冀北坳陷龙潭沟中元古界下马岭组沥青砂岩烃类包裹体特征

吴迪，邱林飞，尚长健，黎琼

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

冀北坳陷龙潭沟中元古界下马岭组沥青砂岩烃类包裹体特征

吴迪，邱林飞，尚长健，黎琼

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

以冀北坳陷龙潭沟古油藏中元古界下马岭组沥青砂岩为研究对象，在烃类包裹体显微岩相学研究的基础上，利用均一法、显微傅立叶红外光谱法等进行研究。研究发现该砂岩至少存在两期次的油气充注，早期油气充注时期为下马岭组成岩早期，该期次油气形成了古油藏，辉绿岩侵入体的烘烤作用对其造成破坏；晚期油气充注发生在成岩期后的燕山期，油气类型为成熟度高的中-轻质油气。冀北地区下马岭组中仍保存有游离的液态原油，具有良好的油气勘探前景。

冀北坳陷；下马岭组沥青砂岩；烃类包裹体显微岩相学；成藏期次；油气类型

我国冀北地区广泛发育中元古界海相碳酸盐岩，地表油苗显示十分广泛［1-3］。前人从地层、岩相、构造、烃源岩地球化学等方面进行了较为系统、全面的研究，并取得了丰硕的成果［1，4-15］，认为冀北地区存在油气成藏的条件。冀北坳陷龙潭沟下马岭组古油藏的发现有力证明了冀北地区曾经存在大规模油气藏。王铁冠曾对其地球化学特征、成藏与破坏因素进行过探讨［16］；近年来部分学者对该古油藏进行了有机岩石学、辉绿岩侵入体同位素年代学等方面的分析［17-18］。但是，由于该地区地层古老，并且经历了多期岩浆活动及构造运动，成藏过程及成藏后的演化过程十分复杂，对于其油气活动的期次与规模、各期次油气充注与破坏时限、烃类流体油气类型等尚缺乏针对性定性甚至定量的研究。作为烃类成藏的化石记录，储层成岩矿物中烃类包裹体直接记录了沉积盆地油气成藏条件和过程，在重构油气成藏及演化研究中极具优势。笔者旨在利用流体包裹体方法，通过显微岩相学观察，确定油气充注期次与充注、破坏相对时间，对包裹体进行均一温度与盐度、显微傅立叶红外光谱等定性、定量研究，从微观层面上对龙潭沟下马岭组沥青砂岩的地球化学特征进行分析，为冀北地区油气勘探提供科学依据。

1 研究区地质背景

冀北坳陷位于华北地台燕山褶皱带的中段，面积约7 000 km2（图1）［8］。研究区既属于古亚洲构造域的一部分，又被滨太平洋构造域所叠加，两大构造域的交接复合，使本区构造演化极其复杂［19］。该地区中新元古界从下到上发育有长城系、蓟县系、青白口系［9］，主要岩性为石英砂岩、灰质白云岩、白云岩和泥岩等。冀北坳陷迄今共发现地表油苗115处，其中新元古界油苗98处，且多以液态油苗为主［1］。

龙潭沟古油藏位于辽宁省凌源县大河北乡何仗子村东约百米处的龙潭沟，在大地构造上，属于冀北坳陷党坝向斜带东南翼。在龙潭沟剖面上，青白口系下马岭组以灰黑、深灰和灰绿色页岩、泥岩为主，偶夹泥灰岩、泥云岩和砂岩。该组下、中、上部各夹一层微斜穿地层层理的暗灰绿色辉长辉绿岩床［16］。

2 流体包裹体地球化学特征

2.1 样品特征及实验方法

图1 研究区大地构造位置图［16］Fig.1 The geotectonic position of study area［16］

含沥青砂岩位于龙潭沟古油藏中元古界青白口系下马岭组底部，含沥青砂岩厚约3.8 m。将采集的沥青砂岩样品制作成双面抛光的包裹体片，制作过程中使用502胶以避免胶产生荧光而对包裹体荧光观察产生影响。在显微荧光-偏光显微镜下对包裹体片进行流体包裹体显微岩相学观察，确定样品中成岩矿物种类以及各种成岩矿物形成的先后顺序，鉴定每种成岩矿物内烃类包裹体的发育特征，包括烃类包裹体的大小、丰度、产状以及单偏光、荧光特征，同时圈定烃类包裹体以及与其伴生的盐水包裹体，使用Linkam THMSG600型冷热台（仪器精度为0.1℃）测定流体包裹体均一温度和盐度，并使用Nicolet 6700型显微傅立叶变换红外光谱仪进行烃类包裹体微区成分分析。

2.2 显微岩相学特征

显微岩相学研究发现，该沥青砂岩大部分粒间孔隙均被黑褐色固体沥青所充填，反映该砂岩曾经存在大规模的油气充注（图2）。该砂岩的成岩作用较弱，部分石英颗粒存在次生加大现象，粒间孔隙为晚期胶结石英所充填。该沥青砂岩中成岩矿物主要有两期，依次为次生加大石英矿物→成岩胶结石英（图3）。部分石英颗粒粒间孔隙有微弱黄绿色荧光（图4A、B）。该砂岩内油气充注可见两期：

