松遼盆地南部扶余油層致密儲層成巖序列及成藏期次

黃文彪，鄧守偉，盧雙舫,王偉明，趙 靜

[1.中國石油大學(xué)(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島 266580；2.中國石油 吉林油田公司 勘探開發(fā)研究院，吉林 松原 138001；3.中國石油 渤海鉆探工程有限公司測井分公司，天津 300280]

松遼盆地南部扶余油層致密儲層成巖序列及成藏期次

黃文彪1，鄧守偉2，盧雙舫1,王偉明1，趙 靜3

[1.中國石油大學(xué)(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島 266580；2.中國石油 吉林油田公司 勘探開發(fā)研究院，吉林 松原 138001；3.中國石油 渤海鉆探工程有限公司測井分公司，天津 300280]

松遼盆地南部扶余油層致密油勘探已獲得重大突破，但關(guān)于致密油的充注特征和成藏期次目前依然沒有清楚認(rèn)識?；诒∑溺R下觀察和流體包裹體賦存特征，分析了不同次生礦物生長的先后順序，建立了不同類型成巖作用以及油氣充注在時間上的序列，同時依據(jù)流體包裹體均一溫度，結(jié)合研究區(qū)地史、熱史，分析不同區(qū)塊的油氣成藏期。研究表明，扶余油層致密儲層主要發(fā)育壓實(shí)、膠結(jié)、交代、溶蝕等成巖作用，壓實(shí)作用貫穿于整個成巖作用的始末。油氣在早期方解石膠結(jié)后和石英次生加大前開始充注，在石英次生加大期和長石溶蝕期間大規(guī)模充注，在晚期方解石膠結(jié)期油氣充注進(jìn)入尾期。液態(tài)烴在長嶺凹陷區(qū)從嫩江組沉積時期至明水組沉積時期持續(xù)充注，扶新隆起區(qū)在嫩江組沉積初期充注。氣態(tài)烴在隆起區(qū)為兩期充注，分別為嫩江組沉積初期和四方臺子—依安組沉積時期。

流體包裹體；成巖序列；致密油；扶余油層；泉頭組；松遼盆地

我國致密油分布范圍廣、資源潛力豐富，此類以往被忽視的非常規(guī)石油資源已成為國內(nèi)外石油行業(yè)爭相介入的熱點(diǎn)，在目前的油氣資源結(jié)構(gòu)中占據(jù)十分重要的地位[1-5]。松遼盆地南部扶余油層致密油是吉林油田剩余資源量最大的油層。近年來，隨著吉林油田不斷調(diào)整工作思路、攻克技術(shù)瓶頸，在廟西、乾246和讓53等區(qū)塊致密油勘探均獲得重大突破[6-8]。伴隨著致密油勘探的不斷深入，致密油的資源分布特征、成藏期次和成藏主控因素等便成為致密油勘探中亟待回答的問題。

油氣充注過程和成藏期次分析是油氣勘探評價的核心內(nèi)容之一[9-10]。目前對于成藏期次的研究主要有兩種途徑：一是成巖礦物同位素測年法[11-12]，二是流體包裹體均一溫度分析法[13-14]。本次研究基于松遼盆地扶余油層致密儲層鏡下觀察和流體包裹體賦存特征，分析致密儲層成巖期次、成藏期次以及成巖和成藏期次的順序關(guān)系，并依據(jù)流體包裹體均一溫度的分布特征，判定不同地區(qū)油氣的充注時期，分析致密油充注過程，以期為松遼盆地南部扶余油層致密油勘探提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地南部扶余油層為典型的源下油氣成藏模式[15-16]，上覆青山口組深湖相泥巖既是扶余油層及烴源巖，又是良好的區(qū)域蓋層。青一段生成的油氣通過斷裂和微裂隙在超壓的驅(qū)動下發(fā)生“倒灌”，后在砂體內(nèi)側(cè)向分配，在源內(nèi)低滲透的凹陷區(qū)形成疊加連片分布的超大復(fù)合低滲透性巖性油氣藏，在源外高滲透性的隆起區(qū)形成常規(guī)的構(gòu)造油氣藏和巖性油氣藏[4,6]。

