松遼盆地三肇凹陷扶余油層致密油氣充注期次及其成藏貢獻(xiàn)

摘要：

為了明確松遼盆地三肇凹陷泉頭組扶余油層致密油氣充注期次及其成藏貢獻(xiàn)，綜合利用薄片鑒定、包裹體測(cè)溫、熒光光譜等方法，對(duì)扶余油層微觀油包裹體及其伴生鹽水包裹體進(jìn)行了研究，并結(jié)合儲(chǔ)層埋藏史對(duì)該地區(qū)油氣充注期次及其成藏貢獻(xiàn)進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明：三肇凹陷扶余油層油氣具有多期充注成藏特征，總體上表現(xiàn)為兩期原油充注成藏，第1期發(fā)生在嫩江組末期77～74 Ma期間，對(duì)應(yīng)于第1幕充注；第2期發(fā)生在明水組末期67～65 Ma期間，對(duì)應(yīng)第2幕、第3幕和第4幕充注。三肇凹陷扶余油層第2期（明水組末期）致密油充注對(duì)現(xiàn)今油藏貢獻(xiàn)率為83%，第1期（嫩江組末期）致密油充注貢獻(xiàn)率為17%；可見(jiàn)明水組末期充注的原油對(duì)今油藏的貢獻(xiàn)更大。

關(guān)鍵詞：

流體包裹體；致密油氣；充注期次；成藏貢獻(xiàn)；扶余油層；三肇凹陷

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230346

中圖分類(lèi)號(hào)：P618.13；TE112.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

斯尚華，喻意，王小龍，等. 松遼盆地三肇凹陷扶余油層致密油氣充注期次及其成藏貢獻(xiàn).吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2024，54（5）：14571467. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230346.

Si Shanghua， Yu Yi， Wang Xiaolong， et al. Tight Oil and Gas Charging Period and Its Accumulation Contribution of Fuyu Oil Layer in Sanzhao Sag， Songliao Basin. Journal of Jilin University （Earth Science Edition），2024，54（5）：14571467. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230346.

收稿日期：20231222

作者簡(jiǎn)介：斯尚華（1981—），男，副教授，博士，主要從事油氣成藏地質(zhì)方面的研究，E-mail： sishanghua0724@qq.com

基金項(xiàng)目：陜西省科技廳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2023YBGY077）

Supported by the Key Ramp;D Program Project of Shaanxi Provincial Department of Science and Technology（2023YBGY077）

Tight Oil and Gas Charging Period and Its Accumulation Contribution of Fuyu Oil Layer in Sanzhao Sag， Songliao Basin

Si Shanghua1，2， Yu Yi3， Wang Xiaolong3，Wang Xinxing4，Zhao Yutao5， Wu Weitao1，2

1. School of Earth Sciences and Engineering，Xi’an Shiyou University， Xi’an 710065， China

2. Shaanxi Key Laboratory of Petroleum Accumulation Geology， Xi’an 710065， China

3. No. 4 Oil Production Plant of Changqing Oilfield Company， PetroChina， Jingbian 718500， Shaanxi， China

4. No. 5 Oil Production Plant of Changqing Oilfield Company， PetroChina， Dingbian 718600， Shaanxi， China

5. Exploration and Development Research Institute of Jilin Oilfield Co.， Ltd.， Songyuan 138000， Jilin， China

Abstract：

In order to clarify the tight oil and gas charging periods and their contribution to the formation of the Cretaceous Fuyu oil layer in the Sanzhao sag of the Songliao basin， a comprehensive study was conducted on the micro-oil inclusions and their associated aqueous inclusions in the Fuyu oil layer using methods such as thin section identification， inclusion temperature measurement， and fluorescence spectroscopy. The charging periods and accumulation contribution of oil and gas in this area were discussed in combination with reservoir burial history. The results show that the oil and gas in Fuyu oil layer of Sanzhao sag have the characteristics of multi-stage charging and accumulation， which is generally characterized by two stages of crude oil charging and accumulation. The first stage occurred in the period of 7774 Ma at the end of Nenjiang Formation， corresponding to the first stage of charging. The second episode occurred during 6765 Ma at the end of the Mingshui Formation， corresponding to the second， third and fourth episodes. The tight oil filling in the second stage （the end of Mingshui Formation） of Fuyu oil layer in Sanzhao sag contributes" to the current reservoir， with a contribution rate of 83%， and the contribution rate

