應(yīng)用定量顆粒熒光技術(shù)研究低滲致密油藏成藏特征
——以鄂爾多斯盆地西緣長(zhǎng)8段為例

梁正中，許紅濤

(1.榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 榆林 719000；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，西安 710065)

0 引言

基于低滲透致密油藏潛在的巨大資源量，國(guó)內(nèi)外均將其作為石油地質(zhì)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。許多學(xué)者從油氣藏形成的宏觀控制因素和基本成藏條件等方面，研究構(gòu)造演化、沉積儲(chǔ)層、源儲(chǔ)配置及動(dòng)力來(lái)源等對(duì)致密油氣藏形成的控制作用，探討了不同盆地致密油的成藏特征與成藏機(jī)理[1-3]。我國(guó)致密油資源豐富，分布范圍廣闊，其中以鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組的致密油最為典型[4-7]。鄂爾多斯盆地目前開(kāi)發(fā)的致密油資源主體位于盆地中部環(huán)縣-慶陽(yáng)范圍內(nèi)，縱向上位于延長(zhǎng)組中下部。而盆地西緣地區(qū)斷裂發(fā)育，經(jīng)歷了較為復(fù)雜的構(gòu)造演化，烴源巖品質(zhì)、砂層含油性、油藏分布和成藏特征與盆地內(nèi)部主體相比存在較大差異。有關(guān)西緣長(zhǎng)8段油藏的研究十分薄弱，成藏條件相對(duì)復(fù)雜，形成控制因素尚不清楚。

針對(duì)利用包裹體研究油氣的運(yùn)移和成藏作用，澳大利亞CSIRO石油資源部流體歷史分析技術(shù)中心建立了古油柱探測(cè)技術(shù)，其中有表征油氣包裹體顆粒豐度的含油氣包裹體豐度指數(shù)GOI和顆粒熒光定量QGF等參數(shù)。定量顆粒熒光技術(shù)(quantitative grain fluorescence (QGF)和QGF on extract (QGF-E)通過(guò)檢測(cè)儲(chǔ)層巖石顆粒(QGF)及其二氯甲烷抽提物(QGF-E)的熒光響應(yīng)，可有效識(shí)別顆粒含油氣豐度與性質(zhì)。目前，有關(guān)檢測(cè)分析技術(shù)在儲(chǔ)層含油氣性、古油層識(shí)別進(jìn)而解釋復(fù)雜的油氣充注過(guò)程等方面取得了大量成果[8-10]。因此，本次基于流體包裹體分析、含油包裹體豐度統(tǒng)計(jì)和定量顆粒熒光技術(shù)(QGF和QGF-E)，以鄂爾多斯盆地西緣長(zhǎng)8段為研究對(duì)象，針對(duì)充注控制因素關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展相應(yīng)研究，分析對(duì)比盆內(nèi)外成藏差異性，為該區(qū)油藏勘探提供參考。

1 區(qū)域石油地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是中國(guó)陸地上重要的含油氣沉積盆地，位于陜、甘、寧、蒙和晉5省交界部位。根據(jù)盆地現(xiàn)今構(gòu)造特征，一般將其劃分為6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，分別為伊盟隆起、伊陜斜坡、渭北隆起、晉西撓褶帶、天環(huán)坳陷和西緣沖斷帶?，F(xiàn)今沉積環(huán)境穩(wěn)定，沉積厚度較大，為油氣的富集提供了良好的生成和儲(chǔ)集空間。三疊系延長(zhǎng)組為其主要含油層位。前人根據(jù)沉積旋回特征，將延長(zhǎng)組自上而下劃分為長(zhǎng)1—長(zhǎng)10共10個(gè)油層組。由長(zhǎng)10至長(zhǎng)1，湖盆經(jīng)歷了一個(gè)形成、擴(kuò)張、發(fā)展至消亡的沉積演化過(guò)程。長(zhǎng)7油層組時(shí)期湖盆分布范圍最廣，水深達(dá)到最大，盆地處在全盛時(shí)期，廣泛發(fā)育淺湖-半深湖相厚層暗色富有機(jī)質(zhì)泥巖、油頁(yè)巖，其沉積厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、類型較好，是盆地中生界最主要的烴源巖[5]。同時(shí)，湖盆內(nèi)河流三角洲和湖泊沉積體系廣泛分布，緊鄰的長(zhǎng)6和長(zhǎng)8油層組低孔低滲-特低滲致密儲(chǔ)層是主要儲(chǔ)集層，這些有利的生儲(chǔ)組合為形成盆內(nèi)大型油藏奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖1 西緣逆沖斷帶斷裂分布和地理位置Fig.1 Map showing reverse thrust fault distribution in the West margin of Ordos basin and the geographic position

