塔里木盆地塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)油氣充注演化過(guò)程與勘探方向

林 潼， 王銅山， 李志生， 袁文芳，馬 衛(wèi)， 徐兆輝， 李秋芬

(1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫(kù)爾勒 841000)

塔里木盆地寒武系鹽下碳酸鹽巖的勘探是近年來(lái)的熱點(diǎn)[1-3]。自從20世紀(jì)90年代在巴楚構(gòu)造帶上鉆探和4井揭示了中下寒武統(tǒng)發(fā)育優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)蓋組合以來(lái)，圍繞著巴楚構(gòu)造帶圈閉特征明顯的位置相繼鉆探了和6、巴探5等多口井均未取得發(fā)現(xiàn)，僅在部分井巖心上發(fā)現(xiàn)少量油氣顯示與瀝青。2012年中深1井在塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)取得了重大突破，下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組(∈1x)日產(chǎn)氣15.8×104m3；中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組(∈2a)累積產(chǎn)油110 t、產(chǎn)氣兩萬(wàn)多立方米[3]；隨后鉆探的中深5井也在下寒武統(tǒng)獲得了少量的油氣流，打開了塔里木盆地寒武系鹽下的勘探局面。2019年京能公司在柯坪構(gòu)造帶鉆探柯探1井，下寒武統(tǒng)吾松格爾組(∈1w)獲得日產(chǎn)40×104m3工業(yè)氣流，開辟了鹽下勘探的新領(lǐng)域?；谒锬九璧刂泻涫琅_(tái)盆區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育一套蒸發(fā)鹽巖地層，具備優(yōu)質(zhì)的油氣封蓋能力，同時(shí)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組為一套礁灘相發(fā)育的良好儲(chǔ)層，并且野外露頭發(fā)現(xiàn)的寒武系底部玉爾吐斯組(∈1y)烴源巖也證實(shí)了是寒武系[4-6]甚至是奧陶系的[7-8]主要油氣來(lái)源，因而勘探者寄希望于在寒武系鹽下能夠發(fā)現(xiàn)類似于四川盆地震旦—寒武系的油氣規(guī)模。隨著認(rèn)識(shí)不斷深入，研究人員逐漸認(rèn)識(shí)到生-儲(chǔ)-蓋組合的有效配置是中下寒武統(tǒng)油氣成藏的關(guān)鍵因素[2]。有利的油氣成藏部位更靠近玉爾吐斯組烴源巖生排烴運(yùn)聚帶，逼近源區(qū)可能是取得勘探突破的關(guān)鍵。筆者通過(guò)對(duì)多口取芯井的儲(chǔ)層油氣包裹體開展觀察以及地球化學(xué)分析，恢復(fù)寒武系鹽下的烴類充注演化過(guò)程，指出寒武系鹽下有利的勘探區(qū)帶和勘探方向。

1 地質(zhì)背景

塔里木寒武系油氣勘探主要集中在塔北隆起、塔中隆起和巴楚隆起帶上(圖1)。作為疊合盆地塔里木盆地經(jīng)歷了加里東、海西、印支—燕山以及喜馬拉雅多期復(fù)雜構(gòu)造旋回與演化過(guò)程[9-10]，在古生界海相地臺(tái)之上疊置了中、新生界陸相沉積。受加里東旋回的影響，塔里木盆地從早期大陸裂解、伸長(zhǎng)背景到克拉通凹陷、周緣前陸，形成了現(xiàn)今的寒武系地層分布樣式[11]。根據(jù)地震和鉆井資料分析，塔里木盆地寒武系經(jīng)歷了早、中寒武世緩坡型碳酸鹽巖臺(tái)地和晚寒武世—早、中奧陶世弱鑲邊斜坡型碳酸鹽巖臺(tái)地的演變。寒武紀(jì)早期盆地整體呈現(xiàn)快速沉降，中西部廣泛發(fā)育臺(tái)地相，白云巖在臺(tái)地內(nèi)廣泛沉積，肖爾布拉克組、吾松格爾組巖性主要以白云巖為主。中寒武世沉積格局基本上繼承了早寒武世的特點(diǎn)，海平面持續(xù)下降，早期局限臺(tái)地相特別是地勢(shì)較高的區(qū)域向蒸發(fā)臺(tái)地相演變。該時(shí)期仍以白云巖分布為主，但部分地區(qū)開始出現(xiàn)少量膏鹽巖沉積。到中寒武世中晚期，隨著海水不斷退縮，氣候干旱逐漸增強(qiáng)，蒸發(fā)臺(tái)地的范圍不斷擴(kuò)大，臺(tái)地相占據(jù)了巴楚、塔中大部分區(qū)域，并沉積了較厚的膏鹽巖層，形成了現(xiàn)今的中寒武統(tǒng)膏鹽巖層。

