鄂尔多斯盆地中部延长组下组合流体包裹体特征和油气充注期次

王 伟，王冠民，胡 津，张 婕，王 朝，石晓明

(中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580)

0 引 言

流体包裹体是在赋存矿物形成时或形成后被包裹其中的各种成岩流体，有独立的相界，在常温下能流动，自成为一个独立的流体地球化学体系[1]。流体包裹体在油气成藏年代学研究中得到了广泛应用，各类分析技术和研究方法的快速发展促使流体包裹体在油气成藏研究领域发挥了重要作用[2]。

鄂尔多斯盆地是中国陆上重要的含油气盆地，三叠系延长组是油气主要富集层位，已有研究主要集中于延长组长8油层组以上[3]。随着对油气资源需求的增加和致密油勘探的不断深入，近年来中国石油长庆油田分公司在延长组下组合长8段、长9段和长10段发现了多套致密油藏，然而不同地区不同储层致密期与油气充注期差异大，成藏因素复杂，储层成岩演化和油气充注期次成为勘探中亟需解决的问题。

目前对鄂尔多斯盆地延长组成藏期次的研究主要有两种方法：一是通过测定与烃包裹体伴生的盐水包裹体均一温度来推测油气充注时间；二是油气储层中自生伊利石K-Ar同位素定年法，该方法可以确定油气最早成藏期的绝对年龄。前人对鄂尔多斯盆地延长组油气充注期次进行了剖析。梁宇等研究了子长地区长6段和长2段的包裹体寄主矿物形成时间序列，识别出2期包裹体，伴生盐水包裹体均一温度连续，认为其是一期连续成藏，发生在早白垩世晚期[4]；李相博等分析了石英中包裹体岩相学和均一温度，认为陇东—姬塬地区长9油藏和陕北地区长10油藏在中侏罗世和早白垩世发生了2期油气充注[5]；付金华等通过分析长8段含油砂岩中4种赋存状态的烃类，认为长8油藏包括3期充注，即以长石与石英包裹体烃为代表的早期低成熟度烃充注、以碳酸盐胶结物烃为代表的中期较高成熟度烃充注、以封闭烃与游离烃为代表的晚期高成熟度烃充注[6]；姚泾利等也对陇东—姬塬地区长9段储层的石英包裹体进行分析，并将其划分为2期，其伴生盐水包裹体均一温度有2个峰值区间，认为长9油藏经历了晚侏罗世和早白垩世2期成藏[7]。

本文充分总结了前人的研究成果，基于鄂尔多斯盆地吴起—志丹—安塞地区延长组长8段和长9段致密砂岩储层镜下观察和流体包裹体岩相学及均一温度特征，分析致密储层成岩演化、油气充注期次及两者之间的关系，以期为鄂尔多斯盆地延长组下组合致密油勘探提供参考。

1 区域地质背景

吴起—志丹—安塞地区位于鄂尔多斯盆地一级构造单元伊陕斜坡的中部(图1)，构造活动弱，构造形态简单，总体上呈平缓的单斜。研究区自下而上依次发育三叠系延长组，侏罗系富县组、延安组、直罗组、安定组，白垩系，古近系，新近系和第四系。三叠系延长组是该地区油气主要分布层系，前人根据沉积旋回特征，将延长组自上而下划分为长1～长10段共10段。长10段沉积期湖盆形成，长9—长8段沉积期湖盆扩张，长7段沉积期湖盆强烈坳陷，长6—长4段沉积期湖盆逐渐萎缩，长3—长1段沉积期湖盆逐渐消亡[3]。本文将长8～长10段划为延长组下组合，长7段划为延长组中组合，长1～长6段划为延长组上组合，本次研究的目的层段是延长组下组合的长8段和长9段(图2)。

图件引自文献[9]，有所修改图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分及井位置分布Fig.1 Tectonic Element Partition in Ordos Basin and Distribution of Wells