目前油田主力勘探開(kāi)發(fā)區(qū)主要位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡的西南部，在構(gòu)造區(qū)劃上橫跨天環(huán)凹陷與陜北斜坡，構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層平緩，缺乏背斜、斷層等構(gòu)造圈閉。本次研究的PY地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部天環(huán)南段地區(qū)，橫跨西緣逆沖帶和天環(huán)向斜兩個(gè)構(gòu)造單元。受印支運(yùn)動(dòng)等的影響，西緣逆沖帶斷層發(fā)育，PY研究區(qū)西部受斷層影響尤其顯著；研究區(qū)東部位于天環(huán)坳陷中南段，天環(huán)坳陷構(gòu)造比較穩(wěn)定、斷層并不十分發(fā)育(圖1)。在延長(zhǎng)組長(zhǎng)3、長(zhǎng)8等油層組近年來(lái)發(fā)現(xiàn)大量油氣，顯示西緣PY地區(qū)具有良好的勘探前景。前人對(duì)鄂爾多斯盆地研究成果表明，中生界長(zhǎng)7烴源巖的生烴高峰期主要在早白堊世[11-12]。早白堊世末期，鄂爾多斯盆地整體進(jìn)入抬升剝蝕改造時(shí)期。研究區(qū)地處盆地西緣，在排烴高峰期及以后構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈，由上初步可知相比盆內(nèi)主體部位構(gòu)造必然會(huì)對(duì)成藏具有一定的影響和作用。鉆井地質(zhì)資料同樣證實(shí)，本區(qū)中生界油氣藏分布受構(gòu)造控制比較明顯，但對(duì)兩者之間動(dòng)態(tài)變化關(guān)系討論很少。

2 樣品采集與實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)

本次研究樣品來(lái)自PY油田近10口井長(zhǎng)8段砂巖儲(chǔ)層，其中包裹體豐度統(tǒng)計(jì)、QGF和QGF-E分析主要選取典型探井22塊巖心樣品。流體包裹體觀測(cè)所用儀器顯微鏡為日本產(chǎn)Olympus，另配100倍8 mm長(zhǎng)焦工作鏡頭；顯微測(cè)溫、測(cè)鹽使用的儀器為英國(guó)Linkam THMS600G型冷熱臺(tái)，分析精度為±0.1 ℃。

油氣從烴源巖中排出后，在運(yùn)移充注、聚集成藏過(guò)程中，與其同時(shí)或近于同時(shí)形成的自生礦物中可能捕獲流體包裹體。通過(guò)對(duì)這些流體包裹體的均一溫度、鹽度、氣液比及成分等進(jìn)行分析，可大致推斷其形成時(shí)的熱力學(xué)條件和所捕獲烴類的地球化學(xué)特征。油氣包裹體豐度是指在顯微鏡下統(tǒng)計(jì)油層砂巖包裹體薄片中含有油氣包裹體的砂巖碎屑顆粒數(shù)占所有統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)的百分比，為油氣包裹體定量統(tǒng)計(jì)分析的一種方法。研究表明，油氣包裹體豐度在不同儲(chǔ)層的油層和水層中存在數(shù)量級(jí)的差別，據(jù)Eadington等對(duì)多個(gè)油氣田儲(chǔ)層油氣包裹體豐度(GOI)統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，一般油層GOI值大于5%，而運(yùn)移通道GOI值為1%～5%，水層GOI值則小于1%。油氣包裹體豐度指數(shù)(GOI)可用來(lái)判斷古油層、油水界面，推測(cè)油水界面變化，從側(cè)面表征石油在成藏期充注的程度。利用定量顆粒熒光技術(shù)對(duì)區(qū)內(nèi)單井的分析，通常主要采用QGF-Index和QGF-E強(qiáng)度2個(gè)參數(shù)。古油層/油層的QGF-Index值(顆粒熒光指數(shù))通常大于4，QGF光譜在375～475 nm出現(xiàn)峰值；古水層/水層的QGF-Index值通常小于4，QGF光譜比較平緩；從古油層/油層過(guò)渡到古水層/水層后，QGF-Index值會(huì)突然下降。QGF-E值同樣伴隨有對(duì)應(yīng)變化[13]。

