川中磨溪构造寒武系龙王庙组油气运聚期次

袁海锋, 赵明霞, 王国芝, 宋金民, 刘 勇, 付晨阳, 王维华, 杜 威

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

四川盆地是中国大型的含油富气叠合盆地，面积0.19×106km2。四川盆地震旦系—寒武系油气勘探已经历约60年的历史，1964年发现了威远气田，后又相继发现了资阳气藏、龙女寺等含气构造。20世纪90年代，高石梯构造安平1井和高科1井在灯影组第四段测试获气，邻近构造的女基井也测试获气，但均未形成大规模的勘探局面。2011年，高石1井在川中高石梯构造震旦系灯影组获气；2012年，磨溪8井在寒武系龙王庙组获气；高石17井、磨溪9井、磨溪10井及磨溪11井均获得了百万方气的日产量，预计震旦系和寒武系两套层系含气面积超过7 000 km2，地质储量将达到1×1012m3[1]。

高石梯-磨溪构造震旦系—寒武系气藏是继威远震旦系气田之后的重大突破，尤其是下寒武统龙王庙组天然气藏的发现在四川盆地尚属首次；但就四川盆地整体而言，寒武系的油气勘探程度相对较低，目前针对龙王庙组的探井除威远构造有数口气井外，有气显示的钻井(女基井、女深5井、磨深1井)大都位于古隆起东段轴部，而位于古隆起下斜坡及拗陷区的川西南、川南、川东的大部分探井普遍产水。本文重点从地球化学的角度剖析磨溪构造龙王庙组油气成藏过程及油气运聚期次，以期对盆地内其他构造的油气勘探提供借鉴。

1 区域地质背景

川中古隆起是一个加里东时期发育的大型继承性古隆起，该隆起上的寒武系—志留系在隆升过程中被剥蚀。通过岩相分析发现，川中古隆起区被剥蚀的地层厚度为1.2～1.5 km，构造最高部位位于成都-都江堰-雅安-乐山一带。现今川中古隆起震旦系顶界面总体构造形态为轴向北东、西高东低的巨型隆起，构造轴线为老龙坝-威远-资中-安岳一线。川中古隆起区发育了20多个构造，包括高石梯、磨溪、龙女寺、资阳、威远等[2,3]。高石梯-安平店-磨溪构造现今形态是加里东古隆起漫长演化的结果，具有南北向和北东向两条轴线，且位于古今构造的复合部位。

前人对古隆起演化过程的研究表明[4,5]，上震旦统陡山沱组沉积时期，川中地区为构造隆起区；早寒武世沧浪铺组沉积时期，古隆起构造特征更加显著，总体表现为一个核部在成都以西的龙门山区的水下古隆起[1]。志留纪末期，加里东运动使得川中古隆起定型，古隆起区的志留系剥蚀殆尽。海西—燕山早期，古隆起继承性发育并被不断深埋。燕山晚期—喜马拉雅期，古隆起西段发生强烈构造变形，使得威远构造快速隆升，而东段高石梯-安平店-磨溪构造变形微弱。

龙王庙组除资阳部分地区及其以北遭受不同程度剥蚀外，在川中地区横向分布稳定。高石梯-磨溪地区沉积厚度多在70～100.5 m，仅安平1井较薄，为52 m，向东女基井厚度为101 m，向南盘1井增至124 m；资阳地区除资1、资3、资7井等部分井区遭受剥蚀外，沉积厚度多在60～80.5 m；威远沉积厚度多在59～106 m，向西至汉深1井区剥蚀殆尽，向南逐渐增厚，金石1井区钻厚195 m，窝深1井厚164 m，宫深1井厚211 m。

2 储层特征

2.1 储层岩石类型

对磨溪构造磨溪12井龙王庙组取心段，通过镜下薄片观察，结合工区以往研究经验及认识，认为龙王庙组储层岩石类型主要为晶粒残余砂屑白云岩，另见残余鲕粒白云岩、晶粒白云岩及少量泥质纹层和陆源石英砂等。

晶粒残余砂屑白云岩，为局限台地砂屑滩沉积，矿物成分以白云石为主，晶粒残余砂屑结构清晰(图1-A)，主要为细晶；砂屑由于重结晶作用较强，显残余砂屑结构；粒间颗粒支撑，残余砂屑含量(面积分数)通常在60%以上；储集空间类型主要为粒间晶间孔，部分取心段溶蚀孔洞发育，多被沥青、黄铁矿和白云石充填；沥青含量(面积分数)在5%～18%。

