宋世駿 ，劉森 ，梁月霞

（1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069；3.延長(zhǎng)油田股份有限公司富縣采油廠，陜西 延安 716000）

0 引言

鄂爾多斯盆地因延長(zhǎng)組發(fā)育致密油藏聞名于世，前人已對(duì)延長(zhǎng)組的油氣成藏期次進(jìn)行了大量研究，這些研究主要集中在盆地的西部和南部的長(zhǎng)2、長(zhǎng)6、長(zhǎng)7與長(zhǎng)9油層組［1］，對(duì)盆地西南部長(zhǎng)8油層組油氣成藏期次與時(shí)期的研究較少。有機(jī)流體活動(dòng)貫穿了烴源巖從開(kāi)始排烴到油氣儲(chǔ)層形成的整個(gè)過(guò)程，目前對(duì)于油氣成藏期次的研究更多集中在多種實(shí)驗(yàn)方法的運(yùn)用上，往往忽視了致密油層成巖演化、沉積-構(gòu)造演化、烴源巖特征對(duì)油氣成藏過(guò)程的限定，以及對(duì)油氣成藏期次研究的重要性，從而導(dǎo)致對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組這一類致密油層油氣成藏時(shí)間、期次、成巖期次與成藏期次的順序關(guān)系等仍有不同的看法［2］。

本文針對(duì)鄂爾多斯盆地西南部近年來(lái)油氣勘探展現(xiàn)良好勘探潛力的長(zhǎng)8油層組，采集19口鉆井的30塊巖心樣品，利用顯微鏡觀察巖石薄片，在巖石礦物組成及成分分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層瀝青和油包裹體顯微熒光特征、油包裹體伴生鹽水包裹體均一溫度精細(xì)分析，明確長(zhǎng)8油層的油氣充注期次，結(jié)合沉積-構(gòu)造演化、烴源巖特征、成巖-油氣成藏序列特征與地層埋藏?zé)崾?，確定了油氣成藏時(shí)間。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地西南部橫跨陜北斜坡和天環(huán)坳陷2個(gè)構(gòu)造帶，北起環(huán)縣，南到正寧，西自鎮(zhèn)遠(yuǎn)，東至合水，面積約30 000 km2。長(zhǎng)8段沉積時(shí)期構(gòu)造穩(wěn)定，地勢(shì)平緩，以持續(xù)穩(wěn)定沉降為主，大規(guī)模發(fā)育淺水三角洲，大量延伸較遠(yuǎn)的分流河道砂體接近湖盆中心，垂向上砂體相互疊置［3］。

根據(jù)巖性、電性特征，厚度及沉積旋回，可將長(zhǎng)8油層自上而下分為長(zhǎng)81、長(zhǎng)82亞層，其中長(zhǎng)81時(shí)期為長(zhǎng)8儲(chǔ)層最為發(fā)育的階段［4］。研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)集層孔隙度主要為6.00%～10.00%，平均7.74%，滲透率主要為0.05×10-3～0.20×10-3μm2，屬于典型的低孔、低滲儲(chǔ)層。巖心、普通薄片、鑄體薄片觀察及定量統(tǒng)計(jì)的結(jié)果認(rèn)為，研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層主要為細(xì)—中粒巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，填隙物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均17.48%，主要由綠泥石（2.60%）、高嶺石（5.50%）、方解石（8.20%）、鐵方解石（7.70%）、白云石（3.50%）、鐵白云石（3.40%）、硅質(zhì)（3.50%）、鐵泥質(zhì)（8.00%）及伊利石（1.30%）組成。

2 烴源巖特征

前人的油源分析結(jié)果認(rèn)為，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7、長(zhǎng)9優(yōu)質(zhì)烴源巖均可成為盆地長(zhǎng)8油層組油藏的烴源巖。但是長(zhǎng)9烴源巖為一套區(qū)域性烴源巖［5-6］，分布范圍有限，所以就本地區(qū)而言，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為長(zhǎng)7發(fā)育的一套油頁(yè)巖是主要的供烴源巖，油氣成藏以晚期為主。隨著延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖油和致密油研究工作的深入開(kāi)展，近年來(lái)相繼在盆地許多地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量高伽馬泥巖和砂巖，測(cè)井上自然伽馬數(shù)值常大于200 API，個(gè)別達(dá)1 000 API以上，常被誤解釋為油頁(yè)巖。

