長嶺斷陷火山巖儲層流體包裹體分布特征及天然氣成藏期次

吳聿元秦黎明劉池陽馮如進,3昝靈張枝煥

1.中國科學院地質與地球物理研究所 2.西北大學地質系 3.中國石化華東分公司4.“油氣資源與探測”國家重點實驗室·中國石油大學(北京)

長嶺斷陷火山巖儲層流體包裹體分布特征及天然氣成藏期次

吳聿元1,2,3秦黎明4劉池陽2馮如進2,3昝靈4張枝煥4

1.中國科學院地質與地球物理研究所 2.西北大學地質系 3.中國石化華東分公司4.“油氣資源與探測”國家重點實驗室·中國石油大學(北京)

吳聿元等.長嶺斷陷火山巖儲層流體包裹體分布特征及天然氣成藏期次.天然氣工業,2010,30(2):26-31.

長嶺斷陷火山巖儲集層成藏條件十分優越,勘探前景廣闊。對該區腰英臺凸起區深層火山巖系39塊流體包裹體進行了偏光、熒光特征觀察、均一化溫度及冷凍溫度(鹽度)等測定,分析了儲層流體包裹體類型及分布特征,充分利用包裹體均一化溫度信息,結合烴源巖生烴史以及地層埋藏史,分析了該區天然氣的成藏期次。該區火山巖儲層烴類包裹體極為發育,以氣態烴包裹體為主,包裹體中存在較多的CO2,其中達爾罕構造營城組包裹體中CO2含量較高。腰英臺構造帶為1期成藏,成藏時間為距今84～93Ma,油氣充注期為青山口組沉積中后期至嫩江組時期;達爾罕構造帶油氣充注時間為距今87～94Ma,CO2充注時間為距今81～85Ma,相當于嫩江組的后期至四方臺組早期,新近紀之后構造運動產生的CO2為大規模的無機CO2的來源。該區油氣成藏期次與營城組與沙河子組烴源巖的生排烴史較為匹配。

松遼盆地 長嶺斷陷 火山巖 儲集層 流體包裹體 均一化溫度 成藏期次 生烴史

長嶺斷陷位于松遼盆地南部斷陷帶,白堊系營城組沉積時期有三次火山活動,導致目的層發育廣泛的火山巖系[1-3],目前長嶺斷陷深層天然氣主要產自營城組火山巖,其次為登婁庫組碎屑巖。全國第三次資源評價結果表明,長嶺斷陷天然氣資源量達5862×108m3,2006年中國石化華東分公司部署腰深1井,在營城組火山巖地層試獲日產20×104m3的工業氣流,已發現的天然氣主要分布在腰英臺與達爾罕構造帶營城組火山巖儲層內。研究火山巖儲層中流體的微觀分布特征,恢復油氣流體的成藏時間,對于探討天然氣的成藏機制、指導研究區油氣勘探顯得尤為重要。

儲層流體包裹體記錄了在地質歷史時期盆地內烴類流體的生成、運移、聚集和后期演化的重要信息,這些信息對于研究油氣的成藏過程具有重要意義[4-5]。目前,流體包裹體在油氣運移時間和成藏期次的確定、油氣形成時的溫度和壓力的測定、油氣水界面劃分以及油氣的來源與運移通道的識別等方面均取得了較好的成效[6-10]。火山巖氣態烴類包裹體具有無熒光或弱熒光特征,不易識別,關于火成巖系儲集層中氣態烴類流體包裹體分布特征以及天然氣的成藏期次方面的研究較少[11-14]。筆者主要在長嶺斷陷腰英臺凸起區深層火山巖系包裹體的分布特征以及天然氣成因類型劃分的基礎上,充分利用包裹體均一化溫度信息,結合烴源巖生烴史以及地層埋藏史,分析天然氣的成藏期次。

