利用油包裹體熒光光譜確定齊家地區(qū)高臺子油層致密油氣成藏期次及其相對成熟度

斯尚華 趙靖舟 劉俊邦 張玉攀 吳偉濤 李 軍

（ 1西安石油大學地球科學與工程學院；2 中國地質(zhì)大學構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室；3中國石油長慶油田公司第八采油廠；4中國華油集團有限公司油氣資源事業(yè)部 ）

與常規(guī)油氣相比，國內(nèi)致密油勘探起步晚，致密油資源主要分布在鄂爾多斯盆地、準噶爾盆地、四川盆地以及松遼盆地，在這些盆地內(nèi)已獲得了一些重要的勘探發(fā)現(xiàn)，具有形成規(guī)模儲量和有效開發(fā)的條件[1-4]。目前國內(nèi)致密油的勘探開發(fā)和相關研究仍處于準備階段，總體勘探程度與地質(zhì)認識程度低，在致密油儲層成藏機理地質(zhì)理論與認識還相對淺薄[5-8]。目前國內(nèi)外許多學者已經(jīng)對致密油儲層孔隙特征、成巖作用、裂縫特征以及成藏機理相關方面進行了研究[9-10]，而在致密油氣成藏期次方面研究還相對比較少。近年來松遼盆地北部勘探程度提高，勘探對象由常規(guī)油氣逐步轉(zhuǎn)向非常規(guī)油氣，在齊家地區(qū)上白堊統(tǒng)青山口組高臺子油層中發(fā)現(xiàn)了資源潛量巨大的致密油，取得了勘探新局面。本文應用流體包裹體系統(tǒng)測試方法等相關技術(shù)，對齊家地區(qū)高臺子油層致密油成藏期次及其相對成熟度進行了研究，以期為該區(qū)的致密油成藏機理提供可靠的實驗依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

齊家地區(qū)位于松遼盆地北部中央坳陷區(qū)，橫跨齊家—古龍凹陷和龍虎泡—大安階地兩個二級構(gòu)造單元（圖1），面積約2500km2。中央坳陷區(qū)長期為盆地的沉降、沉積中心，現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)為略有起伏的大型復向斜。齊家地區(qū)地層發(fā)育齊全，中—新生界自下而上沉積了白堊系、古近系、新近系和第四系，在以往勘探中發(fā)現(xiàn)了包括薩爾圖、葡萄花、高臺子、扶余和楊大城子5個含油層系。上白堊統(tǒng)青山口組和嫩江組沉積時期，兩次大規(guī)模水進期沉積的巨厚泥巖構(gòu)成了研究區(qū)主要的烴源巖和蓋層，也控制了上白堊統(tǒng)青山口組高臺子油層致密油的生儲蓋成藏組合和油氣分布[11-20]。

圖1 齊家地區(qū)構(gòu)造位置及采樣井分布

2 油包裹體熒光光譜參數(shù)計算方法

紫外線熒光發(fā)射光譜法是一種流體包裹體非破壞性分析方法，它利用紫外光源通過顯微鏡照射石油包裹體，石油包裹體由于包含芳香烴、含氮化合物、含硫化合物等，在紫外光照射下通常會發(fā)熒光。發(fā)射光譜可以通過光譜儀進行定量記錄，或通過肉眼定性觀察熒光的顏色，后者反映了石油包裹體組分的差異。油包裹體熒光光譜的主峰波長λmax、紅綠熵值Q和QF5353個參數(shù)是光譜譜圖數(shù)值化的一種表達形式，能夠非常準確地反映石油的組分信息，利用這些參數(shù)可以判斷不同油包裹體之間與古油藏的成熟度親緣關系。

主峰波長λmax定義為油包裹體熒光光譜主峰相對應的波長（圖2），λmax越小則藍移，其成熟度越高，λmax越大則紅移，其成熟度越低。紅綠熵值Q的定義和求取方法如下：Q＝I650/I500，其中，I500為光譜波長為500nm相對應的熒光強度，I650為光譜波長為650nm相對應的熒光強度（圖2）。紅綠熵值（Q）的方法在國外20世紀80年代就已經(jīng)有較為廣泛的應用[21]，國內(nèi)則更多地將其應用于有機巖石學的研究[22]。I500值主要反映包裹體中油成熟度比較高的小分子組分信息，I500值越大，表明包裹體中油成熟度越高；而I650值主要反映包裹體中油成熟度較低的大分子組分信息，I650值越大，表明包裹體中油成熟度越低。所以，紅綠熵Q值越大，則包裹體中油的成熟度越低；反之，則包裹體中油的成熟度越高[22]，并且Q—λmax關系較好地反映了包裹體中油成熟度。

