瓊東南盆地崖城地區(qū)流體包裹體特征和油氣充注期次分析①

賈元琴 胡沛青,2 張銘杰 張同偉 陳克娜 叢亞楠

(1.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 石油天然氣資源中心 蘭州 730000; 2.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室 西安 710054)

瓊東南盆地是南海北部大陸邊緣的新生代伸展型盆地,賦存有豐富的石油和天然氣資源,是我國重要的海上油氣資源基地之一。1983年以來在崖南凹陷構(gòu)造帶和松南-寶島凹陷周緣區(qū)的集中油氣勘探,現(xiàn)已在崖城地區(qū)發(fā)現(xiàn)了眾多含油氣構(gòu)造,如崖南凹陷周緣的YC21-1和YC13-1構(gòu)造、崖城凸起帶的YC13-4和YC13-6構(gòu)造等。油氣具多期次充注的特點,且類型豐富[1,2]。陳紅漢等[3]和胡忠良等[4]通過YC13-1和YC21-1兩個單井的流體包裹體分析了崖南凹陷油氣充注期次。目前對整個崖城地區(qū),特別是對崖城組和整個崖北凹陷油氣充注期次及成藏時間方面缺乏系統(tǒng)的分析。

流體包裹體分析是沉積盆地儲層油氣充注期次研究的有效手段[5～9]。儲層砂巖成巖作用過程中膠結(jié)物、次生礦物及愈合裂隙形成時常將其周圍的水、油和氣等流體以包裹體的形式捕獲[10～12]。被捕獲的流體包裹體保留了盆地演化過程中流體的化學(xué)組成、溫度、壓力及鹽度等方面的重要信息,記錄了盆地油氣運移、充注和演化的歷史,是油氣成藏研究的原始樣品[13]。利用流體包裹體的顏色、大小、豐度、熒光性質(zhì)和熱學(xué)參數(shù)等特征可分析油氣的成分、運移規(guī)模、演化程度和充注的期次及時間[14～19]。

本文采集了瓊東南盆地崖城地區(qū)崖北凹陷、崖城凸起和崖南凹陷等含油氣構(gòu)造中不同位置崖城組和陵水組砂巖儲層鉆井巖芯樣品,在巖相學(xué)和成巖作用分析的基礎(chǔ)上,進行系統(tǒng)的流體包裹體類型、特征、熒光及均一溫度分析,探討了該區(qū)砂巖儲層中油氣充注的主要期次和特征,為該區(qū)油氣藏分布、油氣運移方向、成藏機制和勘探開發(fā)等提供依據(jù)。

1 油氣地質(zhì)背景

瓊東南盆地位于南海北部大陸架的西緣,呈北東向展布,處于印度板塊、歐亞板塊和太平洋板塊的結(jié)合部位,為典型的被動大陸邊緣型斷陷裂谷盆地,受三個板塊相互作用的影響,構(gòu)造復(fù)雜。西與鶯歌海盆地相隔,北與海南隆起帶相接,東北與珠江口盆地相鄰。瓊東南盆地主要包括樂東凹陷、崖南凹陷、崖北凹陷、崖城凸起和松濤凸起等諸多次級構(gòu)造單元。崖城地區(qū)處在瓊東南盆地的西南部,主要由崖南凹陷、崖城凸起和崖北凹陷3個次級構(gòu)造單元組成(圖1),南部以1號斷裂與鶯歌海盆地相鄰,北邊以5號斷裂與海南隆起帶相隔,東南以2號斷裂帶與中央裂陷帶相接。

圖1 瓊東南盆地崖城地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置和鉆井巖相柱狀圖(據(jù)Huang B J,et al[23]和趙必強[24]修改) 1.斷層;2.井位;3砂巖;4.礫巖;5.泥巖;6.取樣鉆井及采樣位置;7.研究區(qū)Fig.1 A map showing the regional tectonic location and partial stratigraphic column for three drilling cores of Yacheng Area in Qiongdongnan Basin(modified from Huang B J,et al[23]and Zhao Biqiang[24])

