鄂爾多斯杭錦旗地區(qū)上古生界儲層流體包裹體特征與天然氣成藏時期

趙桂萍

(1.中國科學院 計算地球動力學重點實驗室，北京 100049; 2.中國科學院大學 地球科學學院，北京 100049)

鄂爾多斯杭錦旗地區(qū)上古生界儲層流體包裹體特征與天然氣成藏時期

趙桂萍1,2

(1.中國科學院 計算地球動力學重點實驗室，北京 100049; 2.中國科學院大學 地球科學學院，北京 100049)

杭錦旗地區(qū)是鄂爾多斯盆地天然氣勘探的重點區(qū)域之一。通過杭錦旗地區(qū)流體包裹體產狀特征、成分及均一溫度的研究，可以確定天然氣主要的成藏期次與成藏時期。研究表明，杭錦旗地區(qū)上古生界砂巖儲層中的成巖流體包裹體主要分布于含礫砂巖、中細砂巖的石英加大邊或愈合裂隙中，可分為兩期，以氣液烴包裹體、氣液兩相鹽水包裹體為主，包裹體形態(tài)有橢圓形、次棱角形、長條形、半圓形及不規(guī)則形，氣體成分主要為CO2和CH4。與氣液烴包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度具有分布范圍廣、多峰值且十里加汗、新召和什股壕3個區(qū)帶分布特征存在顯著差異的特征；對包裹體均一溫度在古地溫場演化史上的投點結果和烴源巖熱演化歷史的綜合分析表明：十里加汗區(qū)帶主成藏期為始新世至今，新召區(qū)帶主成藏期為始新世至今并可能存在早侏羅世晚期—晚侏羅世中期次成藏期，什股壕區(qū)帶依據包裹體測溫資料并結合天然氣運移特征綜合判斷主成藏期為始新世至今。

成藏時期;流體包裹體；上古生界；杭錦旗地區(qū)；鄂爾多斯盆地

杭錦旗地區(qū)是鄂爾多斯盆地天然氣勘探的重點區(qū)域之一，已在太原組、山西組山1段、山2段和下石盒子組盒1段、盒2段及盒3段等層位獲天然氣工業(yè)氣流，發(fā)現(xiàn)了什股壕、十里加汗等天然氣藏或含氣構造。對于杭錦旗地區(qū)天然氣成藏歷史與成藏期次，前人依據生烴時間法、圈閉形成期法、流體包裹體均一溫度法，并結合儲層砂巖的致密化時間，得出了兩期成藏的認識，但對成藏時期存在不同認識，即中-晚侏羅世、早白堊世末-至今[1]和中侏羅世晚期之前、早白堊世晚期[2]。

流體包裹體是礦物結晶生長時，被包裹在礦物晶格缺陷的成礦流體。流體包裹體形成后，由于既沒有外來物質的加入也沒有自身物質的流出，因而可以作為原始的成礦流體進行研究。流體包裹體方法最初主要應用于礦床學的研究，20世紀70 年代末到80 年代初隨著石油地球化學的發(fā)展，流體包裹體已作為一種重要的手段應用于石油地質研究[3-11]。從目前的應用情況看，流體包裹體應用于石油地質研究主要有兩個方面：一是根據包裹體均一溫度測定數(shù)據以及捕獲溫度、捕獲壓力的計算資料，研究盆地烴源巖的熱演化歷史和儲層的成巖演化歷史；二是根據各類烴包裹體的觀測分析資料，剖析油氣生成-運移-聚集的成藏信息。

1 杭錦旗地區(qū)流體包裹體特征

1.1 樣品采集與處理

本次研究，共選擇了杭錦旗地區(qū)錦12井、錦21井、錦35井和錦77井等8口井上古生界的67個巖石樣品，在中國石化無錫石油地質研究所實驗研究中心進行了包裹體測溫。受包裹體分布的影響，僅在19個樣品薄片中檢測到包裹體并進行了均一溫度、激光拉曼光譜測試。

