吐哈盆地胜北洼陷中侏罗统储层流体包裹体特征与油气成藏期次

陈淑鹏， 蔡苏阳， 梁云， 胡前泽， 程甜， 佘家朝， 张勇刚

(1.长江大学资源与环境学院， 油气资源与勘探技术教育部重点实验室， 武汉 430100； 2.中国石油吐哈油田分公司， 鄯善 838202； 3.中国石油杭州地质研究院， 杭州 310023)

近年来，有关流体包裹体的研究越来越广泛，在油气成藏期次的确定中发挥着至关重要的作用[1]。明确油气成藏时间及期次也是厘清研究区油气成藏过程与分布规律的关键问题之一，是寻找新的油气富集带，实现增储上产亟待解决的基础性科学问题[2-6]。

苟红光等[7]指出，随着对鲁克沁油田的攻关，以往油气资源分布及评价已不能有效地指导勘探开发进程，亟待归纳油气成藏主控因素及建立成藏模式；李延钧等[3]认为，吐哈盆地侏罗系吐哈盆地胜北凹陷浅层油气显示具有良好前景，探究浅层油气源及成藏规律对实现浅层油气开发具有重要意义。此外，针对油气藏分布及油气生排烃分析，通常可根据圈闭形成时间、烃源岩主要排烃时间和油藏饱和压力等方法确定油气成藏时间[8-13]，也可通过对储层自生伊利石同位素测定与流体包裹体镜下实验等大致确定油气成藏时间[14-19]。Zhu等[8]研究表明，流体包裹体分析结合储层的埋藏历史和热历史可以提供关于油气充注阶段最直接的证据。Liu等[9]利用显微镜下流体包裹体温度学及同位素分析发现孔隙流体压力增加和围压降低都有助于芦草沟组致密油藏天然裂缝的形成。尹伟等[11]综合利用圈闭形成时间法、自生矿物同位素测年法和流体包裹体法等技术揭示了准噶尔盆地中部油藏的成藏期次与时间，并指出各期次油藏的勘探方向。曾治平等[16]研究发现，基于热效应的盈余，补偿地层温度和形成包裹体的温度差，结合理藏史，可完善有机包裹体方法确定油气藏的成藏期次及其充注历史等研究及应用。随着胜北洼陷油气勘探程度不断提高，勘探目的层逐渐由浅部第三系和白垩系常规砂岩储层逐渐向深部侏罗系致密砂岩等非常规储层转移。有关胜北洼陷的研究主要集中于成藏条件[3]、油气藏类型及分布规律[5]、致密储层特征[20-21]等；但针对该区油气成藏期次及时期的研究较少，多种包裹体研究实验手段的综合应用也有待加强。

为此，运用流体包裹体测试技术，对来自胜北洼陷6口井的中侏罗统24块流体包裹体片进行系统显微观测，同时结合圈闭形成时间和烃源岩主生排烃时间等方法，进一步明确研究区油气成藏期次与时间，以期为吐哈盆地胜北洼陷中侏罗统致密油气“甜点区”优选提供科学理论依据。

1 地质概况

胜北洼陷是吐哈盆地台北洼陷以西的三级构造带如图1(根据文献[22]修改)所示，面积约3 500 km2，洼陷内发育多套烃源岩，形成多套储-盖组合，拥有良好的油气勘探前景[23]。

如图2所示，研究区内有效烃源岩有三套，主要包括二叠系桃东沟群湖相泥岩、中-下侏罗统水西沟群煤系源岩和中侏罗统上部七克台组湖相泥岩。就上含油气系统侏罗系地层而言，储-盖组合为研究区提供了较为良好的前提条件。具体体现为：西山窑组煤系泥岩(J2x1+2)、J1s和J1b中-上段泥岩为其下段(J2x1+2)、三工河组(J1s)和八道湾组(J1b)砂岩形成了有效的盖层；西山窑组上段(J2x3+4)砂岩与三间房组(J2s)下部红色薄层泥岩构成了“储-盖”一体；齐古组(J3q)和J2q上部巨厚湖相泥岩较为致密，为七克台组(J2q)下部和J2s砂岩这套储层油气的富集和保存起到了重要作用；喀拉扎组(J3k)下部砂岩聚集的油气在该段上部(J3k)的泥岩封闭层中得到了较好保存。可见，研究区纵向上多套源岩并存，多套储-盖组合互层叠置，形成了得天独厚的生、储、盖体系，这不仅对研究区油气藏的富集与保存起到了重要作用，另一方面也使得油气成藏过程更为复杂[7]。

