南襄盆地泌陽凹陷古近系核桃園組油氣充注幕次及成藏年齡確定

朱 顏，李風勛，陳紅漢，趙瑩彬，李麗娟，鄭 融，卜旭強

(1.中國石化 河南油田分公司 勘探開發(fā)研究院，鄭州 450000；2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；3.中國地質(zhì)大學(武漢) 資源學院，武漢 430074)

油藏形成年代是油藏動力學研究的關(guān)鍵點，也是油藏分析的核心內(nèi)容，特別是勘探程度較高的老區(qū)，精細劃分油氣充注幕次，明確其成藏年齡，深化油氣聚集規(guī)律研究，從而指導老區(qū)滾動勘探。泌陽凹陷油氣資源豐富，發(fā)育多套垂向疊置的生儲蓋組合，斷—砂構(gòu)成主要的輸導體系[1]。前人研究認為，構(gòu)造是泌陽凹陷油氣聚集的關(guān)鍵因素[2]，但是對油藏成藏時期與構(gòu)造及其演化的耦合關(guān)系不明確，僅在北部斜坡王集—新莊地區(qū)和南部陡坡帶雙河—趙凹地區(qū)等局部地區(qū)，分別利用極少數(shù)的包裹體資料進行過簡單的成藏時期研究[3-5]，而未對整個泌陽凹陷油氣成藏動力進行過整體性和系統(tǒng)性研究，對供烴充注的具體過程認識不清。本文在系統(tǒng)采集流體包裹體樣品的基礎上[6]，運用流體包裹體的分析技術(shù)和解釋方法[7-19]，結(jié)合埋藏史研究，對泌陽凹陷古近系核桃園組油藏開展油氣充注幕次及成藏年齡研究，為老區(qū)滾動勘探頁署提供參考。

1 地質(zhì)概況

泌陽凹陷位于我國東部的南襄盆地，其南部和東緣兩條邊界斷裂體系控制了凹陷的構(gòu)造演化，其平面展布形態(tài)為扇形，為南斷北超的箕狀凹陷；同時，該斷裂體系也控制了凹陷內(nèi)3個次級構(gòu)造單元(即南部陡坡帶、中部深凹區(qū)和北部斜坡帶)的平面分布。凹陷內(nèi)古近系最為發(fā)育，其中，湖盆在核桃園組沉積時期最為穩(wěn)定。凹陷中部深凹區(qū)沉積了一套巨厚的烴源巖，有機碳含量均值為1.8%，且烴源巖已進入成熟階段，生烴能力強；同時，南部陡坡帶發(fā)育近岸的扇三角洲和低位扇砂體[20]；北部斜坡帶則為三角洲砂體沉積區(qū)。砂巖儲層厚度大、物性好，連片發(fā)育，且向中部深凹區(qū)方向延伸；砂巖與泥巖平面上相互嵌合，縱向上交互疊置，組成了核桃園組多套生儲蓋組合，加之構(gòu)造對油氣運聚的控制作用，平面上分別構(gòu)成了泌陽凹陷南北兩大主要含油氣系統(tǒng)(圖1)。

圖1 南襄盆地泌陽凹陷流體包裹體樣品井位分布

2 儲層流體包裹體研究

在泌陽凹陷不同構(gòu)造單元31口井的核桃園組中采集了110塊次砂巖包裹體樣品，其中南部陡坡帶12口井43塊次，中部深凹區(qū)12口井39塊次，北部緩坡帶7口井28塊次。實驗測試分析由中國地質(zhì)大學(武漢)教育部重點實驗室微觀烴類檢測實驗室完成。測試所使用的儀器是安裝在Nikon 80I雙通道熒光顯微鏡上的Maya Pro 2000顯微熒光光譜分析儀，紫外激發(fā)光波長為330～380 nm，同時，配有10，20，40，50倍一般油浸物鏡和100倍8 mm長焦工作物鏡以及Linkam THMS 600 G冷/熱臺，均一溫度測定誤差為±0.1 ℃。

