库车坳陷迪北气藏侏罗系储层古流体特征与油气充注史

张亚超，李贤庆，魏强，孙可欣，谢增业，肖中尧

1.煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083；2.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083；3.中国石油勘探开发研究院天然气地质研究所，河北廊坊 065007；4.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000

流体包裹体包含了油气运移和充注时古流体的温度、压力和成分等信息，是油气成藏分析的重要研究对象[1]。流体包裹体镜下特征和储层颗粒荧光定量分析，是判识储层是否存在油气充注最直接的证据，两者结合可以有效判别油气成熟度、分析油质。根据流体包裹体均一温度可以恢复古流体被捕获时的温度和压力，结合沉积埋藏史可以判断油气充注的期次与时间。目前，流体包裹体与储层颗粒荧光分析技术已在致密砂岩气藏成藏研究中得到良好运用[2-5]。

迪北气藏位于塔里木盆地库车坳陷东部克-依构造带。近年来，在该地区侏罗系储层勘探获得了较大突破，展示了天然气勘探的广阔前景[6]。迪北地区深层致密砂岩气藏储层埋深一般大于4 500 m。因此，对迪北气藏油气成藏特征的研究有利于明晰深层致密砂岩气藏的成藏规律。不同学者基于不同方法对迪北气藏的油气充注时间和充注期次进行研究，但认识上存在差别。赵靖舟等[7]利用构造圈闭形成时间，判断迪北气藏形成时间大约在5.3 Ma前。李贤庆等[8]应用生烃动力学研究了迪北气藏天然气生成与聚集，认为天然气聚集时间为5 Ma前至今。李峰等[9]对依南2井下侏罗统砂岩储层中盐水包裹体均一温度进行测试，认为迪北气藏具有早油晚气两期成藏特征。陶士振等[10]通过对克依构造带流体包裹体特征研究认为克依构造带有三期油气演化，第一期为轻质油充注，第二期、第三期为天然气充注。

在前人研究的基础上，本文采用包裹体岩相学、显微测温、含油包裹体丰度(GOI)、储层颗粒荧光定量等分析技术对迪北气藏侏罗系储层古流体特征与油气充注史进行研究。结合构造演化史、热史、沉积埋藏史、烃源岩生排烃史，综合判识迪北气藏油气充注期次与时间，明晰油气成藏过程，旨在为塔里木盆地库车坳陷致密砂岩大气田成藏研究与勘探评价提供参考。

1 地质概况

库车坳陷位于塔里木盆地北缘，是经历3期演化叠合而成的一个前陆型盆地，自北向南可以划分为“五带三凹”的格局[图1(a)]，表现出南北分带、东西分段、上下分层的特征。迪北构造位于依奇克里克构造带东部，是发育于依奇克里克断裂下盘的一个大型断鼻，此地区构造变形强烈，逆冲断层发育[11-12][图1(b)]。

迪北气藏下伏烃源岩平面分布广、厚度大、有机质丰度高、成熟度高，为该地区发育致密砂岩气藏提供了良好的物质基础[13-14]。其主要的产气层段为下侏罗统，岩性以岩屑砂岩为主，属于低孔、低渗储层[6]。吉迪克组发育膏泥岩盖层，封闭能力强[15]。良好的生储盖组合是迪北气藏形成的重要条件[图1(c)]。迪北气藏为常温高压气藏，压力系数1.4～1.84，依南2井日产气5.01×104m3，日产油1.8 m3，其中凝析油密度为0.796 g/cm3[16]。依南4、依深4井产水，无天然气产出，在纵向上具有气水倒置的特征。天然气中甲烷含量为82%～95%，平均为88%；天然气干燥系数为0.85～0.95，平均为0.93，表现为湿气特征；天然气δ13C1为-38.4‰～-30.67‰，δ13C2为-27.1‰～ -19.4‰，δ13C3为-26.5‰～-20.6‰，烷烃气组分碳同位素整体呈正碳同位素序列，主要为煤成气，存在煤型气与油型气的混合气；天然气成熟度介于0.8%～1.5%[17-18]。

图1 研究区位置、气藏剖面与地层柱状图(据文献[32]修改)Fig.1 Location of research area，gas reservoir profile and stratigraphic histogram (modified from Ref.[32])

2 样品与测试

选择库车坳陷迪北气藏4口井进行采样，分别为依南2井、依南4井、依深4井、依南5井。样品以含砾粗砂岩和含砾中砂岩为主，层位包括侏罗系阿合组(J1a)和阳霞组(J1y)。

