松辽盆地三肇凹陷扶余油层致密油气充注期次及其成藏贡献

摘要：

为了明确松辽盆地三肇凹陷泉头组扶余油层致密油气充注期次及其成藏贡献，综合利用薄片鉴定、包裹体测温、荧光光谱等方法，对扶余油层微观油包裹体及其伴生盐水包裹体进行了研究，并结合储层埋藏史对该地区油气充注期次及其成藏贡献进行了探讨。研究结果表明：三肇凹陷扶余油层油气具有多期充注成藏特征，总体上表现为两期原油充注成藏，第1期发生在嫩江组末期77～74 Ma期间，对应于第1幕充注；第2期发生在明水组末期67～65 Ma期间，对应第2幕、第3幕和第4幕充注。三肇凹陷扶余油层第2期（明水组末期）致密油充注对现今油藏贡献率为83%，第1期（嫩江组末期）致密油充注贡献率为17%；可见明水组末期充注的原油对今油藏的贡献更大。

关键词：

流体包裹体；致密油气；充注期次；成藏贡献；扶余油层；三肇凹陷

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230346

中图分类号：P618.13；TE112.1

文献标志码：A

斯尚华，喻意，王小龙，等. 松辽盆地三肇凹陷扶余油层致密油气充注期次及其成藏贡献.吉林大学学报（地球科学版），2024，54（5）：14571467. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230346.

Si Shanghua， Yu Yi， Wang Xiaolong， et al. Tight Oil and Gas Charging Period and Its Accumulation Contribution of Fuyu Oil Layer in Sanzhao Sag， Songliao Basin. Journal of Jilin University （Earth Science Edition），2024，54（5）：14571467. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230346.

收稿日期：20231222

作者简介：斯尚华（1981—），男，副教授，博士，主要从事油气成藏地质方面的研究，E-mail： sishanghua0724@qq.com

基金项目：陕西省科技厅重点研发计划项目（2023YBGY077）

Supported by the Key Ramp;D Program Project of Shaanxi Provincial Department of Science and Technology（2023YBGY077）

Tight Oil and Gas Charging Period and Its Accumulation Contribution of Fuyu Oil Layer in Sanzhao Sag， Songliao Basin

Si Shanghua1，2， Yu Yi3， Wang Xiaolong3，Wang Xinxing4，Zhao Yutao5， Wu Weitao1，2

1. School of Earth Sciences and Engineering，Xi’an Shiyou University， Xi’an 710065， China

2. Shaanxi Key Laboratory of Petroleum Accumulation Geology， Xi’an 710065， China

3. No. 4 Oil Production Plant of Changqing Oilfield Company， PetroChina， Jingbian 718500， Shaanxi， China

4. No. 5 Oil Production Plant of Changqing Oilfield Company， PetroChina， Dingbian 718600， Shaanxi， China

5. Exploration and Development Research Institute of Jilin Oilfield Co.， Ltd.， Songyuan 138000， Jilin， China

Abstract：

In order to clarify the tight oil and gas charging periods and their contribution to the formation of the Cretaceous Fuyu oil layer in the Sanzhao sag of the Songliao basin， a comprehensive study was conducted on the micro-oil inclusions and their associated aqueous inclusions in the Fuyu oil layer using methods such as thin section identification， inclusion temperature measurement， and fluorescence spectroscopy. The charging periods and accumulation contribution of oil and gas in this area were discussed in combination with reservoir burial history. The results show that the oil and gas in Fuyu oil layer of Sanzhao sag have the characteristics of multi-stage charging and accumulation， which is generally characterized by two stages of crude oil charging and accumulation. The first stage occurred in the period of 7774 Ma at the end of Nenjiang Formation， corresponding to the first stage of charging. The second episode occurred during 6765 Ma at the end of the Mingshui Formation， corresponding to the second， third and fourth episodes. The tight oil filling in the second stage （the end of Mingshui Formation） of Fuyu oil layer in Sanzhao sag contributes" to the current reservoir， with a contribution rate of 83%， and the contribution rate

of" the first stage （the end of Nenjiang Formation） of tight oil filling" "is 17%. After comparing the contribution of oil filling in the two periods， it is considered that the crude oil filled in the late Mingshui period contributes greatly to the present reservoir.