长9段发育三角洲-湖泊沉积，三角洲平原分流河道砂体和三角洲前缘水下分流河道砂体是有利储集砂体[8]；长8段发育浅水三角洲沉积，分流河道、水下分流河道砂体发育且延伸距离远，厚度大，是主要储油层段[6]；长7段为最大湖泛期沉积，半深湖、深湖区富有机质泥页岩广泛分布，厚度为100～120 m，是中生界的主力烃源岩[9]。研究区长8段孔隙度为6.32%～13.61%，平均为9.62%，渗透率为(0.05～3.20)×10-3μm2，平均为0.50×10-3μm2；长9段孔隙度为7.52%～13.20%，平均为9.98%，渗透率为(0.10～5.18)×10-3μm2，平均为0.72×10-3μm2，属于典型的致密油气储层。研究区长8油藏和长9油藏为源下油气成藏模式，上覆长7段暗色泥页岩既是烃源岩，也是良好的盖层。以长7段过剩压力为油气运移动力，通过微裂缝向下运移，在长8段和长9段砂体内侧向分配，在源内凹陷区形成横向连片、纵向叠置的大型低渗透岩性油藏，源外隆起区形成物性较好的构造油藏和岩性油藏。

图2 鄂尔多斯盆地中部延长组下组合地层柱状图Fig.2 Stratigraphic Column of Lower Yanchang Formation in Central Ordos Basin

2 样品采集与分析方法

本次研究采集鄂尔多斯盆地吴起—志丹—安塞地区14口典型钻井目的层段的岩芯样品。首先，制作铸体薄片在偏光显微镜下观察，结合扫描电镜分析，识别成岩矿物及成岩作用类型，确定成岩矿物序列与烃类充注的时间关系。其次，挑选出胶结作用明显的样品，制作流体包裹体薄片，利用ZEISS Imager A1m多功能显微镜进行流体包裹体岩相学分析，观察包裹体的分布、形状、相态、颜色和荧光等特征；同时研究与烃包裹体同源同期的孔隙沥青特征，结合包裹体所赋存的寄主矿物的形成时间顺序，确定包裹体的期次；再利用LINKAM液氮型冷热台(MDSG 600)对包裹体进行均一温度测试，测定前用标样对冷热台系统进行测试，均一温度通过循环测试方法得到，加热速率为10 ℃·min-1，精确度为1 ℃。最后，结合研究区成岩史、埋藏史和烃源岩热演化史，综合确定油气充注期次。

3 成岩序列分析

通过统计鄂尔多斯盆地吴起—志丹—安塞地区14口典型钻井目的层段岩芯样品的碎屑成分，采用三端元四组分三角图解法对砂岩类型进行划分。长8段和长9段岩石类型主要为岩屑质长石砂岩、岩屑长石砂岩，含少量长石质岩屑砂岩(图3)。岩屑中以变质岩岩屑为主，其次为岩浆岩岩屑，沉积岩岩屑较少。填隙物以次生加大的石英、方解石和绿泥石为主，少量为高岭石和次生加大的长石，此外，长9段还发育少量浊沸石胶结物。研究区长8段和长9段成岩作用主要有压实作用、胶结作用、交代作用和溶解作用。

1为石英砂岩;2为长石质石英砂岩;3为岩屑质石英砂岩;4为长石岩屑质石英砂岩;5为长石砂岩;6为岩屑质长石砂岩;7为岩屑长石砂岩;8为长石岩屑砂岩;9为长石质岩屑砂岩;10为岩屑砂岩图3 岩性三角图解Fig.3 Triangle Diagram of Lithology

3.1 压实作用

压实作用在压溶作用、岩石致密之前表现较强烈，浅埋藏阶段颗粒之间为点-线接触，粒间孔隙发育，颗粒边缘发育绿泥石包壳[图4(a)]，塑性泥屑弯曲变形。随着埋深加大，颗粒之间变为线-凹凸接触，刚性颗粒受挤压形成X形压裂缝[图4(b)]，矿物颗粒微裂缝发育。

3.2 胶结作用

研究区长8段和长9段主要发育石英、长石、方解石、绿泥石4种胶结物，浊沸石胶结物较少。

石英胶结物从Ⅰ级加大到Ⅲ级加大均有产出，扫描电镜下观察到六方双锥状石英晶体充填粒间孔隙[图4(c)]，石英次生加大边非常发育，加大边界线处存在黑色沥青[图4(d)]，充填孔隙的不规则状石英中也存在烃包裹体，表明在石英胶结过程中一直有烃类充注，且烃类充注开始的时间较早。

