王 淼, 宋國(guó)奇, 王學(xué)軍, 陳 勇, 張韓靜, 劉 慶,張學(xué)軍, 李冠華, 張 輝

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)深層油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島 266580; 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580; 3.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司,山東東營(yíng) 257000;4.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,山東東營(yíng) 257015)

咸化湖相烴源巖在中國(guó)新生代地層中發(fā)育廣泛,是含油氣盆地中最為重要的優(yōu)質(zhì)烴源巖,由于其較高的有機(jī)質(zhì)豐度和良好的生烴潛力,其發(fā)育機(jī)制、有機(jī)質(zhì)賦存特征以及生烴過(guò)程等相關(guān)研究已較為深入[1-3]。順層纖維狀脈體在泥質(zhì)烴源巖中廣泛賦存,因其形態(tài)像動(dòng)物的肌肉纖維也被稱作“Beef”[4],多數(shù)Beef的形成過(guò)程與異常高流體壓力密切相關(guān),其中有機(jī)質(zhì)生烴增壓作用被認(rèn)為是Beef形成最主要的原因[5-7],因此其內(nèi)賦存了大量與烴源巖生排烴過(guò)程相關(guān)的流體信息,可用于追溯有機(jī)質(zhì)成巖演化等方面的地質(zhì)過(guò)程。濟(jì)陽(yáng)坳陷早期油氣指的是古近紀(jì)沙一段至東營(yíng)組沉積末期生成并成藏的油氣,晚期油氣則對(duì)應(yīng)館陶組至今形成的油氣,傳統(tǒng)的勘探思路認(rèn)為研究區(qū)古近系來(lái)源油氣具有“兩期成藏、晚期為主”的特點(diǎn),因此有關(guān)研究區(qū)成藏特征的研究主要集中在晚期。近年來(lái)隨著咸化湖盆烴源巖具有早生早排、生排烴時(shí)間長(zhǎng)以及資源量大等新認(rèn)識(shí)的提出[2-3,8],特別是三合村油田的發(fā)現(xiàn)和早期成藏證據(jù)的不斷完善[8],顯示了早期成藏的勘探潛力,因此有必要正確認(rèn)識(shí)早期油氣的特征。目前研究區(qū)早期油氣的相關(guān)研究還相對(duì)較少,且主要集中在儲(chǔ)層,因此筆者以東營(yíng)凹陷三口重點(diǎn)探井烴源巖內(nèi)Beef為研究對(duì)象,通過(guò)脈體巖相學(xué)、內(nèi)部流體包裹體等方面的分析,結(jié)合顯微熒光光譜和激光拉曼光譜等技術(shù)手段,在證明其為有機(jī)質(zhì)初次生排烴產(chǎn)物的基礎(chǔ)上,從“源”的角度確定東營(yíng)凹陷早期烴類流體特征,對(duì)于認(rèn)識(shí)研究區(qū)烴源巖成巖演化、流體活動(dòng)以及指導(dǎo)早期油氣勘探等方面具有十分重要的意義。

1 地質(zhì)背景

東營(yíng)凹陷位于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷的東南部(圖1(a)),是在古生界基巖古地形背景上經(jīng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育起來(lái)的斷陷-坳陷湖盆,總體走向?yàn)楸睎|向,剖面上具有北斷南超、西陡東緩的特點(diǎn)。在中央斷裂帶以及基底起伏分割的作用下,平面上可劃分為北部陡坡帶、中央隆起帶、利津洼陷、民豐洼陷、牛莊洼陷、博興洼陷和南部緩坡帶等7個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(圖1(b))。自下而上分別發(fā)育孔店組(Ek)、沙河街組(Es)、東營(yíng)組(Ed)、館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)與平原組(Qp)。其中沙三下亞段(Es3下)和沙四上亞段(Es4上)沉積環(huán)境為咸化湖相沉積,是東營(yíng)凹陷主力烴源巖,生烴條件優(yōu)越[2]。在此層段內(nèi)順層纖維狀脈體廣泛發(fā)育,且在全區(qū)都具有一定的普遍性[1]。