圖1 塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)寒武系油氣勘探現(xiàn)狀

2 中下寒武統(tǒng)油氣藏特征

依據(jù)現(xiàn)今塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)含油氣層的分布，可將鹽下寒武系地層劃分為3套儲(chǔ)蓋組合(圖2)。上組合以阿瓦塔格組致密的泥晶白云巖為蓋層、膏質(zhì)白云巖溶?？诪閮?chǔ)集空間，如中深1井的上段油氣層位即位于該組合中；中組合以沙依里克組上部的膏鹽巖為蓋層、下部的白云巖或膏質(zhì)白云巖為儲(chǔ)層，該組合是中深5井的主要油氣顯示層。下組合蓋層為吾松格爾組泥質(zhì)白云巖和肖爾布拉克組頂部少量的膏鹽巖，儲(chǔ)層為肖爾布拉克組礁灘型儲(chǔ)層，下組合是中深1井主力的產(chǎn)油層段。各組合油氣特征見圖3和表1。

圖2 塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)油氣層分布與成藏組合特征

圖3 中下寒武統(tǒng)不同組合油氣藏中原油氣相色譜圖

表1 中下寒武統(tǒng)不同組合中天然氣組分與同位素

3 樣品與實(shí)驗(yàn)

樣品主要來(lái)自塔里木盆地塔中地區(qū)中深5井的中下寒武統(tǒng)巖心，部分樣品采自相同層系的楚探1井、中寒1井和中深1井巖心。為了明確儲(chǔ)層的成巖演化期次與過(guò)程，開展了鑄體薄片、掃描電鏡、背散射以及電子探針?lè)治觯话w的發(fā)育形態(tài)與特征主要通過(guò)熒光顯微鏡和激光拉曼開展分析。鏡下觀察設(shè)備為德國(guó)Leica 2700P顯微鏡，該設(shè)備配備有透光和熒光模塊。為了獲取更好的巖相學(xué)效果，巖石礦物中有機(jī)質(zhì)熒光觀察采用藍(lán)光激發(fā)，激發(fā)波長(zhǎng)為475 nm，烴類包裹體熒光觀察為紫外光激發(fā)，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為365 nm。單個(gè)油包裹體的顯微熒光光譜分析設(shè)備為德國(guó)J&M公司生產(chǎn)的TIDAS MSP 400顯微分光光度計(jì)；激光拉曼光譜分析設(shè)備采用法國(guó)JobinYvon公司生產(chǎn)的LabRam-010型光譜分析儀，測(cè)試條件：激發(fā)光光源波長(zhǎng)為514.5 nm(綠光)，功率約為12 mW，狹縫寬度為100 μm，信號(hào)采集時(shí)間為10 s，物鏡鏡頭采用50倍長(zhǎng)焦距鏡頭，為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，每次測(cè)試之前均采用硅片進(jìn)行校正。

4 儲(chǔ)層礦物中烴類包裹體的發(fā)育、分布與演化特征

4.1 成巖礦物與油氣的演化序次

礦物顆粒之間、顆粒與有機(jī)質(zhì)之間的接觸關(guān)系反映出成巖、成烴過(guò)程的先后次序(圖4)。圖4(a)為正交偏光鏡下顆粒之間的接觸關(guān)系，從孔隙邊緣(左側(cè))向孔隙中心依次發(fā)育了早期的泥晶白云巖、中粗晶白云巖、石英、石膏以及孔隙中心的螢石。在鑄體薄片上能夠直觀地看出各類礦物與瀝青在孔隙中的分布關(guān)系(圖4(b)、(c))，石英顆粒更靠近孔隙中心，形成時(shí)間晚于中粗晶白云石；而中粗晶白云石形成時(shí)間早于瀝青。圖4(d)～(f)和圖4(g)～(i)分別為中寒1井∈1x和中深5∈1w井掃描電鏡所展示的白云石孔洞中填充物質(zhì)的形態(tài)與接觸特征。自形晶白云巖圍繞孔洞周緣向中心生長(zhǎng)(圖4(e)、(h))，可見瀝青貼附在菱形白云石晶體上或者填充于孔隙中間(圖4(i))，表明瀝青的形成時(shí)間晚于前者，孔洞中心發(fā)育晶型完整的石英晶體(圖4(f))。通過(guò)電子探針可識(shí)別出石膏形成于自形白云石顆粒之后(圖4(j))，石英的形成晚于石膏(圖4(k))，螢石發(fā)育最晚，在石英形成之后(圖4(l))。雖然同一塊樣品并未包含所有的礦物(或者有機(jī)質(zhì))，但是通過(guò)以上的多手段綜合對(duì)比可以得出研究區(qū)礦物與烴類物質(zhì)形成的先后次序關(guān)系(圖5)。