长石胶结物表现为围绕长石颗粒边缘的次生加大[图4(e)]和孔隙中的长石微晶[图4(f)]，次生加大边干净明亮，自形程度较高，几乎没有溶蚀，而长石颗粒蚀变、溶蚀较强烈，粒内溶蚀孔隙发育且充填黑色沥青，沿溶蚀孔隙边缘发育较多的烃包裹体。长石胶结物出现在酸性流体溶蚀长石及烃类主要充注期之后。

镜下方解石的晶形有两种：一种是粉晶方解石，晶粒间有黑色沥青，可能是含油使方解石结晶受阻，粉晶方解石常出现在含油丰富的储层中[图4(g)]；另一种是嵌晶胶结的大晶体[图4(h)]，两组近直交解理明显，充填粒间孔隙使储层致密。镜下观察到方解石常交代长石加大边、杂基并充填溶蚀孔隙[图4(e)]，表明方解石胶结物出现在长石胶结物之后。

浊沸石多呈嵌晶式胶结，充填粒间孔隙。在孔隙较发育的砂岩中，浊沸石多沿解理缝溶蚀，溶蚀孔中可残留沥青[图4(i)]，表明浊沸石胶结发生于酸性流体溶蚀和烃类充注之前，同时观察到方解石胶结物交代浊沸石[图4(h)]，表明浊沸石比方解石形成时间早。

绿泥石以薄膜状分布在粒间孔隙边缘或被后期充填孔隙的石英和方解石胶结物包裹，表明绿泥石形成于早期的浅埋藏阶段、强烈压实作用之前。

3.3 溶解作用

长石、杂基、浊沸石等矿物被溶蚀，且溶蚀孔隙中多充填沥青，而长石次生加大和大量方解石胶结物均未被溶蚀，表明强烈溶蚀作用发生在浊沸石胶结之后、长石和方解石胶结之前。有机质成熟过程中生成的大量有机酸是研究区主要酸性流体，溶解作用不仅生成了各种胶结物的物质来源，也扩大了烃类赋存空间。

3.4 烃类充注

储层中烃类的存在反映了地质历史时期的油气充注事件。沥青是原油中的极性组分或成岩阶段经成熟作用演化后的产物，演化程度低的含有较轻质组分，演化程度高的以极性高分子沥青质和碳化有机质为主[2]，按成分分为油质沥青、胶质沥青、沥青质沥青和碳质沥青[10]。荧光发光性质可以反映有机质组分的基本特征，油质沥青是烃类化合物，荧光颜色主要为绿色、蓝色、蓝白色和白色，胶质沥青和沥青质沥青是含有O、N、S的高分子杂环化合物，荧光颜色为橙色、黄褐色和褐色，碳质沥青荧光下全黑。

图4 致密砂岩成岩作用特征Fig.4 Diagenesis Characteristics of Tight Sandstone

研究区延长组长8段和长9段的碳质沥青多呈散片状赋存在石英次生加大边界限处[图4(d)]、长石溶蚀孔隙[图4(e)]、浊沸石溶蚀孔隙[图4(i)]和粒间孔隙中，被后期的油质沥青和胶质沥青包围[图4(j)、(k)]，表明烃类充注在石英次生加大之前已经开始，且碳质沥青形成较早。少量胶质沥青和沥青质沥青赋存于粒间孔隙中[图4(l)]，显示橙黄色、黄褐色荧光，从孔隙边缘向孔隙中心颜色变浅，常分布在碳质沥青外围，并与油质沥青混染。大量的油质沥青赋存于粒间孔隙、石英裂缝、长石溶蚀孔隙和方解石的解理缝中，其黏度小、易流动，与其他3种沥青混染。综上所述，碳质沥青形成时间最早，其次是沥青质沥青和胶质沥青，最后是大量的油质沥青，从石英次生加大到方解石胶结，储层中一直有烃类存在。

3.5 小 结

通过成岩作用分析，建立了研究区延长组长8段和长9段的成岩演化序列：压实作用/浅埋藏早期溶蚀→绿泥石膜形成→有机酸注入→长石/杂基/浊沸石溶蚀→烃类充注→石英胶结→长石胶结→方解石胶结→多数储层强烈致密化。

