鄂爾多斯盆地東部下古生界山西組流體包裹體測(cè)溫及其反映的成藏史

吳曉青，陳玉林，唐建云

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)系，陜西 西安710069;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司，陜西 西安710021)

1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地橫跨陜、甘、寧、蒙、晉五省區(qū)，東鄰呂梁，南接秦嶺西，西與六盤、賀蘭為鄰，北與陰山接壤，面積25×104km2。經(jīng)過(guò)30余年的勘探與開發(fā)，鄂爾多斯盆地正在崛起，日益成為我國(guó)重要的石油天然氣能源基地。

鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)西緣，是中國(guó)第二大沉積盆地，是一個(gè)多旋回演化、多沉積類型的大型沉積盆地?，F(xiàn)今構(gòu)造面貌為一南北翹起，東翼緩而長(zhǎng)，西翼短而陡的不對(duì)稱向斜，坡降一般為6 m/km。依據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造特征，盆地可劃分為6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，東為晉西撓褶帶，西為西緣沖斷帶，南北分別為渭北隆起、伊盟隆起，中部為陜北斜坡、天環(huán)坳陷，采樣區(qū)見圖1。

盆地的基底為前寒武紀(jì)結(jié)晶變質(zhì)巖系，沉積蓋層經(jīng)歷了中晚元古代坳拉谷、早古生代陸表海、晚古生代海陸過(guò)渡、中生代內(nèi)陸湖盆及新生代周邊斷陷等五大階段，形成了下古生界陸表海碳酸鹽巖、上古生界海陸過(guò)渡相煤系碎屑巖及中新生界內(nèi)陸湖盆碎屑巖沉積的三層結(jié)構(gòu)。盆地主體除缺失中上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及下石炭統(tǒng)外，地層基本齊全，沉積巖厚度約6 000 m。目前已經(jīng)在盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)了下古生界、上古生界及中生界三套含油氣層系。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元及研究區(qū)位置

2 流體包裹體特征及均一溫度

2.1 流體包裹體特征

流體包裹體均一溫度是研究地層所經(jīng)歷古溫度和成藏期次最直接的古溫標(biāo)，同時(shí)也是現(xiàn)在最廣泛應(yīng)用的一種非破壞性研究分析方法，也是包裹體地球化學(xué)中的一個(gè)主要研究?jī)?nèi)容。

表1 包裹體測(cè)溫樣品

此次觀察的包裹體片分布整個(gè)山西組各個(gè)深度段，見表1。砂巖中的包裹體主要分布在石英裂隙中，多未切穿后期加大邊(見圖2)。此外砂巖脈體中也含有一定的氣態(tài)包裹體。

圖2 含包裹體的裂隙未切穿石英加大邊

顯微鏡下觀察中有4種包裹體?？煞譃閮深?鹽水包裹體和有機(jī)包裹體，其中鹽水包裹體約占40%，油氣包裹體約為60%。鹽水包裹體在本區(qū)砂巖中非常發(fā)育，且其個(gè)體大小分布范圍大，主要為2～8μm，顏色較淺;氣液比普遍小于10%，氣相常呈灰黑色球形或橢球形懸浮在無(wú)色透明液相中，當(dāng)氣液比較小時(shí)，氣相變成氣泡可來(lái)回不停地跳動(dòng)。有機(jī)包裹體具有特殊的地質(zhì)意義，它反映了關(guān)鍵地質(zhì)時(shí)間過(guò)程中油氣形成、運(yùn)移和聚集成藏以及成巖流體的綜合信息，是油氣成藏研究的重要手段和方法。研究區(qū)的有機(jī)包裹體又可分為三類:氣液烴包裹體(氣液比大于10%，)、氣態(tài)烴(油相)、液態(tài)烴+鹽水溶液兩相有機(jī)包裹體(圖3);單偏光鏡下氣態(tài)烴和液態(tài)烴，水相和液態(tài)烴相得界限清晰，液烴包裹體呈淡黃色、褐色;其中液烴包裹體占烴類包裹體含量的30%±，氣液烴包裹體占15% ±，氣烴包裹體占55% ±。

前人對(duì)于鄂爾多斯盆地流體包裹體已經(jīng)有了一定的了解，并認(rèn)為鄂爾多斯盆地上古生界砂巖儲(chǔ)層發(fā)生過(guò)6期熱流體活動(dòng)，均與油氣成藏有關(guān)，并以第2～6期的天然氣成藏為主。結(jié)合埋藏史分析可知，油氣成藏分別發(fā)生在距今220～190 Ma(T3中期—J1中期)、190～150 Ma(J1中期—J2中期)、150～130 Ma(J2中期—J2末期)、130～113 Ma(J2末期—K1中早期)、113～98 Ma(K1中早期—K1中晚期)、98～72 Ma(K1中晚期—K1末期)，并認(rèn)為早侏羅世中期一中侏羅世末期、中侏羅世末期一早白里世末期是鄂爾多斯盆地上古生界天然氣的主要成藏時(shí)期(劉建章，2005)。此次研究主要側(cè)重于伊-陜斜坡東部，靠近晉西撓折帶，希望對(duì)比研究區(qū)與整個(gè)陜北斜坡其他地區(qū)成藏過(guò)程中是否有所區(qū)別。

