准噶尔盆地南缘高泉地区清水河组储层中黄铁矿成因及地质意义

doi:10.13745/j.esf.sf.2025.1.35

地学前缘 ›› 2026, Vol. 33 ›› Issue (2): 386-398.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.1.35

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准噶尔盆地南缘高泉地区清水河组储层中黄铁矿成因及地质意义

杨文霞¹^,²(), 桂丽黎²^,^*(), 鲁雪松², 李传新³, 姚诗华²^,⁴, 卓勤功², 陈玮岩²

1.中国石化西北油田分公司, 新疆乌鲁木齐 830011
2.中国石油勘探开发研究院, 北京 100083
3.中国地质大学(北京) 能源学院, 北京 100083
4.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083

收稿日期:2024-12-23 修回日期:2025-09-03 出版日期:2026-03-25 发布日期:2026-01-29
通信作者: *桂丽黎(1986—),女,博士,高级工程师,主要从事油气成藏年代学分析与油气成藏综合研究。E-mail: gll@petrochina.com.cn
作者简介:杨文霞(1996—),女,助理工程师,主要从事油气藏开发。E-mail: 1513688734@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(42502140);国家自然科学基金项目(42172164);国家自然科学基金项目(42472216);国家重大科技专项项目(2025ZD1400402);中国石油科学研究与技术开发项目(2023ZZ0206);中国石油科学研究与技术开发项目(2021DJ0103);中国石油科学研究与技术开发项目(2024-KFKT-01)

Genesis and geological significance of pyrite in the Qingshuihe formation reservoir in the Gaoquan area at the southern margin of the Junggar Basin

YANG Wenxia¹^,²(), GUI Lili²^,^*(), LU Xuesong², LI Chuanxin³, YAO Shihua²^,⁴, ZHUO Qingong², CHEN Weiyan²

1. Northwest Oilfield Branch Company-Sinopec, ürümqi 830011, China
2. Research Institute of Petroleum Exploration Development, Beijing 100083, China
3. School of Energy Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China
4. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China

Received:2024-12-23 Revised:2025-09-03 Online:2026-03-25 Published:2026-01-29

摘要/Abstract

摘要：

沉积成因与热液成因黄铁矿形成于截然不同的地质环境,准确识别其成因对揭示油气成藏过程至关重要。然而,黄铁矿在油气成藏中的作用,尤其在碎屑岩储层中的研究相对薄弱。本研究聚焦于准噶尔盆地南缘四棵树凹陷高泉地区白垩系清水河组砂岩储层(该区取得勘探突破,但成藏过程复杂且流体包裹体证据匮乏),利用储层中广泛发育的黄铁矿作为研究对象,探明黄铁矿对油气成藏过程的指示意义。综合运用光学显微镜、扫描电镜、拉曼光谱、激光原位硫同位素分析、微量元素分析和黄铁矿伴生方解石原位U-Pb定年等技术,系统研究了黄铁矿的产状、成因、形成环境、过程和时间。结果表明高泉地区黄铁矿主要分为两期:(1) 早期块状黄铁矿(形成时间约122 Ma)。呈半自形,与第一期方解石共生,形成于贫铁富硫环境。其低Co/Ni值(<1)及显著偏负的硫同位素组成(δ³⁴S=-36.42‰~-30.08‰)指示其为沉积成因,硫源为沉积岩,形成机制与低温硫酸盐细菌还原作用(Bacterial Sulfate Reduction,BSR)相关。(2) 晚期它形黄铁矿(形成时间约10.7 Ma)。呈不规则形态,与第二期方解石及沥青伴生,形成于贫硫富铁环境。其高Co/Ni值(>2)及相对偏正的硫同位素组成(δ³⁴S=-28.62‰~-18.02‰)指示其为热液成因,硫源主要来自烃类有机质裂解,形成机制与高温硫酸盐热化学还原作用(Thermochemical Sulfate Reduction,TSR)相关。(3) 晚期不定形黄铁矿的形成时间(约10.7 Ma)直接指示了该区主要的油气充注时间约为11 Ma并记录了TSR对储层的破坏。综上所述,本研究系统报道了碎屑岩储层中黄铁矿对复杂油气成藏过程的精细记录,有力证明了黄铁矿可作为揭示油气充注时间、流体性质及成藏后改造(如TSR破坏)的重要指示矿物。