有學(xué)者將具有這類特征的泥巖和砂巖統(tǒng)稱為高伽馬砂巖，而深部熱液活動(dòng)所帶來(lái)的高放射性物質(zhì)可能導(dǎo)致高伽馬砂巖的形成［7］。高放射性熱液物質(zhì)對(duì)于烴源巖發(fā)育具有重要的促進(jìn)作用［8］。 例如，Karl［9］通過(guò)對(duì)Galapagos熱流體活動(dòng)區(qū)的研究，指出由于熱流體帶來(lái)大量養(yǎng)分，與熱流體活動(dòng)有關(guān)的生物群落的生產(chǎn)力是海洋表面生產(chǎn)力的3.9倍。研究區(qū)高放射性巖系較為發(fā)育、分布較廣，局部地區(qū)測(cè)井自然伽馬數(shù)值達(dá)到800 API，具備成為優(yōu)質(zhì)烴源巖的條件。

3 沉積-構(gòu)造演化

早白堊世之前侏羅紀(jì)地層的沉降作用，加速了地層壓實(shí)作用，使延長(zhǎng)組的烴源巖形成一個(gè)相對(duì)封閉的系統(tǒng)，欠壓實(shí)作用使其形成異常高壓。鄂爾多斯盆地西南部中生界地層普遍存在異常高壓，在早白堊世末期（大約 100 Ma）長(zhǎng) 7 油層組達(dá)到最高［10］。 與此同時(shí)，盆地西南部長(zhǎng)8以淺水三角洲發(fā)育為主，河道砂體相對(duì)穩(wěn)定，疊置砂體發(fā)育，研究區(qū)“東高西低”的構(gòu)造背景更加有利于來(lái)自長(zhǎng)7構(gòu)造低勢(shì)部位的油氣在異常壓力作用下沿構(gòu)造裂縫向下倒灌，然后再側(cè)向經(jīng)分流河道砂體的輸導(dǎo)作用向上運(yùn)移至砂體中聚集成藏［11］。

4 成巖作用及成巖序列

4.1 膠結(jié)作用

4.1.1 硅質(zhì)膠結(jié)

研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)了大范圍的硅質(zhì)膠結(jié)相。硅質(zhì)膠結(jié)包括早成巖期的石英次生加大和中成巖期呈孔隙式充填的自生石英（見(jiàn)圖1，其中藍(lán)色圓圈處為方解石膠結(jié)物）。在藍(lán)光激發(fā)觀察下，石英顆粒加大邊部及后期自生石英往往顯示較強(qiáng)烈熒光，且分布較為廣泛，是使原始孔隙度大幅度降低的主要成巖作用。

4.1.2 黏土礦物膠結(jié)

綠泥石常呈等厚薄膜狀覆蓋在顆粒表面，在顆粒緊密接觸部位仍發(fā)育形成包膜。綠泥石膜包圍的石英顆粒次生加大現(xiàn)象少見(jiàn)，顆粒間剩余粒間孔發(fā)育，鏡下還觀察到綠泥石殘余包膜，內(nèi)部長(zhǎng)石顆粒溶蝕強(qiáng)烈（見(jiàn)圖1c，1f）。以上現(xiàn)象說(shuō)明綠泥石膜膠結(jié)形成早于強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用、石英次生加大以及溶蝕作用，成巖階段在早成巖階段A期，可以有效延緩早期成巖作用對(duì)孔隙發(fā)育的破壞性影響。

高嶺石在研究區(qū)砂巖中主要以填隙物方式產(chǎn)出，呈書(shū)頁(yè)狀集合體形式。這種高嶺石分布于長(zhǎng)石顆粒表面及次生溶蝕孔隙中，是中成巖A期長(zhǎng)石大規(guī)模溶蝕的產(chǎn)物，會(huì)堵塞孔隙，但晶間孔的發(fā)育在一定程度上有利于致密儲(chǔ)層。

4.1.3 碳酸鹽膠結(jié)作用

碳酸鹽膠結(jié)物是研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層主要的膠結(jié)物類型之一，在不同時(shí)期均有析出，在晶形和成分上存在差異。研究區(qū)主要存在早、晚2期碳酸鹽膠結(jié)物，以早期方解石、晚期連晶方解石（見(jiàn)圖1e、圖1g）和鐵方解石為主（見(jiàn)圖1d）。鏡下薄片觀察到，被碳酸鹽膠結(jié)的儲(chǔ)層物性很差，視域中基本無(wú)孔隙，是儲(chǔ)層砂體致密化的表現(xiàn)。研究區(qū)長(zhǎng)8段砂巖碳酸鹽膠結(jié)物中碳同位素δ13CPDB值的測(cè)試范圍為－9.58‰～－13.61‰，均為負(fù)值，平均為－5.50‰；氧同位素δ18OPDB值均為中等負(fù)值，范圍為－22.51‰～－18.91‰，平均為－19.88‰［12］，屬于與有機(jī)質(zhì)有關(guān)的碳酸鹽，說(shuō)明碳酸鹽膠結(jié)物形成時(shí)已經(jīng)有原油進(jìn)入儲(chǔ)層［12］。經(jīng)鐵氰化鉀試劑染色證實(shí)，C，O同位素測(cè)試的充填孔隙的方解石染色后為紅色 （見(jiàn)圖1e、圖1g藍(lán)色圓圈處），為普通的連晶方解石，較厚的被油侵染的自生綠泥石膜形成的原生孔隙及長(zhǎng)石溶蝕次生孔隙往往充填連晶方解石，以上說(shuō)明連晶方解石形成晚于油氣充注事件和溶蝕作用，成巖階段主要在中成巖A階段的中后期。早期方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，這與有機(jī)質(zhì)成熟釋放的有機(jī)酸溶蝕有關(guān)。