4 储层流体包裹体特征

4.1 烃包裹体期次

图5 包裹体特征Fig.5 Characteristics of Inclusions

宿主矿物形成的序次是确定沉积岩包裹体期次的根本依据[11]，结合鄂尔多斯盆地吴起—志丹—安塞地区长8段和长9段成岩演化序列及烃包裹体岩相学特征，可识别出3期烃包裹体。第一期烃包裹体分布在石英愈合缝[图5(a)]、石英次生加大边[图5(b)]和充填孔隙的石英胶结物中[图4(j)]，均是在石英胶结过程中捕获孔隙内烃类形成的，形状多为椭圆形和纺锤形，以气液两相为主，显示蓝色、蓝白色荧光(边缘蓝色，中部白色)，少数显示黄色荧光烃包裹体和黑色荧光沥青包裹体[图5(c)、(d)]，应为石英胶结早期捕获低成熟度烃类形成的。石英愈合缝中的烃包裹体呈串珠状分布；石英次生加大边中的烃包裹体呈无规则群体分布，数量较石英愈合缝中的少；充填孔隙的石英胶结物中的烃包裹体多呈串珠状分布。第二期烃包裹体分布在长石胶结物中，数量较少，为气液两相包裹体，显示蓝色和蓝白色荧光，分布在溶蚀孔隙和解理周围，呈短柱状，边界平直；由于有机酸溶蚀作用造成长石晶格缺陷，后期长石胶结物生长时捕获烃类,从而形成烃包裹体。第三期烃包裹体分布在方解石胶结物中，呈孤立或零星分布，形状近六边形[图5(e)、(f)]，是在烃类充注结束后捕获孔隙中烃类形成的。

固相沥青包裹体和少量近黄色荧光烃包裹体形成时间较早，大量蓝色、蓝白色、白色荧光烃包裹体形成时间较晚，前述孔隙中4种沥青的形成顺序也有同样的规律，这与Stasiuk等的实验结果[12]一致，即对原油及烃包裹体的荧光测试证明，随着有机质成熟度升高，API度(石油的相对密度)增加，其荧光主峰波长呈现变小的趋势，荧光颜色发生变化，即褐色→橘黄色→浅黄色→蓝色→蓝白色，发生蓝移[12-14]。

从早成岩阶段A期到中成岩阶段A期，长8段和长9段中自生矿物陆续胶结，有机质逐渐成熟，烃类不断充注、演化，从而形成了不同期次的烃包裹体。自生矿物胶结的次序只决定了烃包裹体的期次，还不能全面地反映储层中烃类的充注期次。

4.2 流体包裹体均一温度

流体包裹体均一温度是包裹体研究中最重要的地球化学参数，烃包裹体和伴生盐水包裹体的均一温度是划分烃包裹体期次和分析油气成藏期次的重要依据[15]。通常来说，烃包裹体均一温度比其形成温度低，伴生盐水包裹体均一温度比同期烃包裹体更能精确代表包裹体形成时的古地温[16]。

选取研究区的S162井、X196井和X149井，对91个烃包裹体和31个伴生盐水包裹体进行测温(表1)，将烃包裹体和伴生盐水包裹体均一温度拟成直方图(图6、7)。

表1 伴生盐水包裹体均一温度分析结果Tab.1 Analysis Results of Homogenization Temperature of Associated Saline Inclusions

注：成因都为次生。

图6 烃包裹体均一温度分布直方图Fig.6 Histogram Showing the Homogenization Temperature Distribution of Hydrocarbon Inclusions

图7 伴生盐水包裹体均一温度分布直方图Fig.7 Histogram Showing the Homogenization Temperature Distribution of Associated Saline Inclusions