研究樣品分別采集于中央隆起帶河130井、牛莊洼陷牛頁(yè)1井以及利津洼陷利頁(yè)1井沙四上亞段(Es4上)和沙三下亞段(Es3下)中的泥質(zhì)烴源巖(圖1(b))。根據(jù)研究區(qū)生烴埋藏史[3,9],主力烴源巖在古近紀(jì)東營(yíng)期均已經(jīng)進(jìn)入生油門(mén)限并開(kāi)始排烴,后由于東營(yíng)運(yùn)動(dòng)造成構(gòu)造抬升,上覆地層被剝蝕造成生烴過(guò)程終止(24.6 Ma);到距今14 Ma凹陷整體再次下沉接受沉積,二次生烴開(kāi)始,因此烴源巖生烴演化以東營(yíng)運(yùn)動(dòng)為界分為初次(早東營(yíng)期)和二次(晚館陶—明化鎮(zhèn)期)兩期生排烴過(guò)程。烴源巖早期生排烴過(guò)程基本上對(duì)應(yīng)有機(jī)質(zhì)成熟作用早期階段(低熟階段,Ro為0.5%～0.7%),前人研究認(rèn)為咸化湖相烴源巖在此階段即具有較高的降解率,相較于其他類型烴源巖而言,可形成數(shù)量可觀的低熟油氣[9]。

圖1 東營(yíng)凹陷區(qū)域地質(zhì)概況Fig.1 Regional geological setting of Dongying Depression

2 試驗(yàn)方法

樣品分別磨制了巖石薄片(厚度為30 μm)和包裹體薄片(厚度為70 μm),觀察設(shè)備為德國(guó)Leica 2700P顯微鏡,為了獲得更好的巖相學(xué)效果,圍巖內(nèi)有機(jī)質(zhì)熒光觀察采用藍(lán)光激發(fā),激發(fā)波長(zhǎng)為475 nm,烴類包裹體熒光觀察為紫外光激發(fā),對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為365 nm。單個(gè)油包裹體的顯微熒光光譜分析設(shè)備為德國(guó)J & M公司生產(chǎn)的TIDAS MSP 400顯微分光光度計(jì);激光拉曼光譜分析設(shè)備采用法國(guó)JobinYvon公司生產(chǎn)的LabRam-010型光譜分析儀,測(cè)試條件:激發(fā)光光源波長(zhǎng)為514.5 nm(綠光),功率約為12 mW,狹縫寬度為100 μm,信號(hào)采集時(shí)間為10 s,物鏡鏡頭采用50倍長(zhǎng)焦距鏡頭,為確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,每次測(cè)試之前均采用硅片進(jìn)行校正。

3 Beef發(fā)育特征

3.1 賦存規(guī)律

通過(guò)對(duì)3口井取芯觀察發(fā)現(xiàn),Beef均呈順層富集發(fā)育于沙三下亞段(Es3下)和沙四上亞段(Es4上)的咸化湖相烴源巖中,形態(tài)為透鏡狀或薄片狀,規(guī)模不等,大小不一,其中薄片狀脈體最厚不超過(guò)2 mm,透鏡狀短軸厚度最厚大于8 mm,最薄則只有幾十微米,橫向延伸較遠(yuǎn),終止于紋層之間(圖2(a))?？v向上,Beef只出現(xiàn)在一定的埋深之下(上限埋深分別為3 225、3 295和3 630 m),生烴史顯示含脈圍巖均已進(jìn)入生烴門(mén)限。脈體發(fā)育具有非常明顯的非均質(zhì)性,垂向上脈體發(fā)育層段與不發(fā)育層段交替出現(xiàn),Beef主要賦存于顏色較深的水平紋層理發(fā)育的頁(yè)巖中,在脈體發(fā)育層段,Beef整體厚度在十幾米到幾十米不等(圖2(b)～(d)陰影部分),在塊狀泥巖中豐度較低，規(guī)模也較小。另外脈體發(fā)育層段有機(jī)質(zhì)豐度要明顯高于脈體不發(fā)育層段,3口井脈體不發(fā)育層段和發(fā)育層段平均有機(jī)碳含量分別為3.68%和 6.85%、2.27%和 4.02%以及3.68%和 5.56%,表明脈體形成不僅受?chē)鷰r結(jié)構(gòu)的影響,還與有機(jī)質(zhì)豐度、賦存狀態(tài)及其演化有關(guān)。