Key words：

fluid inclusions; tight oil and gas; charging periods; accumulation contribution; Fuyu oil layer; Sanzhao sag

0" 引言

松辽盆地经历过多期构造运动，形成了现今多旋回的盆地。三肇凹陷位于松辽盆地北部，面积达6 500 km2，呈现“两隆三凹”的构造特征，分别为模范屯鼻状构造、升平鼻状构造、徐家围子向斜、升西向斜和永乐向斜［1］。以徐家围子向斜为中心，在近NNW、NW向断裂带的切割下，形成一系列复杂的斜坡、地垒、地堑、鼻状构造相间的构造格局，在古基岩突起之上形成的同沉积披覆构造，如宋芳屯、尚家鼻状构造等。三肇凹陷发育中、新生代沉积盖层，自下而上依次为中侏罗统白城组，上侏罗统火石岭组，下白垩统沙河子组、营城组、登娄库组和泉头组，上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组和明水组，古近系的依安组，新近系大安组和泰康组及第四系。其中泉头组扶余油层为大型河流三角洲沉积环境形成，扶余油层上覆青山口组一段（青一段）为暗色泥岩、油页岩，发育较好的烃源岩，扶余油层具有烃源岩条件好、储集体类型多样、单一砂体规模小、连续性差、物性差、孔喉结构复杂、源储匹配关系好等特点。前人［25］研究表明，三肇凹陷青一段发育良好的烃源岩，使得成熟油短距离运移到下伏泉头组扶余储层，在扶余油层聚集成藏；三肇凹陷青一段烃源岩发生多次排烃，造成了一期多幕或多期多幕油气向下倒灌进入扶余致密储层。为了确定三肇凹陷扶余油层油气充注特征及其成藏贡献，本次研究利用60块流体包裹体样品分析，获得大量微观油气充注成藏信息，进而开展油气成藏期次及其成藏贡献分析。

1" 实验样品及方法

本次研究样品取自三肇凹陷泉头组扶余油层，选取研究区19口井的60个岩心样品进行实验（图1），取样深度为 1 722.00～2 012.58 m，样品岩石类型均为粉砂岩及细砂岩。本次样品选自含油砂岩或物性较好砂岩，对油气成藏研究具有代表性。

样品测试工作在西安石油大学地质测试分析中心完成，测试仪器为Nikon E400双通道荧光显微镜，配备Lucia微束（≥2 μm）荧光光谱分析仪，包裹体显微测温仪器为英国产Linkam THMS 600G冷热台，测定误差为±0.1 ℃。冷热台测温初始升温速率为5 ℃/min，当包裹体两相临近均一相时升温速率降为2 ℃/min。

测试内容及方法： 1）在荧光/透射光显微镜下开展成岩矿物和裂纹序次判断以及捕获烃类包裹体及其同期盐水包裹体宿主矿物序次等关系研究； 2）在荧光显微镜下观察各个期次烃类包裹体（包括沥青）荧光颜色，初步判别油气充注期次； 3）在荧光显

微镜下进行单个烃类包裹体荧光光谱测试，进而获得各个期次油包裹体成熟度信息，用于充注期次和

成藏贡献定量分析； 4）在Linkam/HMS 600G冷热台下测定气液两相烃类包裹体和盐水包裹体均一温度，并进行油气充注幕次划分； 5）单井精细埋藏史恢复

与烃类包裹体同幕次盐水均一温度投影，获得各个充注幕次的充注年龄； 6）将各个充注年龄统一投影到同一时间轴上，以消除样品深度差异的影响，进行油气成藏时期确定； 7）综合考虑荧光分析、显微测温和凹陷构造演化特征，划分油气成藏期次，确定主成藏期； 8）在获得各个期次烃类包裹体组分、密度等参数前提下，开展各个期次油气成藏贡献计算。

2" 致密油气充注期次及其成藏贡献

2.1" 流体包裹体类型及均一温度

烃类包裹体被广泛用于研究油气成藏特征，根据油包裹体伴生的盐水包裹体均一温度，结合埋藏史，确定油气成藏时间［611］；根据油包裹体荧光参数，确定油气充注方向等［1113］。这些方法是目前应用比较多的研究油气形成过程的方法。

本文对三肇凹陷60块扶余油层流体包裹体样品进行了分析，结果表明扶余油层样品中油包裹体非常发育，未见天然气包裹体，可能预示扶余油层未经历天然气充注。油包裹体产状主要有两种类型，第一类型发育在石英颗粒裂纹中，第二类型发育在方解石胶结物中。油包裹体形状多数呈椭圆形、长条形、不规则形等，大小主要在3～15 μm 范围之间，在荧光照射下呈黄色、黄绿色、蓝绿色、蓝白色4种荧光颜色（图2）。油包裹体呈现出不同荧光颜色，反映出扶余油层原油成分及热演化程度差别大，可能存在多期不同成熟度原油充注历史。

流体包裹体样品均一温度数据为：早期油包裹体均一温度为51.2～71.8 ℃，中期油包裹体均一温度为73.1～99.6 ℃，中晚期油包裹体均一温度为100.1～110.8 ℃，晚期油包裹体均一温度为112.3～135.4 ℃，其伴生的盐水包裹体均一温度分别为73.8～99.8 ℃、100.1～119.7 ℃、120.1～130.8 ℃、131.3～158.9 ℃（图3）。通过包裹体均一温度数据

a、b.

