贾元琴 胡沛青,2 张铭杰 张同伟 陈克娜 丛亚楠
(1.兰州大学资源环境学院 石油天然气资源中心 兰州 730000; 2.西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室 西安 710054)
琼东南盆地是南海北部大陆边缘的新生代伸展型盆地,赋存有丰富的石油和天然气资源,是我国重要的海上油气资源基地之一。1983年以来在崖南凹陷构造带和松南-宝岛凹陷周缘区的集中油气勘探,现已在崖城地区发现了众多含油气构造,如崖南凹陷周缘的YC21-1和YC13-1构造、崖城凸起带的YC13-4和YC13-6构造等。油气具多期次充注的特点,且类型丰富[1,2]。陈红汉等[3]和胡忠良等[4]通过YC13-1和YC21-1两个单井的流体包裹体分析了崖南凹陷油气充注期次。目前对整个崖城地区,特别是对崖城组和整个崖北凹陷油气充注期次及成藏时间方面缺乏系统的分析。
流体包裹体分析是沉积盆地储层油气充注期次研究的有效手段[5~9]。储层砂岩成岩作用过程中胶结物、次生矿物及愈合裂隙形成时常将其周围的水、油和气等流体以包裹体的形式捕获[10~12]。被捕获的流体包裹体保留了盆地演化过程中流体的化学组成、温度、压力及盐度等方面的重要信息,记录了盆地油气运移、充注和演化的历史,是油气成藏研究的原始样品[13]。利用流体包裹体的颜色、大小、丰度、荧光性质和热学参数等特征可分析油气的成分、运移规模、演化程度和充注的期次及时间[14~19]。
本文采集了琼东南盆地崖城地区崖北凹陷、崖城凸起和崖南凹陷等含油气构造中不同位置崖城组和陵水组砂岩储层钻井岩芯样品,在岩相学和成岩作用分析的基础上,进行系统的流体包裹体类型、特征、荧光及均一温度分析,探讨了该区砂岩储层中油气充注的主要期次和特征,为该区油气藏分布、油气运移方向、成藏机制和勘探开发等提供依据。
琼东南盆地位于南海北部大陆架的西缘,呈北东向展布,处于印度板块、欧亚板块和太平洋板块的结合部位,为典型的被动大陆边缘型断陷裂谷盆地,受三个板块相互作用的影响,构造复杂。西与莺歌海盆地相隔,北与海南隆起带相接,东北与珠江口盆地相邻。琼东南盆地主要包括乐东凹陷、崖南凹陷、崖北凹陷、崖城凸起和松涛凸起等诸多次级构造单元。崖城地区处在琼东南盆地的西南部,主要由崖南凹陷、崖城凸起和崖北凹陷3个次级构造单元组成(图1),南部以1号断裂与莺歌海盆地相邻,北边以5号断裂与海南隆起带相隔,东南以2号断裂带与中央裂陷带相接。
图1 琼东南盆地崖城地区区域构造位置和钻井岩相柱状图(据Huang B J,et al[23]和赵必强[24]修改) 1.断层;2.井位;3砂岩;4.砾岩;5.泥岩;6.取样钻井及采样位置;7.研究区Fig.1 A map showing the regional tectonic location and partial stratigraphic column for three drilling cores of Yacheng Area in Qiongdongnan Basin(modified from Huang B J,et al[23]and Zhao Biqiang[24])
琼东南盆地基底由古近系火成岩、变质岩和沉积岩组成,之上依次沉积了始新统、渐新统崖城组和陵水组、中新统三亚组、梅山组和黄流组、上新统莺歌海组及第四系。始新统和渐新统是盆地在断陷及断拗期形成的,以断裂和不整合面为沟通地层间的主要构造;中新统及以上地层是盆地在拗陷阶段形成的,该阶段盆地以快速沉降为主,构造活动微弱,能向上切入中新统并沟通渐新统的断裂极少[20,21]。崖城组为灰-深灰色砂岩与薄层深灰黑色泥岩不等厚互层,夹煤层和煤线;陵水组主要为灰白-浅灰色砾岩、砂岩与深灰色泥岩互层,局部见生物灰岩;梅山组以泥岩为主;黄流-莺歌海组为灰黑色泥岩与灰白色粉砂岩和细砂岩互层。
