合川大气田须家河组储层流体包裹体特征及天然气成藏期研究

2012-08-20李贤庆黄孝波中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学地球科学与测绘工程学院北京100083

石油天然气学报 2012年12期

王萌，李贤庆，黄孝波（中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学地球科学与测绘工程学院，北京100083）

付铜洋，赖守宁

谢增业（中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007）

天然气成藏时期研究是石油天然气地质学的一个前沿领域，准确确定天然气藏的成藏时期对于研究天然气成藏规律和资源评价、丰富天然气成藏理论具有重要意义。传统意义上的油气成藏期分析方法是通过盆地的构造发育史、圈闭形成史、烃源岩生排烃史的研究，根据烃源岩主生烃期、圈闭形成期、油藏饱和压力来分析油气成藏时期，属于间接确定油气成藏期的方法[1，2]。近些年，油气成藏期研究在国内外取得了长足的进展，一些新的分析技术和方法，如流体包裹体分析、自生矿物同位素定年、生烃动力学、油气地球化学方法等，为油气成藏期的确定提供了更精确的分析手段[3～6]。特别是流体包裹体分析备受青睐，由于它在含油气盆地储集岩中普遍存在，含有丰富的成藏成矿信息，流体包裹体已作为一种重要的成矿流体示踪手段，广泛应用于分析油气运移、成藏期次和油气成藏史等研究中[1～3]。

近年来，中石油在四川盆地中部（简称 “川中”）地区上三叠统须家河组（T3x）岩性气藏勘探取得了较大进展，发现了合川、广安、安岳等大气田。国内学者对川中地区T3x气藏的成藏特征与成藏机理进行过一些研究[7～10]，但对于该区天然气成藏期次争议较大，如有二期充注成藏[7，8]、一期充注成藏[9，10]等的不同认识，并且对合川大气田成藏时期和充注成藏过程研究少。笔者以储层砂岩样品为研究对象，系统地观测了合川大气田T3x储层中流体包裹体的镜下特征、类型、均一温度分布及盐度特征，并结合自生伊利石K－Ar测年数据，研究了合川大气田T3x天然气的成藏时期，旨在为川中地区T3x岩性大气田的成藏过程分析与成藏机制研究提供科学依据。

1 地质概况

川中地区位于四川盆地西侧龙泉山与东侧华蓥山两大深断裂之间，北至营山构造，南到威远古隆起以北。该地区整体呈西倾单斜构造背景，构造上属于川中平缓褶皱区，面积约 5.3 ×104km2[7]。川中地区T3x天然气经过50多年勘探，已发现了八角场、充西、磨溪、广安、合川、安岳等大中型气田（图1），天然气探明储量超过万亿立方米。区内T3x为一套河、湖相沉积的煤系地层。根据岩性组合特征，可分为须一段～须六段（T3x1～ T3x6）。其中T3x1、 T3x3和T3x5为灰黑色泥岩、炭质泥岩夹粉砂岩和煤线，是T3x气藏的主要烃源岩，也是重要的盖层；T3x2、T3x4和T3x6主要为灰色、灰白色中－细粒砂岩，为主要的储集岩。烃源岩在中侏罗世开始进入生烃门限，晚侏罗世开始大量生油，进入高成熟的湿气生成阶段，现今的热演化程度基本处于高成熟阶段，以生成湿气为主。T3x1、T3x3、T3x5烃源岩与T3x2、T3x4、T3x6储集层间互叠置，呈 “三明治”结构，具有广覆式分布特征，构成有利的生储盖组合。

合川大气田位于重庆市西北部潼南县、合川区和四川省武胜县境内，为丘陵地貌，地面海拔在212～396m之间，平均为293m。合川大气田由合川1井区、合川125井区和潼南2井区共3块组成，发育T3x2低渗透砂岩气藏。它是构造背景下的岩性圈闭气藏，为川中地区新近探明的千亿方储量大气田，天然气主要来自下伏T3x1和上覆T3x3烃源岩。该气田天然气成份以甲烷为主，不含H2S，与川中地区其他T3x气藏天然气性质基本一致，为优质天然气。合川大气田T3x天然气主要为湿气，甲烷含量为87.6%～93.3%，干燥系数为88.4%～94.6%；天然气组分碳同位素分析结果显示，δ13C1值为－41‰～－37‰，δ13C2值为－28‰～－24‰，δ13C3值为－24‰～－21‰，表现出腐殖型天然气的特点。

图1 四川盆地天然气藏分布及合川大气田位置

2 样品与试验方法

研究的包裹体样品采自合川大气田的T3x储集岩，岩性主要是中－细粒砂岩。研究过程中，重点选取了合1井、合103井、合108井等的10多块流体包裹体样品进行详细测试，包括包裹体镜下观察、包裹体均一温度和冰点测定。

将储层岩心样品磨制成包裹体两面光薄片，在德国蔡司公司生产的Axioskop 40APOL偏光显微镜上进行细致的岩相学观察，确定流体包裹体的相态、类型和分布特征；使用英国Linkam公司产的MDSG600电动冷热台，在温度为20℃、湿度为30%的条件下对流体包裹体进行均一温度和冰点测定，分析误差为±0.001℃；采用有关NaCl－H2O溶液盐度和冰点的相关关系和曲线图，计算得到包裹体的盐度数据。

