海拉尔盆地莫达木吉凹陷南屯组油气充注期次研究

祁 凯任战利曹展鹏杨 鹏任文波

(1.西北大学地质学系,陕西西安710069;2.西北大学大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069)

海拉尔盆地莫达木吉凹陷南屯组油气充注期次研究

祁 凯1,任战利1,2,曹展鹏1,杨 鹏1,任文波1

(1.西北大学地质学系,陕西西安710069;2.西北大学大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069)

利用岩石铸体薄片、扫描电镜、X衍射、常规物性、流体包裹体测试等分析方法,结合热史恢复结果,开展海拉尔盆地莫达木吉凹陷下白垩统南屯组成岩作用及油气充注期次研究。结果表明,南屯组砂岩主要岩石类型为长石岩屑砂岩、凝灰质岩屑砂岩;填隙物主要以泥质、硅质、火山灰和少量碳酸盐为主;孔隙类型主要为原生孔隙、晶间孔和溶蚀粒内孔。砂岩储层经历的成岩作用类型有压实作用、破裂作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用,综合多种成岩作用阶段判断指标,认为南屯组砂岩目前处于早成岩阶段B期晚期-中成岩阶段A期。此外,结合流体包裹体分析、均一温度测定及南屯组热演化史,确定南屯组油气充注时代约为90～70 Ma,大致对应晚白垩世。

海拉尔盆地; 莫达木吉凹陷; 南屯组; 成岩作用; 油气充注期次

碎屑岩成岩作用与储层物性关系密切,长期以来,一直是含油气盆地勘探开发研究的重点[1-3],此外,碎屑岩储集层中流体包裹体分析在油气运移、油气成藏期次等研究中也发挥着重要作用,已成为油气地球化学领域的研究热点之一[4-5]。不同学者对海拉尔盆地下白垩统各地层成岩作用、油气成藏期次都进行过研究,但对盆地下白垩统主要成岩作用、成岩阶段的划分以及油气成藏时间、油气成藏期次等方面仍有不同的看法[6-8],并且以往研究多集中在盆地其它凹陷[9-11],对莫达木吉凹陷缺少相关研究。本文选定海拉尔盆地莫达木吉凹陷,利用常规物性、铸体薄片、扫描电镜、X-射线衍射等多种分析测试方法,对研究区下白垩统南屯组砂岩储层主要岩石类型、储层特征、各类成岩作用和成岩阶段进行研究,最后结合流体包裹体测试,确定南屯组主要油气充注时间及充注期次,以期为认识和完善研究区储层成岩及油气富集规律提供一定的依据。

1 区域地质概况

海拉尔盆地位于内蒙古自治区呼伦贝尔盟境内,为典型的中新生代陆相裂谷性质盆地。盆地整体上具有两隆三坳的构造格局,即扎赉诺尔坳陷、嵯岗隆起、贝尔湖坳陷、巴彦山隆起、呼和湖坳陷,各一级构造单元可进一步细分为16个凹陷、3个凸起,莫达木吉凹陷是处于巴彦山隆起上的一个负向二级构造单元[12-13](见图1)。

图1 海拉尔盆地主要构造单元划分Fig.1 Division of main tectonic units in the Hailar basin

海拉尔盆地的发育演化主要经历了地壳隆起、断陷阶段、坳陷阶段、萎缩阶段四个阶段[13]。莫达木吉凹陷内主要充填侏罗系、白垩系以及古近系、新近系、第四系地层,侏罗系、白垩系地层为盆地内主体沉积,从下至上为:兴安岭群(K1x)、铜钵庙组(K1t)、南屯组(K1n)、大磨拐河组(K1d)、伊敏组(K1y)以及青元岗组(K2q)。南屯组为本区重要的目的层之一,沉积厚度大,地层发育全,中上部主要以深灰-灰黑-黑色泥岩、粉砂质泥岩为主,中下部以灰色泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、砂砾岩为主。南屯组沉积时期,主要发育扇三角洲、三角洲相、湖泊相沉积[14-16]。砂岩岩屑颗粒成分主要为石英、长石和岩屑。石英最高体积分数为20%,最低体积分数为3%,平均体积分数为8.2%;长石体积分数最高为35%,最低体积分数为10%,平均体积分数为16.7%;岩屑最高体积分数为55%,最低体积分数为13%,平均体积分数为40.6%(见图4),岩屑主要由变质岩、岩浆岩以及火山碎屑构成,其中变质岩有石英片岩和石英岩等,岩浆岩有流纹岩等。