2 有机流体包裹体荧光特征

流体包裹体是在不同因素的作用下，矿物在形成过程中(或形成后)产生各种缺陷，圈闭了某些介质并长久的保存下来，流体包裹体可形成于油气生成、运移和聚集等各个阶段，提供了大量的油气成藏依据[24-25]。流体包裹体大致可分为油包裹体、气包裹体和盐水包裹体三类。其中，油包裹体内成分含有环状化合物，故在紫外光激发下发荧光，气包裹体和盐水包裹体大部分不发荧光，该方法能够迅速有效地识别油包裹体，同时根据包裹体内荧光颜色可以进一步判断其内原油组分及其演化程度[26-27]。

采集胜北洼陷6口井中侏罗统储层砂岩样品24块。其中，七克台组样品2块，三间房组样品17块，西山窑组样品5块，对制备好的流体包裹体片利用德国ZEISS Imager.A2电子显微镜进行了系统显微观测。如图3所示，通过透射光与荧光下的包裹体显微观察，证实胜北洼陷中侏罗统储层发育有大量包裹体，其类型多样，既有单一液相烃类包裹体、气-液两相烃类包裹体、单一液相盐水包裹体、气-液两相盐水包裹体以及纯气相包裹体。宿主矿物多为石英，包裹体普遍较小，多介于2～4 μm。形状有圆状、椭圆状、三角形、四边形和不规则状，多呈串珠状成带或成群赋存于石英颗粒愈合裂纹与穿石英颗粒裂纹内。

图1 吐哈盆地含油气区带分布及胜北洼陷井位分布(据文献[22]修改)Fig.1 Distribution of oil and gas regions and studied wells in Shengbei Sag, Tuha Basin (modified by the ref.[22])

图2 吐哈盆地地层综合柱状图(据文献[22]修改)Fig.2 Generalized stratigraphic column of Turpan-Hami Basin(modified by the ref.[22])

油包裹体荧光主要呈蓝绿色[图3(a)和图3(b)]和浅黄色[图3(c)]，透射光下可见大量盐水包裹体与发蓝绿色荧光的油包裹体共生气相包裹体，且颗粒内发育有大量气相包裹体，它们多呈现褐色与黑褐色，不发荧光[图3(d)和图3(e)]。呈蓝绿色荧光的油包裹体大多呈条带状成群赋存于穿石英颗粒裂纹内或呈串珠状沿穿石英颗粒裂纹分布[图3(a)和图3(b)]，发淡黄色荧光的烃类包裹体多呈条带状分布于石英颗粒内部愈合裂纹[图3(c)]。一般油包裹体荧光颜色可以反映包裹体内原油的成熟度及密度，荧光颜色呈红色与黄色，表明原油成熟度较低，当荧光颜色为绿色和蓝色时，指示其成熟度较高[28-30]。此外，包裹体内原油荧光颜色与其内原油API度(American Petroleum Institute，API)具有密切联系[31]，即随着原油成熟度增高，原油密度降低，品质变好，油包裹体的荧光颜色会逐渐“蓝移”，即高API度和高成熟度的石油烃类包裹体，在可见光谱的蓝色端发出荧光，而低API度和低成熟度的石油烃类包裹体则在可见光谱的红色端发出荧光[32-33]，研究区流体包裹体镜下显示中侏罗统砂岩储层内发育浅黄色和蓝绿色荧光色的油包裹体，这表明了研究区至少存在两期不同性质的流体运移注入到中侏罗统储层内。其中，包裹体内呈蓝绿色荧光的原油成熟度和API度应比呈浅黄色荧光的原油要高。大体上，前者可能处于中-高成熟阶段，后者处于成熟阶段。

图3 胜北洼陷中侏罗统储层流体包裹体荧光镜下特征和透射光镜下特征Fig.3 Fluorescence and transmitted light features of fluid inclusions in the Middle Jurassic reservoirs of Shengbei Sag

