塔里木盆地巴楚—麦盖提地区古生界油气藏成藏期次

李文强，郭 巍 ，孙守亮 ，杨绪海，刘 帅 ，侯筱煜

1.吉林大学地球科学学院，长春 130021 2.中国地质调查局沈阳地质矿产研究所，沈阳 110032

0 引言

流体包裹体是成岩成矿流体在矿物结晶生长过程中被包裹在矿物晶格缺陷或穴窝中的、至今尚在主矿物中封存并与主矿物存在相界限的那一部分物质[1],被称为“原始样品”[2]。这些样品形成于油气生、运、聚、散各个阶段，含有丰富的油气成藏信息[3]。因此，其在研究中得到越来越广泛的应用[4-7]。

前人曾采用包裹体测温法研究塔里木盆地油气成藏期次，但由于塔里木盆地具有多构造圈闭类型、多储层、多生油层的特点，因此，对整个盆地油气成藏史笼统的研究并不能准确描述某一构造区块的成藏特征[8]。目前，巴麦地区油气成藏研究测试的均是有机包裹体的温度，而不是与有机包裹体伴生的盐水包裹体。由于有机包裹体中捕获的有机质存在不稳定性以及组分差异所带来的均一温度差别较大等原因[9]，其数据未必准确。本次系统地采集了BK1、BT4等8口井流体包裹体样品，通过显微荧光颜色观察、微束荧光光谱测量及显微测温、测盐等手段，综合有机包裹体的均一温度、荧光颜色以及其伴生的盐水包裹体均一温度等判别因素[10-12]，以期确定塔里木盆地巴楚—麦盖提地区古生界油气藏的成藏期次和成藏时间。

1 石油地质背景

巴楚—麦盖提地区位于塔里木盆地的中西部，跨越巴楚隆起和麦盖提斜坡2个二级构造单元。北临柯坪断隆,北东接阿瓦提凹陷,东南与塘古巴斯凹陷相连,西南与喀什凹陷、叶城凹陷相邻[13](图1)。巴楚隆起总体上呈NW—NNW展布，为西北高、东南低的大型断隆，而麦盖提斜坡则为倾向西南的区域性斜坡。

巴麦地区古生代以来经历了多期构造运动。加里东期为北东倾向的克拉通内坳陷和斜坡，沉积了巨厚的碳酸盐岩烃源岩；海西运动后，麦盖提斜坡转化为南倾的斜坡，既改变了巴麦地区的构造格局，也改变了油气的运移方向；印支-燕山期运动，盆地整体隆升，开始了长达180～220 Ma的抬升、剥蚀，期间烃源岩停止演化；喜马拉雅期，研究区大规模沉降，麦盖提斜坡下倾部位也被动沉降，巴楚断隆继续隆升和褶皱，这期间，主力烃源岩再次演化，石炭—二叠系烃源岩亦达成熟阶段。

研究区主要发育寒武系和石炭--二叠系两套有效的烃源岩[14-16]。中、下寒武统为寒武系主力烃源岩，其厚度巨大，有机质类型好，加里东早期巴楚隆起东部地区进入生烃高峰期，海西早期巴楚隆起西部和南缘进入生烃高峰期，海西晚期麦盖提斜坡进入生烃高峰期[17]。目前，巴楚隆起中、下寒武统烃源岩实测Ro(镜质体反射率)为1.44%～2.06%，处于高成熟阶段，麦盖提斜坡中、下寒武统埋藏较深，已达过成熟阶段。石炭--二叠系烃源岩有机质丰度中等，现今巴楚隆起石炭系实测Ro为0.65%～0.87%，主体处于低成熟阶段，在麦盖提斜坡成熟度有增大趋势，达高—过成熟阶段。巴麦地区次生孔隙极为发育的碳酸盐岩以及厚度大、物性良好的陆源碎屑岩，既是油气运移的有利输导层，也可以作为储层[18-19]。区内由柯坪、色力布亚等断裂组成的断裂系统是非常重要的油气运移通道，其也可以形成与构造相关的圈闭[20]。古生界的潮涧带泥坪黏土岩、泥灰岩，局限海台地相的大套石膏质泥岩、泥质石膏岩、白云质泥岩以及新生界的泥页岩是本区良好的封盖层[18]。

