陜北富縣地區(qū)晚三疊世包裹體特征及烴類充注期次

陶 華，王建民

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065)

0 引 言

沉積盆地儲層內(nèi)部礦物在生長發(fā)育過程中受各種地質(zhì)演化作用的影響會產(chǎn)生晶格缺陷，在地層中運(yùn)移的流體介質(zhì)會在晶格缺陷中被捕獲并保存下來，形成流體包裹體，其中含有烴類物質(zhì)的被稱為烴類包裹體。包裹體內(nèi)流體介質(zhì)不受后期盆地繼承性活動的改造影響，記錄了烴類資源賦存時的流體性質(zhì)、物化條件，蘊(yùn)含重要的地質(zhì)信息，所以流體包裹體是烴類資源充注期次研究的重要媒介[1-2]。時保宏等認(rèn)為可選擇測定與烴類包裹體同期生成的鹽水包裹體的均一溫度代表烴源充注時的古地溫，結(jié)合熱演化歷史來確定烴類充注期次及充注時間[3]；付金華等通過成巖次序中包裹體分布差異確定包裹體被捕獲的相對先后時期，利用均一溫度分布范圍結(jié)合埋藏?zé)崾放袛喑渥⑵诖渭皶r間[4]；馬麗娜等用流體包裹體法、烴源巖生排烴史法等，相互佐證更好地明確烴類充注時間[5]。

鄂爾多斯盆地陜北富縣地區(qū)晚三疊世烴類資源豐富，是勘探開發(fā)的重要目標(biāo)[6-7]。羅春艷等對盆地中西部晚三疊世烴類包裹體進(jìn)行均一溫度和成分的測定，結(jié)合埋藏?zé)崾诽岢鋈跓N類充注，第1期為中侏羅世169～161 Ma，第2期為晚侏羅世至早白堊世早期148～135 Ma，第3期為早白堊世晚期105～125 Ma，主要充注時期為第1期和第2期[8]；吳悠等利用鎮(zhèn)原地區(qū)晚三疊世包裹體均一溫度的測試結(jié)果進(jìn)行烴類充注研究，認(rèn)為東部晚三疊世也存在三期烴類充注，第1期為早白堊世早期133～124 Ma，第2期為早白堊世中期115 Ma，第3期為晚白堊世早期95 Ma，西部由于距離生烴中心較遠(yuǎn)、成巖作用和構(gòu)造調(diào)整效果的差異造成西部烴類充注弱，僅具一期烴類充注，充注時間為早白堊世晚期106～110 Ma[9]；宋世駿等對鄂爾多斯盆地西南部晚三疊世沉積構(gòu)造演化、成巖序列等進(jìn)行分析，利用與烴類同期鹽水包裹體均一溫度測試結(jié)果與熱史演化發(fā)展的相對關(guān)系得出西南部晚三疊世存在兩期烴類充注，第1期充注為早白堊世早期120～130 Ma，第2期充注為晚白堊世早期100～105 Ma[10]，說明盆地內(nèi)不同區(qū)塊的晚三疊世地層烴類充注期次及時間存在差異性。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

陜北富縣地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南部(圖1)，盆地內(nèi)構(gòu)造變形活動較弱，存在多旋回演變，發(fā)育多種類型的沉積相帶，熱演化程度高，有機(jī)質(zhì)含量豐富[11]。盆地中部構(gòu)造簡單，三疊系以陜北斜坡上的小型古地形隆起為主，缺乏大規(guī)模的構(gòu)造背斜[12]。鄂爾多斯盆地主要存在北東和南西2個物源區(qū)，陜北富縣地區(qū)晚三疊世接受來自北東方向的物源，研究區(qū)位置處于湖盆沉積中心的東北部，經(jīng)歷了湖進(jìn)至湖侵再到湖退的沉積演化過程[13]，在縱向上形成多套生儲蓋組合，是烴類物質(zhì)運(yùn)移富集的基本地質(zhì)條件[14]。

晚三疊世發(fā)育三角洲前緣亞相，細(xì)分為水下分流河道、河口壩和分流間灣3種微相，其中水下分流河道發(fā)育最為廣泛。垂向上可見水下分流河道及河口壩砂體與分流間灣泥巖交替發(fā)育，構(gòu)成有效的儲蓋組合[15]，具有充分的供烴來源，同時烴源巖巖性致密，可阻擋烴類物質(zhì)的運(yùn)移，起到蓋層的作用，使得烴類資源得以賦存聚集[16](圖1)。