圖5 成巖礦物與烴類的演化先后序次

成巖次序揭示：①沉積形成的泥晶、中細(xì)晶灰?guī)r顆粒是最早的礦物；②在準(zhǔn)同生埋藏過(guò)程中發(fā)生了白云石重結(jié)晶，圍繞早期白云石顆粒所組成的孔洞周緣發(fā)育了自形較好的中粗晶白云石晶體；③中粗晶白云石晶體形成之后發(fā)生過(guò)明顯的液態(tài)烴充注，表現(xiàn)為瀝青緊密貼合在孔洞白云晶體上，不同部位由于成巖作用或者烴類流體充注的不均一性可能造成瀝青的缺失或者瀝青直接與硬石膏接觸；④瀝青形成之后孔洞中發(fā)育豐富的成巖礦物，包括方解石(圖4(c)，紅色部分)、硬石膏、石英、黃鐵礦、螢石。從背散射分析結(jié)果可以看出,石膏形成于瀝青之后，而后發(fā)生了石英、螢石的填充，黃鐵礦與瀝青伴生現(xiàn)象十分明顯，形成時(shí)期應(yīng)該與瀝青相近。

4.2 不同次序礦物上包裹體發(fā)育特征

成巖期次礦物上發(fā)育的流體包裹體類型與特征可以反映出礦物形成時(shí)期地層流體的性質(zhì)，其中烴類包裹體能夠反映出油氣形成與演化的過(guò)程[12]。因此在明確中下寒武統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層中成巖礦物先后次序的基礎(chǔ)上，對(duì)每一期礦物中包裹體開展鏡下觀察、熒光與拉曼分析，明確包裹體捕獲時(shí)流體性質(zhì)，進(jìn)而通過(guò)綜合分析得出地層流體的演化過(guò)程。

早期形成的中細(xì)晶白云巖代表了最早的成巖序次(成巖序次 Ⅰ)，顆粒上成群發(fā)育各種類型的包裹體，其中有機(jī)包裹體發(fā)育的豐度(GOI)很高(GOI大于30%，即約30%的早期白云石晶粒中發(fā)育該期油氣包裹體，下同)。包裹體形態(tài)特征極其不規(guī)則，顏色以深褐色、暗色為主，可見少量透明鹽水包裹體以及灰色的氣烴包裹體(圖6)。熒光分析顯示，該期白云巖顆粒上發(fā)育淡藍(lán)色和黃綠色兩種熒光包裹體，代表了兩期不同成熟度的液態(tài)烴。激光拉曼能譜顯示深褐色、暗色不發(fā)熒光的包裹體內(nèi)主要成分為瀝青，而發(fā)黃綠色和淡藍(lán)色熒光的包裹體中含有瀝青和液態(tài)烴。

孔洞周圍的中粗晶自形白云石代表了成巖序次Ⅱ(圖6)。相較于成巖序次Ⅰ，該期的烴類包裹體數(shù)量明顯減少(GOI小于20%)，其中暗色包裹體減少較多，灰色天然氣包裹體略有增多，熒光照射下未見明顯的發(fā)光。成巖序次Ⅲ代表瀝青形成之后與瀝青接觸的各類礦物，包括石膏、方解石、石英(圖5、6)。之所以將這三類礦物歸為成巖序次Ⅲ是因?yàn)樗鼈兌寂c瀝青有著接觸關(guān)系。在Ⅲ期序次中，部分顆粒上包裹體熒光顯示為藍(lán)色和藍(lán)綠色，綜合對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)方解石上僅發(fā)育個(gè)別的灰色氣烴包裹；石英上氣烴包裹體數(shù)量明顯增多且成群、成帶出現(xiàn)；石膏上氣烴包裹體發(fā)育數(shù)量介于前兩者之間。不同井之間，成巖序次Ⅲ礦物顆粒上烴類包裹體的發(fā)育豐度差異很大，如中深1(中深1C)井肖爾布拉克組石英顆粒上未見液態(tài)烴包裹體、無(wú)熒光顯示，但發(fā)育豐度極高的天然氣包裹體(GOI為35%)；位于中深1井東南約14 km的中深5井肖爾布拉克組石英顆粒上僅見到很少量的氣烴包裹體，這種差異與成藏充注的飽和度有著密切關(guān)系。成巖序次Ⅳ以螢石為代表，發(fā)育于孔洞的中央，與瀝青無(wú)接觸，與石英和石膏接觸明顯。螢石上不發(fā)育液態(tài)烴包裹體(圖6)，所有包裹體均為呈深灰色的氣態(tài)烴包裹體和呈無(wú)色透明的含氣態(tài)烴鹽水包裹體，并且無(wú)任何熒光顯示。