Ⅰ.巴什托先巴扎构造带；Ⅱ.色立布亚构造带；Ⅲ.罗斯塔格构造带；Ⅳ.康塔库木构造带；Ⅴ.乔肖尔盖构造带；Ⅵ.古董山构造带。图1 塔里木盆地巴楚—麦盖提地区构造分区(a)及样品采集位置(b)Fig.1 Structural units (a) and locations of fluid inclusion samples (b) in Bachu-Maigaiti area of Tarim basin

巴麦地区的多期成藏取决于区域的烃源岩生烃演化与构造演化两大因素。烃源岩在不同的演化阶段、不同的地质构造部位、不同纵向层位有着不同的成烃史。在构造演化过程中，不同阶段构造格局的改变，导致油气出现运移、聚集、成藏、调整联动作用，表现出复杂的成藏过程。

2 流体包裹体分析方法

本次研究采集了研究区8口井53块岩石样品，涉及层位包括石炭系小海子组(C2x)、巴楚组(C1b)，泥盆系东河塘组(D3d)、克孜尔塔格组(D1-2k)，志留系依木干他乌组(S2y)、塔塔埃尔塔格组(S1t)、柯坪塔格组(S1k)以及奥陶系鹰山组(O2y)(图2)。采样位置见图1。

对流体包裹体样品进行观察和测试时按下述原则进行：

1)显微荧光观察及微束荧光光谱测定。利用荧光特征识别其热演化程度，初步划分充注期次。对有代表性的有机包裹体测点进行微束荧光光谱测量，根据光谱的形态及结构定量判识油气充注期次[21]。

2)流体包裹体显微测温、测盐。选择各个序次气液两相流体包裹组合，运用“再循环”方法测定其均一温度(Th)和冰点温度(Tm)[22]。本次研究对50块样品各个序次气液两相的有机包裹体及盐水包裹体进行测温、测盐，共得到1 050个测点数据。

3)按照“15 ℃间隔”原则[10]及其伴生的有机包裹体荧光颜色特征及宿主矿物类型，分别对不同样品的均一温度数据单独划分幕次，并计算各幕次平均温度(表1)。

4)将各幕次均一温度平均值投影到对应的单井埋藏-热演化史图上，标注其充注时间，然后把所得的充注时间再对应到同一时间轴上[23]。

图2 塔里木盆地巴楚—麦盖提地区地层综合柱状图Fig.2 Stratum histogram of Bachu-Mengaiti area in Tarim basin

3 油气充注期次及成藏时期的确定

3.1 荧光观测结果分析

通过对53块样品的荧光观测结果，可厘定下述几种情况。

1)至少存在3幕成熟油充注：石炭系巴楚组(C1b)、泥盆系东河塘组(D3d)和克孜尔塔格组(D1-2k)均观测到黄色、黄绿色、蓝白色荧光和少量介于其间的过渡荧光颜色的有机包裹体；石炭系小海子组(C2x)只见有黄色和蓝白色荧光有机包裹体；志留系柯坪塔格组(S1k)只发育蓝白色荧光有机包裹体。其中：各层位包裹体样品中，蓝白色荧光有机包裹体丰度高，由此可判断蓝白色荧光有机包裹体注入期为主期次(图3a—d)；黄绿色荧光有机包裹体多见于石英颗粒内裂纹、个别发育于穿石英颗粒裂纹；而黄色荧光有机包裹体多发育在胶结物及石英自生加大边中(图3a，e)。

a. UV荧光，石英内裂纹中见蓝白色荧光有机包裹体，胶结物中见黄色荧光有机包裹体，Y7-1;b. UV荧光，蓝白色荧光有机包裹体穿过石英颗粒及加大边，BT4-9-03;c. UV荧光，穿石英颗粒裂纹中见发蓝白色荧光有机包裹体及与其同期的盐水包裹体，BT4-6-03;d. 透射光，BT4-6-03;e. UV荧光，石英颗粒内裂纹中见黄绿色荧光有机包裹体，BK8-1-01;f. UV荧光+透射光，无荧光显示的天然气包裹体及残留褐色沥青，Y7-1。图3 塔里木盆地巴楚—麦盖提地区典型流体包裹体产状及有机包裹体荧光颜色Fig.3 Occurrences of the representative fluid inclusions and fluorescence colors of organic inclusions in Bachu-Maigaiti area of Tarim basin

2) 至少存在1期天然气充注：石炭系巴楚组(C1b)泥盆系东河塘组(D3d)克孜尔塔格组(D1-2k)均观测到不发荧光的纯气相有机包裹体，多发育于穿石英颗粒裂纹及石英颗粒内裂纹中(图3f)。

