鄂尔多斯盆地子长地区延长组流体包裹体特征与油气成藏期次

梁　宇，任战利，王彦龙，史　政

（1.西北大学大陆动力学国家重点实验室，陕西西安710069；

2.延长油田股份有限公司子长采油厂，陕西延安716000）

鄂尔多斯盆地子长地区延长组流体包裹体特征与油气成藏期次

梁宇1，任战利1，王彦龙2，史政1

（1.西北大学大陆动力学国家重点实验室，陕西西安710069；

2.延长油田股份有限公司子长采油厂，陕西延安716000）

摘要：鄂尔多斯盆地子长地区延长组砂岩储层主要成岩作用有压实作用、胶结作用、溶蚀作用和裂隙作用等，成岩自生矿物以绿泥石、自生石英、方解石为主。根据油气包裹体寄主成岩矿物的形成时间序列，识别出两期油气包裹体。第一期油气包裹体主要分布在石英和长石等矿物溶蚀孔隙、早期裂隙中，被石英和长石后期次生加大边包裹起来。第二期油气包裹体分布在石英晚期裂隙和亮晶方解石胶结物中，晚期裂隙切割了早期裂隙或石英加大边，并切穿了颗粒边界。通过对与烃类共生的盐水包裹体进行均一化温度测试，得到两期流体包裹体的均一温度：早期主要在90～105℃，晚期主要在105～120℃。两期均一温度分布连续，主要集中在90～120℃范围内。结合流体包裹体含盐量、密度分析，认为研究区延长组油气主要为连续一期成藏。对比研究区埋藏史、地热史分析及延长组储层伊利石K－Ar同位素定年结果得出，研究区主要的油气成藏期发生在距今100～120ma，即早白垩世晚期。

关键词：流体包裹体；成岩作用；油气成藏；延长组；子长地区；鄂尔多斯盆地

流体包裹体分析在油气运移、成藏期次、油气成藏年代学和油气成藏史等研究中发挥了重要作用，具有广泛的应用价值，已成为油气地球化学领域的研究热点之一［1－2］。不同学者对鄂尔多斯盆地三叠系油气成藏期次进行了研究，但对延长组的油气成藏时间、期次、成岩期次与成藏期次的顺序关系等仍有不同的看法［3－5］。而且以往对鄂尔多斯盆地三叠系油气成藏期次研究多集中在盆地西部地区［6－8］。对东部地区研究尚薄弱，因此对鄂尔多斯盆地东部地区三叠系油气成藏期次进行深入研究，对认识和完善全盆地三叠系油气成藏规律有重要的意义。

1　地质概况和研究方法

子长地区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡带的东北部，研究层位为三叠系延长组长6、长2层段，延长组以河流三角洲沉积体系为主，岩性主要为长石砂岩和岩屑长石砂岩，以细粒结构为主，储层非均质性较强。

本次研究选择了子长地区8口钻井的岩心样品进行研究。首先，通过岩石薄片观察，结合扫描电镜和粘土矿物X－射线衍射分析，识别主要成岩矿物、成岩现象及成岩作用类型，进而确定成岩期次，并划分成岩矿物形成时间序列与油气充注的时间关系；其次，在高倍偏光显微镜下和荧光显微镜下观察包裹体薄片，研究油气包裹体的分布、相态、类型、丰度、荧光等特征，结合包裹体所赋存的寄主矿物的形成时间序列和期次，确定油气包裹体期次；对不同期次油气包裹体进行显微测温，获得均一温度和冰点温度，用Bodnar方程计算包裹体的盐度［9］，再通过包裹体均一温度－盐度－密度关系图得到相应的密度值［10］；最后，结合研究区精细埋藏史恢复、热史分析和储层伊利石K－Ar同位素定年的研究，确定油气成藏期次及其绝对时间。

2　成岩作用

成岩作用指沉积物固结为坚硬岩石之前所发生一系列变化，成岩作用研究是油气包裹体研究的基础。在前人对鄂尔多斯三叠系古地温研究的基础上［11－13］，结合本文成岩矿物特征和包裹体测温资料，推断子长地区长6、长2段砂岩储层已普遍进入晚成岩A期阶段。其主要成岩作用如下。

