四川盆地安岳構(gòu)造寒武系龍王廟組成巖礦物充填期次及油氣成藏

朱聯(lián)強，袁海鋒，林雪梅，曾 偉，徐云強

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059；2.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610500)

四川盆地安岳構(gòu)造在寒武系龍王廟組獲探明儲量4 403.8×108m3 [1-2]，但龍王廟組儲層埋藏深，受加里東期、印支期、燕山期、喜馬拉雅期等構(gòu)造運動影響，經(jīng)歷強烈的埋藏和成巖改造，油氣多期運聚成藏，具早聚晚藏的特征，成藏過程復(fù)雜[3-5]。

受加里東期構(gòu)造運動影響，川中古隆起范圍內(nèi)抬升剝蝕量達700～1 200 m[6]，龍王廟組地層被抬升到地表—近地表環(huán)境，在大氣淡水淋濾下發(fā)生強烈的表生巖溶作用，發(fā)育一套典型的深埋灘相巖溶儲層[7]。前人對龍王廟組的油氣成藏開展了詳細的研究，并取得了豐碩的成果[8-13]。郝彬等[8]認為，川中地區(qū)龍王廟組儲層瀝青未經(jīng)歷過生物降解，瀝青以原油熱裂解及脫瀝青成因為主，并識別出5期油氣充注。袁海鋒等[9]通過地球化學(xué)的方法，識別出龍王廟組儲層存在4期油氣成藏。徐昉昊等[10]識別出3期烴類包裹體，并運用40Ar-39Ar定年方法測得古氣藏充注的時間為(125±8) Ma。運用包裹體地球化學(xué)恢復(fù)油氣運移及成藏期次的過程中，包裹體賦存礦物的充填序列尤為重要[14-18]，前人在研究過程中都強調(diào)了礦物充填序列的重要性，但在研究過程中只是對其做一個粗略劃分，更多的僅將其作為一種參考，并未與之緊密結(jié)合。本文通過大量巖心及薄片觀察，綜合考慮儲層中不同期礦物充填關(guān)系、陰極發(fā)光等特征，建立了比較完整的礦物充填序列；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同期礦物捕獲的包裹體巖相學(xué)特征及拉曼成分，精細恢復(fù)了龍王廟組儲層的油氣充注期次及成藏過程，并結(jié)合埋藏—熱演化歷史確定了各期油氣充注的時間。晚白堊世以來的喜馬拉雅期構(gòu)造運動是盆地內(nèi)諸多大型氣藏調(diào)整成藏的重要時期，普光、威遠、安岳等大型氣藏在這一時期均有明顯的調(diào)整[19]，氣藏調(diào)整時間約為40 Ma。

1 地質(zhì)概況

安岳構(gòu)造在區(qū)域上位于川中低緩構(gòu)造帶，隸屬于樂山—龍女寺古隆起[20](圖1)。早寒武世的拉張背景下，樂山—龍女寺水下古隆起開始形成；志留紀末，加里東構(gòu)造運動期，基底劇烈抬升，古隆起基本定型；此后古隆起進入穩(wěn)定埋藏期，并在喜馬拉雅構(gòu)造運動期抬升調(diào)整[21-22]。安岳構(gòu)造長期處于古隆起軸部以東的穩(wěn)定構(gòu)造高部位，是油氣聚集成藏的有利區(qū)。

龍王廟組沉積期經(jīng)歷了2期海平面升降旋回[23]，是一套蒸發(fā)—局限臺地相背景下沉積的儲層，顆粒灘亞相是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的層段。研究表明，龍王廟組儲層主要發(fā)育于下段的頂部及上段的中上部[7]。

2 樣品分析與研究方法

經(jīng)大量巖心觀察及鏡下薄片觀察，選取磨溪21井等10口井的鮞粒云巖、殘余砂屑粉—細晶云巖、含溶洞粉晶云巖為主要研究對象，所選樣品溶蝕孔洞發(fā)育，礦物充填序列較全。