第1期油气充注发生于石英颗粒成岩次生加大之前，但未能捕获烃类包裹体，该期次的油气充注表现为砂岩石英颗粒粒间孔隙内普遍充填的黑色、黑褐色沥青。该石英颗粒次生加大不普遍，在发育有次生加大边的石英颗粒周围，明显可见沥青被排斥、挤压的现象（图4C、D）。由此可以推测，在砂岩成岩早期时发生油气充注，石英颗粒表面由亲水性转为亲油性，抑制了成岩作用。随着该期次充注的油气遭受破坏，液烃变为固体沥青，残存在颗粒孔隙中。随后石英颗粒表面再次变为亲水性，部分颗粒见石英次生加大现象，孔隙间残存的固体沥青被挤压，充填在粒间孔隙中。

第2期油气充注发生于石英颗粒成岩次生加大期后，捕获的烃类包裹体发育在石英矿物成岩期后构造微裂隙中，发育丰度高（GOI＞50%），包裹体沿石英颗粒或切穿多个石英颗粒及固体沥青的成岩期后微裂隙成线状/带状分布（图4E、F）。包裹体中液烃呈淡黄色显示黄色荧光，或呈透明无色显示蓝绿色荧光（图4G、H、I、J）；气烃呈灰色。包裹体中的液烃包裹体占60%左右，气液烃包裹体占40%左右。沿微裂隙分布的烃类包裹体切穿石英颗粒及固体沥青，表明微裂隙的产生在固体沥青形成之后，即该期次的烃类充注晚于固体沥青。部分孔隙显示的弱黄绿色荧光与该期次的烃类包裹体荧光性质相似，故判断为同一期油气。从包裹体的发育丰度来看，反映了一期较大规模的中-轻质油运移，部分粒间孔隙有荧光显示，表明该地层仍保存有少量原油。

2.3 均一温度和盐度

包裹体显微岩相学研究表明，该沥青砂岩内主要存在2期油气充注。与第1期油气相关的含烃盐水包裹体发育程度很低，在经历了漫长的地质作用改造后已无法辨别，故本次测温主要针对的是与第2期烃类包裹体共生的含烃盐水包裹体，该期含烃盐水包裹体均为沿石英颗粒的成岩期后微裂隙分布。对该期次的含烃盐水包裹体进行均一化温度和盐度的测试，统计结果如图5所示。与第2期烃类包裹体共生的含烃盐水包裹体均一温度为110～150℃，盐度为9.86～22.38 wt%。该期次的含烃盐水包裹体均一温度范围对应的油气处于中-高成熟阶段，为中-轻质油气。

图2 沥青砂岩粒间孔隙充填黑褐色的固体沥青Fig.2 Dark brown solid bitumen filled in intergranular pore of bitum inous sandstone

图3 下马岭组沥青砂岩先后发育的2期成岩矿物Fig.3 Diageneticm ineral formed in two phases of bitum inous sandstone in Xiamaling Formation

2.4 显微傅立叶红外光谱特征

前已述及，该地区沥青砂岩成岩矿物中发生了2期次的油气充注，但第1期次并没有捕获烃类包裹体。所以仅针对第2成藏期呈淡黄色显示黄色荧光、呈透明无色显示蓝绿色荧光的烃类包裹体进行显微傅立叶红外测试。

图4 下马岭组沥青砂岩显微岩相学特征Fig 4 M icroscopic petrography of the bitum inous sandstone in Xiamaling Formation

图5 下马岭组沥青砂岩含烃盐水包裹体均一温度频率分布直方图Fig.5 Homogenization tem perature histogram of salinewater inclusion with hydrocarbon in bitum inous sandstone in Xiamaling Formation

图6 沥青砂岩中烃类包裹体显微照片及其显微傅立叶红外谱图Fig.6 M icrograph and M icro-FT.IR spectrogram of hydrocarbon inclusions in bitum inous sandstone

测试结果表明，该沥青砂岩中的烃类包裹体存在2类特征的谱图，第1类包裹体的红外谱图甲基对称/不对称伸缩振动峰明显弱于亚甲基对称/不对称伸缩振动峰（图6A）。第2类包裹体的红外谱图甲基对称/不对称伸缩振动峰稍弱于亚甲基对称/不对称伸缩振动峰（图6B）。对比以上两类具有不同特征的红外谱图包裹体的显微特征可以发现，第1类包裹体多呈淡黄色-灰色，显示黄色荧光的烃类包裹体（图4G、H）；第2类包裹体多呈透无色-灰色，显示较强的蓝绿色荧光的烃类包裹体（图4I、J）。说明在同一期次的不同烃类包裹体中油质略有差别，蓝绿色荧光烃类包裹体的成熟度要高于黄色荧光烃类包裹体，推断不同成熟度的油气来源于不同的烃源岩，但油气充注发生在同一时期。

图7 下马岭组烃类包裹体中的基团吸收峰强度比直方图Fig.7 Histogram of intensities of perssad absorption peak of hydrocarbon inclusions in Xiamaling Formation