圖1 研究區(qū)長(zhǎng)8段砂巖儲(chǔ)層成巖現(xiàn)象

4.2 溶蝕作用

研究區(qū)目的層在地質(zhì)歷史上最大埋深接近4 000 m［13］，烴源巖在熱演化過(guò)程中會(huì)形成大量有機(jī)酸和碳酸等酸性流體，導(dǎo)致砂巖儲(chǔ)層中長(zhǎng)石、雜基、早期碳酸鹽膠結(jié)物等組分發(fā)生較強(qiáng)烈的溶蝕現(xiàn)象，形成溶蝕粒間孔隙、溶蝕粒內(nèi)孔隙，甚至長(zhǎng)石鑄?？祝f(shuō)明溶蝕作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層物性的改善作用較顯著（見(jiàn)圖1e，1g）。

4.3 破裂作用

研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層裂縫以成巖微裂縫為主，在長(zhǎng)石顆粒與碳酸鹽膠結(jié)物中均可見(jiàn)。通過(guò)熒光觀察發(fā)現(xiàn)部分裂縫被發(fā)熒光的有機(jī)質(zhì)充填（見(jiàn)圖1i），這些裂縫極大地改善了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)，為油氣提供了良好的運(yùn)移通道。

4.4 成巖序列

根據(jù)上述幾種主要的成巖現(xiàn)象，推測(cè)研究區(qū)的成巖序列大致為：自生綠泥石—早期方解石—石英加大—自生高嶺石—溶蝕作用和油氣充注—連晶方解石膠結(jié)—鐵方解石膠結(jié)。機(jī)械壓實(shí)作用在成巖作用過(guò)程中一直存在（見(jiàn)圖2）。

圖2 研究區(qū)長(zhǎng)8致密儲(chǔ)集層成巖演化序列及油氣充注史

5 成巖演化與成藏過(guò)程關(guān)系

油氣成藏是動(dòng)態(tài)過(guò)程，不同成巖演化階段的成巖作用與形成的自生礦物可反映不同的成藏過(guò)程［14］。研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層顆粒關(guān)系主要是點(diǎn)-線、線接觸，石英顆粒次生加大以Ⅰ，Ⅱ級(jí)為主（見(jiàn)圖1a）。碳酸鹽膠結(jié)以連晶方解石、鐵方解石為主。次生鹽水流體包裹體均一溫度主要為85～130℃。綜合分析認(rèn)為，鄂爾多斯盆地西南部長(zhǎng)8致密儲(chǔ)層經(jīng)歷了早成巖階段及中成巖A期階段。

根據(jù)成巖作用、成巖序列特征及成巖階段劃分結(jié)果，繪制了研究區(qū)長(zhǎng)8致密儲(chǔ)層成巖演化圖（見(jiàn)圖2）。如圖2所示，在早成巖階段，伴隨埋深增加，壓實(shí)作用逐漸增強(qiáng)，孔隙水逐漸被排出，沉積物總體積逐漸減少，導(dǎo)致碎屑變形和重新組合，總孔隙度降低，巖石趨于致密，隨著硅質(zhì)、早期碳酸巖等膠結(jié)作用增強(qiáng)，更加劇了巖石的致密，儲(chǔ)層孔隙度從36.51%降至6.82%。

隨著埋深進(jìn)一步增加，長(zhǎng)7油層組有機(jī)質(zhì)成熟排烴釋放有機(jī)酸，至中成巖A早期，大規(guī)模有機(jī)酸進(jìn)入儲(chǔ)層，巖石礦物發(fā)生溶蝕，有效改善了儲(chǔ)層的物性，自生高嶺石與自生石英等酸性礦物組合的出現(xiàn)標(biāo)志著成巖環(huán)境由堿性向酸性逐漸變化，油氣開(kāi)始大規(guī)模充注。溶蝕作用產(chǎn)生的次生溶蝕孔隙、早期綠泥石膜形成的剩余粒間孔、高嶺石發(fā)育的晶間孔及成巖微裂縫使致密儲(chǔ)層相對(duì)高孔高滲。