圖2 油包裹體顯微熒光光譜Q值和λmax參數(shù)定義

QF535定義為波長535～720nm所限定面積與波長420～535nm所限定面積的比值（圖3），即：QF535＝S面積（ λ535- λ720） /S面積（ λ420- λ535） ， QF535越大，表明高分子量烴類組分越多，其包裹體中油成熟度越低[23-24]。

圖3 油包裹體顯微熒光光譜QF535參數(shù)定義

在齊家地區(qū)高臺子油層中選取了9口井的包裹體樣品，應用美國OceanOptics公司SD2000型熒光光譜儀，利用波長365nm的紫外光對樣品中單個油包裹體進行熒光光譜測定，獲得了油包裹體典型微束熒光光譜，計算了高臺子油層不同熒光顏色油包裹體λmax、Q和QF535值，本次實驗樣品中檢測到有發(fā)藍綠色、黃綠色、黃色3種熒光顏色的油包裹體（圖4）。大量實驗分析結(jié)果認為，有機質(zhì)熒光顏色一定程度上可反映有機質(zhì)熱演化程度[25-31]，即隨著有機質(zhì)從低成熟演化到高成熟，其熒光顏色由紅色→黃色→黃綠色→藍綠色→藍色。齊家地區(qū)高臺子油層油包裹體發(fā)3種不同顏色熒光指示不同幕次充注油氣的成熟度有較大差異，其中黃色可能指示第1幕早期低成熟度原油充注，黃綠色、藍綠色可能分別指示晚期第2幕、第3幕高成熟度原油充注。

圖4 齊家地區(qū)高臺子油層代表性油包裹體產(chǎn)狀及熒光顏色

3 油包裹體熒光參數(shù)求取

3.1 單井油包裹體熒光參數(shù)值

3.1.1 齊平1井

齊平1井青山口組高臺子油層2044.81m處觀測到第1幕黃色熒光油包裹體，λmax=580.91～585.39nm，Q=1.17～1.40，QF535=2.45～2.92；在1952.69m觀測到第2幕黃綠色熒光油包裹體，λmax=520.58～541.80nm，Q=0.40～0.70，QF535=1.25～1.77（表1、圖5a）；說明至少存在兩幕油充注。

表1 齊平1井高臺子油層單個油包裹體顯微熒光光譜參數(shù)

3.1.2 古94井

古94井青山口組高臺子油層2193.60m觀測到第1幕黃色熒光油包裹體，λmax=584.05nm，Q=1.0 6，Q F535=2.3 5； 在 2 1 9 8.5 1 m和2193.60m觀測到第2幕黃綠色熒光油包裹體，λmax=540.44～545.40nm，Q=0.51～0.64，QF535=1.48～1.58； 在 2193.60m觀 測 到 第 3幕 藍綠 色 熒 光 油 包 裹 體，λmax=493.85～515.15nm，Q=0.32～0.39，QF535=1.01～1.10（表 2、 圖 5b）；說明至少存在三幕油充注。

3.1.3 金191井

金191井青山口組高臺子油層1839.70m觀測到第2幕黃綠色熒光油包裹體，λmax=535.48～540.89nm，Q=0.52～0.66，QF535=1.46～1.65；在1839.70m和1854.50m觀測到第3幕藍綠色熒光 油 包 裹 體，λmax=495.21～519.67nm，Q=0.33～0.42，QF535=1.02～1.24（表 3、圖 5c）；未檢測到第1幕黃色熒光油包裹體的光譜參數(shù)數(shù)據(jù)；說明至少存在兩幕油充注。

圖5 齊家地區(qū)高臺子油層不同原油充注幕次油包裹體典型光譜

表2 古94井高臺子油層單個油包裹體顯微熒光光譜參數(shù)

表3 金191井高臺子油層單個油包裹體顯微熒光光譜參數(shù)