3 流体包裹体显微测温

与有机包裹体共生的盐水包裹体均一温度在划分油气充注幕次等方面有着重要作用[34]。因此选择具有相同产状、相似气/液比且形状较为规则的烃类包裹体以及与之相伴生的气-液两相盐水包裹体，通过测定不同类型包裹体均一温度值，并大致以15℃为一间隔，对油气充注幕次进行详尽划分[35-36]。胜北洼陷中侏罗统24个致密砂岩储层样品包裹体均一温度测试结果如图4～图6所示。

研究区中侏罗统致密砂岩储层内均检测到多幕次油包裹体、与油包裹体伴生的盐水包裹体和与气包裹体伴生的盐水包裹体，证实胜北洼陷地质历史时期流体活动较为频繁。具体而言，七克台组共检测到2幕次油包裹体以及与之相伴生的盐水包裹体和6幕次与气包裹体伴生的盐水包裹体[图4(a)、图5(a)、图6(a)]。油包裹体均一温度分布在53.7～95.5 ℃，2个幕次所对应的均一温度分别为53.7～58.4 ℃和86.5～95.5 ℃(图4)；与油包裹体伴生的含烃盐水包裹体均一温度介于90.2～111.4 ℃，2个幕次所对应的均一温度分别为90.2～102.8 ℃和111.4 ℃(图5)，结合烃源岩热史和生烃史模拟结果(图7)，推测应为早期成熟油和晚期中-高成熟油充注；与气包裹体伴生的盐水包裹体均一温度介于81.1～158.0 ℃，6个幕次所对应的均一温度分别为81.1～94.6、99.6～105.5、112.9～114.8、131.1～135.5、146、158.0 ℃(图6)。其中，第1幕次指示了早期成熟油伴生气充注，第2、3幕次指示了晚期中-高成熟原油油伴生气充注，第4～6幕次高温流体包裹体可能指示下伏中侏罗统煤系源岩和二叠系桃东沟群生成的成熟-高熟天然气充注。

三间房组共检测到4幕次油包裹体、5幕次与油包裹体伴生的盐水包裹体以及9幕次与气包裹体伴生的盐水包裹体[图4(b)、图5(b)、图6(b)]。油包裹体均一温度介于45.6～105.4 ℃，4个幕次所对应的均一温度分别为45.6～60.6、61.2～75.6、75.8～89.5、92.1～105.4 ℃(图4)；与油包裹体伴生的盐水包裹体均一温度介于74.7～180.0 ℃，5个幕次所对应的均一温度分别为 74.7～89.7、90.5～103.5、106.7～118.3、159.3、174.1～180.0 ℃(图5)，结合烃源岩热史和生烃史模拟结果(图7)，第1、2幕次指示了早期成熟油充注，第3幕次指示了晚期中-高成熟油充注，第4、5幕高温盐水包裹体很可能指示来自二叠系高-过成熟凝析油充注。

图4 油包裹体均一温度分布Fig.4 Homogeneous temperature distribution of oil inclusions in the Middle Jurassic reservoirs of Shengbei Sag

图5 油包裹体伴生的盐水包裹体均一温度分布Fig.5 Homogeneous temperature distribution of oil inclusions associated with brine inclusions in the Middle Jurassic reservoirs of Shengbei Sag

与油包裹体伴生的盐水包裹体相比较，气伴生盐水包裹体均一温度分布范围更广，其主要在65.5～180.7 ℃，9个幕次所对应的均一温度分别为 65.5～80.1、81.4～95.6、95.7～110.4、111.2～125.2、130.1～140.5、142.2～152.4、156.3～163.7、180.7、185.1～195.1 ℃(图6)。其中，第1、2幕次指示了早期成熟油伴生气充注，第3、4幕次指示了晚期成熟-高熟天然气充注，与七克台组类似，第5～9幕次可能指示来自下伏中-下侏罗统煤系源岩和二叠系桃东沟群湖相泥岩成熟-高熟天然气充注。

