥时，地化指标基本都显示缺氧环境，而在≤TOC＜和TOC≤时，这些指标大部分显示为氧化环境。
稀土元素
稀土元素（REE）因具特有的地球化学行为、对沉积环境变化十分敏感而广泛应用于古环境研究。Wright 等［11］把Ce与邻近的LaNd元素的相关变化称为铈异常（Ceanom），Ceanom=lg（3Cen/（2Lan+Ndn）），n表示北美页岩标准化值，并用作判识古缺氧环境的标志，Ceanom大于 为正异常，系还原环境；Ceanom小于 为负异常，是氧化环境。铈异常（Ce/Ce∗或δCe）的另一计算公式为δCe=CeN/（LaN×PrN）1/2，N表示球粒陨石标准化值，δCe大于1为正异常，小于为负异常。陈衍景等［12］的研究表明，缺氧条件下∑REE低，δEu（δEu=EuN/（SmN×GdN）1/2，N为球粒陨石标准化值）和La/Yb高，氧化条件下则相反。
本次研究选用了Ceanom和δEu及La/Yb3个稀土元素指标来评价古环境。通过对磺厂和吼滩两条剖面的稀土元素统计分析可见（表5），这些指标显示其变化与有机碳含量具有正相关性，异常代表了沉积时的缺氧环境；这3个指标在不同剖面上的变化趋势见图2和图3。
图2 石门磺厂剖面地球化学指标纵向变化特征
图3 习水吼滩剖面地球化学指标纵向变化特征
表5 磺厂和吼滩剖面稀土元素判识指标统计
注：斜线后为均值。
有机碳同位素
沉积有机质的δ13Corg值主要与原始有机质的来源及沉积环境有关，其变化在多数情况下反映了原始δ13Corg同位素组成的变化，而热成熟作用并不会明显改变碳的同位素组成，因而δ13Corg在油气领域中作为有机质类型的划分指标已被广泛应用［13，14］。同时，缺氧环境的广泛分布严重影响了δ13Corg的原始同位素平衡，当缺氧条件占优势时，δ13Corg有偏轻的趋势［15，16］。
本次研究系统地测试了磺厂剖面的有机碳碳同位素值，其变化趋势见图2。由统计结果（表6）可以看出，有机碳含量较高的样品，其δ13Corg值较低，普遍小于-28，表明其有机质保存条件较好，处于缺氧环境。随着有机碳含量的降低，δ13Corg值增大，表明沉积水体的还原性降低。
表6 磺厂剖面有机碳碳同位素统计
4 讨论与结论
晚奥陶世—早志留世是一个非常特殊的地质转折时期，在该时期发生了生物集群灭绝事件，为显生宙五大生物集群灭绝事件之一。生物灭绝分为两幕，分别与晚奥陶世末期冈瓦纳古陆冰期的开始与结束期相对应，亦即与海平面的下降与上升期相对应。看起来，生物的灭绝似乎与气候变化引起的冈瓦纳冰盖增生和消融有关，而其中真正的原因是气候变化引起的全球性缺氧事件造成了生物的灭绝。就油气地质而言，缺氧事件往往有利于大套烃源岩地层发育，如最著名的白垩纪缺氧事件在中东地区形成的厚层黑色页岩成为诸多大型油气田的物质基础。
晚奥陶世—早志留世的缺氧事件在世界上很多地区都有表现［17～20］，其中不少都发育了优质的烃源岩，如北非地区发育的优质烃源岩有机碳最高可达17%。除了缺氧环境，北非地区烃源岩的发育还与上升洋流的发育密切相关［21，22］。
通过对微量、稀土元素和碳同位素分析，可以得知，上奥陶统—下志留统优质烃源岩发育层段限于五峰组和龙马溪组底部，发育环境为缺氧环境，并且具有较高的生物生产率，龙马溪组向上，缺氧环境遭到破坏，有机碳含量降低。