圖1 四川盆地安岳構(gòu)造位置及寒武系龍王廟組巖性綜合柱狀圖

通過偏光顯微鏡對薄片詳細觀察，結(jié)合礦物陰極發(fā)光特征，明確主要成巖礦物充填期次及時間序列。通過熒光顯微鏡觀察，明確不同充填次序礦物中賦存油氣包裹體的分布特征及相態(tài)、類型、豐度等巖相學(xué)特征，并運用激光拉曼分析烴類包裹體的成分及成熟度，確定油氣包裹體的發(fā)育期次及其反映的油氣充注期次，最終結(jié)合龍王廟組儲層埋藏—熱演化史，分析各期次油氣成藏的時間。包裹體測溫及成分分析在北京核工業(yè)地質(zhì)研究院完成，實驗運用LINKAM THMS600型冷熱臺，LabramHR800型激光拉曼光譜儀，室溫25 ℃，濕度50%。陰極發(fā)光在西南石油大學(xué)完成，實驗運用CL8200 MK5陰極發(fā)光顯微鏡，室溫25 ℃。

3 礦物充填序列

龍王廟組儲層主要巖石類型為砂屑云巖、鮞粒云巖、生屑砂屑云巖、膏質(zhì)砂屑云巖、粉細晶云巖及泥粉晶云巖；主要的儲集空間類型包括粒間孔、晶間孔，部分為粒間晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？准叭芸p，儲層極為發(fā)育。

儲層中縫洞充填礦物的組構(gòu)形態(tài)、充填關(guān)系是詳細劃分礦物充填次序的重要依據(jù)，礦物陰極發(fā)光特征是劃分過程中重要的輔助手段。黃思靜[24]、SCHOLLE等[25]通過系統(tǒng)的碳酸鹽巖成巖作用研究表明，不同成巖環(huán)境下充填礦物組構(gòu)形態(tài)大小各不相同，海水環(huán)境下方解石膠結(jié)物多為纖維狀，淺埋藏環(huán)境下的方解石形態(tài)以等軸粒狀為主，中—深埋藏環(huán)境下沉淀的方解石常呈等軸粗粒結(jié)構(gòu)，嵌晶結(jié)構(gòu)發(fā)育。早期充填物多沿縫洞邊緣生長，晚期充填物則充填于縫洞中央或早期礦物的晶間孔。礦物陰極發(fā)光主要受控于礦物的微量元素特征，尤其是Fe、Mn元素，其中Fe作為猝滅劑，Mn作為激發(fā)劑[25]。同期礦物來自于相同流體源，微量元素特征相似，陰極發(fā)光特征相近；而不同時期充注的流體，微量元素特征往往存在差異，礦物陰極發(fā)光特征不盡相同[26-27]。

通過對磨溪地區(qū)多口井(磨溪21等)樣品的巖石薄片觀察、鏡下成巖礦物的充填關(guān)系、陰極發(fā)光特征的綜合分析，恢復(fù)了安岳構(gòu)造龍王廟組儲層相對完整的礦物充填期次(圖2，表1)。第一期為海底環(huán)境下的纖狀白云石，陰極發(fā)光為暗紅光(圖2a，b)，代表著海水環(huán)境。第二期為淺埋藏環(huán)境下的等軸粒狀白云石，陰極發(fā)光為昏暗光(圖2c，d)。第三期為加里東期構(gòu)造抬升后再次淺埋藏期的自形中晶白云石，陰極發(fā)光為紅光—亮紅光(圖2e)。

圖2 四川盆地安岳構(gòu)造寒武系龍王廟組儲層礦物膠結(jié)充填序列

a,b.亮晶鮞粒云巖，a為單偏光，b為陰極發(fā)光，鮞粒和海底成巖環(huán)境纖狀—葉片狀白云石膠結(jié)物(ⅠDol)發(fā)暗紅光，高石6井，4 546.94 m；c,d.粉晶云巖，c為單偏光，d為陰極發(fā)光，粉晶云巖不發(fā)光，淺埋藏環(huán)境粒狀白云石(ⅡDol)昏暗光—不發(fā)光，高石10井，4 654.3 m；e.粉晶砂屑云巖，陰極發(fā)光，再次淺—中埋藏的中—粗晶白云石(ⅢDol)紅光—亮紅光，晶間孔瀝青充填，磨溪28井，3 866.73 m；f,g.粉晶砂屑云巖，f為單偏光，g為陰極發(fā)光，中—深埋藏的中—粗晶白云石(ⅣDol)具嵌晶結(jié)構(gòu)，昏暗光—不發(fā)光，磨溪28井，3 866.95 m；h,i.粉晶砂屑云巖，h為正交偏光，i為陰極發(fā)光，深埋藏的中—粗晶白云石(ⅤDol)昏暗光—不發(fā)光，磨溪6井，4 542 m；j,k.粉晶砂屑云巖，j為單偏光，k為陰極發(fā)光，深埋藏期的粗晶白云石(ⅥDol)具嵌晶結(jié)構(gòu)，發(fā)暗紅光—紅光，磨溪21井，4 637 m；l.縫洞壁上生長的自形石英(ⅦQ)，單偏光，磨溪12井，4 660.5 m；m,n.溶洞細晶白云石晶間充填的瀝青，磨溪28井，3 866.73 m；o.溶洞充填的再次淺—中埋藏的中—粗晶白云石及瀝青，單偏光，磨溪28井，3 866.73 m