3)有机包裹体随着烃类小分子成分含量的增加，成熟度增大，其荧光会发生明显“蓝移”，光谱主峰波长减小。另外，对于同源同期充注的烃类，其成分及成熟度一致，因此其荧光光谱主峰波长亦会表现出一致性，而不同源的烃类主峰波长则不一致[24-25]。通过微束荧光光谱测量，黄色及黄绿色荧光的有机包裹体微束荧光光谱的主峰波长(λmax)为501 nm；而蓝白色荧光有机包裹体有2个不同的主峰波长，分别为470、441 nm(图4)。因此，可以认为蓝白色荧光有机包裹体具有较高成熟度，而黄色和黄绿色荧光的有机包裹体次之。另外，黄色和黄绿色荧光的主峰波长一致，具有同源特征；而蓝白色荧光具有2个不同的主峰波长，二者在光谱形态和结构上明显不同，属2套不同的烃源岩。由此可判定研究区油气成藏具有多源多期充注的特点。

3.2 流体包裹体显微测温、测盐结果分析

流体包裹体显微测温使用的仪器是英国Linkam THMS600型冷热台，测定误差为±0.1 ℃。本次研究分别对有机包裹体、盐水包裹体进行测温，共得到801个Th数据、249个Tm数据。在测定过程中，发现部分Tm介于0～10 ℃之间的含烃盐水包裹体，说明烃类呈水溶相运移成藏[26]。

对盐水包裹体、伴生有机包裹体的盐水包裹体及含烃盐水包裹体测温数据进行分类统计，完成了包裹体均一温度频率直方图(图5、图6)。由图5可识别出6个峰值：①50～70 ℃，主峰为60～65 ℃；②70～110 ℃，主峰为100～105 ℃；③110～145 ℃，主峰为115～120 ℃；④145～165 ℃，主峰为155～160 ℃；⑤165～175 ℃，主峰为170～175 ℃；⑥175～190 ℃，主峰为180～185 ℃。这表明研究区至少曾发生过6期热流体运动，但并非每期都与油气运移有关，尚需对伴生有机包裹体的盐水包裹体及含烃盐水包裹体进行单独统计，并进行综合分析，才能准确判断油气成藏期次。由图6可识别出4个峰值：①50～70 ℃，主峰为60～65 ℃；②70～90 ℃，主峰为80～85 ℃；③90～110 ℃，主峰为100～105 ℃；④110～125 ℃，主峰为115～120 ℃。这表明研究区至少存在4个幕次的油气充注，其中第1、3、4幕峰值分别对应于图5中的前3期热流体运动峰值。

1.黄色荧光有机包裹体，样品号BK8-2-01，D1-2k，λmax=501 nm；2.黄绿色荧光有机包裹体，样品号BK2-1-02，C1b，λmax=501 nm；3.蓝白色荧光有机包裹体，样品号BT4-9-15，D3d，λmax=441 nm；4.蓝白色荧光有机包裹体，样品号BK8-2-14，D1-2k，λmax=470 nm。图4 塔里木盆地巴楚—麦盖提地区古生界油包裹体微束荧光光谱Fig.4 Representative micro-beam fluorescence spectra of prtroleum inclusions from Palaeozoic in Bachu-Maigaiti area of Tarimbasin

n为样品数。图5 盐水包裹体均一温度统计直方图Fig.5 Histograms of homogenization temperatures of brine inclusions

结合有机包裹体显微荧光观察，图6所识别的4幕油气充注，前两幕盐水包裹体多伴生黄色和黄绿色荧光有机包裹体；而蓝白色荧光有机包裹体多与后2个幕次的盐水包裹体伴生，在个别层位还伴生不发荧光的天然气包裹体。这表明前两幕以低成熟油充注为主，后两幕主要为高成熟油和天然气成藏。

3.3 油气充注期次划分和成藏时期确定

直方图来自于所有测点均一温度的统计结果，只能用于划分油气充注期次及这些包裹体捕获的相对次序[10,12]。如欲获取相对精确的油气充注时间，就必须按照上文的方法，消除样品深度差异的影响，对不同样品均一温度单独划分幕次。结合单井埋藏-热演化史图，将各期次伴生有机包裹体的盐水包裹体及含烃盐水包裹体均一温度的平均值 “投影”到埋藏-热演化史图上，对应时间轴上的年龄即代表油气充注储层的年龄(图7)，最后将各样品的充注时间对应到同一时间轴上，划分油气充注期次并确定成藏时期[10,27-28](图8)。

