伊陜斜坡吳起地區(qū)延長組油氣成藏期次分析

李 博，崔軍平，2，李 瑩，李金森，趙 金，陳彥武

（1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069；2.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710069；3.中國石油長慶油田分公司第六采氣廠，西安 710000；4.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，西安 710069；5.中國石油長慶油田分公司第三采油廠，銀川 750003）

0 引言

油氣成藏期次研究是石油地質(zhì)學(xué)和油氣勘探中一個(gè)重要的理論和實(shí)際問題，對判斷油氣成藏過程及油氣藏的分布規(guī)律具有重要意義［1］。截至2017 年7 月底，伊陜斜坡吳起地區(qū)延長組已探明含油面積60 km2，探明地質(zhì)儲量179.2 萬t，動用含油面積48.78 km2，動用地質(zhì)儲量145.755 萬t。作為延長油田主力產(chǎn)油區(qū)，長4+5、長6 油層是當(dāng)前開發(fā)主力層位，其地質(zhì)情況復(fù)雜［2］，經(jīng)歷過多期次的改造，筆者依托開展系統(tǒng)的儲層流體包裹體分析，對油氣儲層開展系統(tǒng)的分期配套研究。

流體包裹體作為油氣儲層中記錄地質(zhì)歷史的物理因子，對研究儲層特征有重要指示意義［3］。烴類包裹體內(nèi)含有大量有機(jī)質(zhì)，在加熱加壓下有機(jī)碳鏈容易受熱分解，導(dǎo)致測量結(jié)果與捕獲時(shí)溫度存在偏差，所以目前測量流體包裹體均一溫度，主要是通過測量與烴類包裹體伴生的鹽水包裹體，在氣、液兩相變成均一液相時(shí)的最小溫度來確定。在盆地演化過程中，古地溫會隨著埋藏深度的變化而增加，包裹體在被捕獲后的均一溫度很少發(fā)生改變，可以作為目標(biāo)層位的古地溫指示劑。任戰(zhàn)利等［4］認(rèn)為，通過流體包裹體的均一溫度等古溫標(biāo)法，模擬出單井埋藏史，分析油氣成藏期次，結(jié)合構(gòu)造運(yùn)動等，最終恢復(fù)盆地?zé)嵫莼贰Ｔ摲椒ㄖ饾u成為國內(nèi)外各大油氣公司分析油氣成藏期次的主流方法。劉建良等［5］利用儲層中流體包裹體的差異性，通過模擬單井埋藏史和熱史，確定了上古生界二疊系地層油氣充注時(shí)間。歐光習(xí)等［6］通過沉積盆地中流體包裹體與成巖礦物世代及其共生系列的關(guān)系，以及顯微傅立葉紅外信息的綜合分析，確定了流體活動與成藏的相對時(shí)間。

對于鄂爾多斯盆地三疊系延長組儲層，不同學(xué)者對其成藏類型、成藏時(shí)間及期次尚未達(dá)成共識。劉超［7］等提出一期充注成藏模式，以熱演化高峰期為依據(jù)，認(rèn)為早白堊世末期盆地沉降與油氣成藏時(shí)間一致；而任戰(zhàn)利等［8］則認(rèn)為整個(gè)盆地油氣充注時(shí)間為早白堊世；羅春燕等［9］則通過對天環(huán)坳陷西部砂巖的流體包裹體特征與油氣成藏期次分析，確定該地區(qū)存在三期充注成藏。綜上所述，目前關(guān)于鄂爾多斯盆地三疊系延長組致密與成藏時(shí)間先后問題仍沒有形成共識。通過開展系統(tǒng)的流體包裹體特征研究，結(jié)合儲層沉積演化期次，對研究區(qū)儲層的形成過程進(jìn)行詳細(xì)剖析，以期厘定鄂爾多斯盆地伊陜斜坡吳起地區(qū)三疊系延長組長4+5、長6 砂巖儲層的成藏機(jī)理，為吳起及相鄰地區(qū)三疊系油氣勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地深處中國內(nèi)陸腹地，是大型陸內(nèi)克拉通盆地。依據(jù)現(xiàn)今盆地構(gòu)造形態(tài)，將其劃分為伊陜斜坡等6 個(gè)一級構(gòu)造單元［10］。伊陜斜坡位于鄂爾多斯盆地中部，是鄂爾多斯盆地重要的產(chǎn)油氣區(qū)，先后發(fā)現(xiàn)一系列油氣田。吳起地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中西部，地處吳起縣內(nèi)，北接王洼子鄉(xiāng)，南鄰鐵邊城鄉(xiāng)，總面積約112 km2（圖1）。晚三疊世盆地經(jīng)歷了湖盆的形成、發(fā)展、成型，直到萎縮、消亡的整個(gè)過程，為后續(xù)油氣富集成藏提供了天然的場所［11］。鉆井巖心及地震等資料顯示，延長組地層縱向具有明顯的沉積旋回，依據(jù)巖性特征自下而上可劃分為長10—長1，共10 個(gè)油層組［12］。其中長7 發(fā)現(xiàn)了一套百米厚的油頁巖，這一發(fā)現(xiàn)奠定了中生代陸相生油的基礎(chǔ)［13］。后續(xù)加大勘探力度，長6、長4+5、長2 等層位均出現(xiàn)工業(yè)油流［14］。