晶粒白云岩，晶粒主要为细晶，局部见泥-粉晶白云岩条带(图1-B)。细晶白云岩多为残余砂屑白云岩经强烈重结晶作用，原结构不易识别。镜下可见细晶白云岩纹层内褐色(反光)有机质、石英、黑云母，说明水动力较强。

图1 磨溪12井龙王庙组储层岩石类型Fig.1 The rock types of the Longwangmiao Formation reservoir in Well Moxi 12(A)残余砂屑白云岩，发育粒间孔、晶间孔及溶孔,深度4 638.54 m; (B)泥晶白云石条带与细晶白云石条带,深度4 687.10 m; (C)残余鲕粒白云岩,深度4 687.70 m; (D)亮晶砾砂屑结构,深度4 680.70 m

残余鲕粒白云岩，为局限台地颗粒滩沉积，仅部分取心段见鲕粒，矿物成分以白云岩为主，因重结晶作用强烈，仅见残余鲕粒幻影，颗粒支撑(图1-C)。

亮晶残余砂屑白云岩，镜下观察见亮晶残余砂屑白云岩、马鞍状白云石化亮晶砂(砾)屑白云岩(图1-D)，亮晶白云石含量(面积分数)为17%～29%。部分亮晶白云岩被马鞍状白云岩交代，仍为明亮的白云石晶体，显示经历了热液作用。发育的粒间晶间孔多被沥青充填，沥青含量(面积分数)约为10%，普遍见马鞍状白云石。

2.2 储集空间类型

据岩心薄片观察，储集空间类型多为粒间孔、晶间孔，部分为粒间晶间溶孔、粒内溶孔、铸模孔、生物潜穴/生物钻孔及溶缝。

粒间晶间溶孔，多为碳酸盐矿物晶体之间的孔隙。磨溪12井龙王庙组取心段多为细晶残余砂屑白云岩，重结晶作用强烈，粒间晶间孔主要是重结晶作用形成。粒间晶间孔在本区比较发育，孔隙形态不规则，部分取心段面孔率较高，手标本上局部面孔率可达10%。

粒内溶孔/铸模孔，多为颗粒内部部分被选择性溶蚀作用而形成的孔隙，主要发育在颗粒白云岩中。该类孔隙的发育多跟同生-早成岩阶段的颗粒的选择性溶蚀作用有关。另外，镜下可见粒内溶孔/铸模孔被后期其他矿物充填，如沥青和黄铁矿、马鞍状白云石与萤石等(图2-B,C)。在生物潜穴/生物钻孔内部溶蚀而形成的孔隙，在岩心薄片上见内部被马鞍状黄铁矿充填(图2-D)。

裂缝，在碳酸盐岩储层中不仅是一种重要的储集空间类型，同时也是一种重要的流体渗滤通道。磨溪12井龙王庙组主要见构造缝、溶蚀缝和压溶缝。压溶缝常见的是缝合线，多发育锯齿状缝合线，常被泥质、有机质、黄铁矿、陆源石英和白云石充填，见缝合线穿过马鞍状白云石脉体。部分缝合线见残留的或后期充填的褐色难溶有机质，这说明缝合线是油气在碳酸盐岩储层中运移的通道之一，但其作为油气储集空间意义不大。

2.3 储集物性特征

从岩心物性分析获得的孔隙度和渗透率数据来看，该构造龙王庙组储层的基质孔隙度和渗透率均较低，储层孔隙度>2%的占69.7%，其中孔隙度为2%～4%的占48.48%，>4%的占12.12%；细晶残余砂屑白云岩的孔隙度较高，多数孔隙度>2%。渗透率>0.001×10-3μm2的占93.94%。

3 储层流体充注序列

川中龙王庙组储层经历了多期构造运动的叠加和改造，储层孔、洞、缝充填的矿物记录了对应的地质事件，充填矿物的序列则暗示地质事件发生的相对时序[6-9]。对磨溪12井、磨溪17井及磨溪13井龙王庙组岩心的观察及显微镜下薄片的观察，确定了储层中流体充注的次序关系及所充填的矿物类型。

图2 龙王庙组中的矿物充填序列Fig.2 The filling sequence of minerals in the Longwangmiao Formation(A)矿物充填序列：白云石→沥青→石英+白云石，样号：MX12-22，磨12井,深度4 653.76 m; (B)矿物充填序列：白云石→沥青，样号：MX13-6，磨溪13井,深度4 616.2 m