关键词: 高泉地区, 清水河组, 油气成藏, 黄铁矿成因, 硫同位素, 微量元素

Abstract:

Pyrite formed in depositional versus hydrothermal systems reflects fundamentally different conditions, making its genetic identification key to reconstructing hydrocarbon accumulation. In the Gaoquan area of the Sikeshu Sag, where conventional fluid inclusion evidence is limited, this study uses pyrite from the Cretaceous Qingshuihe Formation sandstone to clarify the reservoir’s complex accumulation history through integrated analyses including optical microscopy, Scanning Electron Microscopy(SEM), Raman spectroscopy, Laser Ablation Multi-Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-MC-ICP-MS), and U-Pb dating of calcite. Two pyrite generations are recognized: (1) Early-stage Massive Pyrite (~122 Ma) with subhedral morphology, low Co/Ni (<1), and highly negative δ³⁴S (-36.42‰ to -30.08‰), indicating a depositional origin via low-temperature bacterial sulfate reduction; (2) Late-stage Anhedral Pyrite (~10.7 Ma) with high Co/Ni (>2), less negative δ³⁴S (-28.62‰ to -18.02‰), and association with calcite and bitumen, indicating a hydrothermal origin linked to thermochemical sulfate reduction and sulfur from hydrocarbon cracking. (3) The late-stage pyrite constrains the main hydrocarbon charge to ~11 Ma and records TSR-related reservoir alteration, demonstrating that pyrite is a powerful indicator of hydrocarbon charge timing, fluid properties, and post-accumulation processes in clastic reservoirs.

Key words: Gaoquan area, Qingshuihe formation, hydrocarbon accumulation, pyrite genesis, sulfur isotope, trace elements

中图分类号:

P618.13

杨文霞, 桂丽黎, 鲁雪松, 李传新, 姚诗华, 卓勤功, 陈玮岩. 准噶尔盆地南缘高泉地区清水河组储层中黄铁矿成因及地质意义[J]. 地学前缘, 2026, 33(2): 386-398.

YANG Wenxia, GUI Lili, LU Xuesong, LI Chuanxin, YAO Shihua, ZHUO Qingong, CHEN Weiyan. Genesis and geological significance of pyrite in the Qingshuihe formation reservoir in the Gaoquan area at the southern margin of the Junggar Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2026, 33(2): 386-398.

图/表 12

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样品号	井号	深度/m	层位	岩性	含油气性
G101	高101井	6 017.01	K₁q	绿灰色砂砾岩	水层
GQ5-1	高泉5井	6 051.04	K₁q	灰色砂砾岩	油水同层
GQ5-2	高泉5井	6 055.58	K₁q	绿灰色砂砾岩	油水同层
GQ5-3	高泉5井	6 068.00	K₁q	灰绿色砂砾岩	油水同层
GHW001	GHW001井	5 842.50	K₁q	灰绿色泥质粉砂岩	水层

样品号	井号	深度/m	层位	岩性	含油气性
G101	高101井	6 017.01	K₁q	绿灰色砂砾岩	水层
GQ5-1	高泉5井	6 051.04	K₁q	灰色砂砾岩	油水同层
GQ5-2	高泉5井	6 055.58	K₁q	绿灰色砂砾岩	油水同层
GQ5-3	高泉5井	6 068.00	K₁q	灰绿色砂砾岩	油水同层
GHW001	GHW001井	5 842.50	K₁q	灰绿色泥质粉砂岩	水层