2.1 流體包裹體巖相學特征

儲層砂巖包裹樣品檢測結(jié)果表明，包裹體多產(chǎn)自石英愈合裂紋中、石英次生加大邊、鐵白云石膠結(jié)物、方解石膠結(jié)物、溶孔充填的方解石中，以及巖屑顆粒內(nèi)，少數(shù)油包裹體產(chǎn)于鈉長石裂紋中；包裹體有氣—液相油包裹體、單一液相油包裹體、純氣相包裹體和鹽水包裹體等4種類型。在110塊樣品中，有63塊樣品檢測到油包裹體，大部分樣品中見單一液相包裹體和氣液兩相包裹體，僅在泌陽凹陷南部陡坡帶檢測到純氣相包裹體。單一液相油包裹體在透射光下呈無色—淺褐色(圖2a)，在紫外線激發(fā)下具有黃色、綠色、黃綠色、藍綠色或藍色熒光(圖2b)；氣液兩相油包裹體在透射光下呈淺褐色(圖2c)，在紫外線激發(fā)下具有橙黃色、黃色、藍綠色或亮藍色熒光(圖2d)；純氣相油包裹體在透射光下呈暗色或黑褐色(圖2e)，在紫外線激發(fā)下具有微弱熒光(圖2f)或無熒光。

圖2 南襄盆地泌陽凹陷流體包裹體巖相學特征

2.2 流體包裹體顯微熒光光譜分析

本實驗不僅對包裹體巖相學特征進行了觀察分析，而且還統(tǒng)計分析了不同巖相學特征包裹體的顯微熒光光譜圖，明確了不同類型的油包裹體顯微熒光光譜特征[21-23]。油包裹體的熒光強度與油包裹體中油的密度有很大關(guān)系，不同充注時期或者不同油源的顯微熒光光譜存在較大的差異。通過對熒光強度和光譜譜型分析，可以研究油氣的充注幕次[24-25]。

通過對泌陽凹陷南部陡坡帶的包裹體顯微熒光觀察，發(fā)現(xiàn)油包裹體熒光顏色主要有橙黃色、黃色—黃綠色、藍色—藍綠色以及亮藍色等。在對各個油包裹體樣品的熒光光譜圖特征分析的基礎上，求取其熒光光譜參數(shù)QF535值(波長535～720 nm所限定的面積與波長420～535 nm所限定面積的比值)，并分析了其與主峰波長的關(guān)系。研究表明，4種不同的油包裹體熒光顏色依次對應的平均主峰波長(λmax)為556，528，489，471 nm(圖3)，其QF535范圍依次為1.61～1.82，0.99～1.49，0.69～0.89，0.46～0.74(圖4)，分別代表不同的成熟度。另外還在流體包裹體的樣品中發(fā)現(xiàn)氣包裹體，發(fā)微弱熒光，多分布在石英裂紋或粒間方解石膠結(jié)物中。根據(jù)上述油包裹體的熒光顏色和熒光光譜分析，認為泌陽凹陷南部陡坡帶存在四幕油和一幕氣充注。其中，四幕油充注分別為：第一幕為低成熟油，發(fā)橙黃色熒光；第二幕為低成熟油—成熟油，發(fā)黃色—黃綠色熒光；第三幕為成熟油，發(fā)藍色—藍綠色熒光；第四幕為高成熟油，發(fā)亮藍色熒光。

圖3 南襄盆地泌陽凹陷南部陡坡帶油包裹體顯微熒光光譜圖

圖4 南襄盆地泌陽凹陷南部陡坡帶油包裹體QF535與λmax關(guān)系

同理，通過對泌陽凹陷中部深凹區(qū)和北部斜坡帶包裹體熒光光譜特征以及光譜參數(shù)(表1)分析，認為泌陽凹陷中部深凹區(qū)存在三幕油充注：第一幕為發(fā)橙黃色熒光油充注，其成熟度低；第二幕為發(fā)黃—黃綠色熒光油充注；第三幕為發(fā)藍色—藍綠色熒光油充注，成熟度較高。北部斜坡帶存在四幕油充注：第一幕為發(fā)橙黃色—黃色熒光油充注，成熟度低；第二幕為發(fā)黃色—黃綠色熒光油充注；第三幕為發(fā)藍—藍綠色熒光油充注，成熟度較高；第四幕為發(fā)亮藍色熒光油充注，成熟度最高。

