準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭-二疊系油氣成藏期次及時(shí)間厘定

于春勇 賈雨萌 李曉祥 孟姝婳 侯志國(guó) 呂克宸

(①中國(guó)石油渤海鉆探第一錄井公司；②中國(guó)石油大港油田公司勘探事業(yè)部)

0 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地作為我國(guó)內(nèi)陸第二大盆地，經(jīng)歷了海西、印支、燕山等多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，屬疊合型盆地，蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，尤其是西北緣哈拉阿拉特山地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱哈山地區(qū))具有“一源多儲(chǔ)”和“多源一儲(chǔ)”的復(fù)雜成藏特點(diǎn)，勘探前景廣闊[1]。截至目前，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)的油氣勘探方向已由淺部碎屑巖地層向深部火山巖地層轉(zhuǎn)變，即石炭系、二疊系火山巖油氣藏。眾多學(xué)者通過(guò)多種地質(zhì)手段研究發(fā)現(xiàn)，南部瑪湖凹陷二疊系佳木河組、風(fēng)城組及烏爾禾組泥質(zhì)烴源巖為其主要供烴層位，裂縫-孔隙型儲(chǔ)集體為油氣的主要富集空間，烴源灶、斷裂、平行不整合儲(chǔ)層等為該區(qū)域油氣成藏的主控因素。整體而言，該區(qū)域油氣藏具有下部油源供烴，平行整合、斷層與微裂縫不規(guī)則多重輸導(dǎo)，沿?cái)嗔褞Я芽p型儲(chǔ)層發(fā)育層段富集成藏的特征[2-10]。 前人通過(guò)傳統(tǒng)地質(zhì)分析手段定性恢復(fù)評(píng)價(jià)了該區(qū)域油氣成藏演化特點(diǎn)，但多期構(gòu)造作用的疊加致使其油氣成藏史較為復(fù)雜，油氣成藏期次及時(shí)間仍存在一定爭(zhēng)議[1-10]。本文擬通過(guò)流體包裹體、巖相學(xué)及熒光等技術(shù)手段，對(duì)哈山地區(qū)石炭-二疊系儲(chǔ)集體中的石英脈體、長(zhǎng)石顆粒裂紋與方解石脈體中的流體包裹體樣品進(jìn)行測(cè)試分析，并結(jié)合盆地的埋藏史、構(gòu)造演化史和烴源巖演化史，系統(tǒng)分析哈山地區(qū)油氣成藏期次與時(shí)間，進(jìn)一步為區(qū)內(nèi)火山巖油氣藏的勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

哈山地區(qū)位于和什托洛蓋盆地和準(zhǔn)噶爾盆地之間，南部毗鄰瑪湖凹陷，為北西向南東推覆沖斷帶的主體部分，面積約550 km2(圖1)[5-8]，該區(qū)域經(jīng)歷了碰撞擠壓(C-P)、弧后擠壓(P2-T)、伸展斷陷(J1-J12)、再生前陸(J22-Q)等多起構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了多套斷裂體系和沉積間斷不整合面[11-12]，為油氣的運(yùn)移成藏提供了有利的通道和聚集場(chǎng)所。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域內(nèi)自下而上發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系地層；巖性自上而下主要為火山巖、白云質(zhì)泥巖、火山巖，其中火山巖發(fā)育多套，包含玄武巖、安山巖、流紋巖、凝灰?guī)r等多類巖性[1]。地表出露地層以石炭系為主體，且山體南麓與白堊系之間呈角度不整合接觸。

2 實(shí)驗(yàn)儀器與方法

實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院石油系微觀烴類檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室完成，儀器為英國(guó)Linkam科學(xué)儀器公司生產(chǎn)的THMS 600型冷熱臺(tái)以及日本產(chǎn)Olympus配套顯微鏡，另配100倍長(zhǎng)焦工作鏡頭。測(cè)溫范圍-196～600℃，測(cè)量精度±0.1℃，實(shí)驗(yàn)室溫度條件為25℃。

實(shí)驗(yàn)方法：利用顯微鏡對(duì)樣品中的油氣包裹體的分布、大小、形態(tài)、顏色及氣液比等巖相學(xué)組合(FIA)特征進(jìn)行分析，再通過(guò)THMS 600型冷熱臺(tái)對(duì)包裹體的均一溫度、冰點(diǎn)溫度進(jìn)行測(cè)試，最后結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地西北緣哈山地區(qū)的地層埋藏史、構(gòu)造演化史和烴源巖熱演化史分析確定油氣成藏的期次與時(shí)間。

3 流體包裹體特征

流體包裹體是地質(zhì)歷史演化時(shí)期被捕獲于晶格缺陷中的成巖成礦流體，它不僅保存了成巖成礦的“原始樣品”信息，還含有豐富的成藏信息[13]。

3.1 巖相學(xué)特征

利用流體包裹體劃分油氣成藏期次前，首先要對(duì)流體包裹體所在的宿主礦物進(jìn)行巖相學(xué)特征分析，以期獲得不同產(chǎn)狀下包裹體的分布、大小和相態(tài)等詳細(xì)特征，還要通過(guò)熒光顯微鏡來(lái)有效甄別鹽水包裹體和烴類包裹體。本文對(duì)研究區(qū)28塊樣品中石英和方解石宿主礦物內(nèi)的流體包裹體進(jìn)行了透射光和熒光系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要發(fā)育3種類型包裹體：