3.2 微觀巖相學(xué)特征

微觀上,Beef發(fā)育層段圍巖紋層結(jié)構(gòu)特征明顯(圖3(a)),與高有機(jī)碳含量相對(duì)應(yīng),圍巖有機(jī)質(zhì)發(fā)育程度較高且順層富集,很難見(jiàn)到原始隱晶質(zhì)碳酸鹽紋層。少數(shù)情況下,Beef賦存于有機(jī)質(zhì)紋層和隱晶碳酸鹽紋層之間,而多數(shù)則賦存于有機(jī)質(zhì)紋層內(nèi)部相鄰兩個(gè)連續(xù)性較好的呈黃色熒光的層狀藻之間,能譜分析顯示該紋層富C、O,貧Al、Si,說(shuō)明組成主要以有機(jī)質(zhì)為主,黏土礦物含量較低(圖3(b))。

鏡下觀察顯示,Beef內(nèi)部晶體顆粒垂直于脈壁分布,晶體之間呈梳狀規(guī)則排列平直且統(tǒng)一,形態(tài)為纖維狀(圖3(c)～(e)),激光拉曼光譜分析顯示脈體內(nèi)晶體均為方解石(圖3(f)),陰極發(fā)光整體呈暗紅色(圖3(d)),說(shuō)明脈體富鐵貧錳且為一期成巖流體產(chǎn)物。多數(shù)脈體內(nèi)均存在一明顯的中間面,且與脈壁走向相一致,其物質(zhì)組成為浸染了瀝青質(zhì)的方解石(圖3(f)),中間面兩側(cè)晶體連續(xù)并具有相同的消光方位(圖3(e)),說(shuō)明纖維狀晶體具有背生式連續(xù)生長(zhǎng)的特征,即存在兩個(gè)生長(zhǎng)界面位于脈體和圍巖的接觸面上,向圍巖方向生長(zhǎng),因此脈體最初的沉淀位置位于中間面,而相對(duì)最晚的沉淀發(fā)生在脈體與圍巖的接觸面上。脈體內(nèi)晶體顆粒之間礦物邊界平滑,與通過(guò)裂縫開(kāi)啟-閉合的幕式晶體生長(zhǎng)理論[10]所形成的鋸齒狀礦物邊界明顯不同,再次說(shuō)明晶體的生長(zhǎng)是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程[11]。另外Beef內(nèi)單個(gè)晶體沿其生長(zhǎng)方向?qū)挾任幢憩F(xiàn)出明顯的增加,即晶體彼此之間不存在生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng),這主要是由于生長(zhǎng)界面處裂縫尺度(晶體生長(zhǎng)空間)較小造成的,也就是說(shuō)晶體的生長(zhǎng)控制了水平裂縫的擴(kuò)張,形成沿優(yōu)勢(shì)結(jié)晶方向生長(zhǎng)的晶體[12]。

圖2 頁(yè)巖中Beef宏觀巖相學(xué)及發(fā)育特征Fig.2 Macro-petrography and occurrence features of Beef in shales