2 储层特征

2.1 岩石学特征

根据薄片统计资料,南屯组碎屑岩主要发育凝灰质长石岩屑砂岩、凝灰质岩屑砂岩(见图2、3),具有不等粒、中砂、粉砂状结构,颗粒分选性好-差皆有,磨圆度为次棱角状,颗粒之间接触关系为点接触-线接触-凹凸接触不等,胶结类型为孔隙式胶结。

图2 南屯组砂岩成分分类Fig.2 The classification of sandstone in the Nantun formation

图3 南屯组砂岩显微特征Fig.3 The characteristics of sandstone under microscope in the Nantun formation

图4 南屯组砂岩主要组分体积分数Fig.4 The main components of sandstone in the Nantun formation

填隙物最高体积分数为55%,最低体积分数为4%,一般体积分数为20%～45%,平均体积分数为34.8%,主要是以泥质、火山灰和少量碳酸盐为主的杂基和以少量方解石、白云石、高岭石为主的胶结物。泥质体积分数最多,多具重结晶充填孔隙呈团块状和条带状分布,最高体积分数达45%,最低体积分数26%,平均体积分数28.9%;火山灰体积分数次之,呈团块状分布,最高体积分数10%,平均体积分数2.8%;方解石体积分数最高为2%,平均体积分数0.2%;白云石最高体积分数为8%,平均体积分数1.8%;高岭石最高体积分数3%,平均体积分数0.3%;碳酸盐杂基最高体积分数7%,平均体积分数0.8%(见图5)。

2.2 孔隙特征

根据铸体薄片和扫描电镜分析,南屯组砂岩碎屑颗粒孔隙类型以原生孔隙为主,还包括晶间孔和溶蚀粒内孔,面孔率较高,孔隙分布相对均匀且连通性较好。实测孔隙度在15.0%～19.1%,平均值为16.875%,主峰值为15.0%～17.2%;实测渗透率在(0.141～2.230)×10-3μm2,平均值为0.721×10-3μm2,主峰值为(0.141～0.353)×10-3μm2。

图5 南屯组砂岩主要填隙物成分体积分数Fig.5 The main interstitial compounds of sandstone in the Nantun formation

3 成岩作用

成岩作用研究是流体包裹体研究的基础[17],根据岩石薄片、扫描电镜、X衍射资料表明,南屯组砂岩储集层在埋藏成岩过程中发生的成岩作用类型有:压实作用、破裂作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用,南屯组主要成岩矿物及流体包裹体分布特征如图6所示。

图6 莫达木吉凹陷下白垩统南屯组主要成岩矿物及流体包裹体分布特征Fig.6 The characteristics of main diagenetic minerals and fluid inclusions in the lower cretaceous Nantun formation in Modamudi sag

3.1 压实作用与破裂作用

南屯组碎屑砂岩经历了不同程度的压实作用。机械压实作用主要表现为刚性碎屑颗粒压碎或者破裂(见图6(a)、(b)、(c)),岩石密度逐渐增大,孔隙度快速减小,颗粒由点接触逐渐变为线接触;化学压实作用表现为矿物的溶解与再沉淀,例如石英、长石颗粒的次生加大,颗粒间由线接触向凹凸接触发展。破裂作用主要表现在岩石中一些刚性组分破裂,易形成一些贯穿矿物的微裂隙。

3.2 溶蚀作用

溶蚀作用可以有效的改善砂岩的孔隙结构。研究区南屯组碎屑砂岩主要发育粒内溶孔、粒间溶孔。粒内溶孔主要发育在长石、岩屑等颗粒中(见图6 (d)、(e)),颗粒内部常见不规则状的溶蚀孔隙,其可能形成于早成岩阶段,受近地表大气淡水淋滤形成;粒间溶孔主要发生在碎屑颗粒边缘或碳酸盐矿物中,表现碎屑颗粒边缘被溶蚀成港湾状,方解石、白云石等碳酸盐胶结物内部也可见溶蚀孔隙(见图6 (f))。

