鄂尔多斯盆地铁边城地区长9砂岩的流体包裹体特征与油气成藏期次研究

夏晓雨，康 昱，任帅锋，霍建伟

(西北大学 地质学系，陕西 西安 710000)

流体包裹体是油气充注和成岩演化过程中被石英次生加大或方解石胶结物及其愈合裂隙等捕获的成岩包裹体，这些在油气成藏过程中形成的盐水或油气包裹体相互共存于成岩胶结物之中，一般不因后期构造活动的叠加改造而消失，保存和记录着宿主岩层成岩-成矿的时间、温度、压力和流体性质等重要的油气成藏信息[1-9，5-14]。这些信息对判断成岩作用历史，确定含烃流体运移、油气充注和成藏作用物理化学条件，估算油气藏成藏时间具有重要作用，是研究烃类流体活动的有效途径与对象[5-17]。

鄂尔多斯盆地是在古生代华北克拉通陆表海-滨浅海盆地基础之上叠合发育的中生代三叠纪-早白垩世的内陆河湖相多旋回沉积含油气盆地，其上三叠统延长组是油气勘探的重点层系。前人已对延长组的油气成藏期次进行了较多的研究，但存在有一期成藏、两期成藏与三期成藏等多种不同的认识。一期成藏观点认为早白垩世末期烃源岩生排烃高峰期为石油成藏时期[18]；两期成藏观点认为早白垩世为油气充注运移时间，晚白垩世晚期即构造抬升期为油气大规模聚集成藏时间，但也有学者认为第一期石油运移发生在中、晚侏罗世时期，第二期石油运移发生在早白垩世末期[19]；三期成藏观点认为第一期石油成藏期发生于中侏罗世末期，第二期石油成藏期为晚侏罗世-早白垩世中期，第三期石油成藏发生于晚白垩世[20]。本文在前人研究的基础上，通过对流体包裹体的研究，结合该地区地层埋藏史和热史明确长9砂岩储层的油气充注期次，确定油气成藏时间，以期对研究区长9储层及延长组储层的油气勘探有所启示。

1 地质概况与样品采集

研究区铁边城地区位于姬塬油田东区南部，北起王洼子、南至庙沟，西起樊学、东至吴起，面积约560km2；构造上处于鄂尔多斯盆地邻近西部天环坳陷的西倾斜坡带，总体呈现向西缓倾的平缓单斜构造，三叠系延长组地震反射界面显示其西倾角度在0.5～1°左右，平均坡降(8～10)m/km。

本次研究分别采集了铁边城地区4口探评井延长组长9油层组的8块砂岩岩心样品，分别磨制薄片进行观察研究。在Nikon LV100POL荧光偏光显微镜下观察流体包裹体的颜色、大小、产状和宿主矿物等，确定流体包裹体的相态、分布特征及类型；用LINKAMTHMS600型冷热台，在室温为20℃、湿度为30%的条件下对与烃类包裹体相伴生的盐水包裹体包裹体进行测温实验，测定误差为±0.1℃，测温时初始升温速率为10℃/min，当包裹体临近均一状态时升温速率自动调整为5℃/min。本次测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。

2 流体包裹体特征

2.1 包裹体薄片观察

流体包裹体(FI)是指储层成岩演化及其自生矿物生长过程中被包裹在矿物裂隙或晶格缺陷或窝穴中的盐水和烃类等成岩流体[21]。根据流体包裹体的相态特征可将其分为液体包裹体、气体包裹体和气液包裹体三类；根据成分可以分为盐水包裹体和油气或烃类包裹体[22]。储层中油气包裹体的存在反映了地质历史时期储集层中发生的油气充注事件，根据油气包裹体在成岩序列中的形成序次，可以确定油气充注成藏的相对时间。

从流体包裹体薄片的观察中可以看出，流体包裹体的主要赋存对象为石英颗粒表面、石英加大边、石英颗粒后期的成岩演化裂缝和早期的方解石胶结物。流体包裹体大小不一，石英颗粒表面和石英裂缝中的个体较大，多为2～5μm，石英加大边和方解石胶结物中的包裹体较小，一般小于2μm。形状有椭圆形、次棱角形、长条形及不规则形，主要呈孤立、带状或成群分布。不同产状类型包裹体的成岩序次与油气包裹体宿主矿物的关系显示，长9砂岩储层样品可见约三个期次油气包裹体(图1)：第一期油气包裹体相对偏少，主要分布于早期胶结方解石、石英次生加大边内的微裂隙中，烃类包裹体多为浅褐色；第二期油气包裹体数量较多，主要分布于早期方解石胶结物内，或沿石英颗粒次生加大边内侧或未切及石英颗粒次生加大边的成岩微裂隙分布，主要是浅褐色呈带状分布的液烃(或气液烃)包裹体；第三期油气包裹体数量最多，大多沿切穿石英或长石颗粒的微裂隙成线状或带状分布，烃类包裹体中液烃在单偏光下呈褐色或淡黄色，显示浅蓝色荧光。