圖1 構(gòu)造分區(qū)及地層發(fā)育特征Fig.1 Tectonic division and stratigraphic characteristics

2 實(shí)驗(yàn)方法

選取陜北富縣地區(qū)蘆244和蘆227兩口井中具代表性的6塊樣品進(jìn)行薄片觀察及包裹體均一溫度測試。

流體包裹體測溫實(shí)驗(yàn)所用的顯微鏡為多功能顯微鏡萊卡4 500 P，測溫設(shè)備為英國產(chǎn)likam THMSG 600型顯微冷熱臺，可控溫度范圍為-196～600 ℃。

測試的均一溫度和冰點(diǎn)溫度精確度分別為±1和±0.1 ℃，測試先以5～15 ℃/min速率降溫直至-80～-100 ℃，使包裹體完全凍結(jié)，然后以10～15 ℃/min緩慢升溫，到達(dá)相變點(diǎn)溫度速率降為0.1～0.5 ℃/min，仔細(xì)觀察準(zhǔn)確測定冰點(diǎn)溫度，然后以20～30 ℃/min速率升溫直至觀察到包裹體內(nèi)氣泡接近消失，此時將速率減小，改降為0.5～1 ℃/min，當(dāng)觀察到包裹體達(dá)到均一時繼續(xù)升溫5～10 ℃，保證包裹體達(dá)到真正的均一。

3 包裹體特征

3.1 巖石學(xué)特征

富縣地區(qū)晚三疊世發(fā)育長石砂巖(圖2)，碎屑成分中以長石所占比最高，次為石英、巖屑、云母等，其中長石含量占巖石組分的41%，長石表面多被磨蝕；石英含量占28%，石英顆粒分選性較好，偶見石英次生加大邊；巖屑含量占10%；云母含量一般在7%左右；填隙物含量為6%左右，晚期方解石膠結(jié)物比較發(fā)育。

圖2 陜北富縣地區(qū)晚三疊世砂巖分類Fig.2 Classification of Late Triassic sandstones in Fuxian area，northern Shaanxi

晚三疊世發(fā)育多種成巖作用類型。通過薄片可見壓實(shí)作用下地層巖石中碎屑顆粒堆積緊密，孔喉被擠壓變窄(圖3(a))、石英顆粒發(fā)生膠結(jié)形成次生加大邊，堵塞孔喉對物性起到負(fù)面影響(圖3(b))，壓實(shí)和膠結(jié)作用都使得巖層內(nèi)的孔喉連通性變差，孔滲性能降低。方解石發(fā)生交代作用，對地層的孔滲性影響較小(圖3(c))，長石顆粒發(fā)生溶解作用增大孔喉空間，破裂作用下顆粒產(chǎn)生的裂隙能夠增強(qiáng)孔喉的連通性，改善孔隙結(jié)構(gòu)(圖3(d))。

晚三疊世包裹體類型為烴類包裹體、含烴鹽水包裹體和瀝青包裹體，各種類型包裹體的形態(tài)多樣，大小不等，包裹體大小分布范圍介于3×4～5×12 μm之間，氣液比≤5%，分布形態(tài)多見條帶狀分布、零星分布(圖4(a)～(b))。

在紫外光的輻照下烴類包裹體會發(fā)出熒光，隨著包裹體內(nèi)捕獲的烴類流體的成熟度不同，顯示的熒光顏色也不同[17]。晚三疊世包含兩期烴類包裹體，第1期主要在石英顆粒附近發(fā)育，沿石英次生加大邊或沿著石英顆粒的微裂隙以孤立或成帶的狀態(tài)分布，第1期液烴包裹體在單偏光下呈淺褐色，熒光激發(fā)下主要顯示黃色、綠黃色熒光；瀝青包裹體單偏光下呈黑褐色，熒光激發(fā)下顯示弱褐黃色熒光；氣烴包裹體單偏光下呈深灰色，熒光激發(fā)下無熒光顯示(圖4(c)～(e))。第2期包裹體賦存于方解石周圍，早期方解石內(nèi)沒有烴類包裹體(圖4(f))，沿著晚期方解石膠結(jié)物零星分布，第2期液烴包裹體單偏光下呈淺褐色，熒光激發(fā)下主要顯示綠黃色、黃綠色熒光；瀝青包裹體單偏光下呈黑褐色，熒光激發(fā)下顯示弱褐黃色熒光(圖4(g)～(i))。液烴包裹體熒光特征反映充注進(jìn)入地層內(nèi)的烴類物質(zhì)成熟度較高。

