合川大氣田須家河組儲層流體包裹體特征及天然氣成藏期研究

王 萌，李賢慶，黃孝波 （中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室 中國礦業(yè)大學(xué)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京100083）

付銅洋，賴守寧

謝增業(yè) （中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊065007）

天然氣成藏時期研究是石油天然氣地質(zhì)學(xué)的一個前沿領(lǐng)域，準(zhǔn)確確定天然氣藏的成藏時期對于研究天然氣成藏規(guī)律和資源評價、豐富天然氣成藏理論具有重要意義。傳統(tǒng)意義上的油氣成藏期分析方法是通過盆地的構(gòu)造發(fā)育史、圈閉形成史、烴源巖生排烴史的研究，根據(jù)烴源巖主生烴期、圈閉形成期、油藏飽和壓力來分析油氣成藏時期，屬于間接確定油氣成藏期的方法[1，2]。近些年，油氣成藏期研究在國內(nèi)外取得了長足的進(jìn)展，一些新的分析技術(shù)和方法，如流體包裹體分析、自生礦物同位素定年、生烴動力學(xué)、油氣地球化學(xué)方法等，為油氣成藏期的確定提供了更精確的分析手段[3～6]。特別是流體包裹體分析備受青睞，由于它在含油氣盆地儲集巖中普遍存在，含有豐富的成藏成礦信息，流體包裹體已作為一種重要的成礦流體示蹤手段，廣泛應(yīng)用于分析油氣運移、成藏期次和油氣成藏史等研究中[1～3]。

近年來，中石油在四川盆地中部 （簡稱 “川中”）地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組 （T3x）巖性氣藏勘探取得了較大進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了合川、廣安、安岳等大氣田。國內(nèi)學(xué)者對川中地區(qū)T3x氣藏的成藏特征與成藏機理進(jìn)行過一些研究[7～10]，但對于該區(qū)天然氣成藏期次爭議較大，如有二期充注成藏[7，8]、一期充注成藏[9，10]等的不同認(rèn)識，并且對合川大氣田成藏時期和充注成藏過程研究少。筆者以儲層砂巖樣品為研究對象，系統(tǒng)地觀測了合川大氣田T3x儲層中流體包裹體的鏡下特征、類型、均一溫度分布及鹽度特征，并結(jié)合自生伊利石K－Ar測年數(shù)據(jù)，研究了合川大氣田T3x天然氣的成藏時期，旨在為川中地區(qū)T3x巖性大氣田的成藏過程分析與成藏機制研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

川中地區(qū)位于四川盆地西側(cè)龍泉山與東側(cè)華鎣山兩大深斷裂之間，北至營山構(gòu)造，南到威遠(yuǎn)古隆起以北。該地區(qū)整體呈西傾單斜構(gòu)造背景，構(gòu)造上屬于川中平緩褶皺區(qū)，面積 約 5.3 ×104km2[7]。川 中 地區(qū)T3x天然氣經(jīng)過50多年勘探，已發(fā)現(xiàn)了八角場、充西、磨溪、廣安、合川、安岳等大中型氣田 （圖1），天然氣探明儲量超過萬億立方米。區(qū)內(nèi)T3x為一套河、湖相沉積的煤系地層。根據(jù)巖性組合特征，可分為須一段～須六段 （T3x1～ T3x6）。 其 中T3x1、 T3x3和T3x5為灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖夾粉砂巖和煤線，是T3x氣藏的主要烴源巖，也是重要的蓋層；T3x2、T3x4和T3x6主要為灰色、灰白色中－細(xì)粒砂巖，為主要的儲集巖。烴源巖在中侏羅世開始進(jìn)入生烴門限，晚侏羅世開始大量生油，進(jìn)入高成熟的濕氣生成階段，現(xiàn)今的熱演化程度基本處于高成熟階段，以生成濕氣為主。T3x1、T3x3、T3x5烴源巖與T3x2、T3x4、T3x6儲集層間互疊置，呈 “三明治”結(jié)構(gòu)，具有廣覆式分布特征，構(gòu)成有利的生儲蓋組合。

