祁 凱任戰(zhàn)利曹展鵬楊 鵬任文波

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,陜西西安710069;2.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)

海拉爾盆地莫達(dá)木吉凹陷南屯組油氣充注期次研究

祁 凱1,任戰(zhàn)利1,2,曹展鵬1,楊 鵬1,任文波1

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,陜西西安710069;2.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)

利用巖石鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射、常規(guī)物性、流體包裹體測(cè)試等分析方法,結(jié)合熱史恢復(fù)結(jié)果,開展海拉爾盆地莫達(dá)木吉凹陷下白堊統(tǒng)南屯組成巖作用及油氣充注期次研究。結(jié)果表明,南屯組砂巖主要巖石類型為長(zhǎng)石巖屑砂巖、凝灰質(zhì)巖屑砂巖;填隙物主要以泥質(zhì)、硅質(zhì)、火山灰和少量碳酸鹽為主;孔隙類型主要為原生孔隙、晶間孔和溶蝕粒內(nèi)孔。砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖作用類型有壓實(shí)作用、破裂作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用,綜合多種成巖作用階段判斷指標(biāo),認(rèn)為南屯組砂巖目前處于早成巖階段B期晚期-中成巖階段A期。此外,結(jié)合流體包裹體分析、均一溫度測(cè)定及南屯組熱演化史,確定南屯組油氣充注時(shí)代約為90～70 Ma,大致對(duì)應(yīng)晚白堊世。

海拉爾盆地; 莫達(dá)木吉凹陷; 南屯組; 成巖作用; 油氣充注期次

碎屑巖成巖作用與儲(chǔ)層物性關(guān)系密切,長(zhǎng)期以來(lái),一直是含油氣盆地勘探開發(fā)研究的重點(diǎn)[1-3],此外,碎屑巖儲(chǔ)集層中流體包裹體分析在油氣運(yùn)移、油氣成藏期次等研究中也發(fā)揮著重要作用,已成為油氣地球化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[4-5]。不同學(xué)者對(duì)海拉爾盆地下白堊統(tǒng)各地層成巖作用、油氣成藏期次都進(jìn)行過(guò)研究,但對(duì)盆地下白堊統(tǒng)主要成巖作用、成巖階段的劃分以及油氣成藏時(shí)間、油氣成藏期次等方面仍有不同的看法[6-8],并且以往研究多集中在盆地其它凹陷[9-11],對(duì)莫達(dá)木吉凹陷缺少相關(guān)研究。本文選定海拉爾盆地莫達(dá)木吉凹陷,利用常規(guī)物性、鑄體薄片、掃描電鏡、X-射線衍射等多種分析測(cè)試方法,對(duì)研究區(qū)下白堊統(tǒng)南屯組砂巖儲(chǔ)層主要巖石類型、儲(chǔ)層特征、各類成巖作用和成巖階段進(jìn)行研究,最后結(jié)合流體包裹體測(cè)試,確定南屯組主要油氣充注時(shí)間及充注期次,以期為認(rèn)識(shí)和完善研究區(qū)儲(chǔ)層成巖及油氣富集規(guī)律提供一定的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

海拉爾盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾盟境內(nèi),為典型的中新生代陸相裂谷性質(zhì)盆地。盆地整體上具有兩隆三坳的構(gòu)造格局,即扎賚諾爾坳陷、嵯崗隆起、貝爾湖坳陷、巴彥山隆起、呼和湖坳陷,各一級(jí)構(gòu)造單元可進(jìn)一步細(xì)分為16個(gè)凹陷、3個(gè)凸起,莫達(dá)木吉凹陷是處于巴彥山隆起上的一個(gè)負(fù)向二級(jí)構(gòu)造單元[12-13](見(jiàn)圖1)。

圖1 海拉爾盆地主要構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 Division of main tectonic units in the Hailar basin