圖3 頁(yè)巖中Beef微觀巖相學(xué)特征Fig.3 Micro-petrography features of Beef in shales

4 Beef為烴源巖早期生排烴階段產(chǎn)物

4.1 包裹體巖相學(xué)特征

通過(guò)顯微觀察,東營(yíng)凹陷烴源巖Beef內(nèi)發(fā)育有大量烴類流體包裹體,主要為氣液兩相(圖4(a)),少數(shù)情況下可見(jiàn)純液相烴類包裹體(圖4(b))。包裹體位于纖維狀晶體之間垂向排列,或位于方解石脈體內(nèi)部呈面狀分布,烴類包裹體組合(Oil inclusion assemblages,OIAS)整體走向以及其內(nèi)部多數(shù)包裹體長(zhǎng)軸方向均與纖維狀方解石晶體長(zhǎng)軸走向(優(yōu)勢(shì)結(jié)晶方向)相一致(圖4(c)),暗示了其原生成因,直接證實(shí)了Beef為有機(jī)質(zhì)生排烴過(guò)程的產(chǎn)物。同一OIA中包裹體液相烴類流體特征一致,多數(shù)透光下為褐色—無(wú)色,對(duì)應(yīng)棕黃色—黃色—黃綠色的熒光(圖4(a)～(e)),少數(shù)情況下呈現(xiàn)綠色熒光OIA(圖4(f))。由于石油的熒光特征主要取決于其內(nèi)部化學(xué)組成芳香烴和非烴的含量,且隨著熱演化程度增加，不飽和烴含量降低,熒光顏色逐漸藍(lán)移,因此在脈體形成過(guò)程中烴類流體成熟度總體較低。沿晶體主要生長(zhǎng)方向具有不同熒光顏色的OIA分布并未出現(xiàn)分帶現(xiàn)象,說(shuō)明不同成熟度的OIA出現(xiàn)在同一脈體中并非是由埋深增加引起的成巖演化加深所導(dǎo)致。此外有些OIA內(nèi)部分烴類包裹體中含有瀝青質(zhì),形成含瀝青質(zhì)油(氣)不混溶烴類包裹體(圖4(a)、(d)、(e)),說(shuō)明成脈流體介質(zhì)較為復(fù)雜。

圖4 Beef中流體包裹體微觀巖相學(xué)特征Fig.4 Fluid inclusions petrography within Beef

Beef內(nèi)烴類包裹體均為原生成因,指示其成脈流體為液態(tài)烴類和鹽水溶液體系,其中鹽水溶液為礦物的沉淀提供了物質(zhì)來(lái)源。其中單相烴類包裹體的存在,指示其超壓成因,且有機(jī)質(zhì)生烴作用所產(chǎn)生的流體異常高壓被普遍認(rèn)為是油氣初次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿13]。另外鹽水包裹體發(fā)育豐度較烴類包裹體而言相對(duì)較低,這一現(xiàn)象可能與方解石油水潤(rùn)濕性差異程度不大有關(guān)[14]。烴類流體優(yōu)先侵入到水平裂縫中,使后期鹽水溶液很難將其排替出來(lái),從而導(dǎo)致油滴優(yōu)先進(jìn)入晶格缺陷,形成烴類包裹體。烴類流體優(yōu)先侵位這一地質(zhì)過(guò)程也被Beef內(nèi)中間面的物質(zhì)組成(浸染了瀝青質(zhì)的方解石)及背生式的生長(zhǎng)巖相學(xué)所記錄。

4.2 烴類包裹體顯微熒光光譜特征

圖5 Beef中烴類包裹體顯微熒光光譜Fig.5 Micro-spectrofluorimetry of hydrocarbon inclusions within Beef

