鄂尔多斯盆地中南部侏罗系直罗组流体包裹体特征

杨水胜，王汇智，闫骁龙，付国民

（1.延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心，陕西延安 716000；2.长安大学地球科学与资源学院，西安 710045）

0 引言

储层流体包裹体指矿物形成过程中，被晶格缺陷捕获形成的一个封闭系统，与宿主矿物存在一个明显界面，其物质来源可能由宿主矿物提供，也可能受外来物质影响，相态呈现气、液、固单相及混合相。当发生油气充注时，能够一定程度反映油气的储存和演化情况，因此可以在油气的形成条件、运移以及成藏期次等方面提供重要的地质信息。由于包裹体研究的特殊意义，近年来，逐渐受到石油地质学家关注，成为重要的研究领域，在油气运移及成藏演化研究等油气勘探方面具有重要的参考价值[1-3]。众所周知，鄂尔多斯盆地中生界具有多个含油层系，上三叠统延长组是盆地油气勘探与开发的重点层系之一，也是包裹体特征及成藏期次研究的重点层位，有大量的相关文章，对于成藏时间、期次等有深入的认识，为后续这方面研究提供了有利借鉴[4-9]。

近年来，直罗组在盆地以及研究区局部油气显示良好，个别井勘探开发效益高，显示出一定的勘探潜力，未来成为资源接替层系的趋势明显[10-13]，作为战略接替资源，对于油田可持续发展具有重要的意义。而针对侏罗系直罗组包裹体，前期学者也做过一些研究，如李宏涛等[14]对鄂尔多斯盆地北部直罗组中烃类包裹体进行研究，通过实验分析抽提物特征判断分析沉积环境及有机质来源；侯惠群等[15]对鄂尔多斯盆地北部大营、纳岭沟直罗组油气包裹体进行分析，揭示了有机流体对铀富集成矿具有指示作用；赵兴齐等[16]对东胜地区直罗组下段砂岩中包裹体组分进行分析，认为砂层中烃类流体源于延长组成熟的湖相烃源岩，与三叠系油砂有很好的亲缘关系；张字龙等[17]对黄陵地区直罗组气、液烃包裹体特征进行研究，认为研究区油气活动与铀成矿在时空上有密切联系；易超[18]通过对鄂尔多斯盆地北部直罗组储层砂岩包裹体均一温度作实测研究，结果高于目的层最大埋深古地温，认为其原因来自热事件改造。综上所述，前期学者对直罗组流体包裹体的研究主要集中在鄂尔多斯盆地北部，且研究重点集中在物质来源、铀成矿分析等方面，对中南部地区直罗组包裹体研究较少，其油气成藏过程和形成机理认识薄弱，制约了下一步的勘探。鉴于此，本研究通过选取鄂尔多斯盆地中南部地区油砂样品，对研究区直罗组流体包裹体特征及成藏期次进行研究，以期为认识其成藏机理提供依据，对直罗组油气勘探具有一定指示意义。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地整个形成演化机制较复杂，地层整体起伏小，内部低幅度鼻状隆起发育，在盆地的演化历史进程中相对稳定，逐渐形成了构造形态、特征较明显的6 个一级构造单元，分别为伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、天环坳陷、西缘逆冲带及伊陕斜坡[19-20]，研究区位于占据盆地面积最广的伊陕斜坡中南部［图1（a）］。侏罗系直罗组为本次研究的目的层组，该层下伏侏罗系延安组，上覆地层为安定组，由于整个侏罗纪地层多次受构造运动影响，地层发生抬升剥蚀，导致各组地层呈不整合接触关系。直罗组沉积以河流相为主，湖泊相为辅，局部发育三角洲[21-23]，纵向上自下而上发育2 套明显的沉积旋回，底部主要以灰黄、黄绿色块状砂岩、灰绿色粉砂岩为主，顶部岩性致密，以泥岩与粉砂岩互层发育［图1（b）］。该区直罗组储层非均质较强，孔隙度为6.2%～22.1%，渗透率为0.09～600.00 mD，孔隙类型以粒间孔和长石溶孔为主，面孔率为4.0%～19.2%。经过直罗组原油地球化学特征研究及油源对比分析，得知直罗组原油母质类型和沉积环境与三叠系延长组长7 烃源岩具有较好的一致性，证明了其油源关系[24]。

