利用流體包裹體確定川西坳陷孝泉-豐谷構(gòu)造帶須家河組天然氣成藏期

摘 要

摘要：孝泉-豐谷構(gòu)造帶是川西坳陷前陸盆地上的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，天然氣資源非常豐富，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的多期性致使天然氣成藏過程復(fù)雜，研究該區(qū)天然氣成藏期，對(duì)于明確天然氣成藏模式、富
摘要：孝泉-豐谷構(gòu)造帶是川西坳陷前陸盆地上的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，天然氣資源非常豐富，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的多期性致使天然氣成藏過程復(fù)雜，研究該區(qū)天然氣成藏期，對(duì)于明確天然氣成藏模式、富集規(guī)律及成因機(jī)制具有重要的意義。為此，整理、分析了該區(qū)13口井81個(gè)樣品的666個(gè)流體包裹體測(cè)試數(shù)據(jù)，并在埋藏史分析的基礎(chǔ)上對(duì)油氣成藏期進(jìn)行了厘定。結(jié)果表明：①上三疊統(tǒng)須家河組四段在地史時(shí)期至少經(jīng)歷了4期成藏，須二段則經(jīng)歷了至少6期成藏；②須二段和須四段都有液態(tài)烴充注，時(shí)期分別為T3x5-J1和J1-J2早期，氣態(tài)烴充注起始時(shí)間分別為J2中期、J2晚期，止于K2期；③豐谷、合興場(chǎng)地區(qū)須二段的成藏期早于新場(chǎng)地區(qū)，合興場(chǎng)地區(qū)須四段的含烴流體包裹體豐度低，成藏特征不明顯；④須二段氣藏具有“先致密，后成藏”的特點(diǎn)，為深盆氣藏，而須四段氣藏則表現(xiàn)為常規(guī)氣藏特征。
關(guān)鍵詞：流體包裹體；成藏期次；成藏時(shí)間；晚三疊世；深盆氣；埋藏史；孝泉；豐谷構(gòu)造帶；川西坳陷
    孝泉-豐谷構(gòu)造帶是川西坳陷的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，構(gòu)造位置南鄰成都凹陷，北靠梓潼凹陷，西南段與龍門山構(gòu)造帶相交，東南段與合興場(chǎng)-龍寶梁構(gòu)造北傾沒端相連。地理位置介于綿陽、德陽市及三臺(tái)縣之間，東西長(zhǎng)約80km，南北寬約20km，面積約為1614m2，呈北東東向展布，自西向東主要由孝泉、新場(chǎng)、合興場(chǎng)、高廟子、新盛和豐谷等次級(jí)含氣構(gòu)造單元組成，其中新場(chǎng)構(gòu)造上三疊統(tǒng)須家河組二段目前已證實(shí)為四川盆地又一個(gè)千億立方米氣田，具有優(yōu)越的成藏環(huán)境[1～4]。上三疊統(tǒng)須家河組沉積地層厚度超過3000m，自下而上分為5個(gè)層段，其中一、三、五層段為烴源巖，二、四層段為勘探目的層。
    前人關(guān)于川西坳陷須家河組致密砂巖氣藏的成藏期研究成果較多，主要有“早”、“中”、“晚”3種成藏觀點(diǎn)，其成藏期分別對(duì)應(yīng)為印支期-燕山中期(中侏羅世)、燕山末期(早白堊世-晚白堊世中期)和喜山期中晚期。依據(jù)儲(chǔ)層致密化與成藏期關(guān)系，提出了3種成藏模式，即“早成藏，后改造”、“早成藏，后保存”和“先致密，后成藏”[5～9]。成藏模式認(rèn)識(shí)的不同導(dǎo)致勘探思路和勘探方向也就不同。因此，有必要對(duì)主成藏期進(jìn)行精確厘定。前人關(guān)于川西坳陷天然氣成藏期研究成果較多，但多采用間接方法，如生排烴史模擬法和同位素測(cè)年法等，而涉及研究區(qū)的成果較少，采用儲(chǔ)層流體包裹體直接對(duì)成藏期進(jìn)行厘定的研究成果更少。筆者針對(duì)該區(qū)主要目的層，收集和整理了13口井81個(gè)樣品，共計(jì)666個(gè)流體包裹體測(cè)試分析數(shù)據(jù)，并結(jié)合熱演化史和剝蝕量研究成果，進(jìn)行埋藏史恢復(fù)，從而對(duì)孝泉-豐谷構(gòu)造帶須家河組天然氣成藏期進(jìn)行研究。
