鄂尔多斯盆地丰富川地区延长组流体包裹体特征及油气成藏期次

唐建云 ，张 刚 ，史 政 ，章 星 ，陈玉宝

（1.克拉玛依职业技术学院，新疆克拉玛依834000；2.中国石油大学（北京）克拉玛依校区，新疆克拉玛依834000；3.延长油田股份有限公司定边采油厂，陕西榆林719000；4.中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡214126；5.延长油田股份有限公司，陕西延安716005）

0 引言

含油气盆地中储集层矿物在生长发育过程中因受各种因素的影响易产生晶格缺陷，而被包裹于这些缺陷晶格中的富含油气的流体被称之为油气包裹体［1］。油气包裹体不仅记录了油气藏形成时的物理化学条件和油气成分信息，而且也记录了油气从生成、运移到聚集成藏过程的海量信息［2-4］。近些年来，流体包裹体技术在石油地质学领域的应用取得了丰富的成果，尤其是在油气成藏机理研究方面，具有无可比拟的“特殊性”，因此受到石油地质学家们的重视。流体包裹体在油气成藏研究中的应用主要表现在以下几个方面：①烃源岩排烃史、有机质类型及成熟度；②油气运移的时间、方向和通道；③油气形成的物理化学条件；④油气演化程度；⑤油气充注期次与成藏时间确定等。

鄂尔多斯盆地三叠系油气成藏期次方面的研究已经取得了丰硕成果，如付金华等［5］利用地球化学和流体包裹体证据对三叠系长8储集层的致密化过程与成藏藕合关系进行了深入研究，认为长8油藏是一个连续且存在多期主力充注的油藏，其中，晚期充注代表了主成藏期。王传远等［6］采用显微荧光技术和流体包裹体显微测温技术，并结合长9储集层的埋藏史和热演化史，提出了长9储集层存在两期油气充注的观点。这些研究实例大多集中在盆地的中西部地区，而位于盆地东缘的丰富川地区的勘探程度较低，油气成藏期次方面的研究相对薄弱。为确定丰富川地区长2和长6储集层的油气成藏期次，本文选取丰富川地区6口井的24块岩样，并对岩样中赋存的流体包裹体进行详细分析和研究，最终确定油藏的成藏期次和成藏过程，以期对盆地三叠系“连续充注型”油藏的成藏理论提供证据。

1 地质概况

图1 鄂尔多斯盆地丰富川地区地理位置Fig.1 Geographical location of Fengfuchuan area in Ordos Basin

鄂尔多斯盆地蕴含着丰富的油、气、煤、盐以及多种金属矿产资源，油气勘探潜力巨大，已成为我国重要的能源基地之一。丰富川地区在地理位置上处于陕西省延安市东北方向，西起安塞、东达青化砭，南至川口。构造上位于盆地一级构造单元陕北斜坡的东部［7-9］（图 1）。构造较为平缓，地层倾角小于1º，多年勘探开发实践表明：①研究区发育上三叠统延长组长2、长4+5和长6等多套含油层系，其中长2和长6均为目前产油的主力油层，具有丰富的油气资源，勘探前景广阔。下伏长7为全区最重要的烃源岩发育段；②三叠系沉积体系以三角洲为主，主要发育三角洲前缘和三角洲平原亚相；③岩性以岩屑长石砂岩和长石砂岩为主，储集空间类型以原生粒间孔和次生溶蚀孔较为常见，砂岩孔隙度为5%～10%，渗透率为0.1～3.0 mD，含油饱和度为20%～35%，属于典型的“特低孔-特低渗”型储层。

2 实验仪器与方法

实验分析测试在西安石油大学流体包裹体实验室完成，仪器为英国Linkam科学仪器公司生产的THMS600型冷热台以及配套显微镜，测温范围为-196～600℃，测量精度为±0.1℃，显微镜为Leica DMR型号，实验室温度为25℃。

