包裹体综合分析方法在油气成藏过程中的应用:以塔里木盆地巴—麦地区为例

王湘平，丰 勇，曹自成

（1.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北 武汉 430074； 2.长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100； 3.中国石化西北油田分公司 石油勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011）

0 引言

油气充注幕次和成藏时间是油气成藏研究的主要环节，也是选择和确定有利圈闭目标的核心问题.20世纪90年代以来，成藏年代学研究取得许多进展，出现一些新的分析技术和研究方法，由传统的间接定年、定性分析向直接定年、定量分析方法转变[1－4].赵靖舟分析油藏地球化学、有机岩石学、同位素测年等方法的特点，其中流体包裹体方法与生产结合比较紧密且被广泛应用[1].欧光习等利用流体包裹体方法定性和定量分析成矿流体性质、来源、期次及油气成藏演化等，认为流体包裹体在研究中具有不可替代的作用[2].刘德汉等分析烃类包裹体的分类及不同类型的烃类包裹体所代表的地质意义[3].卓勤功等研究流体包裹体形成机制及其在油气成藏机理中的重要意义[4].沉积储层中发育的大量有机包裹体是沉积有机质转化生成的各种原始烃类的“缩影”，是油气运移、聚集和演化的直接标志[5－6].研究有机包裹体，不仅能获取油气充注时储层的温度、压力、体积、成分等信息，结合埋藏史、热史分析，还可以确定油气充注进储层的幕次和时间，半定量—定量地确定油气成藏时间[7－8].

塔里木盆地已经发现塔北、塔河、塔中及巴楚—麦盖提等重要油气富集区.作为油气资源增储上产的潜力目标区域，巴楚—麦盖提地区重要性越来越突出.该地区断裂构造发育、纵向上储盖组合多[9]，人们利用构造演化特点或源岩的生排烃历史等方法，确定下部奥陶系或泥盆系的油气成藏时间，但对石炭系储层油气充注幕次和时间缺乏研究[10－12].笔者利用有机包裹体荧光颜色、微束荧光光谱定量参数分析及均一温度测试等方法，对塔里木盆地巴楚—麦盖提地区石炭系储层样品进行流体包裹体综合分析，确定石炭系油气充注幕次和时间，为该地区油气勘探开发提供参考.

1 地质概况

塔里木盆地巴楚—麦盖提地区位于塔里木盆地西北部，包括中央隆起带西北部的巴楚断隆和麦盖提斜坡，横跨中央隆起巴楚隆起和西南凹陷区的麦盖提斜坡西北部（见图1），以色力布亚—玛扎塔格断裂带为界，统称为巴—麦地区[13].巴—麦地区石炭系小海子组（C2x）和巴楚组（C1b）为该地区重要的油气勘探层位，已有多口井见到油气显示，并在麦4、麦6及巴开2等井获得工业油流，成为建立产能接替的重要研究区域.

图1 研究区位置及取样井位分布Fig.1 The regional location and sampling wells distribution

2 烃类包裹体识别

采集巴—麦地区麦4井、麦6井、巴探4井和巴开2井石炭系小海子组和巴楚组储层16块样品，利用流体包裹体综合分析方法，研究油气赋存状态及运聚过程.测试样品为磨制成双面抛光的流体包裹体样品，首先，进行岩相学观测和油包裹体检测，使用Nikon Eclipse 80i双通道荧光—透射光显微镜，配备美国MAYA2000pro光纤光谱分析仪，紫外激发光波长为330～380nm；其次，通过SpectraSuite软件获取单个油包裹体微束荧光光谱及参数；最后，选择合适的流体包裹体组合进行油包裹体及其同期盐水包裹体均一温度测试，在Linkam THMSG600冷热台上进行测试，测定误差为±0.1℃.测试过程遵循文献[14]操作流程.

2.1 镜下特征

样品岩性主要为浅灰色粉晶—细晶灰岩，裂缝和溶孔较发育，其中半充填—全充填亮晶方解石.使用荧光—透射光显微镜对样品薄片进行显微岩相学观察，结果显示小海子组和巴楚组中烃类包裹体比较发育.手标本及显微观察结果表明，烃类包裹体多存在于亮晶的方解石，极少量宿主于石膏脉体.根据相态，主要存在4类烃类包裹体（见图2）：（1）单一液相的油包裹体；（2）纯天然气相包裹体；（3）油气两相包裹体；（4）含溶解轻烃的盐水包裹体.以油气两相包裹体和含溶解轻烃的盐水包裹体为主.