2.1压实作用

机械压实作用贯穿于埋藏成岩阶段的整个过程，主要表现在沉积密度加大，孔隙度缩小，颗粒由点接触变为线接触到凸凹接触，同时伴生的有微裂隙、压溶及胶结作用。

2.2胶结作用

①粘土矿物（绿泥石、伊利石、高岭石）胶结：早期粘土矿物沿碎屑颗粒边缘形成衬边，说明绿泥石薄膜形成于压实作用的同时或稍后。②钙质胶结：早期泥晶方解石充填粒间空隙或晚期亮晶方解石呈连晶式胶结。在晚期亮晶方解石解理缝中有沥青侵染现象（图1a），并伴有细小油气包裹体，大多小于1μm，较小且数量较少；局部可见亮晶方解石充填在长石和石英的溶蚀孔隙中（图1a），表明亮晶方解石的形成晚于长石和石英的溶蚀。③硅质胶结：Ⅰ－Ⅱ级石英次生加大或以微晶形式充填残余粒间孔隙，自生石英覆盖并包裹绿泥石薄膜和自生伊利石，被晚期亮晶方解石所包围，说明其形成早于方解石，但晚于绿泥石和伊利石薄膜（图1b，c）。在石英加大边底部分布有较多的沥青或有机包裹体，形成一个明显的沥青环带，证明油气充注同时于或略早于石英次生加大作用（图1d）。④浊沸石胶结：分布不普遍，仅见于部分井的部分层段（图1e），表现为浊沸石沿斜长石的双晶纹或解理缝分布，甚至完全变成浊沸石而呈斜长石的假象。

2.3溶蚀作用

图1　鄂尔多斯盆地子长地区延长组主要成岩矿物及包裹体形态与分布特征

研究区内储层砂岩具有两期溶蚀作用。第一期以长石、岩屑粒内溶解和颗粒边缘溶蚀为特点，后为绿泥石薄膜包绕（图1f），应为成岩早期浅埋藏条件下地表大气淡水淋滤的结果。第二期溶蚀作用发生于碳酸盐、浊沸石等胶结作用之后，突出表现为长石、岩屑、浊沸石等硅铝酸盐矿物沿其解理、微裂缝及颗粒边缘被溶蚀（图1e），溶孔直径从数微米至数十微米，溶蚀作用较为强烈，而碳酸盐矿物的溶蚀较微弱，这种溶蚀特点与有机质成熟过程中大量形成的有机酸密切相关，属于埋藏溶蚀作用。埋藏溶蚀作用与生油期匹配，形成的溶蚀孔中充填有当时生成的油气，部分可见沥青充填，在石英加大边底部发育沥青环带（图1d），证明溶蚀作用发生在石英自生加大之前［7］。

2.4微裂隙作用

发育两期微裂隙，早期裂隙未穿过石英碎屑颗粒，被石英加大边所包裹（图1g），说明早期裂隙形成于石英次生加大之前；早期裂隙中分布着线状沥青或者串珠状油气包裹体（图1h）。晚期裂隙切穿了整个碎屑颗粒，并切割石英加大边或者早期裂隙，其中分布有晚期油气包裹体和沥青侵染物（图1i，j）。

通过以上储层和包裹体的岩相学分析，建立了本区延长组油层成岩矿物序列与油气充注的关系（图2），具体表现为机械压实—早期粘土膜形成—早期方解石沉淀—石英次生加大开始—有机流体注入—长石、石英颗粒溶蚀—微裂隙—沸石形成—石油侵位—石英次生加大显著—石油大规模充注—长石、方解石、沸石溶蚀—微裂隙—晚期方解石充填—晚期白云石充填或交代碎屑颗粒。由于自生矿物的形成需要一定时间，因此上述各成岩作用必然会出现重叠。

图2　鄂尔多斯盆地子长地区延长组油藏成岩矿物序列与油气充注关系

3　油气包裹体期次及特征

3.1油气包裹体期次

由成岩作用与油气包裹体分布特征可以识别出两期油气包裹体。第一期油气包裹体主要分布在石英和长石等矿物溶蚀孔隙、早期裂隙中，被石英和长石等后期次生加大边包裹起来，或分布在次生加大边底部形成沥青环带状结构（图1g），油气包裹体连串分布，包裹体形态不规则，一般较小（多为2～8μm），气液比普遍小于10％，为多相烃类包裹体。第二期油气包裹体在石英晚期裂隙和亮晶方解石胶结物中，石英晚期裂隙中呈串珠状定向分布（图4i，j），晚期裂隙切割了早期裂隙并切穿了颗粒边界；油气包裹体较大（多为4～10μm）；包裹体油、气、水相态边界较清楚，气液比一般大于8％，最高可达20％；一般含盐水及气态、液态烃类，也可见到沥青，为多相有机包裹体；亮晶方解石胶结物中包裹体相态复杂，很小不易测量。对样品进行了荧光观测，发现流体包裹绝大部分为不发荧光的盐水包裹体和气体包裹体；油包裹体相对数量较少。经统计，第一期油气包裹体呈褐色，显示浅黄色、褐黄色及褐色荧光；第二期油气包裹体显示黄褐色、黄色或黄绿荧光，有少量油气包裹体显示蓝白色荧光，并在大部分井中见大量发褐色、褐黄色荧光的油浸染物和少量不发荧光的沥青（图1k，l）。