流體包裹體分析使用的儀器設備主要包括Zeiss Axioplan2透、反、熒光顯微鏡，100 W汞燈，熒光濾色片BP395-440 nm(FT460，LP470)，Linkam MDS600型全自動冷熱臺，長焦距物鏡50×，Zeiss LSM 5 Pascal激光共聚焦掃描顯微鏡，Ar+激光器、激光功率1.5 mW、激發(fā)波長488 nm，RENISHAW inVia型激光拉曼光譜儀。

1.2 包裹體類型、分期及特征

杭錦旗地區(qū)上古生界砂巖儲層中的流體包裹體，主要分布于含礫砂巖、中細砂巖的石英加大邊或愈合裂隙中，少量在方解石膠結物中。包裹體類型主要有氣液烴包裹體、氣液兩相鹽水包裹體(表1)。

根據成巖作用、包裹體產狀及分布特征，可以識別出兩期包裹體。其中一期油氣包裹體在晚期石英裂隙或方解石裂隙中，多沿微裂隙呈帶狀分布、線狀分布、孤立分布、零星分布或成群分布；包裹體形態(tài)有橢圓形、次棱角形、長條形、半圓形及不規(guī)則形(圖1)；包裹體直徑分布范圍較廣，介于4.7～21.3 μm。另一期氣液鹽水包裹體主要分布在成巖作用晚期的石英期次生加大邊中，包裹體形態(tài)不規(guī)則，該期包裹體數(shù)量較少、但均一溫度平均值相對較高。

氣液烴包裹體多與氣液兩相鹽水包裹體伴生，透射光下為無色，熒光下為黃綠色或藍綠色(圖1e,f)；同一視域下氣液烴包裹體的氣液比變化較大，推測可能為不混溶捕獲；包裹體直徑多在7.3～20.5 μm。

1.3 流體包裹體激光拉曼光譜特征

流體包裹體激光拉曼光譜分析表明，氣體成分主要為CO2和CH4(圖2)。其中CO2的特征峰出現(xiàn)在1 285 cm-1處和1 386 cm-1處，表明該流體包裹體的氣相成分主要是CO2氣體(圖2a)；CH4的特征峰出現(xiàn)在2 915 cm-1處，表明該包裹體的氣相成分主要是甲烷氣體(圖2b)。

2 包裹體均一溫度分布特征

流體包裹體均一溫度是指氣-液兩相流體變?yōu)閱我痪鶆蛳嗔黧w時所需的溫度，烴類包裹體由于甲烷的存在容易散失氫離子，從而改變包裹體的成分，造成所測的均一溫度與捕獲時的均一溫度不同。因此，與烴包裹體共生的鹽水包裹體能夠提供自生礦物結晶時古地層流體的溫度，利用流體包裹體均一溫度作分析研究時，通常采用的都是鹽水包裹體[12]。

杭錦旗地區(qū)上古生界儲集層鹽水包裹體均一溫度具有以下特點：一是從整個地區(qū)的包裹體實測溫度的分布特征看，包裹體均一溫度的分布范圍廣，在70～170 ℃的100 ℃區(qū)間范圍內均有分布(圖3a)；二是從全區(qū)范圍看，流體包裹體均一溫度分布表現(xiàn)為多峰值的特征，可分為90～95,105～110和120～125 ℃三個峰值，反映出該區(qū)主要有3期比較強的流體活動(圖3a)；三是不同區(qū)帶，包裹體均一溫度的分布特征存在顯著差異，十里加汗區(qū)帶包裹體均一溫度分布范圍廣，在70～165 ℃均有分布，其分布峰值在105～115 ℃(圖3b)；什股壕區(qū)帶包裹體均一溫度分布范圍在80～170 ℃，但在各區(qū)間分布相對比較均衡，僅在90～100 ℃為相對高的峰值區(qū)(圖3c)；新召區(qū)帶包裹體均一溫度分布相對較為集中，在100～150 ℃，峰值分布在120～125 ℃，反映出該區(qū)帶流體活動較為集中(圖3d)。

