伊陕斜坡吴起地区延长组油气成藏期次分析

李 博，崔军平，2，李 莹，李金森，赵 金，陈彦武

（1.西北大学地质学系，西安 710069；2.西北大学大陆动力学国家重点实验室，西安 710069；3.中国石油长庆油田分公司第六采气厂，西安 710000；4.中国石油长庆油田分公司第一采气厂，西安 710069；5.中国石油长庆油田分公司第三采油厂，银川 750003）

0 引言

油气成藏期次研究是石油地质学和油气勘探中一个重要的理论和实际问题，对判断油气成藏过程及油气藏的分布规律具有重要意义［1］。截至2017 年7 月底，伊陕斜坡吴起地区延长组已探明含油面积60 km2，探明地质储量179.2 万t，动用含油面积48.78 km2，动用地质储量145.755 万t。作为延长油田主力产油区，长4+5、长6 油层是当前开发主力层位，其地质情况复杂［2］，经历过多期次的改造，笔者依托开展系统的储层流体包裹体分析，对油气储层开展系统的分期配套研究。

流体包裹体作为油气储层中记录地质历史的物理因子，对研究储层特征有重要指示意义［3］。烃类包裹体内含有大量有机质，在加热加压下有机碳链容易受热分解，导致测量结果与捕获时温度存在偏差，所以目前测量流体包裹体均一温度，主要是通过测量与烃类包裹体伴生的盐水包裹体，在气、液两相变成均一液相时的最小温度来确定。在盆地演化过程中，古地温会随着埋藏深度的变化而增加，包裹体在被捕获后的均一温度很少发生改变，可以作为目标层位的古地温指示剂。任战利等［4］认为，通过流体包裹体的均一温度等古温标法，模拟出单井埋藏史，分析油气成藏期次，结合构造运动等，最终恢复盆地热演化史。该方法逐渐成为国内外各大油气公司分析油气成藏期次的主流方法。刘建良等［5］利用储层中流体包裹体的差异性，通过模拟单井埋藏史和热史，确定了上古生界二叠系地层油气充注时间。欧光习等［6］通过沉积盆地中流体包裹体与成岩矿物世代及其共生系列的关系，以及显微傅立叶红外信息的综合分析，确定了流体活动与成藏的相对时间。

对于鄂尔多斯盆地三叠系延长组储层，不同学者对其成藏类型、成藏时间及期次尚未达成共识。刘超［7］等提出一期充注成藏模式，以热演化高峰期为依据，认为早白垩世末期盆地沉降与油气成藏时间一致；而任战利等［8］则认为整个盆地油气充注时间为早白垩世；罗春燕等［9］则通过对天环坳陷西部砂岩的流体包裹体特征与油气成藏期次分析，确定该地区存在三期充注成藏。综上所述，目前关于鄂尔多斯盆地三叠系延长组致密与成藏时间先后问题仍没有形成共识。通过开展系统的流体包裹体特征研究，结合储层沉积演化期次，对研究区储层的形成过程进行详细剖析，以期厘定鄂尔多斯盆地伊陕斜坡吴起地区三叠系延长组长4+5、长6 砂岩储层的成藏机理，为吴起及相邻地区三叠系油气勘探开发提供依据。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地深处中国内陆腹地，是大型陆内克拉通盆地。依据现今盆地构造形态，将其划分为伊陕斜坡等6 个一级构造单元［10］。伊陕斜坡位于鄂尔多斯盆地中部，是鄂尔多斯盆地重要的产油气区，先后发现一系列油气田。吴起地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中西部，地处吴起县内，北接王洼子乡，南邻铁边城乡，总面积约112 km2（图1）。晚三叠世盆地经历了湖盆的形成、发展、成型，直到萎缩、消亡的整个过程，为后续油气富集成藏提供了天然的场所［11］。钻井岩心及地震等资料显示，延长组地层纵向具有明显的沉积旋回，依据岩性特征自下而上可划分为长10—长1，共10 个油层组［12］。其中长7 发现了一套百米厚的油页岩，这一发现奠定了中生代陆相生油的基础［13］。后续加大勘探力度，长6、长4+5、长2 等层位均出现工业油流［14］。

图1 伊陕斜坡吴起地区井位分布图Fig.1 Location of Wuqi area in Yishan slope and distribution of sampling wells