3.2流体包裹体均一温度特征

流体包裹体均一温度在长安大学流体包裹体实验室的英国Linkam科学仪器公司生产的THMS600型冷热台进行测试，测定误差为士0.1℃（表1）。在包裹体共生的各类型流体中，相对而言，盐水包裹体均一温度的稳定性较高。因此，尽量选取与有机包裹体共生的盐水包裹体进行均一温度测定［14］。

表1　鄂尔多斯盆地子长地区延长组储层流体包裹体测试数据Table 1　Test data of fluid inclusions in the Yanchang reservoirs of Zichang area，the Ordos Basin

续表1鄂尔多斯盆地子长地区延长组储层流体包裹体测试数据Table 1　（continued）Test data of fluid inclusions in the Yanchang reservoirs of Zichang area，the Ordos Basin

用盐水包裹体均一温度数据制作了直方图（图3），从包裹体均一温度统计分析可以看出，均一温度分布范围较宽85～130℃，但分布较连续，主要分布在90～120℃之间，有两个明显的温度峰区：第一期均一温度主要分布在90～105℃之间，峰值温度95℃；第二期均一温度主要分布在105～120℃之间，峰值温度110℃。两个峰值，表示研究区烃类的运移和充注是一个由强到弱，再由弱到强的幕式充注的过程；两期均一温度分布连续，表明整个充注过程未发生大的构造事件，油气为连续充注。综合表明，研究区延长组应为连续一期两幕成藏。

3.3流体包裹体含盐量、密度特征

流体包裹体冰点温度在长安大学流体包裹体实验室测定。初熔温度为－42.6～－68.8℃，平均为－56.5℃；冰点为－0.6～－11.4℃，平均为－3.9℃；流体类型为NaCl－H2O型。通过冰点温度测量结果计算得到流体包裹体含盐量为1.05％～15.37％，主要为2.5％～11.5％；其中，早期流体包裹体含盐量1.05％～11.22％，主要为2.5％～10.8％；晚期流体包裹体含盐量1.25％～15.37％，主要为3.4％～11.0％ （图4）。

流体包裹体密度变化不大，主要分布在0.96～1.05g/cm3。总的趋势是随着温度升高密度有降低趋势；但温度升高，含盐量又有增大趋势，导致密度增加。所以综合两方面因素，密度亦没有太大变化（图5）。

图3　鄂尔多斯盆地子长地区延长组储层流体包裹体均一温度直方图

图4　鄂尔多斯盆地子长地区流体包裹体均一温度－含盐量关系

图5　鄂尔多斯盆地子长地区流体包裹体均一温度－密度关系

早、晚两期自生矿物流体包裹体含盐量和密度比较稳定，变化不大。这也说明研究区延长组主要存在一期流体活动，应为连续一期成藏。

4　油气成藏时期的确定

4.1盆地热史研究提供的油气成藏时期

鄂尔多斯盆地早白垩世之后发生强烈的抬升剥蚀作用，盆地东部抬升剥蚀量可达2000m以上［15］，在子长地区早白垩世之后的剥蚀可达1400～1500m［16］。本文在埋藏史恢复的基础上，恢复了该区盆地热演化史（图6）。根据恢复的热演化史可以看出早白垩世地层达到最大古地温，早白垩世是三叠系延长统的生油高峰期［11，15］。

地层埋藏史及其地层温度的演化过程史是包裹体定年的依据，将包裹体均一温度数据与盆地热史中温度的演化史进行对比，可以判定油气运移成藏的时间［17－20］。子长地区延长组包裹体均一温度主要分布在90～120℃，与研究区热史中的温度对比，得出延长组油气主要成藏期为100～120ma （早白垩世晚期），这与前人确定的延长矿区油气成藏时期相吻合［21］。

需要指出的是，延长组流体包裹体温度分布在85～130℃，略高于地层温度。原因在于研究区长7主力烃源岩较薄，部分油气来自西南生烃凹陷，并以“爬楼梯”的方式运移到研究区并聚集成藏。所以油气热演化程度略高，所测包体温度略高于研究区地层温度是正常的。

4.2伊利石测年法确定的油气成藏时期

储层中自生伊利石仅在流动的富钾水介质坏境中形成，油气进入储层后，伊利石形成过程便会停止。因此，储层自生伊利石年龄反映了油气充满储层的最早时间，即油气藏形成期的最大地质年龄［13，22］。