琼东南盆地崖南凹陷崖城组煤系泥岩为主要的烃源岩层,黑色泥岩富含有机质(TOC为1.5%~ 5.0%),发育Ⅲ型干酪根;陵水组砂岩为主要储集层,孔隙度高(平均15.1%),渗透性强(40 X10-3~ 500 X 10-3μm2);梅山组泥岩层为直接的盖层,黄流-莺歌海组砂泥岩层构成区域盖层。崖南凹陷的凹陷中心附近的大断裂和斜坡带的同沉积断裂,为油气向上运移提供了通道[22]。
本文系统采集了琼东南盆地崖城地区崖南凹陷YC13-1和YC21-1构造、崖城凸起YC8-1构造和崖北凹陷YC8-2构造5口典型钻井中陵水组和崖城组岩芯样品37件(图1),选取次生岩脉、次生矿物等发育的样品,进行岩石薄片、流体包裹体片切制及岩相学、成岩作用和流体包裹体类型、特征显微观察和流体包裹体均一温度测量分析。
岩相学分析表明,研究样品主要为粗-中砂岩和含砾砂岩,其次为细砂岩和泥岩。崖城组主要为灰白色粗-中砂岩和泥岩,其次为含砾砂岩和粉砂岩,碎屑颗粒以石英为主(70%~80%),有少量长石、黑云母和其它岩屑,含黄铁矿和炭屑,粒间空隙被碳酸盐胶结物和粘土杂基充填,石英次生加大边发育,多被溶蚀成港湾状。陵水组主要为浅灰色粗粒长石砂岩,其次为粉砂岩和泥岩,石英次生加大和溶蚀作用较普遍。样品普遍经历了压实、胶结、溶蚀、重结晶和交代等成岩作用的影响,广泛发育有机质充注形成的细脉。
图2 石英裂隙中的不同类型包裹体a-b,崖南凹陷YC13-1-A1井3 757 m(Ey)砂岩中含烃盐水溶液包裹体(OWL)和液态烃包裹体(OL),具黄绿色荧光,b为荧光照片;cd,YC21-1-3井4 632 m(E)砂岩中盐水溶液包裹体(WL)、气液两相烃包裹体(OL-OG)和沥青包裹体(A),具淡蓝色荧光,d为荧光照片; e-f,崖北凹陷YC8-2-1井3908m(Ey)崖南凹陷YC13-1-A1井3757 m(E)砂岩中盐水溶液包裹体(WL)和烃类包裹体(OL).Fig.2 Different types of organic fluid inclusions trapped in cracks of detnial quartz
根据储层砂岩中流体包裹体在显微镜下的分布特征,选择石英颗粒次生裂隙中的包裹体进行分析。包裹体的类型、特征观察采用Olympus包裹体分析显微镜,遵循从低倍向高倍镜下观察的顺序,先在低-中倍镜下观察,发现在次生矿物或裂隙中规律性排列的小黑点呈群体状或枝蔓状出现时,转换成高倍物镜进行详细观察。荧光分析采用E400-Nikon双通道荧光-透射光显微镜,配备Lucia微束(≥2 m)荧光光谱分析仪,观测条件:激发波长为H3420~490 nm,双色反射镜RKB510 nm,保护滤波器515 nm,光源采用100 W Hg灯。流体包裹体均一温度的测定采用Linkam THMS 600G型冷热台完成,测定误差为±0.5℃,均一温度测定时初始升温速率为10℃/ min,当包裹体临近均一状态时升温速率调整为5℃/ min,观测物镜据流体包裹体的大小分别用L32 X/ 0.4p、H50 X/0.5和H100 X/0.75长焦距物镜。流体包裹体显微特征的观察、荧光分析和均一温度在兰州大学石油天然气资源中心和中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心完成。
崖城地区渐新统储层砂岩次生矿物中流体包裹体普遍较发育。流体包裹体形状多样,大小不一,呈串珠状分布于石英碎屑颗粒的次生裂隙愈合缝、加大边和重结晶的碳酸盐矿物及石英中,主要由盐水溶液包裹体、含烃盐水包裹体、气态烃包裹体、液态烃包裹体、气液两相烃包裹体、气液固体沥青三相烃包裹体和沥青包裹体等组成,透射光下呈深褐色及浅灰色,个别呈浅红褐色,具淡黄-黄绿色或蓝-蓝白色荧光(图2)。崖南凹陷、崖城凸起和崖北凹陷等次级构造单元不同时代的地层中流体包裹体的特征及类型组合略有差异(表1)。