尽管缺氧环境是形成优质烃源岩地层的有利因素，但是还有许多因素可以影响烃源岩地层的发育，如上升洋流、海平面变化和沉积环境等等。同时缺氧环境的形成也受古构造和古气候等多种因素的控制，因此，针对晚奥陶世—早志留世扬子地区缺氧环境的形成背景与控制因素仍需要进一步研究。
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好人旦旭
（一）原生裂隙系统控矿
原生裂隙构造，系指与火山作用、火山穹隆构造同期形成的一些断裂裂隙，它反映了古火山机构原生构造型迹。考察北祁连山弧后盆地型海底火山岩的原生矿化，普遍以紫红色碧玉岩的伴生为特征。表明碧玉岩的出现是重要的找矿标志，它应是古海底成矿热液喷流循环体系发育并结束的遗迹。也即火山作用期间，火山热液沿裂隙构造活动，形成现在沿裂隙断裂充填的紫红色碧玉岩。不是所有碧玉岩均有铜矿化相伴产出，却是寻找与古海底热液对流循环体系有关铜矿的重要标志之一。
石居里沟火山岩中碧玉岩的产出特征，前人将其列为“脉岩”类，显然代表了裂隙成因的特点。石居里沟南部基性熔岩中，透镜状碧玉岩切穿熔岩，平行或垂直熔岩枕方向分布，且有矿化显示，局部地段呈不规则团块状分布，形成团块状基性熔岩；北部中心式喷发火山岩系中碧玉岩的产出为特征，碧玉岩有多次叠加现象，后期鲜红的碧玉岩脉在先期紫红色碧玉岩中穿插。整体分布上，以火山角砾岩、集块岩集中出现的中心相，向边缘相方向，碧玉岩呈透镜状、不规则状呈放射状或环状延伸方向分布，与岩层相交。应该说反映了火山喷发作用构筑的火山机构，为期后火山热液流体体系的多次活动提供了基础。
围绕喷发中心，发育大量的碧玉岩。说明碧玉岩的分布受火山机构裂隙系统控制。根据碧玉岩及部分相伴铜矿化分布的特点，可以得出，石居里沟矿区北部火山喷发中心的放射状裂隙或放射状裂隙与环状裂隙的汇集部位为成矿热液体系发育的位置，即易成矿的部位，如Ⅵ号沟矿床、Ⅰ、V号沟矿点等；南部基性熔岩中，平行扩张脊裂隙为成矿热液体系发育的部位，也即易成矿的位置，如Ⅷ号沟矿床等，现在为北西315°～345°方向。围岩蚀变也是重要的成矿热液体系发育的标志，但要与区域变质作用区分。
成矿作用稍晚于或紧伴随火山作用发生，成矿热液体系发育的原生裂隙系统，受火山机构控制。这与现代成矿学研究结论是一致的。古火山机构的恢复，从宏观上确定了富铜块状硫化物矿体分布的位置，主要沿古火山机构的原生裂隙构造系统分布。火山喷发间歇期，先成火山机构的原生裂隙构造是火山成矿热液循环体系最适宜发育的部位，形成柱状、不规则状或网脉、羽状富铜硫化物矿体；若这些原生裂隙构造穿透整个火山岩层达海底，则形成海底热液喷流系统，在低凹部位形成似层状、透镜状矿体，并伴随海底热液喷流系统的结束形成现在呈碧玉岩的氧化物质。火山机构是火山成矿热系统集中发育的部位，古火山机构的恢复为指导找寻富铜块状硫化物矿体具有重要的指示意义。
（二）矿床成因讨论
弧后盆地型火山岩的形成，以Karig（1971）弧后扩张说为开端，其成因研究，有被动扩张机制和主动扩张机制认识，其中Toksoz and Bird（1997）的主动扩张模式，多为人们所接受。即陡倾的消减板片沿海沟俯冲下降，消减的板片作用于软流圈产生黏性拖曳，引起岛弧后方的地幔楔中补充性对流循环，导致地幔上隆，诱发弧后扩张。底辟上隆的地幔柱由于消减流体的作用而发生部分熔融产生弧后盆地型火山岩浆，因而同时具洋脊和岛弧岩浆的特点。一般认为，随弧后扩张的开始，岛弧火山作用即告停止，但也可重新活动（Wilson，1989）。