瓊東南盆地基底由古近系火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖組成,之上依次沉積了始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)崖城組和陵水組、中新統(tǒng)三亞組、梅山組和黃流組、上新統(tǒng)鶯歌海組及第四系。始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)是盆地在斷陷及斷拗期形成的,以斷裂和不整合面為溝通地層間的主要構(gòu)造;中新統(tǒng)及以上地層是盆地在拗陷階段形成的,該階段盆地以快速沉降為主,構(gòu)造活動微弱,能向上切入中新統(tǒng)并溝通漸新統(tǒng)的斷裂極少[20,21]。崖城組為灰-深灰色砂巖與薄層深灰黑色泥巖不等厚互層,夾煤層和煤線;陵水組主要為灰白-淺灰色礫巖、砂巖與深灰色泥巖互層,局部見生物灰?guī)r;梅山組以泥巖為主;黃流-鶯歌海組為灰黑色泥巖與灰白色粉砂巖和細砂巖互層。

瓊東南盆地崖南凹陷崖城組煤系泥巖為主要的烴源巖層,黑色泥巖富含有機質(zhì)(TOC為1.5%～ 5.0%),發(fā)育Ⅲ型干酪根;陵水組砂巖為主要儲集層,孔隙度高(平均15.1%),滲透性強(40 X10-3～ 500 X 10-3μm2);梅山組泥巖層為直接的蓋層,黃流-鶯歌海組砂泥巖層構(gòu)成區(qū)域蓋層。崖南凹陷的凹陷中心附近的大斷裂和斜坡帶的同沉積斷裂,為油氣向上運移提供了通道[22]。

2 樣品與分析方法

2.1 樣品

本文系統(tǒng)采集了瓊東南盆地崖城地區(qū)崖南凹陷YC13-1和YC21-1構(gòu)造、崖城凸起YC8-1構(gòu)造和崖北凹陷YC8-2構(gòu)造5口典型鉆井中陵水組和崖城組巖芯樣品37件(圖1),選取次生巖脈、次生礦物等發(fā)育的樣品,進行巖石薄片、流體包裹體片切制及巖相學(xué)、成巖作用和流體包裹體類型、特征顯微觀察和流體包裹體均一溫度測量分析。

巖相學(xué)分析表明,研究樣品主要為粗-中砂巖和含礫砂巖,其次為細砂巖和泥巖。崖城組主要為灰白色粗-中砂巖和泥巖,其次為含礫砂巖和粉砂巖,碎屑顆粒以石英為主(70%～80%),有少量長石、黑云母和其它巖屑,含黃鐵礦和炭屑,粒間空隙被碳酸鹽膠結(jié)物和粘土雜基充填,石英次生加大邊發(fā)育,多被溶蝕成港灣狀。陵水組主要為淺灰色粗粒長石砂巖,其次為粉砂巖和泥巖,石英次生加大和溶蝕作用較普遍。樣品普遍經(jīng)歷了壓實、膠結(jié)、溶蝕、重結(jié)晶和交代等成巖作用的影響,廣泛發(fā)育有機質(zhì)充注形成的細脈。

圖2 石英裂隙中的不同類型包裹體a-b,崖南凹陷YC13-1-A1井3 757 m(Ey)砂巖中含烴鹽水溶液包裹體(OWL)和液態(tài)烴包裹體(OL),具黃綠色熒光,b為熒光照片;cd,YC21-1-3井4 632 m(E)砂巖中鹽水溶液包裹體(WL)、氣液兩相烴包裹體(OL-OG)和瀝青包裹體(A),具淡藍色熒光,d為熒光照片; e-f,崖北凹陷YC8-2-1井3908m(Ey)崖南凹陷YC13-1-A1井3757 m(E)砂巖中鹽水溶液包裹體(WL)和烴類包裹體(OL).Fig.2 Different types of organic fluid inclusions trapped in cracks of detnial quartz

