鄂爾多斯盆地鐵邊城地區(qū)長9砂巖的流體包裹體特征與油氣成藏期次研究

夏曉雨，康 昱，任帥鋒，霍建偉

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710000)

流體包裹體是油氣充注和成巖演化過程中被石英次生加大或方解石膠結(jié)物及其愈合裂隙等捕獲的成巖包裹體，這些在油氣成藏過程中形成的鹽水或油氣包裹體相互共存于成巖膠結(jié)物之中，一般不因后期構(gòu)造活動的疊加改造而消失，保存和記錄著宿主巖層成巖-成礦的時(shí)間、溫度、壓力和流體性質(zhì)等重要的油氣成藏信息[1-9，5-14]。這些信息對判斷成巖作用歷史，確定含烴流體運(yùn)移、油氣充注和成藏作用物理化學(xué)條件，估算油氣藏成藏時(shí)間具有重要作用，是研究烴類流體活動的有效途徑與對象[5-17]。

鄂爾多斯盆地是在古生代華北克拉通陸表海-濱淺海盆地基礎(chǔ)之上疊合發(fā)育的中生代三疊紀(jì)-早白堊世的內(nèi)陸河湖相多旋回沉積含油氣盆地，其上三疊統(tǒng)延長組是油氣勘探的重點(diǎn)層系。前人已對延長組的油氣成藏期次進(jìn)行了較多的研究，但存在有一期成藏、兩期成藏與三期成藏等多種不同的認(rèn)識。一期成藏觀點(diǎn)認(rèn)為早白堊世末期烴源巖生排烴高峰期為石油成藏時(shí)期[18]；兩期成藏觀點(diǎn)認(rèn)為早白堊世為油氣充注運(yùn)移時(shí)間，晚白堊世晚期即構(gòu)造抬升期為油氣大規(guī)模聚集成藏時(shí)間，但也有學(xué)者認(rèn)為第一期石油運(yùn)移發(fā)生在中、晚侏羅世時(shí)期，第二期石油運(yùn)移發(fā)生在早白堊世末期[19]；三期成藏觀點(diǎn)認(rèn)為第一期石油成藏期發(fā)生于中侏羅世末期，第二期石油成藏期為晚侏羅世-早白堊世中期，第三期石油成藏發(fā)生于晚白堊世[20]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過對流體包裹體的研究，結(jié)合該地區(qū)地層埋藏史和熱史明確長9砂巖儲層的油氣充注期次，確定油氣成藏時(shí)間，以期對研究區(qū)長9儲層及延長組儲層的油氣勘探有所啟示。

1 地質(zhì)概況與樣品采集

研究區(qū)鐵邊城地區(qū)位于姬塬油田東區(qū)南部，北起王洼子、南至廟溝，西起樊學(xué)、東至吳起，面積約560km2；構(gòu)造上處于鄂爾多斯盆地鄰近西部天環(huán)坳陷的西傾斜坡帶，總體呈現(xiàn)向西緩傾的平緩單斜構(gòu)造，三疊系延長組地震反射界面顯示其西傾角度在0.5～1°左右，平均坡降(8～10)m/km。

本次研究分別采集了鐵邊城地區(qū)4口探評井延長組長9油層組的8塊砂巖巖心樣品，分別磨制薄片進(jìn)行觀察研究。在Nikon LV100POL熒光偏光顯微鏡下觀察流體包裹體的顏色、大小、產(chǎn)狀和宿主礦物等，確定流體包裹體的相態(tài)、分布特征及類型；用LINKAMTHMS600型冷熱臺，在室溫為20℃、濕度為30%的條件下對與烴類包裹體相伴生的鹽水包裹體包裹體進(jìn)行測溫實(shí)驗(yàn)，測定誤差為±0.1℃，測溫時(shí)初始升溫速率為10℃/min，當(dāng)包裹體臨近均一狀態(tài)時(shí)升溫速率自動調(diào)整為5℃/min。本次測試在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

2 流體包裹體特征

2.1 包裹體薄片觀察

流體包裹體(FI)是指儲層成巖演化及其自生礦物生長過程中被包裹在礦物裂隙或晶格缺陷或窩穴中的鹽水和烴類等成巖流體[21]。根據(jù)流體包裹體的相態(tài)特征可將其分為液體包裹體、氣體包裹體和氣液包裹體三類；根據(jù)成分可以分為鹽水包裹體和油氣或烴類包裹體[22]。儲層中油氣包裹體的存在反映了地質(zhì)歷史時(shí)期儲集層中發(fā)生的油氣充注事件，根據(jù)油氣包裹體在成巖序列中的形成序次，可以確定油氣充注成藏的相對時(shí)間。