实验方法为：首先利用显微镜对样品中的油气包裹体进行岩相学组合（FIA）特征分析，包括油气包裹体的分布、大小、相态、颜色及气液比等，再利用THMS600型冷热台确定包裹体的均一温度、冰点温度以及初熔温度，最后结合鄂尔多斯盆地丰富川地区地层埋藏史和热演化史分析确定油气藏的成藏期次。

3 流体包裹体特征

3.1 岩相学特征

通常情况下，为准确划分流体包裹体的形成期次，要对流体包裹体所在的宿主矿物内的盐水包裹体进行岩相学特征分析，以获得不同产出状态下包裹体的详细特征，包括分布、大小和相态等。借助荧光显微镜对盐水包裹体和烃类包裹体加以区分和甄别，可获得烃类包裹体的特征。通过对鄂尔多斯盆地丰富川地区宿主矿物内的盐水包裹体进行透射光和荧光综合分析，发现了3种类型的流体包裹体：①盐水包裹体，该类型包裹体多呈圆形、椭圆形以及不规则形态，分布在石英次生加大边、石英溶蚀微裂隙和碳酸盐胶结物中［图 2（a）—（c）］，包裹体个体普遍较小，为1～3μm，中等富集程度，气液比为3%～16%，长2砂岩储层中最为常见。②含液态烃包裹体，该类型包裹体主要以椭圆形及不规则状，呈串珠状成群成带形态分布在石英次生加大边及石英溶蚀微裂缝中［图 2（d），（e）］，包裹体个体微小，为2～6μm，富集程度较高，气液比为14%～26%，该类型包裹体在荧光下发微弱的黄绿色荧光，透射光下呈浅褐色。③液态烃包裹体，该类型包裹体主要为椭圆形和不规则形态分布于石英次生加大边及石英溶蚀微裂缝中［图2（f）］，包裹体个体较小，为2～7μm，富集程度偏低，气液比为55%～75%，该类型包裹体在荧光下呈黄绿色，透射光下呈微弱的浅褐色。综上所述，丰富川地区长2和长6储层砂岩内的流体包裹体具有以下特征：盐水包裹体和液态烃包裹体个体普遍较小（1～7μm），盐水包裹体和含液态烃类包裹体主要以椭圆形和不规则形态分布于第一期的石英次生加大边及石英溶蚀微裂缝中。

图2 丰富川地区延长组流体包裹体形态与分布特征（a）姚304井，570.9 m，长2，石英溶蚀微裂隙内盐水包裹体，单偏光；（b）姚306井，485.53 m，长2，石英溶蚀微裂隙内盐水包裹体，单偏光；（c）姚249井，540.85 m，长2，石英次生加大边内盐水包裹体，单偏光；（d）姚312井，875.43 m，长6，石英次生加大边内液态烃包裹体，单偏光；（e）姚255井，955.56 m，长6，石英次生加大边内盐水包裹体，单偏光；（f）姚251井，970.85 m，长6，石英次生加大边内液态烃包裹体，单偏光Fig.2 Morphology and distribution characteristicsof fluid inclusionsof Yanchang Formation in Fengfuchuan area

3.2 均一温度特征

包裹体均一温度反映的是矿物捕获流体时的温度［10-15］。通过测试包裹体均一温度可了解在某个地质历史时期的有机包裹体形成时的古地温，其中油气包裹体的均一温度反映了油气充注成藏时储集层的古地温特征。通过对丰富川地区三叠系延长组进行系统采样，挑选了若干长2和长6砂岩样品，对其中的液态烃类包裹体伴生的均相捕获的盐水包裹体进行了均一温度测试（表1）。实验测试结果表明：①丰富川地区长2和长6储层内盐水包裹体均一温度都呈“单峰”式（图3），均一温度主要分布于80～130℃，但峰值出现的位置有所不同，长2的流体包裹体的主均一温度峰值为90～110℃，而长6的包裹体的主均一温度峰值为100～120℃。②含液态烃包裹体和液态烃相伴生的盐水包裹体的均一温度同样表现为“单峰”式，并且盐水包裹体均一温度从上到下呈现逐渐增大的趋势，可综合判断长2和长6储层内液态烃的捕获主要为一期。