單個(gè)烴類包裹體顯微熒光光譜分析可以進(jìn)一步量化其內(nèi)部烴類流體的化學(xué)組成,進(jìn)而分析其熱演化程度。熒光光譜參數(shù)主峰波長(zhǎng)λmax和紅綠熵Q值(Iλ=650/Iλ=500)是光譜分析過(guò)程中最常用的兩個(gè)參數(shù),且隨著λmax和Q值的減小(熒光顏色藍(lán)移),油包裹體總烴含量、飽和烴含量和原油相對(duì)密度(API度)逐漸增加、芳烴和非烴含量逐漸降低[15]。通過(guò)分析表明,3口井烴源巖脈體中烴類包裹體顯微熒光光譜特征差異不大,整體上成熟度由高到低,峰位主要集中在±450、±510和±570 nm處,形態(tài)呈現(xiàn)單峰或多峰型(圖5),各井熒光顏色和光譜參數(shù)范圍如表1所示。由于部分樣品光譜具有多峰形態(tài),且主峰波長(zhǎng)難以明顯界定,因此采用Q值對(duì)烴類流體化學(xué)組成及API度進(jìn)行分析[15]。結(jié)果顯示總體上東營(yíng)凹陷烴源巖內(nèi)Beef中原生包裹體內(nèi)部烴類流體具有較高的芳烴(質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為38.8%)、非烴(質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為6.8%)含量及較高的API度(平均為32.9)(表1),與研究區(qū)低成熟原油具有相似的族組分組成比例和密度[9]。因此Beef中的原生烴類包裹體指示在礦物結(jié)晶生長(zhǎng)過(guò)程中伴隨有成熟度較低的烴類流體存在,為有機(jī)質(zhì)演化低熟階段的產(chǎn)物。

表1 Beef中烴類包裹體顯微熒光光譜參數(shù)、化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)和API度Table 1 Parameters, calculated chemical composition and API degree from micro-spectrofluorimetry of hydrocarbon inclusions within Beef

4.3 含瀝青質(zhì)包裹體拉曼光譜特征

激光拉曼光譜評(píng)價(jià)瀝青成熟度相較于瀝青反射率直接測(cè)定,其最大的優(yōu)點(diǎn)是不受瀝青光性的影響[16]。測(cè)試結(jié)果顯示,不同埋深烴源巖中Beef內(nèi)原生含瀝青質(zhì)包裹體拉曼光譜特征較為相似,均具有兩個(gè)明顯的拉曼特征峰,即D峰(defect-activated peaks,1 355～1 375 cm-1)和G峰(graphite G peak,±1 600 cm-1),并以后者較強(qiáng)為特征(圖6(a))。拉曼光譜存在強(qiáng)熒光干擾,D峰發(fā)育強(qiáng)度較弱、形態(tài)寬緩且對(duì)稱性較差,G峰尖銳程度不高,說(shuō)明瀝青演化程度相對(duì)較低[16]。

通過(guò)拉曼譜圖D峰和G峰的相對(duì)位移關(guān)系對(duì)不同演化階段(成巖、后生和變質(zhì))的瀝青成熟度進(jìn)行定量分析的研究已經(jīng)較為深入[16-17],由于測(cè)試儀器及研究樣品演化程度的差異,不同研究所采用的分峰擬合方法以及等效Ro計(jì)算特征參數(shù)也不盡相同。采用Wilkins 等[17]提出的適用于成巖階段Ro計(jì)算的公式:

Ro=-3.291+7.432log(VG-VD)-0.306 logSi-2.935 logWHMG-3.118logWHMD.

(1)

式中,WHMX為X峰的半峰全寬,cm-1;VG-VD為G峰和D峰中心位置位移差,cm-1;鞍形系數(shù)Si=H′/S。背景去除、分峰擬合及各特征參數(shù)計(jì)算方法如圖6所示。結(jié)果(表2)表明,3口井Es3下和Es4上烴源巖中Beef內(nèi)原生含瀝青質(zhì)包裹體平均等效Ro分別為0.60%(0.53%～0.67%)和0.58%(0.54%～0.61%),均顯示其形成于有機(jī)質(zhì)演化低熟階段,結(jié)合埋藏史可知東營(yíng)凹陷深部紋層狀烴源巖中Beef為早期(東營(yíng)期)生排烴階段的產(chǎn)物。

圖6 Beef中含瀝青質(zhì)包裹體拉曼光譜特征及分峰擬合Fig.6 Baseline subtraction, curve fit and decomposition of Raman spectra of bitumen inclusions within Beef

