四川盆地安岳构造寒武系龙王庙组成岩矿物充填期次及油气成藏

朱联强，袁海锋，林雪梅，曾 伟，徐云强

(1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610059；2.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500)

四川盆地安岳构造在寒武系龙王庙组获探明储量4 403.8×108m3 [1-2]，但龙王庙组储层埋藏深，受加里东期、印支期、燕山期、喜马拉雅期等构造运动影响，经历强烈的埋藏和成岩改造，油气多期运聚成藏，具早聚晚藏的特征，成藏过程复杂[3-5]。

受加里东期构造运动影响，川中古隆起范围内抬升剥蚀量达700～1 200 m[6]，龙王庙组地层被抬升到地表—近地表环境，在大气淡水淋滤下发生强烈的表生岩溶作用，发育一套典型的深埋滩相岩溶储层[7]。前人对龙王庙组的油气成藏开展了详细的研究，并取得了丰硕的成果[8-13]。郝彬等[8]认为，川中地区龙王庙组储层沥青未经历过生物降解，沥青以原油热裂解及脱沥青成因为主，并识别出5期油气充注。袁海锋等[9]通过地球化学的方法，识别出龙王庙组储层存在4期油气成藏。徐昉昊等[10]识别出3期烃类包裹体，并运用40Ar-39Ar定年方法测得古气藏充注的时间为(125±8) Ma。运用包裹体地球化学恢复油气运移及成藏期次的过程中，包裹体赋存矿物的充填序列尤为重要[14-18]，前人在研究过程中都强调了矿物充填序列的重要性，但在研究过程中只是对其做一个粗略划分，更多的仅将其作为一种参考，并未与之紧密结合。本文通过大量岩心及薄片观察，综合考虑储层中不同期矿物充填关系、阴极发光等特征，建立了比较完整的矿物充填序列；在此基础上，根据不同期矿物捕获的包裹体岩相学特征及拉曼成分，精细恢复了龙王庙组储层的油气充注期次及成藏过程，并结合埋藏—热演化历史确定了各期油气充注的时间。晚白垩世以来的喜马拉雅期构造运动是盆地内诸多大型气藏调整成藏的重要时期，普光、威远、安岳等大型气藏在这一时期均有明显的调整[19]，气藏调整时间约为40 Ma。

1 地质概况

安岳构造在区域上位于川中低缓构造带，隶属于乐山—龙女寺古隆起[20](图1)。早寒武世的拉张背景下，乐山—龙女寺水下古隆起开始形成；志留纪末，加里东构造运动期，基底剧烈抬升，古隆起基本定型；此后古隆起进入稳定埋藏期，并在喜马拉雅构造运动期抬升调整[21-22]。安岳构造长期处于古隆起轴部以东的稳定构造高部位，是油气聚集成藏的有利区。

龙王庙组沉积期经历了2期海平面升降旋回[23]，是一套蒸发—局限台地相背景下沉积的储层，颗粒滩亚相是优质储层发育的层段。研究表明，龙王庙组储层主要发育于下段的顶部及上段的中上部[7]。

2 样品分析与研究方法

经大量岩心观察及镜下薄片观察，选取磨溪21井等10口井的鲕粒云岩、残余砂屑粉—细晶云岩、含溶洞粉晶云岩为主要研究对象，所选样品溶蚀孔洞发育，矿物充填序列较全。

图1 四川盆地安岳构造位置及寒武系龙王庙组岩性综合柱状图

通过偏光显微镜对薄片详细观察，结合矿物阴极发光特征，明确主要成岩矿物充填期次及时间序列。通过荧光显微镜观察，明确不同充填次序矿物中赋存油气包裹体的分布特征及相态、类型、丰度等岩相学特征，并运用激光拉曼分析烃类包裹体的成分及成熟度，确定油气包裹体的发育期次及其反映的油气充注期次，最终结合龙王庙组储层埋藏—热演化史，分析各期次油气成藏的时间。包裹体测温及成分分析在北京核工业地质研究院完成，实验运用LINKAM THMS600型冷热台，LabramHR800型激光拉曼光谱仪，室温25 ℃，湿度50%。阴极发光在西南石油大学完成，实验运用CL8200 MK5阴极发光显微镜，室温25 ℃。

3 矿物充填序列

龙王庙组储层主要岩石类型为砂屑云岩、鲕粒云岩、生屑砂屑云岩、膏质砂屑云岩、粉细晶云岩及泥粉晶云岩；主要的储集空间类型包括粒间孔、晶间孔，部分为粒间晶间溶孔、粒内溶孔、铸模孔及溶缝，储层极为发育。