崖南凹陷渐新统砂岩有机包裹体含量丰富,呈串珠状分布在石英颗粒的微裂隙或切穿石英颗粒的裂隙中,根据其在镜下产出状态和组合类型方面的差异可分为两类:第一类包裹体多为浅褐色,形状规则,个体一般在2~10μm之间,由气液比为5%~15%的气液两相烃包裹体和液态烃包裹体组成,偶见气液固三相烃包裹体;第二类包裹体颜色较深,形状多样,呈近圆形、椭圆形或不规则状,大小在5~12μm之间,个别可达30μm,气液比变化较大,约在10%~60%之间,以含烃盐水溶液包裹体、气态烃包裹体、气液两相态烃包裹体和气液固三相烃包裹体为主,含少量沥青包裹体。
崖城凸起中陵水组有机包裹体含量较低,颜色较浅,多为浅褐色,呈串珠状分布在石英颗粒的微裂隙中,个体小而均匀,约为3μm,主要由气液比为10%左右的气液两相烃包裹体组成;崖城组有机包裹体丰度相对较高,除发育一类特征相似于陵水组包裹体外,还发育一类个体较大包裹体,多为红褐色或灰褐色,呈串珠状分布在切穿石英颗粒的裂隙或微裂隙中,主要由气液比为15%~60%的含烃盐水溶液包裹体、液态烃包裹体、气态烃包裹体、气液两相态烃包裹体和气液固三相烃包裹体组成,偶见沥青包裹体。
表1 琼东南盆地崖城地区流体包裹体特征Table1 Characteristics of fluid inclusions in Yacheng area of Qiongdongnan Basin
崖北凹陷崖城组发育相互穿插的两类包裹体。第一类包裹体呈椭圆形和长条状,以串珠状分布在石英颗粒的微裂隙或切穿石英颗粒的裂隙中,主要由气液比为10%~20%的液态烃包裹体和气液两相烃包裹体组成;第二类包裹体呈带状切穿第一类包裹体,呈近圆状、长条状或不规则状,主要由气液比为30% ~60%的气态烃包裹体和气液两相烃包裹体组成。
图3 崖城地区渐新统流体包裹体均一温度直方图 A崖南凹陷;B崖城凸起和崖北凹陷Fig.3 Histogram of fluid inclusion homogenization temperatures of Oligocene reservoirs in Yacheng area
由上可知,崖城地区渐新统储层中流体包裹体比较发育。同一构造单元不同地层或同一地层不同深度处包裹体特征略有差异:陵水组地层中有机包裹体较崖城组个体小、丰度低,同一地层中随埋藏深度的减小有机包裹体的丰度降低。
储层中与烃类包裹体伴生的盐水溶液包裹体的均一温度可反映储层油气运移时的温度[25~27]。崖城地区渐新统砂岩样品中与烃类包裹体伴生的盐水溶液包裹体的均一温度见表1。均一温度主要集中在113~188℃之间。从南到北的构造单元中,与同期有机包裹体伴生的盐水包裹体的均一温度呈降低趋势,崖南凹陷崖城组和陵水组盐水包裹体均一温度分布于130~190℃和110~190℃之间,均存在130~ 160℃和160~190℃两组主峰。崖城凸起和崖北凹陷崖城组盐水包裹体均一温度的分布范围为130~ 150℃和120~160℃,主峰为130~160℃(图3)。
崖城地区不同构造单元渐新统砂岩中有机包裹体广泛发育,其颜色、荧光特征、相组分以及均一温度各具特征,揭示油气演化的不同阶段。
崖南凹陷和崖城凸起渐新统砂岩中的有机包裹体显微特征、分布特征和组合类型可分为两大类,第一类有机包裹体较第二类颜色浅、气态烃包裹体和气液固三相烃包裹体含量少,伴生盐水包裹体均一温度低,分别为130~160℃和160~190℃,分别具黄-黄绿色和淡蓝色荧光,说明第一类有机包裹体所含油气的演化程度明显低于第二类,与Ro揭示的结果一致(两期油气的Ro分别为0.8%~1.0%和1.53%~ 1.84%)。可能为来自崖南凹陷崖城组煤系烃源岩生成的油气经砂体、不整合面和断裂等疏导体系的作用进入储层,并在成岩作用过程中捕获于次生矿物,其所含油气属于正常成熟-过成熟的热成因煤型油气(δ13C1值主要分布在-34‰~-39.9‰之间,δ13C2组成为-27‰~-20‰[21])。表明崖南凹陷和崖城凸起渐新统地层储层两期不同演化程度的油气充注[3,24]。
