賈元琴 胡沛青,2 張銘杰 張同偉 陳克娜 叢亞楠

(1.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 石油天然氣資源中心 蘭州 730000; 2.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西安 710054)

瓊東南盆地是南海北部大陸邊緣的新生代伸展型盆地,賦存有豐富的石油和天然氣資源,是我國重要的海上油氣資源基地之一。1983年以來在崖南凹陷構(gòu)造帶和松南-寶島凹陷周緣區(qū)的集中油氣勘探,現(xiàn)已在崖城地區(qū)發(fā)現(xiàn)了眾多含油氣構(gòu)造,如崖南凹陷周緣的YC21-1和YC13-1構(gòu)造、崖城凸起帶的YC13-4和YC13-6構(gòu)造等。油氣具多期次充注的特點(diǎn),且類型豐富[1,2]。陳紅漢等[3]和胡忠良等[4]通過YC13-1和YC21-1兩個(gè)單井的流體包裹體分析了崖南凹陷油氣充注期次。目前對整個(gè)崖城地區(qū),特別是對崖城組和整個(gè)崖北凹陷油氣充注期次及成藏時(shí)間方面缺乏系統(tǒng)的分析。

流體包裹體分析是沉積盆地儲(chǔ)層油氣充注期次研究的有效手段[5～9]。儲(chǔ)層砂巖成巖作用過程中膠結(jié)物、次生礦物及愈合裂隙形成時(shí)常將其周圍的水、油和氣等流體以包裹體的形式捕獲[10～12]。被捕獲的流體包裹體保留了盆地演化過程中流體的化學(xué)組成、溫度、壓力及鹽度等方面的重要信息,記錄了盆地油氣運(yùn)移、充注和演化的歷史,是油氣成藏研究的原始樣品[13]。利用流體包裹體的顏色、大小、豐度、熒光性質(zhì)和熱學(xué)參數(shù)等特征可分析油氣的成分、運(yùn)移規(guī)模、演化程度和充注的期次及時(shí)間[14～19]。

本文采集了瓊東南盆地崖城地區(qū)崖北凹陷、崖城凸起和崖南凹陷等含油氣構(gòu)造中不同位置崖城組和陵水組砂巖儲(chǔ)層鉆井巖芯樣品,在巖相學(xué)和成巖作用分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行系統(tǒng)的流體包裹體類型、特征、熒光及均一溫度分析,探討了該區(qū)砂巖儲(chǔ)層中油氣充注的主要期次和特征,為該區(qū)油氣藏分布、油氣運(yùn)移方向、成藏機(jī)制和勘探開發(fā)等提供依據(jù)。

1 油氣地質(zhì)背景

瓊東南盆地位于南海北部大陸架的西緣,呈北東向展布,處于印度板塊、歐亞板塊和太平洋板塊的結(jié)合部位,為典型的被動(dòng)大陸邊緣型斷陷裂谷盆地,受三個(gè)板塊相互作用的影響,構(gòu)造復(fù)雜。西與鶯歌海盆地相隔,北與海南隆起帶相接,東北與珠江口盆地相鄰。瓊東南盆地主要包括樂東凹陷、崖南凹陷、崖北凹陷、崖城凸起和松濤凸起等諸多次級(jí)構(gòu)造單元。崖城地區(qū)處在瓊東南盆地的西南部,主要由崖南凹陷、崖城凸起和崖北凹陷3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元組成(圖1),南部以1號(hào)斷裂與鶯歌海盆地相鄰,北邊以5號(hào)斷裂與海南隆起帶相隔,東南以2號(hào)斷裂帶與中央裂陷帶相接。

圖1 瓊東南盆地崖城地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置和鉆井巖相柱狀圖(據(jù)Huang B J,et al[23]和趙必強(qiáng)[24]修改) 1.斷層;2.井位;3砂巖;4.礫巖;5.泥巖;6.取樣鉆井及采樣位置;7.研究區(qū)Fig.1 A map showing the regional tectonic location and partial stratigraphic column for three drilling cores of Yacheng Area in Qiongdongnan Basin(modified from Huang B J,et al[23]and Zhao Biqiang[24])