表1 丰富川地区长2和长6储层包裹体测试数据Table 1 Testing data of fluid inclusions of Chang 2 and Chang 6 reservoir in Fengfuchuan area

图3 丰富川地区长2和长6包裹体均一温度直方图Fig.3 Homogenization temperature of fluid inclusions of Chang 2 and Chang 6 reservoir in Fengfuchuan area

将长2和长6储层砂岩中的石英加大边上的盐水包裹体和溶蚀微裂缝上的盐水包裹体进行观察和均一温度测试，按照“包裹体的均一温度反映的是矿物捕获流体时的温度”这一原理［10-14］，可以得出以下结论：长6包裹体中捕获的地层流体温度为100～120℃，长2包裹体中捕获的地层流体温度为90～110℃，当时地层均处于中成岩A期。

3.3 冰点温度

地质学家们常采用初熔温度（低共熔温度）和冰点温度等2个重要参数来确定流体包裹体的成分［1-4］。丰富川地区长2和长6储层中盐水包裹体的初熔温度测试结果显示：①初熔温度均大于-20.9℃，表明流体包裹体含盐体系成分为NaCl；②冰点温度为-7～-5℃，均大于-7℃，表明流体包裹体成分为NaCl-H2O体系的盐水溶液，并且盐度为9.76‰～10.30‰，均小于11‰，属于中等盐度包裹体。长2储层的盐水包裹体所捕获的地层水较长6储层具有更高盐度，可能受到其他不同层位以及同层位不同方向水源的混合影响。将烃类包裹体相伴生的盐水包裹体所获得的冰点温度与均一温度进行交会投点（图4），可以看出二者相关性较差。

图4 丰富川地区长2和长6冰点温度和均一温度的关系Fig.4 Relationship between freezing temperatureand homogenization temperatureof Chang 2 and Chang 6 reservoir in Fengfuchuan area

4 油气成藏

通常情况下，油气富集成藏会受到生储盖条件、构造条件以及运移保存条件等多因素控制，他们相互之间既有联系又有区别［15］。鄂尔多斯盆地丰富川地区三叠系延长组油气藏的富集成藏、破坏逸散和再成藏均为上述因素共同作用的结果［17］。

4.1 生储盖条件

丰富川地区延长组沉积时为大型内陆湖泊，其中长7沉积期为半深湖—深湖，泥岩十分发育，有机质类型为腐植—腐泥型，具有“丰度高、生烃潜力大和成熟度高”等特点，有效烃源岩面积可达3.0万km2，为三叠系油气藏的主力供烃层段［16-17］。长7烃源岩的生烃模拟实验结果表明，其生烃强度可达45万 t/km2，为丰富川地区油气藏的形成奠定了坚实的油源基础。

三叠纪，鄂尔多斯盆周缘发育许多环带状复合三角洲沉积，如延安—延长三角洲和吴起—靖边等三角洲，丰富川地区位于延安—延长三角洲沉积体系上，其中长64发育三角洲前缘水下分流河道砂体，长63和长2均发育三角洲平原分流河道砂体，这些砂岩储集体普遍具有分选好和物性好等特点，为优质储集体，也是油气较为富集的场所。砂体的展布方向主要为北东—南西向，水下分流河道砂体在厚度、物性以及含油饱和度等方面均好于水下分流间湾。纵向上，长6和长2均具有一定的韵律性，总体上具有向上变细的特征；横向上，不同规模的砂体与泥岩叠置可形成良好的岩性圈闭，研究区的长64，63及长2油藏均是如此。