Fig.2 Mineral cemented filling sequence of Cambrian Longwangmiao Formation in Anyue, Sichuan Basin

表1 四川盆地安岳構(gòu)造寒武系龍王廟組儲層特征

第四期為中—深埋藏環(huán)境的自形中—粗晶白云石，陰極發(fā)光為暗紅光—紅光(圖2f，g)。第五期為深埋藏環(huán)境下的塊狀晶、異形晶白云石，陰極發(fā)光為暗紅光(圖2h，i)。第六期為深埋藏環(huán)境下的粗晶—塊狀晶白云石，陰極發(fā)光為紅光(圖2j，k)。第七期為晚期構(gòu)造裂縫中的自形石英，不發(fā)光(圖2l)。值得注意的是，在溶洞充填的白云石晶間孔中發(fā)現(xiàn)了大量的瀝青(圖2m，n)。通過鏡下對礦物充填序列的對比劃分，發(fā)現(xiàn)瀝青普遍晚于第三期再次淺中埋藏期的中晶白云石(圖2o)，可能是在加里東構(gòu)造運動后再次埋藏過程中原油裂解時形成的[8]。在識別出的7期礦物中，從第三期白云石充填物開始，均發(fā)現(xiàn)大量烴類包裹體，并在第三期白云石中發(fā)現(xiàn)大量液態(tài)烴包裹體，第四～六期白云石及晚期裂縫充填的石英中依次發(fā)現(xiàn)大量液態(tài)烴及氣態(tài)烴包裹體，較完整地記錄了油氣成藏過程(圖3)。

4 流體包裹體特征及充注期次

4.1 巖相學(xué)特征及激光拉曼成分

包裹體的激光拉曼分析能表征油氣成藏時的流體信息[28-29]，對已選取充填礦物中賦存烴類包裹體觀察，明確了流體包裹體的相態(tài)特征及含烴包裹體豐度，并運用LabramHR800型激光拉曼光譜儀對流體包裹體進行激光拉曼光譜分析，以恢復(fù)安岳構(gòu)造龍王廟組儲層油氣成藏期次。

再次淺—中埋藏環(huán)境的中晶白云石(ⅢDol)中烴類包裹體豐度較高(約20%)，成群分布，以單相褐色液烴包裹體為主(圖3a)。中深埋藏環(huán)境的中—粗晶白云石(ⅣDol)中烴類包裹體豐度極高(約80%)，成群分布，以褐色液烴包裹體為主，部分灰色氣烴包裹體(圖3b)；流體包裹體主要成分為CH4、H2S、CO2、H2O和瀝青(圖4a)。深埋藏早期的塊狀晶白云石(ⅤDol)中烴類包裹體豐度極高(約40%)，包括部分深褐色的液烴包裹體及大量呈深灰色的氣烴包裹體(圖3c)，流體包裹體主要成分為CH4、C2H4、C6H6、H2S和H2O(圖4b)。深埋藏期的粗晶白云石(ⅥDol)中烴類包裹體豐度較高(約10%)，成群分布，發(fā)育深灰色氣烴包裹體(圖3d)，流體包裹體主要成分為CH4(圖4c)。最晚期石英(ⅦQ)中烴類包裹體豐度較低(約1%～2%)，為深灰色氣烴包裹體(圖3e，f)，流體包裹體主要成分為CH4和H2O(圖4d)，石英的出現(xiàn)代表含硅質(zhì)地層水的侵入[30]，古氣藏的氣水界面可能發(fā)生變化。