瓊東南盆地基底由古近系火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖組成,之上依次沉積了始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)崖城組和陵水組、中新統(tǒng)三亞組、梅山組和黃流組、上新統(tǒng)鶯歌海組及第四系。始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)是盆地在斷陷及斷拗期形成的,以斷裂和不整合面為溝通地層間的主要構(gòu)造;中新統(tǒng)及以上地層是盆地在拗陷階段形成的,該階段盆地以快速沉降為主,構(gòu)造活動(dòng)微弱,能向上切入中新統(tǒng)并溝通漸新統(tǒng)的斷裂極少[20,21]。崖城組為灰-深灰色砂巖與薄層深灰黑色泥巖不等厚互層,夾煤層和煤線;陵水組主要為灰白-淺灰色礫巖、砂巖與深灰色泥巖互層,局部見生物灰?guī)r;梅山組以泥巖為主;黃流-鶯歌海組為灰黑色泥巖與灰白色粉砂巖和細(xì)砂巖互層。

瓊東南盆地崖南凹陷崖城組煤系泥巖為主要的烴源巖層,黑色泥巖富含有機(jī)質(zhì)(TOC為1.5%～ 5.0%),發(fā)育Ⅲ型干酪根;陵水組砂巖為主要儲(chǔ)集層,孔隙度高(平均15.1%),滲透性強(qiáng)(40 X10-3～ 500 X 10-3μm2);梅山組泥巖層為直接的蓋層,黃流-鶯歌海組砂泥巖層構(gòu)成區(qū)域蓋層。崖南凹陷的凹陷中心附近的大斷裂和斜坡帶的同沉積斷裂,為油氣向上運(yùn)移提供了通道[22]。

2 樣品與分析方法

2.1 樣品

本文系統(tǒng)采集了瓊東南盆地崖城地區(qū)崖南凹陷YC13-1和YC21-1構(gòu)造、崖城凸起YC8-1構(gòu)造和崖北凹陷YC8-2構(gòu)造5口典型鉆井中陵水組和崖城組巖芯樣品37件(圖1),選取次生巖脈、次生礦物等發(fā)育的樣品,進(jìn)行巖石薄片、流體包裹體片切制及巖相學(xué)、成巖作用和流體包裹體類型、特征顯微觀察和流體包裹體均一溫度測量分析。

巖相學(xué)分析表明,研究樣品主要為粗-中砂巖和含礫砂巖,其次為細(xì)砂巖和泥巖。崖城組主要為灰白色粗-中砂巖和泥巖,其次為含礫砂巖和粉砂巖,碎屑顆粒以石英為主(70%～80%),有少量長石、黑云母和其它巖屑,含黃鐵礦和炭屑,粒間空隙被碳酸鹽膠結(jié)物和粘土雜基充填,石英次生加大邊發(fā)育,多被溶蝕成港灣狀。陵水組主要為淺灰色粗粒長石砂巖,其次為粉砂巖和泥巖,石英次生加大和溶蝕作用較普遍。樣品普遍經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕、重結(jié)晶和交代等成巖作用的影響,廣泛發(fā)育有機(jī)質(zhì)充注形成的細(xì)脈。

圖2 石英裂隙中的不同類型包裹體a-b,崖南凹陷YC13-1-A1井3 757 m(Ey)砂巖中含烴鹽水溶液包裹體(OWL)和液態(tài)烴包裹體(OL),具黃綠色熒光,b為熒光照片;cd,YC21-1-3井4 632 m(E)砂巖中鹽水溶液包裹體(WL)、氣液兩相烴包裹體(OL-OG)和瀝青包裹體(A),具淡藍(lán)色熒光,d為熒光照片; e-f,崖北凹陷YC8-2-1井3908m(Ey)崖南凹陷YC13-1-A1井3757 m(E)砂巖中鹽水溶液包裹體(WL)和烴類包裹體(OL).Fig.2 Different types of organic fluid inclusions trapped in cracks of detnial quartz