圖1 伊陜斜坡吳起地區(qū)井位分布圖Fig.1 Location of Wuqi area in Yishan slope and distribution of sampling wells

2 巖石學(xué)特征

根據(jù)薄片觀察和統(tǒng)計(jì)，伊陜斜坡吳起地區(qū)延長組長4+5 儲層巖性以淺灰、灰色細(xì)粒—極細(xì)粒長石砂巖或巖屑長石砂巖為主［圖2（a）］；長6 儲層巖性以灰色、灰綠色細(xì)粒長石砂巖為主［圖2（b）］。碎屑成分主要以石英和長石為主，其次是巖屑和黑云母。長4+5 儲層填隙物主要是綠泥石、方解石和濁沸石，還有少量水云母和硅質(zhì)。長6 儲層填隙物主要為粘土、方解石和濁沸石，少見硅質(zhì)和白云石［15］。長4+5 儲層分選好，磨圓度主要為次棱次圓。顆粒呈點(diǎn)狀或點(diǎn)-線接觸。膠結(jié)類型主要為孔隙式，次為薄膜-孔隙式，風(fēng)化程度為淺，主要粒徑為0.06～0.40 mm。長6 儲層分選性中等—好，磨圓主要為次棱，其次為次棱—次圓。膠結(jié)類型以孔隙式為主。顆粒呈點(diǎn)-線接觸，風(fēng)化程度為淺，主要粒徑0.06～0.25 mm［16］。

圖2 伊陜斜坡吳起地區(qū)砂巖分類三角圖Ⅰ.石英砂巖；Ⅱ.長石石英砂巖；Ⅲ.巖屑石英砂巖；Ⅳ.長石砂巖；Ⅴ.巖屑長石砂巖；Ⅵ.長石巖屑砂巖；Ⅶ.巖屑砂巖Fig.2 Triangular diagram of sandstone composition in Wuqi area，Yishan slope

3 流體包裹體特征

本次測試選取樣品均來自伊陜斜坡吳起地區(qū)，由吳起采油廠提供，共計(jì)17 個(gè)巖心樣品（表1）。

表1 伊陜斜坡吳起地區(qū)長4+5、長6 儲層深度及巖性Table 1 Depth and lithologies of Chang 4+5 and Chang 6 reservoirs in Wuqi area，Yishan slope

鄂爾多斯盆地吳起地區(qū)三疊系延長組經(jīng)歷了多期成巖作用，結(jié)合鏡下觀察后發(fā)現(xiàn)石英等碎屑顆粒緊密接觸、定向排列［圖3（a）］，且易觀察到石英、長石顆粒的次生加大邊［圖3（b）］。在成巖作用序列基礎(chǔ)上［17］，對伊陜斜坡吳起地區(qū)長4+5、長6 儲層中流體包裹體分布情況、相態(tài)、顏色、形態(tài)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)長4+5、長6 儲層流體包裹體大致可分為早、晚2 期。

第1 期流體包裹體主要分布在石英碎屑顆粒的次生加大邊以及石英顆粒的內(nèi)部裂隙［圖3（c）］，單偏光下為褐色，無熒光或者很淡的黃色熒光，表明該包裹體捕獲時(shí)間較早［圖3（e）］。早期包裹體主要為氣態(tài)烴+液態(tài)烴+少量鹽水、氣態(tài)烴+液態(tài)烴和純液態(tài)烴等3 種不同相態(tài)［18］。由于油氣含量較高，所以在鏡下顯示液態(tài)顏色為黑色或深褐色，氣態(tài)烴呈灰色，居包裹體中央部位；液態(tài)烴為黃褐色，半透明；鹽水無色透明，呈四周分布。這類包裹體以近圓形為主，少部分為不規(guī)則狀，沿早期裂隙呈串珠狀分布，形成于沉積埋藏之后［19］。