中成巖A中期，隨著埋深增加，有機(jī)質(zhì)的成熟度進(jìn)一步升高，生成大量凝析油和濕氣，減少了CO2來(lái)源，使孔隙流體的性質(zhì)由酸性向堿性轉(zhuǎn)化，有機(jī)酸質(zhì)量濃度降低，孔隙流體中的鐵離子逐漸剩余，含連晶方解石、鐵方解石等碳酸鹽礦物形成強(qiáng)烈的膠結(jié)作用，總孔隙度最終平均為7.74%。綜上所述，酸性成巖環(huán)境向堿性成巖環(huán)境過(guò)渡期即為油氣成藏期，而油氣聚集成藏可能主要發(fā)生在中成巖A中期，即早白堊世末期。

6 流體包裹體測(cè)試分析

6.1 流體包裹體期次及特征

油包裹體的熒光特征是與鹽水包裹體進(jìn)行區(qū)別的最有效方法。油包裹體的熒光顏色是不同成熟度油氣的直接顯示［15-17］，在藍(lán)光照射下表現(xiàn)出熒光顏色由暗褐色—橘黃色—黃綠色—暗綠色變化，反映有機(jī)質(zhì)成熟度從低向高演化。

研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層中所捕獲的流體包裹體類型豐富（見(jiàn)表1），數(shù)量眾多且個(gè)體較小。根據(jù)包裹體宿主礦物的成巖序列，結(jié)合油包裹體的相態(tài)及顯微熒光特征等，長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖中可以識(shí)別出2期油包裹體。

表1 研究區(qū)長(zhǎng)8油層組油包裹體特征

第1期油包裹體呈條帶狀分布在石英顆粒內(nèi)裂紋及未切穿次生加大邊裂紋中，主要包括液態(tài)油包裹體、氣液兩相油包裹體及不顯示熒光的瀝青包裹體。其中，液態(tài)油包裹體和氣液兩相油包裹體在藍(lán)光激發(fā)下呈亮黃色熒光。第2期的包裹體數(shù)量相比第1期多，其中，油包裹體呈橢圓形孤立狀、條帶狀分布在石英顆粒加大邊、穿石英顆粒裂紋及連晶方解石膠結(jié)物中，主要由液態(tài)油包裹體和氣液兩相油包裹體組成，受藍(lán)光激發(fā)后呈黃綠色熒光。另外，儲(chǔ)層瀝青通過(guò)顯微熒光觀察也可分為2期：第1期賦存在石英顆粒周?chē)话l(fā)熒光，為鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組油層中常見(jiàn)的早期碳質(zhì)瀝青。第2期賦存在石英顆粒加大邊外圍，發(fā)土黃色熒光，可能是因?yàn)橥砥跒r青與早期碳質(zhì)瀝青發(fā)生混染的結(jié)果。

6.2 流體包裹體均一溫度特征

根據(jù)油包裹體的巖相學(xué)特征，按照其形成時(shí)間的先后期次順序分別測(cè)量油包裹體伴生鹽水包裹體的均一溫度，共計(jì)102個(gè)鹽水包裹體。結(jié)果表明，早期發(fā)亮黃色油包裹體伴生鹽水包裹體的均一溫度為85～115℃，晚期發(fā)黃綠色熒光油包裹體伴生鹽水包裹體的均一溫度為110～130℃，這一結(jié)果與長(zhǎng)7烴源巖發(fā)生過(guò)至少2次生排烴作用的認(rèn)識(shí)一致，反映了本區(qū)早晚2期油氣充注特點(diǎn)。

7 油氣成藏期次與成藏時(shí)間

運(yùn)用PetroMod盆地模擬軟件對(duì)研究區(qū)主要探井的埋藏史、熱演化史進(jìn)行模擬。以Z233井為例（見(jiàn)圖2），將測(cè)定的來(lái)自長(zhǎng)81段鹽水包裹體均一溫度的主峰值投影到埋藏史中，可確定各期次油氣的充注時(shí)間。

綜合烴源巖、沉積-構(gòu)造演化、成巖演化特征，根據(jù)油包裹體、儲(chǔ)層瀝青顯微熒光特征及鹽水包裹體均一溫度的測(cè)定結(jié)果，可以認(rèn)為研究區(qū)長(zhǎng)8油層主要分為2期油氣充注事件：第1期在130～120 Ma，油包裹體發(fā)近亮黃色熒光，成熟度較低，代表了早期油氣生成運(yùn)移的時(shí)間；第2期在105～100 Ma，油包裹體發(fā)黃綠色熒光，成熟度較高，代表本區(qū)主要油氣聚集成藏時(shí)間。

8 結(jié)束語(yǔ)

穩(wěn)定疊置的砂體致密儲(chǔ)層表現(xiàn)出的相對(duì)高孔高滲、“東高西低”的構(gòu)造背景以及上覆長(zhǎng)7高放射性烴源巖共同為研究區(qū)長(zhǎng)8致密油層提供了良好的成藏條件。綜合研究認(rèn)為，研究區(qū)存在2個(gè)成藏期次。

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