海拉爾盆地的發(fā)育演化主要經(jīng)歷了地殼隆起、斷陷階段、坳陷階段、萎縮階段四個(gè)階段[13]。莫達(dá)木吉凹陷內(nèi)主要充填侏羅系、白堊系以及古近系、新近系、第四系地層,侏羅系、白堊系地層為盆地內(nèi)主體沉積,從下至上為:興安嶺群(K1x)、銅缽廟組(K1t)、南屯組(K1n)、大磨拐河組(K1d)、伊敏組(K1y)以及青元崗組(K2q)。南屯組為本區(qū)重要的目的層之一,沉積厚度大,地層發(fā)育全,中上部主要以深灰-灰黑-黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主,中下部以灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、砂礫巖為主。南屯組沉積時(shí)期,主要發(fā)育扇三角洲、三角洲相、湖泊相沉積[14-16]。砂巖巖屑顆粒成分主要為石英、長(zhǎng)石和巖屑。石英最高體積分?jǐn)?shù)為20%,最低體積分?jǐn)?shù)為3%,平均體積分?jǐn)?shù)為8.2%;長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)最高為35%,最低體積分?jǐn)?shù)為10%,平均體積分?jǐn)?shù)為16.7%;巖屑最高體積分?jǐn)?shù)為55%,最低體積分?jǐn)?shù)為13%,平均體積分?jǐn)?shù)為40.6%(見(jiàn)圖4),巖屑主要由變質(zhì)巖、巖漿巖以及火山碎屑構(gòu)成,其中變質(zhì)巖有石英片巖和石英巖等,巖漿巖有流紋巖等。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)薄片統(tǒng)計(jì)資料,南屯組碎屑巖主要發(fā)育凝灰質(zhì)長(zhǎng)石巖屑砂巖、凝灰質(zhì)巖屑砂巖(見(jiàn)圖2、3),具有不等粒、中砂、粉砂狀結(jié)構(gòu),顆粒分選性好-差皆有,磨圓度為次棱角狀,顆粒之間接觸關(guān)系為點(diǎn)接觸-線接觸-凹凸接觸不等,膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)。

圖2 南屯組砂巖成分分類Fig.2 The classification of sandstone in the Nantun formation

圖3 南屯組砂巖顯微特征Fig.3 The characteristics of sandstone under microscope in the Nantun formation

圖4 南屯組砂巖主要組分體積分?jǐn)?shù)Fig.4 The main components of sandstone in the Nantun formation

填隙物最高體積分?jǐn)?shù)為55%,最低體積分?jǐn)?shù)為4%,一般體積分?jǐn)?shù)為20%～45%,平均體積分?jǐn)?shù)為34.8%,主要是以泥質(zhì)、火山灰和少量碳酸鹽為主的雜基和以少量方解石、白云石、高嶺石為主的膠結(jié)物。泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)最多,多具重結(jié)晶充填孔隙呈團(tuán)塊狀和條帶狀分布,最高體積分?jǐn)?shù)達(dá)45%,最低體積分?jǐn)?shù)26%,平均體積分?jǐn)?shù)28.9%;火山灰體積分?jǐn)?shù)次之,呈團(tuán)塊狀分布,最高體積分?jǐn)?shù)10%,平均體積分?jǐn)?shù)2.8%;方解石體積分?jǐn)?shù)最高為2%,平均體積分?jǐn)?shù)0.2%;白云石最高體積分?jǐn)?shù)為8%,平均體積分?jǐn)?shù)1.8%;高嶺石最高體積分?jǐn)?shù)3%,平均體積分?jǐn)?shù)0.3%;碳酸鹽雜基最高體積分?jǐn)?shù)7%,平均體積分?jǐn)?shù)0.8%(見(jiàn)圖5)。

2.2 孔隙特征

根據(jù)鑄體薄片和掃描電鏡分析,南屯組砂巖碎屑顆?？紫额愋鸵栽紫稙橹?還包括晶間孔和溶蝕粒內(nèi)孔,面孔率較高,孔隙分布相對(duì)均勻且連通性較好。實(shí)測(cè)孔隙度在15.0%～19.1%,平均值為16.875%,主峰值為15.0%～17.2%;實(shí)測(cè)滲透率在(0.141～2.230)×10-3μm2,平均值為0.721×10-3μm2,主峰值為(0.141～0.353)×10-3μm2。

圖5 南屯組砂巖主要填隙物成分體積分?jǐn)?shù)Fig.5 The main interstitial compounds of sandstone in the Nantun formation

3 成巖作用

成巖作用研究是流體包裹體研究的基礎(chǔ)[17],根據(jù)巖石薄片、掃描電鏡、X衍射資料表明,南屯組砂巖儲(chǔ)集層在埋藏成巖過(guò)程中發(fā)生的成巖作用類型有:壓實(shí)作用、破裂作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用,南屯組主要成巖礦物及流體包裹體分布特征如圖6所示。

圖6 莫達(dá)木吉凹陷下白堊統(tǒng)南屯組主要成巖礦物及流體包裹體分布特征Fig.6 The characteristics of main diagenetic minerals and fluid inclusions in the lower cretaceous Nantun formation in Modamudi sag

3.1 壓實(shí)作用與破裂作用

南屯組碎屑砂巖經(jīng)歷了不同程度的壓實(shí)作用。機(jī)械壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為剛性碎屑顆粒壓碎或者破裂(見(jiàn)圖6(a)、(b)、(c)),巖石密度逐漸增大,孔隙度快速減小,顆粒由點(diǎn)接觸逐漸變?yōu)榫€接觸;化學(xué)壓實(shí)作用表現(xiàn)為礦物的溶解與再沉淀,例如石英、長(zhǎng)石顆粒的次生加大,顆粒間由線接觸向凹凸接觸發(fā)展。破裂作用主要表現(xiàn)在巖石中一些剛性組分破裂,易形成一些貫穿礦物的微裂隙。

