环县—正宁地区长9油层组流体包裹体特征及地质意义

陈梦娜，罗安湘，李 军,3，时孜伟，赵靖舟,3，邵晓州，耳 闯,3，白卓立

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065；2.中国石油 长庆油田公司 勘探开发研究院，陕西 西安 710029；3.陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065；4.中国地震局 第二检测中心，陕西 西安 710054)

引 言

储层中烃类流体包裹体及与其共生的盐水包裹体记录了油气运移、聚集成藏的过程[1]。不同学者利用流体包裹体对鄂尔多斯盆地三叠系延长组油气成藏进行了研究，但不同地区、不同层位研究结果也不尽相同[2-8]。近年来，长9层段的油藏勘探取得了重要进展，陕北地区、姬塬地区、陇东地区均试油获得多口工业油流井，展示了良好的石油勘探潜力。前人研究表明，长9油层组原油主要来源于长7段烃源岩。长9油层组的形成与分布主要受控于烃源岩、储层和鼻状构造背景三大地质因素的共同影响[9-11]。环县—正宁地区处于鄂尔多斯盆地一级构造单元天环坳陷带与陕北斜坡南部地区，西起环县，东至志丹，北达吴旗，南止正宁。区内构造特征为一西倾平缓单斜，倾角不足1°，主要形成于早白垩世之后，低幅度的鼻状隆起构造较为发育[12]。本文主要利用流体包裹体对环县—正宁地区长9油层组成藏特征进行探讨。

1 试验样品与方法

本次选取环县—正宁地区采集的流体包裹体样品共37件，试油资料显示，含油样品18件。样品采集区主要在深度1 700～2 700 m，为碎屑岩沉积，碎屑岩组分中以石英为主，故选取样品多以石英为宿主矿物。包裹体类型以及特征观察采用ZEISS双通道荧光-透射光显微镜，紫外光激发参数为：BP 365/12，FT 395，LP 397，组分测定利用雷尼绍inVia Relflex型显微拉曼光谱仪，均一温度以及冰点温度测定使用Linkam MDS-600冷热台。

实验均在西安石油大学陕西省油气成藏地质学重点实验室完成。

2 流体包裹体特征

2.1 岩相学特征

观察流体包裹体的透射光发现，流体包裹体多分布于石英颗粒内的裂隙中，在石英次生加大边及胶结物和穿石英颗粒裂纹中也有发育。通过荧光分析，总结研究区内不同产状下流体包裹体的岩相学特征：石英粒内裂隙中盐水包裹体与液态烃包裹体(图1(a))丰度相当，各类型包裹体分布都较为广泛，其中液态烃包裹体主要包括油包裹体和油气两相包裹体(表1)；石英次生加大边及胶结物(图1(b))主要发育盐水包裹体，伴生少量的液态烃包裹体；发育在穿石英颗粒裂纹中的包裹体的丰度较小，以盐水包裹体为主(图1(c))。

油包裹体常与盐水包裹体相伴生，大小不一，直径平均2～6 μm，形状多为椭圆形以及不规则状，气液比分布不均，油气两相包裹体的气液比较小，大致在10%～30%。本次研究中长9油层组油包裹体的液态烃在荧光下呈黄色→绿色(图1(d)—图1 (f))。

选取产状较为明显、气液比较大，初步认定为油包裹体的样本进行激光拉曼实验，统计分析所得激光拉曼光谱。实验得2 945 cm-1以及少量的748 cm-1、804 cm-1特征峰，揭示了包裹体中饱和烃的存在，但在前人的研究中并没有发现与其所对应的组分与矿物，只是存在一些关于无机杂质基团—CN标志的猜测[13-14]。本次实验得出的流体包裹体的特征峰以2 250 cm-1和2 945 cm-1为主(图2)，符合饱和烃型拉曼光谱，表明在包裹体被捕获期间，流体以饱和烃组分为主。

图1 环县—正宁地区长9油层组流体包裹体特征及荧光显示Fig.1 Characteristics and fluorescent display of fluid inclusions of Chang 9 reservoirs in Huanxian-Zhengning area

图2 长91石英颗粒内裂隙发育的液态烃包裹体激光拉曼特征Fig.2 Raman characteristics of liquid hydrocarbon inclusions in Chang 91 quartz particles in which there are fractures

2.2 均一温度特征

由于油气包裹体内组分较为复杂，在测温过程中，很难达到均一化程度，但与油气包裹体相伴生的盐水包裹体可认为是充注油气的同期产物，其均一温度的稳定性较高，所以，可测定这类盐水包裹体的均一温度并确定其形成时间，以此来确定油气的充注及成藏时间。在实验过程中选取与油包裹体相伴生的、能够反映成岩与成藏环境的盐水包裹体作为研究对象进行测温(图1)。分别统计石英颗粒内裂隙、次生加大边及胶结物和穿石英颗粒裂纹3种不同产状下发育的与油包裹体共生的盐水包裹体的均一温度(图3)。

图3 长9储层中与油包裹体共生盐水包裹体的均一温度Fig.3 Homogenization temperature of brine inclusions associated with hydrocarbon inclusions in Chang 9 reservoirs

根据统计发现，石英颗粒内裂隙及次生加大边中发育的包裹体均一温度分布范围较宽，在90～150 ℃，且分布连续，石英颗粒内裂隙包裹体均一温度主要集中在105～130 ℃，石英次生加大边中发育的包裹体的均一温度集中于100～125 ℃，穿石英颗粒裂纹中的包裹体均一温度主要分布在120～130 ℃。整体为一个峰值，峰值介于100～130℃，这表明该地区液态烃为一期连续充注成藏。