有關(guān)含瀝青質(zhì)油(氣)不混溶烴類包裹體成因主要有3種可能:①均一捕獲后溫壓條件改變?cè)斐砂w氣相組分泄露,重組分富集析出;②均一捕獲后等容熱裂解導(dǎo)致瀝青析出;③瀝青、油(氣)和鹽水的非均一捕獲[18]。由于Beef中同一OIA內(nèi)包裹體瀝青充填度差異較大且?guī)r相學(xué)上不存在泄露證據(jù),3口井埋深最高溫度并未達(dá)到大規(guī)模熱裂解門(mén)限溫度160 ℃,因此Beef中含瀝青質(zhì)油(氣)包裹體的形成應(yīng)為瀝青質(zhì)、油(氣)和鹽水體系的非均一捕獲,其中瀝青質(zhì)為低熟階段的直接產(chǎn)物,即源巖早期演化過(guò)程中由有機(jī)質(zhì)直接形成的油前瀝青,這種瀝青由于黏性較大,運(yùn)移距離極為有限[19]。

綜上所述,Beef形成于有機(jī)質(zhì)演化低熟階段,為早期(東營(yíng)期)生排烴階段的產(chǎn)物,且中間面為水平裂縫中最早的烴類流體運(yùn)移分餾所形成的殘留物;另外脈體內(nèi)部賦存的原生烴類包裹體以及單相包裹體也直接說(shuō)明了脈體的垂向擴(kuò)張與超壓含烴流體相伴,因此Beef是紋層狀烴源巖低熟油氣超高壓排烴和初次(橫向)運(yùn)移的重要標(biāo)志。

表2 Beef中原生含瀝青質(zhì)包裹體拉曼光譜特征參數(shù)

5 早期烴類流體特征

5.1 早期成巖演化過(guò)程分析

烴源巖中碳酸鹽礦物的溶蝕需要酸性流體介質(zhì),而有機(jī)質(zhì)演化生成油氣的過(guò)程中產(chǎn)生數(shù)量可觀的有機(jī)酸和CO2為溶蝕提供了流體條件。有機(jī)質(zhì)演化進(jìn)入生油門(mén)限之后到達(dá)生油高峰之前(Ro=0.5%～0.8%),會(huì)產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸和酚,也就是說(shuō),有機(jī)酸主要的形成時(shí)期要早于大量烴類開(kāi)始生成的時(shí)間[20],因此在Beef形成之前烴源巖內(nèi)部流體以有機(jī)酸占主導(dǎo)的酸性流體為主,并對(duì)碳酸鹽礦物的溶解和沉淀起主要控制作用,酸性流體造成圍巖中碳酸鹽巖不斷被溶蝕,產(chǎn)生富Ca2+的流體。上述整個(gè)過(guò)程不斷消耗有機(jī)酸,同時(shí)會(huì)引起烴源巖內(nèi)部流體體系中的二氧化碳分壓(pCO2)增大,隨著演化程度進(jìn)一步加深有機(jī)酸被不斷消耗以及脫羧作用的發(fā)生,方解石的沉淀與溶解作用逐漸受體系內(nèi)pCO2的控制,由于有機(jī)酸根在一定程度上對(duì)流體起緩沖作用,流體中持續(xù)的高pCO2會(huì)導(dǎo)致方解石晶體在酸性流體中逐漸過(guò)飽和,進(jìn)而誘發(fā)其沉淀析出形成脈體[21]。由此可見(jiàn),Beef的物質(zhì)來(lái)源為圍巖中的原始碳酸鹽巖,且其含量對(duì)有機(jī)酸的濃度具有很大的影響,當(dāng)烴源巖中碳酸鹽含量較高時(shí),就會(huì)導(dǎo)致有機(jī)酸的高消耗,從而使進(jìn)入儲(chǔ)層的流體具有碳酸鹽沉淀的傾向,這也解釋了為何含脈圍巖中現(xiàn)今碳酸鹽巖紋層賦存程度普遍較低這一現(xiàn)象[6]。另外蒙脫石脫水向伊利石快速轉(zhuǎn)化階段在時(shí)間上也要早于生油高峰,與有機(jī)質(zhì)低熟階段相對(duì)應(yīng)[22],東營(yíng)凹陷Es3下和Es4上烴源巖中黏土礦物組成以伊利石和伊/蒙混層為主,而綠泥石和高嶺石的含量較低,且隨著埋深的增加伊利石含量逐漸增多,證明蒙脫石伊利石化在圍巖中的普遍存在[3],轉(zhuǎn)化進(jìn)程中產(chǎn)生的Fe2+進(jìn)入流體后,伴隨方解石結(jié)晶進(jìn)入到晶格中,造成Beef富鐵的特征。烴源巖與儲(chǔ)層之間的成巖作用具有協(xié)同效應(yīng),通過(guò)對(duì)烴源巖早期成巖作用的分析可以得出,Beef的成脈流體特征,與前人[23-24]所提到的油氣早期成藏導(dǎo)致的儲(chǔ)層中鐵方解石膠結(jié)作用相一致。

