長嶺斷陷火山巖儲層流體包裹體分布特征及天然氣成藏期次

摘 要

摘要：長嶺斷陷火山巖儲集層成藏條件十分優(yōu)越，勘探前景廣闊。對該區(qū)腰英臺凸起區(qū)深層火山巖系39塊流體包裹體進(jìn)行了偏光、熒光特征觀察、均一化溫度及冷凍溫度(鹽度)等測定，分析
摘要：長嶺斷陷火山巖儲集層成藏條件十分優(yōu)越，勘探前景廣闊。對該區(qū)腰英臺凸起區(qū)深層火山巖系39塊流體包裹體進(jìn)行了偏光、熒光特征觀察、均一化溫度及冷凍溫度(鹽度)等測定，分析了儲層流體包裹體類型及分布特征，充分利用包裹體均一化溫度信息，結(jié)合烴源巖生烴史以及地層埋藏史，分析了該區(qū)天然氣的成藏期次。該區(qū)火山巖儲層烴類包裹體極為發(fā)育，以氣態(tài)烴包裹體為主，包裹體中存在較多的CO2，其中達(dá)爾罕構(gòu)造營城組包裹體中CO2含量較高。腰英臺構(gòu)造帶為1期成藏，成藏時(shí)間為距今84～93Ma，油氣充注期為青山口組沉積中后期至嫩江組時(shí)期；達(dá)爾罕構(gòu)造帶油氣充注時(shí)間為距今87～94Ma，CO2充注時(shí)間為距今81～85Ma，相當(dāng)于嫩江組的后期至四方臺組早期，新近紀(jì)之后構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生的CO2為大規(guī)模的無機(jī)CO2的來源。該區(qū)油氣成藏期次與營城組與沙河子組烴源巖的生排烴史較為匹配。
關(guān)鍵詞：松遼盆地；長嶺斷陷；火山巖；儲集層；流體包裹體均一化溫度；成藏期次；生烴蟲
    長嶺斷陷位于松遼盆地南部斷陷帶，白堊系營城組沉積時(shí)期有三次火山活動，導(dǎo)致目的層發(fā)育廣泛的火山巖系[1～3]，目前長嶺斷陷深層天然氣主要產(chǎn)自營城組火山巖，其次為登婁庫組碎屑巖。全國第三次資源評價(jià)結(jié)果表明，長嶺斷陷天然氣資源量達(dá)5862×108m3，2006年中國石化華東分公司部署腰深1井，在營城組火山巖地層試獲日產(chǎn)20×104m3的工業(yè)氣流，已發(fā)現(xiàn)的天然氣主要分布在腰英臺與達(dá)爾罕構(gòu)造帶營城組火山巖儲層內(nèi)。研究火山巖儲層中流體的微觀分布特征，恢復(fù)油氣流體的成藏時(shí)間，對于探討天然氣的成藏機(jī)制、指導(dǎo)研究區(qū)油氣勘探顯得尤為重要。
    儲層流體包裹體記錄了在地質(zhì)歷史時(shí)期盆地內(nèi)烴類流體的生成、運(yùn)移、聚集和后期演化的重要信息，這些信息對于研究油氣的成藏過程具有重要意義[4～5]。目前，流體包裹體在油氣運(yùn)移時(shí)間和成藏期次的確定、油氣形成時(shí)的溫度和壓力的測定、油氣水界面劃分以及油氣的來源與運(yùn)移通道的識別等方面均取得了較好的成效[6～10]?；鹕綆r氣態(tài)烴類包裹體具有無熒光或弱熒光特征，不易識別，關(guān)于火成巖系儲集層中氣態(tài)烴類流體包裹體分布特征以及天然氣的成藏期次方面的研究較少[11～14]。筆者主要在長嶺斷陷腰英臺凸起區(qū)深層火山巖系包裹體的分布特征以及夫然氣成因類型劃分的基礎(chǔ)上，充分利用包裹體均一化溫度信息，結(jié)合烴源巖生烴史以及地層埋藏史，分析天然氣的成藏期次。
1 區(qū)域地質(zhì)背景
