长岭断陷火山岩储层流体包裹体分布特征及天然气成藏期次

摘 要

摘要：长岭断陷火山岩储集层成藏条件十分优越，勘探前景广阔。对该区腰英台凸起区深层火山岩系39块流体包裹体进行了偏光、荧光特征观察、均一化温度及冷冻温度(盐度)等测定，分析
摘要：长岭断陷火山岩储集层成藏条件十分优越，勘探前景广阔。对该区腰英台凸起区深层火山岩系39块流体包裹体进行了偏光、荧光特征观察、均一化温度及冷冻温度(盐度)等测定，分析了储层流体包裹体类型及分布特征，充分利用包裹体均一化温度信息，结合烃源岩生烃史以及地层埋藏史，分析了该区天然气的成藏期次。该区火山岩储层烃类包裹体极为发育，以气态烃包裹体为主，包裹体中存在较多的CO2，其中达尔罕构造营城组包裹体中CO2含量较高。腰英台构造带为1期成藏，成藏时间为距今84～93Ma，油气充注期为青山口组沉积中后期至嫩江组时期；达尔罕构造带油气充注时间为距今87～94Ma，CO2充注时间为距今81～85Ma，相当于嫩江组的后期至四方台组早期，新近纪之后构造运动产生的CO2为大规模的无机CO2的来源。该区油气成藏期次与营城组与沙河子组烃源岩的生排烃史较为匹配。
关键词：松辽盆地；长岭断陷；火山岩；储集层；流体包裹体均一化温度；成藏期次；生烃虫
    长岭断陷位于松辽盆地南部断陷带，白垩系营城组沉积时期有三次火山活动，导致目的层发育广泛的火山岩系[1～3]，目前长岭断陷深层天然气主要产自营城组火山岩，其次为登娄库组碎屑岩。全国第三次资源评价结果表明，长岭断陷天然气资源量达5862×108m3，2006年中国石化华东分公司部署腰深1井，在营城组火山岩地层试获日产20×104m3的工业气流，已发现的天然气主要分布在腰英台与达尔罕构造带营城组火山岩储层内。研究火山岩储层中流体的微观分布特征，恢复油气流体的成藏时间，对于探讨天然气的成藏机制、指导研究区油气勘探显得尤为重要。
    储层流体包裹体记录了在地质历史时期盆地内烃类流体的生成、运移、聚集和后期演化的重要信息，这些信息对于研究油气的成藏过程具有重要意义[4～5]。目前，流体包裹体在油气运移时间和成藏期次的确定、油气形成时的温度和压力的测定、油气水界面划分以及油气的来源与运移通道的识别等方面均取得了较好的成效[6～10]。火山岩气态烃类包裹体具有无荧光或弱荧光特征，不易识别，关于火成岩系储集层中气态烃类流体包裹体分布特征以及天然气的成藏期次方面的研究较少[11～14]。笔者主要在长岭断陷腰英台凸起区深层火山岩系包裹体的分布特征以及夫然气成因类型划分的基础上，充分利用包裹体均一化温度信息，结合烃源岩生烃史以及地层埋藏史，分析天然气的成藏期次。
1 区域地质背景
    长岭凹陷位于松辽盆地中央坳陷带南部，是在古生界变质基底上发育起来的断、坳叠置的晚中生代碎屑岩盆地，其东部为华字井断凸，南与西南隆起区毗邻，西为西部斜坡区。腰英台-达尔罕断凸为位于长岭凹陷带内的1个正向构造单元，其东南部和西北部分别长岭牧场次凹和乾安次凹2个生烃凹陷(图1)。研究区构造特征及演化总体表现为早期裂谷、中期坳陷、晚期褶皱的特点，经历了断陷、坳陷和萎缩褶皱3个大的构造演化阶段，断陷期伴随有多次火山活动，使得该地区断陷层广泛发育火山岩体，而且长岭断陷层基底断裂发育，断陷延伸方向多为北北东向和北西向，是在古生代板块或地块(体)演化过程中形成的缝合带或逆掩推覆断裂系统的基础上，经过多次挤压、走滑、伸展等不同方式的构造活动改造形成的，为火山岩储集层天然气成藏的主控因素。长岭断陷层系包括登娄库组、营城组、沙河子组与火石岭组，地球化学资料表明断陷层营城组天然气主要来源于营城组、沙河子组以及火石岭组，天然气气源充足；广泛发育火山岩系储集层，钻井资料揭示营城组火山岩储集层岩性主要为灰、灰绿色辉绿岩，玄武岩，安山岩及(裂隙发育)流纹岩，发育气孔及杏仁构造(充填物为方解石和硅质)，孔洞(气孔)裂缝发育，并充填有方解石脉；登娄库组和泉头组可以作为区域性的盖层，长岭断陷火山岩储集层成藏条件十分优越，勘探前景广阔[15～18]。目前已在腰英台深层构造带腰深1与长深1井营城组与达尔罕构造带获得了工业气流，其余井位也有天然气气流显示。
 