在構(gòu)造型油氣勘探時期，扶余油層是松遼盆地南部的主力油層，但近些年對于低滲透性致密儲層的勘探揭示，扶余油層成藏不僅受到構(gòu)造和斷塊控制，凹陷中部和斜坡區(qū)存在超大型復(fù)合巖性油氣藏[4]。扶余油層總體資源量為16.7×108t，致密油資源為10×108t，其中紅崗階地、扶新隆起和華字井階地的斜坡區(qū)資源為6.0×108t，儲層滲透率介于(0.1 ～ 1.0)×10-3μm2，長嶺凹陷資源量為4.0×108t，滲透率小于0.1×10-3μm2(圖1)。目前松遼盆地南部扶余油層致密油已探明2.2×108t，主要分布在紅崗階地、扶新隆起的鱗字井區(qū)和長嶺凹陷的大遐字井區(qū)(圖1)。

2 成巖序列及致密油充注特征

基于415塊鏡下薄片觀察，分析不同次生礦物的生長次序、瀝青與礦物的接觸關(guān)系、烴類包裹體與宿主礦物的賦存關(guān)系，建立致密儲層的成巖演化序列，對于儲層的物性演化以及油氣充注期次研究具有重要意義。

2.1 致密儲層成巖序列

2.1.1 機(jī)械壓實(shí)作用

機(jī)械壓實(shí)作用穿于整個沉積埋藏階段，早期機(jī)械壓實(shí)階段顆粒主要為點(diǎn)-線接觸，原生粒間孔發(fā)育(圖2a,b)。隨著埋深的增大，機(jī)械壓實(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)，顆粒演變?yōu)榫€-凹凸接觸，構(gòu)造裂縫、礦物顆粒內(nèi)和貫穿多個礦物的微裂隙逐漸發(fā)育(圖2c,d)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造劃分及滲透率分布Fig.1 Structural division and permeability distribution in the study area

圖2 松遼盆地南部扶余油層儲層顆粒接觸關(guān)系及孔、縫發(fā)育特征Fig.2 Contact relation among particles and pore/fracture characteristics of the Fuyu layer in the southern Songliao Basina.民54井，埋深639.49 m，顆粒呈點(diǎn)接觸，原生孔隙發(fā)育； b.前101井，埋深904.4 m，顆粒呈線接觸，原生孔隙發(fā)育；c.讓24井，埋深1 876.74 m，顆粒呈線-凹凸接觸，長石壓裂縫；d.查21井，埋深2 151.45 m，顆粒呈線-凹凸接觸，構(gòu)造裂縫。

2.1.2 膠結(jié)作用

松遼盆地南部扶余油層主要發(fā)育碳酸鹽、硅質(zhì)、長石和粘土礦物4種膠結(jié)物。

1) 綠泥石膠結(jié)

綠泥石圍繞原生礦物(碎屑顆粒)邊緣形成襯邊，且被早期方解石膠結(jié)物所包裹，表明綠泥石薄膜形成于早期的機(jī)械壓實(shí)階段，且早于早期方解石膠結(jié)(圖3a)。

2) 鈣質(zhì)膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)存在早、晚兩期膠結(jié)，早期機(jī)械壓實(shí)并不強(qiáng)烈，顆粒以點(diǎn)-線接觸，碳酸鹽充填原生粒間孔(圖3b)，晚期方解石膠結(jié)物包裹石英加大邊、交代長石或充填于壓裂的礦物裂縫中(圖3c)，表明晚期方解石膠結(jié)時壓實(shí)作用很強(qiáng)，且晚于石英次生加大。

3) 硅質(zhì)膠結(jié)

硅質(zhì)膠結(jié)發(fā)生時壓實(shí)作用較為強(qiáng)烈，顆粒以線-凹凸接觸，自生石英覆蓋綠泥石薄膜，被晚期方解石包圍、交代(圖3d，e)，說明其早于晚期的方解石膠結(jié)而晚于綠泥石襯邊和早期方解石膠結(jié)。

4) 長石加大

2.1.3 交代作用

1) 片鈉鋁石交代

片鈉鋁石交代原生長石顆粒，但未交代長石加大邊(圖4a)。由于片鈉鋁石的形成需要有碳酸溶液(大量CO2)，其次還需要大量的Na+和Al3+[17-18]，因此判定片鈉鋁石的形成發(fā)生在長石溶蝕和次生加大時期之間。