第2 期流體包裹體主要分布在切穿石英顆粒裂隙周緣，鏡下表現(xiàn)為串珠狀定向分布，熒光下可見明顯藍(lán)白色熒光［圖3（d）］，熒光顏色較淺說明包裹體內(nèi)部有機(jī)質(zhì)含量較低，形成于生氣階段，略微晚于早期。晚期烴類包裹體以氣態(tài)烴+液態(tài)烴+大量鹽水及氣態(tài)烴+大量鹽水2 種相態(tài)組合為主。一般情況下，捕獲的包裹體較大且多為橢圓形和不規(guī)則狀［圖3（f）］，呈串珠狀分布。多見于晚期成巖階段的裂隙，且在晚期硅質(zhì)膠結(jié)物和亮晶方解石膠結(jié)物中也可見［20］。

圖3 伊陜斜坡吳起地區(qū)延長組儲層成巖作用和包裹體分布（a）石英顆粒緊密排列，碎屑物質(zhì)充填石英顆粒間隙；（b）原生及次生石英顆粒緊密排列，可見石英加大邊，包裹體廣泛發(fā)育，包裹體形態(tài)為橢球狀至球狀，可見串珠狀分布；（c）鏡下見大量包裹體不均勻分布；（d）熒光下烴類包裹體發(fā)出熒光，包裹體數(shù)量多；（e）包裹體以次橢圓狀分布；（f）烴類包裹體以球狀分布，散布于石英礦物間隙或石英加大邊內(nèi)部Fig.3 Diagenesis and fluid inclusions distribution of Yanchang Formation in Wuqi area，Yishan slope

4 包裹體均一溫度測試結(jié)果

包裹體均一溫度測試是在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室流體包裹體實(shí)驗(yàn)室完成，測試儀器為英國生產(chǎn)的Linkam THMSG 600 冷熱測溫臺，測出均一溫度和冰點(diǎn)溫度，并對其結(jié)果進(jìn)行校正［21］。伊陜斜坡吳起地區(qū)延長組長4+5、長6 儲層流體包裹體類型主要包括鹽水裹體、含液態(tài)烴和氣態(tài)烴包裹體。具體測試結(jié)果如表2 所列。且根據(jù)鹽度—冰點(diǎn)關(guān)系換算表計(jì)算出本區(qū)延長組儲層流體包裹體鹽度［22］。

表2 伊陜斜坡吳起地區(qū)包裹體均一溫度Table 2 Homogenization temperatures of fluid inclusions in Wuqi area，Yishan slope

此外，結(jié)合鄂爾多斯盆地伊陜斜坡正寧地區(qū)延長組長4+5 和長6 儲層伊利石測年結(jié)果（表3），可得知油氣成藏期主要為130.9～94.6 Ma。

表3 伊陜斜坡砂巖儲層自生礦物（伊利石）K-Ar 同位素定年分析數(shù)據(jù)Table 3 Authigenic mineral（illite）K-Ar isotopic dating data of sandstone reservoir in Yishan slope

5 包裹體成分特征

對伊陜斜坡吳起地區(qū)延長組采油井W48 井烴類包裹體進(jìn)行激光拉曼探針分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)延長組儲層砂巖中不同期次的烴類包裹體成分具有一定差異（圖4）。第1 期烴類包裹體主要為CO2及高飽和烴［圖4（a）］。而第2 期烴類包裹體則以高飽和烴、CH4為主［圖4（b）］。結(jié)合油氣演化過程得知早期捕獲烴類包裹體時(shí)，烴源巖處于低成熟階段［24］，而后期捕獲烴類包裹體時(shí)，油氣到達(dá)成熟階段，有大量氣烴生成，如CH4等［25］。烴類包裹體的成分差異，闡述了有機(jī)質(zhì)由低成熟向高成熟的演化過程［26］。