    長嶺凹陷位于松遼盆地中央坳陷帶南部，是在古生界變質(zhì)基底上發(fā)育起來的斷、坳疊置的晚中生代碎屑巖盆地，其東部為華字井?dāng)嗤?，南與西南隆起區(qū)毗鄰，西為西部斜坡區(qū)。腰英臺-達(dá)爾罕斷凸為位于長嶺凹陷帶內(nèi)的1個正向構(gòu)造單元，其東南部和西北部分別長嶺牧場次凹和乾安次凹2個生烴凹陷(圖1)。研究區(qū)構(gòu)造特征及演化總體表現(xiàn)為早期裂谷、中期坳陷、晚期褶皺的特點(diǎn)，經(jīng)歷了斷陷、坳陷和萎縮褶皺3個大的構(gòu)造演化階段，斷陷期伴隨有多次火山活動，使得該地區(qū)斷陷層廣泛發(fā)育火山巖體，而且長嶺斷陷層基底斷裂發(fā)育，斷陷延伸方向多為北北東向和北西向，是在古生代板塊或地塊(體)演化過程中形成的縫合帶或逆掩推覆斷裂系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次擠壓、走滑、伸展等不同方式的構(gòu)造活動改造形成的，為火山巖儲集層天然氣成藏的主控因素。長嶺斷陷層系包括登婁庫組、營城組、沙河子組與火石嶺組，地球化學(xué)資料表明斷陷層營城組天然氣主要來源于營城組、沙河子組以及火石嶺組，天然氣氣源充足；廣泛發(fā)育火山巖系儲集層，鉆井資料揭示營城組火山巖儲集層巖性主要為灰、灰綠色輝綠巖，玄武巖，安山巖及(裂隙發(fā)育)流紋巖，發(fā)育氣孔及杏仁構(gòu)造(充填物為方解石和硅質(zhì))，孔洞(氣孔)裂縫發(fā)育，并充填有方解石脈；登婁庫組和泉頭組可以作為區(qū)域性的蓋層，長嶺斷陷火山巖儲集層成藏條件十分優(yōu)越，勘探前景廣闊[15～18]。目前已在腰英臺深層構(gòu)造帶腰深1與長深1井營城組與達(dá)爾罕構(gòu)造帶獲得了工業(yè)氣流，其余井位也有天然氣氣流顯示。
 
2 樣品與實(shí)驗(yàn)室分析
   用于流體包裹體分析的樣品采自腰英臺構(gòu)造帶腰深1井、腰深101井、腰深102井和達(dá)爾罕構(gòu)造帶的達(dá)2井、腰南1井、腰深2井營城組，共39塊，均為火山巖。流體包裹體分析檢測是在核工業(yè)部北京地質(zhì)研究院流體包裹體實(shí)驗(yàn)室完成，其中流體包裹體偏光、熒光特征觀察、均一化溫度及冷凍溫度(鹽度)測定是在Leica DMRX HC研究級透-反射偏光熒光顯微鏡和Linkam THMS-G600型冷熱臺進(jìn)行的，冷熱臺溫度分辨率為0.1℃，均一法測溫精度±1℃，冷凍法測溫精度±0.2℃，烴類包裹體熒光激發(fā)采用波長為340～380nm的紫外光，分析方法和依據(jù)為中華人民共和國核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EJ/T 1105—1999《礦物流體包裹體溫度的測定》；單個流體包裹體成分采用法國JY公司生產(chǎn)的Lab RAM HR800研究型高分辨率顯微激光拉曼光譜儀，激光器為32nm/50mW Nd：ag固體激光器。因各個烴類包裹體存在氣液比變化大，均一溫度波動范圍大、不易確定等特點(diǎn)。因此，包裹體均一溫度的測定對象均為與烴類包裹體伴生的同期含烴鹽水包裹體。
3 結(jié)果與討論
3.1 火山巖系儲層流體包裹體類型與分布特征
