冀北坳陷龍?zhí)稖现性沤缦埋R嶺組瀝青砂巖烴類包裹體特征

吳迪，邱林飛，尚長(zhǎng)健，黎瓊

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

冀北坳陷龍?zhí)稖现性沤缦埋R嶺組瀝青砂巖烴類包裹體特征

吳迪，邱林飛，尚長(zhǎng)健，黎瓊

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

以冀北坳陷龍?zhí)稖瞎庞筒刂性沤缦埋R嶺組瀝青砂巖為研究對(duì)象，在烴類包裹體顯微巖相學(xué)研究的基礎(chǔ)上，利用均一法、顯微傅立葉紅外光譜法等進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)該砂巖至少存在兩期次的油氣充注，早期油氣充注時(shí)期為下馬嶺組成巖早期，該期次油氣形成了古油藏，輝綠巖侵入體的烘烤作用對(duì)其造成破壞；晚期油氣充注發(fā)生在成巖期后的燕山期，油氣類型為成熟度高的中-輕質(zhì)油氣。冀北地區(qū)下馬嶺組中仍保存有游離的液態(tài)原油，具有良好的油氣勘探前景。

冀北坳陷；下馬嶺組瀝青砂巖；烴類包裹體顯微巖相學(xué)；成藏期次；油氣類型

我國(guó)冀北地區(qū)廣泛發(fā)育中元古界海相碳酸鹽巖，地表油苗顯示十分廣泛［1-3］。前人從地層、巖相、構(gòu)造、烴源巖地球化學(xué)等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)、全面的研究，并取得了豐碩的成果［1，4-15］，認(rèn)為冀北地區(qū)存在油氣成藏的條件。冀北坳陷龍?zhí)稖舷埋R嶺組古油藏的發(fā)現(xiàn)有力證明了冀北地區(qū)曾經(jīng)存在大規(guī)模油氣藏。王鐵冠曾對(duì)其地球化學(xué)特征、成藏與破壞因素進(jìn)行過(guò)探討［16］；近年來(lái)部分學(xué)者對(duì)該古油藏進(jìn)行了有機(jī)巖石學(xué)、輝綠巖侵入體同位素年代學(xué)等方面的分析［17-18］。但是，由于該地區(qū)地層古老，并且經(jīng)歷了多期巖漿活動(dòng)及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，成藏過(guò)程及成藏后的演化過(guò)程十分復(fù)雜，對(duì)于其油氣活動(dòng)的期次與規(guī)模、各期次油氣充注與破壞時(shí)限、烴類流體油氣類型等尚缺乏針對(duì)性定性甚至定量的研究。作為烴類成藏的化石記錄，儲(chǔ)層成巖礦物中烴類包裹體直接記錄了沉積盆地油氣成藏條件和過(guò)程，在重構(gòu)油氣成藏及演化研究中極具優(yōu)勢(shì)。筆者旨在利用流體包裹體方法，通過(guò)顯微巖相學(xué)觀察，確定油氣充注期次與充注、破壞相對(duì)時(shí)間，對(duì)包裹體進(jìn)行均一溫度與鹽度、顯微傅立葉紅外光譜等定性、定量研究，從微觀層面上對(duì)龍?zhí)稖舷埋R嶺組瀝青砂巖的地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，為冀北地區(qū)油氣勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

冀北坳陷位于華北地臺(tái)燕山褶皺帶的中段，面積約7 000 km2（圖1）［8］。研究區(qū)既屬于古亞洲構(gòu)造域的一部分，又被濱太平洋構(gòu)造域所疊加，兩大構(gòu)造域的交接復(fù)合，使本區(qū)構(gòu)造演化極其復(fù)雜［19］。該地區(qū)中新元古界從下到上發(fā)育有長(zhǎng)城系、薊縣系、青白口系［9］，主要巖性為石英砂巖、灰質(zhì)白云巖、白云巖和泥巖等。冀北坳陷迄今共發(fā)現(xiàn)地表油苗115處，其中新元古界油苗98處，且多以液態(tài)油苗為主［1］。

龍?zhí)稖瞎庞筒匚挥谶|寧省凌源縣大河北鄉(xiāng)何仗子村東約百米處的龍?zhí)稖?，在大地?gòu)造上，屬于冀北坳陷黨壩向斜帶東南翼。在龍?zhí)稖掀拭嫔?，青白口系下馬嶺組以灰黑、深灰和灰綠色頁(yè)巖、泥巖為主，偶夾泥灰?guī)r、泥云巖和砂巖。該組下、中、上部各夾一層微斜穿地層層理的暗灰綠色輝長(zhǎng)輝綠巖床［16］。