4.3 縱向上包裹體發(fā)育特征

縱向上包裹發(fā)育體特征的對(duì)比可以反映出流體在同一地區(qū)不同時(shí)期的充注差異。以取芯筒次最多、資料最豐富的中深5井為例，開展縱向上包裹體特征的對(duì)比分析。

鏡下觀察顯示：①中深5井上組合成巖礦物顆粒上以液態(tài)烴包裹體為主，少量的瀝青包裹體和氣烴包裹體，烴類包裹體發(fā)育豐度較高(5%～15%)，部分包裹體發(fā)淡黃綠色熒光。②中組合上段可見液態(tài)烴、瀝青、少量氣烴包裹體共存，同時(shí)該段也是瀝青與液態(tài)烴包裹體最發(fā)育的層段，特別是瀝青包裹體絕大多數(shù)都發(fā)育于該層段。熒光分析顯示瀝青包裹體不發(fā)光，液態(tài)烴包裹體發(fā)蘭色熒光。③中組合下段是錄井氣烴顯示最強(qiáng)的層段，同時(shí)也是試油獲得少量油氣流的層位，該段包裹體主要為氣烴包裹體，液態(tài)烴包裹體很少見，烴類包裹體發(fā)育豐度很低(小于1%)，無(wú)熒光顯示。

4.4 包裹體均一溫度

通過(guò)對(duì)烴類包裹體伴生的鹽水包裹體開展均一溫度測(cè)試，可以獲得烴類包裹體捕獲時(shí)的最小溫度[13]，進(jìn)而間接反映地層流體的古溫度(以下溫度均為烴類包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度)。

4.4.1 成巖序次Ⅰ

早期白云石上發(fā)育兩期液態(tài)烴包裹體。通過(guò)熒光判別后，分別對(duì)兩期包裹體開展均一溫度測(cè)試(圖6)，其中黃綠色熒光包裹體的均一溫度較低，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)主峰分布在90 ℃；藍(lán)白色熒光包裹體均一溫度主峰位于110 ℃附近，分布跨度大。

圖6 不同宿主礦物上烴類包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度分布

4.4.2 成巖序次Ⅱ

中粗晶白云石顆粒上包裹體無(wú)明顯熒光，但是通過(guò)單偏光鏡觀察可以辨別出液態(tài)烴包裹體和氣烴包裹體，其中液態(tài)烴包裹體均一溫度分布在105～120 ℃，主峰位于115 ℃附近；氣烴包裹體均一溫度分布在130～150 ℃。孔洞和裂縫中填充的方解石均一溫度差異很大，孔洞方解石上天然氣包裹體均一溫度分布在120～135 ℃，主峰位于125 ℃附近；而裂縫方解石全部為鹽水包裹體，均一溫度均低于100 ℃。

4.4.3 成巖序次Ⅲ

石膏晶體中存在兩種類型的烴類包裹體，液態(tài)烴包裹體伴生的流體鹽度較低(9.08%～9.21%)，均一溫度在115～130 ℃，主峰為120 ℃；氣烴包裹體伴生的流體鹽度為23.18%，均一溫度分布在135～155 ℃，主峰位于140 ℃附近。石英顆粒上烴類包裹體主要為氣烴，均一溫度分布較廣,在115～160 ℃。主峰較硬石膏上的氣烴主峰偏大一些，位于145 ℃。

4.4.4 成巖序次Ⅳ

螢石上不發(fā)育液態(tài)烴包裹體，均為呈深灰色的氣烴包裹體和呈透明無(wú)色含氣態(tài)烴的鹽水包裹體。雖然螢石的成巖期次是本區(qū)可識(shí)別礦物中形成次序最晚的，但是均一溫度卻顯示螢石上氣烴包裹體的捕獲溫度并不高，分布區(qū)間在120～134 ℃，主峰在126～130 ℃，比硬石膏和石英上氣烴包裹體的均一溫度低約10 ℃。