西山窑组共检测到3幕次油包裹体、5幕次与油包裹体伴生的盐水包裹体以及4幕次与气包裹体伴生的盐水包裹体[图4(c)、图5(c)、图6(c)]。油包裹体均一温度介于55.3～85.9 ℃，3个幕次所对应的均一温度分别为55.3～69.7、71.8～81.1、85.5～85.9 ℃(图4)；与油包裹体伴生的盐水包裹体均一温度介于79.7～174.1 ℃，5个幕次所对应的均一温度分别为79.7～89.2、95.7～109.3、111.6～120.1、159.3、174.1 ℃(图5)。其中，第1～3幕次指示了早期天然气充注，第4、5幕次的伴生盐水包裹体很可能为下伏地层中-高成熟油充注所形成。与气包裹体伴生的含烃盐水包裹体其均一温度在85.5～139.5 ℃，4个幕次所对应的均一温度分别为85.5～100.1、101.2～115.2、116.1～130.4、133.1～139.4 ℃(图6)。同样的，第1、2幕次指示了早期成熟气充注，第3、4幕次指示了晚期中-高成熟天然气充注。

图6 气包裹体伴生的含烃盐水包裹体均一温度分布Fig.6 Homogeneous temperature distribution of hydrocarbon- bearing brine inclusions associated with gas inclusions in the Middle Jurassic reservoirs of Shengbei Sag

4 油气成藏期次和成藏时间

4.1 根据流体包裹体均一温度确定油气成藏期次和成藏时间

一般来讲，烃类包裹体在捕获后随着上覆地层埋深加大，其化学成分通常会发生变化，这可能导致均一温度发生改变，但盐水包裹体受此影响相对较小，均一温度相对稳定。因此，与油气包裹体同时期的盐水包裹体能较好的反演古流体被捕获时的温度[37]。通过将烃包裹体伴生的盐水包裹体均一温度投影到埋藏历史图上，获得了该幕次烃包裹体的充注时间；再在同一时间轴上标出各充注年龄，以消除埋深的影响，并进一步确定不同井或同一井不同深度的油气成藏期和时间[38]。

如图7所示，基于胜北洼陷6口井钻井、录井和测井等资料，运用BasinMod盆地模拟软件，恢复了沉积地层埋藏史、热史与烃源岩热演化史，并将与烃类包裹体相伴生的同期盐水包裹体的均一温度投点，获得了各井不同层位油气充注时间，然后将不同层位标定的油气充注时间标注到同一时间轴上，如图8所示。胜北洼陷中侏罗统储层油气成藏可划分为两期。其中，七克台组第一期油气充注时间发生在140～100 Ma，第二期油气充注时间在35～2 Ma；三间房组第一期油气充注在150～90 Ma，第二期油气充注发生在30～2 Ma；西山窑组第一期油气充注在160～140 Ma；第二期油气充注时间对应时间距今20～5 Ma。不难看出，胜北洼陷中侏罗统油气成藏主要有两期，早期成藏主要发生在晚侏罗-早白垩世(160～90 Ma)，晚期成藏主要发生在古近纪晚期至第四纪早期(30～2 Ma)。

4.2 成藏要素组合法确定成藏期次和成藏时间

在研究区单井烃源岩生烃史模拟的基础上(图7)，结合研究区构造演化和基础石油地质资料，从主力烃源岩生排烃时间和圈闭形成时间等成藏要素相互配置关系角度，构建了研究区含油气系统事件图，初步明确了油气成藏时间和期次，如图9所示。

胜北洼陷烃源岩热演化史模拟表明，在海西运动晚期至燕山运动早期，上覆地层快速持续深埋，二叠系桃东沟群湖相源岩在晚三叠世即开始生烃，中侏罗世达到生排烃高峰；受燕山运动影响，研究区地层缓慢沉积，生排烃活动在早白垩世期间趋于停滞，现今烃源岩成熟度Ro多介于1.5%～2.0%，处于高成熟阶段[图7(b)]。

J为侏罗纪；K为白垩纪；Pal为古近纪；N为新近纪；Perm为二叠纪；t=0为模拟沉积的初始时间图7 胜北洼陷基于热史恢复利用流体包裹体均一温度确定油气充注时间Fig.7 The timing of hydrocarbon filling by using homogenization temperatures of fluid inclusions and thermal history modeling in Shengbei Sag