3.2 溶蝕作用

溶蝕作用可以有效的改善砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)。研究區(qū)南屯組碎屑砂巖主要發(fā)育粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔。粒內(nèi)溶孔主要發(fā)育在長(zhǎng)石、巖屑等顆粒中(見(jiàn)圖6 (d)、(e)),顆粒內(nèi)部常見(jiàn)不規(guī)則狀的溶蝕孔隙,其可能形成于早成巖階段,受近地表大氣淡水淋濾形成;粒間溶孔主要發(fā)生在碎屑顆粒邊緣或碳酸鹽礦物中,表現(xiàn)碎屑顆粒邊緣被溶蝕成港灣狀,方解石、白云石等碳酸鹽膠結(jié)物內(nèi)部也可見(jiàn)溶蝕孔隙(見(jiàn)圖6 (f))。

3.3 膠結(jié)作用與交代作用

(1)碳酸鹽礦物膠結(jié)。南屯組填隙物中碳酸鹽膠結(jié)礦物主要有方解石、白云石、鐵方解石和鐵白云石?？煞譃樵缤韮善?早期多為孔隙式膠結(jié)的泥晶方解石;晚期多為亮晶碳酸鹽礦物,其中鐵白云石和方解石最常見(jiàn),多呈連晶式充填孔隙(見(jiàn)圖6(g)、(h))。另外,還可見(jiàn)亮晶方解石和白云石充填孔隙,交代長(zhǎng)石、石英及巖屑等碎屑顆粒。

(2)硅質(zhì)膠結(jié)。研究區(qū)最主要的硅質(zhì)膠結(jié)物為微晶石英,在鏡下可見(jiàn)微晶石英(見(jiàn)圖6(h))充填孔隙,微晶石英的物質(zhì)來(lái)源有兩大方面,一方面是在地層酸性流體的所用下,由長(zhǎng)石溶蝕溶解釋放出SiO2結(jié)晶;另一方面是由于凝灰質(zhì)物質(zhì)的脫?；蛩忉尫懦鯯iO2結(jié)晶。研究區(qū)火山碎屑巖中的大量凝灰質(zhì)物質(zhì)為微晶石英的發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

(3)黏土礦物膠結(jié)。掃描電鏡下可見(jiàn)南屯組碎屑巖中的高嶺石呈書頁(yè)狀或蠕蟲狀集合體分布于孔隙中(見(jiàn)圖6(i)),少量呈環(huán)狀或疊層狀,自生高嶺石的分布具有很強(qiáng)非均質(zhì)性,它是由溶蝕作用的非均質(zhì)性所決定的。巖石中發(fā)育少量伊利石,呈絲縷狀產(chǎn)出于孔隙中(見(jiàn)圖6(j))。此外,還出現(xiàn)黏土礦物混層,掃描電鏡下,高嶺石呈書頁(yè)狀集合體被伊利石包圍(見(jiàn)圖6(i))。

4 成巖階段的確定

在以上儲(chǔ)層巖石學(xué)、巖相學(xué)及成巖作用分析的基礎(chǔ)上,依據(jù)SY/T 5477—2003《碎屑巖成巖階段劃分》[18],結(jié)合碎屑巖儲(chǔ)層成巖階段標(biāo)志,對(duì)海拉爾盆地莫達(dá)木吉凹陷下白堊統(tǒng)南屯組碎屑巖進(jìn)行了成巖作用階段分析,其主要成巖階段劃分標(biāo)志特征如下:研究區(qū)南屯組碎屑巖中溶蝕、溶解現(xiàn)象比較普遍,發(fā)育長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔、碳酸鹽礦物溶孔,孔隙類型以原生溶孔為主,次生孔隙所占比例較高;鏡質(zhì)體反射率Ro在0.64%～0.67%;孢粉顏色主要以桔黃-淺棕色為主;X衍射分析表明南屯組伊/蒙混層中蒙皂石的整體體積分?jǐn)?shù)25%～30%(見(jiàn)表1);包裹體測(cè)溫南屯組均一溫度整體處于85～140℃。

表1 下白堊統(tǒng)南屯組黏土礦物X衍射測(cè)試結(jié)果Table 1 The results of X-ray diffraction of clay mineralsin the lower cretaceous Nantun formation