1 區域地質背景

長嶺凹陷位于松遼盆地中央坳陷帶南部,是在古生界變質基底上發育起來的斷、坳疊置的晚中生代碎屑巖盆地,其東部為華字井斷凸,南與西南隆起區毗鄰,西為西部斜坡區。腰英臺—達爾罕斷凸為位于長嶺凹陷帶內的1個正向構造單元,其東南部和西北部分別長嶺牧場次凹和乾安次凹2個生烴凹陷(圖1)。研究區構造特征及演化總體表現為早期裂谷、中期坳陷、晚期褶皺的特點,經歷了斷陷、坳陷和萎縮褶皺3個大的構造演化階段,斷陷期伴隨有多次火山活動,使得該地區斷陷層廣泛發育火山巖體,而且長嶺斷陷層基底斷裂發育,斷陷延伸方向多為北北東向和北西向,是在古生代板塊或地塊(體)演化過程中形成的縫合帶或逆掩推覆斷裂系統的基礎上,經過多次擠壓、走滑、伸展等不同方式的構造活動改造形成的,為火山巖儲集層天然氣成藏的主控因素。長嶺斷陷層系包括登婁庫組、營城組、沙河子組與火石嶺組,地球化學資料表明斷陷層營城組天然氣主要來源于營城組、沙河子組以及火石嶺組,天然氣氣源充足;廣泛發育火山巖系儲集層,鉆井資料揭示營城組火山巖儲集層巖性主要為灰、灰綠色輝綠巖,玄武巖,安山巖及(裂隙發育)流紋巖,發育氣孔及杏仁構造(充填物為方解石和硅質),孔洞(氣孔)裂縫發育,并充填有方解石脈;登婁庫組和泉頭組可以作為區域性的蓋層,長嶺斷陷火山巖儲集層成藏條件十分優越,勘探前景廣闊[15-18]。目前已在腰英臺深層構造帶腰深1與長深1井營城組與達爾罕構造帶獲得了工業氣流,其余井位也有天然氣氣流顯示。

圖1 松遼盆地長嶺凹陷構造單元劃分圖

2 樣品與實驗室分析

用于流體包裹體分析的樣品采自腰英臺構造帶腰深1井、腰深101井、腰深102井和達爾罕構造帶的達2井、腰南1井、腰深2井營城組,共39塊,均為火山巖。流體包裹體分析檢測是在核工業部北京地質研究院流體包裹體實驗室完成,其中流體包裹體偏光、熒光特征觀察、均一化溫度及冷凍溫度(鹽度)測定是在Leica DMRX HC研究級透—反射偏光熒光顯微鏡和Linkam THMS-G600型冷熱臺進行的,冷熱臺溫度分辨率為0.1℃,均一法測溫精度±1℃,冷凍法測溫精度±0.2℃,烴類包裹體熒光激發采用波長為340～380nm的紫外光,分析方法和依據為中華人民共和國核行業標準 EJ/T1105—1999《礦物流體包裹體溫度的測定》;單個流體包裹體成分采用法國J Y公司生產的Lab RAM HR800研究型高分辨率顯微激光拉曼光譜儀,激光器為32nm/50mW Nd:ag固體激光器。因各個烴類包裹體存在氣液比變化大,均一溫度波動范圍大、不易確定等特點。因此,包裹體均一溫度的測定對象均為與烴類包裹體伴生的同期含烴鹽水包裹體。

3 結果與討論

3.1 火山巖系儲層流體包裹體類型與分布特征

腰英臺構造帶火山巖儲層中液態烴類包裹體主要分布在石英次生加大邊的以及石英礦物的微裂隙中,成帶狀分布,單偏光下呈深褐色。由于液態烴類包裹體的成熟度較高,熒光特征不明顯,僅在巖石內局部微孔隙中顯示較強的淺黃色熒光,不同井之間的液態烴類包裹體的分布存在差異,其中腰深101井與腰深102井極為發育,包裹體的形態規則,大小存在差異。營城組樣品中氣態烴類包裹體分布較廣,這類包裹體主要沿切穿石英碎屑顆粒的微裂隙成線狀分布,單偏光下呈黑色、深灰色以及無色分布,包裹體大小形狀規則或不規則,個體差異較大,無熒光特征。含烴鹽水包裹體在研究區分布較廣,與烴類包裹體共生,偏光下為灰色與深灰色,無熒光特征,氣液比小于5%,氣泡和液態烴的界限處存在一條粗的、顏色呈黑色或黑褐色的環帶狀邊緣,多數氣泡的中心無色透明,次生包裹體多沿顆粒的裂隙分布,形狀不規則,大小不一,長軸方向與裂隙延伸的方向一致,與沿裂隙分布的烴類包裹體有明顯的共生關系,分布于石英顆粒的微裂隙。另外,在研究區的巖石礦物的裂隙以及方解石脈中均可見單偏光下呈褐色或深褐色的瀝青充填,為早期形成的原油由于受到后期的高溫熱蝕變作用形成的產物。