2) 黃鐵礦交代碳酸鹽

黃鐵礦交代晚期方解石(圖4b)，表明黃鐵礦交代發(fā)生在所有成巖作用之后。

2.1.4 溶蝕作用

長石、巖屑以及充填原生粒間孔的早期碳酸鹽膠結(jié)物被溶蝕，但長石加大邊和晚期碳酸鹽未被溶蝕，所以溶蝕作用發(fā)生在早期碳酸鹽膠結(jié)之后、長石加大和晚期碳酸鹽膠結(jié)之前(圖4c,d)。

2.1.5 油氣充注

從鏡下薄片瀝青分布特征來看，瀝青主要分布在早期碳酸鹽膠結(jié)(圖4e)、石英加大后的殘留孔(圖4f)、粒間擴(kuò)溶孔(圖4g)以及長石溶蝕孔(圖4h)內(nèi)，表明油氣的大規(guī)模充注發(fā)生在石英次生加大和長石溶蝕的后期。

圖3 松遼盆地南部扶余油層段砂巖膠結(jié)作用序列Fig.3 Cementation stage sequence of sandstones of the Fuyu layer in the southern Songliao Basina.讓53-2井，埋深2 198.5 m，綠泥石薄膜襯邊，早期方解石膠結(jié)物包裹綠泥石;b.讓53-2井，埋深2 199.75 m，早期方解石充填原生粒間孔，顆粒呈點(diǎn)-線接觸;c.讓24井，埋深1 854.8 m，晚期方解石膠結(jié)物包裹石英加大邊，充填壓裂縫;d.讓53-2井，埋深2 198.5 m，硅質(zhì)膠結(jié)物包裹顆粒外圍的綠泥石薄膜;e.孤32井，埋深1 392.5 m，石英次生加大，晚期方解石包裹次生加大邊;f.乾 223井，埋深2 207.3 m，長石加大邊被晚期方解石包裹、交代

2.2 烴類包裹體賦存特征及發(fā)育豐度

通過分析研究區(qū)21口探井45個樣品點(diǎn)的包裹體鏡下照片，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)烴類包裹體主要以4種方式賦存于宿主礦物中。

1) 沿石英顆粒次生加大邊的微裂隙成帶分布的烴類包裹體(圖5a,b)。該類包裹體發(fā)育豐度較高，GOI(含油包裹體顆粒指數(shù))在3%～14%，烴類流體大量被捕獲，揭示油氣運(yùn)移規(guī)模較大。液烴包裹體顯示黃綠色、亮黃色、淺褐色熒光，氣烴包裹體顯示為深灰色。

2) 沿石英顆粒內(nèi)以及切及但未切穿加大邊的微裂隙成帶分布的烴類包裹體(圖5c,d)。該類包裹體發(fā)育豐度也較高，GOI分布在2%～7%。液烴包裹體顯示黃綠色、亮黃色、淺褐色熒光，氣烴包裹體顯示為深灰色。

3) 長石中由于溶蝕成因成群分布的液烴包裹體(圖5e,f)。GOI分布在2%～7%，豐度高，為油氣大規(guī)模運(yùn)移時捕獲，熒光顯示為黃綠色、亮黃色、淺褐色。

4) 晚期亮晶方解石膠結(jié)物內(nèi)孤立分布的油包裹體(圖5g,h)。該類包裹體零星分布，豐度低，GOI基本在1%以下，揭示該時期油氣運(yùn)移規(guī)模較小。

從上述包裹體賦存的宿主礦物和豐度來看(圖6)，早期油氣充注時的包裹體賦存在原生石英內(nèi)的微裂縫中，包裹體GOI指數(shù)70%小于2%，發(fā)育豐度在低-中等，油氣充注規(guī)模較小；石英加大期間和長石溶蝕期間，宿主礦物分別為石英加大邊的微裂縫、切及石英及其加大邊的微裂縫、溶蝕的長石中，GOI指數(shù)絕大部分大于2%，包裹體豐度中等-高，此時發(fā)生大規(guī)模油氣充注。而后期油氣運(yùn)移規(guī)模較小，發(fā)生在晚期碳酸鹽膠結(jié)時期，于亮晶方解石內(nèi)零星分布，GOI指數(shù)小于2%。