储层中缝洞充填矿物的组构形态、充填关系是详细划分矿物充填次序的重要依据，矿物阴极发光特征是划分过程中重要的辅助手段。黄思静[24]、SCHOLLE等[25]通过系统的碳酸盐岩成岩作用研究表明，不同成岩环境下充填矿物组构形态大小各不相同，海水环境下方解石胶结物多为纤维状，浅埋藏环境下的方解石形态以等轴粒状为主，中—深埋藏环境下沉淀的方解石常呈等轴粗粒结构，嵌晶结构发育。早期充填物多沿缝洞边缘生长，晚期充填物则充填于缝洞中央或早期矿物的晶间孔。矿物阴极发光主要受控于矿物的微量元素特征，尤其是Fe、Mn元素，其中Fe作为猝灭剂，Mn作为激发剂[25]。同期矿物来自于相同流体源，微量元素特征相似，阴极发光特征相近；而不同时期充注的流体，微量元素特征往往存在差异，矿物阴极发光特征不尽相同[26-27]。

通过对磨溪地区多口井(磨溪21等)样品的岩石薄片观察、镜下成岩矿物的充填关系、阴极发光特征的综合分析，恢复了安岳构造龙王庙组储层相对完整的矿物充填期次(图2，表1)。第一期为海底环境下的纤状白云石，阴极发光为暗红光(图2a，b)，代表着海水环境。第二期为浅埋藏环境下的等轴粒状白云石，阴极发光为昏暗光(图2c，d)。第三期为加里东期构造抬升后再次浅埋藏期的自形中晶白云石，阴极发光为红光—亮红光(图2e)。

图2 四川盆地安岳构造寒武系龙王庙组储层矿物胶结充填序列

a,b.亮晶鲕粒云岩，a为单偏光，b为阴极发光，鲕粒和海底成岩环境纤状—叶片状白云石胶结物(ⅠDol)发暗红光，高石6井，4 546.94 m；c,d.粉晶云岩，c为单偏光，d为阴极发光，粉晶云岩不发光，浅埋藏环境粒状白云石(ⅡDol)昏暗光—不发光，高石10井，4 654.3 m；e.粉晶砂屑云岩，阴极发光，再次浅—中埋藏的中—粗晶白云石(ⅢDol)红光—亮红光，晶间孔沥青充填，磨溪28井，3 866.73 m；f,g.粉晶砂屑云岩，f为单偏光，g为阴极发光，中—深埋藏的中—粗晶白云石(ⅣDol)具嵌晶结构，昏暗光—不发光，磨溪28井，3 866.95 m；h,i.粉晶砂屑云岩，h为正交偏光，i为阴极发光，深埋藏的中—粗晶白云石(ⅤDol)昏暗光—不发光，磨溪6井，4 542 m；j,k.粉晶砂屑云岩，j为单偏光，k为阴极发光，深埋藏期的粗晶白云石(ⅥDol)具嵌晶结构，发暗红光—红光，磨溪21井，4 637 m；l.缝洞壁上生长的自形石英(ⅦQ)，单偏光，磨溪12井，4 660.5 m；m,n.溶洞细晶白云石晶间充填的沥青，磨溪28井，3 866.73 m；o.溶洞充填的再次浅—中埋藏的中—粗晶白云石及沥青，单偏光，磨溪28井，3 866.73 m

Fig.2 Mineral cemented filling sequence of Cambrian Longwangmiao Formation in Anyue, Sichuan Basin

表1 四川盆地安岳构造寒武系龙王庙组储层特征

第四期为中—深埋藏环境的自形中—粗晶白云石，阴极发光为暗红光—红光(图2f，g)。第五期为深埋藏环境下的块状晶、异形晶白云石，阴极发光为暗红光(图2h，i)。第六期为深埋藏环境下的粗晶—块状晶白云石，阴极发光为红光(图2j，k)。第七期为晚期构造裂缝中的自形石英，不发光(图2l)。值得注意的是，在溶洞充填的白云石晶间孔中发现了大量的沥青(图2m，n)。通过镜下对矿物充填序列的对比划分，发现沥青普遍晚于第三期再次浅中埋藏期的中晶白云石(图2o)，可能是在加里东构造运动后再次埋藏过程中原油裂解时形成的[8]。在识别出的7期矿物中，从第三期白云石充填物开始，均发现大量烃类包裹体，并在第三期白云石中发现大量液态烃包裹体，第四～六期白云石及晚期裂缝充填的石英中依次发现大量液态烃及气态烃包裹体，较完整地记录了油气成藏过程(图3)。

