准噶尔盆地哈山地区石炭-二叠系油气成藏期次及时间厘定

于春勇 贾雨萌 李晓祥 孟姝婳 侯志国 吕克宸

(①中国石油渤海钻探第一录井公司；②中国石油大港油田公司勘探事业部)

0 引 言

准噶尔盆地作为我国内陆第二大盆地，经历了海西、印支、燕山等多期次构造运动，属叠合型盆地，蕴藏着丰富的油气资源，尤其是西北缘哈拉阿拉特山地区(以下简称哈山地区)具有“一源多储”和“多源一储”的复杂成藏特点，勘探前景广阔[1]。截至目前，准噶尔盆地哈山地区的油气勘探方向已由浅部碎屑岩地层向深部火山岩地层转变，即石炭系、二叠系火山岩油气藏。众多学者通过多种地质手段研究发现，南部玛湖凹陷二叠系佳木河组、风城组及乌尔禾组泥质烃源岩为其主要供烃层位，裂缝-孔隙型储集体为油气的主要富集空间，烃源灶、断裂、平行不整合储层等为该区域油气成藏的主控因素。整体而言，该区域油气藏具有下部油源供烃，平行整合、断层与微裂缝不规则多重输导，沿断裂带裂缝型储层发育层段富集成藏的特征[2-10]。 前人通过传统地质分析手段定性恢复评价了该区域油气成藏演化特点，但多期构造作用的叠加致使其油气成藏史较为复杂，油气成藏期次及时间仍存在一定争议[1-10]。本文拟通过流体包裹体、岩相学及荧光等技术手段，对哈山地区石炭-二叠系储集体中的石英脉体、长石颗粒裂纹与方解石脉体中的流体包裹体样品进行测试分析，并结合盆地的埋藏史、构造演化史和烃源岩演化史，系统分析哈山地区油气成藏期次与时间，进一步为区内火山岩油气藏的勘探提供科学依据。

1 区域地质概况

哈山地区位于和什托洛盖盆地和准噶尔盆地之间，南部毗邻玛湖凹陷，为北西向南东推覆冲断带的主体部分，面积约550 km2(图1)[5-8]，该区域经历了碰撞挤压(C-P)、弧后挤压(P2-T)、伸展断陷(J1-J12)、再生前陆(J22-Q)等多起构造运动，形成了多套断裂体系和沉积间断不整合面[11-12]，为油气的运移成藏提供了有利的通道和聚集场所。

图1 准噶尔盆地哈山地区区域地质概况

区域内自下而上发育石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系地层；岩性自上而下主要为火山岩、白云质泥岩、火山岩，其中火山岩发育多套，包含玄武岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩等多类岩性[1]。地表出露地层以石炭系为主体，且山体南麓与白垩系之间呈角度不整合接触。

2 实验仪器与方法

实验分析测试在中国地质大学(武汉)资源学院石油系微观烃类检测实验室完成，仪器为英国Linkam科学仪器公司生产的THMS 600型冷热台以及日本产Olympus配套显微镜，另配100倍长焦工作镜头。测温范围-196～600℃，测量精度±0.1℃，实验室温度条件为25℃。

实验方法：利用显微镜对样品中的油气包裹体的分布、大小、形态、颜色及气液比等岩相学组合(FIA)特征进行分析，再通过THMS 600型冷热台对包裹体的均一温度、冰点温度进行测试，最后结合准噶尔盆地西北缘哈山地区的地层埋藏史、构造演化史和烃源岩热演化史分析确定油气成藏的期次与时间。

3 流体包裹体特征

流体包裹体是地质历史演化时期被捕获于晶格缺陷中的成岩成矿流体，它不仅保存了成岩成矿的“原始样品”信息，还含有丰富的成藏信息[13]。

3.1 岩相学特征

利用流体包裹体划分油气成藏期次前，首先要对流体包裹体所在的宿主矿物进行岩相学特征分析，以期获得不同产状下包裹体的分布、大小和相态等详细特征，还要通过荧光显微镜来有效甄别盐水包裹体和烃类包裹体。本文对研究区28块样品中石英和方解石宿主矿物内的流体包裹体进行了透射光和荧光系统分析，发现研究区主要发育3种类型包裹体：