2.2 分析方法

根據(jù)儲層砂巖中流體包裹體在顯微鏡下的分布特征,選擇石英顆粒次生裂隙中的包裹體進行分析。包裹體的類型、特征觀察采用Olympus包裹體分析顯微鏡,遵循從低倍向高倍鏡下觀察的順序,先在低-中倍鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)在次生礦物或裂隙中規(guī)律性排列的小黑點呈群體狀或枝蔓狀出現(xiàn)時,轉(zhuǎn)換成高倍物鏡進行詳細觀察。熒光分析采用E400-Nikon雙通道熒光-透射光顯微鏡,配備Lucia微束(≥2 m)熒光光譜分析儀,觀測條件:激發(fā)波長為H3420～490 nm,雙色反射鏡RKB510 nm,保護濾波器515 nm,光源采用100 W Hg燈。流體包裹體均一溫度的測定采用Linkam THMS 600G型冷熱臺完成,測定誤差為±0.5℃,均一溫度測定時初始升溫速率為10℃/ min,當(dāng)包裹體臨近均一狀態(tài)時升溫速率調(diào)整為5℃/ min,觀測物鏡據(jù)流體包裹體的大小分別用L32 X/ 0.4p、H50 X/0.5和H100 X/0.75長焦距物鏡。流體包裹體顯微特征的觀察、熒光分析和均一溫度在蘭州大學(xué)石油天然氣資源中心和中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實驗研究中心完成。

3 結(jié)果

3.1 流體包裹體的顯微特征

崖城地區(qū)漸新統(tǒng)儲層砂巖次生礦物中流體包裹體普遍較發(fā)育。流體包裹體形狀多樣,大小不一,呈串珠狀分布于石英碎屑顆粒的次生裂隙愈合縫、加大邊和重結(jié)晶的碳酸鹽礦物及石英中,主要由鹽水溶液包裹體、含烴鹽水包裹體、氣態(tài)烴包裹體、液態(tài)烴包裹體、氣液兩相烴包裹體、氣液固體瀝青三相烴包裹體和瀝青包裹體等組成,透射光下呈深褐色及淺灰色,個別呈淺紅褐色,具淡黃-黃綠色或藍-藍白色熒光(圖2)。崖南凹陷、崖城凸起和崖北凹陷等次級構(gòu)造單元不同時代的地層中流體包裹體的特征及類型組合略有差異(表1)。

崖南凹陷漸新統(tǒng)砂巖有機包裹體含量豐富,呈串珠狀分布在石英顆粒的微裂隙或切穿石英顆粒的裂隙中,根據(jù)其在鏡下產(chǎn)出狀態(tài)和組合類型方面的差異可分為兩類:第一類包裹體多為淺褐色,形狀規(guī)則,個體一般在2～10μm之間,由氣液比為5%～15%的氣液兩相烴包裹體和液態(tài)烴包裹體組成,偶見氣液固三相烴包裹體;第二類包裹體顏色較深,形狀多樣,呈近圓形、橢圓形或不規(guī)則狀,大小在5～12μm之間,個別可達30μm,氣液比變化較大,約在10%～60%之間,以含烴鹽水溶液包裹體、氣態(tài)烴包裹體、氣液兩相態(tài)烴包裹體和氣液固三相烴包裹體為主,含少量瀝青包裹體。

崖城凸起中陵水組有機包裹體含量較低,顏色較淺,多為淺褐色,呈串珠狀分布在石英顆粒的微裂隙中,個體小而均勻,約為3μm,主要由氣液比為10%左右的氣液兩相烴包裹體組成;崖城組有機包裹體豐度相對較高,除發(fā)育一類特征相似于陵水組包裹體外,還發(fā)育一類個體較大包裹體,多為紅褐色或灰褐色,呈串珠狀分布在切穿石英顆粒的裂隙或微裂隙中,主要由氣液比為15%～60%的含烴鹽水溶液包裹體、液態(tài)烴包裹體、氣態(tài)烴包裹體、氣液兩相態(tài)烴包裹體和氣液固三相烴包裹體組成,偶見瀝青包裹體。

表1 瓊東南盆地崖城地區(qū)流體包裹體特征Table1 Characteristics of fluid inclusions in Yacheng area of Qiongdongnan Basin

