南襄盆地泌阳凹陷古近系核桃园组油气充注幕次及成藏年龄确定

朱 颜，李风勋，陈红汉，赵莹彬，李丽娟，郑 融，卜旭强

(1.中国石化 河南油田分公司 勘探开发研究院，郑州 450000；2.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126；3.中国地质大学(武汉) 资源学院，武汉 430074)

油藏形成年代是油藏动力学研究的关键点，也是油藏分析的核心内容，特别是勘探程度较高的老区，精细划分油气充注幕次，明确其成藏年龄，深化油气聚集规律研究，从而指导老区滚动勘探。泌阳凹陷油气资源丰富，发育多套垂向叠置的生储盖组合，断—砂构成主要的输导体系[1]。前人研究认为，构造是泌阳凹陷油气聚集的关键因素[2]，但是对油藏成藏时期与构造及其演化的耦合关系不明确，仅在北部斜坡王集—新庄地区和南部陡坡带双河—赵凹地区等局部地区，分别利用极少数的包裹体资料进行过简单的成藏时期研究[3-5]，而未对整个泌阳凹陷油气成藏动力进行过整体性和系统性研究，对供烃充注的具体过程认识不清。本文在系统采集流体包裹体样品的基础上[6]，运用流体包裹体的分析技术和解释方法[7-19]，结合埋藏史研究，对泌阳凹陷古近系核桃园组油藏开展油气充注幕次及成藏年龄研究，为老区滚动勘探页署提供参考。

1 地质概况

泌阳凹陷位于我国东部的南襄盆地，其南部和东缘两条边界断裂体系控制了凹陷的构造演化，其平面展布形态为扇形，为南断北超的箕状凹陷；同时，该断裂体系也控制了凹陷内3个次级构造单元(即南部陡坡带、中部深凹区和北部斜坡带)的平面分布。凹陷内古近系最为发育，其中，湖盆在核桃园组沉积时期最为稳定。凹陷中部深凹区沉积了一套巨厚的烃源岩，有机碳含量均值为1.8%，且烃源岩已进入成熟阶段，生烃能力强；同时，南部陡坡带发育近岸的扇三角洲和低位扇砂体[20]；北部斜坡带则为三角洲砂体沉积区。砂岩储层厚度大、物性好，连片发育，且向中部深凹区方向延伸；砂岩与泥岩平面上相互嵌合，纵向上交互叠置，组成了核桃园组多套生储盖组合，加之构造对油气运聚的控制作用，平面上分别构成了泌阳凹陷南北两大主要含油气系统(图1)。

图1 南襄盆地泌阳凹陷流体包裹体样品井位分布

2 储层流体包裹体研究

在泌阳凹陷不同构造单元31口井的核桃园组中采集了110块次砂岩包裹体样品，其中南部陡坡带12口井43块次，中部深凹区12口井39块次，北部缓坡带7口井28块次。实验测试分析由中国地质大学(武汉)教育部重点实验室微观烃类检测实验室完成。测试所使用的仪器是安装在Nikon 80I双通道荧光显微镜上的Maya Pro 2000显微荧光光谱分析仪，紫外激发光波长为330～380 nm，同时，配有10，20，40，50倍一般油浸物镜和100倍8 mm长焦工作物镜以及Linkam THMS 600 G冷/热台，均一温度测定误差为±0.1 ℃。

2.1 流体包裹体岩相学特征

储层砂岩包裹样品检测结果表明，包裹体多产自石英愈合裂纹中、石英次生加大边、铁白云石胶结物、方解石胶结物、溶孔充填的方解石中，以及岩屑颗粒内，少数油包裹体产于钠长石裂纹中；包裹体有气—液相油包裹体、单一液相油包裹体、纯气相包裹体和盐水包裹体等4种类型。在110块样品中，有63块样品检测到油包裹体，大部分样品中见单一液相包裹体和气液两相包裹体，仅在泌阳凹陷南部陡坡带检测到纯气相包裹体。单一液相油包裹体在透射光下呈无色—浅褐色(图2a)，在紫外线激发下具有黄色、绿色、黄绿色、蓝绿色或蓝色荧光(图2b)；气液两相油包裹体在透射光下呈浅褐色(图2c)，在紫外线激发下具有橙黄色、黄色、蓝绿色或亮蓝色荧光(图2d)；纯气相油包裹体在透射光下呈暗色或黑褐色(图2e)，在紫外线激发下具有微弱荧光(图2f)或无荧光。