崖南凹陷YC21-1-3井陵水组以淡黄色和浅蓝色荧光的含烃盐水溶液包裹体为主,含少量沥青包裹体、液态烃包裹体和气态烃包裹体(图2),表明在YC21-1构造陵水组储层存在两期油气充注运移,这与电测解释(含气水层)及古压力的模拟结果[4]相符。
崖北凹陷崖城组储层不同深度砂岩中普遍存在呈穿插关系的两类有机包裹体,代表两期油气的充注,伴生盐水包裹体均一温度为120~160℃,主峰为130~160℃,揭示了一期油气充注。油气主要是通过伸向烃源岩层深部的砂体及断层运移,油气的热演化程度较低,属于陆源石蜡型油及油型伴生气(C2+重烃含量高达32.4%、干燥系数为0.67)[21]。
据上认为崖城地区渐新统砂岩储层中至少发生过两期油气的充注,第一期油气主要为淡黄-黄绿色荧光的油气,运移时的温度在130~160℃之间;第二期油气主要为淡蓝色-蓝白色荧光的油气,运移时的温度在160~190℃之间。
含烃热流体注入储层形成油气藏过程中,驱替了原来的孔隙流体形成有机包裹体和盐水溶液包裹体,因此伴生的盐水溶液包裹体形成的时间可代表油气充注的时间,即油气成藏的时间[28]。因此将与有机包裹体伴生的盐水包裹体的均一温度投影到附有古地温演化的埋藏热演化史图上,可推断油气充注的时间[29~31]。根据琼东南盆地埋藏热演化史和测定的盐水包裹体均一温度可推算油气充注时间。
图4 崖城地区生烃史图(据文献[24,4]修改)Fig.4 Hydrocarbon generation history of source rocks in Yacheng area(modified from others[24,4])
YC21-1-4井和YC13-1-3井热演化埋藏史[4,24,32]可推断崖南凹陷渐新统地层中早期油气充注发生于4~3Ma,晚期油气充注的时间约为1.8 Ma。崖城凸起与崖南凹陷属同一成藏体系[24],运用崖南凹陷埋藏史推断出崖城凸起YC8-1-1井崖城组地层油气充注的时间约为3 Ma(图4);结合崖北凹陷的埋藏史[33]推断出YC8-2-1油气充注的时间为8~4 Ma(晚中新世-早上新世)。
崖城地区第一期油气充注大约发生在晚中新世-早上新世(8~3 Ma);第二期油气开始充注的时间为第四纪早期(1.8 Ma)。不同构造单元中油气充注的时间略有差异,在崖南凹陷和崖城凸起油气充注发生在上新世-第四纪,崖北凹陷油气充注约发生在约在晚中新世-早上新世,具有北部早南部晚的特征。由于自中新世以来,琼东南盆地构造运动以快速沉降为主[2],并且两期油气充注时间相近,两期油气的充注基本是连续的。
(1)琼东南盆地崖城地区渐新统主要存在两期流体包裹体。第一期有机包裹体以液态烃包裹体和气液两相烃包裹体为主,第二期有机包裹体以气态烃包裹体、气液两相烃包裹体和气液固三相烃包裹体为主,分别代表两期油气的充注。
(2)第一期充注油气以黄色荧光包裹体为主,伴生盐水包裹体的均一温度主要分布在130~160℃;第二期以发浅蓝色荧光的包裹体为主,均一温度范围为160~190℃。
(3)根据区域埋藏热演化史推断第一期油气充注发生在晚中新世-早上新世(距今8~3 Ma),第二期油气充注的时间为第四纪早期(距今1.8 Ma)。
致谢 中国科学院兰州地质所陈国俊和王琪研究员在研究过程中给予了全面指导与支持;中国海洋石油总公司张功成教授在样品采集和地质资料方面给予大力支持,在此表示衷心的感谢。
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