鄂爾多斯盆地子長地區(qū)延長組流體包裹體特征與油氣成藏期次

梁　宇，任戰(zhàn)利，王彥龍，史　政

（1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069；

2.延長油田股份有限公司子長采油廠，陜西延安716000）

鄂爾多斯盆地子長地區(qū)延長組流體包裹體特征與油氣成藏期次

梁宇1，任戰(zhàn)利1，王彥龍2，史政1

（1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069；

2.延長油田股份有限公司子長采油廠，陜西延安716000）

摘要：鄂爾多斯盆地子長地區(qū)延長組砂巖儲(chǔ)層主要成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和裂隙作用等，成巖自生礦物以綠泥石、自生石英、方解石為主。根據(jù)油氣包裹體寄主成巖礦物的形成時(shí)間序列，識(shí)別出兩期油氣包裹體。第一期油氣包裹體主要分布在石英和長石等礦物溶蝕孔隙、早期裂隙中，被石英和長石后期次生加大邊包裹起來。第二期油氣包裹體分布在石英晚期裂隙和亮晶方解石膠結(jié)物中，晚期裂隙切割了早期裂隙或石英加大邊，并切穿了顆粒邊界。通過對與烴類共生的鹽水包裹體進(jìn)行均一化溫度測試，得到兩期流體包裹體的均一溫度：早期主要在90～105℃，晚期主要在105～120℃。兩期均一溫度分布連續(xù)，主要集中在90～120℃范圍內(nèi)。結(jié)合流體包裹體含鹽量、密度分析，認(rèn)為研究區(qū)延長組油氣主要為連續(xù)一期成藏。對比研究區(qū)埋藏史、地?zé)崾贩治黾把娱L組儲(chǔ)層伊利石K－Ar同位素定年結(jié)果得出，研究區(qū)主要的油氣成藏期發(fā)生在距今100～120ma，即早白堊世晚期。

關(guān)鍵詞：流體包裹體；成巖作用；油氣成藏；延長組；子長地區(qū)；鄂爾多斯盆地

流體包裹體分析在油氣運(yùn)移、成藏期次、油氣成藏年代學(xué)和油氣成藏史等研究中發(fā)揮了重要作用，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，已成為油氣地球化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一［1－2］。不同學(xué)者對鄂爾多斯盆地三疊系油氣成藏期次進(jìn)行了研究，但對延長組的油氣成藏時(shí)間、期次、成巖期次與成藏期次的順序關(guān)系等仍有不同的看法［3－5］。而且以往對鄂爾多斯盆地三疊系油氣成藏期次研究多集中在盆地西部地區(qū)［6－8］。對東部地區(qū)研究尚薄弱，因此對鄂爾多斯盆地東部地區(qū)三疊系油氣成藏期次進(jìn)行深入研究，對認(rèn)識(shí)和完善全盆地三疊系油氣成藏規(guī)律有重要的意義。

1　地質(zhì)概況和研究方法

子長地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶的東北部，研究層位為三疊系延長組長6、長2層段，延長組以河流三角洲沉積體系為主，巖性主要為長石砂巖和巖屑長石砂巖，以細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)。

本次研究選擇了子長地區(qū)8口鉆井的巖心樣品進(jìn)行研究。首先，通過巖石薄片觀察，結(jié)合掃描電鏡和粘土礦物X－射線衍射分析，識(shí)別主要成巖礦物、成巖現(xiàn)象及成巖作用類型，進(jìn)而確定成巖期次，并劃分成巖礦物形成時(shí)間序列與油氣充注的時(shí)間關(guān)系；其次，在高倍偏光顯微鏡下和熒光顯微鏡下觀察包裹體薄片，研究油氣包裹體的分布、相態(tài)、類型、豐度、熒光等特征，結(jié)合包裹體所賦存的寄主礦物的形成時(shí)間序列和期次，確定油氣包裹體期次；對不同期次油氣包裹體進(jìn)行顯微測溫，獲得均一溫度和冰點(diǎn)溫度，用Bodnar方程計(jì)算包裹體的鹽度［9］，再通過包裹體均一溫度－鹽度－密度關(guān)系圖得到相應(yīng)的密度值［10］；最后，結(jié)合研究區(qū)精細(xì)埋藏史恢復(fù)、熱史分析和儲(chǔ)層伊利石K－Ar同位素定年的研究，確定油氣成藏期次及其絕對時(shí)間。