2 沉积与成岩作用

2.1 沉积特征

通过岩石特征、相标志等分析，认为直罗组是在干旱—半干旱气候背景下形成的主要以河流相沉积为主的冲击体系。直罗组沉积早期具有辫状河沉积特点，底部滞留沉积现象明显，砂岩粒度相对较粗，以中细粒和中粗粒为主。垂向上旋回特征明显，表现为多个不完整旋回反复切割叠置，层理构造多见平行层理和交错层理，粒度由下到上呈正韵律，但粒序性不明显（图2）。直罗组底部电性特征易于识别，SP曲线呈箱状负异常，幅值较高，表明该层段砂体较为发育；电阻率曲线偏低，与下伏延安组煤系地层电性曲线区别明显，是很好的区域标志层。晚期直罗组水动力条件变弱，逐渐由辫状河过渡为曲流河沉积，岩性粒度变细，发育细砂岩、粉砂质泥岩，局部出现“泥包砂”现象。因此，直罗组垂向上曲线特征也比较明显，GR曲线底部呈突变型且幅值大，到顶部曲线幅值逐渐达到最小，表面岩性粒度从下到上粒度逐渐变细，在剖面上构成了典型的下粗上细的河流“二元结构”。

图2 鄂尔多斯盆地中南部直罗组沉积特征Fig.2 Depositional characteristics of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

2.2 成岩作用

油气包裹体研究必须基于成岩作用，因为油气包裹体产于矿物晶格缺陷中，所以成岩矿物的演化过程与油气包裹体期次关系紧密，其在形成时间序列上有一定的匹配性。只有通过判断油气包裹体寄存矿物类型、分布特征以及矿物形成的相对时间序列，才能准确划分油气包裹体期次，继而精确反映油气运移、成藏等方面的信息［25-28］。综合分析薄片镜下观察结果以及X 射线衍射等测试结果，研究区直罗组砂岩储层的成岩作用类型主要有4 种：

（1）压实作用。研究区压实作用较为明显，主要以机械压实的形式普遍存在于整个成岩阶段。镜下微观特征主要为：云母等塑性颗粒排列方向规则，呈定向水平排列；一些软颗粒如长石、泥质岩屑等由于受到挤压，形态发生弯曲变形，压实作用更强烈时，可观察到长石等刚性矿物局部被压裂，甚至嵌入到软性颗粒中［图3（a）］；矿物颗粒之间的接触方式由于压实强度的不同，由弱到强表现为由点到线的接触变化。机械压实对储集空间具有一定的破坏性，原生孔隙在此过程中逐渐减少，同时伴生的有微裂隙、压溶及胶结作用。

图3 鄂尔多斯盆地中南部直罗组砂岩储层成岩作用与包裹体形态、分布特征（a）斜长石被压裂变形，T68 井，铸体薄片；（b）石英颗粒加大边底部形成沥青环带，T68 井，单偏光；（c）包裹体愈合裂隙包裹体，呈带状分布，裂隙未切穿石英颗粒及加大边，S1 井，单偏光；（d）胶状硅质充填粒间孔，T68 井，铸体薄片；（e）切穿石英颗粒裂隙包裹体，呈线状分布，石英二级加大边，T68 井，单偏光；（f）毛发状伊利石附着在矿物颗粒表面，S1 井，SEM；（g）石英表面溶蚀孔包裹体，呈面状分布，S1 井，单偏光；（h）方解石解理裂隙中分布的沥青包裹体，S1 井，单偏光；（i）长石被严重溶蚀，溶蚀孔明显，T68 井，铸体薄片；（j）三相包裹体，相态界限明显，S1 井，单偏光；（k）石英表面盐水包裹体，烃类包裹体，呈面状分布，S1 井，单偏光；（l）石英表面含子晶包裹体及纯液相包裹体，S1 井，单偏光Fig.3 Diagenesis，inclusions morphology and distribution characteristics of sandstone reservoir of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