3.3 胶结作用与交代作用

(1)碳酸盐矿物胶结。南屯组填隙物中碳酸盐胶结矿物主要有方解石、白云石、铁方解石和铁白云石。可分为早晚两期,早期多为孔隙式胶结的泥晶方解石;晚期多为亮晶碳酸盐矿物,其中铁白云石和方解石最常见,多呈连晶式充填孔隙(见图6(g)、(h))。另外,还可见亮晶方解石和白云石充填孔隙,交代长石、石英及岩屑等碎屑颗粒。

(2)硅质胶结。研究区最主要的硅质胶结物为微晶石英,在镜下可见微晶石英(见图6(h))充填孔隙,微晶石英的物质来源有两大方面,一方面是在地层酸性流体的所用下,由长石溶蚀溶解释放出SiO2结晶;另一方面是由于凝灰质物质的脱玻化或水解释放出SiO2结晶。研究区火山碎屑岩中的大量凝灰质物质为微晶石英的发育提供物质基础。

(3)黏土矿物胶结。扫描电镜下可见南屯组碎屑岩中的高岭石呈书页状或蠕虫状集合体分布于孔隙中(见图6(i)),少量呈环状或叠层状,自生高岭石的分布具有很强非均质性,它是由溶蚀作用的非均质性所决定的。岩石中发育少量伊利石,呈丝缕状产出于孔隙中(见图6(j))。此外,还出现黏土矿物混层,扫描电镜下,高岭石呈书页状集合体被伊利石包围(见图6(i))。

4 成岩阶段的确定

在以上储层岩石学、岩相学及成岩作用分析的基础上,依据SY/T 5477—2003《碎屑岩成岩阶段划分》[18],结合碎屑岩储层成岩阶段标志,对海拉尔盆地莫达木吉凹陷下白垩统南屯组碎屑岩进行了成岩作用阶段分析,其主要成岩阶段划分标志特征如下:研究区南屯组碎屑岩中溶蚀、溶解现象比较普遍,发育长石溶孔、岩屑溶孔、碳酸盐矿物溶孔,孔隙类型以原生溶孔为主,次生孔隙所占比例较高;镜质体反射率Ro在0.64%～0.67%;孢粉颜色主要以桔黄-浅棕色为主;X衍射分析表明南屯组伊/蒙混层中蒙皂石的整体体积分数25%～30%(见表1);包裹体测温南屯组均一温度整体处于85～140℃。

表1 下白垩统南屯组黏土矿物X衍射测试结果Table 1 The results of X-ray diffraction of clay mineralsin the lower cretaceous Nantun formation

根据上述成岩阶段不同指示特征分析,绘制了研究区成岩阶段划分图(见图7)。

由图7可知,南屯组处于早成岩阶段B期晚期-中成岩阶段A期。

图7 莫达木吉凹陷下白垩统南屯组成岩作用序列及阶段划分Fig.7 The diagenetic sequence and stage in the lower cretaceous Nantun formation in Modamudi sag

5 流体包裹体特征及油气充注时期的确定

根据显微镜观察及成岩作用研究,南屯组碎屑砂岩中的流体包裹体,大致可以分为两类:继承性包裹体和成岩后期包裹体,其中继承性包裹体赋存于石英颗粒中,多呈串珠状分布,包裹体较小,直径在1～5μm,气液比小于10%。成岩后期包裹体存在于自生石英和方解石脉体中,多为气液两相包裹体,孤立状分布。通过分析,石英颗粒中的包裹体多为继承性包裹体,其均一温度普遍偏高;成岩后期的包裹体所测温度与成岩时候经历的温度相近,整体处于85～140℃,峰值温度在95℃左右(见图8)。

结合研究区典型井的热演化史图,将包裹体测温得到的数据与凹陷热演化过程进行类比,即将次生包裹体的均一温度投影到热演化史图中(见图9),确定南屯组油气充注时代约为90～70 Ma,大致对应早白垩世末-晚白垩世。

图8 下白垩统南屯组砂岩中流体包裹体均一温度Fig.8 The histogram of homogenization temperatures of fluid inclusions in the lower cretaceous Nantun formation

6 结论

(1)根据常规物性、铸体薄片、扫描电镜、X-射线衍射等分析测试方法,确定莫达木吉凹陷下白垩统南屯组砂岩主要岩石类型为长石岩屑砂岩、凝灰质岩屑,填隙物主要以泥质、硅质、火山灰和少量碳酸盐为主,岩石具不等粒、中砂、粉砂状结构,颗粒分选性好-差皆有。孔隙类型以原生孔隙为主,还包括晶间孔和溶蚀粒内孔,面孔率也高,孔隙分布相对均匀且连通性较好。