5 油氣充注演化特征

5.1 早期充注類型

不同成巖期次上烴類包裹體特征揭示，塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)油氣藏早期經(jīng)歷過(guò)連續(xù)的液態(tài)烴充注。從烴類包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度主峰值可以看出地層古流體溫度由低逐漸升高，從90 ℃上升到120 ℃，伴隨的液態(tài)烴流體也從早期90 ℃溫度所對(duì)應(yīng)的淡黃綠色熒光、低成熟的液烴逐漸演變成120 ℃所對(duì)應(yīng)的藍(lán)綠色熒光、中高成熟度的液烴，最后演變成130 ℃所對(duì)應(yīng)亮藍(lán)色熒光、高—過(guò)成熟度的液烴包裹體。激光拉曼分析顯示部分發(fā)亮藍(lán)色熒光的高過(guò)成熟液態(tài)烴包裹體內(nèi)含有瀝青，顯示包裹體內(nèi)曾發(fā)生過(guò)液態(tài)烴的裂解。

對(duì)中深5井全井段包裹體統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，上段捕獲的烴類包裹體較完整地揭示了烴類流體的演化過(guò)程。成巖礦物中包含了不同演化時(shí)期的烴類包裹體，包括低成熟、中高成熟、高過(guò)成熟,而在中段僅可見到早期低成熟階段的產(chǎn)物，中—高演化階段產(chǎn)物并未在此層位發(fā)育。下段包裹體則主要以烴類演化末期的產(chǎn)物為主，幾乎不含有早—中期演化階段的產(chǎn)物，僅見少量液態(tài)，而氣烴的包裹體數(shù)量遠(yuǎn)多于液態(tài)烴。從上到下的充注演化特點(diǎn)說(shuō)明了流體充注具有選擇性，這與儲(chǔ)層的非均一性以及油氣藏的充注飽和度有關(guān)。塔中地區(qū)整體充注飽和度偏低，早期的液態(tài)烴僅富集于中下寒武統(tǒng)的中上段，而下段由于液態(tài)烴供給不足并未發(fā)生低成熟階段的充注。

5.1.1 充注演化過(guò)程

現(xiàn)今油氣藏中油氣地球化學(xué)特征顯示油氣藏中存在不同演化階段的產(chǎn)物。中深1井和中深5井不同層段上獲得的氣體組份和同位素?cái)?shù)據(jù)(表1)顯示，自下而上氣體的干燥系數(shù)降低，天然氣的碳同位素由重變輕。中深1井肖爾布拉克組天然氣干燥系數(shù)為0.98，顯示干氣特征；而上部的阿瓦塔格組和中深5井的中下部干燥系數(shù)分別為0.74和0.63，顯示出濕氣特征。碳同位素顯示甲烷<乙烷<丙烷，具有正常的遞增特征，但是中上段的兩個(gè)樣品同位素值整體小于中深1井下部的樣品。寒武系中統(tǒng)的阿瓦塔格組、下統(tǒng)的吾松格爾組氣烴同位素較輕，而下統(tǒng)的肖爾布拉克組同位素最重。

5.1.2 成藏充注的差異性

前人對(duì)寒武系油氣來(lái)源的問(wèn)題開展過(guò)大量的研究[5,7,14-15]，也進(jìn)行了廣泛的探討，目前普遍認(rèn)為中下寒武統(tǒng)的油氣來(lái)自下寒武統(tǒng)的玉爾吐斯組。為了進(jìn)一步揭示塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)油氣成藏過(guò)程中地化特征的演變規(guī)律，對(duì)塔里木盆地西緣采集的玉爾吐斯組烴源巖進(jìn)行生烴模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同溫度條件下排出的油進(jìn)行正構(gòu)烷烴單體碳同位素分析。結(jié)果(圖7)顯示，在400 ℃以下排出的液態(tài)烴正構(gòu)烷烴單體碳同位素分布特征與現(xiàn)今油氣藏中深1井阿瓦塔格組、中深5井吾松格爾組凝析油的特征十分相似；400 ℃以上的模擬產(chǎn)物同位素分布特征與中深1井肖爾布拉克組凝析油特征相近。不僅證實(shí)了中下寒武統(tǒng)油氣的來(lái)源具有共源性，更進(jìn)一步明確了中深1井阿瓦塔格組、中深5井吾松格爾組凝析油為玉兒吐斯組烴源巖在成熟階段的產(chǎn)物；中深1C井肖爾布拉克組凝析油可能為玉兒吐斯組烴源巖在高過(guò)成熟階段的產(chǎn)物?，F(xiàn)今油氣藏中地化特征的差異正是由于在不同演化階段過(guò)程中烴類流體成藏充注的不均衡性造成的。