of" the first stage （the end of Nenjiang Formation） of tight oil filling" "is 17%. After comparing the contribution of oil filling in the two periods， it is considered that the crude oil filled in the late Mingshui period contributes greatly to the present reservoir.

Key words：

fluid inclusions; tight oil and gas; charging periods; accumulation contribution; Fuyu oil layer; Sanzhao sag

0" 引言

松遼盆地經(jīng)歷過(guò)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了現(xiàn)今多旋回的盆地。三肇凹陷位于松遼盆地北部，面積達(dá)6 500 km2，呈現(xiàn)“兩隆三凹”的構(gòu)造特征，分別為模范屯鼻狀構(gòu)造、升平鼻狀構(gòu)造、徐家圍子向斜、升西向斜和永樂(lè)向斜［1］。以徐家圍子向斜為中心，在近NNW、NW向斷裂帶的切割下，形成一系列復(fù)雜的斜坡、地壘、地塹、鼻狀構(gòu)造相間的構(gòu)造格局，在古基巖突起之上形成的同沉積披覆構(gòu)造，如宋芳屯、尚家鼻狀構(gòu)造等。三肇凹陷發(fā)育中、新生代沉積蓋層，自下而上依次為中侏羅統(tǒng)白城組，上侏羅統(tǒng)火石嶺組，下白堊統(tǒng)沙河子組、營(yíng)城組、登婁庫(kù)組和泉頭組，上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組和明水組，古近系的依安組，新近系大安組和泰康組及第四系。其中泉頭組扶余油層為大型河流三角洲沉積環(huán)境形成，扶余油層上覆青山口組一段（青一段）為暗色泥巖、油頁(yè)巖，發(fā)育較好的烴源巖，扶余油層具有烴源巖條件好、儲(chǔ)集體類(lèi)型多樣、單一砂體規(guī)模小、連續(xù)性差、物性差、孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、源儲(chǔ)匹配關(guān)系好等特點(diǎn)。前人［25］研究表明，三肇凹陷青一段發(fā)育良好的烴源巖，使得成熟油短距離運(yùn)移到下伏泉頭組扶余儲(chǔ)層，在扶余油層聚集成藏；三肇凹陷青一段烴源巖發(fā)生多次排烴，造成了一期多幕或多期多幕油氣向下倒灌進(jìn)入扶余致密儲(chǔ)層。為了確定三肇凹陷扶余油層油氣充注特征及其成藏貢獻(xiàn)，本次研究利用60塊流體包裹體樣品分析，獲得大量微觀油氣充注成藏信息，進(jìn)而開(kāi)展油氣成藏期次及其成藏貢獻(xiàn)分析。

1" 實(shí)驗(yàn)樣品及方法

本次研究樣品取自三肇凹陷泉頭組扶余油層，選取研究區(qū)19口井的60個(gè)巖心樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（圖1），取樣深度為 1 722.00～2 012.58 m，樣品巖石類(lèi)型均為粉砂巖及細(xì)砂巖。本次樣品選自含油砂巖或物性較好砂巖，對(duì)油氣成藏研究具有代表性。

樣品測(cè)試工作在西安石油大學(xué)地質(zhì)測(cè)試分析中心完成，測(cè)試儀器為Nikon E400雙通道熒光顯微鏡，配備Lucia微束（≥2 μm）熒光光譜分析儀，包裹體顯微測(cè)溫儀器為英國(guó)產(chǎn)Linkam THMS 600G冷熱臺(tái)，測(cè)定誤差為±0.1 ℃。冷熱臺(tái)測(cè)溫初始升溫速率為5 ℃/min，當(dāng)包裹體兩相臨近均一相時(shí)升溫速率降為2 ℃/min。