石英内裂纹中检测到少量发黄色荧光油包裹体，芳182井，层位K1q4，1 952.68 m，油迹砂岩

；c、d. 石英内裂纹中检测到大量发黄绿色荧光油包裹体，升554井，层位K1q4，2 012.58 m，粉砂岩;e、f. 穿石英颗粒裂纹中见少量发蓝绿色荧光油包裹体;州165井，K1q4，1 839.69 m，粉砂岩；g、h. 石英内裂纹中检测到少量发蓝白色荧光油包裹体，肇48井，层位K1q4，1 941.46 m，粉砂岩。

2.2" 油包裹体荧光参数及油气充注期次

油包裹体荧光光谱参数是评价油包裹体成熟度和油气充注期次的有效方法之一，其光谱参数主峰波长（λmax）、红绿熵（Q）和QF535（QF535=SA/SB，其中SA为波长720 nm和535 nm所围限的面积，SB为波长535 nm和420 nm所围限的面积）越大，说明包裹体中原油的成熟度越低；反之则包裹体中的原油成熟度越高［1416］。为了确定扶余油层油气充注幕次和油气成熟度，本文对扶余油层中单个油包裹体进行了荧光光谱分析，认为扶余油层至少存在4幕油气充注，这4幕油气主峰波长分别为441～457、491～516、522～549、575～585 nm（图4），并总结了三肇凹陷扶余油层油包裹体荧光光谱参数特征，见表1。

扶余油层油包裹体荧光光谱的λmax与QF535相关关系表现出4种类型，分别为：发黄色荧光油包裹体，QF535值介于1.95～2.88之间，λmax介于573.7～599.3 nm之间；发黄绿色荧光油包裹体，QF535值介于1.15～2.22之间，λmax介于521.9～553.5 nm之间；发蓝绿色荧光油包裹体，QF535值介于0.56～1.24之间，λmax介于491.1～516.1 nm之间；发蓝白色荧光油包裹体，QF535值介于0.75～0.87之间，λmax介于440.6～457.0 nm之间（图5）。

图5b中，从区域①→区域②→区域③→区域④，油包裹体QF535值逐渐降低，反映了油包裹体所捕获油的成熟度逐渐变高。区域①和区域②低成熟度油其成分信息的参数QF535值分布范围广，反映出低成熟油里大小分子成分混杂，而演化到较高成熟度③区域和④区域后，其成分趋于均匀化的小分子。

综合不同荧光色油包裹体的微束荧光光谱参数λmax、QF535特征，表明芳182井扶余油层至少存在2

幕油充注；升554井扶余油层至少存在3幕油气充注；肇48井、升371井在扶余油层至少存在4幕油

充注。所以，该凹陷扶余油层至少存在4幕不同成熟度油气充注。

2.3" 油气成藏时期及充注特征

根据同时期与油包裹体伴生的盐水包裹体均一温度，结合埋藏史投影方法，可以确定各幕次油气充注年龄［1725］。为此，本文运用该方法对三肇凹陷扶余油层与各期次油包裹体同期的盐水均一温度在芳241井埋藏史图上［2627］投影（图6），获得了扶余油层油气充注年龄。

EQ. 古近系、新近系、第四系；K2m. 明水组；K2s. 四方台组；K1n3-5. 嫩江组三、四、五段；K1n2. 嫩江组二段；K1n1. 嫩江组一段；K1y1. 姚家组一段；K1qn1. 青山组一段。

根据油包裹体荧光颜色、光谱参数、均一温度，结合储层埋藏史图投影结果，认为三肇凹陷扶余油层存在两期油气成藏，第1期发生在嫩江组末期77～74 Ma，对应于第1幕充注；第2期发生在明水组末期67～65 Ma，对应第2幕、第3幕和第4幕充注（表2）。

油气包裹体信息表明，三肇凹陷扶余油层油气平面充注差异性十分显著，充注强度具有东西部弱中部强的特征（图7）。油气充注范围从凹陷南部至朝阳沟阶地，西至长垣隆起。但是，长垣隆起杏71等钻井样品中检测到1期油气充注，与凹陷中心相比，不仅检测概率低得多，期次也少得多；与现今长垣隆起已发现油气藏相比，也是如此［2］。这说明芳431等邻近长垣隆起钻井并不具备多期次充注且成藏的条件，而三肇凹陷大量油气充注成藏的地方为凹陷中心到斜坡区（升52、升371井和肇48井区）。