3.2 流體包裹體的形成期次

3.2.1 流體包裹體古鹽度分布特征分析

營城組儲層中烴類包裹體以氣態包裹體為主,分布有少量液態包裹體,二者均以沿切穿石英礦物中的微裂隙成帶狀分布為主,為同期形成的。含烴鹽水包裹體的鹽度代表了當時流體的鹽度性質,其鹽度的差別可以反映包裹形成期次的差別,腰英臺構造帶與達爾罕構造帶營城組含烴鹽水包裹體鹽度存在一定的差別。根據其鹽度分布特征,腰英臺營城組含烴鹽水包裹體鹽度質量分數介于1.0%～4.0%,為一期形成(圖2-a);達爾罕構造帶營城組含烴鹽水包裹體存在兩期(圖2-b),第一期含烴鹽水包裹體的鹽度質量分數介于2.0%～3.5%,第二期為4%～5%,第一期包裹體的鹽度與腰英臺構造帶的較為接近,與烴類包裹體伴生的第二期鹽水包裹體在腰英臺構造帶不發育。

3.2.2 均一化溫度分布特征分析

不同期次的包裹體均一化溫度分布頻率存在明顯的差別。因此,包裹體的均一化溫度可以作為判斷流體包裹體形成期次的有效參數[4-5]。根據腰英臺構造帶腰深1、腰深101、腰深102井營城組火山巖儲層中與烴類包裹體伴生的鹽水包裹體均一化溫度的分布特征分析表明(圖3),液態烴類與氣態烴類包裹體為同期形成產物,均一化溫度分布范圍為120～153℃,存在2個峰值,前峰值為液態烴類的充注高峰,均一化溫度分布介于120～129℃;后峰值為氣態烴類的充注高峰,均一化溫度分布介于132～141℃,氣態烴類充注高峰位于液態烴類充注高峰之后,但油氣基本上呈連續充注成藏。

圖2 營城組火山巖儲層含烴鹽水包裹體的鹽度分布特征圖

圖3 腰英臺含烴鹽水包裹體的均一化溫度分布直方圖

達爾罕構造帶營城組天然氣中CO2的含量略高于營城組,如DB11井與達2井天然氣個別樣品CO2的含量接近30%左右,從天然氣同位素與組分的分析表明,CO2主要為無機成因氣。包裹體激光拉曼分析結果表明,腰深2井的包裹體主要包括CO2、N2以及甲烷(圖4),含有微量乙烯和甲苯。腰深2井、腰南1井和達2井營城組存在液態烴、氣態烴以及CO23類包裹體,均切穿于石英礦物的裂隙以及次生加大邊,為同一期形成的包裹體。根據上述3口井與烴類包裹體共生的鹽水包裹體均一化溫度分布直方圖分析表明(圖5-a),均一化溫度分布為123～159℃,油氣為一期充注,存在2個充注高峰,早期充注峰值為油氣的充注高峰,均一化溫度分布為123～135℃,后期峰值可能為CO2充注高峰期,均一化溫度分布為147～159℃,并且此期均一化溫度分布區間明顯不同于達爾罕與腰英臺構造帶的烴類的分布區間。此外,從單井鹽水包裹體的均一化溫度分布圖上可以看出(圖5-b、c、d),腰深2井與腰南1井主要為一期成藏,主要存在烴類包裹體成藏高峰,而達2井明顯不同于上述2口井,存在2個峰值,前峰值為烴類充注高峰,后峰值為CO2充注高峰,這與達2井天然氣組分中存在高含量的CO2的特征密切相關。

