鄂爾多斯盆地豐富川地區延長組流體包裹體特征及油氣成藏期次

唐建云 ，張 剛 ，史 政 ，章 星 ，陳玉寶

（1.克拉瑪依職業技術學院，新疆克拉瑪依834000；2.中國石油大學（北京）克拉瑪依校區，新疆克拉瑪依834000；3.延長油田股份有限公司定邊采油廠，陜西榆林719000；4.中國石化石油勘探開發研究院無錫石油地質研究所，江蘇無錫214126；5.延長油田股份有限公司，陜西延安716005）

0 引言

含油氣盆地中儲集層礦物在生長發育過程中因受各種因素的影響易產生晶格缺陷，而被包裹于這些缺陷晶格中的富含油氣的流體被稱之為油氣包裹體［1］。油氣包裹體不僅記錄了油氣藏形成時的物理化學條件和油氣成分信息，而且也記錄了油氣從生成、運移到聚集成藏過程的海量信息［2-4］。近些年來，流體包裹體技術在石油地質學領域的應用取得了豐富的成果，尤其是在油氣成藏機理研究方面，具有無可比擬的“特殊性”，因此受到石油地質學家們的重視。流體包裹體在油氣成藏研究中的應用主要表現在以下幾個方面：①烴源巖排烴史、有機質類型及成熟度；②油氣運移的時間、方向和通道；③油氣形成的物理化學條件；④油氣演化程度；⑤油氣充注期次與成藏時間確定等。

鄂爾多斯盆地三疊系油氣成藏期次方面的研究已經取得了豐碩成果，如付金華等［5］利用地球化學和流體包裹體證據對三疊系長8儲集層的致密化過程與成藏藕合關系進行了深入研究，認為長8油藏是一個連續且存在多期主力充注的油藏，其中，晚期充注代表了主成藏期。王傳遠等［6］采用顯微熒光技術和流體包裹體顯微測溫技術，并結合長9儲集層的埋藏史和熱演化史，提出了長9儲集層存在兩期油氣充注的觀點。這些研究實例大多集中在盆地的中西部地區，而位于盆地東緣的豐富川地區的勘探程度較低，油氣成藏期次方面的研究相對薄弱。為確定豐富川地區長2和長6儲集層的油氣成藏期次，本文選取豐富川地區6口井的24塊巖樣，并對巖樣中賦存的流體包裹體進行詳細分析和研究，最終確定油藏的成藏期次和成藏過程，以期對盆地三疊系“連續充注型”油藏的成藏理論提供證據。

1 地質概況

圖1 鄂爾多斯盆地豐富川地區地理位置Fig.1 Geographical location of Fengfuchuan area in Ordos Basin

鄂爾多斯盆地蘊含著豐富的油、氣、煤、鹽以及多種金屬礦產資源，油氣勘探潛力巨大，已成為我國重要的能源基地之一。豐富川地區在地理位置上處于陜西省延安市東北方向，西起安塞、東達青化砭，南至川口。構造上位于盆地一級構造單元陜北斜坡的東部［7-9］（圖 1）。構造較為平緩，地層傾角小于1o，多年勘探開發實踐表明：①研究區發育上三疊統延長組長2、長4+5和長6等多套含油層系，其中長2和長6均為目前產油的主力油層，具有豐富的油氣資源，勘探前景廣闊。下伏長7為全區最重要的烴源巖發育段；②三疊系沉積體系以三角洲為主，主要發育三角洲前緣和三角洲平原亞相；③巖性以巖屑長石砂巖和長石砂巖為主，儲集空間類型以原生粒間孔和次生溶蝕孔較為常見，砂巖孔隙度為5%～10%，滲透率為0.1～3.0 mD，含油飽和度為20%～35%，屬于典型的“特低孔-特低滲”型儲層。

2 實驗儀器與方法

實驗分析測試在西安石油大學流體包裹體實驗室完成，儀器為英國Linkam科學儀器公司生產的THMS600型冷熱臺以及配套顯微鏡，測溫范圍為-196～600℃，測量精度為±0.1℃，顯微鏡為Leica DMR型號，實驗室溫度為25℃。