（2）胶结作用。研究区直罗组有多种胶结类型，主要有自生黏土矿物胶结、硅质胶结以及碳酸盐胶结。镜下常见绿泥石膜包裹碎屑颗粒，以及毛发状伊利石附着在矿物表面［图3（f）］，说明是与压实作用同时或稍后进行的。硅质胶结主要表现为Ⅰ—Ⅱ级石英加大边、自生石英充填孔隙［图3（b）—（e）］，镜下观察可看到，自生石英周围发育有晚期形成的方解石，并被其包裹起来，而早期形成的绿泥石及伊利石等黏土矿物又被石英覆盖包围，可以判断其形成顺序为：绿泥石，伊利石，自生石英，晚期方解石。研究区方解石胶结现象明显，晚期主要以连晶式胶结为主，在薄片中可清晰观察到方解石解理裂隙中分布的沥青包裹体［图3（h）］。

（3）溶蚀作用。研究区溶蚀现象较明显，表现为矿物颗粒边缘或颗粒表面被溶蚀，形成溶蚀孔。在石英溶蚀孔中多见流体包裹体［图3（g）］，储层中长石颗粒溶蚀特征明显，易于观察，镜下微观特征表现为溶蚀孔沿着长石解离排列发育［图3（i）］。在埋藏过程中，溶蚀作用形成大量的溶蚀孔，当与研究区生油期匹配时，为油气储集提供了有利的储存空间，镜下可以观察到在石英加大边底部可见沥青充填，证明在石英次生加大之前有溶蚀作用的发生，并为沥青提供了储存空间［图3（b）］。

（4）微裂隙作用。显微镜下可以观察到矿物表面存在一些微裂隙，尤其在石英颗粒下更为明显，发育的微裂隙存在以下特点：一种形式的微裂隙未切穿石英碎屑颗粒及加大边，镜下可以看到其中分布的串珠状包裹体［图3（c）］，可以判断石英次生加大现象晚于这类裂隙的形成，是一种早期形成的裂隙；另一种微裂隙切穿了整个碎屑颗粒，直接切割早期形成的微裂隙或石英加大边，说明其形成时期晚于石英加大形成期，且在裂隙中观察到有晚期形成的油气包裹体或沥青分布［图3（e）］。

通过成岩作用分析，不同成岩时期对应的矿物及油气充注现象不同，两者存在一定匹配性，根据研究区整个成岩演化过程，建立两者关系图（图4）。排列情况如下（按照发生先后顺序用>连接，→表示同期发生）:机械压实>黏土薄膜形成>早期方解石>长石、石英颗粒溶蚀→早期微裂隙→浊沸石形成>石英次生加大开始>有机流体注入>早期油气包裹体形成（石油侵位）>石英次生加大明显>晚期油气包裹体形成（石油大规模充注）→晚期微裂隙贯穿整个颗粒→晚期方解石充填>长石、方解石、沸石溶蚀。

图4 鄂尔多斯盆地中南部直罗组成岩矿物序列与油气充注关系Fig.4 Relationship between diagenetic mineral sequence and hydrocarbon charging of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

3 流体包裹体特征

以S1 井、T68 井为例，对鄂尔多斯盆地中南部直罗组油砂样品的包裹体进行镜下特征描述分析，在了解包裹体赋存矿物、相态、荧光特征以及类型基础上，结合成岩作用判断包裹体形成期次，然后用均一法对不同期次包裹体进行测温。需要说明的是，之所以要遵循先分期次后测温的顺序，是因为传统测量一般先测定包裹体温度，然后分期次，由于均一温度与成藏期次没有直接关系，不能反映其成藏期次，只是反应包裹体形成时的温度，因此本研究先将包裹体分期次后再对均一温度进行统一测量，结果更符合实际[27]。