測(cè)試內(nèi)容及方法： 1）在熒光/透射光顯微鏡下開(kāi)展成巖礦物和裂紋序次判斷以及捕獲烴類(lèi)包裹體及其同期鹽水包裹體宿主礦物序次等關(guān)系研究； 2）在熒光顯微鏡下觀察各個(gè)期次烴類(lèi)包裹體（包括瀝青）熒光顏色，初步判別油氣充注期次； 3）在熒光顯

微鏡下進(jìn)行單個(gè)烴類(lèi)包裹體熒光光譜測(cè)試，進(jìn)而獲得各個(gè)期次油包裹體成熟度信息，用于充注期次和

成藏貢獻(xiàn)定量分析； 4）在Linkam/HMS 600G冷熱臺(tái)下測(cè)定氣液兩相烴類(lèi)包裹體和鹽水包裹體均一溫度，并進(jìn)行油氣充注幕次劃分； 5）單井精細(xì)埋藏史恢復(fù)

與烴類(lèi)包裹體同幕次鹽水均一溫度投影，獲得各個(gè)充注幕次的充注年齡； 6）將各個(gè)充注年齡統(tǒng)一投影到同一時(shí)間軸上，以消除樣品深度差異的影響，進(jìn)行油氣成藏時(shí)期確定； 7）綜合考慮熒光分析、顯微測(cè)溫和凹陷構(gòu)造演化特征，劃分油氣成藏期次，確定主成藏期； 8）在獲得各個(gè)期次烴類(lèi)包裹體組分、密度等參數(shù)前提下，開(kāi)展各個(gè)期次油氣成藏貢獻(xiàn)計(jì)算。

2" 致密油氣充注期次及其成藏貢獻(xiàn)

2.1" 流體包裹體類(lèi)型及均一溫度

烴類(lèi)包裹體被廣泛用于研究油氣成藏特征，根據(jù)油包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度，結(jié)合埋藏史，確定油氣成藏時(shí)間［611］；根據(jù)油包裹體熒光參數(shù)，確定油氣充注方向等［1113］。這些方法是目前應(yīng)用比較多的研究油氣形成過(guò)程的方法。

本文對(duì)三肇凹陷60塊扶余油層流體包裹體樣品進(jìn)行了分析，結(jié)果表明扶余油層樣品中油包裹體非常發(fā)育，未見(jiàn)天然氣包裹體，可能預(yù)示扶余油層未經(jīng)歷天然氣充注。油包裹體產(chǎn)狀主要有兩種類(lèi)型，第一類(lèi)型發(fā)育在石英顆粒裂紋中，第二類(lèi)型發(fā)育在方解石膠結(jié)物中。油包裹體形狀多數(shù)呈橢圓形、長(zhǎng)條形、不規(guī)則形等，大小主要在3～15 μm 范圍之間，在熒光照射下呈黃色、黃綠色、藍(lán)綠色、藍(lán)白色4種熒光顏色（圖2）。油包裹體呈現(xiàn)出不同熒光顏色，反映出扶余油層原油成分及熱演化程度差別大，可能存在多期不同成熟度原油充注歷史。

流體包裹體樣品均一溫度數(shù)據(jù)為：早期油包裹體均一溫度為51.2～71.8 ℃，中期油包裹體均一溫度為73.1～99.6 ℃，中晚期油包裹體均一溫度為100.1～110.8 ℃，晚期油包裹體均一溫度為112.3～135.4 ℃，其伴生的鹽水包裹體均一溫度分別為73.8～99.8 ℃、100.1～119.7 ℃、120.1～130.8 ℃、131.3～158.9 ℃（圖3）。通過(guò)包裹體均一溫度數(shù)據(jù)

a、b.