實驗方法為：首先利用顯微鏡對樣品中的油氣包裹體進行巖相學組合（FIA）特征分析，包括油氣包裹體的分布、大小、相態、顏色及氣液比等，再利用THMS600型冷熱臺確定包裹體的均一溫度、冰點溫度以及初熔溫度，最后結合鄂爾多斯盆地豐富川地區地層埋藏史和熱演化史分析確定油氣藏的成藏期次。

3 流體包裹體特征

3.1 巖相學特征

通常情況下，為準確劃分流體包裹體的形成期次，要對流體包裹體所在的宿主礦物內的鹽水包裹體進行巖相學特征分析，以獲得不同產出狀態下包裹體的詳細特征，包括分布、大小和相態等。借助熒光顯微鏡對鹽水包裹體和烴類包裹體加以區分和甄別，可獲得烴類包裹體的特征。通過對鄂爾多斯盆地豐富川地區宿主礦物內的鹽水包裹體進行透射光和熒光綜合分析，發現了3種類型的流體包裹體：①鹽水包裹體，該類型包裹體多呈圓形、橢圓形以及不規則形態，分布在石英次生加大邊、石英溶蝕微裂隙和碳酸鹽膠結物中［圖 2（a）—（c）］，包裹體個體普遍較小，為1～3μm，中等富集程度，氣液比為3%～16%，長2砂巖儲層中最為常見。②含液態烴包裹體，該類型包裹體主要以橢圓形及不規則狀，呈串珠狀成群成帶形態分布在石英次生加大邊及石英溶蝕微裂縫中［圖 2（d），（e）］，包裹體個體微小，為2～6μm，富集程度較高，氣液比為14%～26%，該類型包裹體在熒光下發微弱的黃綠色熒光，透射光下呈淺褐色。③液態烴包裹體，該類型包裹體主要為橢圓形和不規則形態分布于石英次生加大邊及石英溶蝕微裂縫中［圖2（f）］，包裹體個體較小，為2～7μm，富集程度偏低，氣液比為55%～75%，該類型包裹體在熒光下呈黃綠色，透射光下呈微弱的淺褐色。綜上所述，豐富川地區長2和長6儲層砂巖內的流體包裹體具有以下特征：鹽水包裹體和液態烴包裹體個體普遍較小（1～7μm），鹽水包裹體和含液態烴類包裹體主要以橢圓形和不規則形態分布于第一期的石英次生加大邊及石英溶蝕微裂縫中。

圖2 豐富川地區延長組流體包裹體形態與分布特征（a）姚304井，570.9 m，長2，石英溶蝕微裂隙內鹽水包裹體，單偏光；（b）姚306井，485.53 m，長2，石英溶蝕微裂隙內鹽水包裹體，單偏光；（c）姚249井，540.85 m，長2，石英次生加大邊內鹽水包裹體，單偏光；（d）姚312井，875.43 m，長6，石英次生加大邊內液態烴包裹體，單偏光；（e）姚255井，955.56 m，長6，石英次生加大邊內鹽水包裹體，單偏光；（f）姚251井，970.85 m，長6，石英次生加大邊內液態烴包裹體，單偏光Fig.2 Morphology and distribution characteristicsof fluid inclusionsof Yanchang Formation in Fengfuchuan area

3.2 均一溫度特征

包裹體均一溫度反映的是礦物捕獲流體時的溫度［10-15］。通過測試包裹體均一溫度可了解在某個地質歷史時期的有機包裹體形成時的古地溫，其中油氣包裹體的均一溫度反映了油氣充注成藏時儲集層的古地溫特征。通過對豐富川地區三疊系延長組進行系統采樣，挑選了若干長2和長6砂巖樣品，對其中的液態烴類包裹體伴生的均相捕獲的鹽水包裹體進行了均一溫度測試（表1）。實驗測試結果表明：①豐富川地區長2和長6儲層內鹽水包裹體均一溫度都呈“單峰”式（圖3），均一溫度主要分布于80～130℃，但峰值出現的位置有所不同，長2的流體包裹體的主均一溫度峰值為90～110℃，而長6的包裹體的主均一溫度峰值為100～120℃。②含液態烴包裹體和液態烴相伴生的鹽水包裹體的均一溫度同樣表現為“單峰”式，并且鹽水包裹體均一溫度從上到下呈現逐漸增大的趨勢，可綜合判斷長2和長6儲層內液態烴的捕獲主要為一期。