    腰英臺構(gòu)造帶火山巖儲層中液態(tài)烴類包裹體主要分布在石英次生加大邊的以及石英礦物的微裂隙中，成帶狀分布，單偏光下呈深褐色。由于液態(tài)烴類包裹體的成熟度較高，熒光特征不明顯，僅在巖石內(nèi)局部微孔隙中顯示較強(qiáng)的淺黃色熒光，不同井之間的液態(tài)烴類包裹體的分布存在差異，其中腰深101井與腰深102井極為發(fā)育，包裹體的形態(tài)規(guī)則，大小存在差異。營城組樣品中氣態(tài)烴類包裹體分布較廣，這類包裹體主要沿切穿石英碎屑顆粒的微裂隙成線狀分布，單偏光下呈黑色、深灰色以及無色分布，包裹體大小形狀規(guī)則或不規(guī)則，個體差異較大，無熒光特征。含烴鹽水包裹體在研究區(qū)分布較廣，與烴類包裹體共生，偏光下為灰色與深灰色，無熒光特征，氣液比小于5%，氣泡和液態(tài)烴的界限處存在一條粗的、顏色呈黑色或黑褐色的環(huán)帶狀邊緣，多數(shù)氣泡的中心無色透明，次生包裹體多沿顆粒的裂隙分布，形狀不規(guī)則，大小不一，長軸方向與裂隙延伸的方向一致，與沿裂隙分布的烴類包裹體有明顯的共生關(guān)系，分布于石英顆粒的微裂隙。另外，在研究區(qū)的巖石礦物的裂隙以及方解石脈中均可見單偏光下呈褐色或深褐色的瀝青充填，為早期形成的原油由于受到后期的高溫?zé)嵛g變作用形成的產(chǎn)物。
3.2 流體包裹體的形成期次
3.2.1流體包裹體古鹽度分布特征分析
    營城組儲層中烴類包裹體以氣態(tài)包裹體為主，分布有少量液態(tài)包裹體，二者均以沿切穿石英礦物中的微裂隙成帶狀分布為主，為同期形成的。含烴鹽水包裹體的鹽度代表了當(dāng)時(shí)流體的鹽度性質(zhì)，其鹽度的差別可以反映包裹形成期次的差別，腰英臺構(gòu)造帶與達(dá)爾罕構(gòu)造帶營城組含烴鹽水包裹體鹽度存在一定的差別。根據(jù)其鹽度分布特征，腰英臺營城組含烴鹽水包裹體鹽度質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于1.0%～4.0%，為一期形成(圖2-a)；達(dá)爾罕構(gòu)造帶營城組含烴鹽水包裹體存在兩期(圖2-b)，第一期含烴鹽水包裹體的鹽度質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于2.0%～3.5%，第二期為4%～5%，第一期包裹體的鹽度與腰英臺構(gòu)造帶的較為接近，與烴類包裹體伴生的第二期鹽水包裹體在腰英臺構(gòu)造帶不發(fā)育。
3.2.2均一化溫度分布特征分析
    不同期次的包裹體均一化溫度分布頻率存在明顯的差別。因此，包裹體的均一化溫度可以作為判斷流體包裹體形成期次的有效參數(shù)[4～5]。根據(jù)腰英臺構(gòu)造帶腰深1、腰深101、腰深102井營城組火山巖儲層中與烴類包裹體伴生的鹽水包裹體均一化溫度的分布特征分析表明(圖3)，液態(tài)烴類與氣態(tài)烴類包裹體為同期形成產(chǎn)物，均一化溫度分布范圍為120～153℃，存在2個峰值，前峰值為液態(tài)烴類的充注高峰，均一化溫度分布介于120～129℃；后峰值為氣態(tài)烴類的充注高峰，均一化溫度分布介于132～141℃，氣態(tài)烴類充注高峰位于液態(tài)烴類充注高峰之后，但油氣基本上呈連續(xù)充注成藏。
 