2 流體包裹體地球化學(xué)特征

2.1 樣品特征及實(shí)驗(yàn)方法

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖［16］Fig.1 The geotectonic position of study area［16］

含瀝青砂巖位于龍?zhí)稖瞎庞筒刂性沤缜喟卓谙迪埋R嶺組底部，含瀝青砂巖厚約3.8 m。將采集的瀝青砂巖樣品制作成雙面拋光的包裹體片，制作過(guò)程中使用502膠以避免膠產(chǎn)生熒光而對(duì)包裹體熒光觀察產(chǎn)生影響。在顯微熒光-偏光顯微鏡下對(duì)包裹體片進(jìn)行流體包裹體顯微巖相學(xué)觀察，確定樣品中成巖礦物種類以及各種成巖礦物形成的先后順序，鑒定每種成巖礦物內(nèi)烴類包裹體的發(fā)育特征，包括烴類包裹體的大小、豐度、產(chǎn)狀以及單偏光、熒光特征，同時(shí)圈定烴類包裹體以及與其伴生的鹽水包裹體，使用Linkam THMSG600型冷熱臺(tái)（儀器精度為0.1℃）測(cè)定流體包裹體均一溫度和鹽度，并使用Nicolet 6700型顯微傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行烴類包裹體微區(qū)成分分析。

2.2 顯微巖相學(xué)特征

顯微巖相學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，該瀝青砂巖大部分粒間孔隙均被黑褐色固體瀝青所充填，反映該砂巖曾經(jīng)存在大規(guī)模的油氣充注（圖2）。該砂巖的成巖作用較弱，部分石英顆粒存在次生加大現(xiàn)象，粒間孔隙為晚期膠結(jié)石英所充填。該瀝青砂巖中成巖礦物主要有兩期，依次為次生加大石英礦物→成巖膠結(jié)石英（圖3）。部分石英顆粒粒間孔隙有微弱黃綠色熒光（圖4A、B）。該砂巖內(nèi)油氣充注可見(jiàn)兩期：

第1期油氣充注發(fā)生于石英顆粒成巖次生加大之前，但未能捕獲烴類包裹體，該期次的油氣充注表現(xiàn)為砂巖石英顆粒粒間孔隙內(nèi)普遍充填的黑色、黑褐色瀝青。該石英顆粒次生加大不普遍，在發(fā)育有次生加大邊的石英顆粒周圍，明顯可見(jiàn)瀝青被排斥、擠壓的現(xiàn)象（圖4C、D）。由此可以推測(cè)，在砂巖成巖早期時(shí)發(fā)生油氣充注，石英顆粒表面由親水性轉(zhuǎn)為親油性，抑制了成巖作用。隨著該期次充注的油氣遭受破壞，液烴變?yōu)楣腆w瀝青，殘存在顆?？紫吨小ｋS后石英顆粒表面再次變?yōu)橛H水性，部分顆粒見(jiàn)石英次生加大現(xiàn)象，孔隙間殘存的固體瀝青被擠壓，充填在粒間孔隙中。

第2期油氣充注發(fā)生于石英顆粒成巖次生加大期后，捕獲的烴類包裹體發(fā)育在石英礦物成巖期后構(gòu)造微裂隙中，發(fā)育豐度高（GOI＞50%），包裹體沿石英顆粒或切穿多個(gè)石英顆粒及固體瀝青的成巖期后微裂隙成線狀/帶狀分布（圖4E、F）。包裹體中液烴呈淡黃色顯示黃色熒光，或呈透明無(wú)色顯示藍(lán)綠色熒光（圖4G、H、I、J）；氣烴呈灰色。包裹體中的液烴包裹體占60%左右，氣液烴包裹體占40%左右。沿微裂隙分布的烴類包裹體切穿石英顆粒及固體瀝青，表明微裂隙的產(chǎn)生在固體瀝青形成之后，即該期次的烴類充注晚于固體瀝青。部分孔隙顯示的弱黃綠色熒光與該期次的烴類包裹體熒光性質(zhì)相似，故判斷為同一期油氣。從包裹體的發(fā)育豐度來(lái)看，反映了一期較大規(guī)模的中-輕質(zhì)油運(yùn)移，部分粒間孔隙有熒光顯示，表明該地層仍保存有少量原油。