圖7 不同組合油氣藏中凝析油與生烴模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不同溫度階段單體碳同位素分布

5.2 成藏后期發(fā)生局部液態(tài)烴裂解

塔里木盆地寒武系天然氣成因一直存在干酪根裂解氣與原油裂解氣之爭(zhēng)[14-16]。通過(guò)對(duì)包裹體的觀察與分析，同時(shí)對(duì)氣藏中硫化氫和儲(chǔ)層中硬石膏的硫同位素開展分析，綜合研究認(rèn)為中下寒武統(tǒng)存在原油裂解氣的條件與證據(jù)。

5.2.1 包裹體捕獲溫度下發(fā)生裂解的可能性

包裹體均一溫度代表的是包裹體捕獲時(shí)的最小溫度，均一溫度受到地層壓力因素影響。通過(guò)埋藏深度的壓力補(bǔ)償方法[17]，計(jì)算得出瀝青包裹體不混溶相鹽水包裹體的最低捕獲溫度為165 ℃。該溫度條件下能否發(fā)生原油的裂解作用，對(duì)研究區(qū)油氣的成藏及其勘探方向具有重要意義。前人研究顯示[18-20]，輕質(zhì)油的大量裂解溫度要大于正常原油和重質(zhì)油。塔中地區(qū)下寒武統(tǒng)早期充注的未成熟—低成熟液態(tài)烴相較于連續(xù)充注后期高成熟原油，其裂解的啟動(dòng)溫度約低20 ℃[20]，約為160℃，而輕質(zhì)原油的啟動(dòng)裂解溫度約在180～185 ℃。因此地層中完全有可能發(fā)生原油的裂解作用，特別是早期低成熟的原油。此外，在多口井的巖心中發(fā)現(xiàn)有螢石、鈦鐵礦、天青石、鉀長(zhǎng)石等熱液礦物，證實(shí)中下寒武統(tǒng)曾經(jīng)達(dá)到過(guò)更高的溫度。

另一方面，研究顯示硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)(TSR)作用能夠降低原油裂解成氣的溫度[21-22]。中下寒武統(tǒng)油氣藏中存在烴類與硬石膏TSR反應(yīng)的證據(jù)[14，23]。一般情況下參與TSR反應(yīng)的石膏反應(yīng)程度越高32S 逸出越多，導(dǎo)致δ34S增重，因而出現(xiàn)TSR生成的H2S 中δ34S小于或等于同源硫酸巖，同時(shí)也導(dǎo)致TSR反應(yīng)后膏巖層發(fā)生溶蝕孔隙度增加，H2S含量明顯增加。從中深1井和中深5井油氣藏連井剖面圖(圖2)可以看到，從下到上地層中硬石膏的硫同位素變小，δ34S從33.6‰～34‰到28.3‰～31.8‰，而H2S體積分?jǐn)?shù)逐漸降低,從最底層的5.8%到最上部的0.003 8%，并且下組合儲(chǔ)層中H2S氣體與蓋層硬石膏中的δ34S幾乎一致，顯示出下組合H2S氣體與蓋層硫酸巖的同源性，也進(jìn)一步證實(shí)了下組合曾發(fā)生過(guò)TSR作用。此外，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育于寒武系下段的肖爾布拉克組，向上儲(chǔ)層物性逐漸變差。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層除了與碳酸鹽巖沉積相有關(guān)以外，與地層中膏巖發(fā)生溶蝕作用形成的溶蝕孔縫對(duì)儲(chǔ)層起到的改善作用也有明顯關(guān)系。

5.2.2 原油裂解氣的包裹體證據(jù)

包裹體中瀝青的存在是原油裂解的有力證據(jù)。在成巖序次Ⅰ、Ⅱ以及成巖序次Ⅲ的硬石膏和石英顆粒上都存在瀝青包裹體。油氣藏中瀝青包裹體分為兩種類型：第一類，包裹體內(nèi)幾乎全部為瀝青質(zhì)，無(wú)熒光顯示，同期伴生鹽水包裹體均一溫度分布范圍很廣,為80～125 ℃，但主要在100 ℃以下；第二類，包裹體中含有瀝青質(zhì)，液態(tài)烴占主要部分，熒光呈亮藍(lán)色，有時(shí)還含有少量的氣泡(氣烴成份)，伴生鹽水包裹體均一溫度在120～128 ℃，該類瀝青包裹體主要發(fā)育在中下寒武統(tǒng)的中段。