使用日产显微镜Olympus对迪北气藏侏罗系储层流体包裹体进行研究，首先在透射光和紫外光条件下进行包裹体岩相学观察，确定包裹体产状、宿主矿物、荧光颜色和相态并计算GOI。GOI测定方法为：将样品制成流体包裹体双面抛光薄片，在透射光和荧光观察的基础上，在薄片的100个视域中统计含油包裹体的颗粒与视域中的总矿物颗粒数，计算它们的百分比。

采用LINKAM液氮型冷热台THMS600G(测定误差为±0.1 ℃)来测定流体包裹体的均一温度。

根据包裹体岩相学特征与均一温度，判别烃类包裹体的形成期次。使用颗粒荧光定量技术(QGF)和粒间萃取液荧光定量技术(QGF-E)，判识是否存在古油层、油气的成熟度，分析油质。结合迪北区域地层沉积埋藏史，确定迪北气藏油气充注期次及其充注过程。

3 实验结果分析

3.1 流体包裹体岩相学特征

迪北气藏下侏罗统储层中流体包裹体较为发育，个体分布在3～10 μm之间，形态多为椭圆形和不规则多边形，常呈孤立状、群状和串珠状产出。石英颗粒内前期发育的裂缝被后期裂缝切割，并且在两期裂缝中均存在盐水包裹体，据此判断迪北气藏存在两期包裹体，第Ⅰ期发育在石英颗粒内裂缝、石英颗粒边缘，第Ⅱ期发育在石英内颗粒裂缝、穿石英颗粒裂隙、石英次生加大边中。

在室温条件下，烃类包裹体依据相态的不同分为液态烃包裹体、气态烃包裹体和气液烃包裹体，常与盐水包裹体伴生。根据流体包裹体单偏光下的颜色、荧光显示等信息(图2)，将烃类包裹体划分为两期：第Ⅰ期为液态烃包裹体，荧光显示为浅黄色、黄绿色，形状多为椭圆状，推测为早期低成熟原油的充注；第Ⅱ期为气态烃包裹体与气液包裹体，气液烃包裹体荧光显示为蓝白色，气态烃包裹体不发荧光，反映高成熟轻质油气充注。包裹体的荧光颜色由浅黄色、黄绿色变为蓝白色，其气液比逐渐增大，表明有机质成熟度的增高。

液态烃包裹体多分布在石英颗粒内裂缝、石英颗粒边缘，气态烃和气液烃包裹体多发育于穿石英颗粒裂缝、石英次生加大边中。依据包裹体岩相学特征和依据单偏光、荧光特征对包裹体期次的划分具有一致性，说明迪北气藏至少存在两期油气充注。

(a)依深4井，4 005.3 m，J1a，浅灰色含砾粗砂岩，沿切穿石英颗粒微裂缝及其加大边呈线状分布，黄绿色荧光液态烃包裹体；(b)依南2井，4 550.5 m，J1y，灰色粗砂岩，石英颗粒中蓝白色荧光油气包裹体；(c)依南5井，4 783 m，J1a，沿切穿石英颗粒的微裂缝呈带状分布，盐水包裹体与油气包裹体共生；(d)依南5井，4 783 m，J1a，沿切穿石英颗粒的微裂缝分布，气态烃包裹体；(e)依南4井，4 125.2 m，J1y，沿切穿石英颗粒微裂缝呈线状分布，淡褐色的含烃盐水包裹体；(f)依南4井，4 045.5 m，J1y，沿切穿石英颗粒的微裂缝分布，绿色荧光的轻质油气包裹体图2 迪北气藏侏罗系砂岩样品流体包裹体单偏光、荧光下的特征Fig.2 The characteristics of fluid inclusion under the condition of transmittance and fluorescence in Jurassic sandstone of Dibei gas field

3.2 流体包裹体均一温度分布特征

通过迪北气藏侏罗系储层样品包裹体显微测温数据可以看出，不同期次包裹体的均一温度主频分布范围明显不同(表1)。储层样品包裹体均一温度分布在80 ℃～165 ℃内，表明流体连续充注。与液态烃包裹体共生的盐水包裹体均一温度，明显小于与气态烃包裹体共生的盐水包裹体均一温度，并且4口井储层样品的盐水包裹体均一温度呈双峰型分布，集中在100 ℃～110 ℃与130 ℃～140 ℃，反映两期油气充注(图3)。分析结果表明，迪北气藏存在早期油和晚期天然气充注，这也与用包裹体岩相学划分的烃类包裹体期次一致。