2.4" 各充注幕次成藏贡献初步评价

根据前文对三肇凹陷油包裹体显微荧光光谱系统检测，获得油包裹体成熟度参数QF535的统计频率分布特征（图8），可分为4幕。其中：第1幕油发黄色荧光，QF535为2.4～4.0；第2幕油发黄绿色荧光，QF535为1.6～2.4；第3幕油发蓝绿色荧光，QF535为1.0～1.6；第4幕油发蓝白色荧光，QF535为0～1.0。从检测概率上来看，第2幕油、第3幕油和第4幕油充注为3个主要的油气充注幕次，即对应于明水组末期的油气充注幕次。

另外，可以通过建立原油密度（ρ）与其QF535

的函数关系（ρ=0.7748e0.0936（QF535）），来确定油包裹体密度（图9），密度分布结果见表3。

油气成藏的过程具有幕式性，相应的每一幕油包裹体密度频率分布应该遵从“原油从早期充注强度小、密度大→充注高峰时充注强度最大、密度减小→充注晚期充注强度再次减小、密度减小”的一个正态分布规律（图10a）。理论上，成藏史中有多少幕原油充注，对应原油密度分布就该存在几个正态分布。图10b为理想的2幕原油充注的油包裹体密度频率直方图，由图10b

还可见不同成熟度原油的成藏贡献度及

成藏后的次生改造作用。如果油藏流体密度位于区域Ⅱ内，表明现今油藏为2幕原油充注共同贡献的结果。如果油藏流体密度较靠近第1幕原油峰值密度，表明第1幕原油对现今油藏贡献度

较大；反之则表明第2幕原油对现今油藏贡献度较大。图10b中Ⅱ区域的百分比数值即表示对应油藏原油密度时第1、２幕油充注对现今油藏的贡献度大小。对于2幕油充注，任意一幕油充注的成藏贡献度数值可以通过以下公式计算：

C（M）=ρR-ρMρN-ρM×100%。（1）

式中：C（M）为M幕油充注的成藏贡献度；ρR为油藏油密度；ρM为M幕油充注的峰值范围内平均密度;ρN为N幕油充注的峰值范围内平均密度，g/cm3。

对于3幕或更多幕次的油充注，可以通过密

度

频率分布图确定其中最主要的2幕油充注（假设

其他的幕次对成藏没有贡献），进而根据公式（1）可进行计算各幕次的成藏贡献度。

利用油包裹体密度频率分布直方图可以指示原油成藏后可能发生的次生改造过程。例如，当油藏流体密度大于第1幕充注原油峰值密度，即位于图10b中区域Ⅲ，表明原油成藏后很可能经历了生物降解或者水洗作用；同样当油藏流体密度小于第2幕充注原油峰值密度，即位于图10b中区域Ⅰ，这表明原油可能经历了天然气入侵，或者储层中的原油可能在形成后再次裂解。因此，油包裹体的密度频

率分布不仅可以指示油气随时间的推移是连续充注还是间歇性充注，而且可以根据油藏当前的流体密度来识别在当前油气聚集中哪一时期的油充注起了主要作用。此外，它还可能表明油气在成藏后的次生变化。图11为三肇凹陷扶余油层油藏原油密度和不同幕次包裹体原油密度对比图。从图11可以看出，三肇凹陷扶余油层油藏原油密度小于第1幕充注的包裹体油密度，基本与第2幕充注的包裹体油密度相近；表明这些井油藏油可能是第2幕充注的原油贡献成藏的，第1、3、4幕充注原油贡献可能不及第2幕。

从原油充注时成熟度和包裹体油密度两方面来看，第2期（第2、3、4幕）原油充注，即明水组末期原油充注对现今油藏贡献率为83%，而第1期（第1幕）原油充注，即嫩江组末期充注原油对现今油藏的贡献率为17%；可知明水组末期充注的原油对现今油藏的贡献更大。

3" 结论

1）根据油包裹体荧光颜色分析，认为三肇凹陷扶余油层存在4种类型的油包裹体，分别为黄色荧光、黄绿色荧光、蓝绿色荧光、蓝白色荧光油包裹体，为不同成熟度原油充注形成。

2）油气充注历史的流体包裹体系统分析表明，三肇凹陷扶余油层具有多期充注成藏特征，总体上表现为两期原油充注成藏，第1期发生在嫩江组末期77～74 Ma期间，对应于第1幕充注；第2期发生在明水组末期67～65 Ma期间，对应第2幕、第3幕和第4幕充注。

3）从原油充注时成熟度和包裹体油密度来看，三肇凹陷扶余油层第2期（明水组末期）原油充注对现今油藏贡献率为83%，第1期（嫩江组末期）原油充注贡献率为17%；可知明水组末期充注的原油对现今油藏的贡献更大。

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