样品号	类型	微量元素含量/10^-6
样品号	类型	Ti	V	Mn	Co	Ni	Cu	Zn	As	Se	Sr	Ag	Sb	Pb
G101	Py1	1.7	2.5	156.7	3.1	11.9	169.5	43.0	22.2	0.3	0.0	1.9	11.3	170.4
G101	Py1	2.5	3.1	40.6	0.7	1.1	67.0	10.5	86.7	0.1	0.3	0.7	4.4	24.9
G101	Py1	2.4	2.9	164.5	2.4	1.6	198.5	42.1	29.2	0.3	0.2	0.9	47.8	189.0
G101	Py1	1.7	4.1	94.0	2.1	10.9	215.4	27.9	26.9	0.6	0.1	1.1	9.3	93.6
GHW001	Py1	165.8	7.2	99.6	6.2	15.2	121.8	18.6	51.5	0.0	1.8	0.6	36.6	154.9
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GHW001	Py1	10.3	3.2	203.5	2.9	0.0	293.3	55.4	3.0	0.5	0.4	0.9	14.3	172.7
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GQ5-1	Py1	2.0	2.6	0.5	0.1	0.3	3.6	1.1	2.1	0.2	0.0	0.7	5.6	2.4
GQ5-1	Py1	2.6	6.0	0.7	8.0	1.8	12.7	1.4	20.8	0.2	2.9	0.3	11.2	71.9
GQ5-2	Py2	6.4	0.0	9.4	17.3	13.7	22.9	13.5	182.2	2.8	0.8	0.4	29.1	56.0
GQ5-2	Py2	31.0	0.5	7.7	6.6	7.2	84.2	10.3	249.1	2.7	1.6	0.4	55.9	146.3
GQ5-2	Py2	170.6	0.6	17.7	12.9	9.8	86.5	10.2	277.4	2.6	1.5	1.3	21.1	128.4
GQ5-2	Py2	1 336.2	0.3	26.8	40.2	24.0	77.2	19.6	137.5	4.0	42.5	1.9	21.2	405.6
GQ5-3	Py2	2.1	0.2	53.8	2.9	2.5	64.4	16.0	118.7	2.1	0.5	2.7	27.2	51.4
GQ5-3	Py2	2.9	0.5	57.6	6.6	4.2	17.3	13.7	127.4	2.9	0.1	0.9	13.8	28.8
GQ5-3	Py2	6.6	0.0	1.4	8.2	7.3	30.4	1.2	85.2	2.4	0.2	0.5	4.4	48.2
GQ5-3	Py2	4.8	0.3	6.1	11.4	7.0	2.5	13.1	150.0	2.4	0.2	0.0	32.3	23.6
GQ5-3	Py2	93.2	0.5	21.0	4.9	3.2	27.7	4.1	694.9	2.7	1.0	0.2	39.7	81.8
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GQ5-3	Py2	2.3	0.1	36.3	1.6	0.6	34.2	9.7	99.1	5.7	0.3	0.9	20.6	42.3
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GQ5-3	Py2	2.0	0.0	171.4	1.5	2.1	46.7	29.3	193.7	6.0	0.4	0.3	14.1	141.5
GQ5-3	Py2	3.4	0.1	7.1	0.7	0.6	8.4	5.9	138.0	4.9	0.2	0.1	27.1	4.0