磨溪12井龙王庙组取心段(4 620.00～4 688.71 m)孔洞和裂缝中均有不同程度的充填，充填的矿物为白云石、沥青和石英。部分孔洞或裂缝中仅有沥青充填或晶粒状白云石充填，有的孔洞或裂缝边缘可见晶粒状白云石充填，中心为石英。绝大多数孔缝的边缘为晶粒状白云石、中心为沥青充填，有时除沥青外也可见锥状石英。在部分裂缝中仅见石英充填，而在相邻的围岩孔洞中可见沥青充填。根据岩心样品建立的矿物世代关系为：晶粒状白云石→沥青→石英→白云石。

为了确定充填石英与沥青的先后关系，系统地磨制了薄片进行观察。从中可以观察到晶粒状白云石分布于孔洞的边缘，其后为沥青，中心充填为白云石。结合岩心观察结果，可以确定孔洞充填矿物的世代关系为：晶粒状白云石→沥青→石英+白云石/石英/白云石(图2)。

磨溪13井龙王庙组取心井段(4 575.00～4 638.06 m)孔洞较发育，充填类型较多，有的孔洞中充填白云石，有的充填自形锥状石英或沥青，仅在一处可见边缘充填白云石、中心充填沥青，有的地方则基本无充填。从显微镜下来看，石英形成于沥青之后。通过岩心和薄片的观察建立起来的矿物充填序列为：白云石→沥青→石英/白云石+石英。

磨溪17井取心井段龙王庙组的孔洞不如磨溪12井发育，主要发育针孔，有时可见裂缝，针孔内有沥青充填，有的针孔内充填有石英，裂缝内大多充填白云石脉。从薄片上可以见到沿孔洞的边缘零星分布有晶粒状白云石，其后为沥青充填，最后是以沥青为基座结晶沉淀的石英。根据岩心和薄片观察所建立的孔洞矿物充填序列为：白云石→沥青→石英。

4 油气成藏期次

油气成藏期次的研究是油气成藏与分布规律研究中的重要内容之一[10]。近年来，对油气成藏期的研究非常活跃，主要研究方法集中在烃源岩演化史法、圈闭形成期分析法、油气藏饱和压力法、储集层有机岩石学法、储集层自生伊利石测龄法、油藏地球化学法等[11-13]。不同方法各有优点，也都有一定的局限性。近年来包裹体地球化学方法确定油气运移和成藏期次的应用较为广泛。在应用流体包裹体进行油气成藏期次的研究中，要分析不同的成岩矿物特征、生长次序、缝洞充填情况及空间展布关系等，针对不同生长次序的矿物进行详细的油气包裹体鉴别，开展流体包裹体均一温度、盐度、拉曼成分、荧光性和形成期次等方面的研究，其前提是包裹体的岩相学研究。

为了更好地分析磨溪构造龙王庙组油气运移期次，对磨溪12井、磨溪13井、磨溪17井、磨溪21井及磨溪8井的样品进行了包裹体薄片的制样、观察、分析与测试。在研究过程中，对包裹体的寄主矿物的分析建立在前述储层孔、洞、缝中矿物充填次序的基础上进行，重点对孔、洞、缝中充填的第一世代白云石及第三世代石英中的流体包裹体进行分析，同时还对在第一世代白云石之前形成的微晶-细晶白云石中的包裹体进行了测试分析。

4.1 包裹体地球化学特征

通过对包裹体岩相学的分析及显微镜下包裹体特征的观察，认为磨溪构造龙王庙组白云岩储层共发育3个期次的流体包裹体，第一期包裹体发育在微-细晶白云石中，丰度极高，GOI(储层油包裹体颗粒指数)为80%，包裹体成群或均匀分布于微-细晶白云石晶粒内。其中呈褐色、深褐色的液烃包裹体90%左右，呈深灰色的气烃包裹体占10%左右(图3-A,B)。

第二期次发育于晚期缝洞白云石充填期间(第一世代白云石)，发育丰度极高(GOI为60%±)，包裹体成群或均匀分布于晚期缝洞充填白云石内。其中呈褐色、深褐色的液烃包裹体约占70%，呈深灰色的气烃包裹体约占30%(图3-C)。磨溪17井中于晚期缝洞白云石充填期间(第一世代白云石)发育的包裹体也具有极高的丰度(GOI约为40%)，包裹体成群或均匀分布于晚期缝洞充填的白云石内，为褐色、深褐色的液烃包裹体。磨溪21井也见到第二期次的包裹体(第一世代白云石中)，其发育丰度也较高(GOI约为30%)，但丰度不如磨溪17井和磨溪13井，包裹体成群或均匀分布于缝洞充填白云石内。其中呈褐色、深褐色的液烃包裹体占60%，呈深灰色的气烃包裹体占40%。