合川大氣田位于重慶市西北部潼南縣、合川區(qū)和四川省武勝縣境內(nèi)，為丘陵地貌，地面海拔在212～396m之間，平均為293m。合川大氣田由合川1井區(qū)、合川125井區(qū)和潼南2井區(qū)共3塊組成，發(fā)育T3x2低滲透砂巖氣藏。它是構(gòu)造背景下的巖性圈閉氣藏，為川中地區(qū)新近探明的千億方儲量大氣田，天然氣主要來自下伏T3x1和上覆T3x3烴源巖。該氣田天然氣成份以甲烷為主，不含H2S，與川中地區(qū)其他T3x氣藏天然氣性質(zhì)基本一致，為優(yōu)質(zhì)天然氣。合川大氣田T3x天然氣主要為濕氣，甲烷含量為87.6%～93.3%，干燥系數(shù)為88.4%～94.6%；天然氣組分碳同位素分析結(jié)果顯示，δ13C1值為－41‰～－37‰，δ13C2值為－28‰～－24‰，δ13C3值為－24‰～－21‰，表現(xiàn)出腐殖型天然氣的特點。

圖1 四川盆地天然氣藏分布及合川大氣田位置

2 樣品與試驗方法

研究的包裹體樣品采自合川大氣田的T3x儲集巖，巖性主要是中－細(xì)粒砂巖。研究過程中，重點選取了合1井、合103井、合108井等的10多塊流體包裹體樣品進(jìn)行詳細(xì)測試，包括包裹體鏡下觀察、包裹體均一溫度和冰點測定。

將儲層巖心樣品磨制成包裹體兩面光薄片，在德國蔡司公司生產(chǎn)的Axioskop 40APOL偏光顯微鏡上進(jìn)行細(xì)致的巖相學(xué)觀察，確定流體包裹體的相態(tài)、類型和分布特征；使用英國Linkam公司產(chǎn)的MDSG600電動冷熱臺，在溫度為20℃、濕度為30%的條件下對流體包裹體進(jìn)行均一溫度和冰點測定，分析誤差為±0.001℃；采用有關(guān)NaCl－H2O溶液鹽度和冰點的相關(guān)關(guān)系和曲線圖，計算得到包裹體的鹽度數(shù)據(jù)。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 流體包裹體鏡下特征

合川大氣田T3x儲集巖主要有長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖和巖屑石英砂巖，其中長石巖屑砂巖較為常見，基質(zhì)含量變化較大。成巖自生礦物主要為方解石和石英次生加大，后者多發(fā)育于巖屑石英砂巖和長石石英砂巖之中。同時，砂巖儲層中穿過顆粒的微裂縫和愈合縫較發(fā)育。

合川大氣田T3x儲層砂巖樣品中流體包裹體較為發(fā)育。顯微鏡下觀察表明，流體包裹體具有以下主要特征：①大多數(shù)為不發(fā)熒光的鹽水包裹體和含氣包裹體，也可見到極弱熒光的氣態(tài)烴包裹體；②包裹體主要賦存在石英顆粒裂縫中和石英次生加大邊中，為橢圓形、次棱角形、長條形、負(fù)晶形及不規(guī)則多邊形，呈帶狀、線狀、孤立、零星或成群分布 （圖2）；③包裹體個體較小，一般小于20μm，主要分布在5～15μm之間，氣液比主要在5%～12%之間 （表1）。

圖2 合川大氣田T3x儲層砂巖樣品中流體包裹體鏡下特征

表1 合川大氣田T3x儲層部分樣品的流體包裹體測試結(jié)果

3.2 包裹體均一溫度和鹽度

流體包裹體測溫分析表明，合川大氣田T3x儲層砂巖樣品中鹽水包裹體的均一溫度分布范圍較寬，主要分布在85～165℃之間 （圖3）。盡管儲層包裹體均一溫度存在多個峰值 （85、105、130、160℃），但鹽水包裹體均一溫度值基本上呈連續(xù)分布，反映出合川大氣田T3x天然氣充注可能是一個連續(xù)的過程。

合川大氣田T3x儲層中，不同井、不同層段樣品的包裹體均一溫度分布存在一定的差異，揭示不同井、不同層段天然氣充注成藏有所差異。例如，合川1井T3x2儲層的包裹體均一溫度值明顯低于合川1井T3x4（圖4）；合川1井T3x儲層的包裹體均一溫度值主要分布在85～105℃和140～170℃范圍，而合川108井T3x儲層的包裹體均一溫度值主要分布在80～155℃范圍 （圖5）。

圖3 合川大氣田T3x儲層樣品中鹽水包裹體的均一溫度頻率分布直方圖

圖4 合川1井T3x2和T3x4儲層的包裹體均一溫度分布對比

圖5 合川1井和合川108井T3x儲層的包裹體均一溫度頻率分布直方圖

鹽度的大小是根據(jù)測得的包裹體冰點來確定的，該次研究采用公式法進(jìn)行了包裹體的鹽度計算。結(jié)果表明，合川大氣田T3x儲層樣品的包裹體鹽度較低，分布范圍為0%～20% （NaCl），主要分布在4%～18% （NaCl）之間 （圖6）。合川大氣田不同井T3x儲層樣品的包裹體鹽度分布也存在一定的差異 （圖7）：合川1井T3x儲層的包裹體鹽度分布較集中，分布在4%～14% （NaCl）；合川108井T3x儲層的包裹體鹽度分布相對分散，主要分布在0%～22% （NaCl）。