图2 南襄盆地泌阳凹陷流体包裹体岩相学特征

2.2 流体包裹体显微荧光光谱分析

本实验不仅对包裹体岩相学特征进行了观察分析，而且还统计分析了不同岩相学特征包裹体的显微荧光光谱图，明确了不同类型的油包裹体显微荧光光谱特征[21-23]。油包裹体的荧光强度与油包裹体中油的密度有很大关系，不同充注时期或者不同油源的显微荧光光谱存在较大的差异。通过对荧光强度和光谱谱型分析，可以研究油气的充注幕次[24-25]。

通过对泌阳凹陷南部陡坡带的包裹体显微荧光观察，发现油包裹体荧光颜色主要有橙黄色、黄色—黄绿色、蓝色—蓝绿色以及亮蓝色等。在对各个油包裹体样品的荧光光谱图特征分析的基础上，求取其荧光光谱参数QF535值(波长535～720 nm所限定的面积与波长420～535 nm所限定面积的比值)，并分析了其与主峰波长的关系。研究表明，4种不同的油包裹体荧光颜色依次对应的平均主峰波长(λmax)为556，528，489，471 nm(图3)，其QF535范围依次为1.61～1.82，0.99～1.49，0.69～0.89，0.46～0.74(图4)，分别代表不同的成熟度。另外还在流体包裹体的样品中发现气包裹体，发微弱荧光，多分布在石英裂纹或粒间方解石胶结物中。根据上述油包裹体的荧光颜色和荧光光谱分析，认为泌阳凹陷南部陡坡带存在四幕油和一幕气充注。其中，四幕油充注分别为：第一幕为低成熟油，发橙黄色荧光；第二幕为低成熟油—成熟油，发黄色—黄绿色荧光；第三幕为成熟油，发蓝色—蓝绿色荧光；第四幕为高成熟油，发亮蓝色荧光。

图3 南襄盆地泌阳凹陷南部陡坡带油包裹体显微荧光光谱图

图4 南襄盆地泌阳凹陷南部陡坡带油包裹体QF535与λmax关系

同理，通过对泌阳凹陷中部深凹区和北部斜坡带包裹体荧光光谱特征以及光谱参数(表1)分析，认为泌阳凹陷中部深凹区存在三幕油充注：第一幕为发橙黄色荧光油充注，其成熟度低；第二幕为发黄—黄绿色荧光油充注；第三幕为发蓝色—蓝绿色荧光油充注，成熟度较高。北部斜坡带存在四幕油充注：第一幕为发橙黄色—黄色荧光油充注，成熟度低；第二幕为发黄色—黄绿色荧光油充注；第三幕为发蓝—蓝绿色荧光油充注，成熟度较高；第四幕为发亮蓝色荧光油充注，成熟度最高。

表1 南襄盆地泌阳凹陷油包裹体显微荧光光谱参数

综上所述，泌阳凹陷整体发育四幕油充注(图5)：第一幕为低熟油充注，主峰波长范围为535～565 nm，QF535范围是1.31～1.64；第二幕为发黄色—黄绿色荧光油充注，成熟度较低，主峰波长为511～535 nm，QF535为0.93～1.27；第三幕为发蓝色—蓝绿色荧光油充注，主峰波长为488～502 nm，QF535为0.71～0.98；第四幕为发亮蓝色荧光高熟油充注，主峰波长为460～477 nm，QF535为0.46～0.74。其中，前三幕油充注在南部陡坡带、中部深凹区、北部斜坡带3个构造区带均有发育，第四幕油充注主要发育于南部陡坡带与北部斜坡带。另外，除了四幕油充注外，在南部陡坡带还检测到一幕天然气充注。

图5 南襄盆地泌阳凹陷单个油包裹体显微荧光光谱QF535与主峰波长λmax关系

2.3 流体包裹体显微测温

在均一温度测定过程中，选取形态规则、产状相同、气液比相似和个体较小的包裹体以避免次生改造对包裹体均一温度产生影响；优先测定能够反映成岩环境的方解石胶结物、铁白云石胶结物、石英次生加大边中的原生盐水包裹体；选择与油包裹体伴生的盐水包裹体进行测试，并分别测定油包裹体和伴生盐水包裹体的均一温度。

通过对泌阳凹陷流体包裹体显微测温统计分析发现，南部陡坡带和北部斜坡带分别发育四期盐水包裹体和四期油包裹体，而在中部深凹区样品中仅检测到三期盐水包裹体和两期油包裹体的发育，整体与荧光光谱分析一致(图6，7)，认为泌阳凹陷主要发育四幕油充注。