(2)南屯组砂岩储集层在埋藏成岩过程中发生的成岩作用类型有:压实作用、破裂作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用。不同成岩作用对砂岩储集性能影响很大,综合岩石成岩作用发育情况、包裹体测温、镜质体反射率、伊蒙混层比等,确定南屯组处于早成岩阶段B期晚期-中成岩阶段A期。

(3)结合流体包裹体分析及均一温度及热演化史,确定南屯组油气充注时代约为90～70 Ma,大致对应早晚白垩世。

图9 莫达木吉凹陷下白垩统南屯组主要油气充注时期Fig.9 Determining the main hydrocarbon charging period in the lower cretaceous Nantun formation in Modamudi sag

[1] Wolf K H,Chilingar G V.Diagenesis[M].Amsterdam:Elsevier,1992.

[2] Kelai Xi,Yingchang Cao,Jens Jahren,et al.Diagenesis and reservoir quality of the lower cretaceous Quantou formation tight sandstones in the southern Songliao basin[J].Sedimentary Geology,2015,330:90-107.

[3] 罗静兰,刘小洪,林潼,等.成岩作用与油气侵位对鄂尔多斯盆地延长组砂岩储层物性的影响[J].地质学报,2006,80 (5):664-673. Luo Jinglan,Liu Xiaohong,Lin Tong,et al.Impact of diagenesis and hydrocarbon emplacement on sandstone reservoir quality of the Yanchang formation(Upper Triassic)in the Ordos basin[J].Acta Geologica Sinica,2006,80(5):664-673.

[4] 卢焕章,范宏瑞,倪培,等.流体包裹体[M].北京:科学出版社,2004:1-10.

[5] 欧光习,李林强,孙玉梅.沉积盆地流体包裹体研究的理论与实践[J].矿物岩石地球化学通报,2006,25(1):1-11. Ou Guangxi,Li Linqiang,Sun Yumei.Theory and application of the fluid inclusion research on the sedimentary basins [J].Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,2006,25(1):1-11.

[6] 崔军平,任战利,肖晖,等.海拉尔盆地地温分布及控制因素研究[J].地质科学,2007,42(4):656-665. Cui Junping,Ren Zhanli,Xiao Hui,et al.Study on temperature distribution and controlling factors in the Hailar basin [J].Chinese Journal of Geology,2007,42(4):656-665.

[7] 崔军平,任战利,陈玉林.海拉尔盆地贝尔凹陷热演化史与油气关系研究[J].沉积学报,2011,29(2):388-395. Cui Junping,Ren Zhanli,Chen Yulin.Study on the relations between geothermal history and oil-gas generation in Beier depression of Hailaer basin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2011,29(2):388-395.

[8] 崔军平,任战利,肖晖.海拉尔盆地呼和湖凹陷热演化史与油气关系[J].中国地质,2007,34(5):522-527. Cui Junping,Ren Zhanli,Xiao Hui.Relations between the thermal history and petroleum generation in the Huhehu lake depression,Hailar basin[J].Geology in China,2007,34(5):522-527.

[9] 曹瑞成,曲希玉,文全,等.海拉尔盆地贝尔凹陷储层物性特征及控制因素[J].吉林大学学报(地球科学版),2009,39 (1):23-30 Cao Ruicheng,Qu Xiyu,Wen Quan,et al.Physical properties and control factors of reservoir in Beier depression,Halaer basin[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2009,39(1):23-30

[10] 陈守田,刘招君,崔凤林,等.海拉尔盆地含油气系统[J].吉林大学学报(地球科学版),2002,32(2):151-154. Chen Shoutian,Liu Zhaojun,Cui Fenglin,et al.Hydrocarbon system in Hailaer basin[J].Journal of Jilin University (Earth Science Edition),2002,32(2):151-154.

[11] 胡帮举.海拉尔盆地塔南凹陷源岩精细评价[J].石油化工高等学校学报,2016,29(6):72-78. Hu Bangju.Fine evaluation of source rocks in Tanan sag of Hailaer Basin[J].Journal of Petrochemical Universities, 2016,29(6):72-78.