表1 南襄盆地泌陽凹陷油包裹體顯微熒光光譜參數(shù)

綜上所述，泌陽凹陷整體發(fā)育四幕油充注(圖5)：第一幕為低熟油充注，主峰波長范圍為535～565 nm，QF535范圍是1.31～1.64；第二幕為發(fā)黃色—黃綠色熒光油充注，成熟度較低，主峰波長為511～535 nm，QF535為0.93～1.27；第三幕為發(fā)藍色—藍綠色熒光油充注，主峰波長為488～502 nm，QF535為0.71～0.98；第四幕為發(fā)亮藍色熒光高熟油充注，主峰波長為460～477 nm，QF535為0.46～0.74。其中，前三幕油充注在南部陡坡帶、中部深凹區(qū)、北部斜坡帶3個構(gòu)造區(qū)帶均有發(fā)育，第四幕油充注主要發(fā)育于南部陡坡帶與北部斜坡帶。另外，除了四幕油充注外，在南部陡坡帶還檢測到一幕天然氣充注。

圖5 南襄盆地泌陽凹陷單個油包裹體顯微熒光光譜QF535與主峰波長λmax關(guān)系

2.3 流體包裹體顯微測溫

在均一溫度測定過程中，選取形態(tài)規(guī)則、產(chǎn)狀相同、氣液比相似和個體較小的包裹體以避免次生改造對包裹體均一溫度產(chǎn)生影響；優(yōu)先測定能夠反映成巖環(huán)境的方解石膠結(jié)物、鐵白云石膠結(jié)物、石英次生加大邊中的原生鹽水包裹體；選擇與油包裹體伴生的鹽水包裹體進行測試，并分別測定油包裹體和伴生鹽水包裹體的均一溫度。

通過對泌陽凹陷流體包裹體顯微測溫統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，南部陡坡帶和北部斜坡帶分別發(fā)育四期鹽水包裹體和四期油包裹體，而在中部深凹區(qū)樣品中僅檢測到三期鹽水包裹體和兩期油包裹體的發(fā)育，整體與熒光光譜分析一致(圖6，7)，認為泌陽凹陷主要發(fā)育四幕油充注。

圖6 南襄盆地泌陽凹陷古近系核桃園組砂巖儲層無機(含烴鹽水)包裹體均一溫度

圖7 南襄盆地泌陽凹陷古近系核桃園組砂巖儲層有機(油)包裹體均一溫度

3 成藏期次劃分和時期確定

通過對包裹體的顯微特征、光譜和溫度分析，明確了泌陽凹陷油氣充注幕次。將獲取的各期次油氣包裹體同期鹽水包裹體均一溫度投影到埋藏史圖上，從而讀取油氣充注年齡(圖8)。將各充注年齡標注到同一時間軸上，不僅可以消除埋深的影響，還能對不同井之間不同深度油氣成藏期次進行劃分和確定成藏時期。

圖8 南襄盆地泌陽凹陷B197井埋藏史—均一溫度投影法獲取油氣充注時間

根據(jù)上述方法，得到泌陽凹陷核桃園組各單井的油氣充注年齡，把其標注在同一時間軸上，結(jié)果表明，泌陽凹陷共有四幕油和一幕天然氣充注，總體可以分為兩期成藏：第一期發(fā)生于斷陷—抬升階段，發(fā)生了第一幕(36.1～23.5 Ma)、第二幕(34.1～21.2 Ma)和第三幕(30.9～16.2 Ma)成藏；第二期發(fā)生于拗陷—新構(gòu)造運動階段，發(fā)生了第四幕油(7.9～0.2 Ma)和一幕(3.0～0.8 Ma)天然氣成藏。第一期成藏為大規(guī)模油氣成藏，并與圈閉和輸導體系具有良好的時空匹配性，因此該期是油氣主要的成藏期。僅在南部陡坡帶發(fā)現(xiàn)有天然氣充注，充注時間為3.0～0.8 Ma(圖9)。