從流體包裹體薄片的觀察中可以看出，流體包裹體的主要賦存對象為石英顆粒表面、石英加大邊、石英顆粒后期的成巖演化裂縫和早期的方解石膠結(jié)物。流體包裹體大小不一，石英顆粒表面和石英裂縫中的個(gè)體較大，多為2～5μm，石英加大邊和方解石膠結(jié)物中的包裹體較小，一般小于2μm。形狀有橢圓形、次棱角形、長條形及不規(guī)則形，主要呈孤立、帶狀或成群分布。不同產(chǎn)狀類型包裹體的成巖序次與油氣包裹體宿主礦物的關(guān)系顯示，長9砂巖儲層樣品可見約三個(gè)期次油氣包裹體(圖1)：第一期油氣包裹體相對偏少，主要分布于早期膠結(jié)方解石、石英次生加大邊內(nèi)的微裂隙中，烴類包裹體多為淺褐色；第二期油氣包裹體數(shù)量較多，主要分布于早期方解石膠結(jié)物內(nèi)，或沿石英顆粒次生加大邊內(nèi)側(cè)或未切及石英顆粒次生加大邊的成巖微裂隙分布，主要是淺褐色呈帶狀分布的液烴(或氣液烴)包裹體；第三期油氣包裹體數(shù)量最多，大多沿切穿石英或長石顆粒的微裂隙成線狀或帶狀分布，烴類包裹體中液烴在單偏光下呈褐色或淡黃色，顯示淺藍(lán)色熒光。

(a) J209-6B(長9)砂巖石英次生加大邊內(nèi)側(cè)淺褐色、灰色液態(tài)烴包裹體與共生的鹽水包裹體；(b)為J43-2B(長9)砂巖方解石膠結(jié)物中的深褐色液態(tài)烴包裹體與共生的鹽水包裹體；(c)和(d)分別為J109-6B(長9)、W554-1B(長9)砂巖石英次生加大邊及切穿加大邊的裂隙帶中分布的深褐色液態(tài)烴、灰色氣液烴包裹體與共生的鹽水包裹體；(e)、(f)分別為J119-1B(長9)和W554-2B(長9)為砂巖石英礦物裂隙帶灰色氣液烴包裹體與共生鹽水包裹體

圖1 研究區(qū)長9砂巖儲層流體包裹體特征

2.2 包裹體測溫?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分期

選取與烴類包裹體同期的鹽水包裹體進(jìn)行溫度測定，大致可代表儲層中烴類包裹體的形成溫度，因此同期鹽水包裹體的均一溫度即可代表儲層中烴類包裹體的形成溫度[22-24]。選取的鹽水包裹體的氣液比普遍≤5%，測試所得的均一溫度連續(xù)分布在(74～136.4)℃，表明研究區(qū)油氣成藏是一個(gè)連續(xù)的過程。不同期次的鹽水包裹體特征及其測溫?cái)?shù)據(jù)分布總體顯示長9砂巖儲層鹽水包裹體均一溫度具有明顯的三峰特征，表明研究區(qū)可能存在三個(gè)期次的油氣充注(表1，圖2)。第一期與液烴共生的鹽水包裹體均一溫度相對較低，測溫?cái)?shù)據(jù)一般分布在(75～90)℃；第二期與液烴共生的鹽水包裹體均一溫度較高，分布在(95～115)℃；第三期與液烴相共生鹽水包裹體的均一溫度最高，主要分布在(115～130)℃。

表1 研究區(qū)長9儲層包裹體均一溫度統(tǒng)計(jì)表

表1(續(xù))