2 岩石学特征

根据薄片观察和统计，伊陕斜坡吴起地区延长组长4+5 储层岩性以浅灰、灰色细粒—极细粒长石砂岩或岩屑长石砂岩为主［图2（a）］；长6 储层岩性以灰色、灰绿色细粒长石砂岩为主［图2（b）］。碎屑成分主要以石英和长石为主，其次是岩屑和黑云母。长4+5 储层填隙物主要是绿泥石、方解石和浊沸石，还有少量水云母和硅质。长6 储层填隙物主要为粘土、方解石和浊沸石，少见硅质和白云石［15］。长4+5 储层分选好，磨圆度主要为次棱次圆。颗粒呈点状或点-线接触。胶结类型主要为孔隙式，次为薄膜-孔隙式，风化程度为浅，主要粒径为0.06～0.40 mm。长6 储层分选性中等—好，磨圆主要为次棱，其次为次棱—次圆。胶结类型以孔隙式为主。颗粒呈点-线接触，风化程度为浅，主要粒径0.06～0.25 mm［16］。

图2 伊陕斜坡吴起地区砂岩分类三角图Ⅰ.石英砂岩；Ⅱ.长石石英砂岩；Ⅲ.岩屑石英砂岩；Ⅳ.长石砂岩；Ⅴ.岩屑长石砂岩；Ⅵ.长石岩屑砂岩；Ⅶ.岩屑砂岩Fig.2 Triangular diagram of sandstone composition in Wuqi area，Yishan slope

3 流体包裹体特征

本次测试选取样品均来自伊陕斜坡吴起地区，由吴起采油厂提供，共计17 个岩心样品（表1）。

表1 伊陕斜坡吴起地区长4+5、长6 储层深度及岩性Table 1 Depth and lithologies of Chang 4+5 and Chang 6 reservoirs in Wuqi area，Yishan slope

鄂尔多斯盆地吴起地区三叠系延长组经历了多期成岩作用，结合镜下观察后发现石英等碎屑颗粒紧密接触、定向排列［图3（a）］，且易观察到石英、长石颗粒的次生加大边［图3（b）］。在成岩作用序列基础上［17］，对伊陕斜坡吴起地区长4+5、长6 储层中流体包裹体分布情况、相态、颜色、形态进行观察，发现该地区长4+5、长6 储层流体包裹体大致可分为早、晚2 期。

第1 期流体包裹体主要分布在石英碎屑颗粒的次生加大边以及石英颗粒的内部裂隙［图3（c）］，单偏光下为褐色，无荧光或者很淡的黄色荧光，表明该包裹体捕获时间较早［图3（e）］。早期包裹体主要为气态烃+液态烃+少量盐水、气态烃+液态烃和纯液态烃等3 种不同相态［18］。由于油气含量较高，所以在镜下显示液态颜色为黑色或深褐色，气态烃呈灰色，居包裹体中央部位；液态烃为黄褐色，半透明；盐水无色透明，呈四周分布。这类包裹体以近圆形为主，少部分为不规则状，沿早期裂隙呈串珠状分布，形成于沉积埋藏之后［19］。

第2 期流体包裹体主要分布在切穿石英颗粒裂隙周缘，镜下表现为串珠状定向分布，荧光下可见明显蓝白色荧光［图3（d）］，荧光颜色较浅说明包裹体内部有机质含量较低，形成于生气阶段，略微晚于早期。晚期烃类包裹体以气态烃+液态烃+大量盐水及气态烃+大量盐水2 种相态组合为主。一般情况下，捕获的包裹体较大且多为椭圆形和不规则状［图3（f）］，呈串珠状分布。多见于晚期成岩阶段的裂隙，且在晚期硅质胶结物和亮晶方解石胶结物中也可见［20］。

图3 伊陕斜坡吴起地区延长组储层成岩作用和包裹体分布（a）石英颗粒紧密排列，碎屑物质充填石英颗粒间隙；（b）原生及次生石英颗粒紧密排列，可见石英加大边，包裹体广泛发育，包裹体形态为椭球状至球状，可见串珠状分布；（c）镜下见大量包裹体不均匀分布；（d）荧光下烃类包裹体发出荧光，包裹体数量多；（e）包裹体以次椭圆状分布；（f）烃类包裹体以球状分布，散布于石英矿物间隙或石英加大边内部Fig.3 Diagenesis and fluid inclusions distribution of Yanchang Formation in Wuqi area，Yishan slope

4 包裹体均一温度测试结果

包裹体均一温度测试是在西北大学大陆动力学国家重点实验室流体包裹体实验室完成，测试仪器为英国生产的Linkam THMSG 600 冷热测温台，测出均一温度和冰点温度，并对其结果进行校正［21］。伊陕斜坡吴起地区延长组长4+5、长6 储层流体包裹体类型主要包括盐水裹体、含液态烃和气态烃包裹体。具体测试结果如表2 所列。且根据盐度—冰点关系换算表计算出本区延长组储层流体包裹体盐度［22］。

表2 伊陕斜坡吴起地区包裹体均一温度Table 2 Homogenization temperatures of fluid inclusions in Wuqi area，Yishan slope

