鄂尔多斯盆地西南部长8致密油层油气成藏期次和时期

2018-04-07宋世骏刘森梁月霞

断块油气田 2018年2期

宋世骏，刘森，梁月霞

（1.西北大学大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069；2.西北大学地质学系，陕西西安 710069；3.延长油田股份有限公司富县采油厂，陕西延安 716000）

0 引言

鄂尔多斯盆地因延长组发育致密油藏闻名于世，前人已对延长组的油气成藏期次进行了大量研究，这些研究主要集中在盆地的西部和南部的长2、长6、长7与长9油层组［1］，对盆地西南部长8油层组油气成藏期次与时期的研究较少。有机流体活动贯穿了烃源岩从开始排烃到油气储层形成的整个过程，目前对于油气成藏期次的研究更多集中在多种实验方法的运用上，往往忽视了致密油层成岩演化、沉积-构造演化、烃源岩特征对油气成藏过程的限定，以及对油气成藏期次研究的重要性，从而导致对鄂尔多斯盆地延长组这一类致密油层油气成藏时间、期次、成岩期次与成藏期次的顺序关系等仍有不同的看法［2］。

本文针对鄂尔多斯盆地西南部近年来油气勘探展现良好勘探潜力的长8油层组，采集19口钻井的30块岩心样品，利用显微镜观察岩石薄片，在岩石矿物组成及成分分析的基础上，通过对储层沥青和油包裹体显微荧光特征、油包裹体伴生盐水包裹体均一温度精细分析，明确长8油层的油气充注期次，结合沉积-构造演化、烃源岩特征、成岩-油气成藏序列特征与地层埋藏热史，确定了油气成藏时间。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地西南部横跨陕北斜坡和天环坳陷2个构造带，北起环县，南到正宁，西自镇远，东至合水，面积约30 000 km2。长8段沉积时期构造稳定，地势平缓，以持续稳定沉降为主，大规模发育浅水三角洲，大量延伸较远的分流河道砂体接近湖盆中心，垂向上砂体相互叠置［3］。

根据岩性、电性特征，厚度及沉积旋回，可将长8油层自上而下分为长81、长82亚层，其中长81时期为长8储层最为发育的阶段［4］。研究区长8储集层孔隙度主要为6.00%～10.00%，平均7.74%，渗透率主要为0.05×10-3～0.20×10-3μm2，属于典型的低孔、低渗储层。岩心、普通薄片、铸体薄片观察及定量统计的结果认为，研究区长8储层主要为细—中粒岩屑质长石砂岩，填隙物质量分数平均17.48%，主要由绿泥石（2.60%）、高岭石（5.50%）、方解石（8.20%）、铁方解石（7.70%）、白云石（3.50%）、铁白云石（3.40%）、硅质（3.50%）、铁泥质（8.00%）及伊利石（1.30%）组成。

2 烃源岩特征

前人的油源分析结果认为，鄂尔多斯盆地延长组长7、长9优质烃源岩均可成为盆地长8油层组油藏的烃源岩。但是长9烃源岩为一套区域性烃源岩［5-6］，分布范围有限，所以就本地区而言，多数学者认为长7发育的一套油页岩是主要的供烃源岩，油气成藏以晚期为主。随着延长组长7页岩油和致密油研究工作的深入开展，近年来相继在盆地许多地区延长组长7内发现大量高伽马泥岩和砂岩，测井上自然伽马数值常大于200 API，个别达1 000 API以上，常被误解释为油页岩。

有学者将具有这类特征的泥岩和砂岩统称为高伽马砂岩，而深部热液活动所带来的高放射性物质可能导致高伽马砂岩的形成［7］。高放射性热液物质对于烃源岩发育具有重要的促进作用［8］。例如，Karl［9］通过对Galapagos热流体活动区的研究，指出由于热流体带来大量养分，与热流体活动有关的生物群落的生产力是海洋表面生产力的3.9倍。研究区高放射性岩系较为发育、分布较广，局部地区测井自然伽马数值达到800 API，具备成为优质烃源岩的条件。

3 沉积-构造演化

早白垩世之前侏罗纪地层的沉降作用，加速了地层压实作用，使延长组的烃源岩形成一个相对封闭的系统，欠压实作用使其形成异常高压。鄂尔多斯盆地西南部中生界地层普遍存在异常高压，在早白垩世末期（大约 100 Ma）长 7 油层组达到最高［10］。与此同时，盆地西南部长8以浅水三角洲发育为主，河道砂体相对稳定，叠置砂体发育，研究区“东高西低”的构造背景更加有利于来自长7构造低势部位的油气在异常压力作用下沿构造裂缝向下倒灌，然后再侧向经分流河道砂体的输导作用向上运移至砂体中聚集成藏［11］。