本次實(shí)驗(yàn)分析主要是采用由CSIRO石油資源部提供的QGF和QGF-E分析專利技術(shù)。顆粒熒光定量分析(QGF, Quantitative Grain Fluorescence)：將巖樣經(jīng)過(guò)輕微研磨，原始樣品為巖芯時(shí)要經(jīng)過(guò)適當(dāng)破碎，巖樣含泥量高時(shí)可經(jīng)過(guò)適當(dāng)水洗。根據(jù)巖樣的粒徑分布篩選具有代表性粒徑的顆粒作為分析樣品。依次用二氯甲烷、雙氧水及鹽酸對(duì)樣品進(jìn)行處理，烘干。最終使巖樣呈顆粒狀態(tài)(通過(guò)鏡檢確定)，其主要含有石英和長(zhǎng)石。在Varian熒光分光光度計(jì)中測(cè)定巖樣的熒光強(qiáng)度。顆粒萃取物熒光定量分析(QGF-E, Quantitative Grain Fluorescence On Extract)：將上一步得到的巖樣用一定體積的二氯甲烷(DCM)抽提，測(cè)定抽提液的熒光強(qiáng)度。其中，熒光分析波長(zhǎng)300～600 nm，QGF Index顆粒熒光指數(shù)為375～475 nm熒光強(qiáng)度的平均值與300 nm附近熒光強(qiáng)度的比值，QGF Ratio顆粒熒光比值為375～475 nm熒光強(qiáng)度的平均值與350 nm附近的熒光強(qiáng)度的比值，QGF-E Intensity顆粒萃取液熒光強(qiáng)度為顆粒萃取液的最大熒光強(qiáng)度(Extract Max)與用于萃取的顆粒的質(zhì)量的比值，再乘以系數(shù)1.2。

3 結(jié)果與討論

3.1 流體包裹體薄片觀察和GOI統(tǒng)計(jì)

砂巖儲(chǔ)層中流體包裹體保留了許多重要信息，如溫度、壓力、流體成分、古環(huán)境特征等，油氣包裹體分析是研究油氣充注成藏的一種有效手段[9-10]，油包裹體的熒光顏色可作為不同成熟度油氣的直接顯示。

本次研究鏡下觀察，樣品中分布有油氣包裹體、鹽水包裹體、少量氣烴包裹體，部分油氣包裹體發(fā)生后期演化為瀝青質(zhì)包裹體。氣烴包裹體弱黃色熒光或無(wú)熒光，透光下灰黑色。瀝青質(zhì)包裹體弱黃色熒光分布不均，透射光下淺黃或灰黑色(圖2)。油氣包裹體零星或群體分布在石英顆粒內(nèi)裂隙中，次生加大邊中包裹體極少。熒光主要為黃黃綠褐黃色，未見(jiàn)藍(lán)色、藍(lán)白色，表明研究區(qū)原油成熟度可能不高。

巖芯觀察顯示油跡、油斑普遍，油浸少見(jiàn)。研究區(qū)整體含油顯示級(jí)別和充注飽滿程度均低于湖盆內(nèi)部。與鄰區(qū)相比，長(zhǎng)8含油飽和度普遍偏低。分析化驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也顯示本區(qū)含油氣包裹體豐度和顆粒熒光強(qiáng)度均不大，如木90井GOI值普遍小于5%(表1)，表明其在地質(zhì)歷史時(shí)期的古含油飽和度也不高。

3.2 顆粒熒光定量測(cè)試結(jié)果

在對(duì)長(zhǎng)8砂巖樣品進(jìn)行處理分析后，與未接受過(guò)油氣充注的儲(chǔ)層相比，古油層一般具有強(qiáng)QGF熒光響應(yīng)，油層會(huì)檢測(cè)到較強(qiáng)QGF-E熒光響應(yīng)，而水層通常只具有弱的熒光響應(yīng)。本次開(kāi)展了對(duì)鄂爾多斯盆地西緣地區(qū)3口典型井砂巖樣品開(kāi)展了顆粒熒光定量測(cè)試和對(duì)比分析。