圖4 腰深2井不同視域內的單個包裹體成分的激光拉曼分析圖

圖5 達爾罕構造帶包裹體的均一化溫度分布直方圖

3.3 天然氣成藏期次的確定

3.3.1 古地溫梯度與剝蝕厚度的恢復

長嶺地區腰英臺構造帶主要有3次剝蝕時期,第一期為火石嶺組末期,腰英臺構造帶剝蝕厚度不大,為150～250m;第二期為營城組末期,剝蝕厚度為200～230m;第三次為明水組末期,剝蝕厚度為450～480m,剝蝕厚度最大。達爾罕構造帶也存在3期剝蝕,第一期為火石嶺組末期,剝蝕厚度為150～400m;營城組末期存在剝蝕,剝蝕厚度為100～210m;第三次剝蝕為明水組末期,為300～530m,剝蝕厚度最大。松遼盆地東南隆起區晚侏羅世—早白堊世斷陷發育階段為高熱異常期,古熱流一般分布在90～135mW/m2,古地溫梯度在5～7℃/100m,晚白堊世坳陷發展階段為熱衰減期,古熱流一般分布在80～100mW/m2,古地溫梯度在4～5℃/100m,白堊紀末期本區區域抬升以來,地溫繼續衰減至今地溫場特征,今平均地溫梯度為3.3℃/100m。通過與實測 Ro值與古地溫梯度推算擬合,選取156Ma為7℃/100m,144Ma為6℃/100m,100Ma從4.8℃/100m降至現今3.3℃/100m。

3.3.2 成藏期的確定

根據腰英臺構造和達爾罕構造部分井(腰深1井、腰深101井、腰深102井及達2井)的地層埋藏史、熱史(古地溫梯度)及流體包裹體均一化溫度資料綜合分析表明,腰英臺構造帶油氣的成藏時間為距今93～84Ma,其中液態烴的充注高峰為距今93～89Ma,氣態烴的充注高峰為距今88～86Ma,由此表明油氣充注期為青山口組沉積后期至嫩江組末期(圖6-a、b、c);達爾罕構造帶烴類充注為一期,充注時間為距今94～87Ma,為青山口組中期至嫩江組早期,達2井后期補充充注無機CO2,充注時間為距今85～81Ma,為嫩江組的后期至四方臺組早期,新近紀之后的產生的CO2為大規模的無機CO2的來源(圖6-d、e、f)。

圖6 腰英臺—達爾罕構造帶不同井位的埋藏史和熱史與油氣充注期次圖

3.3.3 與生排烴史的匹配關系

長嶺斷陷營城組和沙河子組烴源巖的生烴特征均表現為一次持續生烴,沙河子組烴源巖干酪根類型主要為腐殖型,以生氣為主,可能會有少量的原油生成,沙河子組烴源巖在登婁庫組的早期進入生油門限,但生油量很低,由于地層持續沉降,地溫變化快,登婁庫組后期開始進入生氣階段,至泉頭組中后期進入生氣高峰。營城組早期發生大規模的火山活動,主要以火山巖分布為主,烴源巖不甚發育,分布相對局限。如圖7所示,營城組與沙河子組在泉頭組沉積早期(距今110Ma左右)達到生油高峰,泉頭組的后期至青山口組沉積早期(距今105Ma左右)達到生氣高峰,青山口組沉積后期開始衰減,至距今90Ma左右生烴基本終止,與天然氣的成藏期較為匹配,而白堊紀末以后,生氣速率逐漸降低,至古近紀時期仍可補充部分天然氣,但是氣量較少,此時由于后期的構造運動產生較多的CO2,充注至研究區,形成了一些CO2與有機烷烴氣的混合氣藏。此外,長嶺斷陷深層早期形成的油藏和分散的液態烴,至白堊紀末以后溫度已達到裂解溫度(大于200℃)。中淺層有良好的蓋層封閉條件,早期形成的油氣沒有大規模損失破壞,后期演變為固體瀝青,充填于巖石礦物的裂隙之間,對儲層成巖作用有重要的抑制作用。