3.1.4 金28井

金28井青山口組高臺子油層2205.30m處觀測到第2幕黃綠色熒光油包裹體,λmax=541.80nm，Q=0.43，QF535=1.46；第3幕藍綠色熒光油包裹體，λmax=489.31～496.12nm，Q=0.12～0.32，QF535=0.49～0.96（表4、圖5d）；未檢測到第1幕黃色熒光油包裹體的光譜參數(shù)數(shù)據(jù)；說明至少存在兩幕油充注。

3.1.5 龍201井

龍201井青山口組高臺子油層1935.07m觀測到第2幕黃綠色熒光油包裹體，λmax=536.84～540.44nm，Q=0.42～0.54，QF535=1.28～1.50；在1934.67m和1935.07m觀測到第3幕藍綠色熒光 油 包 裹 體，λmax=491.58～518.77nm，Q=0.29～0.44，QF535=0.85～1.17（表 5、圖 5e）；未檢測到第1幕黃色熒光油包裹體的光譜參數(shù)數(shù)據(jù)；說明至少存在兩幕油充注。

表4 金28井高臺子油層單個油包裹體顯微熒光光譜參數(shù)

表5 龍201井高臺子油層單個油包裹體顯微熒光光譜參數(shù)

3.1.6 英X58井

英X58井青山口組高臺子油層2078.00 m觀測到第2幕黃綠色熒光油包裹體，λmax=539.54～540.44nm，Q=0.37～0.77，QF535=1.32～1.66；第3幕藍綠色熒光油包裹體，λmax=493.85～519.22nm，Q=0.27～0.31，QF535=0.84～1.10（表6、圖5f）；未檢測到第1幕黃色熒光油包裹體的光譜參數(shù)數(shù)據(jù)；說明至少存在兩幕油充注。

綜上6口井結(jié)果說明：齊家地區(qū)主峰波長顯示3種不同范圍值，分別為489.31～519.22nm，520.58～545.40nm和 580.91～585.39nm（ 圖 6），說明該區(qū)至少存在3幕油充注。

表6 英X58井高臺子油層單個油包裹體顯微熒光光譜參數(shù)

圖6 齊家地區(qū)高臺子油層單個油包裹體光譜匯總

3.2 油包裹體光譜參數(shù)λmax與QF535的相關關系

齊家地區(qū)高臺子油層油包裹體微束熒光光譜的λmax與QF535相關關系亦表現(xiàn)出3種類型，其特征分別為：①黃色熒光區(qū)域，其QF535值分布域較廣，位于2.35～2.92之間，Q值分布于1.06～1.40之間，λmax位于580.91～585.39nm；②黃綠色熒光區(qū)域，QF535值位于1.25～1.85之間，Q值分布于0.37～0.77之間，λmax位于520.57～545.40nm；③藍綠色熒光區(qū)域，其QF535值分布域較廣，位于0.50～1.31之 間，Q值 分 布 于0.12～0.51之 間，λmax位 于470.67～519.67nm（圖7）。從區(qū)域①→區(qū)域②→區(qū)域③，熒光光譜QF535值逐漸減小，反映了油包裹體所捕獲油的成熟度逐漸增高。

4 油包裹體成熟度及其充注幕次劃分

圖7 齊家地區(qū)油包裹體λmax與QF535關系圖

從獲得的儲層油包裹體熒光光譜的形態(tài)結(jié)構(gòu)出發(fā)，綜合不同熒光顏色油包裹體的熒光光譜主峰波長λmax特征，齊家地區(qū)齊平1井、古94井、金191井、金28井、龍201井、英X58井等6口井在白堊系青山口組高臺子油層至少存在兩幕油氣充注，綜合分析λmax—QF535相關關系后，可判定高臺子儲層在地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷了3幕油氣充注；第2幕油包裹體QF535值分布范圍與現(xiàn)今金34井高臺子油層中原油QF535值分布范圍極為接近，指示第2幕油成熟度與金34井高臺子油層中原油成熟度相當，均屬中—高等成熟度原油；現(xiàn)今金34井高臺子油層中原油大部分以輕質(zhì)組分為主，具密度低、黏度低和含蠟量低的特征，平均密度在0.82g/cm3以下，平均黏度在8.7mPa·s以下，屬高成熟度原油。因此認為第2幕油對現(xiàn)今高臺子油層油氣藏的貢獻大于第1幕和第3幕。從原油成熟度角度上來講，齊家地區(qū)高臺子油層有3幕原油充注，第1幕充注原油成熟度低；第2幕充注原油成熟度相對較高，與現(xiàn)今儲層中原油成熟度最為接近；第3幕充注原油成熟度最高。