采用伊利石测年法对子长地区延长组长6含油储层进行了伊利石K-Ar测年，测得的结果为101.8ma±3.3ma，为早白垩世。该时期与盆地热史及包裹体测温结果一致，表明油气成藏时期为地层达最大埋深及最高热演化的早白垩世［11－12，15］。

图6　鄂尔多斯盆地子长地区三叠系延长组热演化史

通过以上包裹体测温、盆地热史、伊利石测年等多种方法确定的油气成藏时期具有很好的一致性，均为早白垩世［11－12，15］。

5　结论

1）通过鄂尔多斯盆地子长地区延长组成岩作用与油气充注关系的研究，表明延长组油气先期充注发生在压实作用之后，石英次生加大之前；后期大规模充注、成藏与石英次生加大略同期或稍晚；相应识别出两期油气包裹体：第一期油气包裹体主要分布在石英和长石等矿物溶蚀孔隙、早期裂隙中，被石英和长石等后期次生加大边包裹起来，或者分布在次生加大边底部形成沥青环带状结构，包裹体形态不规则，一般较小（多为2～8μm），为多相烃类包裹体；第二期油气包裹体在石英晚期裂隙和亮晶方解石胶结物中，晚期裂隙切割了早期裂隙或石英加大边，并切穿了颗粒边界，油气包裹体较大（多为4～10μm），一般含盐水及气态和液态烃类，也可见到沥青，为多相有机包裹体。

2）早期包裹体均一温度为90～105℃，含盐量为2.5％～10.8％，密度0.97～1.04 g/cm3；晚期包裹体均一温度为105～120℃，含盐量为3.4％～11.0％，密度0.96～1.05 g/cm3。两期包裹体均一温度分布连续，含盐量和密度相近，表明油气为连续充注，为一期两幕成藏。

3）通过研究区延长组埋藏史、热史的恢复，结合包裹体测温，确定主要油气成藏时间为100～120ma，即早白垩世晚期；储层自生伊利石K/Ar同位素确定的时间大约为101.8ma左右，与包裹体均一温度确定的油气成藏期基本吻合。

致谢：在流体包裹体岩相学研究和测温中，得到长安大学李荣西教授及其研究生的大力支持和帮助，在此对他们表示衷心的感谢!

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（编辑高岩）

中图分类号：TE122.1

文献标识码：A

文章编号：0253－9985（2011）02－0182－10

收稿日期：2010－04－14；

修订日期：2011－03－15。

第一作者简介：梁宇（1984—），女，硕士研究生，油气成藏和油气地质。

基金项目：国家“十一五”科技支撑计划（2007BAB1701）；国家科技重大专项（2008ZX05005）。

Characteristics of fluid inclusions and reservoiring phases in the Yanchang Formation of Zichang area，the Ordos Basin

Liang Yu1，Ren Zhanli1，Wang Yanlong2and Shi Zheng1
（1.Key Laboratory for Continental Dynamics of Educationministry/Department of Geology，Northwest University，Xi’an，Shaanxi710069，China；2.Zichang Oil Plant of Yanchang Oilfield Company，Yan’an，Shaanxi716000，China）

Abstract：Themain diagenetic types of sandstone reservoirs in the Yanchang Formation of Zichang area，the Ordos Basin，include compaction，cementation，disolution and fracturing.The diagenetic authigenicminerals are dominated by chlorite，authigenetic quartz and calcite.Two different phases of hydrocarbon inclusions have been identified according to the formation time series of the host diageneticminerals.The hydrocarbon inclusions formed in the first phasemainly occur in the dissolution pores of quartz and feldspar or along early-healed fractures，and are coated by quartz or feldspar overgrowth.The hydrocarbon inclusions formed in the second phase are distributed along the late-formed fractures or in sparry calcite cement.The late fractures cut the early fractures or the quartz overgrowth，and go beyond the grain contact.The homogenization temperature of the paragenetic brine inclusions of hydrocarbons has two peaks at90－105℃and 105－120℃respectively.Analysis of salinity and density of the two generations of fluid inclusions reveal that the oil/gas reservoirs in the Yanchang Formation were formed continuously in one stage.The test data of fluid inclusions and illitic K-Ar isotope datingand the thermal history show that late Early Cretaceous（100－120Ma）is themain hydrocarbon accumulation period in Zichang area，the Ordos Basin.

Key words：fluid inclusion，diagenesis，hydrocarbon accumulation，Yanchang Formation，Zichang area，Ordos Basin