表1 豐富川地區長2和長6儲層包裹體測試數據Table 1 Testing data of fluid inclusions of Chang 2 and Chang 6 reservoir in Fengfuchuan area

圖3 豐富川地區長2和長6包裹體均一溫度直方圖Fig.3 Homogenization temperature of fluid inclusions of Chang 2 and Chang 6 reservoir in Fengfuchuan area

將長2和長6儲層砂巖中的石英加大邊上的鹽水包裹體和溶蝕微裂縫上的鹽水包裹體進行觀察和均一溫度測試，按照“包裹體的均一溫度反映的是礦物捕獲流體時的溫度”這一原理［10-14］，可以得出以下結論：長6包裹體中捕獲的地層流體溫度為100～120℃，長2包裹體中捕獲的地層流體溫度為90～110℃，當時地層均處于中成巖A期。

3.3 冰點溫度

地質學家們常采用初熔溫度（低共熔溫度）和冰點溫度等2個重要參數來確定流體包裹體的成分［1-4］。豐富川地區長2和長6儲層中鹽水包裹體的初熔溫度測試結果顯示：①初熔溫度均大于-20.9℃，表明流體包裹體含鹽體系成分為NaCl；②冰點溫度為-7～-5℃，均大于-7℃，表明流體包裹體成分為NaCl-H2O體系的鹽水溶液，并且鹽度為9.76‰～10.30‰，均小于11‰，屬于中等鹽度包裹體。長2儲層的鹽水包裹體所捕獲的地層水較長6儲層具有更高鹽度，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。將烴類包裹體相伴生的鹽水包裹體所獲得的冰點溫度與均一溫度進行交會投點（圖4），可以看出二者相關性較差。

圖4 豐富川地區長2和長6冰點溫度和均一溫度的關系Fig.4 Relationship between freezing temperatureand homogenization temperatureof Chang 2 and Chang 6 reservoir in Fengfuchuan area

4 油氣成藏

通常情況下，油氣富集成藏會受到生儲蓋條件、構造條件以及運移保存條件等多因素控制，他們相互之間既有聯系又有區別［15］。鄂爾多斯盆地豐富川地區三疊系延長組油氣藏的富集成藏、破壞逸散和再成藏均為上述因素共同作用的結果［17］。

4.1 生儲蓋條件

豐富川地區延長組沉積時為大型內陸湖泊，其中長7沉積期為半深湖—深湖，泥巖十分發育，有機質類型為腐植—腐泥型，具有“豐度高、生烴潛力大和成熟度高”等特點，有效烴源巖面積可達3.0萬km2，為三疊系油氣藏的主力供烴層段［16-17］。長7烴源巖的生烴模擬實驗結果表明，其生烴強度可達45萬 t/km2，為豐富川地區油氣藏的形成奠定了堅實的油源基礎。

三疊紀，鄂爾多斯盆周緣發育許多環帶狀復合三角洲沉積，如延安—延長三角洲和吳起—靖邊等三角洲，豐富川地區位于延安—延長三角洲沉積體系上，其中長64發育三角洲前緣水下分流河道砂體，長63和長2均發育三角洲平原分流河道砂體，這些砂巖儲集體普遍具有分選好和物性好等特點，為優質儲集體，也是油氣較為富集的場所。砂體的展布方向主要為北東—南西向，水下分流河道砂體在厚度、物性以及含油飽和度等方面均好于水下分流間灣。縱向上，長6和長2均具有一定的韻律性，總體上具有向上變細的特征；橫向上，不同規模的砂體與泥巖疊置可形成良好的巖性圈閉，研究區的長64，63及長2油藏均是如此。