1 流體包裹體類型及其顯微測(cè)溫
1.1 流體包裹體類型及特征
    在該區(qū)須二段、須四段儲(chǔ)層中的石英顆粒內(nèi)裂紋、穿石英顆粒裂紋及方解石脈中發(fā)現(xiàn)了3種類型的次生流體包裹體。
1.1.1干瀝青包裹體
    該區(qū)須家河組致密砂巖內(nèi)賦存有大量的干瀝青(圖1-a)，這些干瀝青主要呈4種形式賦存于儲(chǔ)層內(nèi)：①粒間孔內(nèi)充填連續(xù)分布，呈灰黑、淺綠色熒光的干瀝青；②砂巖粒間微晶方解石晶隙內(nèi)的晶胞有機(jī)質(zhì)或含油浸瀝青，呈淺黃色、暗褐色或無色熒光顯示；③粒間方解石微晶內(nèi)的油浸瀝青，一般顯示淺黃色熒光；④砂巖縫甲的干瀝青，呈斷續(xù)分布或呈脈狀分布，熒光顏色呈灰黑色、黑色、無色。

1.1.2液態(tài)烴包裹體
    主要分布在石英顆粒裂紋及石英次生加大邊中?？煞譃?類：一是不發(fā)熒光的鹽水包裹體，另一種是發(fā)熒光的含烴鹽水包裹體(圖1-b)。這些液體烴包裹體在氣層、裂縫性氣層、含氣層、含氣水層、油氣水同層和含氣水層中均有分布。液態(tài)烴包裹體一般成群成帶分布，與含烴的鹽水包裹體共存，包裹體氣液比一般小于5%，形狀通常比較規(guī)則，大小介于(8～10)mm×(10～15)mm，鹽度(NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù))均值為9.72%。
1.1.3氣態(tài)烴包裹體
主要由大量發(fā)弱白色、淡黃色熒光的純氣烴相包裹體和不發(fā)熒光氣包裹體組成(圖1-c)，幾乎賦存在所有的儲(chǔ)層內(nèi)。氣態(tài)烴包裹體一般成群成帶分布，與含烴的鹽水包裹體共存，包裹體氣液比一般小于8%，形狀比較規(guī)則，大小介于(8～1O)mm×(10～15)mm，鹽度均值為10.59%。
1.2 流體包裹體顯微測(cè)溫
與烴類流體包裹體同幕的鹽水流體包裹體均一溫度不僅可以用來作為古溫度的近似值和熱事件的標(biāo)志，而且還可以用作油氣成藏幕次劃分的有效依據(jù)。
    孝泉-豐谷構(gòu)造帶流體包裹體均一化溫度分布范圍較大，最小為60℃，最大為199℃，不同層段包裹體均一溫度差別較大。從鹽水包裹體統(tǒng)計(jì)情況看，主要目的層須二段存在8期熱流體活動(dòng)事件，對(duì)應(yīng)溫度分別為60.0～78.3℃、82.3～95.0℃、95.5～107.0℃、109.0～113.5℃、117.3～131.1℃、134.5～153.0℃、156.0～170.4℃、175.0～199.0℃，主峰期分布在82.3～131.1℃(圖2-a)；須四段存在5期熱流體活動(dòng)事件，對(duì)應(yīng)溫度為60.2～77.8℃、80.0～93.3℃、97.0～109.2℃、118.0～133.3℃、147.0～159.6℃，主峰期分布在65.0～133.3℃之間(圖2-b)。地層從下到上，包裹體均一溫度逐漸降低，與埋藏深度對(duì)應(yīng)一致。每一次熱流體事件只能代表有一次熱流體注入，并不能代表有一期油氣充注，只有與含烴鹽水包裹體對(duì)應(yīng)的鹽水包裹體均一溫度才具有成藏地溫意義。

    含烴流體包裹體分析表明，須二段含烴流體包裹體存在6期，對(duì)應(yīng)的溫度為60.8～70.4℃、76.6～84.8℃、87.4～100.6℃、102.0～122.5℃、135.0～157.9℃、164.5～172.2℃，主峰期分布在76.6～122.5℃之間；須四段含烴流體包裹體存在4期，對(duì)應(yīng)的溫度為66.8～85.0℃、89.6～98.0℃、105.7～123.6℃、134.7～150.4℃，主峰期分布在71.7～123.6℃(圖2)。由此可見，須四段在地史時(shí)期至少經(jīng)歷了4期成藏，須二段則經(jīng)歷了至少6期成藏。其中須二段的前4期和須四段的第1期可能為油、氣混合充注。