包裹體內(nèi)瀝青的形成有兩種成因。第一種成因是早期包裹體捕獲的液態(tài)烴形成了一個(gè)封閉的“微型油藏”，后期地層溫度升高使得包裹體封閉體系中液態(tài)烴發(fā)生裂解形成瀝青質(zhì)與氣體。當(dāng)包裹體內(nèi)壓力過(guò)大時(shí)發(fā)生破裂，造成氣烴漏失僅保留瀝青質(zhì)。上述第一類瀝青包裹體主要為該成因，拉曼分析顯示僅有瀝青成分而無(wú)氣體成分。當(dāng)裂解不充分時(shí)就會(huì)形成第二類瀝青包裹體，包裹體內(nèi)主要成分仍然為液態(tài)烴(圖8(a)～(c))，生成的少量氣烴多數(shù)都溶解在液烴內(nèi)，部分包裹體在降溫后可出現(xiàn)小氣泡。第一類瀝青包裹體其初始成分主要為連續(xù)演化過(guò)程中捕獲的不同成熟度階段的液態(tài)烴?，F(xiàn)今均一溫度代表的是初始捕獲溫度，并不是裂解時(shí)地層流體的溫度，因此溫度分布范圍較廣，但主要是100 ℃下捕獲的低成熟液態(tài)烴。低成熟液態(tài)烴更容易發(fā)生裂解，從而形成瀝青的機(jī)率大于高成熟液態(tài)烴。第二種成因是儲(chǔ)層中液態(tài)烴正在發(fā)生裂解時(shí)被礦物所捕獲，形成了不混溶相包裹體群，如圖8(d)～(f)，在硬石膏晶體上同時(shí)發(fā)育有亮藍(lán)色熒光的液態(tài)包裹體、含氣泡的氣液兩相包裹體、不發(fā)熒光的氣烴包裹體以及深褐色不發(fā)熒光的瀝青包裹體。

圖8 瀝青包裹體鏡下特征與拉曼能譜形態(tài)

6 油氣充注演化過(guò)程與勘探方向

塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)油氣充注演化經(jīng)歷了成藏早期的連續(xù)液態(tài)烴充注與成藏晚期的原油裂解氣充注兩種成藏過(guò)程。結(jié)合中深5井的埋藏?zé)嵫莼?圖9)，早期液態(tài)烴的充注發(fā)生于早奧陶世。持續(xù)充注過(guò)程中油氣的成熟度逐漸升高，到晚志留世液態(tài)烴充注基本結(jié)束。從成巖礦物與烴類的演化先后序次圖(圖5)可以發(fā)現(xiàn),高溫裂解形成的瀝青形成于自形晶白云石之后，方解石或硬石膏之前，而自形晶白云的最高形成溫度約為160 ℃，后期的方解石形成的最高溫度為135 ℃，硬石膏形成的主要溫度約在140 ℃。說(shuō)明在瀝青形成的前后曾發(fā)生過(guò)地層的抬升造成溫度的下降，因此可以推測(cè)早期瀝青形成的時(shí)間應(yīng)該在中晚奧陶世，此后地層整體抬升液態(tài)烴裂解不充分，僅形成了少量的瀝青和瀝青包裹體。早石炭世以后塔中地區(qū)地層持續(xù)埋藏，到早侏羅世地層溫度重新達(dá)到了液態(tài)烴裂解的初始條件，部分原油發(fā)生了裂解。受盆地地溫梯度普遍偏低的影響，塔中地區(qū)始終未發(fā)生大規(guī)模的液態(tài)烴裂解，但不排除在東部和北部的凹陷區(qū)由于地層埋藏深存在早期的古油藏，也有可能發(fā)生規(guī)模的液態(tài)烴裂解氣。