4 流体包裹体特征及充注期次

4.1 岩相学特征及激光拉曼成分

包裹体的激光拉曼分析能表征油气成藏时的流体信息[28-29]，对已选取充填矿物中赋存烃类包裹体观察，明确了流体包裹体的相态特征及含烃包裹体丰度，并运用LabramHR800型激光拉曼光谱仪对流体包裹体进行激光拉曼光谱分析，以恢复安岳构造龙王庙组储层油气成藏期次。

再次浅—中埋藏环境的中晶白云石(ⅢDol)中烃类包裹体丰度较高(约20%)，成群分布，以单相褐色液烃包裹体为主(图3a)。中深埋藏环境的中—粗晶白云石(ⅣDol)中烃类包裹体丰度极高(约80%)，成群分布，以褐色液烃包裹体为主，部分灰色气烃包裹体(图3b)；流体包裹体主要成分为CH4、H2S、CO2、H2O和沥青(图4a)。深埋藏早期的块状晶白云石(ⅤDol)中烃类包裹体丰度极高(约40%)，包括部分深褐色的液烃包裹体及大量呈深灰色的气烃包裹体(图3c)，流体包裹体主要成分为CH4、C2H4、C6H6、H2S和H2O(图4b)。深埋藏期的粗晶白云石(ⅥDol)中烃类包裹体丰度较高(约10%)，成群分布，发育深灰色气烃包裹体(图3d)，流体包裹体主要成分为CH4(图4c)。最晚期石英(ⅦQ)中烃类包裹体丰度较低(约1%～2%)，为深灰色气烃包裹体(图3e，f)，流体包裹体主要成分为CH4和H2O(图4d)，石英的出现代表含硅质地层水的侵入[30]，古气藏的气水界面可能发生变化。

4.2 油气充注期次

通过包裹体岩相学特征与对应的激光拉曼成分分析，得出龙王庙组储层主要经历了5期油气充注。

第一期为古油藏，被再次浅—中埋藏环境的中晶白云石(ⅢDol)记录；烃类包裹体以单相褐色液烃包裹体为主，丰度高，在原油大量充注时捕获。第二期为古油气藏，被中深埋藏环境的中—粗晶白云石(ⅣDol)记录；烃类包裹体包括褐色液烃及灰色气烃包裹体，大量液态烃及气态烃被捕获，并发生脱沥青作用，形成沉淀型沥青[31]。第三期为古湿气藏，被深埋藏早期的块状晶白云石(ⅤDol)记录；烃类包裹体以深灰色的气烃包裹体为主，古油藏大部分裂解为湿气，储层沥青多是这一阶段原油裂解形成，气藏主要成分为CH4、C2H4和C6H6等。第四期为古干气藏，被深埋藏期的粗晶白云石(ⅥDol)记录；烃类包裹体基本为深灰色气烃包裹体，湿气藏已基本裂解为干气，以CH4为主。第五期为古干气藏调整，被晚期石英(ⅦQ)记录；烃类包裹体为深灰色气烃包裹体，含硅质地层水侵入，气水界面发生变化。

图3 四川盆地安岳构造寒武系不同期次白云石、石英中的流体包裹体

a.第一期流体包裹体，原生，赋存于再次浅—中埋藏的中晶白云石(ⅢDol)晶粒中，为成群分布、呈褐色、深褐色的液烃包裹体，磨溪12井，4 750.80 m；b.第二期流体包裹体，原生，赋存于中深埋藏的中—粗晶白云石(ⅣDol)中，成群分布的淡黄—灰色的含烃盐水包裹体及呈深褐色的液烃包裹体，磨溪3井，4 589.88 m；c.第三期流体包裹体，原生，赋存于深埋藏的粗晶白云石(ⅤDol)中，成群分布、呈褐色、深褐色的液烃包裹体及呈深灰色的气烃包裹体，磨溪12井，4 750.80 m；d.第四期流体包裹体，原生，赋存于构造裂缝充填的中—粗晶白云石(ⅥDol)中，成群分布、呈深灰色的气烃包裹体，磨溪13井，4 589.88 m；e,f.第五期流体包裹体，原生，赋存于晚期石英(ⅦQ)中，深灰色气烃包裹体，磨溪12井，4 664.99 m

Fig.3 Fluid inclusions in dolomite and quartz in Cambrian during different periods, Anyue, Sichuan Basin