图4-24勾绘了北祁连中晚奥陶世弧后盆地的形成发育的基本过程，弧后盆地火山作用的岛弧火山作用的痕迹是显而易见的，因此反映在火山作用物质上亦很复杂。夏林圻等的持续研究已证明，就北祁连西段弧后盆地火山作用物质，从卡马尔沟，经塔洞沟，到石居里沟，再到九个泉基性熔岩，然后向南至大岔-大坂一带（图4-14），火山岩岩石微量元素地球化学特点，清楚地显示了有岛弧火山岩分子存在（图4-25）。
图4-24 北祁连弧后盆地演化模式图
图4-25 北祁连山弧后盆地火山岩3Tb-2Ta-Th图解
北祁连山早古生代弧后盆地型火山作用，由东向西作用强度不同，主要表现为东、西段较强烈的扩张，中段相对较弱；扩张的构造位置有差异，东段弧后靠向大陆的一侧扩张，向西在中西段为岛弧自身裂解（图4-24），产生强烈的海底火山作用，并形成石居里沟富铜铜-（锌）型矿床等。这种差异可能与俯冲消减诱发的次生岩浆活动的迁移和作用的强度不同有关，并决定了火山作用的方式。
成矿作用发生的位置，首先与火山作用的强烈发育的背景一致，有较多成矿物质提供。其次，具体成矿的位置与受火山机构控制的原生裂隙系统密切相关。现代海底火山调查表明，平行扩张脊或火山穹隆指向喷发中心的放射状裂隙、环绕喷发中心的裂隙（图4-26），当然还包括喷发中心在内，是现代海底“黑烟囱”发育的部位，而这些火山喷口的热液体系，岩浆流体提供了大量的挥发分和成矿金属（Yang and Scott，1996）。石居里沟的火山岩相-构造填图结果，古火山机构恢复，代表原生裂隙系统热液体系的碧玉岩及矿化空间位置，亦表明平行扩张脊和由喷发中心向外的放射状裂隙、环绕喷发中心的裂隙的交织部位是易于成矿的部位，成矿热液体系直接受火山机构控制。
放射状裂隙、环绕喷发中心的裂隙的交织部位的成矿与平行扩张脊的线状裂隙成矿特征不同，前者主要表现为延深大于延长的柱状或板柱状矿体，反映了垂直火山锥体较大延深的简装裂隙系统，如Ⅵ号沟矿体，Cu＞Zn，当喷口条件适宜时也可在喷口周围形成层纹状的块状矿体，特征是黄铁矿含量高，Cu＞Zn，远离喷口Cu＜Zn（图4-26（a））。
如V号沟矿体，综合整体成矿特征应是一种伞状的外形，由于后期构造的改造多已肢解或叠置；后者则与典型塞浦路斯成矿特征类似，Ⅷ号沟矿体和九个泉矿床均属此种特征（图4-26（b））。这两类成矿火山围岩的构成上有较大差别，是反映了弧后火山作用的演化，前后火山作用的方式不同。但有一点是值得重视的，就是火山碎屑岩发育的中心式喷发的石居里沟北部，也主要为铜或铜-锌成矿类型，少有陆壳成矿元素铅的富集，表明整体成矿背景应是一种洋壳环境，火山作用物质的地球化学特点亦说明了这一结论。
图4-26 北祁连山塞浦路斯型块状硫化物矿床成矿模型示意图
（三）岩浆流体的成矿贡献
尽管现代火山的观察和古代火山作用有关的矿床研究已证实，与火山作用有关的金属矿床，无一例外是由热液系统（hydrothermal systems）直接作用而成矿的，但岩浆作用对热液系统的贡献究竟有多大?却一直是近半个多世纪以来争论的焦点。