2.2 分析方法

根據(jù)儲(chǔ)層砂巖中流體包裹體在顯微鏡下的分布特征,選擇石英顆粒次生裂隙中的包裹體進(jìn)行分析。包裹體的類型、特征觀察采用Olympus包裹體分析顯微鏡,遵循從低倍向高倍鏡下觀察的順序,先在低-中倍鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)在次生礦物或裂隙中規(guī)律性排列的小黑點(diǎn)呈群體狀或枝蔓狀出現(xiàn)時(shí),轉(zhuǎn)換成高倍物鏡進(jìn)行詳細(xì)觀察。熒光分析采用E400-Nikon雙通道熒光-透射光顯微鏡,配備Lucia微束(≥2 m)熒光光譜分析儀,觀測條件:激發(fā)波長為H3420～490 nm,雙色反射鏡RKB510 nm,保護(hù)濾波器515 nm,光源采用100 W Hg燈。流體包裹體均一溫度的測定采用Linkam THMS 600G型冷熱臺(tái)完成,測定誤差為±0.5℃,均一溫度測定時(shí)初始升溫速率為10℃/ min,當(dāng)包裹體臨近均一狀態(tài)時(shí)升溫速率調(diào)整為5℃/ min,觀測物鏡據(jù)流體包裹體的大小分別用L32 X/ 0.4p、H50 X/0.5和H100 X/0.75長焦距物鏡。流體包裹體顯微特征的觀察、熒光分析和均一溫度在蘭州大學(xué)石油天然氣資源中心和中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究中心完成。

3 結(jié)果

3.1 流體包裹體的顯微特征

崖城地區(qū)漸新統(tǒng)儲(chǔ)層砂巖次生礦物中流體包裹體普遍較發(fā)育。流體包裹體形狀多樣,大小不一,呈串珠狀分布于石英碎屑顆粒的次生裂隙愈合縫、加大邊和重結(jié)晶的碳酸鹽礦物及石英中,主要由鹽水溶液包裹體、含烴鹽水包裹體、氣態(tài)烴包裹體、液態(tài)烴包裹體、氣液兩相烴包裹體、氣液固體瀝青三相烴包裹體和瀝青包裹體等組成,透射光下呈深褐色及淺灰色,個(gè)別呈淺紅褐色,具淡黃-黃綠色或藍(lán)-藍(lán)白色熒光(圖2)。崖南凹陷、崖城凸起和崖北凹陷等次級(jí)構(gòu)造單元不同時(shí)代的地層中流體包裹體的特征及類型組合略有差異(表1)。

崖南凹陷漸新統(tǒng)砂巖有機(jī)包裹體含量豐富,呈串珠狀分布在石英顆粒的微裂隙或切穿石英顆粒的裂隙中,根據(jù)其在鏡下產(chǎn)出狀態(tài)和組合類型方面的差異可分為兩類:第一類包裹體多為淺褐色,形狀規(guī)則,個(gè)體一般在2～10μm之間,由氣液比為5%～15%的氣液兩相烴包裹體和液態(tài)烴包裹體組成,偶見氣液固三相烴包裹體;第二類包裹體顏色較深,形狀多樣,呈近圓形、橢圓形或不規(guī)則狀,大小在5～12μm之間,個(gè)別可達(dá)30μm,氣液比變化較大,約在10%～60%之間,以含烴鹽水溶液包裹體、氣態(tài)烴包裹體、氣液兩相態(tài)烴包裹體和氣液固三相烴包裹體為主,含少量瀝青包裹體。

崖城凸起中陵水組有機(jī)包裹體含量較低,顏色較淺,多為淺褐色,呈串珠狀分布在石英顆粒的微裂隙中,個(gè)體小而均勻,約為3μm,主要由氣液比為10%左右的氣液兩相烴包裹體組成;崖城組有機(jī)包裹體豐度相對較高,除發(fā)育一類特征相似于陵水組包裹體外,還發(fā)育一類個(gè)體較大包裹體,多為紅褐色或灰褐色,呈串珠狀分布在切穿石英顆粒的裂隙或微裂隙中,主要由氣液比為15%～60%的含烴鹽水溶液包裹體、液態(tài)烴包裹體、氣態(tài)烴包裹體、氣液兩相態(tài)烴包裹體和氣液固三相烴包裹體組成,偶見瀝青包裹體。

表1 瓊東南盆地崖城地區(qū)流體包裹體特征Table1 Characteristics of fluid inclusions in Yacheng area of Qiongdongnan Basin