2.3 均一溫度和鹽度

包裹體顯微巖相學(xué)研究表明，該瀝青砂巖內(nèi)主要存在2期油氣充注。與第1期油氣相關(guān)的含烴鹽水包裹體發(fā)育程度很低，在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用改造后已無(wú)法辨別，故本次測(cè)溫主要針對(duì)的是與第2期烴類包裹體共生的含烴鹽水包裹體，該期含烴鹽水包裹體均為沿石英顆粒的成巖期后微裂隙分布。對(duì)該期次的含烴鹽水包裹體進(jìn)行均一化溫度和鹽度的測(cè)試，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。與第2期烴類包裹體共生的含烴鹽水包裹體均一溫度為110～150℃，鹽度為9.86～22.38 wt%。該期次的含烴鹽水包裹體均一溫度范圍對(duì)應(yīng)的油氣處于中-高成熟階段，為中-輕質(zhì)油氣。

圖2 瀝青砂巖粒間孔隙充填黑褐色的固體瀝青Fig.2 Dark brown solid bitumen filled in intergranular pore of bitum inous sandstone

圖3 下馬嶺組瀝青砂巖先后發(fā)育的2期成巖礦物Fig.3 Diageneticm ineral formed in two phases of bitum inous sandstone in Xiamaling Formation

2.4 顯微傅立葉紅外光譜特征

前已述及，該地區(qū)瀝青砂巖成巖礦物中發(fā)生了2期次的油氣充注，但第1期次并沒(méi)有捕獲烴類包裹體。所以僅針對(duì)第2成藏期呈淡黃色顯示黃色熒光、呈透明無(wú)色顯示藍(lán)綠色熒光的烴類包裹體進(jìn)行顯微傅立葉紅外測(cè)試。

圖4 下馬嶺組瀝青砂巖顯微巖相學(xué)特征Fig 4 M icroscopic petrography of the bitum inous sandstone in Xiamaling Formation

圖5 下馬嶺組瀝青砂巖含烴鹽水包裹體均一溫度頻率分布直方圖Fig.5 Homogenization tem perature histogram of salinewater inclusion with hydrocarbon in bitum inous sandstone in Xiamaling Formation

圖6 瀝青砂巖中烴類包裹體顯微照片及其顯微傅立葉紅外譜圖Fig.6 M icrograph and M icro-FT.IR spectrogram of hydrocarbon inclusions in bitum inous sandstone

測(cè)試結(jié)果表明，該瀝青砂巖中的烴類包裹體存在2類特征的譜圖，第1類包裹體的紅外譜圖甲基對(duì)稱/不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰明顯弱于亞甲基對(duì)稱/不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰（圖6A）。第2類包裹體的紅外譜圖甲基對(duì)稱/不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰稍弱于亞甲基對(duì)稱/不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰（圖6B）。對(duì)比以上兩類具有不同特征的紅外譜圖包裹體的顯微特征可以發(fā)現(xiàn)，第1類包裹體多呈淡黃色-灰色，顯示黃色熒光的烴類包裹體（圖4G、H）；第2類包裹體多呈透無(wú)色-灰色，顯示較強(qiáng)的藍(lán)綠色熒光的烴類包裹體（圖4I、J）。說(shuō)明在同一期次的不同烴類包裹體中油質(zhì)略有差別，藍(lán)綠色熒光烴類包裹體的成熟度要高于黃色熒光烴類包裹體，推斷不同成熟度的油氣來(lái)源于不同的烴源巖，但油氣充注發(fā)生在同一時(shí)期。

圖7 下馬嶺組烴類包裹體中的基團(tuán)吸收峰強(qiáng)度比直方圖Fig.7 Histogram of intensities of perssad absorption peak of hydrocarbon inclusions in Xiamaling Formation

通過(guò)對(duì)烴類包裹體AREA［∑CH2］/AREA［∑CH3］比值分布頻率統(tǒng)計(jì)圖可以看出（圖7），該地區(qū)第2期次的烴類包裹體的AREA［∑CH2］/AREA［∑CH3］比值介于1～3.4，峰值落在1.4～1.8間，經(jīng)計(jì)算Xinc、Xstd值分別介于2～27和4～12，表明該期次烴類包裹體甲基相對(duì)豐富，碳鏈短，油氣成熟度較高，多為中-輕質(zhì)油。

3 討論

研究表明，龍?zhí)稖舷埋R嶺組瀝青砂巖存在2期油氣充注過(guò)程：第1期油氣充注發(fā)生在石英顆粒次生加大之前的成巖早期階段，該期次油氣在龍?zhí)稖系貐^(qū)大規(guī)模成藏，油氣充注在石英顆粒間孔隙；第2期充注發(fā)生在石英次生加大以后，油氣類型主要為中-輕質(zhì)油氣，油氣成熟度高，為烴源巖高成熟階段的產(chǎn)物。