通過以上儲層成巖特征和包裹體賦存特征分析，建立松遼盆地南部扶余油層成巖序列和油氣充注的關(guān)系，主要表現(xiàn)為機(jī)械壓實(shí)—綠泥石膠結(jié)襯邊—早期方解石膠結(jié)—油氣充注開始—石英次生加大(油氣大規(guī)模充注)—長石顆粒溶蝕、早期方解石溶蝕(油氣大規(guī)模充注)—片鈉鋁石交代—長石次生加大—晚期方解石膠結(jié)(油氣充注結(jié)束)—黃鐵礦交代。由于每一種成巖作用的存在都有一定的時間，因此，上述序列存在交叉重疊現(xiàn)象。

3 包裹體均一溫度分布特征及期次

包裹體均一溫度是在大慶油田勘探開發(fā)研究院有機(jī)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室測定，測定儀器為THMS600型冷熱臺，測定誤差為±0.1 ℃，測溫類型均為均一溫度穩(wěn)定性較高的含烴鹽水包裹體。包裹體檢測結(jié)果顯示在隆起區(qū)存在液烴和氣烴兩類包裹體，在凹陷區(qū)只存在液烴包裹體。由于篇幅有限，本次僅列出部分樣品包裹體檢測數(shù)據(jù)(表1)。

3.1 扶新隆起區(qū)成藏期次

1) 氣烴包裹體

扶新隆起區(qū)氣烴包裹體發(fā)育豐度較低，其中賦存于原生石英顆粒微裂縫中的氣烴包裹體均一溫度主要分布在70～80 ℃；賦存于石英加大邊微裂隙中的氣烴包裹體均一溫度主要分布在100～120 ℃(圖7a)。結(jié)合隆起區(qū)的沉積埋藏史和熱史，揭示地層溫度70～80 ℃時為嫩江組沉積初期；地層溫度處于100～120 ℃時為四方臺子—依安組沉積時期(圖8a)。因此，對于隆起區(qū)氣態(tài)烴存在兩次充注，充注時期分別為嫩江組沉積初期和四方臺子—依安組沉積時期。

2) 液烴包裹體

液烴包裹體均一溫度主要分布在70～100 ℃之間，賦存于石英顆粒裂縫及加大邊的微裂隙中，對應(yīng)于嫩江組沉積時期，未發(fā)現(xiàn)110 ℃以上的包裹體(圖7a,圖8a)。因此，隆起區(qū)的液烴烴充注只有一期，發(fā)育在嫩江組沉積時期。

圖5 松遼盆地南部不同宿主礦物中包裹體分布特征Fig.5 Inclusion distribution in different host minerals in the southern Songliao Basina，乾239井，埋深2 070.2 m；c，讓53井，埋深2 119.2 m；e，f.查40井，埋深1 869.3 m；g，h.孤32井，埋深1 392.5 ma,c,e,g.單片光；b,d,f,h.熒光

表1 松遼盆地南部扶余油層部分樣品包裹體檢測數(shù)據(jù)

圖6 松遼盆地南部賦存不同礦物內(nèi)的包裹體豐度分布Fig.6 Inclusion abundance distribution in different host minerals in the southern Songliao Basin

圖7 松遼盆地南部扶余油層包裹體均一溫度分布Fig.7 Homogenization temperature distribution of the Fuyu layer in the southern Songliao Basina.扶新隆起區(qū)；b.長嶺凹陷區(qū)

圖8 松遼盆地南部沉積埋藏史和熱史特征Fig.8 Characteristics of burial history and thermal history in the southern Songliao Basina.隆起區(qū)沉積埋藏史、熱史特征；b.凹陷區(qū)沉積埋藏史、熱史特征Nt.泰康組；Nd.大安組；K2m.明水組；K2s.四方臺子組；K2n.嫩江組；K2y.姚家組；K2qn.青山口組；K1q.泉頭組

3.2 長嶺凹陷區(qū)成藏期次

長嶺凹陷區(qū)液烴包裹體均一溫度主體分布在80～110 ℃區(qū)間，110～130 ℃區(qū)間包裹體出現(xiàn)頻率較少(圖7b)。從均一溫度分布形態(tài)來看，雖然凹陷區(qū)均一溫度范圍廣，但呈單峰分布，表明仍為一期充注，只不過凹陷區(qū)地層沉積速率快，泉四段溫度變化快且范圍廣。