4.2 油氣充注期次

通過包裹體巖相學(xué)特征與對應(yīng)的激光拉曼成分分析，得出龍王廟組儲層主要經(jīng)歷了5期油氣充注。

第一期為古油藏，被再次淺—中埋藏環(huán)境的中晶白云石(ⅢDol)記錄；烴類包裹體以單相褐色液烴包裹體為主，豐度高，在原油大量充注時捕獲。第二期為古油氣藏，被中深埋藏環(huán)境的中—粗晶白云石(ⅣDol)記錄；烴類包裹體包括褐色液烴及灰色氣烴包裹體，大量液態(tài)烴及氣態(tài)烴被捕獲，并發(fā)生脫瀝青作用，形成沉淀型瀝青[31]。第三期為古濕氣藏，被深埋藏早期的塊狀晶白云石(ⅤDol)記錄；烴類包裹體以深灰色的氣烴包裹體為主，古油藏大部分裂解為濕氣，儲層瀝青多是這一階段原油裂解形成，氣藏主要成分為CH4、C2H4和C6H6等。第四期為古干氣藏，被深埋藏期的粗晶白云石(ⅥDol)記錄；烴類包裹體基本為深灰色氣烴包裹體，濕氣藏已基本裂解為干氣，以CH4為主。第五期為古干氣藏調(diào)整，被晚期石英(ⅦQ)記錄；烴類包裹體為深灰色氣烴包裹體，含硅質(zhì)地層水侵入，氣水界面發(fā)生變化。

圖3 四川盆地安岳構(gòu)造寒武系不同期次白云石、石英中的流體包裹體

a.第一期流體包裹體，原生，賦存于再次淺—中埋藏的中晶白云石(ⅢDol)晶粒中，為成群分布、呈褐色、深褐色的液烴包裹體，磨溪12井，4 750.80 m；b.第二期流體包裹體，原生，賦存于中深埋藏的中—粗晶白云石(ⅣDol)中，成群分布的淡黃—灰色的含烴鹽水包裹體及呈深褐色的液烴包裹體，磨溪3井，4 589.88 m；c.第三期流體包裹體，原生，賦存于深埋藏的粗晶白云石(ⅤDol)中，成群分布、呈褐色、深褐色的液烴包裹體及呈深灰色的氣烴包裹體，磨溪12井，4 750.80 m；d.第四期流體包裹體，原生，賦存于構(gòu)造裂縫充填的中—粗晶白云石(ⅥDol)中，成群分布、呈深灰色的氣烴包裹體，磨溪13井，4 589.88 m；e,f.第五期流體包裹體，原生，賦存于晚期石英(ⅦQ)中，深灰色氣烴包裹體，磨溪12井，4 664.99 m

Fig.3 Fluid inclusions in dolomite and quartz in Cambrian during different periods, Anyue, Sichuan Basin

圖4 四川盆地安岳構(gòu)造寒武系龍王廟組流體包裹體激光拉曼圖譜

a.中深埋藏白云石內(nèi)賦存的包裹體中拉曼成分，磨溪12井，4 750.8 m；b.深埋藏期粗晶白云石內(nèi)賦存的第四期包裹體中拉曼成分，磨溪21井，4 648.5 m；c.深埋藏期粗晶白云石內(nèi)賦存的第四期包裹體中拉曼成分，磨溪21井，4 664.5 m；d.晚期裂縫充填石英內(nèi)賦存的包裹體中拉曼成分，磨溪21井，4 665 m

Fig.4 Laser Raman spectrum of fluid inclusions in Cambrian Longwangmiao Formation, Anyue, Sichuan Basin

5 油氣成藏時間

傳統(tǒng)的確定油氣成藏期的方法是根據(jù)構(gòu)造演化史、圈閉形成史以及烴源巖的生排烴史來間接地推斷油氣成藏的大致時間[32-34]。近年來，儲層自生伊利石K-Ar (或40Ar-39Ar)定年也開始運用于油氣成藏時間的確定[35]，但碳酸鹽巖地層缺少可定年的礦物，因此采用傳統(tǒng)的埋藏史—熱歷史—均一溫度方法。