2　成巖作用

成巖作用指沉積物固結(jié)為堅(jiān)硬巖石之前所發(fā)生一系列變化，成巖作用研究是油氣包裹體研究的基礎(chǔ)。在前人對鄂爾多斯三疊系古地溫研究的基礎(chǔ)上［11－13］，結(jié)合本文成巖礦物特征和包裹體測溫資料，推斷子長地區(qū)長6、長2段砂巖儲(chǔ)層已普遍進(jìn)入晚成巖A期階段。其主要成巖作用如下。

2.1壓實(shí)作用

機(jī)械壓實(shí)作用貫穿于埋藏成巖階段的整個(gè)過程，主要表現(xiàn)在沉積密度加大，孔隙度縮小，顆粒由點(diǎn)接觸變?yōu)榫€接觸到凸凹接觸，同時(shí)伴生的有微裂隙、壓溶及膠結(jié)作用。

2.2膠結(jié)作用

①粘土礦物（綠泥石、伊利石、高嶺石）膠結(jié)：早期粘土礦物沿碎屑顆粒邊緣形成襯邊，說明綠泥石薄膜形成于壓實(shí)作用的同時(shí)或稍后。②鈣質(zhì)膠結(jié)：早期泥晶方解石充填粒間空隙或晚期亮晶方解石呈連晶式膠結(jié)。在晚期亮晶方解石解理縫中有瀝青侵染現(xiàn)象（圖1a），并伴有細(xì)小油氣包裹體，大多小于1μm，較小且數(shù)量較少；局部可見亮晶方解石充填在長石和石英的溶蝕孔隙中（圖1a），表明亮晶方解石的形成晚于長石和石英的溶蝕。③硅質(zhì)膠結(jié)：Ⅰ－Ⅱ級(jí)石英次生加大或以微晶形式充填殘余粒間孔隙，自生石英覆蓋并包裹綠泥石薄膜和自生伊利石，被晚期亮晶方解石所包圍，說明其形成早于方解石，但晚于綠泥石和伊利石薄膜（圖1b，c）。在石英加大邊底部分布有較多的瀝青或有機(jī)包裹體，形成一個(gè)明顯的瀝青環(huán)帶，證明油氣充注同時(shí)于或略早于石英次生加大作用（圖1d）。④濁沸石膠結(jié)：分布不普遍，僅見于部分井的部分層段（圖1e），表現(xiàn)為濁沸石沿斜長石的雙晶紋或解理縫分布，甚至完全變成濁沸石而呈斜長石的假象。

2.3溶蝕作用

圖1　鄂爾多斯盆地子長地區(qū)延長組主要成巖礦物及包裹體形態(tài)與分布特征

研究區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層砂巖具有兩期溶蝕作用。第一期以長石、巖屑粒內(nèi)溶解和顆粒邊緣溶蝕為特點(diǎn)，后為綠泥石薄膜包繞（圖1f），應(yīng)為成巖早期淺埋藏條件下地表大氣淡水淋濾的結(jié)果。第二期溶蝕作用發(fā)生于碳酸鹽、濁沸石等膠結(jié)作用之后，突出表現(xiàn)為長石、巖屑、濁沸石等硅鋁酸鹽礦物沿其解理、微裂縫及顆粒邊緣被溶蝕（圖1e），溶孔直徑從數(shù)微米至數(shù)十微米，溶蝕作用較為強(qiáng)烈，而碳酸鹽礦物的溶蝕較微弱，這種溶蝕特點(diǎn)與有機(jī)質(zhì)成熟過程中大量形成的有機(jī)酸密切相關(guān)，屬于埋藏溶蝕作用。埋藏溶蝕作用與生油期匹配，形成的溶蝕孔中充填有當(dāng)時(shí)生成的油氣，部分可見瀝青充填，在石英加大邊底部發(fā)育瀝青環(huán)帶（圖1d），證明溶蝕作用發(fā)生在石英自生加大之前［7］。

2.4微裂隙作用

發(fā)育兩期微裂隙，早期裂隙未穿過石英碎屑顆粒，被石英加大邊所包裹（圖1g），說明早期裂隙形成于石英次生加大之前；早期裂隙中分布著線狀瀝青或者串珠狀油氣包裹體（圖1h）。晚期裂隙切穿了整個(gè)碎屑顆粒，并切割石英加大邊或者早期裂隙，其中分布有晚期油氣包裹體和瀝青侵染物（圖1i，j）。