崖北凹陷崖城組發(fā)育相互穿插的兩類包裹體。第一類包裹體呈橢圓形和長條狀,以串珠狀分布在石英顆粒的微裂隙或切穿石英顆粒的裂隙中,主要由氣液比為10%～20%的液態(tài)烴包裹體和氣液兩相烴包裹體組成;第二類包裹體呈帶狀切穿第一類包裹體,呈近圓狀、長條狀或不規(guī)則狀,主要由氣液比為30% ～60%的氣態(tài)烴包裹體和氣液兩相烴包裹體組成。

圖3 崖城地區(qū)漸新統(tǒng)流體包裹體均一溫度直方圖 A崖南凹陷;B崖城凸起和崖北凹陷Fig.3 Histogram of fluid inclusion homogenization temperatures of Oligocene reservoirs in Yacheng area

由上可知,崖城地區(qū)漸新統(tǒng)儲(chǔ)層中流體包裹體比較發(fā)育。同一構(gòu)造單元不同地層或同一地層不同深度處包裹體特征略有差異:陵水組地層中有機(jī)包裹體較崖城組個(gè)體小、豐度低,同一地層中隨埋藏深度的減小有機(jī)包裹體的豐度降低。

3.2 流體包裹體的均一溫度

儲(chǔ)層中與烴類包裹體伴生的鹽水溶液包裹體的均一溫度可反映儲(chǔ)層油氣運(yùn)移時(shí)的溫度[25～27]。崖城地區(qū)漸新統(tǒng)砂巖樣品中與烴類包裹體伴生的鹽水溶液包裹體的均一溫度見表1。均一溫度主要集中在113～188℃之間。從南到北的構(gòu)造單元中,與同期有機(jī)包裹體伴生的鹽水包裹體的均一溫度呈降低趨勢,崖南凹陷崖城組和陵水組鹽水包裹體均一溫度分布于130～190℃和110～190℃之間,均存在130～ 160℃和160～190℃兩組主峰。崖城凸起和崖北凹陷崖城組鹽水包裹體均一溫度的分布范圍為130～ 150℃和120～160℃,主峰為130～160℃(圖3)。

4 討論

4.1 油氣充注期次與特征

崖城地區(qū)不同構(gòu)造單元漸新統(tǒng)砂巖中有機(jī)包裹體廣泛發(fā)育,其顏色、熒光特征、相組分以及均一溫度各具特征,揭示油氣演化的不同階段。

崖南凹陷和崖城凸起漸新統(tǒng)砂巖中的有機(jī)包裹體顯微特征、分布特征和組合類型可分為兩大類,第一類有機(jī)包裹體較第二類顏色淺、氣態(tài)烴包裹體和氣液固三相烴包裹體含量少,伴生鹽水包裹體均一溫度低,分別為130～160℃和160～190℃,分別具黃-黃綠色和淡藍(lán)色熒光,說明第一類有機(jī)包裹體所含油氣的演化程度明顯低于第二類,與Ro揭示的結(jié)果一致(兩期油氣的Ro分別為0.8%～1.0%和1.53%～ 1.84%)?？赡転閬碜匝履习枷菅鲁墙M煤系烴源巖生成的油氣經(jīng)砂體、不整合面和斷裂等疏導(dǎo)體系的作用進(jìn)入儲(chǔ)層,并在成巖作用過程中捕獲于次生礦物,其所含油氣屬于正常成熟-過成熟的熱成因煤型油氣(δ13C1值主要分布在-34‰～-39.9‰之間,δ13C2組成為-27‰～-20‰[21])。表明崖南凹陷和崖城凸起漸新統(tǒng)地層儲(chǔ)層兩期不同演化程度的油氣充注[3,24]。

崖南凹陷YC21-1-3井陵水組以淡黃色和淺藍(lán)色熒光的含烴鹽水溶液包裹體為主,含少量瀝青包裹體、液態(tài)烴包裹體和氣態(tài)烴包裹體(圖2),表明在YC21-1構(gòu)造陵水組儲(chǔ)層存在兩期油氣充注運(yùn)移,這與電測解釋(含氣水層)及古壓力的模擬結(jié)果[4]相符。