2.2 光谱参数

原油中的芳烃在紫外光照射下发出不同颜色荧光，在显微镜下可有效区分含原油和不含原油的包裹体[15－17].由于原始烃类演化程度不同，不同有机包裹体的成分存在差异，荧光颜色也不相同，一般重烃含量较高的油包裹体的荧光颜色表现为长波段的红光或黄光；轻烃含量较高的油包裹体的荧光颜色向短波段的绿光或蓝光迁移，表明包裹体中原油的成熟度增加[18－20].

显微荧光光谱技术用于识别多套烃源岩或油气多幕运移中形成的不同类型烃类包裹体[21－22]，为定性—定量研究烃类包裹体荧光光谱特性，建立光谱分析参数，包括：烃类包裹体荧光光谱的主峰波长λmax；荧光光谱波长在650nm与在500nm处强度的比值（红绿熵值）Q，Q＝I650／I500，I为荧光在一定波长时的光谱强度；荧光光谱波长在750～535nm与在535～430nm处面积的比值Qf535，Qf535＝f750～535／f535～430，f为荧光光谱在一定波长范围时的面积.

图2 巴—麦地区石炭系储层中典型烃类包裹体的产状及类型Fig.2 Photomicrographs showing the occurrences and fluorescent colors of different orders of hydrocarbon inclusion in Bachu－Maigaiti area of Tarim basin

I650和f750～535越大，包裹体油中含有大分子组分越多、油成熟度越低；I500和f535～430越大，包裹体油中含有小分子组分越多、油成熟度越高.因此，Q和Qf535越大，包裹体中油的成熟度越低；反之，包裹体中油的成熟度越高.分析巴—麦地区石炭系流体包裹体薄片中烃类包裹体荧光光谱，该地区烃类包裹体荧光颜色多样，具有蓝白色、蓝绿色和黄绿色荧光油包裹体（见图2，其中UV为荧光照片；TR为与之对应的透射光照片）、图3（a））.无论是在定量分析参数还是在光谱谱形上，3种颜色荧光油包裹体具有比较明显的区别（见图3（b）、表1），其中蓝白色荧光烃类包裹体光谱参数λmax在448.5～467.4nm之间，Q和Qf535分别为0.141～0.233和0.493～0.666，光谱形态为典型的单峰；蓝绿色荧光烃类包裹体光谱参数λmax在485.3～495.8nm之间，Q和Qf535分别为0.222～0.348和0.703～0.971，光谱形态为双峰；黄绿色荧光烃类包裹体光谱参数λmax在529.6～546.0nm之间、Q和Qf535分别为0.384～0.636和1.050～1.621，光谱形态为双峰.根据烃类包裹体镜下特征和微束荧光定量分析结果，初步确定巴—麦地区石炭系至少存在3幕油和1幕气充注过程.

图3 巴—麦地区石炭系烃类包裹体光谱参数Fig.3 Multi－parameterscomparison chart of hydrocarbon inclusions of Carboniferous reservoirs in Bachu－Maigaiti area

表1 巴—麦地区石炭系4口井烃类包裹体微束荧光光谱分析结果Table 1 Detail data ofλmax，Qand Qf535for the three types oil inclusions in 4wells in Bachu－Maigaiti area

3 油气充注幕次和时间

3.1 古流体温度分布

岩相学观察及有机包裹体荧光颜色分析只能间接得到包裹体的成分及其演化程度，为划分研究区油气充注期次，需要对比烃类和同期的盐水包裹体组合的温度测试结果，并结合多参数、多证据进行分析.原油被捕获形成包裹体后，成分易受到后期温度、压力的影响而发生变化，因此油包裹体的均一温度一般只作为参考；盐水包裹体成分相对单一，受后期温度、压力等影响极小，所以可以用同期盐水包裹体均一温度代表油充注进储层时的地层温度.测试油包裹体及其同期盐水包裹体均一温度后，将盐水包裹体均一温度投影到埋藏史、热史图上，即可获得油充注进储层的时间[23－24].流体包裹体显微测温结果显示，塔里木盆地巴—麦地区石炭系经历4幕流体活动，以该地区油包裹体同期的盐水包裹体为标准，各幕流体包裹体均一温度分别为64.4～84.5、88.3～120.7、124.7～139.1和146.5～166.3℃（见图4、表2）.前3幕流体活动检测到油包裹体，均一温度分别为40.6～75.2、79.0～106.7和116.0～140.7℃；第4幕流体活动时间与晚期充注的天然气同期.