4.2 构造条件

丰富川地区位于陕北斜坡带东部，其构造活动较弱，形态也较为单一，主要表现为一东高西低的单斜（地层倾角小于1°，地层坡降小于7 m/km），长6—长2地层整体上为一呈北东-南西向展布的鼻隆构造（鼻隆宽度为800～1 500 m，高度为5～10 m），杨俊杰［7］认为这种隆凹相间的鼻状构造对油气富集具有一定的控制作用。岩心观察结果显示，研究区长6—长2岩石中常发育不同规模的裂缝，裂缝和解理走向以北东—南西向为主。显微镜下亦能发现被褐色沥青浸染和充填的微裂缝，这些裂缝和解理均是油气运移的重要通道，其下伏的长7烃源岩生成的油气沿着这些裂缝和解理发生穿层垂向运移，在“合适的圈闭”中聚集成藏［8-9］。

4.3 油气运移方式

按照油气运移动力学原理，研究区长7烃源岩生成的大量油气在地层压力的驱动下向低势区的长6—长2储集层运移和输导，运移通道包括各种孔隙和穿层裂缝，油气运移的距离和油气聚集的层位受隔夹层的厚度、连通性砂体的空间展布以及裂缝发育程度等多重因素控制。在长6顶部泥岩盖层发育的地区，油气多在长6储集层中聚集成藏，在长6和长4+5二者顶部泥岩盖层均不发育的地区，油气多运移至长2储集层中聚集成藏。长2上覆地层（长1）为优质的区域性盖层，对长2储集层中油气的保存具有一定的贡献作用。上述成藏类型被称为“爬楼梯”式成藏模式（图5）。通过对研究区长6—长2砂体厚度、横向发育规模以及连通性等数据进行统计分析，可以得出长64，63及长2油藏的形成均为油气纵向运移的结果。综上所述，丰富川地区油气富集成藏受多种因素的控制，包括邻近优质烃源岩、发育良好的输导体系以及低幅度“隆凹相间”的构造格局等。

图5 丰富川地区三叠系延长组成藏模式（据文献［15］修改）Fig.5 Accumulation model of Triassic Yanchang Formation in Fengfuchuan area

4.4 成藏时间

关于鄂尔多斯盆地三叠系延长组的成藏期次的研究，学者们争论的焦点是单期次充注还是多期次充注［18-26］。地质学家们在研究成藏期次时，多应用流体包裹体的均一温度资料结合相应地层埋藏史和热演化史，以推测储层内烃类充注的时间和期次［27］。

晚侏罗世到早白垩世，鄂尔多斯盆地发生了一次重要的地温急剧升高的构造热事件，约距今124～153 Ma，古地温梯度为 3.0～4.5 ℃/100 m［10-11］，大地热流值为85～105 mW/m2，当时延长组埋藏深度为2 200～3 000 m，达到地质历史时期的最大值。经过推算，丰富川地区长2储层的包裹体的捕获时间为距今115～100 Ma，长6储层的包裹体的捕获时间为距今120～105 Ma，即早白垩世（图6）。因此，丰富川地区延长组油气藏主要为单期充注而成。

图6 丰富川地区三叠系延长组埋藏史和热演化史Fig.6 Burial history and thermal evolution history of Triassic Yanchang Formation in Fengfuchuan area

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地丰富川地区延长组长2和长6储层的流体包裹体主要为盐水包裹体和含液态烃包裹体，包裹体个体普遍较小，为1～7μm，包裹体盐度小于10.5‰，属于中等盐度。其中长6储层中流体包裹体的均一温度为100～120℃，长2储层中流体包裹体均一温度为90～110℃，流体包裹体捕获时地层均处于中成岩A期。

（2）鄂尔多斯盆地丰富川地区延长组长2和长6储层的油气充注时间均为早白垩世，且均为单次充注成藏，其中长2储层的油气充注时间为距今115～100 Ma，长6储层的油气充注时间为距今120～105 Ma。