图3 迪北气藏致密砂岩储层样品流体包裹体均一温度分布直方图Fig.3 Homogenization temperature of fluid inclusions in tight sandstone reservoir samples of Dibei gas field

表1 迪北气藏侏罗系储层流体包裹体岩相学特征及均一温度Tab.1 The characteristics and homogenization temperature of fluid inclusions in Jurassic reservoir samples of Dibei gas field

3.3 含油包裹体丰度(GOI)特征

油气在运移和聚集时，会在运移通道和聚集层位的岩石矿物中发育大量烃类包裹体，GOI与非油气运聚层位有比较大的差异[19]，GOI值小于1%为水层，大于5%为油层，介于1%～5%时为油气运移通道[20]。本文所测迪北地区4口井侏罗系储层GOI分布在1%～45%之间(图4)，GOI值与储层的深度关系不明显。依南4井在4 400 m以深GOI值位于3%左右，在4 000 ～4 400 m时GOI值位于10%～30%之间。依深4井在3 982.6 m处GOI值位于1%左右，在3 982.6 m以深GOI值大于5%，最大达45%。依南2井在4 700 m以深GOI值大于5%。实验所测迪北气藏GOI值整体较高，表明迪北气藏侏罗系储层存在古油层[21]。GOI值与储层物性条件、油气充注速率、油气充注时间有关，所测GOI值较高说明迪北地区侏罗系储层物性可能相对较好，岩石更容易捕获封存流体包裹体，同时也说明油气的充注是一个连续缓慢的过程[22-23]。

图4 迪北气藏侏罗系储层含油包裹体丰度与深度的关系Fig.4 Correlation between GOI values and depth in Jurassic reservoir of Dibei gas field

3.4 储层颗粒荧光定量(QGF)

储层颗粒荧光定量(QGF)可检测储层石英颗粒内包裹烃的信息，从而可以探测古油层[23]。凝析油的QGF强度主峰值的波长为375 nm和400 nm，轻质油的为375 nm和425 nm，重质油的一般大于450 nm。QGF指数大于4为识别古油层的标志[24-25]。对依南2井侏罗系储层进行了储层颗粒荧光定量分析(表2)，结果显示QGF指数分布在2.0～23.0之间，平均值为9.8。通过分析发现，埋深4 815.0 m以深的QGF指数较高，QGF指数最大值位于埋深4 815.0 m处，该深度可能为古油层存在区域；在4 534～4 815.0 m范围内QGF指数较低，在4 579 m QGF指数降至4.0左右，可能是油层过渡到水层的标志。库车坳陷具有多套烃源岩，加之构造变形强烈，因而油气分布及运移特征非常复杂。样品QGF光谱主峰值分别位于340～360 nm和450 nm附近(图5)，具有轻质油和重质油的波长特征，表明迪北区块侏罗系储层的油为不同源或不同成熟度原油的混合[26-27]。储层包裹体岩相学观察到的不同成熟度的烃类包裹体也印证了这一点。刘如红[28]等利用生物标志化合物技术、正构烷烃碳同位素技术，对迪北地区侏罗系、三叠系烃源岩与原油的地球化学特征做了研究，并进行油源对比，认为迪北地区侏罗系储层中的原油来源于侏罗系煤系烃源岩及三叠系烃源岩。

表2 依南2井侏罗系储层样品QGF和QGF-E主要参数Tab.2 Main parameters of QGF and QGF-E from Jurassic reservoir samples in well Yinan 2

3.5 储层萃取液荧光定量(QGF-E)

QGF-E反映了储集岩颗粒表面吸附烃的特征，其强度可以反映有机化合物浓度的高低。QGF-E强度及其对应的发射光的波长是重要的指标，油层的QGF-E强度一般大于40 pc[29]。依南2井QGF-E强度为29.0～28 455.0 pc(表2)，大部分样品的QGF-E强度大于40 pc，表明存在古油层。依南2井储层砂岩样品的QGF-E荧光光谱λmax在364～372 nm之间，主峰值约为370 nm(图5)，表现为轻质油的光谱特征。有部分样品谱峰出现在420 nm，表现为沥青质的特征，而沥青质可能是原油早期充注、后遭受天然气气洗改造后残留形成的[30]。

QGF指数与QGF-E强度存在正相关性[图5(g)(h)]。18个样品中有14个样品QGF指数大于4，因而判断为经历过早期的原油充注。在4个QGF指数小于4的样品中，有3个样品QGF-E强度大于40 pc，说明早期未经历原油充注的砂岩样品在后期可能经历了天然气充注。据此可以推测，部分天然气的运移通道形成于原油充注之后、天然气充注之前。