图4 巴—麦地区4口井流体包裹体均一温度分布直方图Fig.4 Histogram of homogenization temperatures of hydrocarbon inclusions and aqueous inclusions in4wells in Bachu－Maigaiti area

3.2 油气成藏时间

在埋藏史、热史恢复基础上，结合流体包裹体均一温度测试结果，确定巴—麦地区石炭系各期流体充注时间（见表2、图5）.巴—麦地区石炭系存在3幕油充注，充注时间分别为第一幕，距今276.0～250.0 Ma；第二幕，距今16.0～6.0Ma；第三幕，距今5.0～2.0Ma.晚期天然气充注时间为距今1.0～0Ma.综合流体包裹体分析结果和巴—麦地区油气成藏事件揭示，巴—麦地区石炭系地层油气成藏集中发育存在2个阶段，分别为海西晚期（距今276.0～250.0Ma）和喜山中—晚期（距今16.0～0Ma）（见图5）.

表2 巴—麦地区石炭系4口井流体包裹体均一温度分期Table 2 Determination of hydrocarbon charging time with the microthermometry results and the dating results in 4wells in Bachu－Maigaiti area

图5 巴—麦地区巴探4井石炭系油气充注时间及油气成藏事件Fig.5 Burial history of Bachu－Magaiti area and determination of hydrocarbon charging time with the microthermometry results and hydrocarbon migration and accumulation events in well BT4of Bachu－Maigaiti area of Tarim basin

4 油气成藏过程

流体包裹体综合分析结果显示塔里木盆地巴—麦地区油气成藏时间集中在2个阶段（见图5）：（1）第一阶段为海西晚期（距今276.0～250.0Ma）.该阶段巴—麦地区寒武系及奥陶系主要烃源岩已经进入生油高峰阶段，或部分进入高成熟阶段，局部达到生干气阶段[9，25－26].该地区在经历加里东旋回末期到海西运动后，表现出南部低北部高、东部低西部高的构造格局，使巴楚地区东部油气沿断裂或者不整合面向西部运移，麦盖提斜坡的油气由南向北运移聚集，形成以发黄绿色荧光油包裹体为代表的第一期油气成藏事件，油源来自于下部寒武系地层（见图6）.（2）第二阶段为喜山中—晚期（距今16.0～0Ma）.该阶段储层样品中油包裹体表现为多荧光颜色共存的特点，以蓝绿色和蓝白色为主，同时伴随大量纯气相包裹体.同期盐水包裹体均一温度跨度较大，时间主要集中在距今16.0～0Ma之间，具有快速、混合来源充注的特点.由地层埋藏史（见图5）可知，海西运动末期，该地区经历一次规模大、持续时间长的抬升剥蚀事件，到喜山期巴—麦地区的构造格局与海西期完全相反，变为北和东部高、南和西部低的构造格局.早期形成的油气藏向东、北向作相应调整[10]，石炭系烃源岩在麦盖提斜坡深部位和巴楚断隆上局部已经达到成熟阶段[13]，提供新的油源，导致巴—麦地区石炭系储层第二阶段成藏具有混合来源的特点（见图6）.

图6 巴—麦地区过麦4—巴开2—麦6井油藏演化剖面Fig.6 Cross section of hydrocarbon accumulation evolution of the Bachu－Maigaiti area

5 结论

（1）塔里木盆地巴楚—麦盖提地区石炭系储层油包裹体主要有3种荧光颜色：黄绿色、蓝绿色和蓝白色，同时还有大量的天然气包裹体，石炭系储层在地质历史时期至少经历过3幕油和1幕气的充注.

（2）该地区石炭系油气成藏时间集中在2个阶段，分别是海西晚期（距今276.0～250.0Ma）和喜山中—晚期（距今16.0～0Ma），第二阶段具有混合来源的特征.

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