此外，结合鄂尔多斯盆地伊陕斜坡正宁地区延长组长4+5 和长6 储层伊利石测年结果（表3），可得知油气成藏期主要为130.9～94.6 Ma。

表3 伊陕斜坡砂岩储层自生矿物（伊利石）K-Ar 同位素定年分析数据Table 3 Authigenic mineral（illite）K-Ar isotopic dating data of sandstone reservoir in Yishan slope

5 包裹体成分特征

对伊陕斜坡吴起地区延长组采油井W48 井烃类包裹体进行激光拉曼探针分析，发现该地区延长组储层砂岩中不同期次的烃类包裹体成分具有一定差异（图4）。第1 期烃类包裹体主要为CO2及高饱和烃［图4（a）］。而第2 期烃类包裹体则以高饱和烃、CH4为主［图4（b）］。结合油气演化过程得知早期捕获烃类包裹体时，烃源岩处于低成熟阶段［24］，而后期捕获烃类包裹体时，油气到达成熟阶段，有大量气烃生成，如CH4等［25］。烃类包裹体的成分差异，阐述了有机质由低成熟向高成熟的演化过程［26］。

图4 伊陕斜坡W48 井激光拉曼分析Fig.4 Laser Raman analysis of well W48 in Yishan slope

6 油气成藏期次分析

本次延长组样品测温数据显示，盐水包裹体的均一温度集中在90～150 ℃（图5），虽然分布较广，但连续分布，并在90～100 ℃和130～140 ℃等2 个区间内出现峰值，说明其为持续充注［27］。2 期包裹体的盐度处于5%～20%，且流体包裹体的始熔温度都在-21℃以上，表明包裹体内的盐水溶液为NaCl-H2O［28］（图6）。

图5 伊陕斜坡吴起地区延长组储层包裹体均一温度分布Fig.5 Homogenization temperatures distribution of fluid inclusions of Yanchang Formation in Wuqi area，Yishan slope

图6 伊陕斜坡吴起地区长4+5 和长6 储层包裹体盐度分布Fig.6 Distribution of salinity in fluid inclusions of Chang 4+5 and Chang 6 reservoirs in Wuqi area，Yishan slope

油气充注期间，石油对储层的充注程度随着烃源岩成熟度的提高而提高［29］，导致在充注过程中石油携带的地层水中各种烃类及有机酸含量增多，进而使得地层水的pH 值逐渐降低。最终导致与石油伴生的孔隙水酸性增强，加快长石和方解石的溶解，K+、Na+、Ca2+等离子迁移释放进入孔隙水中，使流体的盐度增加［30-31］。综上所述：低盐度流体包裹体对应较低温流体包裹体（早期），而高盐度流体对应较高温流体包裹体（晚期）［32］。

由流体包裹体特征结合盆地热演化史，可判断油气充注时间［33-34］。根据地层分层数据、地温梯度及剥蚀厚度，运用basinmod 软件恢复了研究区热演化史。将流体包裹体均一温度数据与盆地热史中温度的演化史进行对比［35］（图7），得出以下结论：第1 期烃类包裹体形成于较早时期，油气充注期次对应距今130～115 Ma，为早白垩世中期。第2 期烃类包裹体对应时间距今108～96 Ma，表明第2 次油气充注在早白垩世晚期。2 次油气充注表明鄂尔多斯盆地伊陕斜坡延长组油气成藏时期为早白垩世（130～96 Ma），与伊利石测年结果保持了很好的一致性［36］。

图7 伊陕斜坡吴起地区埋藏史图（W58 井）Fig.7 Burial history of Wuqi area，Yishan slope

7 结论

（1）鄂尔多斯盆地吴起地区三叠系延长组长4+5、长6 砂岩储层中的流体包裹体主要分布于细砂岩的石英加大边或裂隙中，以气液烃类包裹体和气液两相盐水包裹体为主，通过自生矿物序次确定存在2 期流体包裹体。通过测量不同期次的烃类包裹体的成分，发现2 期烃类包裹体气体存在明显区别，早期以CO2为主，晚期以CH4等有机气体为主。测量得到盐水包裹体的均一温度主要存于90～110 ℃和130～140 ℃等2 个峰值区间，分布范围广，说明油气为连续充注。

（2）根据流体包裹体测温数据和伊利石测年结果，结合激光拉曼实验分析确定了鄂尔多斯盆地伊陕斜坡吴起地区延长组存在2 期油气充注：第1 期距今130～115 Ma，为早白垩世中期；第2 期为早白垩世晚期，距今108～96 Ma。2 次油气充注表明鄂尔多斯盆地伊陕斜坡延长组油气成藏时期为早白垩世（130～96 Ma）。以上发现为吴起采油厂的开采方向提供了参考依据，可对开采地区相邻区块延长组地层进行勘探。