水西沟群煤系源岩在中侏罗世中期三间房组沉积期开始生烃，由于上覆地层快速持续沉积，在晚侏罗世末达到生排烃高峰，与二叠系桃东沟群烃源岩类似，受燕山期褶皱隆升影响，上覆地层沉降缓慢，晚白垩世至第三纪早期生排烃活动几近停滞，受喜马拉雅运动影响，第三纪晚期至今，上覆地层快速沉积，生排烃活动逐渐恢复，现今烃源岩成熟度Ro多介于0.7%～1.3%，处于成熟阶段。同样地，七克台组湖相泥岩在晚侏罗世开始生烃，晚白垩世至第三纪早期生排烃活动逐渐减弱，第三纪晚期至今，生排烃活动逐渐恢复，现今烃源岩成熟度Ro多介于0.5%～0.8%，处于成熟阶段(图7)。

研究区发育多套储-盖组合，圈闭形成大致可分为4个阶段(图9)。第一阶段位于海西运动晚期，此时二叠系桃东沟群烃源岩刚沉积下来，处于未熟阶段，无法生烃，因此不能形成油气藏；第二阶段位于燕山运动早期，此时二叠系桃东沟群湖相泥岩和中-下侏罗统煤系地层正处于生排烃高峰，可形成油气藏；第三阶段位于燕山运动晚期，此时三套主力烃源岩均处于生烃停滞期，没有大规模油气生成，因此也不能形成油气藏；第四阶段位于喜马拉雅运动期，由于上覆地层持续沉积，中侏罗统水西沟群煤系源岩与七克台组湖相泥岩生排烃活动逐渐恢复，可形成油气藏。

图8 流体包裹体法确定胜北洼陷中侏罗统油气充注期次和成藏时期Fig.8 The timing of oil and gas filling by using homogenization temperatures of fluid inclusions in the Middle Jurassic reservoirs of Shengbei Sag

综上，研究区二叠系桃东沟群湖相泥岩为生排烃期位于晚三叠-早白垩世。水西沟群煤系源岩生排烃期分别在晚侏罗-早白垩世和第三纪以来，七克台组湖相泥岩生排烃主要在第三纪以来。燕山运动与喜山运动时期，在三套主力烃源岩的生排烃到来之前，研究区已具备良好的圈闭条件，可以捕获油气，并聚集成藏。因此，研究区油气有两个主成藏期，第一期与桃东沟群和水西沟群烃源岩第一次生排烃高峰期对应，位于中侏罗世晚期至早白垩世，第二期与水西沟群烃源岩第二次生排烃高峰和七克台组主生排烃期对应，位于古近纪晚期以来，这与上述流体包裹体测试技术厘定的油气成藏期次和成藏时间大体一致(图8)。

5 结论

以吐哈盆地胜北洼陷6口井中侏罗统致密砂岩储层岩芯样品为主要研究对象，运用流体包裹体测试技术，同时结合圈闭形成时间和烃源岩主生排烃时间等方法，综合厘定了研究区油气成藏期次与时间，得出如下主要结论。

(1)胜北洼陷中侏罗统致密砂岩储层发育有大量烃类包裹体及次生盐水包裹体，其类型多样，多为2～7 μm，呈串珠状成带或成群赋存于石英颗粒愈合裂纹与穿石英颗粒裂纹内，油包裹体荧光下主要呈现浅黄色和蓝绿色两种颜色，分别代表早期成熟原油和晚期高熟原油充注。

(2)流体包裹体均一温度测试结果证实研究区中侏罗统致密砂岩储层内地质历史时期曾发生了多幕次油气充注。其中，七克台组有2幕次油气充注、6幕次气充注，三间房组有5幕次油充注、9幕次气充注；西山窑组分别发生了5幕次油充注、4幕次气充注。

(3)流体包裹体测试技术和成藏要素组合法均显示胜北洼陷中侏罗统致密砂岩储层内存在早晚两个主成藏期，早期成藏主要发生在晚侏罗至早白垩世，晚期成藏主要发生在晚第三纪以来。

图9 成藏要素组合法确定胜北洼陷中侏罗统油气充注期次和成藏时期Fig.9 The timing of oil and gas filling determined by the development of petroleum system elements in the middle Jurassic reservoirs of Shengbei Sag