3 试验结果与讨论

3.1 流体包裹体镜下特征

合川大气田T3x储集岩主要有长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩和岩屑石英砂岩，其中长石岩屑砂岩较为常见，基质含量变化较大。成岩自生矿物主要为方解石和石英次生加大，后者多发育于岩屑石英砂岩和长石石英砂岩之中。同时，砂岩储层中穿过颗粒的微裂缝和愈合缝较发育。

合川大气田T3x储层砂岩样品中流体包裹体较为发育。显微镜下观察表明，流体包裹体具有以下主要特征：①大多数为不发荧光的盐水包裹体和含气包裹体，也可见到极弱荧光的气态烃包裹体；②包裹体主要赋存在石英颗粒裂缝中和石英次生加大边中，为椭圆形、次棱角形、长条形、负晶形及不规则多边形，呈带状、线状、孤立、零星或成群分布（图2）；③包裹体个体较小，一般小于20μm，主要分布在5～15μm之间，气液比主要在5%～12%之间（表1）。

图2 合川大气田T3x储层砂岩样品中流体包裹体镜下特征

表1 合川大气田T3x储层部分样品的流体包裹体测试结果

3.2 包裹体均一温度和盐度

流体包裹体测温分析表明，合川大气田T3x储层砂岩样品中盐水包裹体的均一温度分布范围较宽，主要分布在85～165℃之间（图3）。尽管储层包裹体均一温度存在多个峰值（85、105、130、160℃），但盐水包裹体均一温度值基本上呈连续分布，反映出合川大气田T3x天然气充注可能是一个连续的过程。

合川大气田T3x储层中，不同井、不同层段样品的包裹体均一温度分布存在一定的差异，揭示不同井、不同层段天然气充注成藏有所差异。例如，合川1井T3x2储层的包裹体均一温度值明显低于合川1井T3x4（图4）；合川1井T3x储层的包裹体均一温度值主要分布在85～105℃和140～170℃范围，而合川108井T3x储层的包裹体均一温度值主要分布在80～155℃范围（图5）。

图3 合川大气田T3x储层样品中盐水包裹体的均一温度频率分布直方图

图4 合川1井T3x2和T3x4储层的包裹体均一温度分布对比

图5 合川1井和合川108井T3x储层的包裹体均一温度频率分布直方图

盐度的大小是根据测得的包裹体冰点来确定的，该次研究采用公式法进行了包裹体的盐度计算。结果表明，合川大气田T3x储层样品的包裹体盐度较低，分布范围为0%～20% （NaCl），主要分布在4%～18% （NaCl）之间（图6）。合川大气田不同井T3x储层样品的包裹体盐度分布也存在一定的差异（图7）：合川1井T3x储层的包裹体盐度分布较集中，分布在4%～14% （NaCl）；合川108井T3x储层的包裹体盐度分布相对分散，主要分布在0%～22% （NaCl）。

3.3 天然气成藏时期分析

国内学者对川中地区T3x气藏天然气的成藏期次和充注成藏时期作过一些研究[7～10]，但目前仍有较大的争议。例如：赵文智等[7]研究认为川中地T3x组天然气是2期成藏：第1期对应于侏罗纪末期至晚白垩世以前，并以侏罗纪末期为主；第2期发生的时间则与白垩纪末出现的抬升期对应。蒋裕强等[8]也认为川中地区T3x气藏为2期天然气充注成藏。而陶士振等[9]认为川中地区T3x天然气充注和聚集成藏是一个持续的过程，主要从晚侏罗世开始持续到古近纪末；天然气成藏时期不是表现为某一或某几个时刻或时期，T3x煤系烃源岩具有连续生烃、持续充注的特点。谢增业等[10]也认为川中地区T3x天然气属于连续充注类型，充注成藏时期主要为晚侏罗世至新近纪。这些成果为该文研究奠定了基础。

图6 合川大气田T3x储层的包裹体盐度频率分布直方图

图7 合川1井和合川108井T3x储层的包裹体盐度频率分布直方图

流体包裹体形成伴随着油气运移聚集，利用与烃类包裹体同期的盐水包裹体的均一温度，可以确定烃类包裹体的形成时间[11]。由于沉积盆地中与油气有关的流体包裹体形成温度相对较低，一般对包裹体均一温度测量结果可以不进行温度校正，因此，同期盐水包裹体的均一温度即可代表储层中烃类包裹体的捕获温度，并结合沉积埋藏史和古地温史，就可以分析油气成藏时期[11，12]。

如前所述，合川大气田T3x储层包裹体的均一温度主要分布范围为85～165℃ （见图3）。依据流体包裹体均一温度的实测结果，结合沉积埋藏－热演化史资料，可以推算出合川大气田T3x天然气的成藏时期。研究认为，合川大气田T3x天然气可能是一个连续充注的成藏过程，主要成藏时期为晚侏罗世－早白垩世，即170～125Ma（图8）。

图8 合川大气田T3x天然气成藏时期分析

从川中地区T3x气藏储层岩心中选取中细粒砂岩样品，扫描电镜观察样品的粒度和伊利石的形态、含量，确定可用于自生矿物伊利石定年分析。分析结果表明，T3x砂岩样品的伊利石K－Ar年龄分布在125～77Ma（图9），这一年龄对应的地质年代是晚侏罗世末－早白垩世，说明T3x天然气主要充注成藏期为晚侏罗世末－早白垩世。