圖3 地層成巖作用特征Fig.3 Characteristics of stratigraphic diagenesis

圖4 流體包裹體微觀特征Fig.4 Microscopic characteristics of fluid inclusions

3.2 均一溫度特征

包裹體均一溫度代表晶格缺陷捕獲流體時的地層溫度，烴類包裹體內(nèi)含有大量有機(jī)質(zhì)，在加熱加壓的情況下組分不夠穩(wěn)定，測定結(jié)果會受到影響而產(chǎn)生誤差，而鹽水包裹體的組分更加穩(wěn)定，測定其均一溫度能夠更好地反映捕獲溫度，故選擇測定與烴類包裹體同期的含烴鹽水包裹體的均一溫度來代表烴類物質(zhì)充注時的地層溫度[18-19]。

富縣地區(qū)晚三疊世含烴鹽水包裹體均一溫度介于為69～93 ℃之間，均一溫度具有2個峰值，第1個峰值出現(xiàn)在80～85 ℃，第2個峰值出現(xiàn)在90～95 ℃(表1，圖5)，包裹體均一溫度的主峰值可代表烴類物質(zhì)充注時的地層溫度，均一溫度分布2個主峰說明經(jīng)歷了兩期充注，第1期與第2期均一溫度峰值相差范圍不是很大。

表1 陜北富縣地區(qū)晚三疊世包裹體均一溫度

圖5 包裹體均一溫度分布頻率Fig.5 Homogeneous temperature distribution frequency of inclusions

3.3 鹽度特征

包裹體鹽度是烴類物質(zhì)充注期次研究中反映流體特征的重要因素，能夠反映古流體的物理化學(xué)性質(zhì)及流體來源，通過地表滲流的流體鹽度要比地層內(nèi)部已經(jīng)存在的流體鹽度更低，即地層內(nèi)封閉條件保存的流體鹽度要高于開放條件下加入的外來流體的鹽度[20-21]。烴類物質(zhì)充注期間，隨著烴源巖生烴作用的增強(qiáng)，地層內(nèi)充注的烴類物質(zhì)含量越多，地層水中有機(jī)酸的含量也隨之增加，pH值降低，使得地層內(nèi)的長石與方解石溶解，流體的鹽度升高[22]，低鹽度流體對應(yīng)早期較低溫的流體包裹體，高鹽度流體對應(yīng)晚期較高溫流體包裹體[23]。晚三疊世第1期含烴鹽水包裹體鹽度分布范圍介于1%～4%，第2期含烴鹽水包裹體鹽度均大于4%，分布在4%～5%之間，第2期含烴鹽水包裹體的鹽度比第1期鹽度高(圖6)。

圖6 流體包裹體均一溫度與鹽度分布Fig.6 Homogeneous temperature and salinity distribution of fluid inclusions

4 充注期次

中生代早白堊世鄂爾多斯盆地內(nèi)部延長組地層受構(gòu)造作用發(fā)生下沉，地層溫壓條件升高，持續(xù)時間約25 Ma，是地質(zhì)歷史上重要的構(gòu)造熱事件，烴源巖在高溫高壓的地層條件下成熟并大量生烴，主力烴源巖在白堊世之前生烴量很小幾乎為零，直至早白堊世早期受到構(gòu)造熱事件的影響，早白堊世早期(約135 Ma)烴源巖開始成熟，生烴量急劇上升，生成的烴類物質(zhì)向鄰近的砂體運(yùn)移，到早白堊世晚期末(約100 Ma)達(dá)到生烴高峰，生烴量開始平穩(wěn)不再大幅度上升[24]。

利用現(xiàn)代盆地模擬技術(shù)編制晚三疊世地層埋藏史熱史演化圖，結(jié)合包裹體測溫的2個峰值結(jié)果，判斷烴類充注時間[25-27]。將流體包裹體均一溫度數(shù)據(jù)與盆地埋藏史中白堊世地層抬升前的溫度演化曲線進(jìn)行比對第1期含烴鹽水包裹體均一溫度分布范圍80～85 ℃，對應(yīng)的烴類充注時期距今134～128 Ma，處于早白堊世中期；第2期含烴鹽水包裹體均一溫度分布范圍90～95 ℃，對應(yīng)的烴類充注時期距今128～121 Ma，處于早白堊世晚期(圖7)，由于兩期包裹體均一溫度與埋藏史比對的兩次充注時期相鄰，判斷晚三疊世存在一幕兩期式烴類充注，充注時期為早白堊世中期至晚期(134～121 Ma)，對應(yīng)白堊世構(gòu)造熱事件后烴源巖生烴量大幅度上升的時間段。