(1)液态烃包裹体。该类型包裹体形态多表现为椭圆形、近圆形、镰刀形、月牙形，呈串珠状成群成带分布于岩石裂隙中方解石脉或颗粒间胶结物中(图2a)，包裹体个体偏大，大小主要分布在5～30 μm之间，富集程度较高，该类型包裹体在透射光下呈深褐色，荧光下表现为微弱的浅褐色，常见于P1f(图2b)。

(2)含液态烃包裹体。该类型包裹体富集程度较高，形态多表现为椭圆形、近圆形，部分为不规则形，呈串珠状成群成带分布于石英颗粒裂纹及石英加大边内，少量发育于方解石充填物中(图2c、图2e)，包裹体个体中等，大小主要分布在8～15 μm之间，少数可达20～35 μm，气液比为6%～18%，荧光下呈黄色、蓝白色(图2d、图2f)。

(3)盐水包裹体。该类型包裹体富集程度较低且个体偏小，大小主要分布在3～6 μm之间，形态多表现为椭圆形、近圆形，常呈零星状伴随烃类包裹体分布于石英颗粒裂纹及石英加大边内(图2c、图2e)，气液比为4%～9%。

图2 包裹体透射光和荧光照片

综上表明，准噶尔盆地哈山地区石炭系和二叠系储层内流体包裹体主要发育于石英颗粒裂纹、石英加大边及方解石脉体中，盐水包裹体个体较烃类包裹体普遍偏小，荧光下烃类包裹体主要呈褐色、黄色及蓝白色3种颜色，为中高等成熟油，表明研究区存在多期不同成熟度烃类流体的充注。

3.2 均一温度与冰点温度特征

烃类包裹体同期伴生的盐水包裹体均一温度不仅可以用来作为古温度的近似值和热事件的标志，而且还可以用作油气成藏期次划分的有效依据[14-15]。通过对准噶尔盆地哈山地区石炭-二叠系进行系统采样，对典型样品中液态烃类包裹体伴生的气-液两相盐水进行均一温度和冰点温度测试(表1)。从图3可以看出，测试结果表明储层内烃类包裹体伴生盐水包裹体的均一温度具有明显的“三峰”特点：早期流体包裹体均一温度范围为70～90℃，对应峰值范围为75～90℃；中、晚期流体包裹体均一温度范围分别为100～135℃、145～160℃，对应峰值范围分别为115～125℃、145～155℃。

图3 准噶尔盆地哈山地区包裹体均一温度直方图

已有研究证实，低共熔温度、冰点温度可用来确定流体包裹体的成分[16]。

由表1可知，准噶尔盆地哈山地区的石炭-二叠系储层中盐水包裹体的初熔温度均大于-21.2℃，表明NaCl为研究区流体包裹体中的主要含盐体系成分。早期形成的流体包裹体冰点温度为-5.5～-1.5℃，平均值为-4.3℃，盐度为2.57%～8.5%，属于低盐度包裹体；中、晚期形成的流体包裹体冰点温度范围分别为-10.5～-6.2℃、-20.1～-13.1℃，平均值分别为-8.9℃、-18.2℃，对应盐度分别为9.5%～14.5%、16.9%～22.3%，属于中高盐度包裹体，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。

表1 准噶尔盆地哈山地区储层包裹体测试数据

4 油气成藏条件

一般来说，油气富集成藏受多种因素控制，包括生储盖层、构造以及运移保存条件等，这些因素既相互联系又相互区别[17]，上述因素共同作用下，准噶尔盆地哈山地区石炭-二叠系地层富集成藏了多期油气。