位于中北部的木90井：顆粒熒光分析相關(guān)測(cè)試值變化規(guī)律較為一致(圖3)。砂巖中石油充注強(qiáng)度自上而下呈逐漸降低趨勢(shì)；顯示油藏聚集環(huán)境穩(wěn)定，構(gòu)造破壞影響較小。

西南部孟20井：測(cè)量數(shù)據(jù)較少，但可發(fā)現(xiàn)QGF Index值和QGF-E強(qiáng)度值兩者變化不一致；表明后期油藏可能發(fā)生下述調(diào)整或者破壞。

與孟20井相鄰的演180井：熒光定量分析參數(shù)兩者關(guān)系不匹配，下部樣品具有較高QGF Index和GOI值，而對(duì)應(yīng)較低的QGF-E熒光響應(yīng)(圖4)，表明早期油氣充注規(guī)模較大，之后可能由于構(gòu)造破壞發(fā)生烴類逸散。目前附近的下部水層/含油水層曾經(jīng)也是油層，相當(dāng)于古油層。

圖2 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)8油層組流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.2 Microscopic photo of fluid inclusions from reservoirs in Member Chang 8a.虎11井2815.13 m，熒光，油氣包裹體；b.與圖2a為同一視域，透射光；c.木165井2607 m，熒光，油氣包裹體；d.與圖2c為同一視域，透射光

表1 包裹體GOI及定量熒光分析Table 1 G01 of inclusion and quantitative fluorescence analysis

圖3 木90井顆粒熒光分析參數(shù)Fig.3 QGF index and QGF-E intensity depth profile for well Mu 90

圖4 演180井顆粒熒光分析參數(shù)Fig.4 QGF index and QGF-E intensity depth profile for well Y180

3.3 現(xiàn)今流體特征分析

在上述樣品實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)收集油田相關(guān)流體測(cè)試數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)地層水等特征表現(xiàn)出與盆內(nèi)主體部位的顯著差別。中北部地區(qū)礦化度較高，封閉條件較好；西南部孟16井區(qū)總礦化度僅為6.7 g/L，鄰近孟19井油質(zhì)較重(圖5)。這反映西南緣斷層附近原油黏度和密度高于研究區(qū)周邊區(qū)域，地層水礦化度低值區(qū)與重質(zhì)油分布區(qū)較為吻合。同時(shí)，對(duì)樣品中流體包裹體的均一溫度、鹽度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，可見(jiàn)西緣逆沖斷褶帶油氣包裹體均一溫度與鹽度沒(méi)有相關(guān)性，表明本區(qū)流體包裹體原始封閉體系受到過(guò)影響或者破壞，其間有其它外來(lái)流體的交換。

圖5 西緣地區(qū)典型探井流體性質(zhì)Fig.5 Fluid characteristics of typical wells in the West margin

圖6 長(zhǎng)7湖相泥頁(yè)巖層成熟度分布圖Fig.6 Maturity of lacudtrine shale in Member Chang 7

3.4 分析討論

(1)生烴成藏條件

在鄂爾多斯盆地近源成藏的背景下，有效烴源巖的大面積分布是低滲致密油藏形成的關(guān)鍵。湖盆鼎盛期廣覆式烴源巖分布是大規(guī)模致密油形成的基礎(chǔ)。致密油與烴源巖互層共生或緊鄰烴源巖發(fā)育的特征說(shuō)明，烴源巖對(duì)致密油的重要性較常規(guī)油藏更為突出。綜合鄰區(qū)的油源分析結(jié)果認(rèn)為，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7、長(zhǎng)9優(yōu)質(zhì)烴源巖均可能成為盆地長(zhǎng)8油藏的有效烴源巖[4]。但長(zhǎng)9烴源巖分布范圍有限，所以就本地區(qū)而言，長(zhǎng)7發(fā)育的一套低熟泥頁(yè)巖是主要的供烴源巖，即長(zhǎng)8原油來(lái)自長(zhǎng)7段烴源巖，油氣以晚期成藏為主。前人結(jié)合儲(chǔ)層、輸導(dǎo)等成藏條件分析認(rèn)為，長(zhǎng)8段低滲致密儲(chǔ)層的油氣充注過(guò)程可劃分為過(guò)充注、正常充注、欠充注模式等三類[14]。本次油氣包裹體實(shí)驗(yàn)分析得出西緣地區(qū)原油成熟度和古含油飽和度均較低，應(yīng)屬于欠充注模式，根本原因在于遠(yuǎn)離盆地內(nèi)部生烴中心。無(wú)論從烴源巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和熱演化程度來(lái)看(圖6)，西緣地區(qū)油源相較盆內(nèi)主力區(qū)塊油田均明顯要差，由此整體成藏條件相對(duì)不利。