圖9 南襄盆地泌陽凹陷古近系核桃園組油氣成藏期次和成藏時間

通過對泌陽凹陷油氣成藏期次劃分和成藏時期的研究，發(fā)現(xiàn)泌陽凹陷中部深凹區(qū)主要油氣充注時間為36.1～23.5 Ma，南部陡坡帶主要充注時間是30.9～25.9 Ma，而北部斜坡帶主要充注時間更晚，為25.1～21.2 Ma，因此，不同構(gòu)造區(qū)帶的油氣充注時間存在差異。中部深凹區(qū)距烴源巖近，充注時間最早；南部陡坡帶與烴源巖發(fā)育地區(qū)距離較遠，油氣充注時間晚于中部深凹區(qū)；北部斜坡帶距烴源巖發(fā)育地區(qū)最遠，因而充注時間也最晚。油氣充注時間明顯受控于各區(qū)帶離烴源巖的距離。

泌陽凹陷中部深凹區(qū)和南部陡坡帶的油氣充注對應盆地斷陷期，與早期的圈閉形成了良好的時空配置關(guān)系，因此，生烴凹陷附近的中南部圈閉更有利于油氣的聚集和保存，且油藏形成時間較早，而北部緩坡帶的油氣充注時間對應著古近系廖莊組沉積期大規(guī)模的抬升期，可能表明構(gòu)造抬升促進了該區(qū)帶原油的大規(guī)模運移，但同時由于剝蝕量太大，很多原油已經(jīng)發(fā)生散失[26-30]。有學者研究發(fā)現(xiàn)，北部原油很多遭受生物降解，也與抬升后埋藏過淺原油遭受生物降解有關(guān)。

綜上所述，泌陽凹陷的中部和南部油氣充注時間早，同時與在盆地南部邊界同沉積斷裂和其控制下的砂體儲層形成良好的源儲配置關(guān)系，易在凹陷中部深凹區(qū)形成巖性油藏，且受后期廖莊構(gòu)造抬升影響相對較??；而在南部陡坡帶多為早期的巖性油藏以及后期受構(gòu)造抬升控制的斷層—巖性油藏的發(fā)育區(qū)；北部緩坡帶油氣充注期為廖莊構(gòu)造抬升期以后，具有晚期成藏特征，受構(gòu)造影響較大，多發(fā)育斷塊或地層—斷塊類型油藏。

4 結(jié)論

(1)包裹體的顯微特征分析、光譜分析和溫度分析結(jié)果表明，泌陽凹陷存在兩期四幕油與一幕氣充注，根據(jù)該區(qū)的沉積埋藏史，確定泌陽凹陷古近系核桃園組主成藏期可以分為兩期：第一期發(fā)生于斷陷—抬升階段，發(fā)生了第一幕(36.1～23.5 Ma)、第二幕(34.1～21.2 Ma)和第三幕(30.9～16.2 Ma)成藏;第二期發(fā)生于拗陷沉降階段，發(fā)生了第四幕(7.9～0.2 Ma)油和一幕(3.0～0.8 Ma)天然氣成藏;油藏以早期(第一期)成藏為主。

(2)不同構(gòu)造區(qū)帶的油氣充注時間存在差異。泌陽凹陷為南斷北超的箕狀斷陷，生油中心區(qū)位于南緣和東緣兩條邊界斷裂交匯部控制的深凹區(qū)，中部深凹區(qū)最為優(yōu)先充注，即充注時間最早，其次是南部陡坡帶的三角洲和低位扇砂體油氣充注成藏，最后為北部斜坡帶三角洲砂體充注。因此，南部陡坡帶和中部深凹區(qū)的油藏形成時間較早，但經(jīng)歷廖莊構(gòu)造抬升期的斷裂作用，油氣發(fā)生了再調(diào)整，具有明顯的疊加成藏特點；北部斜坡帶為晚期成藏。