3.3 天然氣成藏時期分析

國內(nèi)學(xué)者對川中地區(qū)T3x氣藏天然氣的成藏期次和充注成藏時期作過一些研究[7～10]，但目前仍有較大的爭議。例如：趙文智等[7]研究認(rèn)為川中地T3x組天然氣是2期成藏：第1期對應(yīng)于侏羅紀(jì)末期至晚白堊世以前，并以侏羅紀(jì)末期為主；第2期發(fā)生的時間則與白堊紀(jì)末出現(xiàn)的抬升期對應(yīng)。蔣裕強等[8]也認(rèn)為川中地區(qū)T3x氣藏為2期天然氣充注成藏。而陶士振等[9]認(rèn)為川中地區(qū)T3x天然氣充注和聚集成藏是一個持續(xù)的過程，主要從晚侏羅世開始持續(xù)到古近紀(jì)末；天然氣成藏時期不是表現(xiàn)為某一或某幾個時刻或時期，T3x煤系烴源巖具有連續(xù)生烴、持續(xù)充注的特點。謝增業(yè)等[10]也認(rèn)為川中地區(qū)T3x天然氣屬于連續(xù)充注類型，充注成藏時期主要為晚侏羅世至新近紀(jì)。這些成果為該文研究奠定了基礎(chǔ)。

圖6 合川大氣田T3x儲層的包裹體鹽度頻率分布直方圖

圖7 合川1井和合川108井T3x儲層的包裹體鹽度頻率分布直方圖

流體包裹體形成伴隨著油氣運移聚集，利用與烴類包裹體同期的鹽水包裹體的均一溫度，可以確定烴類包裹體的形成時間[11]。由于沉積盆地中與油氣有關(guān)的流體包裹體形成溫度相對較低，一般對包裹體均一溫度測量結(jié)果可以不進(jìn)行溫度校正，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捕獲溫度，并結(jié)合沉積埋藏史和古地溫史，就可以分析油氣成藏時期[11，12]。

如前所述，合川大氣田T3x儲層包裹體的均一溫度主要分布范圍為85～165℃ （見圖3）。依據(jù)流體包裹體均一溫度的實測結(jié)果，結(jié)合沉積埋藏－熱演化史資料，可以推算出合川大氣田T3x天然氣的成藏時期。研究認(rèn)為，合川大氣田T3x天然氣可能是一個連續(xù)充注的成藏過程，主要成藏時期為晚侏羅世－早白堊世，即170～125Ma（圖8）。

圖8 合川大氣田T3x天然氣成藏時期分析

從川中地區(qū)T3x氣藏儲層巖心中選取中細(xì)粒砂巖樣品，掃描電鏡觀察樣品的粒度和伊利石的形態(tài)、含量，確定可用于自生礦物伊利石定年分析。分析結(jié)果表明，T3x砂巖樣品的伊利石K－Ar年齡分布在125～77Ma（圖9），這一年齡對應(yīng)的地質(zhì)年代是晚侏羅世末－早白堊世，說明T3x天然氣主要充注成藏期為晚侏羅世末－早白堊世。

4 結(jié) 論

1）合川大氣田T3x儲層流體包裹體較發(fā)育，大多數(shù)為鹽水包裹體和含氣包裹體，包裹體個體較小，一般小于20μm，氣液比主要為5%～12%，主要寄存在石英顆粒裂縫及石英次生加大邊中，呈群狀、串珠狀或零星狀分布，包裹體鹽度主要為4%～18% （NaCl）。

2）合川大氣田T3x儲層樣品中鹽水包裹體均一溫度的主要分布范圍為85～165℃，且不同井T3x樣品的包裹體均一溫度分布有所差異。結(jié)合沉積埋藏－熱演化史資料，推算出合川大氣田T3x天然氣主要充注成藏時期為晚侏羅世－早白堊世，這與伊利石K－Ar測年結(jié)果基本一致。

圖9 T3x砂巖樣品的伊利石K－Ar測年結(jié)果

研究工作得到了中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院李劍教授、張光武高級工程師，中國石油勘探開發(fā)研究院胡國藝高級工程師、方世虎高級工程師等的大力支持與幫助，在此深表謝意！

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