    達(dá)爾罕構(gòu)造帶營城組天然氣中CO2的含量略高于營城組，如DB11井與達(dá)2井天然氣個別樣品CO2的含量接近30%左右，從天然氣同位素與組分的分析表明，CO2主要為無機(jī)成因氣。包裹體激光拉曼分析結(jié)果表明，腰深2井的包裹體主要包括CO2、N2以及甲烷(圖4)，含有微量乙烯和甲苯。腰深2井、腰南1井和達(dá)2井營城組存在液態(tài)烴、氣態(tài)烴以及CO23類包裹體，均切穿于石英礦物的裂隙以及次生加大邊，為同一期形成的包裹體。根據(jù)上述3口井與烴類包裹體共生的鹽水包裹體均一化溫度分布直方圖分析表明(圖5-a)，均一化溫度分布為123～159℃，油氣為一期充注，存在2個充注高峰，早期充注峰值為油氣的充注高峰，均一化溫度分布為123～135℃，后期峰值可能為C02充注高峰期，均一化溫度分布為147～159℃，并且此期均一化溫度分布區(qū)間明顯不同于達(dá)爾罕與腰英臺構(gòu)造帶的烴類的分布區(qū)間。此外，從單井鹽水包裹體的均一化溫度分布圖上可以看出(圖5-b、c、d)，腰深2井與腰南1井主要為一期成藏，主要存在烴類包裹體成藏高峰，而達(dá)2井明顯不同于上述2口井，存在2個峰值，前峰值為烴類充注高峰，后峰值為CO2充注高峰，這與達(dá)2井天然氣組分中存在高含量的CO2的特征密切相關(guān)。
 
3.3 天然氣成藏期次的確定
3.3.1古地溫梯度與剝蝕厚度的恢復(fù)
   長嶺地區(qū)腰英臺構(gòu)造帶主要有3次剝蝕時(shí)期，第一期為火石嶺組末期，腰英臺構(gòu)造帶剝蝕厚度不大，為150～250m；第二期為營城組末期，剝蝕厚度為200～230m；第三次為明水組末期，剝蝕厚度為450～480m，剝蝕厚度最大。達(dá)爾罕構(gòu)造帶也存在3期剝蝕，第一期為火石嶺組末期，剝蝕厚度為150～400m；營城組末期存在剝蝕，剝蝕厚度為100～210m；第三次剝蝕為明水組末期，為300～530m，剝蝕厚度最大。松遼盆地東南隆起區(qū)晚侏羅世-早白堊世斷陷發(fā)育階段為高熱異常期，古熱流一般分布在90～135mW/m2，古地溫梯度在5～7℃/100m，晚白堊世坳陷發(fā)展階段為熱衰減期，古熱流一般分布在80～100mW/m2，古地溫梯度在4～5℃/100m，白堊紀(jì)末期本區(qū)區(qū)域抬升以來，地溫繼續(xù)衰減至今地溫場特征，今平均地溫梯度為3.3℃/100m。通過與實(shí)測Ro值與古地溫梯度推算擬合，選取156Ma為7℃/100m，144Ma為6℃/100m，100Ma從4.8℃/100m降至現(xiàn)今3.3℃/100m。
3.3.2成藏期的確定
根據(jù)腰英臺構(gòu)造和達(dá)爾罕構(gòu)造部分井(腰深1井、腰深101井、腰深102井及達(dá)2井)的地層埋藏史、熱史(古地溫梯度)及流體包裹體均一化溫度資料綜合分析表明，腰英臺構(gòu)造帶油氣的成藏時(shí)間為距今93～84Ma，其中液態(tài)烴的充注高峰為距今93～89Ma，氣態(tài)烴的充注高峰為距今88～86Ma，由此表明油氣充注期為青山口組沉積后期至嫩江組末期(圖6-a、b、c)；達(dá)爾罕構(gòu)造帶烴類充注為一期，充注時(shí)間為距今94～87Ma，為青山口組中期至嫩江組早期，達(dá)2井后期補(bǔ)充充注無機(jī)CO2，充注時(shí)間為距今85～81Ma，為嫩江組的后期至四方臺組早期，新近紀(jì)之后的產(chǎn)生的CO2為大規(guī)模的無機(jī)CO2的來源(圖6-d、e、f)。
 