(1)液態(tài)烴包裹體。該類型包裹體形態(tài)多表現(xiàn)為橢圓形、近圓形、鐮刀形、月牙形，呈串珠狀成群成帶分布于巖石裂隙中方解石脈或顆粒間膠結(jié)物中(圖2a)，包裹體個(gè)體偏大，大小主要分布在5～30 μm之間，富集程度較高，該類型包裹體在透射光下呈深褐色，熒光下表現(xiàn)為微弱的淺褐色，常見(jiàn)于P1f(圖2b)。

(2)含液態(tài)烴包裹體。該類型包裹體富集程度較高，形態(tài)多表現(xiàn)為橢圓形、近圓形，部分為不規(guī)則形，呈串珠狀成群成帶分布于石英顆粒裂紋及石英加大邊內(nèi)，少量發(fā)育于方解石充填物中(圖2c、圖2e)，包裹體個(gè)體中等，大小主要分布在8～15 μm之間，少數(shù)可達(dá)20～35 μm，氣液比為6%～18%，熒光下呈黃色、藍(lán)白色(圖2d、圖2f)。

(3)鹽水包裹體。該類型包裹體富集程度較低且個(gè)體偏小，大小主要分布在3～6 μm之間，形態(tài)多表現(xiàn)為橢圓形、近圓形，常呈零星狀伴隨烴類包裹體分布于石英顆粒裂紋及石英加大邊內(nèi)(圖2c、圖2e)，氣液比為4%～9%。

圖2 包裹體透射光和熒光照片

綜上表明，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭系和二疊系儲(chǔ)層內(nèi)流體包裹體主要發(fā)育于石英顆粒裂紋、石英加大邊及方解石脈體中，鹽水包裹體個(gè)體較烴類包裹體普遍偏小，熒光下烴類包裹體主要呈褐色、黃色及藍(lán)白色3種顏色，為中高等成熟油，表明研究區(qū)存在多期不同成熟度烴類流體的充注。

3.2 均一溫度與冰點(diǎn)溫度特征

烴類包裹體同期伴生的鹽水包裹體均一溫度不僅可以用來(lái)作為古溫度的近似值和熱事件的標(biāo)志，而且還可以用作油氣成藏期次劃分的有效依據(jù)[14-15]。通過(guò)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭-二疊系進(jìn)行系統(tǒng)采樣，對(duì)典型樣品中液態(tài)烴類包裹體伴生的氣-液兩相鹽水進(jìn)行均一溫度和冰點(diǎn)溫度測(cè)試(表1)。從圖3可以看出，測(cè)試結(jié)果表明儲(chǔ)層內(nèi)烴類包裹體伴生鹽水包裹體的均一溫度具有明顯的“三峰”特點(diǎn)：早期流體包裹體均一溫度范圍為70～90℃，對(duì)應(yīng)峰值范圍為75～90℃；中、晚期流體包裹體均一溫度范圍分別為100～135℃、145～160℃，對(duì)應(yīng)峰值范圍分別為115～125℃、145～155℃。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)包裹體均一溫度直方圖

已有研究證實(shí)，低共熔溫度、冰點(diǎn)溫度可用來(lái)確定流體包裹體的成分[16]。

由表1可知，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)的石炭-二疊系儲(chǔ)層中鹽水包裹體的初熔溫度均大于-21.2℃，表明NaCl為研究區(qū)流體包裹體中的主要含鹽體系成分。早期形成的流體包裹體冰點(diǎn)溫度為-5.5～-1.5℃，平均值為-4.3℃，鹽度為2.57%～8.5%，屬于低鹽度包裹體；中、晚期形成的流體包裹體冰點(diǎn)溫度范圍分別為-10.5～-6.2℃、-20.1～-13.1℃，平均值分別為-8.9℃、-18.2℃，對(duì)應(yīng)鹽度分別為9.5%～14.5%、16.9%～22.3%，屬于中高鹽度包裹體，可能受到其他不同層位以及同層位不同方向水源的混合影響。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)儲(chǔ)層包裹體測(cè)試數(shù)據(jù)

4 油氣成藏條件

一般來(lái)說(shuō)，油氣富集成藏受多種因素控制，包括生儲(chǔ)蓋層、構(gòu)造以及運(yùn)移保存條件等，這些因素既相互聯(lián)系又相互區(qū)別[17]，上述因素共同作用下，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭-二疊系地層富集成藏了多期油氣。

4.1 生儲(chǔ)蓋條件

勘探實(shí)踐表明，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)南部瑪湖凹陷的二疊系佳木河組、風(fēng)城組烴源巖為主力生烴層，烏爾禾組次之[9]，有機(jī)質(zhì)類型整體屬于Ⅱ型干酪根。其中，主力烴源巖層佳木河組厚度最厚可達(dá)250 m，TOC含量為0.085%～2.0%，平均為0.56%，風(fēng)城組TOC含量為0.29%～5.35%，平均為1.35%，二者有機(jī)質(zhì)均處于成熟-過(guò)成熟演化階段，生烴潛力較強(qiáng)[9]，為哈山地區(qū)油氣藏的形成奠定了良好的油源基礎(chǔ)。