圖4 伊陜斜坡W48 井激光拉曼分析Fig.4 Laser Raman analysis of well W48 in Yishan slope

6 油氣成藏期次分析

本次延長組樣品測溫?cái)?shù)據(jù)顯示，鹽水包裹體的均一溫度集中在90～150 ℃（圖5），雖然分布較廣，但連續(xù)分布，并在90～100 ℃和130～140 ℃等2 個(gè)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)峰值，說明其為持續(xù)充注［27］。2 期包裹體的鹽度處于5%～20%，且流體包裹體的始熔溫度都在-21℃以上，表明包裹體內(nèi)的鹽水溶液為NaCl-H2O［28］（圖6）。

圖5 伊陜斜坡吳起地區(qū)延長組儲層包裹體均一溫度分布Fig.5 Homogenization temperatures distribution of fluid inclusions of Yanchang Formation in Wuqi area，Yishan slope

圖6 伊陜斜坡吳起地區(qū)長4+5 和長6 儲層包裹體鹽度分布Fig.6 Distribution of salinity in fluid inclusions of Chang 4+5 and Chang 6 reservoirs in Wuqi area，Yishan slope

油氣充注期間，石油對儲層的充注程度隨著烴源巖成熟度的提高而提高［29］，導(dǎo)致在充注過程中石油攜帶的地層水中各種烴類及有機(jī)酸含量增多，進(jìn)而使得地層水的pH 值逐漸降低。最終導(dǎo)致與石油伴生的孔隙水酸性增強(qiáng)，加快長石和方解石的溶解，K+、Na+、Ca2+等離子遷移釋放進(jìn)入孔隙水中，使流體的鹽度增加［30-31］。綜上所述：低鹽度流體包裹體對應(yīng)較低溫流體包裹體（早期），而高鹽度流體對應(yīng)較高溫流體包裹體（晚期）［32］。

由流體包裹體特征結(jié)合盆地?zé)嵫莼?，可判斷油氣充注時(shí)間［33-34］。根據(jù)地層分層數(shù)據(jù)、地溫梯度及剝蝕厚度，運(yùn)用basinmod 軟件恢復(fù)了研究區(qū)熱演化史。將流體包裹體均一溫度數(shù)據(jù)與盆地?zé)崾分袦囟鹊难莼愤M(jìn)行對比［35］（圖7），得出以下結(jié)論：第1 期烴類包裹體形成于較早時(shí)期，油氣充注期次對應(yīng)距今130～115 Ma，為早白堊世中期。第2 期烴類包裹體對應(yīng)時(shí)間距今108～96 Ma，表明第2 次油氣充注在早白堊世晚期。2 次油氣充注表明鄂爾多斯盆地伊陜斜坡延長組油氣成藏時(shí)期為早白堊世（130～96 Ma），與伊利石測年結(jié)果保持了很好的一致性［36］。

圖7 伊陜斜坡吳起地區(qū)埋藏史圖（W58 井）Fig.7 Burial history of Wuqi area，Yishan slope

7 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地吳起地區(qū)三疊系延長組長4+5、長6 砂巖儲層中的流體包裹體主要分布于細(xì)砂巖的石英加大邊或裂隙中，以氣液烴類包裹體和氣液兩相鹽水包裹體為主，通過自生礦物序次確定存在2 期流體包裹體。通過測量不同期次的烴類包裹體的成分，發(fā)現(xiàn)2 期烴類包裹體氣體存在明顯區(qū)別，早期以CO2為主，晚期以CH4等有機(jī)氣體為主。測量得到鹽水包裹體的均一溫度主要存于90～110 ℃和130～140 ℃等2 個(gè)峰值區(qū)間，分布范圍廣，說明油氣為連續(xù)充注。

（2）根據(jù)流體包裹體測溫?cái)?shù)據(jù)和伊利石測年結(jié)果，結(jié)合激光拉曼實(shí)驗(yàn)分析確定了鄂爾多斯盆地伊陜斜坡吳起地區(qū)延長組存在2 期油氣充注：第1 期距今130～115 Ma，為早白堊世中期；第2 期為早白堊世晚期，距今108～96 Ma。2 次油氣充注表明鄂爾多斯盆地伊陜斜坡延長組油氣成藏時(shí)期為早白堊世（130～96 Ma）。以上發(fā)現(xiàn)為吳起采油廠的開采方向提供了參考依據(jù)，可對開采地區(qū)相鄰區(qū)塊延長組地層進(jìn)行勘探。