根據(jù)齊家地區(qū)高臺子油層油包裹體及其伴生鹽水包裹體測溫結(jié)果，認為齊家地區(qū)高臺子油層存在3幕油充注及其伴生的3幕同期鹽水充注：第1幕發(fā)黃色熒光油包裹體均一溫度為60～70℃，伴生的同期鹽水包裹體均一溫度為80～90℃；第2幕發(fā)黃綠色熒光油包裹體均一溫度為80～90℃，伴生的同期鹽水包裹體均一溫度為100～110℃；第3幕發(fā)藍綠色熒光油包裹體均一溫度為100～110℃，伴生的同期鹽水包裹體均一溫度為120～140℃（圖8）。從測溫結(jié)果來看，鹽水包裹體均一溫度均高于同期油包裹體，這可能是由于油和水的壓縮率存在差異，油包裹體中氣泡比鹽水包裹體中水蒸汽氣泡收縮率大。同時，將齊家地區(qū)高臺子油層各油氣充注幕次同期鹽水包裹體均一溫度投影到埋藏—熱史圖（圖9），便可獲得油氣形成期次及時期，再結(jié)合上文熒光定量分析結(jié)果，綜合認為齊家地區(qū)高臺子油層發(fā)生了多期成藏。

圖8 齊家地區(qū)高臺子油層油包裹體（左）和共生鹽水包裹體（右）均一溫度

圖9 齊家地區(qū)高臺子油層油氣充注時期

第1期發(fā)生在白堊紀嫩江晚期79—77Ma期間，對應于第1幕充注，在目前所鉆的幾口井中，高臺子油層均檢測到該期油包裹體，根據(jù)構(gòu)造演化和地層傾向，結(jié)合油包裹體顯微熒光光譜，認為第1期油源可能來自于白堊系青山口組一段的烴源巖。該時期是青一段生成的油氣大規(guī)模充注期，也是構(gòu)造帶內(nèi)主要巖性—構(gòu)造圈閉的形成期，上覆多套儲蓋組合已經(jīng)形成，因而有利于油氣的保存，儲層主要為致密型儲層，該期油氣沿早期斷裂或巖性地層運移進入致密儲層之中。由于齊家地區(qū)在青山口組沉積時期處于構(gòu)造較高部位，對于其他地區(qū)儲層而言相對較易捕獲油氣。

第2期發(fā)生在晚白堊世明水期69—65Ma期間，對應于第2幕和第3幕充注，該時期構(gòu)造帶內(nèi)的斷裂活動相對較弱，且受儲層非均質(zhì)性的控制，早期形成的儲蓋組合未遭受破壞。

總體上齊家地區(qū)高臺子油層具有多期成藏的特點，保存條件好，可以形成巖性油氣聚集帶。

5 結(jié)論

流體包裹體熒光顏色觀察表明，齊家地區(qū)高臺子油層中檢測到有發(fā)黃色、黃綠色、藍綠色3種熒光顏色的油包裹體，預示有多幕不同成熟原油充注。

油包裹體熒光光譜分析表明，黃色熒光油包裹體QF535位 于 2.35～2.92，λmax位 于 580.91～585.39nm；黃綠色熒光油包裹體QF535位于1.25～1.85，λmax位于520.57～545.40nm；藍綠色熒光油包裹體QF535位 于 0.50～1.31，λmax位 于 470.67～519.67nm。從黃色熒光區(qū)域→黃綠色熒光區(qū)域→藍綠色熒光區(qū)域，QF535值逐漸減小，反映了油包裹體所捕獲油的成熟度逐漸增高。

結(jié)合齊家地區(qū)埋藏史、生烴史及包裹體均一溫度特征，認為在地質(zhì)歷史時期高臺子油層共經(jīng)歷了3幕油氣充注，早期原油充注發(fā)生在白堊紀嫩江晚期79—77Ma期間，對應于第1幕充注，該期原油成熟度偏低；晚期原油充注發(fā)生在晚白堊世明水期69—65Ma期間，對應于第2幕和第3幕充注，該期原油成熟度偏高。