石英內(nèi)裂紋中檢測(cè)到少量發(fā)黃色熒光油包裹體，芳182井，層位K1q4，1 952.68 m，油跡砂巖

；c、d. 石英內(nèi)裂紋中檢測(cè)到大量發(fā)黃綠色熒光油包裹體，升554井，層位K1q4，2 012.58 m，粉砂巖;e、f. 穿石英顆粒裂紋中見(jiàn)少量發(fā)藍(lán)綠色熒光油包裹體;州165井，K1q4，1 839.69 m，粉砂巖；g、h. 石英內(nèi)裂紋中檢測(cè)到少量發(fā)藍(lán)白色熒光油包裹體，肇48井，層位K1q4，1 941.46 m，粉砂巖。

2.2" 油包裹體熒光參數(shù)及油氣充注期次

油包裹體熒光光譜參數(shù)是評(píng)價(jià)油包裹體成熟度和油氣充注期次的有效方法之一，其光譜參數(shù)主峰波長(zhǎng)（λmax）、紅綠熵（Q）和QF535（QF535=SA/SB，其中SA為波長(zhǎng)720 nm和535 nm所圍限的面積，SB為波長(zhǎng)535 nm和420 nm所圍限的面積）越大，說(shuō)明包裹體中原油的成熟度越低；反之則包裹體中的原油成熟度越高［1416］。為了確定扶余油層油氣充注幕次和油氣成熟度，本文對(duì)扶余油層中單個(gè)油包裹體進(jìn)行了熒光光譜分析，認(rèn)為扶余油層至少存在4幕油氣充注，這4幕油氣主峰波長(zhǎng)分別為441～457、491～516、522～549、575～585 nm（圖4），并總結(jié)了三肇凹陷扶余油層油包裹體熒光光譜參數(shù)特征，見(jiàn)表1。

扶余油層油包裹體熒光光譜的λmax與QF535相關(guān)關(guān)系表現(xiàn)出4種類(lèi)型，分別為：發(fā)黃色熒光油包裹體，QF535值介于1.95～2.88之間，λmax介于573.7～599.3 nm之間；發(fā)黃綠色熒光油包裹體，QF535值介于1.15～2.22之間，λmax介于521.9～553.5 nm之間；發(fā)藍(lán)綠色熒光油包裹體，QF535值介于0.56～1.24之間，λmax介于491.1～516.1 nm之間；發(fā)藍(lán)白色熒光油包裹體，QF535值介于0.75～0.87之間，λmax介于440.6～457.0 nm之間（圖5）。

圖5b中，從區(qū)域①→區(qū)域②→區(qū)域③→區(qū)域④，油包裹體QF535值逐漸降低，反映了油包裹體所捕獲油的成熟度逐漸變高。區(qū)域①和區(qū)域②低成熟度油其成分信息的參數(shù)QF535值分布范圍廣，反映出低成熟油里大小分子成分混雜，而演化到較高成熟度③區(qū)域和④區(qū)域后，其成分趨于均勻化的小分子。

綜合不同熒光色油包裹體的微束熒光光譜參數(shù)λmax、QF535特征，表明芳182井扶余油層至少存在2

幕油充注；升554井扶余油層至少存在3幕油氣充注；肇48井、升371井在扶余油層至少存在4幕油

充注。所以，該凹陷扶余油層至少存在4幕不同成熟度油氣充注。

2.3" 油氣成藏時(shí)期及充注特征

根據(jù)同時(shí)期與油包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度，結(jié)合埋藏史投影方法，可以確定各幕次油氣充注年齡［1725］。為此，本文運(yùn)用該方法對(duì)三肇凹陷扶余油層與各期次油包裹體同期的鹽水均一溫度在芳241井埋藏史圖上［2627］投影（圖6），獲得了扶余油層油氣充注年齡。

EQ. 古近系、新近系、第四系；K2m. 明水組；K2s. 四方臺(tái)組；K1n3-5. 嫩江組三、四、五段；K1n2. 嫩江組二段；K1n1. 嫩江組一段；K1y1. 姚家組一段；K1qn1. 青山組一段。