图6 南襄盆地泌阳凹陷古近系核桃园组砂岩储层无机(含烃盐水)包裹体均一温度

图7 南襄盆地泌阳凹陷古近系核桃园组砂岩储层有机(油)包裹体均一温度

3 成藏期次划分和时期确定

通过对包裹体的显微特征、光谱和温度分析，明确了泌阳凹陷油气充注幕次。将获取的各期次油气包裹体同期盐水包裹体均一温度投影到埋藏史图上，从而读取油气充注年龄(图8)。将各充注年龄标注到同一时间轴上，不仅可以消除埋深的影响，还能对不同井之间不同深度油气成藏期次进行划分和确定成藏时期。

图8 南襄盆地泌阳凹陷B197井埋藏史—均一温度投影法获取油气充注时间

根据上述方法，得到泌阳凹陷核桃园组各单井的油气充注年龄，把其标注在同一时间轴上，结果表明，泌阳凹陷共有四幕油和一幕天然气充注，总体可以分为两期成藏：第一期发生于断陷—抬升阶段，发生了第一幕(36.1～23.5 Ma)、第二幕(34.1～21.2 Ma)和第三幕(30.9～16.2 Ma)成藏；第二期发生于拗陷—新构造运动阶段，发生了第四幕油(7.9～0.2 Ma)和一幕(3.0～0.8 Ma)天然气成藏。第一期成藏为大规模油气成藏，并与圈闭和输导体系具有良好的时空匹配性，因此该期是油气主要的成藏期。仅在南部陡坡带发现有天然气充注，充注时间为3.0～0.8 Ma(图9)。

图9 南襄盆地泌阳凹陷古近系核桃园组油气成藏期次和成藏时间

通过对泌阳凹陷油气成藏期次划分和成藏时期的研究，发现泌阳凹陷中部深凹区主要油气充注时间为36.1～23.5 Ma，南部陡坡带主要充注时间是30.9～25.9 Ma，而北部斜坡带主要充注时间更晚，为25.1～21.2 Ma，因此，不同构造区带的油气充注时间存在差异。中部深凹区距烃源岩近，充注时间最早；南部陡坡带与烃源岩发育地区距离较远，油气充注时间晚于中部深凹区；北部斜坡带距烃源岩发育地区最远，因而充注时间也最晚。油气充注时间明显受控于各区带离烃源岩的距离。

泌阳凹陷中部深凹区和南部陡坡带的油气充注对应盆地断陷期，与早期的圈闭形成了良好的时空配置关系，因此，生烃凹陷附近的中南部圈闭更有利于油气的聚集和保存，且油藏形成时间较早，而北部缓坡带的油气充注时间对应着古近系廖庄组沉积期大规模的抬升期，可能表明构造抬升促进了该区带原油的大规模运移，但同时由于剥蚀量太大，很多原油已经发生散失[26-30]。有学者研究发现，北部原油很多遭受生物降解，也与抬升后埋藏过浅原油遭受生物降解有关。

综上所述，泌阳凹陷的中部和南部油气充注时间早，同时与在盆地南部边界同沉积断裂和其控制下的砂体储层形成良好的源储配置关系，易在凹陷中部深凹区形成岩性油藏，且受后期廖庄构造抬升影响相对较小；而在南部陡坡带多为早期的岩性油藏以及后期受构造抬升控制的断层—岩性油藏的发育区；北部缓坡带油气充注期为廖庄构造抬升期以后，具有晚期成藏特征，受构造影响较大，多发育断块或地层—断块类型油藏。

4 结论

(1)包裹体的显微特征分析、光谱分析和温度分析结果表明，泌阳凹陷存在两期四幕油与一幕气充注，根据该区的沉积埋藏史，确定泌阳凹陷古近系核桃园组主成藏期可以分为两期：第一期发生于断陷—抬升阶段，发生了第一幕(36.1～23.5 Ma)、第二幕(34.1～21.2 Ma)和第三幕(30.9～16.2 Ma)成藏;第二期发生于拗陷沉降阶段，发生了第四幕(7.9～0.2 Ma)油和一幕(3.0～0.8 Ma)天然气成藏;油藏以早期(第一期)成藏为主。

(2)不同构造区带的油气充注时间存在差异。泌阳凹陷为南断北超的箕状断陷，生油中心区位于南缘和东缘两条边界断裂交汇部控制的深凹区，中部深凹区最为优先充注，即充注时间最早，其次是南部陡坡带的三角洲和低位扇砂体油气充注成藏，最后为北部斜坡带三角洲砂体充注。因此，南部陡坡带和中部深凹区的油藏形成时间较早，但经历廖庄构造抬升期的断裂作用，油气发生了再调整，具有明显的叠加成藏特点；北部斜坡带为晚期成藏。