崖北凹陷崖城組發(fā)育相互穿插的兩類包裹體。第一類包裹體呈橢圓形和長條狀,以串珠狀分布在石英顆粒的微裂隙或切穿石英顆粒的裂隙中,主要由氣液比為10%～20%的液態(tài)烴包裹體和氣液兩相烴包裹體組成;第二類包裹體呈帶狀切穿第一類包裹體,呈近圓狀、長條狀或不規(guī)則狀,主要由氣液比為30% ～60%的氣態(tài)烴包裹體和氣液兩相烴包裹體組成。

圖3 崖城地區(qū)漸新統(tǒng)流體包裹體均一溫度直方圖 A崖南凹陷;B崖城凸起和崖北凹陷Fig.3 Histogram of fluid inclusion homogenization temperatures of Oligocene reservoirs in Yacheng area

由上可知,崖城地區(qū)漸新統(tǒng)儲層中流體包裹體比較發(fā)育。同一構(gòu)造單元不同地層或同一地層不同深度處包裹體特征略有差異:陵水組地層中有機包裹體較崖城組個體小、豐度低,同一地層中隨埋藏深度的減小有機包裹體的豐度降低。

3.2 流體包裹體的均一溫度

儲層中與烴類包裹體伴生的鹽水溶液包裹體的均一溫度可反映儲層油氣運移時的溫度[25～27]。崖城地區(qū)漸新統(tǒng)砂巖樣品中與烴類包裹體伴生的鹽水溶液包裹體的均一溫度見表1。均一溫度主要集中在113～188℃之間。從南到北的構(gòu)造單元中,與同期有機包裹體伴生的鹽水包裹體的均一溫度呈降低趨勢,崖南凹陷崖城組和陵水組鹽水包裹體均一溫度分布于130～190℃和110～190℃之間,均存在130～ 160℃和160～190℃兩組主峰。崖城凸起和崖北凹陷崖城組鹽水包裹體均一溫度的分布范圍為130～ 150℃和120～160℃,主峰為130～160℃(圖3)。

4 討論

4.1 油氣充注期次與特征

崖城地區(qū)不同構(gòu)造單元漸新統(tǒng)砂巖中有機包裹體廣泛發(fā)育,其顏色、熒光特征、相組分以及均一溫度各具特征,揭示油氣演化的不同階段。

崖南凹陷和崖城凸起漸新統(tǒng)砂巖中的有機包裹體顯微特征、分布特征和組合類型可分為兩大類,第一類有機包裹體較第二類顏色淺、氣態(tài)烴包裹體和氣液固三相烴包裹體含量少,伴生鹽水包裹體均一溫度低,分別為130～160℃和160～190℃,分別具黃-黃綠色和淡藍色熒光,說明第一類有機包裹體所含油氣的演化程度明顯低于第二類,與Ro揭示的結(jié)果一致(兩期油氣的Ro分別為0.8%～1.0%和1.53%～ 1.84%)?？赡転閬碜匝履习枷菅鲁墙M煤系烴源巖生成的油氣經(jīng)砂體、不整合面和斷裂等疏導(dǎo)體系的作用進入儲層,并在成巖作用過程中捕獲于次生礦物,其所含油氣屬于正常成熟-過成熟的熱成因煤型油氣(δ13C1值主要分布在-34‰～-39.9‰之間,δ13C2組成為-27‰～-20‰[21])。表明崖南凹陷和崖城凸起漸新統(tǒng)地層儲層兩期不同演化程度的油氣充注[3,24]。

崖南凹陷YC21-1-3井陵水組以淡黃色和淺藍色熒光的含烴鹽水溶液包裹體為主,含少量瀝青包裹體、液態(tài)烴包裹體和氣態(tài)烴包裹體(圖2),表明在YC21-1構(gòu)造陵水組儲層存在兩期油氣充注運移,這與電測解釋(含氣水層)及古壓力的模擬結(jié)果[4]相符。