從沉積埋藏史和熱史對應(yīng)的地層溫度變化特征來看，80～110 ℃對應(yīng)于嫩江組沉積時期，該時期油氣大規(guī)模充注，包裹體主要賦存于石英的次生加大邊中，而110～130 ℃對應(yīng)于嫩江組沉積末期至明水組沉積時期，該時期為油氣充注量逐漸減少(圖8b)。

4 結(jié)論

1) 扶余油層致密儲層主要發(fā)育機(jī)械壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕以及交代作用4類成巖作用。鏡下觀察表明，不同類型成巖作用序列為機(jī)械壓實(shí)—綠泥石膠結(jié)襯邊—早期方解石膠結(jié)—石英次生加大—長石顆粒溶蝕、早期方解石溶蝕—片鈉鋁石交代—長石次生加大—晚期方解石膠結(jié)—黃鐵礦交代。油氣在早期方解石膠結(jié)后和石英次生加大前開始充注，在石英次生加大期、長石溶蝕期間大規(guī)模充注，在晚期方解石膠結(jié)期油氣充注進(jìn)入尾期。

2) 流體包裹體均一溫度揭示，扶新隆起區(qū)氣態(tài)烴存在兩期充注。第一期為嫩江組沉積初期，第二期為四方臺子—依安組沉積時期。液態(tài)烴為一期充注，發(fā)生在嫩江組沉積時期。長嶺凹陷區(qū)未檢測到氣烴包裹體，液態(tài)烴為一期充注，充注持續(xù)時間較長，嫩江組沉積時期大規(guī)模充注，在嫩江組末期至明水組沉積時期液烴充注量逐漸減少。

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(編輯 張玉銀)

Diagenetic sequence and hydrocarbon accumulation phases of the Fuyu layer tight reservoir in the southern Songliao Basin

Huang Wenbiao1,Deng Shouwei2,Lu Shuangfang1,Wang Weiming1,Zhao Jing3

(1.ResearchInstituteofUnconventionalOil&GasandRenewableEnergy，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao,Shandong266580，China；2.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development，JilinOilfieldCompany，PetroChina，Songyuan,Jilin138001，China；3.CNPCBohaiDrillingEngineeringCompanyLtd.,Tianjing300280，China)

The tight oil exploration of the Fuyu layer has achieved a significant breakthrough in southern Songliao Basin,but the tight oil charging characteristics and accumulation history are still unclear.Based on thin section observation and fluid inclusions occurrence characteristics,the growth sequence of various secondary mineral was analyzed.The time sequence of different diagenesis stages and hydrocarbon charging phases were established.According to the homogenization temperature of fluid inclusions in combination with geologic history and thermal history in the study area,the hydrocarbon accumulation phases were established in different blocks.The results show that the minerals mainly experienced compaction,cementation,metasomatism,dissolution processes in the Fuyu layer tight reservoir and the compaction runs through the whole diagenesis history.Hydrocarbon began to charge after the early calcite cementation and before the quartz overgrowth.And a large scale of hydrocarbon charging happened during the period of quartz overgrowth and feldspar dissolution.In the period of late calcite cementation,hydrocarbon charging entered the later stage.Liquid hydrocarbon continued to charge during the deposition of the Nenjiang Formation and Mingshui Formation in Changling Sag,while in Fuxin Uplift charging happened in the early period deposition of the Nenjiang Formation.There were two periods of gaseous hydrocarbon charging in uplifted area:the time of early Nenjiang Formation deposition and of Sifangtaizi-Yian Formations,respectively.

fluid inclusion,diagenetic sequence,tight oil,Fuyu layer,Quantou Formation,Songliao Basin

2015-12-23;

2017-04-25。

黃文彪(1980—)，博士、講師，非常規(guī)油氣源巖及儲層評價。E-mail:huangwb@upc.edu.cn。

鄧守偉(1968—)，博士、高級工程師，石油地質(zhì)勘查。E-mail:dsw3222@163.com。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41402109，41672125，41330313，41172134)。

0253-9985(2017)03-0508-09

10.11743/ogg20170310

TE122.2

A