(a) J209-6B(长9)砂岩石英次生加大边内侧浅褐色、灰色液态烃包裹体与共生的盐水包裹体；(b)为J43-2B(长9)砂岩方解石胶结物中的深褐色液态烃包裹体与共生的盐水包裹体；(c)和(d)分别为J109-6B(长9)、W554-1B(长9)砂岩石英次生加大边及切穿加大边的裂隙带中分布的深褐色液态烃、灰色气液烃包裹体与共生的盐水包裹体；(e)、(f)分别为J119-1B(长9)和W554-2B(长9)为砂岩石英矿物裂隙带灰色气液烃包裹体与共生盐水包裹体

图1 研究区长9砂岩储层流体包裹体特征

2.2 包裹体测温数据的统计与分期

选取与烃类包裹体同期的盐水包裹体进行温度测定，大致可代表储层中烃类包裹体的形成温度，因此同期盐水包裹体的均一温度即可代表储层中烃类包裹体的形成温度[22-24]。选取的盐水包裹体的气液比普遍≤5%，测试所得的均一温度连续分布在(74～136.4)℃，表明研究区油气成藏是一个连续的过程。不同期次的盐水包裹体特征及其测温数据分布总体显示长9砂岩储层盐水包裹体均一温度具有明显的三峰特征，表明研究区可能存在三个期次的油气充注(表1，图2)。第一期与液烃共生的盐水包裹体均一温度相对较低，测温数据一般分布在(75～90)℃；第二期与液烃共生的盐水包裹体均一温度较高，分布在(95～115)℃；第三期与液烃相共生盐水包裹体的均一温度最高，主要分布在(115～130)℃。

表1 研究区长9储层包裹体均一温度统计表

表1(续)

图2 研究区长9砂岩储层流体包裹体均一温度分布直方图

2.3 油气成藏期次和时间

流体包裹体形成期次的划分与测温数据相结合的统计分期是确定包裹体宿主岩层油气充注期次和时间的重要途径[23-24]。包裹体产状与其宿主矿物交切关系的成岩序次，可以从微观尺度上提供油气包裹体形成的相对世代关系，但如何将其推广到宏观尺度上的油气成藏期次分析还存在一定的多解性和人为因素[23-24]。近几年中，众多专家学者对砂岩储层的油气充注成藏阶段性的研究表明，多期次油气成藏过程形成的不同世代的包裹体均一温度往往具有多峰态的统计分布特征，不同总体的多组峰温可能指示了不同期次油气充注成藏过程中相应流体包裹体的统计峰温[12，23-24]。因此，通过成岩胶结物中与烃类包裹体相伴生的盐水包裹体均一温度的测定和统计，结合包裹体宿主岩层的埋藏史和热史分析，可以间接确定流体包裹体的形成年龄及其相应的油气充注成藏时间[11，14，23-24]。

图3 铁边城地区长9砂岩储层油气成藏期次图

将上述长9砂岩储层各采样井包裹体测温数据进行组合统计结果表明(图2)，长9砂岩储层经历了三个期次的油气充注事件，第一期统计峰温为82.5℃，第二期统计峰温为102.5℃，第三期统计峰温为117.5℃。将三组统计峰温投影到研究区中部J209井沉积埋藏史-古地温曲线上可以看出研究区长9砂岩储层主要经历了三期油气充注事件(图3)。根据研究区埋藏热史推测，第一期油气开始充注的时间主要发生在侏罗纪末期的155～150Ma，地层埋深约1600～1800m，烃源岩在该时期达到成熟开始生烃，生烃强度较小，主要表现为小规模的油气充注；第二期油气开始充注的时间主要发生在早白垩世中期的128～120Ma，地层埋深达到2100～2300m，这一时期为烃源岩生烃高峰期，烃源岩生烃速率高，生烃强度大，是储层大规模油气充注和成藏的时期；第三期油气充注的时间约为早白垩世末期的110～103Ma，地层埋深约为2400～2600m，其油气模式充注事件大致对应于早白垩世中晚期最大沉降埋藏增温的构造热事件及其相应的烃源岩大规模生排烃的主生烃期，与第二期为两期连续的油气充注和成藏时期。总体研究表明研究区长9储层经历了三期油气充注，峰温区间基本连续，说明三期幕式充注之间不存在明显间断，指示了相对连续的油气充注成藏过程。

3 结论

(1)铁边城地区长9砂岩储层中存在三期流体包裹体：第一期烃类包裹体较少，在单偏光镜下多呈浅褐色，与其相伴生的盐水包裹体均一温度为75～90℃；第二期烃类包裹体数量较多，多为浅褐色呈带状分布的液烃(或气液烃)包裹体，与其相伴生的盐水包裹体均一温度为95～115℃；第三期烃类包裹体数量最多，在单偏光下呈深褐色或淡黄色，荧光下多显示为浅蓝色，与其相伴生的盐水包裹体均一温度为115～130℃。

(2)结合埋藏史-古地温综合分析认为研究区长9储层存在三期油气充注成藏：第一期为侏罗纪末期(155～150Ma)发生的小规模的油气充注；第二期为早白垩世中期(128～120Ma)发生的大规模油气充注和成藏；第三期发生早白垩世末期(110～103Ma)，是受到早白垩世中晚期发生的构造热事件影响而导致的大规模油气充注成藏。