圖1 杭錦旗地區(qū)流體包裹體鏡下特征Fig.1 Microscopic characterization of fluid inclusions from Hangjinqi areaa.錦12井，氣液兩相鹽水包裹體沿石英愈合裂隙分布，據包裹體產狀及分布特征可分為兩期，透射光;b.錦21井，氣液兩相烴包裹體沿石英次生加大邊分布，透射光;c.錦35井，氣液兩相鹽水包裹體沿石英愈合裂隙分布，透射光;d.錦77井，氣液兩相鹽水包裹體沿石英愈合裂隙分布，據包裹體產狀及分布特征可分為兩期，透射光;e.錦12井，氣液兩相烴包裹體沿石英愈合裂隙分布，氣液烴包裹體熒光下發(fā)藍綠色熒光;f.錦28井，氣液兩相 鹽水包裹體與氣液烴包裹體沿石英愈合裂隙共生分布，氣液烴包裹體熒光下發(fā)黃綠色熒光

圖2 杭錦旗地區(qū)流體包裹體激光拉曼光譜Fig.2 Laser-Raman spectrum of fluid inclusions from Hangjinqi areaa. CO2特征峰；b. CH4特征峰

圖3 杭錦旗地區(qū)包裹體均一溫度分布柱狀圖Fig.3 Histogram showing the homogenization temperature distribution of inclusions from Hangjinqi areaa.全區(qū);b.十里加汗地區(qū);c.什股壕地區(qū);d.新召地區(qū)

3 天然氣成藏時期

近些年來，流體包裹體廣泛應用于油氣成藏研究，尤其是基于流體包裹體測溫與熱演化史相結合間接確定油氣成藏期次的研究，推進了油氣成藏年代學的定量研究[8-9]。

3.1 沉積埋藏史、熱演化史恢復

沉積埋藏史、古地溫場特征及演化歷史是影響盆地模擬結果可靠程度的重要參數(shù)。

受區(qū)域構造演化歷史的控制，石炭紀—新生代期間，杭錦旗地區(qū)經歷了多期次的構造運動。二疊紀—三疊紀期間，總體持續(xù)沉降、埋深，在三疊紀末期經歷了短暫的抬升剝蝕，但幅度不大；侏羅紀期間，在總體沉降的背景上，經歷了早侏羅世末期、晚侏羅世末期的抬升剝蝕；白堊紀期間，則是經歷了早白堊世的沉積沉降、晚白堊世的抬升剝蝕兩個演化階段；新生代以來，則總體表現(xiàn)為沉積間斷，僅在第四紀期間接受了厚度不大的沉積。對于杭錦旗地區(qū)的抬升剝蝕厚度，綜合前人研究結果[13-14]，發(fā)生在三疊紀末、中侏羅世末、晚侏羅世末以及晚白堊世的4期剝蝕作用的剝蝕量分別為150～200,120～160,120～200以及400～700 m。

古地溫場特征及其演化歷史是影響盆地模擬結果的重要參數(shù)之一，對烴源巖的成熟、演化及油氣生成、排運都有重要影響。前人對鄂爾多斯盆地古地溫梯度演化規(guī)律進行了研究[15-17]，總體認為鄂爾多斯盆地古熱流值和今熱流值均較低，盆地古熱流值高于今熱流值。綜合前人的研究成果，并依杭錦旗地區(qū)實測現(xiàn)今地層溫度、鏡質體反射率(Ro)為標定值，確定出本次模擬采用的大地熱流在石炭紀—二疊紀為60～64 mW/m2，三疊紀期間為65～68 mW/m2，隨后大地熱流值逐漸上升，在侏羅紀—早白堊世晚期達到最高，為75～85 mW/m2，隨后地層經歷了一個冷卻過程，大地熱流值逐漸降低，現(xiàn)今大地熱流均值為60 mW/m2左右。