3.1 包裹体岩相学特征

通过显微镜下观察与岩相学分析，研究区直罗组储层中包裹体普遍发育，多出现在石英颗粒溶蚀孔及裂缝中，主要以线带状或面状分布，在石英加大边底部或颗粒之间包裹体较少，且可以观察到沥青充填现象。在方解石中包裹体分布很少，偶尔可观察到，但体型较小且相态复杂，难以观测。通过观察，包裹体大多分布在石英不同部位，其大小也不同，包裹体形状多样，多见长条形、椭圆形和近圆形，在颗粒表面及裂缝中包裹体相对较大，为4～15 μm，而在石英加大边分布的包裹体主要是一连串较小的包裹体，大小为2～6 μm。按所含成分特征，研究区包裹体分为盐水包裹体和烃类包裹体，两者镜下特征差别明显，易于区别：盐水包裹体在镜下偏亮，透光且无荧光特性；烃类包裹体颜色偏暗，表现为深色或暗色，荧光下具有荧光特性。研究区包裹体相态类型多样，可观察到纯液相、固-液和气-液混合相以及三相共存的复杂相态［图3（j）—（l）］。

3.2 包裹体期次

通过包裹体岩相学研究，研究区包裹体生成期次大致分2 期，即早期和晚期。早期受成岩作用影响，包裹体主要赋存在颗粒表面溶蚀孔，呈不规则分布；也赋存在微小裂隙中，呈串珠形态［图3（c）—（g）］；颜色较暗，具有荧光特性，在蓝光激发下呈黄绿色-橘黄色［图5（a）—（b）］。晚期构造作用较强，形成切穿石英颗粒的长裂隙，包裹体沿裂隙分布，具有荧光特性，在蓝光激发下呈暗绿色［图3（e）；图5（c）—（d）］。不同时期形成的包裹体在同一荧光下呈现的颜色不同，表明包裹体内有机质成熟度不同，根据荧光特性，颜色变化情况为：暗褐色-橘黄色-黄绿色-暗绿色，表明成熟度逐渐变高［29］。结合研究区包裹体荧光颜色，表明直罗组中晚期形成的包裹体内有机质成熟度较高。

图5 鄂尔多斯盆地中南部直罗组砂岩储层不同期次包裹体荧光特征（a）石英早期愈合裂隙包裹体，呈带状分布，S1 井，单偏光；（b）与（a）同一视域，包裹体在蓝光激发下呈橘黄色荧光；（c）石英晚期裂隙包裹体，呈线状分布，S1 井，单偏光；（d）与（c）同一视域，包裹体在蓝光激发下呈暗黄色荧光Fig.5 Fluorescence characteristics of inclusions in different stages of sandstone reservoirs of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

3.3 包裹体均一温度

本测试在西安地质调查中心完成，测温对象主要选择产于石英表面微裂缝中，与烃类包裹体同期产出的盐水包裹体，盐水包裹体相态清晰，易于观察测量。本次实验采用Linkam THMS-600G 型冷热台测定均一温度，测定误差控制在0.5 ℃左右，测温初始速率为每分钟递增5 ℃，接近均一状态时，为便于观察，速率调至每分钟递增2 ℃，实测均一温度数据总计48 个。

分别统计不同期次包裹体均一温度，绘制分布直方图（图6），据统计分析，早期包裹体均一温度分布为250～320 ℃，均一温度峰值为290～300 ℃；晚期包裹体均一温度整体相对早期较低，分布为120～180 ℃，峰值为130～150 ℃。测试结果表明，整个阶段数据分布区间较宽，没有连续性，间隔比较明显，表明油气充注过程不连续，温度异常高，推测充注过程可能受一定热事件的影响。