4 成岩作用及成岩序列

4.1 胶结作用

4.1.1 硅质胶结

研究区长8储层发现了大范围的硅质胶结相。硅质胶结包括早成岩期的石英次生加大和中成岩期呈孔隙式充填的自生石英（见图1，其中蓝色圆圈处为方解石胶结物）。在蓝光激发观察下，石英颗粒加大边部及后期自生石英往往显示较强烈荧光，且分布较为广泛，是使原始孔隙度大幅度降低的主要成岩作用。

4.1.2 黏土矿物胶结

绿泥石常呈等厚薄膜状覆盖在颗粒表面，在颗粒紧密接触部位仍发育形成包膜。绿泥石膜包围的石英颗粒次生加大现象少见，颗粒间剩余粒间孔发育，镜下还观察到绿泥石残余包膜，内部长石颗粒溶蚀强烈（见图1c，1f）。以上现象说明绿泥石膜胶结形成早于强烈的机械压实作用、石英次生加大以及溶蚀作用，成岩阶段在早成岩阶段A期，可以有效延缓早期成岩作用对孔隙发育的破坏性影响。

高岭石在研究区砂岩中主要以填隙物方式产出，呈书页状集合体形式。这种高岭石分布于长石颗粒表面及次生溶蚀孔隙中，是中成岩A期长石大规模溶蚀的产物，会堵塞孔隙，但晶间孔的发育在一定程度上有利于致密储层。

4.1.3 碳酸盐胶结作用

碳酸盐胶结物是研究区长8储层主要的胶结物类型之一，在不同时期均有析出，在晶形和成分上存在差异。研究区主要存在早、晚2期碳酸盐胶结物，以早期方解石、晚期连晶方解石（见图1e、图1g）和铁方解石为主（见图1d）。镜下薄片观察到，被碳酸盐胶结的储层物性很差，视域中基本无孔隙，是储层砂体致密化的表现。研究区长8段砂岩碳酸盐胶结物中碳同位素δ13CPDB值的测试范围为－9.58‰～－13.61‰，均为负值，平均为－5.50‰；氧同位素δ18OPDB值均为中等负值，范围为－22.51‰～－18.91‰，平均为－19.88‰［12］，属于与有机质有关的碳酸盐，说明碳酸盐胶结物形成时已经有原油进入储层［12］。经铁氰化钾试剂染色证实，C，O同位素测试的充填孔隙的方解石染色后为红色（见图1e、图1g蓝色圆圈处），为普通的连晶方解石，较厚的被油侵染的自生绿泥石膜形成的原生孔隙及长石溶蚀次生孔隙往往充填连晶方解石，以上说明连晶方解石形成晚于油气充注事件和溶蚀作用，成岩阶段主要在中成岩A阶段的中后期。早期方解石质量分数相对较低，这与有机质成熟释放的有机酸溶蚀有关。

图1 研究区长8段砂岩储层成岩现象

4.2 溶蚀作用

研究区目的层在地质历史上最大埋深接近4 000 m［13］，烃源岩在热演化过程中会形成大量有机酸和碳酸等酸性流体，导致砂岩储层中长石、杂基、早期碳酸盐胶结物等组分发生较强烈的溶蚀现象，形成溶蚀粒间孔隙、溶蚀粒内孔隙，甚至长石铸模孔，说明溶蚀作用对砂岩储层物性的改善作用较显著（见图1e，1g）。

4.3 破裂作用

研究区长8储层裂缝以成岩微裂缝为主，在长石颗粒与碳酸盐胶结物中均可见。通过荧光观察发现部分裂缝被发荧光的有机质充填（见图1i），这些裂缝极大地改善了储层的孔隙结构，为油气提供了良好的运移通道。

4.4 成岩序列

根据上述几种主要的成岩现象，推测研究区的成岩序列大致为：自生绿泥石—早期方解石—石英加大—自生高岭石—溶蚀作用和油气充注—连晶方解石胶结—铁方解石胶结。机械压实作用在成岩作用过程中一直存在（见图2）。

图2 研究区长8致密储集层成岩演化序列及油气充注史

5 成岩演化与成藏过程关系

油气成藏是动态过程，不同成岩演化阶段的成岩作用与形成的自生矿物可反映不同的成藏过程［14］。研究区长8储层颗粒关系主要是点-线、线接触，石英颗粒次生加大以Ⅰ，Ⅱ级为主（见图1a）。碳酸盐胶结以连晶方解石、铁方解石为主。次生盐水流体包裹体均一温度主要为85～130℃。综合分析认为，鄂尔多斯盆地西南部长8致密储层经历了早成岩阶段及中成岩A期阶段。