圖2 研究區(qū)長9砂巖儲層流體包裹體均一溫度分布直方圖

2.3 油氣成藏期次和時(shí)間

流體包裹體形成期次的劃分與測溫?cái)?shù)據(jù)相結(jié)合的統(tǒng)計(jì)分期是確定包裹體宿主巖層油氣充注期次和時(shí)間的重要途徑[23-24]。包裹體產(chǎn)狀與其宿主礦物交切關(guān)系的成巖序次，可以從微觀尺度上提供油氣包裹體形成的相對世代關(guān)系，但如何將其推廣到宏觀尺度上的油氣成藏期次分析還存在一定的多解性和人為因素[23-24]。近幾年中，眾多專家學(xué)者對砂巖儲層的油氣充注成藏階段性的研究表明，多期次油氣成藏過程形成的不同世代的包裹體均一溫度往往具有多峰態(tài)的統(tǒng)計(jì)分布特征，不同總體的多組峰溫可能指示了不同期次油氣充注成藏過程中相應(yīng)流體包裹體的統(tǒng)計(jì)峰溫[12，23-24]。因此，通過成巖膠結(jié)物中與烴類包裹體相伴生的鹽水包裹體均一溫度的測定和統(tǒng)計(jì)，結(jié)合包裹體宿主巖層的埋藏史和熱史分析，可以間接確定流體包裹體的形成年齡及其相應(yīng)的油氣充注成藏時(shí)間[11，14，23-24]。

圖3 鐵邊城地區(qū)長9砂巖儲層油氣成藏期次圖

將上述長9砂巖儲層各采樣井包裹體測溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行組合統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(圖2)，長9砂巖儲層經(jīng)歷了三個(gè)期次的油氣充注事件，第一期統(tǒng)計(jì)峰溫為82.5℃，第二期統(tǒng)計(jì)峰溫為102.5℃，第三期統(tǒng)計(jì)峰溫為117.5℃。將三組統(tǒng)計(jì)峰溫投影到研究區(qū)中部J209井沉積埋藏史-古地溫曲線上可以看出研究區(qū)長9砂巖儲層主要經(jīng)歷了三期油氣充注事件(圖3)。根據(jù)研究區(qū)埋藏?zé)崾吠茰y，第一期油氣開始充注的時(shí)間主要發(fā)生在侏羅紀(jì)末期的155～150Ma，地層埋深約1600～1800m，烴源巖在該時(shí)期達(dá)到成熟開始生烴，生烴強(qiáng)度較小，主要表現(xiàn)為小規(guī)模的油氣充注；第二期油氣開始充注的時(shí)間主要發(fā)生在早白堊世中期的128～120Ma，地層埋深達(dá)到2100～2300m，這一時(shí)期為烴源巖生烴高峰期，烴源巖生烴速率高，生烴強(qiáng)度大，是儲層大規(guī)模油氣充注和成藏的時(shí)期；第三期油氣充注的時(shí)間約為早白堊世末期的110～103Ma，地層埋深約為2400～2600m，其油氣模式充注事件大致對應(yīng)于早白堊世中晚期最大沉降埋藏增溫的構(gòu)造熱事件及其相應(yīng)的烴源巖大規(guī)模生排烴的主生烴期，與第二期為兩期連續(xù)的油氣充注和成藏時(shí)期?？傮w研究表明研究區(qū)長9儲層經(jīng)歷了三期油氣充注，峰溫區(qū)間基本連續(xù)，說明三期幕式充注之間不存在明顯間斷，指示了相對連續(xù)的油氣充注成藏過程。

3 結(jié)論

(1)鐵邊城地區(qū)長9砂巖儲層中存在三期流體包裹體：第一期烴類包裹體較少，在單偏光鏡下多呈淺褐色，與其相伴生的鹽水包裹體均一溫度為75～90℃；第二期烴類包裹體數(shù)量較多，多為淺褐色呈帶狀分布的液烴(或氣液烴)包裹體，與其相伴生的鹽水包裹體均一溫度為95～115℃；第三期烴類包裹體數(shù)量最多，在單偏光下呈深褐色或淡黃色，熒光下多顯示為淺藍(lán)色，與其相伴生的鹽水包裹體均一溫度為115～130℃。

(2)結(jié)合埋藏史-古地溫綜合分析認(rèn)為研究區(qū)長9儲層存在三期油氣充注成藏：第一期為侏羅紀(jì)末期(155～150Ma)發(fā)生的小規(guī)模的油氣充注；第二期為早白堊世中期(128～120Ma)發(fā)生的大規(guī)模油氣充注和成藏；第三期發(fā)生早白堊世末期(110～103Ma)，是受到早白堊世中晚期發(fā)生的構(gòu)造熱事件影響而導(dǎo)致的大規(guī)模油氣充注成藏。