岩浆流体对成矿的重要性自17世纪就已被人们所重视（Crig，1979），但自20世纪60年代，许多热液矿物稳定同位素成分的研究，指出大气降水（天水）和海水在各种热液系统中占主导地位后，导致一些研究者推定成矿金属是天水和海水在岩石中循环而淋滤出来成矿的认识（Taylor，1997）。这种观点为中国学者广泛接受（如张理刚，1989；杜乐天，1996；季克俭等，1994），并提出热液矿床流体为天水、海水，岩浆仅供热，矿质源于围岩的“水、热、矿”三源成矿模式（季克俭等，1994）。以火山岩系为主岩的贱金属、贵金属矿床的形成，相应的也主要依据热液矿物稳定同位素成分数据，提出海水在深部岩浆房热动力作用下，在喷发火山岩石中循环淋滤出金属，形成含矿热卤水，再在适宜部位沉淀成矿体的成因模式（彭礼贵、任有祥等，1995）。与此同时，近年来国外的研究者则认为来源于火山岩浆的流体是普遍存在的，只是后来为大量天水和海水的叠加而被屏蔽或清洗，并认为这被屏蔽或清洗的火山岩浆流体尽管在成矿的热液系统中相对天水和海水占很小的量，但在与火山作用有关的金属矿床的成矿作用中却占主导地位（Whitney，1984；Thompson，1995；Yang，1998）。
对陆相火山及其热液活动的观察，许多上升的岩浆具有饱和的流体相，并且一些浅部（＜5km深度）岩浆，使岩浆流体作用于紧依岩浆的热液系统中。成矿金属在整个火山岩中是微量的，但却高富集于蒸气相的岩浆流体中。美国阿拉斯加的Augustine爆破式火山喷发，1976年喷发30天，与岩浆去气而成的蒸气有关的金属总量Cu达12000t、Zn28000t、Pb3900t、Au1t；意大利的Etna宁静式火山喷发，1987年每天岩浆去气而成的蒸气有关的金属Cu580t、Zn4700t、Mo84t、Au84kg。可见岩浆流体对热液系统成矿作用的意义。
现代海相火山和正在产生黑烟囱的活动的海相热液系统的观察，提供了岩浆流体对块状硫化物的形成具有重要贡献的证据。海底火山喷口热液流体R样品（3He，4He）/Ra（3He，4He）的比值7～9，与地幔特征的岩浆流体一致；大多数海底火山喷口的δ13CCO2值-4‰～-7%o，类似于MORB气泡（-3‰～-8‰），为地幔的特征；H2S的δ34S值‰～+‰，亦表明是玄武岩质的硫。而且热液流体Ⅳ（87Sr）/Ⅳ（86Sr）一般也显示了玄武岩质的源。表明海底岩浆脱气的大量挥发分加入成矿的热液系统，并决定了热液系统的化学成分的变化。这也是不同构造背景下火山作用有关成矿热液系统差异的原因（Yang，1998）。产于弧后盆地的热液系统较洋中脊倾向于高气体含量的流体，且弧后盆地的热液系统的CO2高于大洋中脊。
Yang（1998）等研究人为，与俯冲消减作用有关的玄武岩中的熔融包裹体明显富H2O。熔融包裹体含有硅酸盐熔体和流体相，表明岩浆结晶过程中不混溶流体相的存在。熔融包裹体中已发现两种类型的岩浆流体：超盐液体（w（NaCl）＞40%）和低密度、低盐气体。在熔融包裹体的流体中普遍发现有CO2球珠，并有大量成矿金属Cu、Zn、Pb、Au、Ag等。因此，大量挥发分和金属是岩浆上升至浅部地壳时由岩浆脱气而成。大地构造环境决定了喷发前岩浆流体和其中挥发分的含量。高挥发分含量（尤其是H2O）的岩浆流体产生于汇聚型板块边界的岩浆中，多系消减洋壳脱水作用所致；而离散型板块边界的岩浆作用，挥发分含量较低，且以CO2为主。主要原因是离散型板块边界的岩浆是“干”的，而汇聚型板块边界的岩浆是“湿”的，这也是弧后盆地扩张环境火山岩系中多流体而区别于洋中脊原因。岩浆流体为成矿热液系统提供了大量的挥发分和成矿金属，并决定了与火成岩和火山岩有关的金属矿化。