2 样品与实验室分析
   用于流体包裹体分析的样品采自腰英台构造带腰深1井、腰深101井、腰深102井和达尔罕构造带的达2井、腰南1井、腰深2井营城组，共39块，均为火山岩。流体包裹体分析检测是在核工业部北京地质研究院流体包裹体实验室完成，其中流体包裹体偏光、荧光特征观察、均一化温度及冷冻温度(盐度)测定是在Leica DMRX HC研究级透-反射偏光荧光显微镜和Linkam THMS-G600型冷热台进行的，冷热台温度分辨率为0.1℃，均一法测温精度±1℃，冷冻法测温精度±0.2℃，烃类包裹体荧光激发采用波长为340～380nm的紫外光，分析方法和依据为中华人民共和国核行业标准EJ/T 1105—1999《矿物流体包裹体温度的测定》；单个流体包裹体成分采用法国JY公司生产的Lab RAM HR800研究型高分辨率显微激光拉曼光谱仪，激光器为32nm/50mW Nd：ag固体激光器。因各个烃类包裹体存在气液比变化大，均一温度波动范围大、不易确定等特点。因此，包裹体均一温度的测定对象均为与烃类包裹体伴生的同期含烃盐水包裹体。
3 结果与讨论
3.1 火山岩系储层流体包裹体类型与分布特征
    腰英台构造带火山岩储层中液态烃类包裹体主要分布在石英次生加大边的以及石英矿物的微裂隙中，成带状分布，单偏光下呈深褐色。由于液态烃类包裹体的成熟度较高，荧光特征不明显，仅在岩石内局部微孔隙中显示较强的浅黄色荧光，不同井之间的液态烃类包裹体的分布存在差异，其中腰深101井与腰深102井极为发育，包裹体的形态规则，大小存在差异。营城组样品中气态烃类包裹体分布较广，这类包裹体主要沿切穿石英碎屑颗粒的微裂隙成线状分布，单偏光下呈黑色、深灰色以及无色分布，包裹体大小形状规则或不规则，个体差异较大，无荧光特征。含烃盐水包裹体在研究区分布较广，与烃类包裹体共生，偏光下为灰色与深灰色，无荧光特征，气液比小于5%，气泡和液态烃的界限处存在一条粗的、颜色呈黑色或黑褐色的环带状边缘，多数气泡的中心无色透明，次生包裹体多沿颗粒的裂隙分布，形状不规则，大小不一，长轴方向与裂隙延伸的方向一致，与沿裂隙分布的烃类包裹体有明显的共生关系，分布于石英颗粒的微裂隙。另外，在研究区的岩石矿物的裂隙以及方解石脉中均可见单偏光下呈褐色或深褐色的沥青充填，为早期形成的原油由于受到后期的高温热蚀变作用形成的产物。
3.2 流体包裹体的形成期次
3.2.1流体包裹体古盐度分布特征分析
    营城组储层中烃类包裹体以气态包裹体为主，分布有少量液态包裹体，二者均以沿切穿石英矿物中的微裂隙成带状分布为主，为同期形成的。含烃盐水包裹体的盐度代表了当时流体的盐度性质，其盐度的差别可以反映包裹形成期次的差别，腰英台构造带与达尔罕构造带营城组含烃盐水包裹体盐度存在一定的差别。根据其盐度分布特征，腰英台营城组含烃盐水包裹体盐度质量分数介于1.0%～4.0%，为一期形成(图2-a)；达尔罕构造带营城组含烃盐水包裹体存在两期(图2-b)，第一期含烃盐水包裹体的盐度质量分数介于2.0%～3.5%，第二期为4%～5%，第一期包裹体的盐度与腰英台构造带的较为接近，与烃类包裹体伴生的第二期盐水包裹体在腰英台构造带不发育。
3.2.2均一化温度分布特征分析
    不同期次的包裹体均一化温度分布频率存在明显的差别。因此，包裹体的均一化温度可以作为判断流体包裹体形成期次的有效参数[4～5]。根据腰英台构造带腰深1、腰深101、腰深102井营城组火山岩储层中与烃类包裹体伴生的盐水包裹体均一化温度的分布特征分析表明(图3)，液态烃类与气态烃类包裹体为同期形成产物，均一化温度分布范围为120～153℃，存在2个峰值，前峰值为液态烃类的充注高峰，均一化温度分布介于120～129℃；后峰值为气态烃类的充注高峰，均一化温度分布介于132～141℃，气态烃类充注高峰位于液态烃类充注高峰之后，但油气基本上呈连续充注成藏。
 