通過以上儲(chǔ)層和包裹體的巖相學(xué)分析，建立了本區(qū)延長組油層成巖礦物序列與油氣充注的關(guān)系（圖2），具體表現(xiàn)為機(jī)械壓實(shí)—早期粘土膜形成—早期方解石沉淀—石英次生加大開始—有機(jī)流體注入—長石、石英顆粒溶蝕—微裂隙—沸石形成—石油侵位—石英次生加大顯著—石油大規(guī)模充注—長石、方解石、沸石溶蝕—微裂隙—晚期方解石充填—晚期白云石充填或交代碎屑顆粒。由于自生礦物的形成需要一定時(shí)間，因此上述各成巖作用必然會(huì)出現(xiàn)重疊。

圖2　鄂爾多斯盆地子長地區(qū)延長組油藏成巖礦物序列與油氣充注關(guān)系

3　油氣包裹體期次及特征

3.1油氣包裹體期次

由成巖作用與油氣包裹體分布特征可以識(shí)別出兩期油氣包裹體。第一期油氣包裹體主要分布在石英和長石等礦物溶蝕孔隙、早期裂隙中，被石英和長石等后期次生加大邊包裹起來，或分布在次生加大邊底部形成瀝青環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)（圖1g），油氣包裹體連串分布，包裹體形態(tài)不規(guī)則，一般較?。ǘ酁?～8μm），氣液比普遍小于10％，為多相烴類包裹體。第二期油氣包裹體在石英晚期裂隙和亮晶方解石膠結(jié)物中，石英晚期裂隙中呈串珠狀定向分布（圖4i，j），晚期裂隙切割了早期裂隙并切穿了顆粒邊界；油氣包裹體較大（多為4～10μm）；包裹體油、氣、水相態(tài)邊界較清楚，氣液比一般大于8％，最高可達(dá)20％；一般含鹽水及氣態(tài)、液態(tài)烴類，也可見到瀝青，為多相有機(jī)包裹體；亮晶方解石膠結(jié)物中包裹體相態(tài)復(fù)雜，很小不易測量。對樣品進(jìn)行了熒光觀測，發(fā)現(xiàn)流體包裹絕大部分為不發(fā)熒光的鹽水包裹體和氣體包裹體；油包裹體相對數(shù)量較少。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，第一期油氣包裹體呈褐色，顯示淺黃色、褐黃色及褐色熒光；第二期油氣包裹體顯示黃褐色、黃色或黃綠熒光，有少量油氣包裹體顯示藍(lán)白色熒光，并在大部分井中見大量發(fā)褐色、褐黃色熒光的油浸染物和少量不發(fā)熒光的瀝青（圖1k，l）。

3.2流體包裹體均一溫度特征

流體包裹體均一溫度在長安大學(xué)流體包裹體實(shí)驗(yàn)室的英國Linkam科學(xué)儀器公司生產(chǎn)的THMS600型冷熱臺(tái)進(jìn)行測試，測定誤差為士0.1℃（表1）。在包裹體共生的各類型流體中，相對而言，鹽水包裹體均一溫度的穩(wěn)定性較高。因此，盡量選取與有機(jī)包裹體共生的鹽水包裹體進(jìn)行均一溫度測定［14］。

表1　鄂爾多斯盆地子長地區(qū)延長組儲(chǔ)層流體包裹體測試數(shù)據(jù)Table 1　Test data of fluid inclusions in the Yanchang reservoirs of Zichang area，the Ordos Basin

續(xù)表1鄂爾多斯盆地子長地區(qū)延長組儲(chǔ)層流體包裹體測試數(shù)據(jù)Table 1?。╟ontinued）Test data of fluid inclusions in the Yanchang reservoirs of Zichang area，the Ordos Basin

用鹽水包裹體均一溫度數(shù)據(jù)制作了直方圖（圖3），從包裹體均一溫度統(tǒng)計(jì)分析可以看出，均一溫度分布范圍較寬85～130℃，但分布較連續(xù)，主要分布在90～120℃之間，有兩個(gè)明顯的溫度峰區(qū)：第一期均一溫度主要分布在90～105℃之間，峰值溫度95℃；第二期均一溫度主要分布在105～120℃之間，峰值溫度110℃。兩個(gè)峰值，表示研究區(qū)烴類的運(yùn)移和充注是一個(gè)由強(qiáng)到弱，再由弱到強(qiáng)的幕式充注的過程；兩期均一溫度分布連續(xù)，表明整個(gè)充注過程未發(fā)生大的構(gòu)造事件，油氣為連續(xù)充注。綜合表明，研究區(qū)延長組應(yīng)為連續(xù)一期兩幕成藏。