对比北祁连与火山活动有关的块状硫化物金属矿床的成矿作用，尽管目前还缺少充足的证据，其热液系统的成矿与否取决于岩浆流体的加入，但白银厂矿床熔岩中熔融包裹体研究，有气液相的存在（夏林圻等，1986），表明其岩浆作用过程中不混溶流体相肯定对成矿有重要作用。因为，仅依靠天水和海水循环淋滤出喷发火山岩石中的金属，其围岩成矿金属丰度则应很低，低于未成矿岩石的丰度值。可能的模式应该是多种流体的混合。
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（一）中—晚奥陶世烃源岩及储层发育
中—上奥陶统有利烃源岩的发育与分布目前尚不清楚。根据已有的一些钻井样品分析结果，人们普遍认为这套地层有机质丰度不高。据统计，东部盆地群克1井中—上奥陶统泥岩91个样品平均有机碳含量为，最高，最低。西部盆地英买2井17个泥岩样品平均有机碳含量，最高，最低个碳酸盐岩样品平均有机碳含量，最高，最低；塔中隆起中—上奥陶统烃源岩有机质丰度也普遍不高。
据分析，中—上奥陶统有机质丰度普遍不高是受当时盆地构造、沉积背景控制的。顾家裕（1996）认为，中—晚奥陶世在塔西克拉通内挠曲盆地以混积陆棚相沉积为特征。由于陆源物质的大量注入，海水混浊，不利于生物的大量生长繁殖，从而导致有机母质的不足。在混积内陆棚区，由于水体不深（几米至几十米），受波浪的长期作用和间歇性风暴浪作用，环境不稳定，对有机质的埋藏和保存也不利。盆地发育特征分析表明，中—晚奥陶世满加尔克拉通内挠曲盆地以阿尔金、库鲁克塔格火山岛弧为主要物源区，盆地中充填巨厚的复理石沉积物。当时活动构造环境下火山的大量喷发以及盆地中浊流频繁而广泛的发育，不利于有机质的形成和富集，导致有机质丰度普遍不高。塔东1井中—上奥陶统88个暗色泥岩样品有机碳含量为～，可说明这一点。
但是，通过原型盆地分析并结合露头和钻井资料，作者认为，中—晚奥陶世在塔里木克拉通盆地内的一些层段和一些地区仍可以发育好烃源岩。
中奥陶世早期，随全球海平面上升，塔里木盆地海平面上升到前所未有的高度，奥陶纪末至志留纪早期为另一海平面相对上升时期（图3-14）。海平面上升时期发育的海进体系域凝缩层段良好烃源岩已在一些露头和钻井剖面上见到。例如，在柯坪地区大湾沟剖面上，中奥陶统下部萨尔干组海进体系域静海盆地相黑色泥页岩及深灰色富含有机质粉晶灰岩为良好生油岩。上奥陶统上部印干组也发育静海盆地相钙质泥岩。这可能与柯坪地区与南天山残留洋盆地（西段）南缘稳定翼克拉通边缘坳陷盆地相邻（图2-6、2-7）和中—晚奥陶世海平面上升有关。中—晚奥陶世海平面上升时期，塔西北静海盆地沉积可以扩展到今阿瓦提凹陷中—西部，当时那里恰为克拉通内坳陷中心（在图2-10上存在一个中奥陶统地层厚度增大区）。由此推断，在今阿瓦提凹陷存在中—上奥陶统有利生油岩发育区（图2-6、2-7）。在阿瓦提西部地震剖面上（图6-2），中—上奥陶统具中强振幅较连续亚平行反射，可能是这套生油岩的反映。
在满加尔盆地内，可能普遍发育与中—晚奥陶世海进体系域有关的凝缩层段有利烃源岩。如在库鲁克塔格和阿尔金地区见有中奥陶统或上奥陶统好生油岩。除这些凝缩层段外，满加尔盆地大部分地区和中—晚奥陶世大部分时期不发育好的烃源岩，但满加尔盆地西部（包括混积外陆棚外部、斜坡相带及半深海盆地相带西部）可能例外（图2-6）。