王鐵冠［16］認(rèn)為該地區(qū)古油藏遭受破壞主要因素是下馬嶺組輝長(zhǎng)輝綠巖床的熱蝕變作用，輝長(zhǎng)輝綠巖侵入之前，龍?zhí)稖瞎庞筒氐玫搅肆己玫谋４?。劉巖［17］首次發(fā)現(xiàn)了固體瀝青的類天然焦光學(xué)結(jié)構(gòu)，直接證明了瀝青砂巖中的瀝青曾遭受高溫的直接烘烤而產(chǎn)生熱蝕變。據(jù)最新的測(cè)年數(shù)據(jù)，下馬嶺組沉積始于1 400Ma［20］，下馬嶺組下部輝綠巖的侵入年代為1 327 Ma［17］。本項(xiàng)研究認(rèn)為第1期油氣充注發(fā)生在成巖早期，石英顆粒次生加大作用產(chǎn)生之前。下馬嶺組開(kāi)始沉積后，早期的重質(zhì)油充填在未固結(jié)成巖的石英顆?？紫吨胁⑿纬晒庞筒?，輝綠巖侵入后由于烘烤作用該古油藏被破壞。第2期油氣充注發(fā)生在成巖期后，石英顆粒次生加大作用產(chǎn)生之后。包裹體顯微巖相學(xué)觀察表明，第2期烴類包裹體均為沿成巖期后的構(gòu)造微裂隙分布，冀北地區(qū)晚三疊世至白堊紀(jì)發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺和斷裂運(yùn)動(dòng)，以晚侏羅世燕山期的斷裂、褶皺活動(dòng)為主，可以推測(cè)第2期次的油氣充注與燕山期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用有關(guān)。

綜上所述，冀北地區(qū)龍?zhí)稖现性沤缦埋R嶺組存在2期油氣充注，第1期油氣充注始于1 400Ma后的下馬嶺組沉積時(shí)期，1 327Ma時(shí)，輝綠巖侵入下馬嶺組，油藏遭受烘烤產(chǎn)生破壞，砂巖孔隙間充填的原油蝕變?yōu)楣腆w瀝青。隨著下馬嶺組埋深增大，石英砂巖產(chǎn)生次生加大作用并排斥、擠壓砂巖顆粒間充填的固體瀝青。晚侏羅世的燕山期冀北地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的斷裂、褶皺活動(dòng)，此時(shí)第2期油氣沿構(gòu)造微裂隙發(fā)生運(yùn)移，并充注在石英顆粒間孔隙中。冀北地區(qū)在遠(yuǎn)離輝綠巖侵入體的圈閉內(nèi)，仍存在發(fā)現(xiàn)大規(guī)模油氣藏的可能，石英顆粒孔隙熒光表明下馬嶺組儲(chǔ)層中仍存在液態(tài)原油，該區(qū)存在良好的油氣前景。

4 結(jié)論

1）龍?zhí)稖系貐^(qū)下馬嶺組至少存在2期次的油氣充注，第1期油氣充注始于下馬嶺沉積時(shí)期，下馬嶺組輝綠巖侵入體的烘烤作用破壞了古油藏；第2期油氣充注于晚侏羅世的燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，為成熟度很高的中-輕質(zhì)油氣；

2）由孔隙間殘余瀝青豐度可知，龍?zhí)稖系貐^(qū)下馬嶺組古油藏的儲(chǔ)量是十分可觀的，雖然在龍?zhí)稖系貐^(qū)，由于輝綠巖侵入體的烘烤作用，古油藏遭受破壞，但是在未受侵入體影響的地區(qū)依然存在發(fā)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)性油藏的可能，構(gòu)造微裂隙中高豐度的烴類包裹體及孔隙熒光證明該地區(qū)仍存在液態(tài)原油，冀北地區(qū)油氣勘探前景廣闊。

［1］王鐵冠，韓克猷.論中-新元古界的原生油氣資源［J］.石油學(xué)報(bào)，2011，32（1）:5-11.

［2］歐光習(xí)，李林強(qiáng)，張建鋒，等.遼西—冀北地區(qū)中新元古界油氣運(yùn)聚史研究［R］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，2004.

［3］浦小平，趙常艷，胡禮國(guó)，等.遼西地區(qū)野外石油地質(zhì)調(diào)查與有利目標(biāo)優(yōu)選［R］.盤錦：遼河油田研究院，2003.