从烃包裹体均一温度分布直方图(图6)可以看出，烃包裹体均一温度峰值区间为60 ℃～70 ℃，近蓝色和近白色荧光烃包裹体数量明显比近黄色荧光烃包裹体数量多，近黄色荧光烃包裹体均一温度分布区间为50 ℃～80 ℃，近蓝色和近白色荧光烃包裹体分布区间分别为40 ℃～120 ℃和50 ℃～110 ℃。近黄色荧光烃包裹体可能代表了烃源岩进入生烃门限后排出的少量烃类充注，而近蓝色和近白色荧光烃包裹体代表了生烃高峰期的大量烃类充注。烃包裹体数量从少到多，均一温度升高，反映了在烃类充注期进入长8段和长9段储层中的烃类成熟度不断升高并持续充注的过程。

从伴生盐水包裹体均一温度分布直方图(图7)可以看出：第一期伴生盐水包裹体均一温度为61.4 ℃～148.3 ℃，峰值区间为60 ℃～70 ℃、110 ℃～120 ℃和140 ℃～150 ℃;第二期长石胶结物中的烃包裹体数量很少，其伴生盐水包裹体很少发现，本文不予讨论；第三期伴生盐水包裹体均一温度为67.6 ℃～131.8 ℃，峰值区间为80 ℃～90 ℃。一般认为每一期伴生盐水包裹体仅有一个均一温度峰值，当出现多个峰值即认为是多个期次的包裹体，而研究区第一期伴生盐水包裹体均一温度有3个峰值，此问题将在第5节烃类充注期次综合分析中详细讨论。

5 烃类充注期次综合分析

将伴生盐水包裹体均一温度与地层埋藏史、烃源岩热演化史结合起来，是确定烃类充注期次的常用手段[10-11,17-18]。

5.1 地层埋藏史和烃源岩热演化史

前人对鄂尔多斯盆地的地层埋藏史和烃源岩热演化史进行了大量研究[19-23]。三叠纪以来,鄂尔多斯盆地表现为一个掀斜构造演化过程，结束了晚古生代克拉通内陆坳陷盆地的发展过程，进入内陆差异沉降盆地的发展阶段[24]。早印支运动导致华北板块向南俯冲，使盆地坳陷幅度急剧增大，湖泊范围扩大、深度增加，沉积了优质长7段烃源岩[25]。三叠纪末期，盆地发生一次明显的构造抬升，吴起—志丹地区剥蚀厚度为0～100 m。早—中侏罗世，盆地经历了坳陷→隆升→坳陷的演化过程，坳陷阶段沉积了富县组和延安组，隆升阶段延安组剥蚀厚度为120～200 m，盆地东南部地壳抬升，但吴起地区仍为低构造带，再次坳陷沉积了直罗组和安定组。晚侏罗世，盆地抬升，吴起—志丹地区安定组剥蚀厚度为160～240 m[24]。中晚侏罗世—早白垩世，盆地经历了一次构造热事件，华北板块减薄和局部地区下部的岩浆加热导致地温热异常，地温梯度为每百米4.3 ℃～4.6 ℃，安定组沉积末期，吴起—志丹地区长7段烃源岩镜质体反射率(Ro)大于0.50%，开始生烃[26-29]。早白垩世，盆地持续沉降，延长组快速埋深，加之高地温梯度的影响，加速了烃源岩中有机质的热解过程；早白垩世末期，长7段烃源岩镜质体反射率为0.70%～0.75%。晚白垩世以来发生了最强烈的抬升剥蚀，研究区剥蚀厚度为800～1 400 m，烃源岩生烃趋于停止。

5.2 烃类充注期次

通常将伴生盐水包裹体均一温度投影在地层埋藏史和古地温演化图上确定烃类充注期次。研究区长8段和长9段在早白垩世持续埋藏，地温从60 ℃上升至140 ℃以上，晚白垩世至新近纪持续抬升(图8)，地层温度逐渐降低至70 ℃以下，而两期伴生盐水包裹体均一温度都在埋藏阶段和抬升阶段地温变化范围内，如果不加以限制地投图，则会带来多解性。