3.3.3與生排烴史的匹配關(guān)系
長嶺斷陷營城組和沙河子組烴源巖的生烴特征均表現(xiàn)為一次持續(xù)生烴，沙河子組烴源巖干酪根類型主要為腐殖型，以生氣為主，可能會有少量的原油生成，沙河子組烴源巖在登婁庫組的早期進(jìn)入生油門限，但生油量很低，由于地層持續(xù)沉降，地溫變化快，登婁庫組后期開始進(jìn)入生氣階段，至泉頭組中后期進(jìn)入生氣高峰。營城組早期發(fā)生大規(guī)模的火山活動，主要以火山巖分布為主，烴源巖不甚發(fā)育，分布相對局限。如圖7所示，營城組與沙河子組在泉頭組沉積早期(距今110Ma左右)達(dá)到生油高峰，泉頭組的后期至青山口組沉積早期(距今105Ma左右)達(dá)到生氣高峰，青山口組沉積后期開始衰減，至距今90Ma左右生烴基本終止，與天然氣的成藏期較為匹配，而白堊紀(jì)末以后，生氣速率逐漸降低，至古近紀(jì)時(shí)期仍可補(bǔ)充部分天然氣，但是氣量較少，此時(shí)由于后期的構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生較多的CO2，充注至研究區(qū)，形成了一些CO2與有機(jī)烷烴氣的混合氣藏。此外，長嶺斷陷深層早期形成的油藏和分散的液態(tài)烴，至白堊紀(jì)末以后溫度已達(dá)到裂解溫度(大于200℃)。中淺層有良好的蓋層封閉條件，早期形成的油氣沒有大規(guī)模損失破壞，后期演變?yōu)楣腆w瀝青，充填于巖石礦物的裂隙之間，對儲層成巖作用有重要的抑制作用。
 
4 結(jié)論
1) 長嶺斷陷火山巖儲層既存在氣態(tài)烴包裹體，又存在液態(tài)烴類包裹體，但以氣態(tài)烴包裹體為主。氣態(tài)包裹體中含CH4外，還存在較多的CO2，其中達(dá)爾罕構(gòu)造營城組包裹體中CO2含量較高，這與天然氣藏中CO2相對含量的變化趨勢一致。
2) 腰英臺構(gòu)造帶包裹體均一化溫度為120～153℃，存在2個峰值，前鋒值對應(yīng)于液態(tài)烴類的充注高峰，后峰值對應(yīng)于氣態(tài)烴類的充注高峰，但基本上油氣呈持續(xù)充注成藏，充注時(shí)間為距今84～93Ma，相當(dāng)于青山口組沉積中后期至嫩江組時(shí)期。
3) 達(dá)爾罕構(gòu)造包裹體第一期均一化溫度分布范圍為126～135℃，對應(yīng)于青山口組沉積中后期至嫩江組時(shí)期；第二期均一化溫度為147～159℃，對應(yīng)于CO2充注期，CO2充注時(shí)間為距今81～85Ma，相當(dāng)于嫩江組的后期至四方臺組早期，大規(guī)模的無機(jī)CO2產(chǎn)生于新近紀(jì)之后。
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(本文作者：吳聿元1，2，3 秦黎明4 劉池陽2 馮如進(jìn)2，3 昝靈4 張枝煥4 1.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所；2.西北大學(xué)地質(zhì)系；3.中國石化華東分公司；4.“油氣資源與探測”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國石油大學(xué) 北京)