5.2 早期流體超壓壓裂排烴

Beef的形成需要水平裂縫的開(kāi)啟及后期的垂向擴(kuò)張,由于脈體主要富集于高有機(jī)質(zhì)豐度的紋層狀成熟烴源巖中的有機(jī)質(zhì)紋層內(nèi)部,且有機(jī)質(zhì)豐度越高、紋層連續(xù)性越好,Beef發(fā)育豐度就越高,因此有機(jī)質(zhì)生烴增壓作用是誘發(fā)東營(yíng)凹陷紋層狀烴源巖產(chǎn)生水平裂縫的重要原因。隨著埋藏和成巖過(guò)程的不斷加深,有機(jī)質(zhì)紋層產(chǎn)生的液態(tài)烴類會(huì)造成源巖內(nèi)部局部流體壓力升高,由于紋層狀結(jié)構(gòu)泥質(zhì)烴源巖可塑性較低,力學(xué)性質(zhì)具有很強(qiáng)的各向異性,且沿著垂直于紋層的方向抗張強(qiáng)度遠(yuǎn)低于其他方向,有利于水平裂縫的形成。另外在有機(jī)質(zhì)紋層內(nèi)部相鄰兩個(gè)連續(xù)層狀藻之間結(jié)合力較弱,為巖性最薄弱地帶,同時(shí)相較于層理面而言,對(duì)于生烴增壓導(dǎo)致的異常高壓力流體具有近水樓臺(tái)的優(yōu)勢(shì),層狀藻生成的液態(tài)烴類不斷累積,易于原位直接沿此薄弱面突破,形成水平裂縫。因此多數(shù)Beef脈體位于相鄰的兩個(gè)層狀藻之間,同時(shí)上述過(guò)程也闡明了烴類流體在水平裂縫中的優(yōu)先侵位,造成后期方解石晶體缺陷更傾向于捕獲烴類流體而非鹽水溶液。富有機(jī)質(zhì)紋層發(fā)育的烴源巖演化過(guò)程中生烴壓裂產(chǎn)生水平裂縫,為超壓釋放流體排放的一種驅(qū)動(dòng)機(jī)制,東營(yíng)凹陷紋層狀咸化湖相烴源巖在早期產(chǎn)生數(shù)量可觀的低熟油氣,需要經(jīng)歷一個(gè)順層面運(yùn)移的階段,加上少數(shù)由于構(gòu)造作用形成的高角度穿層裂縫,在烴源巖內(nèi)部形成立體的烴類流體初次運(yùn)移網(wǎng)絡(luò)。