油气充注期次划分和成藏时期确定结果表明，研究区古生界油气藏曾经历4幕油气充注：第1幕油气充注介于309.40～289.20 Ma、第2幕油气充注介于262.90 ～241.20 Ma、第3幕油气充注介于6.31～4.17Ma、第4幕油气充注介于2.31～1.62 Ma。从以上4幕油气充注的时间间隔及所属构造序次上来看，前两幕属于海西晚期的早成藏阶段，后两幕属于喜马拉雅晚期的晚成藏阶段。综上所述，塔里木盆地巴楚—麦盖提地区古生界油气藏曾发生过2期4个幕次的油气运聚事件，即海西晚期的早成藏阶段，可进一步划分为晚石炭世—早二叠世(距今309.40～289.20 Ma)和晚二叠世—早三叠世(距今262.90～241.20 Ma)2个幕次；喜马拉雅晚期的晚成藏阶段，可划分为新近纪晚期(距今6.31～4.17 Ma)和第四纪早期(距今2.31～1.62 Ma)2个幕次，且晚成藏阶段是油气成藏的主期次。

4 油气成藏历史

流体包裹体综合分析结果显示，巴麦地区油气成藏集中在海西晚期和喜马拉雅晚期2个时期。这一结果与研究区构造演化史吻合：巴麦地区在加里东晚期至海西晚期，寒武—奥陶系烃源岩进入生油高峰期，部分地区在海西晚期已进入高成熟—过成熟阶段[13,17]；受加里东晚期至海西晚期构造运动影响，巴麦地区呈北高南低、西高东低的构造格局[20,29-30]；海西晚期大规模的断裂运动沟通寒武—奥陶系烃源岩，油气在巴楚地区由东向西运移，在麦盖提斜坡由南向北运移，形成海西晚期油气成藏事件。这一期成藏事件以主峰波长一致，具有同源特征的黄色及黄绿色荧光的有机包裹体为代表的低成熟油充注为主；印支—燕山期，本区长期处于隆升、剥蚀，寒武—奥陶系烃源岩演化基本停止[20,29-30]，致使海西末期之后油气充注终止；喜马拉雅晚期，巴楚隆起褶皱隆升，麦盖提斜坡因南部地区的剧烈沉降和掀斜，巴麦地区由海西期西高东低的构造格局转为西低东高[20,29-30]。这一时期，早期形成的油气藏向东、北向重新调整成藏。麦盖提斜坡地区寒武—奥陶系烃源岩基本到达过成熟阶段，产生以干气为主的烃类，石炭—二叠系烃源岩进入主生油期，提供新的油源[13,17]，形成了以蓝白色荧光为主、伴有纯气相包裹体、混合来源为特征的高成熟油和天然气成藏的喜马拉雅晚期油气成藏事件。

图7 包裹体均一温度热史-埋藏史投影法确定油气充注年龄图Fig.7 Bydrocarbon charging ages determination by aqueous inclusion homogenization temperatures projecting on the burial historical and thermal history charts

图8 塔里木盆地巴楚—麦盖提地区古生界储层油气充注期次划分与成藏时期确定图Fig.8 Determination of hydrocarbon charging events and ages in the Palaeozoic reservoirs in Bachu-Maigaiti area of Tarim basin

5 结论

1)显微荧光观察和微束荧光光谱测定结果表明，巴楚—麦盖提地区古生界油气藏至少存在3幕油充注及1幕天然气的运聚过程，且具有多源多期成藏的特点。

2)通过对伴生有机包裹体的盐水包裹体及含烃盐水包裹体均一温度的统计分析，研究区至少存在4个幕次的油气充注：前两幕以低成熟油充注为主；后两幕主要为高成熟油和天然气成藏。

3)结合埋藏史-热演化史图和盆地构造演化史可以确定，巴楚—麦盖提地区古生界油气藏曾发生过2期4个幕次的油气运聚事件：海西晚期的早成藏阶段，进一步划分为晚石炭世—早二叠世(距今309.40～289.20 Ma)和晚二叠世—早三叠世(距今262.90～241.20 Ma)2个幕次；喜马拉雅晚期的晚成藏阶段，可划分为新近纪晚期(距今6.31～4.17 Ma)和第四纪早期(距今2.31～1.62 Ma)2个幕次。2期油气运聚事件分别受海西晚期和喜马拉雅晚期构造运动控制，喜马拉雅晚期是油气成藏的主期次。

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