2 成藏期次分析及成藏時(shí)期厘定
2.1 成藏期次分布
對(duì)該結(jié)構(gòu)帶上的不同次級(jí)構(gòu)造單元7口井流體包裹體進(jìn)行了分析，其成藏期次和包裹體測(cè)溫分析如圖3、表1所示。
 

2.1.1須四段油氣成藏期次
    新場(chǎng)地區(qū)CL562、CX565井分別檢測(cè)到5期熱流體事件，對(duì)應(yīng)的鹽水包裹體均一溫度分別為：59.6～74℃、92.8～109.2℃、123.7～133.3℃、147.6～159.6℃，只有第1、2、4期檢測(cè)到同期的含烴流體包裹體(圖3-a)，由此可以判定新場(chǎng)地區(qū)至少存在3期油氣充注。
   合興場(chǎng)地區(qū)CH139、CH127井分別檢測(cè)到3期熱流體事件，對(duì)應(yīng)的鹽水包裹體均一溫度分別為：77.0～88.0℃、95.0～100℃、118.0～127.8℃，只有第2、3期檢測(cè)到同期的含烴流體包裹體(圖3-b)，另外還檢澳惻2期高溫?zé)嵋汉瑹N流體包裹體。結(jié)合研究區(qū)斷裂發(fā)育等地質(zhì)特征，可以認(rèn)為合興場(chǎng)地區(qū)可能存在2期油氣充注，而高溫含烴流體包裹體可能有深部熱液注入或是由于超壓環(huán)境下捕獲時(shí)流體包裹體所致，與油氣充注關(guān)系還有待探討。
 高廟子地區(qū)CG561井檢測(cè)到1期熱流體事件，對(duì)應(yīng)的鹽水包裹體均一溫度為66.3～89.7℃，并檢測(cè)到同期的含烴流體包裹體(圖3-c)。
   豐谷地區(qū)CF125、CF563井共檢測(cè)到3期熱流體事件，對(duì)應(yīng)的鹽水包裹體均一溫度為76.0～92.1℃、93.3～107.4℃、119.9～120.0℃。第1、2期分別檢測(cè)到剮朝含烴流體包裹體(圖3-d)。
2.1.2須二段油氣成藏期次
   須二段油氣充注情況更為復(fù)雜，從新場(chǎng)地區(qū)CL562、CX565井包裹體分析結(jié)果看，該區(qū)檢測(cè)到4期熱流體事件，對(duì)應(yīng)的鹽水包裹體均一溫度為98.7～112.0℃、117.3～129.6℃、131.1～149.2℃、150.0～163.0℃。第2、3期分別檢測(cè)到同期含烴流體包裹體(圖3-e)。
   合興場(chǎng)地區(qū)檢測(cè)到4期熱流體事件，對(duì)應(yīng)的鹽水包裹體均一溫度為85.7～94.8℃、95.0～106.1℃、119.8～134.5℃、140.1℃。4期均檢測(cè)到同期含烴流體包裹體，說明有4期油氣充注。
   高廟子地區(qū)檢測(cè)到2期熱流體事件，對(duì)應(yīng)的鹽水包裹體均一溫度為74.1～92.6℃、98.4～104.1℃，2期均檢測(cè)到含烴流體包裹體的存在。
   豐谷地區(qū)檢測(cè)到5期熱流體事件，對(duì)應(yīng)的鹽水包裹體均一溫度為60.0～75.4℃、96.5～121.3 0C、150.0～153.0℃、167.1～178.0℃、180.0～199.0℃。第1、2、4期均檢測(cè)到同期含烴流體包裹體(圖3-f)。
2.2 成藏時(shí)期厘定