    达尔罕构造带营城组天然气中CO2的含量略高于营城组，如DB11井与达2井天然气个别样品CO2的含量接近30%左右，从天然气同位素与组分的分析表明，CO2主要为无机成因气。包裹体激光拉曼分析结果表明，腰深2井的包裹体主要包括CO2、N2以及甲烷(图4)，含有微量乙烯和甲苯。腰深2井、腰南1井和达2井营城组存在液态烃、气态烃以及CO23类包裹体，均切穿于石英矿物的裂隙以及次生加大边，为同一期形成的包裹体。根据上述3口井与烃类包裹体共生的盐水包裹体均一化温度分布直方图分析表明(图5-a)，均一化温度分布为123～159℃，油气为一期充注，存在2个充注高峰，早期充注峰值为油气的充注高峰，均一化温度分布为123～135℃，后期峰值可能为C02充注高峰期，均一化温度分布为147～159℃，并且此期均一化温度分布区间明显不同于达尔罕与腰英台构造带的烃类的分布区间。此外，从单井盐水包裹体的均一化温度分布图上可以看出(图5-b、c、d)，腰深2井与腰南1井主要为一期成藏，主要存在烃类包裹体成藏高峰，而达2井明显不同于上述2口井，存在2个峰值，前峰值为烃类充注高峰，后峰值为CO2充注高峰，这与达2井天然气组分中存在高含量的CO2的特征密切相关。
 
3.3 天然气成藏期次的确定
3.3.1古地温梯度与剥蚀厚度的恢复
   长岭地区腰英台构造带主要有3次剥蚀时期，第一期为火石岭组末期，腰英台构造带剥蚀厚度不大，为150～250m；第二期为营城组末期，剥蚀厚度为200～230m；第三次为明水组末期，剥蚀厚度为450～480m，剥蚀厚度最大。达尔罕构造带也存在3期剥蚀，第一期为火石岭组末期，剥蚀厚度为150～400m；营城组末期存在剥蚀，剥蚀厚度为100～210m；第三次剥蚀为明水组末期，为300～530m，剥蚀厚度最大。松辽盆地东南隆起区晚侏罗世-早白垩世断陷发育阶段为高热异常期，古热流一般分布在90～135mW/m2，古地温梯度在5～7℃/100m，晚白垩世坳陷发展阶段为热衰减期，古热流一般分布在80～100mW/m2，古地温梯度在4～5℃/100m，白垩纪末期本区区域抬升以来，地温继续衰减至今地温场特征，今平均地温梯度为3.3℃/100m。通过与实测Ro值与古地温梯度推算拟合，选取156Ma为7℃/100m，144Ma为6℃/100m，100Ma从4.8℃/100m降至现今3.3℃/100m。
3.3.2成藏期的确定
根据腰英台构造和达尔罕构造部分井(腰深1井、腰深101井、腰深102井及达2井)的地层埋藏史、热史(古地温梯度)及流体包裹体均一化温度资料综合分析表明，腰英台构造带油气的成藏时间为距今93～84Ma，其中液态烃的充注高峰为距今93～89Ma，气态烃的充注高峰为距今88～86Ma，由此表明油气充注期为青山口组沉积后期至嫩江组末期(图6-a、b、c)；达尔罕构造带烃类充注为一期，充注时间为距今94～87Ma，为青山口组中期至嫩江组早期，达2井后期补充充注无机CO2，充注时间为距今85～81Ma，为嫩江组的后期至四方台组早期，新近纪之后的产生的CO2为大规模的无机CO2的来源(图6-d、e、f)。
 
3.3.3与生排烃史的匹配关系
长岭断陷营城组和沙河子组烃源岩的生烃特征均表现为一次持续生烃，沙河子组烃源岩干酪根类型主要为腐殖型，以生气为主，可能会有少量的原油生成，沙河子组烃源岩在登娄库组的早期进入生油门限，但生油量很低，由于地层持续沉降，地温变化快，登娄库组后期开始进入生气阶段，至泉头组中后期进入生气高峰。营城组早期发生大规模的火山活动，主要以火山岩分布为主，烃源岩不甚发育，分布相对局限。如图7所示，营城组与沙河子组在泉头组沉积早期(距今110Ma左右)达到生油高峰，泉头组的后期至青山口组沉积早期(距今105Ma左右)达到生气高峰，青山口组沉积后期开始衰减，至距今90Ma左右生烃基本终止，与天然气的成藏期较为匹配，而白垩纪末以后，生气速率逐渐降低，至古近纪时期仍可补充部分天然气，但是气量较少，此时由于后期的构造运动产生较多的CO2，充注至研究区，形成了一些CO2与有机烷烃气的混合气藏。此外，长岭断陷深层早期形成的油藏和分散的液态烃，至白垩纪末以后温度已达到裂解温度(大于200℃)。中浅层有良好的盖层封闭条件，早期形成的油气没有大规模损失破坏，后期演变为固体沥青，充填于岩石矿物的裂隙之间，对储层成岩作用有重要的抑制作用。
 