样品号	类型	微量元素含量/10^-6
样品号	类型	Ti	V	Mn	Co	Ni	Cu	Zn	As	Se	Sr	Ag	Sb	Pb
G101	Py1	1.7	2.5	156.7	3.1	11.9	169.5	43.0	22.2	0.3	0.0	1.9	11.3	170.4
G101	Py1	2.5	3.1	40.6	0.7	1.1	67.0	10.5	86.7	0.1	0.3	0.7	4.4	24.9
G101	Py1	2.4	2.9	164.5	2.4	1.6	198.5	42.1	29.2	0.3	0.2	0.9	47.8	189.0
G101	Py1	1.7	4.1	94.0	2.1	10.9	215.4	27.9	26.9	0.6	0.1	1.1	9.3	93.6
GHW001	Py1	165.8	7.2	99.6	6.2	15.2	121.8	18.6	51.5	0.0	1.8	0.6	36.6	154.9
GHW001	Py1	8.1	8.3	84.6	1.3	1.7	46.1	17.8	10.5	0.0	0.2	0.6	37.4	96.2
GHW001	Py1	10.3	3.2	203.5	2.9	0.0	293.3	55.4	3.0	0.5	0.4	0.9	14.3	172.7
GQ5-1	Py1	1.5	4.7	8.1	0.0	0.0	1.1	6.0	77.8	0.0	0.1	0.1	62.7	10.4
GQ5-1	Py1	1.9	3.0	200.1	6.6	30.0	532.3	56.4	30.4	0.5	0.3	5.6	60.5	614.9
GQ5-1	Py1	9.0	2.7	2.5	0.4	0.8	13.4	5.4	131.4	0.0	0.6	0.0	60.0	12.3
GQ5-1	Py1	2.7	3.3	85.7	0.7	2.0	170.2	19.0	54.1	0.0	0.1	0.4	6.0	92.8
GQ5-1	Py1	2.0	2.6	0.5	0.1	0.3	3.6	1.1	2.1	0.2	0.0	0.7	5.6	2.4
GQ5-1	Py1	2.6	6.0	0.7	8.0	1.8	12.7	1.4	20.8	0.2	2.9	0.3	11.2	71.9
GQ5-2	Py2	6.4	0.0	9.4	17.3	13.7	22.9	13.5	182.2	2.8	0.8	0.4	29.1	56.0
GQ5-2	Py2	31.0	0.5	7.7	6.6	7.2	84.2	10.3	249.1	2.7	1.6	0.4	55.9	146.3
GQ5-2	Py2	170.6	0.6	17.7	12.9	9.8	86.5	10.2	277.4	2.6	1.5	1.3	21.1	128.4
GQ5-2	Py2	1 336.2	0.3	26.8	40.2	24.0	77.2	19.6	137.5	4.0	42.5	1.9	21.2	405.6
GQ5-3	Py2	2.1	0.2	53.8	2.9	2.5	64.4	16.0	118.7	2.1	0.5	2.7	27.2	51.4
GQ5-3	Py2	2.9	0.5	57.6	6.6	4.2	17.3	13.7	127.4	2.9	0.1	0.9	13.8	28.8
GQ5-3	Py2	6.6	0.0	1.4	8.2	7.3	30.4	1.2	85.2	2.4	0.2	0.5	4.4	48.2
GQ5-3	Py2	4.8	0.3	6.1	11.4	7.0	2.5	13.1	150.0	2.4	0.2	0.0	32.3	23.6
GQ5-3	Py2	93.2	0.5	21.0	4.9	3.2	27.7	4.1	694.9	2.7	1.0	0.2	39.7	81.8
GQ5-3	Py2	1.4	0.1	68.2	2.0	1.5	101.7	12.1	95.3	3.6	0.3	0.9	7.8	73.9
GQ5-3	Py2	2.3	0.1	36.3	1.6	0.6	34.2	9.7	99.1	5.7	0.3	0.9	20.6	42.3
GQ5-3	Py2	1.8	0.3	25.1	1.1	1.3	24.6	8.4	176.8	4.9	0.4	0.7	8.7	54.6
GQ5-3	Py2	2.0	0.0	171.4	1.5	2.1	46.7	29.3	193.7	6.0	0.4	0.3	14.1	141.5
GQ5-3	Py2	3.4	0.1	7.1	0.7	0.6	8.4	5.9	138.0	4.9	0.2	0.1	27.1	4.0

样品号	类型	δ³⁴S/%	样品号	类型	δ³⁴S/%
G101	Py1	-33.44	GQ5-1	Py1	-32.45
G101	Py1	-33.44	GQ5-2	Py2	-21.93
G101	Py1	-34.75	GQ5-2	Py2	-30.24
G101	Py1	-34.13	GQ5-2	Py2	-22.7
G101	Py1	-33.08	GQ5-2	Py2	-18.15
G101	Py1	-33.74	GQ5-2	Py2	-18.84
G101	Py1	-36.42	GQ5-3	Py2	-19.35
GHW001	Py1	-34.22	GQ5-3	Py2	-18.02
GHW001	Py1	-36.17	GQ5-3	Py2	-19.81
GHW001	Py1	-32.98	GQ5-3	Py2	-21.68
GHW001	Py1	-36.52	GQ5-3	Py2	-23.25
GQ5-1	Py1	-35.02	GQ5-3	Py2	-22.55
GQ5-1	Py1	-35.6	GQ5-3	Py2	-23.53
GQ5-1	Py1	-32.27	GQ5-3	Py2	-24.09
GQ5-1	Py1	-32.05	GQ5-3	Py2	-28.02
GQ5-1	Py1	-31.7	GQ5-3	Py2	-24.17

准噶尔盆地南缘高泉地区清水河组储层中黄铁矿成因及地质意义

Genesis and geological significance of pyrite in the Qingshuihe formation reservoir in the Gaoquan area at the southern margin of the Junggar Basin

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