塔里木盆地中—上奥陶统沉积相带展布及等厚图（图2-10）显示，塔西盆地与满加尔盆地之间以一个斜坡过渡，斜坡向西可伸入到满西1井附近，斜坡东侧以一个地层厚度陡变带与满加尔盆地中央相连。在EW-500测线地震剖面上，从塔西盆地向满加尔盆地，中—上奥陶统底面表现为坡度较缓的一个上斜坡和坡度较陡的一个下斜坡（图6-5）。中—上奥陶统西薄东厚，系自东向西上超所致。中—晚奥陶世沉积相展布（顾家裕等，1995）表明，塔西盆地大范围内为混积陆棚相，满加尔盆地则包括了斜坡相和半深海－深海盆地相，其沉积相模式如图6-6所示。前述地震剖面上的斜坡（包括上、下斜坡）可能相当于混积外陆棚亚相东部、斜坡相和半深海盆地相西部占据的部位。
图6-5EW-500测线地震剖面，示Z、∈1-2、∈3斜坡前积和O2向西超覆
（据中国石油天然气集团公司）
Lehmann等（1995）对北美东部纽约－安大略中—晚奥陶世早期周缘前陆盆地中远离物源一翼（西翼）黑色页岩发育的研究，对我们预测满加尔盆地西翼泥质烃源岩的发育及其分布很有启发意义。
早奥陶世末，塔康（Taconic）造山运动使外来岩席自东向西增生于北美地台东部，使早期以浅海碳酸盐台地沉积为主的被动大陆边缘转化为中—晚奥陶世以硅质碎屑沉积为主的早期周缘前陆盆地。随前陆盆地沉降中心由东向西迁移，原来以碳酸盐岩沉积为主的台地斜坡逐渐被以硅质碎屑岩为主的沉积覆盖（图6-7）。在前陆盆地中，富含有机质的黑色页岩沉积于向东（碎屑物物源方向）倾斜沉降的前陆盆地稳定翼（西斜坡）上，即黑色页岩不代表盆地的最深部位，盆地最深部位（盆地轴）则沉积了粗粒的、轴向水下扇浊积粉砂岩、砂岩等。
在横切满加尔盆地西部斜坡的地震剖面（图6-5）上，中—上奥陶统自东向西上超，反映了挤压挠曲作用与海平面上升联合，台地不断沉没的过程。满加尔盆地东北、东南翼均以火山岛弧为邻，因此中—晚奥陶世盆地东部除海平面上升时期可能有好的泥质烃源岩发育外，主要为大量碎屑物注入造成的浊流沉积。而在西翼斜坡，因距物源区较远，随台地沉没可能发育好的泥质烃源岩。与该斜坡相邻的塔中地区和塔北隆起南斜坡，在中奥陶统中发现了有机质丰度高的泥质灰岩和灰质泥岩，有机碳含量最高可达，说明满加尔盆地西部斜坡（上斜坡及下斜坡）是中—上奥陶统良好泥质烃源岩发育带。
图6-6塔里木盆地中—晚奥陶世沉积相综合模式示意图
（据顾家裕，1996）
图6-7北美东部纽约—安大略中—上奥陶统黑色页岩及其相当沉积物剖面图
（据Lehmann等，1995）
中—晚奥陶世，满加尔盆地以海底扇浊积岩沉积为主，海底扇、切割峡谷、三角洲前缘砂等可成为良好储层。在塔西盆地，大部分地区为灰质泥岩、泥晶灰岩等，不能作为好的储层。巴楚、塔中某些地区可形成生物丘、海绵礁丘，作为较好的储层。塔中1号断裂上、下盘附近中奥陶统底部发现的一些底平顶凸、翼部有上超现象的异常反射，可能也是生物礁、丘的反映。
（二）志留纪烃源岩、储层发育
早志留世北部坳陷及其北斜坡上分布的深灰色泥岩有机质丰度均不高，但其有机质类型较好，干酪根以Ⅱ型和Ⅰ2型为主，有助于生烃潜力的提高，在某些部位可能会成为好生油岩。早志留世沙体呈薄层或透镜状，横向延伸差，因而储层发育差。
中—上志留统普遍见沥青砂并在塔中11井获工业油气流，表明它是塔里木盆地潜在的储层。
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