3.3流體包裹體含鹽量、密度特征

流體包裹體冰點(diǎn)溫度在長安大學(xué)流體包裹體實(shí)驗(yàn)室測定。初熔溫度為－42.6～－68.8℃，平均為－56.5℃；冰點(diǎn)為－0.6～－11.4℃，平均為－3.9℃；流體類型為NaCl－H2O型。通過冰點(diǎn)溫度測量結(jié)果計(jì)算得到流體包裹體含鹽量為1.05％～15.37％，主要為2.5％～11.5％；其中，早期流體包裹體含鹽量1.05％～11.22％，主要為2.5％～10.8％；晚期流體包裹體含鹽量1.25％～15.37％，主要為3.4％～11.0％ （圖4）。

流體包裹體密度變化不大，主要分布在0.96～1.05g/cm3?？偟内厔菔请S著溫度升高密度有降低趨勢；但溫度升高，含鹽量又有增大趨勢，導(dǎo)致密度增加。所以綜合兩方面因素，密度亦沒有太大變化（圖5）。

圖3　鄂爾多斯盆地子長地區(qū)延長組儲(chǔ)層流體包裹體均一溫度直方圖

圖4　鄂爾多斯盆地子長地區(qū)流體包裹體均一溫度－含鹽量關(guān)系

圖5　鄂爾多斯盆地子長地區(qū)流體包裹體均一溫度－密度關(guān)系

早、晚兩期自生礦物流體包裹體含鹽量和密度比較穩(wěn)定，變化不大。這也說明研究區(qū)延長組主要存在一期流體活動(dòng)，應(yīng)為連續(xù)一期成藏。

4　油氣成藏時(shí)期的確定

4.1盆地?zé)崾费芯刻峁┑挠蜌獬刹貢r(shí)期

鄂爾多斯盆地早白堊世之后發(fā)生強(qiáng)烈的抬升剝蝕作用，盆地東部抬升剝蝕量可達(dá)2000m以上［15］，在子長地區(qū)早白堊世之后的剝蝕可達(dá)1400～1500m［16］。本文在埋藏史恢復(fù)的基礎(chǔ)上，恢復(fù)了該區(qū)盆地?zé)嵫莼罚▓D6）。根據(jù)恢復(fù)的熱演化史可以看出早白堊世地層達(dá)到最大古地溫，早白堊世是三疊系延長統(tǒng)的生油高峰期［11，15］。

地層埋藏史及其地層溫度的演化過程史是包裹體定年的依據(jù)，將包裹體均一溫度數(shù)據(jù)與盆地?zé)崾分袦囟鹊难莼愤M(jìn)行對比，可以判定油氣運(yùn)移成藏的時(shí)間［17－20］。子長地區(qū)延長組包裹體均一溫度主要分布在90～120℃，與研究區(qū)熱史中的溫度對比，得出延長組油氣主要成藏期為100～120ma （早白堊世晚期），這與前人確定的延長礦區(qū)油氣成藏時(shí)期相吻合［21］。

需要指出的是，延長組流體包裹體溫度分布在85～130℃，略高于地層溫度。原因在于研究區(qū)長7主力烴源巖較薄，部分油氣來自西南生烴凹陷，并以“爬樓梯”的方式運(yùn)移到研究區(qū)并聚集成藏。所以油氣熱演化程度略高，所測包體溫度略高于研究區(qū)地層溫度是正常的。

4.2伊利石測年法確定的油氣成藏時(shí)期

儲(chǔ)層中自生伊利石僅在流動(dòng)的富鉀水介質(zhì)壞境中形成，油氣進(jìn)入儲(chǔ)層后，伊利石形成過程便會(huì)停止。因此，儲(chǔ)層自生伊利石年齡反映了油氣充滿儲(chǔ)層的最早時(shí)間，即油氣藏形成期的最大地質(zhì)年齡［13，22］。

采用伊利石測年法對子長地區(qū)延長組長6含油儲(chǔ)層進(jìn)行了伊利石K-Ar測年，測得的結(jié)果為101.8ma±3.3ma，為早白堊世。該時(shí)期與盆地?zé)崾芳鞍w測溫結(jié)果一致，表明油氣成藏時(shí)期為地層達(dá)最大埋深及最高熱演化的早白堊世［11－12，15］。