3.2 均一溫度確定的天然氣藏成藏時期

將流體包裹體測溫數(shù)據投射到沉積埋藏史與古地溫場演化史圖上，進而確定地層流體達到相應溫度的地質歷史時間、地質年代，是利用流體包裹體確定油氣成藏時期的主要方法。對于演化歷史簡單、持續(xù)沉降埋藏的地區(qū)，簡單投點確定成藏時期較為可靠；但對演化歷史復雜、經歷抬升剝蝕的地區(qū)，因沉積埋藏史、古地溫場演化歷史的復雜性，簡單的投點確定的油氣成藏時期可能具有多解性，尚需要結合烴源巖成熟演化史[18]或其他資料綜合判斷、確定成成藏時期。

3.2.1 十里加汗區(qū)帶

從前面關于流體包裹體均一溫度的統(tǒng)計結果看，十里加汗區(qū)帶包裹體均一溫度峰值為100～110 ℃，如果投影到古地溫場演化史圖上，則有兩個對應的地質時間段，一個是175～168 Ma，對應的地質歷史時期為早侏羅世—中侏羅世(圖4a)；另一個是45 Ma至今，對應的地質歷史時期為始新世至今(圖4a)。但從烴源巖熱演化史看(圖4b)，早侏羅世—中侏羅世期間，太原組、山西組烴源巖Ro值小于0.7%，烴源巖僅進入生烴門限，難以有大量的天然氣生成，早侏羅世—中侏羅世應當不是十里加汗區(qū)帶天然氣成藏的主要時期；雖然研究區(qū)在晚白堊世期間遭受抬升剝蝕，經歷的古地溫降低，但由于烴源巖的熱演化具有不可逆性，仍維持成熟的演化階段，應當有大量天然氣生成。綜合判斷，十里加汗地區(qū)的天然氣主成藏期應當具有晚期成藏的特征，即在始新世至今。

圖4 十里加汗區(qū)帶錦90井地溫場演化史與烴源巖熱演化史Fig.4 Paleogeothermal field evolution and source rock thermal evolution of Well Jin-90 in Shilijiahan playa.地溫場演化史;b.烴源巖熱演化史

圖5 新召區(qū)帶錦30井地溫場演化史與烴源巖熱演化史Fig.5 Paleogeothermal field evolution and source rock thermal evolution of Well Jin-30 in Xinzhao playa.地溫場演化史;b.烴源巖熱演化史

圖6 什股壕區(qū)帶錦68井地溫場演化史與烴源巖熱演化史Fig.6 Paleogeothmeral field evolution and source rock thermal evolution of Well Jin-68 in Shiguhao playa.地溫場演化史;b.烴源巖熱演化史

3.2.2 新召區(qū)帶

新召區(qū)帶流體包裹體均一溫度峰值區(qū)間為115～125 ℃，對應的地質時間是175～155 Ma和55 Ma至今兩個時間段，相應的地質歷史時期為早侏羅世晚期—晚侏羅世中期和始新世至今(圖5a)。結合新召區(qū)帶烴源巖熱演化歷史可以看出，早羅世晚期—晚侏羅世中期，該區(qū)帶內太原組、山西組烴源巖Ro值介于0.7%～1.0%，為成熟生烴的早期階段，應當有一定量的天然氣生成；始新世至今，太原組、山西組烴源巖的Ro值已大于1.3%，處于高成熟演化階段(圖5b)，大量天然氣生成。依此綜合判斷，新召區(qū)帶天然氣成藏主成藏期應當是始新世至今，早羅世晚期—晚侏羅世中期可能為次要的成藏期。