崖北凹陷崖城組儲(chǔ)層不同深度砂巖中普遍存在呈穿插關(guān)系的兩類有機(jī)包裹體,代表兩期油氣的充注,伴生鹽水包裹體均一溫度為120～160℃,主峰為130～160℃,揭示了一期油氣充注。油氣主要是通過伸向烴源巖層深部的砂體及斷層運(yùn)移,油氣的熱演化程度較低,屬于陸源石蠟型油及油型伴生氣(C2+重?zé)N含量高達(dá)32.4%、干燥系數(shù)為0.67)[21]。

據(jù)上認(rèn)為崖城地區(qū)漸新統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層中至少發(fā)生過兩期油氣的充注,第一期油氣主要為淡黃-黃綠色熒光的油氣,運(yùn)移時(shí)的溫度在130～160℃之間;第二期油氣主要為淡藍(lán)色-藍(lán)白色熒光的油氣,運(yùn)移時(shí)的溫度在160～190℃之間。

4.2 油氣充注時(shí)間

含烴熱流體注入儲(chǔ)層形成油氣藏過程中,驅(qū)替了原來的孔隙流體形成有機(jī)包裹體和鹽水溶液包裹體,因此伴生的鹽水溶液包裹體形成的時(shí)間可代表油氣充注的時(shí)間,即油氣成藏的時(shí)間[28]。因此將與有機(jī)包裹體伴生的鹽水包裹體的均一溫度投影到附有古地溫演化的埋藏?zé)嵫莼穲D上,可推斷油氣充注的時(shí)間[29～31]。根據(jù)瓊東南盆地埋藏?zé)嵫莼泛蜏y定的鹽水包裹體均一溫度可推算油氣充注時(shí)間。

圖4 崖城地區(qū)生烴史圖(據(jù)文獻(xiàn)[24,4]修改)Fig.4 Hydrocarbon generation history of source rocks in Yacheng area(modified from others[24,4])

YC21-1-4井和YC13-1-3井熱演化埋藏史[4,24,32]可推斷崖南凹陷漸新統(tǒng)地層中早期油氣充注發(fā)生于4～3Ma,晚期油氣充注的時(shí)間約為1.8 Ma。崖城凸起與崖南凹陷屬同一成藏體系[24],運(yùn)用崖南凹陷埋藏史推斷出崖城凸起YC8-1-1井崖城組地層油氣充注的時(shí)間約為3 Ma(圖4);結(jié)合崖北凹陷的埋藏史[33]推斷出YC8-2-1油氣充注的時(shí)間為8～4 Ma(晚中新世-早上新世)。

崖城地區(qū)第一期油氣充注大約發(fā)生在晚中新世-早上新世(8～3 Ma);第二期油氣開始充注的時(shí)間為第四紀(jì)早期(1.8 Ma)。不同構(gòu)造單元中油氣充注的時(shí)間略有差異,在崖南凹陷和崖城凸起油氣充注發(fā)生在上新世-第四紀(jì),崖北凹陷油氣充注約發(fā)生在約在晚中新世-早上新世,具有北部早南部晚的特征。由于自中新世以來,瓊東南盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以快速沉降為主[2],并且兩期油氣充注時(shí)間相近,兩期油氣的充注基本是連續(xù)的。

5 結(jié)論

(1)瓊東南盆地崖城地區(qū)漸新統(tǒng)主要存在兩期流體包裹體。第一期有機(jī)包裹體以液態(tài)烴包裹體和氣液兩相烴包裹體為主,第二期有機(jī)包裹體以氣態(tài)烴包裹體、氣液兩相烴包裹體和氣液固三相烴包裹體為主,分別代表兩期油氣的充注。

(2)第一期充注油氣以黃色熒光包裹體為主,伴生鹽水包裹體的均一溫度主要分布在130～160℃;第二期以發(fā)淺藍(lán)色熒光的包裹體為主,均一溫度范圍為160～190℃。

(3)根據(jù)區(qū)域埋藏?zé)嵫莼吠茢嗟谝黄谟蜌獬渥l(fā)生在晚中新世-早上新世(距今8～3 Ma),第二期油氣充注的時(shí)間為第四紀(jì)早期(距今1.8 Ma)。

致謝 中國科學(xué)院蘭州地質(zhì)所陳國俊和王琪研究員在研究過程中給予了全面指導(dǎo)與支持;中國海洋石油總公司張功成教授在樣品采集和地質(zhì)資料方面給予大力支持,在此表示衷心的感謝。

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