4.1 生储盖条件

勘探实践表明，准噶尔盆地哈山地区南部玛湖凹陷的二叠系佳木河组、风城组烃源岩为主力生烃层，乌尔禾组次之[9]，有机质类型整体属于Ⅱ型干酪根。其中，主力烃源岩层佳木河组厚度最厚可达250 m，TOC含量为0.085%～2.0%，平均为0.56%，风城组TOC含量为0.29%～5.35%，平均为1.35%，二者有机质均处于成熟-过成熟演化阶段，生烃潜力较强[9]，为哈山地区油气藏的形成奠定了良好的油源基础。

石炭至三叠系时期，盆地伸展裂陷构造发育，火山活动频繁，形成了多套火山熔岩-火山碎屑岩与正常碎屑岩组合的扇三角洲及扇三角洲-湖相沉积体系。虽然，这些沉积体系内基质孔隙度(6%～20%)普遍较低，属中低孔、低渗储层，但后期局部构造微裂缝的发育对储层物性起到了明显的改善作用，使其成为油气富集的有利场所。三叠-白垩系时期沉积的区域性泥岩对下伏的石炭-二叠系储层起到良好的封盖作用，故哈山地区油气成藏的生储盖条件整体较好。

4.2 构造条件

自晚石炭系以来，研究区经历了海西、印支、燕山等多期构造运动，形成了多个沉积间断面及多套断裂体系[9]。断裂体系类型主要为压性、压扭性、张性3种，方向整体表现为北东-南西向、北东东-南西西向和近东西向。垂向上又可将其划分为深部和浅部 2 类，其中深部断层，亦可称为控藏断裂，主要发育层位为石炭-三叠系，断距大，平面延伸距离长。复杂的多期构造叠加演化作用，整体控制了研究区油气成藏的空间配置关系，最终形成了多期油气富集及背斜和断层等多种圈闭成藏模式[18]。

4.3 油气运移方式

虽然哈山地区石炭-二叠系储层较差的基质孔渗性严重阻碍了油气的二次运移，但地层中极为发育的断裂系统与不整合面构造为油气提供了有效的侧向与垂向运移通道(图4)。

图4 哈山地区石炭-二叠系油气运移疏导模式(据文献[9]修改)

哈山地区沟通玛湖凹陷烃源岩的深部断裂体系主要形成于印支期，且该时期与烃源岩的主要生排烃窗口匹配良好[9]。因此，玛湖凹陷二叠系烃源岩生成的油气，可通过断裂系统与不整合面双重运移通道，由深及浅、由南到北，在哈山地区石炭、二叠系适当圈闭中运移并聚集成藏[9]。

4.4 成藏期次与时间

成岩矿物中的流体包裹体特征分析是获得沉积盆地油气运移成藏信息最为直接和快速的方法，同时也是最为有效的方法之一[19]。根据准噶尔盆地哈山地区石炭-二叠系储层中有机包裹体的荧光特征及与油伴生盐水包裹体的均一温度、盐度等特征，结合研究区埋藏史、构造演化史和烃源岩演化史(图5)，确认哈山地区至少存在3期油气充注，分别发生在二叠纪末(243～251 Ma)、三叠纪末(205～210 Ma)、晚侏罗世-早白垩世(143～150 Ma)。

图5 哈山地区HS 2井埋藏史及热演化史(据文献[20]修改)

5 结 论

(1)准噶尔盆地哈山地区石炭-二叠系储层内主要发育液态烃、含液态烃及盐水3种类型烃类裹体，烃类包裹体荧光颜色主要为褐色、黄色和蓝白色3种，烃类包裹体伴生盐水包裹体均一温度具有明显的“三峰”特点，第1峰值为75～90℃，第2峰值为115～125℃，第3峰值为145～155℃，包裹盐度对应分布范围分别为2.57%～8.5%、9.5%～14.5%、16.9%～22.3%。

(2)研究区发育多套烃源岩、多期生排烃及多期断裂活动均表明该区油气成藏过程复杂，存在多期油气充注。流体包裹体测试基础上，发现准噶尔盆地哈山地区至少存在二叠纪末(243～251 Ma)、三叠纪末(205～210 Ma)、晚侏罗世-早白垩世(143～150 Ma)3期油气充注，预示着该区域油气资源丰富，具有巨大的勘探潜力。