3.2.3 什股壕區(qū)帶

對于什股壕區(qū)帶，由前面關于包裹體均一溫度分布特征的分析看，分布范圍較散且沒有顯著的峰值分布區(qū)間，僅在90～100 ℃為相對高值區(qū)，對應的地質時間是212～185 Ma和52 Ma至今(圖6a)，分別對應于晚三疊世中期—早侏羅世中期及始新世至今。什股壕地區(qū)主要發(fā)育山西組烴源巖[19]，從熱演化歷史的模擬結果看，晚三疊世中期—早侏羅世中期期間山西組烴源巖的Ro值為0.55，達到生烴門限，難以生成大規(guī)模天然氣，因此三疊世中期—早侏羅世中期應該不是主成藏期；進入始新世后，山西組烴源巖熱演化程度顯著增加，Ro值均接近1.0%(圖6b)，而進入生烴高峰期早期階段，可以生成一定規(guī)模的天然氣。另外，前人研究表明，什股壕區(qū)帶天然氣主要來源于泊爾江海子斷裂帶南部的區(qū)帶，而始新世開始的北部地區(qū)斷層活動強度逐漸加大、斷塊的不均衡調整及一系列不同方向正斷層的形成，為南部區(qū)帶天然氣向北運移提供了有利的構造背景和運移通道[20]。因此，綜合以上分析，什股壕區(qū)帶的主成藏期應當晚于南部十里加汗區(qū)帶的主成藏期、為始新世至今。

4 結論

1) 杭錦旗地區(qū)上古生界砂巖儲層中的流體包裹體以氣液烴包裹體、氣液兩相鹽水包裹體為主，包裹體中氣體成分主要為CO2或CH4。

2) 鹽水包裹體均一溫度具有分布范圍廣、多峰值的特征，十里加汗區(qū)帶包裹體均一溫度分布峰值在100～110 ℃，新召區(qū)帶包裹體均一溫度峰值分布在115～125 ℃，什股壕區(qū)帶包裹體均一溫度分布相對較為分散,僅在90～100 ℃為相對高的峰值區(qū)。

3) 利用包裹體均一溫度與古地溫場演化史并結合烴源巖熱演化歷史的綜合分析表明：十里加汗區(qū)帶主成藏期為始新世至今，新召區(qū)帶存在始新世至今主成藏期和早侏羅世晚期—晚侏羅世中期次成藏期兩期成藏，什股壕區(qū)帶主成藏期在始新世至今。

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Characterization of fluid inclusions and timing of gas accumulation in Upper Paleozoic reservoirs of Hangjinqi area,Ordos Basin

Zhao Guiping1,2

(1.KeyLaboratoryofComputationalGeodynamics,CAS,Beijing100049,China;2.CollegeofEarthSciences,UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Hangjinqi area is one of the major gas exploration targets in Ordos Basin.Analyses of occurrence characteristics,composition and homogenization temperature of fluid inclusions from Hangjinqi area were carried out to identify the main gas reservoiring stages and timing.The results show that fluid inclusions from the Upper Paleozoic Hangjinqi area are mostly distributed in quartz overgrowth or healed fractures of pebbly sandstone,medium-grained and fine sandstones.Two stages can be identified with gas/liquid hydrocarbon inclusions and gas/liquid brine inclusions dominated.They can be oval,sub-prismatic,long strip,semicircular,and irregular in shape with carbon dioxide and methane as the dominant gas components.The homogenization temperature distribution of brine inclusions,associated with hydrocarbon inclusions,has a wide range and multiple peaks.Samples from three plays,namely the Shilijiahan,Xinzhao,and Shiguhao,in the area,show a remarkable disparity in their homogenization temperature distributions.By projecting the homogenization temperatures of the inclusions from the plays on the paleo-geothermal field evolution history of the area and analyzing the thermal evolution history of source rocks,we suggest that the primary reservoiring stage of Shilijiahan play is from the Eocene to the present.The Xinzhao play also has its primary reservoiring period from the Eocene to the present,but there is the possibility of a secondary reservoiring stage ranging from late Early Jurassic to middle Late Jurassic.The reservoiring stage in the Shiguhao play is still from the Eocene to the present based on inclusion temperature data and gas migration characters.

reservoirng stage,fluid inclusion,Upper Paleozoic,Hangjinqi area,Ordos Basin

2016-06-15;

2017-07-19。

趙桂萍(1972—)，女，博士、副教授，構造地質與油氣地質。E-mail:zhaogp@ucas.ac.cn。

中國石化科技項目(P16077)。

0253-9985(2017)05-0905-08

10.11743/ogg20170509

TE121.1

A

(編輯 董 立)