4.2 構造條件

豐富川地區位于陜北斜坡帶東部，其構造活動較弱，形態也較為單一，主要表現為一東高西低的單斜（地層傾角小于1°，地層坡降小于7 m/km），長6—長2地層整體上為一呈北東-南西向展布的鼻隆構造（鼻隆寬度為800～1 500 m，高度為5～10 m），楊俊杰［7］認為這種隆凹相間的鼻狀構造對油氣富集具有一定的控制作用。巖心觀察結果顯示，研究區長6—長2巖石中常發育不同規模的裂縫，裂縫和解理走向以北東—南西向為主。顯微鏡下亦能發現被褐色瀝青浸染和充填的微裂縫，這些裂縫和解理均是油氣運移的重要通道，其下伏的長7烴源巖生成的油氣沿著這些裂縫和解理發生穿層垂向運移，在“合適的圈閉”中聚集成藏［8-9］。

4.3 油氣運移方式

按照油氣運移動力學原理，研究區長7烴源巖生成的大量油氣在地層壓力的驅動下向低勢區的長6—長2儲集層運移和輸導，運移通道包括各種孔隙和穿層裂縫，油氣運移的距離和油氣聚集的層位受隔夾層的厚度、連通性砂體的空間展布以及裂縫發育程度等多重因素控制。在長6頂部泥巖蓋層發育的地區，油氣多在長6儲集層中聚集成藏，在長6和長4+5二者頂部泥巖蓋層均不發育的地區，油氣多運移至長2儲集層中聚集成藏。長2上覆地層（長1）為優質的區域性蓋層，對長2儲集層中油氣的保存具有一定的貢獻作用。上述成藏類型被稱為“爬樓梯”式成藏模式（圖5）。通過對研究區長6—長2砂體厚度、橫向發育規模以及連通性等數據進行統計分析，可以得出長64，63及長2油藏的形成均為油氣縱向運移的結果。綜上所述，豐富川地區油氣富集成藏受多種因素的控制，包括鄰近優質烴源巖、發育良好的輸導體系以及低幅度“隆凹相間”的構造格局等。

圖5 豐富川地區三疊系延長組成藏模式（據文獻［15］修改）Fig.5 Accumulation model of Triassic Yanchang Formation in Fengfuchuan area

4.4 成藏時間

關于鄂爾多斯盆地三疊系延長組的成藏期次的研究，學者們爭論的焦點是單期次充注還是多期次充注［18-26］。地質學家們在研究成藏期次時，多應用流體包裹體的均一溫度資料結合相應地層埋藏史和熱演化史，以推測儲層內烴類充注的時間和期次［27］。

晚侏羅世到早白堊世，鄂爾多斯盆地發生了一次重要的地溫急劇升高的構造熱事件，約距今124～153 Ma，古地溫梯度為 3.0～4.5 ℃/100 m［10-11］，大地熱流值為85～105 mW/m2，當時延長組埋藏深度為2 200～3 000 m，達到地質歷史時期的最大值。經過推算，豐富川地區長2儲層的包裹體的捕獲時間為距今115～100 Ma，長6儲層的包裹體的捕獲時間為距今120～105 Ma，即早白堊世（圖6）。因此，豐富川地區延長組油氣藏主要為單期充注而成。

圖6 豐富川地區三疊系延長組埋藏史和熱演化史Fig.6 Burial history and thermal evolution history of Triassic Yanchang Formation in Fengfuchuan area

5 結論

（1）鄂爾多斯盆地豐富川地區延長組長2和長6儲層的流體包裹體主要為鹽水包裹體和含液態烴包裹體，包裹體個體普遍較小，為1～7μm，包裹體鹽度小于10.5‰，屬于中等鹽度。其中長6儲層中流體包裹體的均一溫度為100～120℃，長2儲層中流體包裹體均一溫度為90～110℃，流體包裹體捕獲時地層均處于中成巖A期。

（2）鄂爾多斯盆地豐富川地區延長組長2和長6儲層的油氣充注時間均為早白堊世，且均為單次充注成藏，其中長2儲層的油氣充注時間為距今115～100 Ma，長6儲層的油氣充注時間為距今120～105 Ma。