由成岩作用和烃源岩热演化史可知，在侏罗纪末期，长7段烃源岩中有机质低成熟，镜质体反射率为0.50%～0.70%，有机酸产量高，酸性环境下长石和杂基强烈溶蚀生成大量硅质，富集在孔隙中逐渐胶结，并捕获低成熟烃类及伴生盐水形成包裹体。在早白垩世，有机质成熟，镜质体反射率大于0.70%，进入生烃高峰，有机酸产量逐渐降低，大量烃类注入长8段和长9段砂体中，此阶段仍为酸性环境，由压实作用产生的石英微裂缝在此阶段愈合并且捕获烃类及伴生盐水形成大量串珠状分布的包裹体。从侏罗纪末期到早白垩世，地层快速埋深，地温升高，有机质不断成熟，石英胶结持续存在，并没有明显的分期。仅仅根据现今测得的伴生盐水包裹体均一温度划分期次是不准确的，测点的数量很大程度上影响了均一温度峰值的数量；测点多时，峰值可能较突出，测点少时，峰值可能不明显。晚白垩世以来，地层抬升，烃源岩生烃逐渐停止，有机酸减少，成岩环境由酸性向碱性过渡，长石和方解石开始胶结，并捕获孔隙中的烃类及伴生盐水形成包裹体。

综上所述，第一期包裹体形成于侏罗纪末期至早白垩世的埋藏阶段，第二期和第三期包裹体形成于晚白垩世至古近纪的抬升阶段，而烃类充注只发生在早白垩世持续埋藏过程中，为一期持续充注。

图中温度代表地温图8 地层埋藏史-成岩演化序列Fig.8 Stratigraphic Burial History-diagenetic Evolution Sequence

5.3 流体包裹体期次与烃类充注期次的不等同性

一般认为,有几期次流体包裹体或几个包裹体均一温度峰值就对应有多少期次油气充注[30-34]。通过对研究区流体包裹体期次和烃类充注期次的分析，发现两者并不等同。

鄂尔多斯盆地中部长7段烃源岩从进入生烃门限到生烃高峰期，再向下伏长8段和长9段充注成藏，需要一定的地质历史时间，其生排烃的主要阶段早白垩世在埋藏史和热演化史上是一个稳定持续的过程，符合长期连续充注成藏的要求。烃包裹体的形成不仅要求储层中存在烃类，还必须要有正在生长的矿物，且该矿物具有捕获烃类的能力。从酸性流体溶蚀长石造成晶格缺陷→石英胶结捕获烃类→长石胶结捕获烃类→方解石胶结捕获烃类，陆续形成了多期次的烃包裹体，而在烃类充注期只形成了石英中的烃包裹体，在长石和方解石胶结时烃类主要充注期已经结束，其捕获的应该是已经存在于孔隙中的烃类。

由此可见，研究区流体包裹体期次与烃类充注期次并不等同，运用流体包裹体判断烃类充注期次必须与研究区的地层埋藏史、烃源岩热演化史和储层成岩史结合起来综合确定，只依据流体包裹体期次判断有局限性。

6 结 语

(1)鄂尔多斯盆地中部延长组长8段和长9段致密储层主要发育压实、胶结、交代和溶解4种成岩作用。成岩演化序列为压实作用/浅埋藏早期溶蚀→绿泥石膜形成→有机酸注入→长石/杂基/浊沸石溶蚀→烃类充注→石英胶结→长石胶结→方解石胶结→多数储层强烈致密化。

(2)延长组长8段和长9段存在3期烃包裹体。第一期烃包裹体分布在石英愈合缝、石英次生加大边和充填孔隙的石英胶结物中，少数低成熟的黄色荧光烃包裹体及黑色荧光沥青包裹体代表了烃源岩进入生烃门限后排出的少量烃类充注，多数成熟度较高的蓝色、蓝白色荧光烃包裹体代表了生烃高峰期大量烃类充注。第二期烃包裹体分布在长石胶结物中，显示蓝色和蓝白色荧光，分布在溶蚀孔隙和解理周围，呈短柱状，边界平直。第三期烃包裹体分布在方解石胶结物中，呈孤立或零星分布，形状近六边形。后两期烃包裹体均是在烃类充注结束后捕获孔隙中烃类形成的。

(3)吴起—志丹—安塞地区长8段和长9段经历了晚侏罗世末期至早白垩世末期的一期烃类持续充注。研究区流体包裹体期次与烃类充注期次不等同，运用流体包裹体判断烃类充注期次必须与研究区的地层埋藏史、烃源岩热演化史和储层成岩史结合起来综合确定。