選取確定充填序列的不同期次白云石、石英等充填物，測得鹽水包裹體的均一溫度(表1，圖5)，并建立了單井地層構(gòu)造熱演化史(圖6)，將包裹體均一溫度投影到曲線上,獲取不同期次油氣成藏時間。古油藏、古油氣藏、古濕氣藏、古干氣藏形成期的包裹體均一溫度峰值分別為120～130，140～150，180～190，200～210 ℃(圖5a-d)，與龍王廟組T-t曲線的交點在橫坐標的投影分別在231 Ma左右(早三疊世)、205Ma左右(早侏羅世)、158 Ma左右(晚侏羅世)和107 Ma左右(早白堊世晚期)(圖6)；干氣藏調(diào)整時包裹體的均一溫度峰值為200～210 ℃(圖5e)，與龍王廟組T-t曲線的交點在橫坐標的投影在40 Ma左右(晚白堊世以來)(圖6)。

圖5 四川盆地安岳構(gòu)造寒武系龍王廟組地層不同成巖礦物中包裹體均一溫度頻率

圖6 四川盆地安岳構(gòu)造寒武系龍王廟組地層埋藏史及構(gòu)造史

中二疊世以來，地層迅速埋藏[20, 36]，筇竹寺組烴源巖進入生油窗，并在早三疊世達到生烴高峰，原油沿斷裂進入龍王廟組儲層，并在高部位聚集形成古油藏。早侏羅世，大量低分子液烴及氣烴沿斷裂進入儲層，被圈閉捕獲并發(fā)生脫瀝青作用，形成部分沉淀型瀝青[31]。晚侏羅世，古油藏已基本裂解為古氣藏[37]，在原油大量裂解過程中形成焦瀝青[38]，在儲層孔洞中大量產(chǎn)出。到早白堊世晚期，濕氣藏全部裂解為干氣，形成古干氣藏，這個時間與徐昉昊等[11]流體包裹體40Ar-39Ar定年測得的時間基本吻合。晚白堊世以來，筇竹寺組烴源巖已過成熟，原油基本裂解為天然氣，此間喜馬拉雅構(gòu)造運動使得地層抬升，圈閉改造，溫度、壓力場變化，古氣藏再次運聚可能是古氣藏氣水界面發(fā)生變化的重要原因，是現(xiàn)今氣藏定型的關(guān)鍵時期[19]。

6 結(jié)論

(1)安岳構(gòu)造寒武系龍王廟組地層礦物膠結(jié)充填的序列為：海底環(huán)境纖維狀白云石、淺埋藏環(huán)境粒狀白云石、再次淺埋藏—中埋藏環(huán)境中晶白云石、中—深埋藏環(huán)境中—粗白云石、深埋藏環(huán)境塊狀晶、粗晶白云石6期白云石膠結(jié)充填物及晚期石英。在再次淺—中埋藏環(huán)境白云石—晚期石英中識別出了5期烴類包裹體，不同期次的膠結(jié)充填物中發(fā)育的包裹體類型、豐度及相態(tài)有明顯區(qū)別，記錄了龍王廟組儲層的5期油氣成藏。

(2)安岳構(gòu)造龍王廟組儲層5期油氣成藏過程為：早三疊世的原油充注古油藏形成期，被再次淺埋藏—中埋藏環(huán)境中晶白云石捕獲的褐色液烴包裹體記錄；早侏羅世的古油藏裂解期，被中—深埋藏環(huán)境白云石捕獲的液態(tài)烴及氣態(tài)烴記錄；晚侏羅世的古油藏裂解、古濕氣藏形成期，被深埋藏環(huán)境塊狀晶白云石捕獲的氣烴包裹體記錄；早白堊世晚期的古濕氣藏裂解、古干氣藏形成期，被深埋藏環(huán)境的粗晶白云石記錄；晚白堊世以來的氣藏調(diào)整期，被晚期石英捕獲的氣烴包裹體記錄。

(3)喜馬拉雅構(gòu)造運動使得地層抬升，原始圈閉改造，溫度、壓力場變化，古氣藏再次運聚，晚期構(gòu)造裂縫充填的石英記錄了川中地區(qū)龍王廟組氣藏調(diào)整的關(guān)鍵時間約在40 Ma，這一時期是盆地內(nèi)諸多大型氣藏晚期調(diào)整定型的關(guān)鍵時期。