图4 四川盆地安岳构造寒武系龙王庙组流体包裹体激光拉曼图谱

a.中深埋藏白云石内赋存的包裹体中拉曼成分，磨溪12井，4 750.8 m；b.深埋藏期粗晶白云石内赋存的第四期包裹体中拉曼成分，磨溪21井，4 648.5 m；c.深埋藏期粗晶白云石内赋存的第四期包裹体中拉曼成分，磨溪21井，4 664.5 m；d.晚期裂缝充填石英内赋存的包裹体中拉曼成分，磨溪21井，4 665 m

Fig.4 Laser Raman spectrum of fluid inclusions in Cambrian Longwangmiao Formation, Anyue, Sichuan Basin

5 油气成藏时间

传统的确定油气成藏期的方法是根据构造演化史、圈闭形成史以及烃源岩的生排烃史来间接地推断油气成藏的大致时间[32-34]。近年来，储层自生伊利石K-Ar (或40Ar-39Ar)定年也开始运用于油气成藏时间的确定[35]，但碳酸盐岩地层缺少可定年的矿物，因此采用传统的埋藏史—热历史—均一温度方法。

选取确定充填序列的不同期次白云石、石英等充填物，测得盐水包裹体的均一温度(表1，图5)，并建立了单井地层构造热演化史(图6)，将包裹体均一温度投影到曲线上,获取不同期次油气成藏时间。古油藏、古油气藏、古湿气藏、古干气藏形成期的包裹体均一温度峰值分别为120～130，140～150，180～190，200～210 ℃(图5a-d)，与龙王庙组T-t曲线的交点在横坐标的投影分别在231 Ma左右(早三叠世)、205Ma左右(早侏罗世)、158 Ma左右(晚侏罗世)和107 Ma左右(早白垩世晚期)(图6)；干气藏调整时包裹体的均一温度峰值为200～210 ℃(图5e)，与龙王庙组T-t曲线的交点在横坐标的投影在40 Ma左右(晚白垩世以来)(图6)。

图5 四川盆地安岳构造寒武系龙王庙组地层不同成岩矿物中包裹体均一温度频率

图6 四川盆地安岳构造寒武系龙王庙组地层埋藏史及构造史

中二叠世以来，地层迅速埋藏[20, 36]，筇竹寺组烃源岩进入生油窗，并在早三叠世达到生烃高峰，原油沿断裂进入龙王庙组储层，并在高部位聚集形成古油藏。早侏罗世，大量低分子液烃及气烃沿断裂进入储层，被圈闭捕获并发生脱沥青作用，形成部分沉淀型沥青[31]。晚侏罗世，古油藏已基本裂解为古气藏[37]，在原油大量裂解过程中形成焦沥青[38]，在储层孔洞中大量产出。到早白垩世晚期，湿气藏全部裂解为干气，形成古干气藏，这个时间与徐昉昊等[11]流体包裹体40Ar-39Ar定年测得的时间基本吻合。晚白垩世以来，筇竹寺组烃源岩已过成熟，原油基本裂解为天然气，此间喜马拉雅构造运动使得地层抬升，圈闭改造，温度、压力场变化，古气藏再次运聚可能是古气藏气水界面发生变化的重要原因，是现今气藏定型的关键时期[19]。

6 结论

(1)安岳构造寒武系龙王庙组地层矿物胶结充填的序列为：海底环境纤维状白云石、浅埋藏环境粒状白云石、再次浅埋藏—中埋藏环境中晶白云石、中—深埋藏环境中—粗白云石、深埋藏环境块状晶、粗晶白云石6期白云石胶结充填物及晚期石英。在再次浅—中埋藏环境白云石—晚期石英中识别出了5期烃类包裹体，不同期次的胶结充填物中发育的包裹体类型、丰度及相态有明显区别，记录了龙王庙组储层的5期油气成藏。

(2)安岳构造龙王庙组储层5期油气成藏过程为：早三叠世的原油充注古油藏形成期，被再次浅埋藏—中埋藏环境中晶白云石捕获的褐色液烃包裹体记录；早侏罗世的古油藏裂解期，被中—深埋藏环境白云石捕获的液态烃及气态烃记录；晚侏罗世的古油藏裂解、古湿气藏形成期，被深埋藏环境块状晶白云石捕获的气烃包裹体记录；早白垩世晚期的古湿气藏裂解、古干气藏形成期，被深埋藏环境的粗晶白云石记录；晚白垩世以来的气藏调整期，被晚期石英捕获的气烃包裹体记录。

(3)喜马拉雅构造运动使得地层抬升，原始圈闭改造，温度、压力场变化，古气藏再次运聚，晚期构造裂缝充填的石英记录了川中地区龙王庙组气藏调整的关键时间约在40 Ma，这一时期是盆地内诸多大型气藏晚期调整定型的关键时期。