圖7 陜北富縣地區(qū)晚三疊世烴類充注時期Fig.7 Late Triassic hydrocarbon charging periods in Fuxian area，northern Shaanxi

放射性同位素體系在烴類充注期次研究中獲得了較好的成效，其中以K-Ar同位素系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，可有效地用于確定烴類物質(zhì)充注的時期[28]。自生伊利石的生長與烴類運(yùn)移關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，當(dāng)成熟烴源巖生成的烴類流體運(yùn)移進(jìn)入地層時會致使地層內(nèi)自生伊利石停止發(fā)育，故自生伊利石的形成時間可以代表最早烴類物質(zhì)充注的時間[29]。前人在對鄂爾多斯盆地富縣-正寧地區(qū)延長組烴類充注時期的研究中，以長6自生伊利石K-Ar測年結(jié)果結(jié)合包裹體測溫和盆地?zé)嵫莼瘹v史，綜合判斷延長組烴類物質(zhì)充注富集時期為早白堊世(距今95～120 Ma)[22]，富縣地區(qū)晚三疊世烴類物質(zhì)充注時期與富縣-正寧地區(qū)延長組自生伊利石K-Ar測年結(jié)果得出的時期具有較好的一致性。

5 烴源充注及賦存模式

烴類物質(zhì)運(yùn)移的主要動力是烴源巖生烴所產(chǎn)生的超壓，超壓在橫向和垂向的不平衡分布為烴類的橫向和垂向運(yùn)移提供了驅(qū)動力[28]，晚三疊世長9李家畔頁巖平均厚度值7.63 m，為上部長8地層充分的供烴來源，長8層烴類物質(zhì)和長9烴源巖中正構(gòu)烷烴的分布特征基本相似、長8層內(nèi)烴類物質(zhì)C29降藿烷不發(fā)育，與長7烴源巖中C29降藿烷較發(fā)育的特征不一致，說明長8層內(nèi)的烴類物質(zhì)來源于長9烴源巖，富縣地區(qū)晚三疊世烴類物質(zhì)充注主要來自于下部的烴源巖而非上部[30](圖8)。

圖8 陜北富縣地區(qū)晚三疊世烴類充注及賦存模式Fig.8 Late Triassic hydrocarbon charging and storing mode in Fuxian area，northern Shaanxi

在生烴產(chǎn)生的壓力作用下，下部烴源巖生成的烴類物質(zhì)沿裂縫及連通孔隙運(yùn)移進(jìn)入砂體中，砂體之間的穩(wěn)定泥巖隔層以及上部烴源巖(致密黑色泥頁巖層)可作為蓋層起到封堵運(yùn)移通道的作用，使得烴類物質(zhì)在砂體內(nèi)富集儲存。

烴類物質(zhì)充注進(jìn)入砂體，分布在有效烴源巖和有效蓋層附近，儲集于近源且儲-蓋配置好的砂巖和烴源巖內(nèi)部的頁巖中，具明顯的源控特征[31-32]，為下生上儲的近源復(fù)合賦存模式。

6 結(jié) 論

1)陜北富縣地區(qū)晚三疊世發(fā)育兩期包裹體，第1期包裹體在石英碎屑顆粒及次生加大邊的微裂隙內(nèi)孤立、成帶分布，第2期包裹體沿晚期方解石膠結(jié)物零星分布，包裹體均一溫度測試結(jié)果顯示第1期與烴類包裹體同期的含烴鹽水包裹體均一溫度峰值分布在80～85 ℃，第2期與烴類包裹體同期的含烴鹽水包裹體均一溫度峰值分布在90～95 ℃。

2)第1期烴類充注時期距今134～128 Ma，第2期烴類充注時期距今128～121 Ma，兩次充注時期相鄰，充注時期為早白堊世中期至晚期134～121 Ma，晚三疊世烴類物質(zhì)為一幕兩期式充注。

3)晚三疊世發(fā)育一系列垂向上相互疊置的砂體，下部緊鄰主力烴源巖，砂體之間的穩(wěn)定泥巖隔層及上部烴源巖充當(dāng)蓋層，為下生上儲的近源復(fù)合賦存模式。