根据成岩作用、成岩序列特征及成岩阶段划分结果，绘制了研究区长8致密储层成岩演化图（见图2）。如图2所示，在早成岩阶段，伴随埋深增加，压实作用逐渐增强，孔隙水逐渐被排出，沉积物总体积逐渐减少，导致碎屑变形和重新组合，总孔隙度降低，岩石趋于致密，随着硅质、早期碳酸岩等胶结作用增强，更加剧了岩石的致密，储层孔隙度从36.51%降至6.82%。

随着埋深进一步增加，长7油层组有机质成熟排烃释放有机酸，至中成岩A早期，大规模有机酸进入储层，岩石矿物发生溶蚀，有效改善了储层的物性，自生高岭石与自生石英等酸性矿物组合的出现标志着成岩环境由碱性向酸性逐渐变化，油气开始大规模充注。溶蚀作用产生的次生溶蚀孔隙、早期绿泥石膜形成的剩余粒间孔、高岭石发育的晶间孔及成岩微裂缝使致密储层相对高孔高渗。

中成岩A中期，随着埋深增加，有机质的成熟度进一步升高，生成大量凝析油和湿气，减少了CO2来源，使孔隙流体的性质由酸性向碱性转化，有机酸质量浓度降低，孔隙流体中的铁离子逐渐剩余，含连晶方解石、铁方解石等碳酸盐矿物形成强烈的胶结作用，总孔隙度最终平均为7.74%。综上所述，酸性成岩环境向碱性成岩环境过渡期即为油气成藏期，而油气聚集成藏可能主要发生在中成岩A中期，即早白垩世末期。

6 流体包裹体测试分析

6.1 流体包裹体期次及特征

油包裹体的荧光特征是与盐水包裹体进行区别的最有效方法。油包裹体的荧光颜色是不同成熟度油气的直接显示［15-17］，在蓝光照射下表现出荧光颜色由暗褐色—橘黄色—黄绿色—暗绿色变化，反映有机质成熟度从低向高演化。

研究区长8储层中所捕获的流体包裹体类型丰富（见表1），数量众多且个体较小。根据包裹体宿主矿物的成岩序列，结合油包裹体的相态及显微荧光特征等，长8储层砂岩中可以识别出2期油包裹体。

表1 研究区长8油层组油包裹体特征

第1期油包裹体呈条带状分布在石英颗粒内裂纹及未切穿次生加大边裂纹中，主要包括液态油包裹体、气液两相油包裹体及不显示荧光的沥青包裹体。其中，液态油包裹体和气液两相油包裹体在蓝光激发下呈亮黄色荧光。第2期的包裹体数量相比第1期多，其中，油包裹体呈椭圆形孤立状、条带状分布在石英颗粒加大边、穿石英颗粒裂纹及连晶方解石胶结物中，主要由液态油包裹体和气液两相油包裹体组成，受蓝光激发后呈黄绿色荧光。另外，储层沥青通过显微荧光观察也可分为2期：第1期赋存在石英颗粒周围，不发荧光，为鄂尔多斯盆地延长组油层中常见的早期碳质沥青。第2期赋存在石英颗粒加大边外围，发土黄色荧光，可能是因为晚期沥青与早期碳质沥青发生混染的结果。

6.2 流体包裹体均一温度特征

根据油包裹体的岩相学特征，按照其形成时间的先后期次顺序分别测量油包裹体伴生盐水包裹体的均一温度，共计102个盐水包裹体。结果表明，早期发亮黄色油包裹体伴生盐水包裹体的均一温度为85～115℃，晚期发黄绿色荧光油包裹体伴生盐水包裹体的均一温度为110～130℃，这一结果与长7烃源岩发生过至少2次生排烃作用的认识一致，反映了本区早晚2期油气充注特点。

7 油气成藏期次与成藏时间

运用PetroMod盆地模拟软件对研究区主要探井的埋藏史、热演化史进行模拟。以Z233井为例（见图2），将测定的来自长81段盐水包裹体均一温度的主峰值投影到埋藏史中，可确定各期次油气的充注时间。

综合烃源岩、沉积-构造演化、成岩演化特征，根据油包裹体、储层沥青显微荧光特征及盐水包裹体均一温度的测定结果，可以认为研究区长8油层主要分为2期油气充注事件：第1期在130～120 Ma，油包裹体发近亮黄色荧光，成熟度较低，代表了早期油气生成运移的时间；第2期在105～100 Ma，油包裹体发黄绿色荧光，成熟度较高，代表本区主要油气聚集成藏时间。