第三期次包裹体发育于缝洞晚期石英充填期间，发育丰度低(GOI为1%～2%)，包裹体成群或均匀分布于缝洞晚期充填的石英内，以深灰色的气烃包裹体为主(图3-D)。在磨溪12井裂缝充填的石英中也发育成群分布的淡黄-灰色含烃盐水包裹体、深灰色气烃包裹体及深褐色液烃包裹体(图3-E,F)。

图3 龙王庙组不同期次矿物捕获的流体包裹体照片Fig.3 Photos of fluid inclusions captured by different phases of minerals in the Longwangmiao Formation(A)白云石晶体中成群分布的褐色、深褐色液烃包裹体(第一期)，磨溪13井，深度4 606.17 m; (B)发育于微-细晶白云石结晶期间成群或均匀分布于微-细晶白云石晶粒内的褐色、深褐色液烃包裹体(第一期)，磨溪13井，深度4 620.52 m; (C)缝洞充填的第一世代白云石中成群分布的淡黄-灰色含烃盐水包裹体及深褐色液烃包裹体(第二期)，磨溪13井，深度4 606.17 m; (D)孔洞晚期充填的第三世代石英矿物内成群分布的淡黄-灰色含烃盐水包裹体及深灰色气烃包裹体(第三期), 磨溪21井，深度4 648.55 m; (E, F)裂缝充填的第三世代石英脉内成群分布的淡黄-灰色含烃盐水包裹体、 深灰色气烃包裹体及少量深褐色液烃包裹体，磨溪12井，深度4 664.99 m

包裹体的激光拉曼分析能表征油气成藏时的流体信息[14,15]，在LabRAM HR800型激光拉曼光谱仪上对孔洞缝中充填的第一世代白云石的第二期流体包裹体进行了激光拉曼光谱分析，发现该期包裹体的组分主要为CH4、H2S、H2O、CO2及沥青(图4-A)。从各组分对应的谱图组分来看，主要以甲烷为主，其他组分含量较低。充填于孔洞和裂缝中的第三世代石英中第三期流体包裹体的拉曼成分为CH4、C2H4、C6H6、H2S、H2O，与第一世代白云石中的包裹体组分有一定区别，第三世代包裹体除了普遍缺少沥青外，C2H4和C6H6组分比第一世代白云石含量相对丰富，表明第一世代白云石和第三世代石英中的流体包裹体是在不同的油气生成阶段捕获的(图4-B)。

4.2 油气成藏期次

分析表明，龙王庙组储层中共发育3个期次的流体包裹体，第一期包裹体发育在微-细晶白云石中，第二期包裹体发育在储层孔洞缝中充填的第一世代白云石中，第三期包裹体发育在孔洞或裂缝中充填的第三世代石英中(充填的第二世代矿物为沥青)。这些不同期次包裹体的赋存矿物、显微镜下特征以及激光拉曼特征表明，它们是在油气生成的不同阶段捕获的，代表了油气的多期成藏过程。不同期次包裹体的捕获时间或其所代表的油气成藏时间可以通过均一温度的测定和所恢复的储层热演化历史联合标定。

图4 龙王庙组包裹体激光拉曼图谱Fig.4 Laser Raman spectra of the inclusions in the Longwangmiao Formation(A)磨溪12井，深度4 750.80 m，测点位置为第一世代白云石中的气相包裹体;(B)磨溪21井，深度4 648.55 m，测点位置为第三世代石英中的气相包裹体

孔洞缝充填的矿物世代包裹体赋存的矿物及包裹体期次划分有机包裹体特征颜色及相态GOI激光拉曼特征盐水包裹体均一温度/℃对应的油气演化阶段对应的油气成藏时间微晶-细晶白云石(第一期包裹体)褐色、深褐色的液烃包裹体约90%,呈深灰色的气烃包裹体占10%约80%/110～133烃源岩的生烃高峰期中-晚三叠世(第一期油气成藏)孔洞缝充填的第一世代白云石孔洞充填的白云石(第二期包裹体)褐色、深褐色的液烃包裹体占60%～70%,呈深灰色的气烃包裹体占30%～40%30%～60%CH4、H2S、CO2、H2O、沥青143～167凝析油和湿气生成期早-中侏罗世(第二期油气成藏)孔洞缝充填的第二世代沥青储层中的原油裂解为天然气中-晚侏罗世(第三期油气成藏)孔洞缝充填的第三世代石英孔洞充填的白云石(第三期包裹体)以深灰色的气烃包裹体为主1%～2%CH4、C2H4、C6H6、H2S、H2O190～210干气生成期中-晚白垩世(第四期油气成藏)