圖6　鄂爾多斯盆地子長地區(qū)三疊系延長組熱演化史

通過以上包裹體測溫、盆地?zé)崾贰⒁晾瘻y年等多種方法確定的油氣成藏時(shí)期具有很好的一致性，均為早白堊世［11－12，15］。

5　結(jié)論

1）通過鄂爾多斯盆地子長地區(qū)延長組成巖作用與油氣充注關(guān)系的研究，表明延長組油氣先期充注發(fā)生在壓實(shí)作用之后，石英次生加大之前；后期大規(guī)模充注、成藏與石英次生加大略同期或稍晚；相應(yīng)識(shí)別出兩期油氣包裹體：第一期油氣包裹體主要分布在石英和長石等礦物溶蝕孔隙、早期裂隙中，被石英和長石等后期次生加大邊包裹起來，或者分布在次生加大邊底部形成瀝青環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)，包裹體形態(tài)不規(guī)則，一般較?。ǘ酁?～8μm），為多相烴類包裹體；第二期油氣包裹體在石英晚期裂隙和亮晶方解石膠結(jié)物中，晚期裂隙切割了早期裂隙或石英加大邊，并切穿了顆粒邊界，油氣包裹體較大（多為4～10μm），一般含鹽水及氣態(tài)和液態(tài)烴類，也可見到瀝青，為多相有機(jī)包裹體。

2）早期包裹體均一溫度為90～105℃，含鹽量為2.5％～10.8％，密度0.97～1.04 g/cm3；晚期包裹體均一溫度為105～120℃，含鹽量為3.4％～11.0％，密度0.96～1.05 g/cm3。兩期包裹體均一溫度分布連續(xù)，含鹽量和密度相近，表明油氣為連續(xù)充注，為一期兩幕成藏。

3）通過研究區(qū)延長組埋藏史、熱史的恢復(fù)，結(jié)合包裹體測溫，確定主要油氣成藏時(shí)間為100～120ma，即早白堊世晚期；儲(chǔ)層自生伊利石K/Ar同位素確定的時(shí)間大約為101.8ma左右，與包裹體均一溫度確定的油氣成藏期基本吻合。

致謝：在流體包裹體巖相學(xué)研究和測溫中，得到長安大學(xué)李榮西教授及其研究生的大力支持和幫助，在此對他們表示衷心的感謝!

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（編輯高巖）

中圖分類號(hào)：TE122.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0253－9985（2011）02－0182－10

收稿日期：2010－04－14；

修訂日期：2011－03－15。

第一作者簡介：梁宇（1984—），女，碩士研究生，油氣成藏和油氣地質(zhì)。

基金項(xiàng)目：國家“十一五”科技支撐計(jì)劃（2007BAB1701）；國家科技重大專項(xiàng)（2008ZX05005）。

Characteristics of fluid inclusions and reservoiring phases in the Yanchang Formation of Zichang area，the Ordos Basin

Liang Yu1，Ren Zhanli1，Wang Yanlong2and Shi Zheng1
（1.Key Laboratory for Continental Dynamics of Educationministry/Department of Geology，Northwest University，Xi’an，Shaanxi710069，China；2.Zichang Oil Plant of Yanchang Oilfield Company，Yan’an，Shaanxi716000，China）

Abstract：Themain diagenetic types of sandstone reservoirs in the Yanchang Formation of Zichang area，the Ordos Basin，include compaction，cementation，disolution and fracturing.The diagenetic authigenicminerals are dominated by chlorite，authigenetic quartz and calcite.Two different phases of hydrocarbon inclusions have been identified according to the formation time series of the host diageneticminerals.The hydrocarbon inclusions formed in the first phasemainly occur in the dissolution pores of quartz and feldspar or along early-healed fractures，and are coated by quartz or feldspar overgrowth.The hydrocarbon inclusions formed in the second phase are distributed along the late-formed fractures or in sparry calcite cement.The late fractures cut the early fractures or the quartz overgrowth，and go beyond the grain contact.The homogenization temperature of the paragenetic brine inclusions of hydrocarbons has two peaks at90－105℃and 105－120℃respectively.Analysis of salinity and density of the two generations of fluid inclusions reveal that the oil/gas reservoirs in the Yanchang Formation were formed continuously in one stage.The test data of fluid inclusions and illitic K-Ar isotope datingand the thermal history show that late Early Cretaceous（100－120Ma）is themain hydrocarbon accumulation period in Zichang area，the Ordos Basin.

Key words：fluid inclusion，diagenesis，hydrocarbon accumulation，Yanchang Formation，Zichang area，Ordos Basin