［4］郝石生.冀遼坳陷中—上元古界原生油氣遠(yuǎn)景［J］.石油與天然氣地質(zhì)，1984，5（4）:342-348.

［5］郝石生.華北北部中—上元古界石油地質(zhì)學(xué)［M］.東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1990.

［6］楊丙中.燕山地區(qū)震旦紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)油苗［J］.長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1978，1（1）:95-96.

［7］郝石生，張長(zhǎng)根.華北北部中—上元古界原生油氣特征［C］//翟光明.北京石油地質(zhì)會(huì)議報(bào)告論文集.北京:石油工業(yè)出版社，1987:266-288.

［8］劉寶泉，秦建中，李欣.冀北坳陷中—上元古界烴源巖特片及油苗、油源分析［J］.海相油氣地質(zhì)，2000，5（1-2）:41-52.

［9］張敏.遼西—冀北地區(qū)中新元古界油氣運(yùn)聚期次研究［D］.北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2005.

［10］王麗娟，楊樹(shù)杰.華北中新元古界海相碳酸鹽巖烴源巖評(píng)價(jià)［J］.海洋科學(xué)集刊，2010，50:116-124.

［11］高耀斌，郝石生，盧學(xué)軍，等.燕山地區(qū)中-上元古界油苗及其油源研究［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1991，15（1）:1-7.

［12］王鐵冠.燕山地區(qū)震旦亞界油苗的原生性及其石油地質(zhì)意義［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，1980，7（2）: 34-52.

［13］王定一.我國(guó)最古老的含油氣盆地—冀遼盆地簡(jiǎn)介［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，1993，20（5）:122-123

［14］王杰，陳?ài)`發(fā).華北中—上元古界烴源巖沉積環(huán)境及生烴潛力研究［J］.天然氣地球科學(xué)，2001，12（3）:29-35.

［15］歐光習(xí)，李林強(qiáng).遼西—冀北坳陷中—上元古界油源及成藏期分析［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2006，25（1）:89-93.

［16］王鐵冠，黃光輝，徐中一.遼西龍?zhí)稖显沤缦埋R嶺組底砂巖古油藏探討［J］.石油與天然氣地質(zhì)，1988，9（3）:278-283.

［17］劉巖，鐘寧寧，田永晶，等，中國(guó)最老古油藏—中元古界下馬嶺組瀝青砂巖古油藏［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2011，38（4）:503-512.

［18］田永晶，劉巖，鐘寧寧，等，冀北坳陷龍?zhí)稖瞎庞筒叵埋R嶺組輝綠巖侵入定量評(píng)價(jià)［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，34（11）:20-25.

［19］王杰，陳?ài)`發(fā)，竇啟龍.華北北部中、上元古界生烴潛力特征研究［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2004，26（2）:96-101.

［20］李懷坤，陸松年，李惠民，等.侵入下馬嶺組的基性巖床的鋯石和斜鋯石U-Pb精確定年:對(duì)華北中元古界地層劃分方案的制約［J］.地質(zhì)通報(bào)，2009，28（10）:1 396-1 404.

Characteristics of hydrocarbon inclusions in bitum inous sandstone of M esoproterozoic Xiamaling Formation at Longtangou paleo-oil accumulation of Jibei depression

WU Di，QIU Linfei，SHANG Changjian ，LIQiong
（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

s:On the basis of hydrocarbon inclusionsmicroscopic petrography，the bituminous sandstone in Mesoproterozoic Xiamaling formation at Longtangou paleo-oil accumulation of Jibei depression was studied by using homogenization method and Micro-FT.IR Spectrum method.The research indicates that there were two times of hydrocarbon entrapment at least.The first time was at the early stage of diagenesis of Xiamaling formation，oil accumulation forms but intrusive body of diabase destroyed it. The second time was in Yanshanian，the oil and gas types aremedium-light oil with high maturation. Xiamaling formation in Jibei depression also preserves free hydrocarbon now，Jibei depression has a broad petroleum exploration prospect.

Jibei depression；bituminous sandstone of Xiamaling formation；hydrocarbon inclusions microscopic petrography；phase of hydrocarbon entrapment；oil and gas types

P575.9;P58.21+2.3

A

1672-0636（2015）02-0107-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.02.009

2015-01-26；

2015-01-28

吳迪（1990—），女，吉林磐石人，在讀碩士研究生，從事流體地球化學(xué)科研工作。

E-mail：wusi_heng@126.com