根據(jù)油包裹體熒光顏色、光譜參數(shù)、均一溫度，結(jié)合儲(chǔ)層埋藏史圖投影結(jié)果，認(rèn)為三肇凹陷扶余油層存在兩期油氣成藏，第1期發(fā)生在嫩江組末期77～74 Ma，對(duì)應(yīng)于第1幕充注；第2期發(fā)生在明水組末期67～65 Ma，對(duì)應(yīng)第2幕、第3幕和第4幕充注（表2）。

油氣包裹體信息表明，三肇凹陷扶余油層油氣平面充注差異性十分顯著，充注強(qiáng)度具有東西部弱中部強(qiáng)的特征（圖7）。油氣充注范圍從凹陷南部至朝陽(yáng)溝階地，西至長(zhǎng)垣隆起。但是，長(zhǎng)垣隆起杏71等鉆井樣品中檢測(cè)到1期油氣充注，與凹陷中心相比，不僅檢測(cè)概率低得多，期次也少得多；與現(xiàn)今長(zhǎng)垣隆起已發(fā)現(xiàn)油氣藏相比，也是如此［2］。這說(shuō)明芳431等鄰近長(zhǎng)垣隆起鉆井并不具備多期次充注且成藏的條件，而三肇凹陷大量油氣充注成藏的地方為凹陷中心到斜坡區(qū)（升52、升371井和肇48井區(qū)）。

2.4" 各充注幕次成藏貢獻(xiàn)初步評(píng)價(jià)

根據(jù)前文對(duì)三肇凹陷油包裹體顯微熒光光譜系統(tǒng)檢測(cè)，獲得油包裹體成熟度參數(shù)QF535的統(tǒng)計(jì)頻率分布特征（圖8），可分為4幕。其中：第1幕油發(fā)黃色熒光，QF535為2.4～4.0；第2幕油發(fā)黃綠色熒光，QF535為1.6～2.4；第3幕油發(fā)藍(lán)綠色熒光，QF535為1.0～1.6；第4幕油發(fā)藍(lán)白色熒光，QF535為0～1.0。從檢測(cè)概率上來(lái)看，第2幕油、第3幕油和第4幕油充注為3個(gè)主要的油氣充注幕次，即對(duì)應(yīng)于明水組末期的油氣充注幕次。

另外，可以通過(guò)建立原油密度（ρ）與其QF535

的函數(shù)關(guān)系（ρ=0.7748e0.0936（QF535）），來(lái)確定油包裹體密度（圖9），密度分布結(jié)果見(jiàn)表3。

油氣成藏的過(guò)程具有幕式性，相應(yīng)的每一幕油包裹體密度頻率分布應(yīng)該遵從“原油從早期充注強(qiáng)度小、密度大→充注高峰時(shí)充注強(qiáng)度最大、密度減小→充注晚期充注強(qiáng)度再次減小、密度減小”的一個(gè)正態(tài)分布規(guī)律（圖10a）。理論上，成藏史中有多少幕原油充注，對(duì)應(yīng)原油密度分布就該存在幾個(gè)正態(tài)分布。圖10b為理想的2幕原油充注的油包裹體密度頻率直方圖，由圖10b

還可見(jiàn)不同成熟度原油的成藏貢獻(xiàn)度及

成藏后的次生改造作用。如果油藏流體密度位于區(qū)域Ⅱ內(nèi)，表明現(xiàn)今油藏為2幕原油充注共同貢獻(xiàn)的結(jié)果。如果油藏流體密度較靠近第1幕原油峰值密度，表明第1幕原油對(duì)現(xiàn)今油藏貢獻(xiàn)度

較大；反之則表明第2幕原油對(duì)現(xiàn)今油藏貢獻(xiàn)度較大。圖10b中Ⅱ區(qū)域的百分比數(shù)值即表示對(duì)應(yīng)油藏原油密度時(shí)第1、２幕油充注對(duì)現(xiàn)今油藏的貢獻(xiàn)度大小。對(duì)于2幕油充注，任意一幕油充注的成藏貢獻(xiàn)度數(shù)值可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