[12] 余本善,李薇薇,王兴宇,等.海拉尔盆地构造演化及对沉积的控制作用[J].石油地球物理勘探,2013,482(2):289-296. Yu Benshan,Li Weiwei,Wang Xingyu,et al.Tectonic evolution and its controlling on sedimentation in Hailar basin[J]. Oil Geophysical Prospecting,2013,482(2):289-296.

[13] 张帆.海拉尔盆地构造特征与构造演化[D].长春:吉林大学,2007.

[14] 杨婷,金振奎,张雷,等.海拉尔盆地贝尔凹陷贝西地区南屯组层序地层特征[J].吉林大学学报(地球科学版),2011, 41(3):629-638. Yang Ting,Jin Zhenkui,Zhang Lei,et al.Sequence stratigraphic characteristic of the nantun formation in the western area of Beier depression,Hailaer basin[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2011,41(3):629-638.

[15] 刘秋宏,卢双舫,李军辉,等.海拉尔盆地呼和湖凹陷南屯组层序地层与沉积体系分析[J].沉积学报,2010,28(2): 227-234. Liu Qiuhong,Lu Shuangfang,Li Junhui,et al.Sequence stratigraphy and sedimentary system anajysis of Nantun group in Huhehu depression in Hailaer basin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2010,28(2):227-234.

[16] 李军辉,卢双舫,蒙启安,等.海拉尔盆地呼和湖凹陷南屯组典型砂体的特征分析[J].地质学报,2010,84(10): 1495-1501. Li Junhui,Lu Shuangfang,Meng Qi`an,et al.Typical sand characteristics of Nantun formation in the Huhehu depression in the Hailaer basin[J].Acta Geologica Sinica,2010,84(10):1495-1501.

[17] 国家经济贸易委员会.SY/T 5477—2003碎屑岩成岩阶段划分[S].北京:石油工业出版社,2003.

[18] 梁宇,任战利,史政,等.鄂尔多斯盆地富县—正宁地区延长组油气成藏期次[J].石油学报,2011,32(5):741-748. Liang Yu,Ren Zhan Li,Shi Zheng,et al.Classification of hydrocarbon accumulation phases of the Yanchang formation in the Fuxian-Zhengning area,Ordos basin[J].Acta Petrolei Sinica,2011,32(5):741-748.

(编辑 王亚新)

The Classification of Hydrocarbon Charging Phases of the Nantun Formation in the Modamudi Sag,Hailar Basin

Qi Kai1,Ren Zhanli1,2,Cao Zhanpeng1,Yang Peng1,Ren Wenbo1
(1.Department of Geology,Northwest University,Xi’an Shaanxi710069,China; 2.State Key Laboratory of Continental Dynamics,Northwest University,Xi’an Shaanxi710069,China)

Based on the pore casting thin sections,scanning electron microscopy(SEM)and X-ray diffraction,analysis of physical properties,hydrocarbon inclusions,combined with the results of thermal history reconstruction,diagenesis and classification of hydrocarbon accumulation phases of the Nantun formation in lower cretaceous in the Modamudi depression, Hailar basin were conducted in this paper.The results showed that the main rock types including feldspar lithic sandstone, tuffaceous debris sandstone,and the main interstitial material were associated with argillaceous siliceous,carbonate and a small amount of volcanicash.The pore types,including the hole and intergranular corrosion reap the hole,have been found.The diagenesis in this formation included compaction stage,cracking,cementation,metasomatism,dissolution,which usually is related with early diagenetic stage B to late diagenetic stage A.Combined fluid inclusion analysis,homogenization temperature as well as thermal evolution history,the late cretaceous(90～70 Ma)is the major period of hydrocarbon accumulations in the Nantun Formation.

Hailar basin;Modamudi depression;Nantun formation;Diagenesis;Hydrocarbon accumulation

TE122

:A

10.3969/j.issn.1006-396X.2017.01.013

1006-396X(2017)01-0060-07投稿网址:http://journal.lnpu.edu.cn

2016-09-23

:2016-10-17

国家自然科学基金项目(41372128);国家重大专项(2011ZX05005-004-007HZ);西北大学大陆动力学国家重点实验室资助项目(BJ08133-1)。

祁凯(1993-),男,硕士研究生,从事构造-热年代学及热演化研究;E-mail:1150331820@qq.com。

任战利(1961-),男,博士,研究员,博士生导师,从事沉积盆地构造热演化、油气地质等方面研究;E-mail:renzhanl @nwu.edu.cn。