圖9 中深5井埋藏?zé)嵫莼芳坝蜌獬渥⒊刹貢r(shí)期

早期液態(tài)烴充注的飽和度受生排烴量和儲(chǔ)層的質(zhì)量共同控制。目前資料顯示下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖主要分布在大斷層的北側(cè)[24]，塔中和巴楚地區(qū)中下寒武統(tǒng)油氣主要從北部沿?cái)鄬舆\(yùn)聚而來(lái)(圖10)。因此運(yùn)聚通道的順暢與生排烴量決定了塔中構(gòu)造圈閉中原油的充注飽和度，靠近北部斷層的圈閉優(yōu)先接受了油氣的充注。在液態(tài)烴排—聚階段，中深5井和中深1井中—上組合聚集了部分低成熟油和少量的高成熟油及伴生氣。由于中深1井更靠近油氣源，中上段充注飽和度比中深5井高。雖然北部的烴源巖埋深過(guò)程中發(fā)生持續(xù)的生排烴，但是由于運(yùn)移距離的增加造成充注能量不足，使靠近運(yùn)移斷層的中深1井下段聚集了晚期成熟的氣，而遠(yuǎn)離斷層的中深5下段基本缺失成熟油氣的充注。

圖10 塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)油氣成藏模式

綜合前人的研究和本次包裹體分析結(jié)果，認(rèn)為目前中下寒武統(tǒng)油氣藏中天然氣更多地表現(xiàn)為原油裂解氣[25-26]，少部分是原油伴生氣。在成藏晚期(早侏羅世)，原先聚集的液態(tài)烴部分發(fā)生了裂解，形成了二次充注。由于中深5井未發(fā)生過(guò)較大規(guī)模的液態(tài)烴充注，并且高溫持續(xù)時(shí)間較短，因此僅有一小部分液態(tài)烴發(fā)生裂解，原地液態(tài)烴裂解形成的天然氣量很少，未能形成大規(guī)模的有效天然氣藏。中深1井氣藏儲(chǔ)層石英上發(fā)育豐富的氣烴包裹體，未見液烴包裹體和瀝青包裹體，說(shuō)明中深1井雖然更靠近油源斷層,但是并未聚集規(guī)模的液態(tài)烴，石英顆粒上氣烴包裹體可能是捕獲了斷層附近油藏裂解所形成的天然氣。中深1、中深5井下段都未見瀝青以及瀝青包裹體，說(shuō)明存在外部的原油裂解氣。因此可以推測(cè)，在斷層附近可能存在著早期規(guī)模的古油藏，如果未被破壞的話現(xiàn)今大部分仍為液態(tài)烴油藏，僅發(fā)生過(guò)部分的原油裂解。成巖序次Ⅳ螢石上包裹體的均一溫度較成巖序次Ⅲ有明顯的降低，說(shuō)明成藏后期熱液溫度發(fā)生了下降；同時(shí)不混溶相包裹體的存在也說(shuō)明了本區(qū)原油僅處于裂解的初始階段。

通過(guò)以上分析認(rèn)為在塔里木盆地中下寒武統(tǒng)可能存在規(guī)模的原生古油藏，天然氣作為早期原油的伴生氣和少部分原油的裂解氣規(guī)模形成的可能性較低。因此寒武系鹽下的勘探方向應(yīng)該聚焦北部斷層的周緣下盤或者圈閉保存條件較好的持續(xù)古隆起上盤，并以發(fā)現(xiàn)原生古油藏為主。

7 結(jié) 論

(1)塔里木盆地塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)發(fā)育四期的成巖礦物填充序列，第一期為早期細(xì)晶白云巖，第二期為孔洞中自形晶白云石，第三期發(fā)育方解石、石膏和石英，第四期為螢石礦物，其中在Ⅱ期后發(fā)生明顯的液態(tài)烴充注，現(xiàn)今表現(xiàn)為在Ⅱ和Ⅲ礦物之間賦存瀝青。

(2)不同期次上發(fā)育的包裹體特征有所差異。第一期礦物上包裹體類型多樣以瀝青和液態(tài)烴包裹體為主；第二期礦物上有機(jī)質(zhì)包裹體有所下降；第三期礦物上雖然液烴包裹體和氣烴包裹體共存但氣烴包裹體明顯增多；第四期礦物上主要以氣烴包裹體為主。

(3)塔中地區(qū)中下寒武統(tǒng)油氣藏經(jīng)歷過(guò)初期液態(tài)烴連續(xù)充注與晚期少量液態(tài)烴裂解充注的過(guò)程。早期充注飽和度較低，受生排烴量、儲(chǔ)層質(zhì)量以及運(yùn)移距離的控制。晚期液態(tài)烴裂解受古地溫和早期賦存的液態(tài)烴規(guī)模影響。

(4)中下寒武統(tǒng)可能存在規(guī)模的原生古油藏，北部斷層周緣下盤和圈閉保存條件較好的持續(xù)古隆起上盤是下步勘探的重點(diǎn)方向。