水平裂縫開(kāi)啟使裂縫內(nèi)壓力驟降,受縱向上壓力梯度的影響,早期生成的成熟度較低的含烴流體在水平裂縫中不斷累積運(yùn)移,由于低熟油氣重組分含量高,容易發(fā)生運(yùn)移分餾效應(yīng),因此在橫向流動(dòng)過(guò)程中,輕組分易于排出從而導(dǎo)致水平裂縫內(nèi)重組分殘留物的富集。這一進(jìn)程持續(xù)進(jìn)行直到流體中碳酸鈣過(guò)飽和,雛晶方解石晶體在水平裂縫中沉淀析出,包裹且浸染瀝青質(zhì)形成中間面,因此通常情況下中間面與脈壁的走向一致。隨后Beef進(jìn)入垂向擴(kuò)張階段(生長(zhǎng)模式詳見(jiàn)文獻(xiàn)[6]),脈體內(nèi)單相包裹體記錄了纖維狀晶體在垂向擴(kuò)張過(guò)程中流體超壓現(xiàn)象的持續(xù),超壓流體位于中間面兩側(cè)脈壁處生長(zhǎng)界面內(nèi),使水平裂縫始終保持開(kāi)啟狀態(tài),在橫向壓力梯度的控制下含烴流體得以持續(xù)橫向運(yùn)移,因此不同成熟度(不同熒光顏色的烴類包裹體)的烴類流體出現(xiàn)在同一脈體中,也是由于早期低熟油氣的運(yùn)移分餾效應(yīng)造成的。此外脈體微觀巖相學(xué)特征(晶體之間平滑的礦物邊界和生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)被抑制)表明垂向擴(kuò)張階段晶體生長(zhǎng)的連續(xù)性以及水平裂縫尺度的局限性,即晶體的生長(zhǎng)控制了水平裂縫的擴(kuò)張,因此晶體結(jié)晶生長(zhǎng)力也是控制Beef擴(kuò)張的一個(gè)重要因素,若水平裂縫中流體壓力接近于靜巖壓力,那么導(dǎo)致其擴(kuò)張所需的晶體結(jié)晶力則接近于零。研究區(qū)脈體發(fā)育深度大于3 000 m,其靜巖壓力約為70 MPa[13],而方解石在淡水溶液的結(jié)晶壓力平衡條件上限可達(dá)50 MPa[25],所以理論上晶體的結(jié)晶生長(zhǎng)力加上流體靜壓力會(huì)明顯高于上覆載荷的重力,使水平裂縫垂向上得以擴(kuò)張,持續(xù)為早期烴類流體的排出提供有效通道。

6 結(jié) 論

(1)Beef主要發(fā)育在東營(yíng)凹陷有機(jī)質(zhì)含量高的咸化湖相成熟頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)紋層內(nèi),組成礦物皆為纖維狀鐵方解石,整體上為一期成巖流體產(chǎn)物;脈體宏觀賦存規(guī)律、微觀巖相學(xué)特征及其內(nèi)烴類包裹體原生成因表明,脈體形成過(guò)程與有機(jī)質(zhì)初次生排烴階段相對(duì)應(yīng)。

(2)Beef生長(zhǎng)過(guò)程中烴類流體具有較高的芳烴(質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為38.8%)、非烴含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為6.8%)及較高的API度(平均為32.9),成熟度總體較低;脈體中原生含瀝青質(zhì)包裹體平均等效Ro分別為0.60%和0.58%,結(jié)合埋藏史分析顯示其為烴源巖初次(早期)生排烴階段的產(chǎn)物。

(3)東營(yíng)凹陷成熟頁(yè)巖內(nèi)Beef是有機(jī)質(zhì)初次生烴增壓的標(biāo)志,由于咸化湖相烴源巖在低熟階段具有較高的降解率,因此超壓壓裂順層微裂縫排烴是大量早期低熟油氣排出烴源巖的一種重要方式,且在排烴過(guò)程中液態(tài)烴存在明顯的油氣分餾效應(yīng),與脈體形成(裂縫開(kāi)啟和擴(kuò)張)在時(shí)間上相耦合。