图6 鄂尔多斯盆地中南部直罗组砂岩包裹体均一温度分布直方图Fig.6 Histogram of homogenization temperature distribution of sandstone inclusions of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

4 包裹体指示意义

在鄂尔多斯盆地中南部直罗组包裹体均一温度特征分析基础上，再对研究区埋藏-热演化史进行恢复，对精确判定油气成藏期次和时间具有重要的意义，结果更符合研究区实际成藏过程。前期研究表明，研究区中生代各个时期在构造运动的影响下地层剥蚀程度存在一定的差异，在早白垩世末期剥蚀厚度为1 200 m，剥蚀程度最大[30]（图7）。通过研究区不同时期地层剥蚀情况，推断出各时期的埋藏演化史，结合热史推算研究区生油排烃时期。研究区中生界热演化史数据表明：正常古地温梯度为3 ℃/100 m，地表温度取值为15 ℃，大地热流值为60 mW/m2，而中生代末期（100～140 Ma）古地温梯度异常，为4 ℃/100 m，大地热流值为90 mW/m2。由图8 可知，埋藏深度越大，古地温越高，在早白垩世末期地层埋深已经超过2 500 m，此时古地温达到140 ℃，该时期也正是生烃排烃的高峰期。

图7 鄂尔多斯盆地中生代地层剥蚀厚度图［30］Fig.7 Contour map of denudation thickness of Mesozoic strata in Ordos Basin

图8 鄂尔多斯盆地中南部埋藏史-热演化史Fig.8 Burial history and thermal evolution of south-central Ordos Basin

值得注意的是，研究区直罗组最大埋深古地温为100～110 ℃，远低于直罗组砂岩包裹体均一温度，说明研究区当时的成藏环境受外力的影响而发生显著增温，推测本区域发生过强烈热事件。前期学者通过对强烈构造运动时期、火成岩年龄及磷灰石裂变径迹等基础研究，结合热演化史模拟结果，确定了热事件发生时期距今约140～100 Ma，地质年代处于晚侏罗—早白垩世，此次构造热事件与燕山晚期强烈的构造运动有关，岩石圈深部在构造运动的影响下热活动不断增强，且盆地南部岩石圈热活动强度比北部剧烈，热异常区主要分布在盆地南部的吴起—庆阳—富县一带［31-32］。在早白垩世时期，构造运动呈弱拉张运动，岩石圈变薄，岩浆侵入和喷发，地幔发生底侵作用，此事件对盆地油气煤铀等矿产的成藏成矿产生了重要影响［33-35］。可见测试分析的结果与前期学者们的认识基本一致，测温观察到的异常高温包裹体反映了研究区直罗组油气在成藏过程中均受到了该构造热事件影响。通过对研究区直罗组流体包裹体的镜下观察，结合均一温度分布特征，判定该地层至少经历了2 次油气充注，早期地层温度高，后期受构造运动影响地层抬升，温度明显降低。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地中南部直罗组储层中普遍发育流体包裹体，相态多样，一般呈线状、带状和面状分布。包裹体大致分为2 期，赋存在矿物颗粒表面溶蚀孔、早期裂隙中的为早期油气包裹体，蓝光激发下发橘黄色-黄绿色荧光，均一温度为250～320 ℃，峰值为290～300 ℃；晚期油气包裹体主要赋存在晚期裂隙中，在蓝光激发下发暗绿色荧光，均一温度为120～180 ℃，峰值为130～150 ℃。

（2）均一温度分析结合埋藏史-热演化史研究，推测鄂尔多斯盆地中南部直罗组油气运聚富集受到构造热事件的影响，包裹体早期温度高，后期由于构造运动导致地壳抬升，使地层温度显著下降。均一温度分布范围大，2 期温度间断明显，表明直罗组油气充注是一个不连续的过程。