研究區(qū)內(nèi)流體包裹體主要可見3期，其中第一期包裹體主要以鹽水包裹體為主，烴類包裹體含量較少，第二期包裹體中含大量烴類包裹體，此外在部分加大邊底部可見少量第三期包裹體。這與盆地其他地區(qū)有所不同，從構(gòu)造的角度來(lái)說(shuō)自早白堊世末，由于濱太平洋板塊向華北板塊的俯沖碰撞，導(dǎo)致盆地東部地殼垂直運(yùn)動(dòng)較水平運(yùn)動(dòng)更加顯著。早白堊世之后，鄂爾多斯盆地東部開始逐步抬升，這極有可能是造成鄂爾多斯盆地東部晚期成藏的缺失的原因。

圖3 脈體中的各類包裹體

2.2 流體包裹體均一溫度

通過(guò)對(duì)目的層的包裹體分布情況及其熱學(xué)特征進(jìn)行分析研究，可以更好的了解研究區(qū)烴類的運(yùn)移情況。

測(cè)溫分析的原理比較簡(jiǎn)單，只要在光學(xué)顯微鏡上附加一種測(cè)溫設(shè)備，就能在地質(zhì)上有意義的各種透明(或半透明)礦物中廣泛應(yīng)用。其方法是在詳細(xì)觀察和辨認(rèn)包裹體的各種物相(固相、液相、氣相)基礎(chǔ)上。通過(guò)升溫或冷凍來(lái)測(cè)量各種相變時(shí)的溫度。顯微熱臺(tái)是均一法測(cè)溫的主要儀器，本次試驗(yàn)采用的是英國(guó)林克姆(linkam)TS1500加熱臺(tái)。

本次測(cè)溫選擇了區(qū)塊內(nèi)所有太原組巖石樣品進(jìn)行包裹體測(cè)溫，測(cè)溫結(jié)果分布情況見圖4:

圖4 研究區(qū)山西組包裹體均一溫度分布圖

從實(shí)驗(yàn)均一溫度可以看出研究區(qū)內(nèi)的包裹體均一溫度分布較廣，其范圍從70℃～160℃，其中第二期包裹體的峰值溫度應(yīng)為120℃～130℃。

經(jīng)冷凍測(cè)試，流體包裹體的始熔溫度都在-15℃以上，表明NaCl是NaCl-H2O體系中鹽水溶液的主要成分。除去上述受烴類及CO2影響的大于零的數(shù)值，實(shí)驗(yàn)觀察包裹體的冰點(diǎn)溫度主要分布在0℃～3℃這一區(qū)間，換算成相應(yīng)的鹽度值后可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)捕獲的同期鹽水包裹體的鹽度較低 主要分布在0.3～2.5 wt%之間。

3 研究區(qū)油氣成藏歷史

前人研究表明:深度50 m范圍內(nèi)可近似視為恒溫帶深度，11.5℃可視為常溫帶地溫，鄂爾多斯盆地現(xiàn)今屬于中溫型地溫場(chǎng)，現(xiàn)今地溫梯度平均為2.93，陜北斜坡東部地區(qū)為地溫梯度高值區(qū)，地溫梯度可達(dá)3.00℃/100m以上，地溫梯度高值區(qū)呈北東向分布(任戰(zhàn)利，2007)。本文的研究區(qū)恰好位于斜坡東部，處于地溫較高值處。結(jié)合采樣井的分層資料通過(guò)basin mod盆地模擬軟件可作出符合的熱史模型，圖中藍(lán)線為采樣點(diǎn)的埋藏史，其主成藏期與熱史圖投影后落在150～130 Ma，見圖5，這說(shuō)明該地區(qū)山西組油氣充注的時(shí)間發(fā)生在晚侏羅世末期至早白堊世早期，后期因?yàn)榕璧氐奶?，油氣充注逐漸停止。

圖5 研究區(qū)熱演化史及油氣成藏期次圖

4 結(jié)語(yǔ)

1)研究區(qū)山西組儲(chǔ)層中捕獲的包裹體顯示至少存在3期與天然氣成藏有關(guān)的熱流體活動(dòng)，且為幕式連續(xù);

2)由于盆地的抬升，使得相較于鄂爾多斯盆地的其他地區(qū)，該區(qū)缺少晚期成藏;

3)盆地的主要成藏期為早白堊世，早白堊世后期油氣充注逐漸停止。

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