通过对烃类包裹体AREA［∑CH2］/AREA［∑CH3］比值分布频率统计图可以看出（图7），该地区第2期次的烃类包裹体的AREA［∑CH2］/AREA［∑CH3］比值介于1～3.4，峰值落在1.4～1.8间，经计算Xinc、Xstd值分别介于2～27和4～12，表明该期次烃类包裹体甲基相对丰富，碳链短，油气成熟度较高，多为中-轻质油。

3 讨论

研究表明，龙潭沟下马岭组沥青砂岩存在2期油气充注过程：第1期油气充注发生在石英颗粒次生加大之前的成岩早期阶段，该期次油气在龙潭沟地区大规模成藏，油气充注在石英颗粒间孔隙；第2期充注发生在石英次生加大以后，油气类型主要为中-轻质油气，油气成熟度高，为烃源岩高成熟阶段的产物。

王铁冠［16］认为该地区古油藏遭受破坏主要因素是下马岭组辉长辉绿岩床的热蚀变作用，辉长辉绿岩侵入之前，龙潭沟古油藏得到了良好的保存。刘岩［17］首次发现了固体沥青的类天然焦光学结构，直接证明了沥青砂岩中的沥青曾遭受高温的直接烘烤而产生热蚀变。据最新的测年数据，下马岭组沉积始于1 400Ma［20］，下马岭组下部辉绿岩的侵入年代为1 327 Ma［17］。本项研究认为第1期油气充注发生在成岩早期，石英颗粒次生加大作用产生之前。下马岭组开始沉积后，早期的重质油充填在未固结成岩的石英颗粒孔隙中并形成古油藏，辉绿岩侵入后由于烘烤作用该古油藏被破坏。第2期油气充注发生在成岩期后，石英颗粒次生加大作用产生之后。包裹体显微岩相学观察表明，第2期烃类包裹体均为沿成岩期后的构造微裂隙分布，冀北地区晚三叠世至白垩纪发生强烈的褶皱和断裂运动，以晚侏罗世燕山期的断裂、褶皱活动为主，可以推测第2期次的油气充注与燕山期的构造运动作用有关。

综上所述，冀北地区龙潭沟中元古界下马岭组存在2期油气充注，第1期油气充注始于1 400Ma后的下马岭组沉积时期，1 327Ma时，辉绿岩侵入下马岭组，油藏遭受烘烤产生破坏，砂岩孔隙间充填的原油蚀变为固体沥青。随着下马岭组埋深增大，石英砂岩产生次生加大作用并排斥、挤压砂岩颗粒间充填的固体沥青。晚侏罗世的燕山期冀北地区发生强烈的断裂、褶皱活动，此时第2期油气沿构造微裂隙发生运移，并充注在石英颗粒间孔隙中。冀北地区在远离辉绿岩侵入体的圈闭内，仍存在发现大规模油气藏的可能，石英颗粒孔隙荧光表明下马岭组储层中仍存在液态原油，该区存在良好的油气前景。

4 结论

1）龙潭沟地区下马岭组至少存在2期次的油气充注，第1期油气充注始于下马岭沉积时期，下马岭组辉绿岩侵入体的烘烤作用破坏了古油藏；第2期油气充注于晚侏罗世的燕山期构造运动，为成熟度很高的中-轻质油气；

2）由孔隙间残余沥青丰度可知，龙潭沟地区下马岭组古油藏的储量是十分可观的，虽然在龙潭沟地区，由于辉绿岩侵入体的烘烤作用，古油藏遭受破坏，但是在未受侵入体影响的地区依然存在发现大规模工业性油藏的可能，构造微裂隙中高丰度的烃类包裹体及孔隙荧光证明该地区仍存在液态原油，冀北地区油气勘探前景广阔。

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Characteristics of hydrocarbon inclusions in bitum inous sandstone of M esoproterozoic Xiamaling Formation at Longtangou paleo-oil accumulation of Jibei depression

WU Di，QIU Linfei，SHANG Changjian ，LIQiong
（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

s:On the basis of hydrocarbon inclusionsmicroscopic petrography，the bituminous sandstone in Mesoproterozoic Xiamaling formation at Longtangou paleo-oil accumulation of Jibei depression was studied by using homogenization method and Micro-FT.IR Spectrum method.The research indicates that there were two times of hydrocarbon entrapment at least.The first time was at the early stage of diagenesis of Xiamaling formation，oil accumulation forms but intrusive body of diabase destroyed it. The second time was in Yanshanian，the oil and gas types aremedium-light oil with high maturation. Xiamaling formation in Jibei depression also preserves free hydrocarbon now，Jibei depression has a broad petroleum exploration prospect.

Jibei depression；bituminous sandstone of Xiamaling formation；hydrocarbon inclusions microscopic petrography；phase of hydrocarbon entrapment；oil and gas types

P575.9;P58.21+2.3

A

1672-0636（2015）02-0107-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.02.009

2015-01-26；

2015-01-28

吴迪（1990—），女，吉林磐石人，在读硕士研究生，从事流体地球化学科研工作。

E-mail：wusi_heng@126.com