(2)構(gòu)造變動(dòng)與油藏調(diào)整

鄂爾多斯盆地西緣逆沖斷裂帶從晚三疊世末雛形出現(xiàn)，歷經(jīng)晚侏羅世西緣逆沖推覆構(gòu)造和晚白堊世西緣斷陷盆地逆沖推覆構(gòu)造演化，在新生代經(jīng)過(guò)喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生褶皺和沖斷作用而改造定型。由于構(gòu)造位置的特殊性及演化的差異性，前已述及造成西緣生烴成藏條件和過(guò)程與盆內(nèi)油田多有不同。雖然后期構(gòu)造轉(zhuǎn)變一般伴隨著早期形成油氣藏的調(diào)整甚至破壞，自三疊紀(jì)以來(lái)存在的4次構(gòu)造抬升對(duì)盆內(nèi)主體如隴東地區(qū)油氣藏的形成與保存影響甚微[15-18]。但有證據(jù)表明，西緣逆沖斷褶帶早期聚集油氣層在晚期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間發(fā)生過(guò)明顯的開(kāi)啟，使早期油氣藏發(fā)生破壞，甚至有觀點(diǎn)認(rèn)為鄂爾多斯盆地油氣成藏作用主要受控于喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。本次主要從包裹體流體記錄、顆粒熒光定量分析并結(jié)合現(xiàn)今流體特征來(lái)分析緣區(qū)內(nèi)油藏破壞改造情況。研究區(qū)探井樣品QGF Index和GOI值均較高，對(duì)應(yīng)QGF-E值較低，顯示含油氣包裹體較多，說(shuō)明曾有一定規(guī)模的充注，而儲(chǔ)層現(xiàn)今殘留的油氣少。這種油水界面的變化就體現(xiàn)了構(gòu)造調(diào)整的作用。在晚侏羅-早白堊世燕山運(yùn)動(dòng)持續(xù)作用及晚期喜山運(yùn)動(dòng)影響下，西緣地區(qū)強(qiáng)烈抬升，區(qū)內(nèi)斷層極可能具備開(kāi)啟地質(zhì)條件。特別是喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)西緣逆沖斷帶油藏調(diào)整影響較大，造成早期聚集油藏的輕烴組分通過(guò)斷層散失至鄰近較高部位圈閉形成氣藏，剩余組分重新聚集成低飽和度重質(zhì)油藏[13,19]。目前長(zhǎng)8下部的水層曾經(jīng)也是油層即相當(dāng)于古油層，而現(xiàn)在的油層相當(dāng)于殘余油藏，表現(xiàn)為油氣充注程度向下降低，同時(shí)流體性質(zhì)差異較大。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)鄂爾多斯盆地西緣地區(qū)與盆地內(nèi)部相比斷裂發(fā)育、構(gòu)造作用強(qiáng)，流體性質(zhì)與油氣充注規(guī)模、成藏特征存在較大差異。

(2)油氣包裹體觀察、包裹體GOI及定量熒光分析結(jié)果說(shuō)明該地原油成熟度不高，研究區(qū)整體含油顯示級(jí)別和含油飽和度均低于湖盆內(nèi)部，其根本原因在于遠(yuǎn)離盆地生烴中心，西緣生烴成藏條件不利。

(3)區(qū)內(nèi)測(cè)試樣品QGF Index值和QGF-E強(qiáng)度值兩者變化不一致，表明早期油氣存在一定充注規(guī)模，后期油藏可能發(fā)生構(gòu)造調(diào)整或者破壞造成了烴類泄漏，降低了區(qū)域含油性，使得西緣斷裂發(fā)育區(qū)油水分布進(jìn)一步復(fù)雜化。