崖北凹陷崖城組儲層不同深度砂巖中普遍存在呈穿插關(guān)系的兩類有機包裹體,代表兩期油氣的充注,伴生鹽水包裹體均一溫度為120～160℃,主峰為130～160℃,揭示了一期油氣充注。油氣主要是通過伸向烴源巖層深部的砂體及斷層運移,油氣的熱演化程度較低,屬于陸源石蠟型油及油型伴生氣(C2+重?zé)N含量高達32.4%、干燥系數(shù)為0.67)[21]。

據(jù)上認為崖城地區(qū)漸新統(tǒng)砂巖儲層中至少發(fā)生過兩期油氣的充注,第一期油氣主要為淡黃-黃綠色熒光的油氣,運移時的溫度在130～160℃之間;第二期油氣主要為淡藍色-藍白色熒光的油氣,運移時的溫度在160～190℃之間。

4.2 油氣充注時間

含烴熱流體注入儲層形成油氣藏過程中,驅(qū)替了原來的孔隙流體形成有機包裹體和鹽水溶液包裹體,因此伴生的鹽水溶液包裹體形成的時間可代表油氣充注的時間,即油氣成藏的時間[28]。因此將與有機包裹體伴生的鹽水包裹體的均一溫度投影到附有古地溫演化的埋藏?zé)嵫莼穲D上,可推斷油氣充注的時間[29～31]。根據(jù)瓊東南盆地埋藏?zé)嵫莼泛蜏y定的鹽水包裹體均一溫度可推算油氣充注時間。

圖4 崖城地區(qū)生烴史圖(據(jù)文獻[24,4]修改)Fig.4 Hydrocarbon generation history of source rocks in Yacheng area(modified from others[24,4])

YC21-1-4井和YC13-1-3井熱演化埋藏史[4,24,32]可推斷崖南凹陷漸新統(tǒng)地層中早期油氣充注發(fā)生于4～3Ma,晚期油氣充注的時間約為1.8 Ma。崖城凸起與崖南凹陷屬同一成藏體系[24],運用崖南凹陷埋藏史推斷出崖城凸起YC8-1-1井崖城組地層油氣充注的時間約為3 Ma(圖4);結(jié)合崖北凹陷的埋藏史[33]推斷出YC8-2-1油氣充注的時間為8～4 Ma(晚中新世-早上新世)。

崖城地區(qū)第一期油氣充注大約發(fā)生在晚中新世-早上新世(8～3 Ma);第二期油氣開始充注的時間為第四紀(jì)早期(1.8 Ma)。不同構(gòu)造單元中油氣充注的時間略有差異,在崖南凹陷和崖城凸起油氣充注發(fā)生在上新世-第四紀(jì),崖北凹陷油氣充注約發(fā)生在約在晚中新世-早上新世,具有北部早南部晚的特征。由于自中新世以來,瓊東南盆地構(gòu)造運動以快速沉降為主[2],并且兩期油氣充注時間相近,兩期油氣的充注基本是連續(xù)的。

5 結(jié)論

(1)瓊東南盆地崖城地區(qū)漸新統(tǒng)主要存在兩期流體包裹體。第一期有機包裹體以液態(tài)烴包裹體和氣液兩相烴包裹體為主,第二期有機包裹體以氣態(tài)烴包裹體、氣液兩相烴包裹體和氣液固三相烴包裹體為主,分別代表兩期油氣的充注。

(2)第一期充注油氣以黃色熒光包裹體為主,伴生鹽水包裹體的均一溫度主要分布在130～160℃;第二期以發(fā)淺藍色熒光的包裹體為主,均一溫度范圍為160～190℃。

(3)根據(jù)區(qū)域埋藏?zé)嵫莼吠茢嗟谝黄谟蜌獬渥l(fā)生在晚中新世-早上新世(距今8～3 Ma),第二期油氣充注的時間為第四紀(jì)早期(距今1.8 Ma)。

致謝 中國科學(xué)院蘭州地質(zhì)所陳國俊和王琪研究員在研究過程中給予了全面指導(dǎo)與支持;中國海洋石油總公司張功成教授在樣品采集和地質(zhì)資料方面給予大力支持,在此表示衷心的感謝。

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