圖7 不同地質歷史時期不同層位的生烴量圖

4 結論

1)長嶺斷陷火山巖儲層既存在氣態烴包裹體,又存在液態烴類包裹體,但以氣態烴包裹體為主。氣態包裹體中含CH4外,還存在較多的CO2,其中達爾罕構造營城組包裹體中CO2含量較高,這與天然氣藏中CO2相對含量的變化趨勢一致。

2)腰英臺構造帶包裹體均一化溫度為120～153℃,存在2個峰值,前峰值對應于液態烴類的充注高峰,后峰值對應于氣態烴類的充注高峰,但基本上油氣呈持續充注成藏,充注時間為距今84～93Ma,相當于青山口組沉積中后期至嫩江組時期。

3)達爾罕構造帶包裹體第一期均一化溫度分布范圍為126～135℃,對應于烴類充注期,油氣充注時間為距今87～94Ma,相當于青山口組沉積中后期至嫩江組時期;第二期均一化溫度為147～159℃,對應于CO2充注期,CO2充注時間為距今81～85Ma,相當于嫩江組的后期至四方臺組早期,大規模的無機CO2產生于新近紀之后。

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(修改回稿日期 2009-12-01 編輯 羅冬梅)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.006

Wu Yuyuan,senior engineer,was born in1963.He is engaged in research of petroleum geology and management of exploration.

Add:No.37,Rehenan Rd.,Nanjing,Jiangsu210011,P.R.China

Tel:+86-25-58835090 E-mail:doliwuyuyuan@sina.com

Distribution of fluid inclusions and the timing of gas accumulation in the volcanic reservoirs in Changling faulted depression,Songliao Basin

Wu Yuyuan1,2,3,Qin liming4,Liu Chiyang2,Feng Rujin2,3,Zan Ling4,Zhang Zhihuan4
(1.Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing102249,China;2.Department of Geology,N orthwest University,Xi’an,S haanxi710069,China;3.Sinopec East China Company, N anjing,J iangsu210011,China;4.State Key L aboratory f or Petroleum Resources and Prospecting,China University ofPetroleum,Beijing102249,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE2,pp.26-31,2/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

The volcanic reservoirs in Changling faulted depression of the Songliao Basin are high in exploration potentials thanks to their favorable hydrocarbon pooling conditions.We made an observation of the polarized light and fluorescence features and measurement of homogenization temperature and freezing temperature of39fluid inclusions sampled from the deep volcanic rock formation of the Laoyingtai salient in the study area,and analyzed the types of fluid inclusions and their distribution characteristics.The timing of the gas accumulation in the study area was determined according to the homogenization temperatures together with the hydrocarbon generation history and burial history of the strata.Hydrocarbon inclusions are well-developed in the volcanic reservoirs in the study area and are dominated by gaseous hydrocarbon inclusions.The content of CO2is relatively high in the inclusions,especially the inclusions sampled from the Yingchen Formation in the Da’erhan structure.In the Yaoyingtai structural zone,there was only one stage of gas charging which occurred at93-84Ma ago,corresponding to the middle-late Qingshankou to Nenjiang.While in the Da’erhan structural zone,gas charging occurred at94-87Ma ago and CO2charging occurred at85-81Ma ago,corresponding to the late Nenjiang to the early Sifangtai.The post-Neogene tectonic movement contributed a large amount of inorganic CO2to the gas pools. The timing of gas accumulation in the study area correlates well with the hydrocarbon generation history of the source rocks in the Shahezi Formation.

Songliao Basin,volcanic rocks,reservoir,fluid inclusion,homogenization temperature,timing of hydrocarbon accumulation,hydrocarbon generation history,Changling faulted depression

book=26,ebook=43

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.006

吳聿元,1963年生,高級工程師,博士研究生;1987年畢業于原成都地質學院;從事油氣地質研究、勘探生產部署工作。地址:(210011)江蘇省南京市熱河南路37號華東分公司勘探處。電話:(025)58835090。E-mail:doliwuyuyuan@sina.com