在LINKAM THMS600型冷热台上对上述的各期包裹体进行了均一温度的测定，第一期微晶-细晶白云石中盐水包裹体的均一温度为110～133℃，第二期孔洞中充填的白云石中盐水包裹体的均一温度为143～167℃，第三期孔洞和裂缝充填的石英中盐水包裹体的均一温度为190～210℃。笔者在已经发表的文章中对川中安平店—高石梯构造典型钻井的热历史已进行过研究[16]，将所测得的3期盐水流体包裹体的均一温度进行投影后，结合孔洞缝中充填的矿物类型及充填序列，认为川中磨溪构造存在至少4期油气充注。第一期流体充注被赋存在微晶-细晶白云石中的第一期流体包裹体所记录，主要为原油的充注，充注丰度高，GOI为80%，为烃源岩的生烃高峰期捕获的油气，成藏时期大致为中-晚三叠世。第二期油气成藏发生在早-中侏罗世，这一事件被孔洞缝中充填的第一世代白云石所记录，发育褐色—深褐色的液烃包裹体以及深灰色的气烃包裹体，GOI值为30%～60%，主要表现为凝析油和湿气的充注。第三期油气成藏事件主要为发生在中-晚侏罗世的原油裂解向天然气转化的过程，在孔、洞、缝中充填的形成于第一世代白云石之后的沥青的充填是古油藏原油裂解的标志[17]，龙王庙组气藏的天然气特征也表明了地史时期发生了油裂解气的事件。第四期油气成藏发生在中-晚白垩世，这一过程被沥青之后沉淀的第三世代石英中的流体包裹体所记录，该期包裹体以深灰色的气烃包裹体为主，GOI仅为1%～2%，对应的均一温度为190～210℃，主要为油裂解气之后的干气生成阶段。

从第一期到第三期流体包裹体，包裹体的均一温度及所捕获的包裹体的相态也在不断地发生变化，含油包裹体颗粒指数(GOI)也逐渐降低，反映了油藏流体液态烃→液态烃+气态烃→油裂解为天然气→气态烃的转化。孔洞缝中充填的不同矿物形成时序及所捕获的流体包裹体特征记录了磨溪构造龙王庙组储层油气成藏的全过程。

5 结 论

a.磨溪构造龙王庙组储层岩石类型主要为晶粒残余砂屑白云岩、晶粒白云岩、残余鲕粒白云岩、亮晶残余砂屑白云岩；储集空间类型主要为粒间孔、晶间孔，部分为粒间晶间溶孔、粒内溶孔、铸模孔、生物潜穴/生物钻孔及溶缝，钻井取心段储层的溶蚀孔洞较为发育，但储层基质的孔隙度和渗透率均较低。

b.根据岩心观察和显微薄片观察的结果，认为储层孔、洞、缝中矿物的充填次序为第一世代白云石→第二世代沥青→第三世代石英+白云石，它们分别代表了不同期次和不同类型的流体充注。龙王庙组储层发育3期流体包裹体，分别赋存于微晶-细晶白云石、第一世代白云石和第三世代石英中；各期包裹体的类型、相态、丰度、组分及GOI值具有明显差异，从第一期到第三期流体包裹体分别捕获了烃源岩不同成熟阶段生成的油气。

c.根据储层孔洞缝中充填矿物的序列和类型以及不同期次包裹体的发育特征，认为川中磨溪构造龙王庙组至少经历了4期油气成藏：第一期油气成藏的温度为110～133℃，被细晶-微晶白云石中的包裹体所记录，成藏时期为中-晚三叠世；第二期油气充注发生在早-中侏罗世，被孔洞中的第一世代白云石中的包裹体记录，对应的盐水包裹体的均一温度为143～167℃；第三期油气成藏为储层中的古油藏在高温作用下裂解为天然气的过程，这一事件被储层孔洞缝中充填的第二世代沥青所记录；第四期油气充注发生在中-晚白垩世，被第三世代石英中的流体包裹体记录，对应的盐水包裹体的均一温度为190～210℃。这些不同期次和不同世代的矿物记录了成藏流体充注的完整的序列与过程。

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