4 结论
1) 长岭断陷火山岩储层既存在气态烃包裹体，又存在液态烃类包裹体，但以气态烃包裹体为主。气态包裹体中含CH4外，还存在较多的CO2，其中达尔罕构造营城组包裹体中CO2含量较高，这与天然气藏中CO2相对含量的变化趋势一致。
2) 腰英台构造带包裹体均一化温度为120～153℃，存在2个峰值，前锋值对应于液态烃类的充注高峰，后峰值对应于气态烃类的充注高峰，但基本上油气呈持续充注成藏，充注时间为距今84～93Ma，相当于青山口组沉积中后期至嫩江组时期。
3) 达尔罕构造包裹体第一期均一化温度分布范围为126～135℃，对应于青山口组沉积中后期至嫩江组时期；第二期均一化温度为147～159℃，对应于CO2充注期，CO2充注时间为距今81～85Ma，相当于嫩江组的后期至四方台组早期，大规模的无机CO2产生于新近纪之后。
参考文献
[1] 蔡先华.松辽盆地南部长岭断陷的火山岩分布及成藏规律[J].石油地球物理勘探，2002，37(3)：291-294.
[2] 邓玉胜，王蕴，朱桂生，等.松辽盆地南部长岭断陷火成岩特征及其对油气藏的控制[J].中国石油勘探，2003，8(3)：31-37.
[3] 陆建林，王果寿，蔡进功，等.长岭断陷火山岩气藏勘探潜力[J].天然气工业，2007，27(8)：13-15.
[4] EADINGON P J，HAMILTON P J，BAI G P. Fluid history analysis-a new concept for prospect evaluation[J].APEA Journal，1991，31：202-294.
[5] 刘德汉.包裹体研究——盆地追踪的有力工具[J].地学前缘，1995，2(3/4)：149-154.
[6] KARLSEN D A，NEDKVITNE T，LARTER S R，et al. Hydrocarbon composition of authigenic inclusions application to elucidation of petroleum reservoir filling history[J].Geochimica Et Cosmochimica Acta，1993，57：3641-3659.
[7] LISK M，O’BRIEN G W，EADINGTON P J. Quantitative evaluation of the oil-leg potential in the Oliver gas field，Timor Sea，Australia[J].AAPG Bulletin，2002，86：1531-1542.
[8] GEORGE S C，LISK M，SUMMONS R E，et al. Constraining the oil charge history of the South Pepper oilfield from the analysis of oil-bearing fluid inclusions[J].Organic Geochemistry，1998，29：631-648.
[9] GEORGE S C，AHMED M，LIU KE-YU，et al. The analysis of oils trapped in the process of secondary migration[J].Organic Geochemistry，2004，35：1489-1511.
[10] 施继锡，李本超，傅家谟，等.有机包裹体及其与油气的关系[J].中国科学：B辑， 1987(3)：318-325.
[11] 冯子辉，任延广，王成，等.松辽盆地深层火山岩储层包裹体及天然气成藏期研究[J].天然气地球科学，2003，14(6)：436-442.
[12] 李景坤，冯子辉，刘伟，等.松辽盆地徐家围子断陷深层天然气成藏期研究[J].石油学报，2006，27(增刊)：42-46.
[13] 李纯泉，陈红汉.徐家围子断陷火山岩储层流体包裹体研究[J].天然气工业，2007，27(8)：20-22.
[14] 王飞宇，金之钧，吕修祥，等.含油气盆地成藏期分析理论和新方法[J].地球科学进展，2002，17(5)：754-762.
[15] 张枝焕，吴聿元，俞凯，等.松辽盆地长岭地区烃源岩地球化学特征[J].新疆石油地质，2002，23(6)：501-506.
[16] 王震亮，刘林玉，于轶星，等.松辽盆地南部腰英台地区青山口组油气运移、成藏机理[J].地质学报，2007，80(3)：419-427.
[17] 张玉明，李明，李瑞磊.松辽盆地南部深层系天然气成藏规律[J].石油与天然气地质，2006，27(6)：841-848.
[18] 杨辉，张研，邹才能，等.松辽盆地深层火山岩天然气勘探方向[J].石油勘探与开发，2006，33(3)：274-281.
 
(本文作者：吴聿元1，2，3 秦黎明4 刘池阳2 冯如进2，3 昝灵4 张枝焕4 1.中国科学院地质与地球物理研究所；2.西北大学地质系；3.中国石化华东分公司；4.“油气资源与探测”国家重点实验室 中国石油大学 北京)