石炭至三疊系時(shí)期，盆地伸展裂陷構(gòu)造發(fā)育，火山活動(dòng)頻繁，形成了多套火山熔巖-火山碎屑巖與正常碎屑巖組合的扇三角洲及扇三角洲-湖相沉積體系。雖然，這些沉積體系內(nèi)基質(zhì)孔隙度(6%～20%)普遍較低，屬中低孔、低滲儲(chǔ)層，但后期局部構(gòu)造微裂縫的發(fā)育對(duì)儲(chǔ)層物性起到了明顯的改善作用，使其成為油氣富集的有利場(chǎng)所。三疊-白堊系時(shí)期沉積的區(qū)域性泥巖對(duì)下伏的石炭-二疊系儲(chǔ)層起到良好的封蓋作用，故哈山地區(qū)油氣成藏的生儲(chǔ)蓋條件整體較好。

4.2 構(gòu)造條件

自晚石炭系以來(lái)，研究區(qū)經(jīng)歷了海西、印支、燕山等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了多個(gè)沉積間斷面及多套斷裂體系[9]。斷裂體系類型主要為壓性、壓扭性、張性3種，方向整體表現(xiàn)為北東-南西向、北東東-南西西向和近東西向。垂向上又可將其劃分為深部和淺部 2 類，其中深部斷層，亦可稱為控藏?cái)嗔眩饕l(fā)育層位為石炭-三疊系，斷距大，平面延伸距離長(zhǎng)。復(fù)雜的多期構(gòu)造疊加演化作用，整體控制了研究區(qū)油氣成藏的空間配置關(guān)系，最終形成了多期油氣富集及背斜和斷層等多種圈閉成藏模式[18]。

4.3 油氣運(yùn)移方式

雖然哈山地區(qū)石炭-二疊系儲(chǔ)層較差的基質(zhì)孔滲性嚴(yán)重阻礙了油氣的二次運(yùn)移，但地層中極為發(fā)育的斷裂系統(tǒng)與不整合面構(gòu)造為油氣提供了有效的側(cè)向與垂向運(yùn)移通道(圖4)。

圖4 哈山地區(qū)石炭-二疊系油氣運(yùn)移疏導(dǎo)模式(據(jù)文獻(xiàn)[9]修改)

哈山地區(qū)溝通瑪湖凹陷烴源巖的深部斷裂體系主要形成于印支期，且該時(shí)期與烴源巖的主要生排烴窗口匹配良好[9]。因此，瑪湖凹陷二疊系烴源巖生成的油氣，可通過(guò)斷裂系統(tǒng)與不整合面雙重運(yùn)移通道，由深及淺、由南到北，在哈山地區(qū)石炭、二疊系適當(dāng)圈閉中運(yùn)移并聚集成藏[9]。

4.4 成藏期次與時(shí)間

成巖礦物中的流體包裹體特征分析是獲得沉積盆地油氣運(yùn)移成藏信息最為直接和快速的方法，同時(shí)也是最為有效的方法之一[19]。根據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭-二疊系儲(chǔ)層中有機(jī)包裹體的熒光特征及與油伴生鹽水包裹體的均一溫度、鹽度等特征，結(jié)合研究區(qū)埋藏史、構(gòu)造演化史和烴源巖演化史(圖5)，確認(rèn)哈山地區(qū)至少存在3期油氣充注，分別發(fā)生在二疊紀(jì)末(243～251 Ma)、三疊紀(jì)末(205～210 Ma)、晚侏羅世-早白堊世(143～150 Ma)。

圖5 哈山地區(qū)HS 2井埋藏史及熱演化史(據(jù)文獻(xiàn)[20]修改)

5 結(jié) 論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭-二疊系儲(chǔ)層內(nèi)主要發(fā)育液態(tài)烴、含液態(tài)烴及鹽水3種類型烴類裹體，烴類包裹體熒光顏色主要為褐色、黃色和藍(lán)白色3種，烴類包裹體伴生鹽水包裹體均一溫度具有明顯的“三峰”特點(diǎn)，第1峰值為75～90℃，第2峰值為115～125℃，第3峰值為145～155℃，包裹鹽度對(duì)應(yīng)分布范圍分別為2.57%～8.5%、9.5%～14.5%、16.9%～22.3%。

(2)研究區(qū)發(fā)育多套烴源巖、多期生排烴及多期斷裂活動(dòng)均表明該區(qū)油氣成藏過(guò)程復(fù)雜，存在多期油氣充注。流體包裹體測(cè)試基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)至少存在二疊紀(jì)末(243～251 Ma)、三疊紀(jì)末(205～210 Ma)、晚侏羅世-早白堊世(143～150 Ma)3期油氣充注，預(yù)示著該區(qū)域油氣資源豐富，具有巨大的勘探潛力。