   應(yīng)用流體包裹體均一溫度對(duì)成藏時(shí)期厘定時(shí)，必須對(duì)埋藏史進(jìn)行恢復(fù)，而對(duì)于前陸疊合盆地而言，剝蝕量和熱史恢復(fù)成為其中的難點(diǎn)。研究表明，川西坳陷自晚三疊世以來經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜山運(yùn)動(dòng)[10～12]，其中喜山運(yùn)動(dòng)的早、中、晚三幕疊加作用，在研究區(qū)造成了劇烈抬升和剝蝕，對(duì)油氣成藏作用的利弊還存在爭(zhēng)議[13～14]。研究過程中根據(jù)具體資料情況最終選取了鏡質(zhì)體反射率法、聲波時(shí)差法和參考層厚度法，分別對(duì)安縣運(yùn)動(dòng)、印支晚幕運(yùn)動(dòng)、喜山運(yùn)動(dòng)在該區(qū)造成的剝蝕量進(jìn)行了恢復(fù)，并應(yīng)用鏡煤反射率法對(duì)熱演化史進(jìn)行了模擬。研究結(jié)果表明，孝泉 豐谷構(gòu)造帶上不同構(gòu)造單元其剝蝕量和熱史均存在不同程度差異，油氣成藏期也不盡相同。
    從單井包裹體均一溫度和埋藏史分析結(jié)果可以看出，孝泉-豐谷構(gòu)造帶大致存在2期成藏，早期為液態(tài)烴充注，晚期為天然氣充注，液態(tài)烴須二段成藏期為T3x5-J1，須四段成藏期為J1-J2早期。氣態(tài)烴成藏時(shí)間較晚，不同地區(qū)不同層段油氣充注的時(shí)間不盡相同。新場(chǎng)地區(qū)須四段主要成藏期從J3開始成藏，持續(xù)至K1中期，須二段成藏期為J2中期-K1早期(圖4-a)；合興場(chǎng)地區(qū)(包括高廟子地區(qū))須四段主成藏期為J2末期-K1早期，須二段成藏期為J2中晚期(圖4-b)；豐谷地區(qū)須四段主要成藏期為J2末期-J3中期，須二段成藏期為J2中期-K期均有連續(xù)充注(圖4-c)。

2.3 從成藏期探討須家河組氣藏特征
    前人關(guān)于儲(chǔ)層致密化研究結(jié)果表明，須二段儲(chǔ)層致密化(φ＜12%)始于中侏羅世，至晚侏羅世已完成致密化(φ＜10%)；須四段儲(chǔ)層致密化時(shí)期較晚，晚侏羅世儲(chǔ)層開始致密，而至白堊紀(jì)才完成致密化[15]。由此可見，須二段天然氣主成藏期與儲(chǔ)層致密化一致或晚于儲(chǔ)層致密化期，具有“先致密，后成藏”特點(diǎn)，表現(xiàn)為深盆氣特征，構(gòu)造主體及斜坡深凹陷區(qū)的“甜點(diǎn)”具有勘探前景；而須四段天然氣充注早于儲(chǔ)層致密化，為常規(guī)氣藏，勘探目標(biāo)以構(gòu)造氣藏為主，兼探巖性氣藏。
3 結(jié)論
    1) 孝泉-豐谷構(gòu)造帶須家河組存在3種類型包裹體：瀝青、液態(tài)烴和氣態(tài)烴包裹體。須四段在地史時(shí)期至少經(jīng)歷了4期油氣充注，須二段則經(jīng)歷了至少6期油氣充注，其對(duì)應(yīng)主要成藏期溫度分別為82.3～131.1℃、65.0～133.3℃。
2) 須二段和須四段都有液態(tài)烴充注，時(shí)期分別為T3x5-J1和J1-J2早期；不同構(gòu)造單元?dú)鈶B(tài)烴充注時(shí)期存在一定差異，其充注起始時(shí)間分別為J2中期、J2晚期，最晚成藏至K2期；豐谷、合興場(chǎng)地區(qū)須二段的成藏期早于新場(chǎng)地區(qū)，合興場(chǎng)地區(qū)須四段的含烴流體包裹體豐度低，成藏特征不明顯。
    3) 須二段天然氣藏具有深盆氣藏特征，勘探目標(biāo)主要為構(gòu)造主體及斜坡區(qū)的巖性氣藏；須四段氣藏先常規(guī)氣藏，勘探目標(biāo)以構(gòu)造氣藏為主，兼探巖性氣藏。
    致謝：研究過程中的部分?jǐn)?shù)據(jù)由中國(guó)石油大學(xué)(北京)陳冬霞副教授提供，在此表示衷心感謝！
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(本文作者：冷濟(jì)高1 李書兵2 楊長(zhǎng)清3 1.中國(guó)石化西南油氣分公司博士后科研工作站；2.中國(guó)石化西南油氣分公司；3.青島海洋地質(zhì)研究所)