C（M）=ρR-ρMρN-ρM×100%。（1）

式中：C（M）為M幕油充注的成藏貢獻(xiàn)度；ρR為油藏油密度；ρM為M幕油充注的峰值范圍內(nèi)平均密度;ρN為N幕油充注的峰值范圍內(nèi)平均密度，g/cm3。

對(duì)于3幕或更多幕次的油充注，可以通過(guò)密

度

頻率分布圖確定其中最主要的2幕油充注（假設(shè)

其他的幕次對(duì)成藏沒(méi)有貢獻(xiàn)），進(jìn)而根據(jù)公式（1）可進(jìn)行計(jì)算各幕次的成藏貢獻(xiàn)度。

利用油包裹體密度頻率分布直方圖可以指示原油成藏后可能發(fā)生的次生改造過(guò)程。例如，當(dāng)油藏流體密度大于第1幕充注原油峰值密度，即位于圖10b中區(qū)域Ⅲ，表明原油成藏后很可能經(jīng)歷了生物降解或者水洗作用；同樣當(dāng)油藏流體密度小于第2幕充注原油峰值密度，即位于圖10b中區(qū)域Ⅰ，這表明原油可能經(jīng)歷了天然氣入侵，或者儲(chǔ)層中的原油可能在形成后再次裂解。因此，油包裹體的密度頻

率分布不僅可以指示油氣隨時(shí)間的推移是連續(xù)充注還是間歇性充注，而且可以根據(jù)油藏當(dāng)前的流體密度來(lái)識(shí)別在當(dāng)前油氣聚集中哪一時(shí)期的油充注起了主要作用。此外，它還可能表明油氣在成藏后的次生變化。圖11為三肇凹陷扶余油層油藏原油密度和不同幕次包裹體原油密度對(duì)比圖。從圖11可以看出，三肇凹陷扶余油層油藏原油密度小于第1幕充注的包裹體油密度，基本與第2幕充注的包裹體油密度相近；表明這些井油藏油可能是第2幕充注的原油貢獻(xiàn)成藏的，第1、3、4幕充注原油貢獻(xiàn)可能不及第2幕。

從原油充注時(shí)成熟度和包裹體油密度兩方面來(lái)看，第2期（第2、3、4幕）原油充注，即明水組末期原油充注對(duì)現(xiàn)今油藏貢獻(xiàn)率為83%，而第1期（第1幕）原油充注，即嫩江組末期充注原油對(duì)現(xiàn)今油藏的貢獻(xiàn)率為17%；可知明水組末期充注的原油對(duì)現(xiàn)今油藏的貢獻(xiàn)更大。

3" 結(jié)論

1）根據(jù)油包裹體熒光顏色分析，認(rèn)為三肇凹陷扶余油層存在4種類(lèi)型的油包裹體，分別為黃色熒光、黃綠色熒光、藍(lán)綠色熒光、藍(lán)白色熒光油包裹體，為不同成熟度原油充注形成。

2）油氣充注歷史的流體包裹體系統(tǒng)分析表明，三肇凹陷扶余油層具有多期充注成藏特征，總體上表現(xiàn)為兩期原油充注成藏，第1期發(fā)生在嫩江組末期77～74 Ma期間，對(duì)應(yīng)于第1幕充注；第2期發(fā)生在明水組末期67～65 Ma期間，對(duì)應(yīng)第2幕、第3幕和第4幕充注。

3）從原油充注時(shí)成熟度和包裹體油密度來(lái)看，三肇凹陷扶余油層第2期（明水組末期）原油充注對(duì)現(xiàn)今油藏貢獻(xiàn)率為83%，第1期（嫩江組末期）原油充注貢獻(xiàn)率為17%；可知明水組末期充注的原油對(duì)現(xiàn)今油藏的貢獻(xiàn)更大。

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