2.3 古压力恢复

本文主要运用NaCl-H2O溶液包裹体的密度式和等容式法对古压力进行计算[15]。所测得的均一温度大致集中在110～130 ℃，根据冰点温度用拉乌尔定律求出的盐度或根据Bodnar总结的盐度-冰点关系表可快速查出对应盐度主要集中在4%～6%之间。根据均一温度以及盐度，投影到NaCl-H2O体系的T-ρ相图中，可以得到环县—正宁地区长9油层组NaCl-H2O体系的流体密度在1.0左右。用所得密度以及盐度对应到不同盐度和密度参数表中，分别得到相对应的参数值a、b、c[15]。将参数值及对应的温度值代入包裹体等容式P=a+b·T+c·T2中，从而得到均一温度值所对应的古压力。将均一温度投影到环县—正宁地区油气埋藏史图中，分别读出所对应的古埋深为2 800～3 000 m，计算静水压力及对应的压力系数。根据不同产状流体包裹体压力系数统计算结果(图4)，可以看出不同产状下压力系数的分布范围存在一定差异：石英颗粒内裂隙发育的流体包裹体的压力系数集中在1.0～1.5；石英次生加大边及胶结物中发育的流体包裹体压力系数在1.1～1.3；切穿石英裂隙中流体包裹体的压力系数也在1.2～1.4。综合古压力系数来看长9油层组压力系数为1.1～1.4。由此可知，长9油藏主成藏期储层处于弱—中等的超压状态。

图4 长9储层流体包裹体古压力系数Fig.4 Paleo-pressure coefficient of fluid inclusions in Chang 9 reservoirs

3 流体包裹体的地质意义

3.1 确定成藏时期

分析研究区包裹体均一温度发现：与液态烃包裹体伴生的盐水包裹体均一温度随深度自下而上逐渐降低，但主要层段内不同产状包裹体均一温度均显示单峰式。分析认为，长9段储层内液态烃的捕获期次主要为一期，不同产状包裹体的充注次序不同：石英次生加大边及胶结物中最早充注，而后是石英粒内裂隙与穿石英颗粒裂纹中充注，分别将不同产状的均一温度投到油气埋藏史和热演化史图(图5)中，可以看出石英颗粒内充注时间在105～120 Ma；石英次生加大边及胶结物充注时间在111～125 Ma；穿石英颗粒裂纹充注时间在105～110 Ma，可以判断长9油层组石油充注的主要时期在早白垩世中后期(距今105～125 Ma)。

3.2 成藏动力条件

根据前人[16-20]对长7段压力的恢复结果，长7段由于生烃而导致膨胀超压属异常高压层段，压力系数在1.56左右。对于研究区而言，主力烃源岩位于长7段，长9段储层位于其下，由于长7烃源岩内部存在剩余压力，与烃源岩外的储层产生剩余压力差，致使长7段烃源岩生成的石油向下运移。因此，石油运移的主要驱动力为长7烃源岩的生烃增压，纵向上石油在剩余压力的驱动下穿过长8段进入储层物性相对较好的长9聚集成藏。由于压力的传导作用，致使长9油层组的压力也明显高于静水压力，故长9油层组包裹体主要沿裂缝或石英愈合裂隙发育，符合构造背景。

图5 环县—正宁地区埋藏-热演化史Fig.5 Burial depth-thermal history in Huanxian-Zhengning area

3.3 充注强度

储层石油包裹体丰度(GOI=含油包裹体颗粒数/颗粒总数×100%)分析可以定量评估储层的古含油饱和度，因此，可以用于识别古油藏及石油运移路径等，储层石油包裹体丰度大于5%则为油层或古油层，小于5%为低充注或主要输导层。研究区37个样品仅在14个中观察到油包裹体(表1)。统计14个含油包裹体样品发现GOI均小于5%，反映了充注度不高。油源较差、成藏动力不足导致石油的充注强度不高、油驱水不彻底、地层水大量滞留在储层中，从而导致储层中存在大量自由水，因而在试气过程中产水。

4 结论与认识

(1)研究区3种不同产状下流体包裹体的丰度不同，石英颗粒内裂隙中盐水包裹体与烃类包裹体丰度相当，石英次生加大边及胶结物和穿石英颗粒裂纹中以盐水包裹体为主。油包裹体与气液两相包裹体较为发育，个体较小，直径约2～6 μm，气液比较大，在透射光下透明或显示棕黄色，荧光显示为黄绿色，存在饱和烃组分。

(2)研究区延长组长9油层组中不同产状下流体包裹体的均一温度峰值略有差异，但整体为一个峰值，集中在100～130 ℃，石油充注为一期。不同产状下所显示的充注顺序不同：石英次生加大边及胶结物中最早充注，而后是石英粒内裂隙与穿石英颗粒裂纹中充注。石油充注的主要时期在早白垩世(距今105～125 Ma)。

(3)研究区不同产状下古压力系数的分布范围存在一定差异，其中石英颗粒内裂隙中发育的流体包裹体的压力系数分布范围最广，总体古压力系数在1.1～1.4。由于压力的传导作用，致使长9油层组的压力也高于静水压力。GOI较低，反映油气的充注强度不高。

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