图5 依南2井侏罗系储层荧光定量Fig.5 Quantitative grain fluorescence in Jurassic reservoir samples in well Yinan 2

4 油气充注史分析

4.1 油气充注期次与时间

包裹体均一温度分布图显示，迪北气藏侏罗系储层盐水包裹体均一温度存在100 ℃～110 ℃和130 ℃～140 ℃两个主峰温度。通过包裹体岩相学、包裹体均一温度以及构造发育史、烃源岩生排烃史、埋藏史[7，31-32]分析认为，迪北气藏至少经历两期油气充注。第Ⅰ期为早期低熟油的充注，此期包裹体主要源自三叠系烃源岩早期排出的原油，充注时间为18～16 Ma。第Ⅱ期包裹体更为发育，反映此期充注强度较大且成岩环境有利于形成流体包裹体，此期主要源自三叠系、侏罗系烃源岩晚期排出的高成熟轻质油和成熟天然气。天然气充注发生在库车期沉积以后，充注时间为5～3 Ma(图6)。

图6 迪北气藏油气充注期次Fig.6 The hydrocarbon charge stages of Dibei gas field

4.2 油气充注过程

综上研究，迪北气藏存在早期油充注、晚期天然气充注的成藏特征(图7)，成藏过程为：

图7 迪北气藏油气充注过程(据文献[32]修改)Fig.7 Hydrocarbon changing process of Dibei gas field(modified from Ref.[32])

(1) 中新世之前，烃源岩处在未成熟-低成熟演化阶段，还未开始大规模的油气充注。吉迪克组沉积以来，迪北气藏的三叠系湖相烃源岩大量生油，此时依奇克里克断层活动，从而形成低幅度背斜，使得三叠系烃源岩生成的原油沿断层在早期背斜圈闭中聚集。该期原油充注被黄绿色荧光包裹体所记录，GOI测定、储层颗粒荧光观察也证明有油的充注。

(2) 库车组沉积以来，迪北气藏烃源岩进入深埋期，三叠系、侏罗系烃源岩进入大量生气的成熟阶段，早期形成的原油在晚期天然气强烈充注下逐渐运移到圈闭外或沿着断裂散失。在储层中发现的沥青可以明证。东秋里塔格断层活动，形成高幅度依奇克里克背斜，三叠系、侏罗系烃源岩排出的天然气注入斜坡和构造低凹处的下侏罗统储层，形成大规模气藏，在储层中发育的大量气态烃包裹体验证了该期天然气的充注。

(3) 西域组沉积以来，东秋里塔格断层的活动使整个迪北斜坡向南位移和抬升，依深断裂活动强烈并断穿至地表。同时，位于构造高部位的依奇克里克背斜遭受抬升剥蚀，上覆古近系吉迪克组膏泥岩盖层被破坏，早期聚集在依奇克里克背斜的油气遭到破坏散失，使先前聚集的油气大量散失，气藏分布范围变小，没有形成大规模的油气藏。

5 结 论

本文采用流体包裹体岩相学、显微测温和储层颗粒荧光定量方法对库车坳陷迪北气藏侏罗系储层古流体特征与油气充注史进行了研究，主要结论如下：

(1) 迪北气藏侏罗系储层中发育两期烃类包裹体：第Ⅰ期包裹体主要为黄绿色荧光的液态烃包裹体，成熟度较低，与其共生的盐水包裹体均一温度为100 ℃～110 ℃；第Ⅱ期包裹体主要为发蓝白色荧光的气液烃包裹体，成熟度较高，与烃类包裹体共生的盐水包裹体均一温度为130 ℃～140 ℃。

(2) 迪北气藏侏罗系储层含油包裹体丰度较高，GOI分布在1%～45%之间，且QGF-E强度位于57.0～28 455.0 pc之间，说明迪北气藏有过原油的充注；QGF指数分布在2.0～23之间，QGF光谱主峰值分别位于340～360 nm和450 nm附近，QGF-E光谱主峰值在370 nm附近，说明储层中的油为不同源或不同成熟度油的混合。

(3) 迪北气藏侏罗系储层经历两期油气充注：第Ⅰ期为原油早期充注，充注时间为18～16 Ma；第Ⅱ期为天然气晚期充注，充注时间为5～3 Ma。西域组沉积以来，构造运动强烈，使气藏受到改造，在构造低部位成藏。