根據(jù)上述成巖階段不同指示特征分析,繪制了研究區(qū)成巖階段劃分圖(見(jiàn)圖7)。

由圖7可知,南屯組處于早成巖階段B期晚期-中成巖階段A期。

圖7 莫達(dá)木吉凹陷下白堊統(tǒng)南屯組成巖作用序列及階段劃分Fig.7 The diagenetic sequence and stage in the lower cretaceous Nantun formation in Modamudi sag

5 流體包裹體特征及油氣充注時(shí)期的確定

根據(jù)顯微鏡觀察及成巖作用研究,南屯組碎屑砂巖中的流體包裹體,大致可以分為兩類:繼承性包裹體和成巖后期包裹體,其中繼承性包裹體賦存于石英顆粒中,多呈串珠狀分布,包裹體較小,直徑在1～5μm,氣液比小于10%。成巖后期包裹體存在于自生石英和方解石脈體中,多為氣液兩相包裹體,孤立狀分布。通過(guò)分析,石英顆粒中的包裹體多為繼承性包裹體,其均一溫度普遍偏高;成巖后期的包裹體所測(cè)溫度與成巖時(shí)候經(jīng)歷的溫度相近,整體處于85～140℃,峰值溫度在95℃左右(見(jiàn)圖8)。

結(jié)合研究區(qū)典型井的熱演化史圖,將包裹體測(cè)溫得到的數(shù)據(jù)與凹陷熱演化過(guò)程進(jìn)行類比,即將次生包裹體的均一溫度投影到熱演化史圖中(見(jiàn)圖9),確定南屯組油氣充注時(shí)代約為90～70 Ma,大致對(duì)應(yīng)早白堊世末-晚白堊世。

圖8 下白堊統(tǒng)南屯組砂巖中流體包裹體均一溫度Fig.8 The histogram of homogenization temperatures of fluid inclusions in the lower cretaceous Nantun formation

6 結(jié)論

(1)根據(jù)常規(guī)物性、鑄體薄片、掃描電鏡、X-射線衍射等分析測(cè)試方法,確定莫達(dá)木吉凹陷下白堊統(tǒng)南屯組砂巖主要巖石類型為長(zhǎng)石巖屑砂巖、凝灰質(zhì)巖屑,填隙物主要以泥質(zhì)、硅質(zhì)、火山灰和少量碳酸鹽為主,巖石具不等粒、中砂、粉砂狀結(jié)構(gòu),顆粒分選性好-差皆有?？紫额愋鸵栽紫稙橹?還包括晶間孔和溶蝕粒內(nèi)孔,面孔率也高,孔隙分布相對(duì)均勻且連通性較好。

(2)南屯組砂巖儲(chǔ)集層在埋藏成巖過(guò)程中發(fā)生的成巖作用類型有:壓實(shí)作用、破裂作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用。不同成巖作用對(duì)砂巖儲(chǔ)集性能影響很大,綜合巖石成巖作用發(fā)育情況、包裹體測(cè)溫、鏡質(zhì)體反射率、伊蒙混層比等,確定南屯組處于早成巖階段B期晚期-中成巖階段A期。

(3)結(jié)合流體包裹體分析及均一溫度及熱演化史,確定南屯組油氣充注時(shí)代約為90～70 Ma,大致對(duì)應(yīng)早晚白堊世。

圖9 莫達(dá)木吉凹陷下白堊統(tǒng)南屯組主要油氣充注時(shí)期Fig.9 Determining the main hydrocarbon charging period in the lower cretaceous Nantun formation in Modamudi sag

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(編輯 王亞新)

The Classification of Hydrocarbon Charging Phases of the Nantun Formation in the Modamudi Sag,Hailar Basin

Qi Kai1,Ren Zhanli1,2,Cao Zhanpeng1,Yang Peng1,Ren Wenbo1
(1.Department of Geology,Northwest University,Xi’an Shaanxi710069,China; 2.State Key Laboratory of Continental Dynamics,Northwest University,Xi’an Shaanxi710069,China)

Based on the pore casting thin sections,scanning electron microscopy(SEM)and X-ray diffraction,analysis of physical properties,hydrocarbon inclusions,combined with the results of thermal history reconstruction,diagenesis and classification of hydrocarbon accumulation phases of the Nantun formation in lower cretaceous in the Modamudi depression, Hailar basin were conducted in this paper.The results showed that the main rock types including feldspar lithic sandstone, tuffaceous debris sandstone,and the main interstitial material were associated with argillaceous siliceous,carbonate and a small amount of volcanicash.The pore types,including the hole and intergranular corrosion reap the hole,have been found.The diagenesis in this formation included compaction stage,cracking,cementation,metasomatism,dissolution,which usually is related with early diagenetic stage B to late diagenetic stage A.Combined fluid inclusion analysis,homogenization temperature as well as thermal evolution history,the late cretaceous(90～70 Ma)is the major period of hydrocarbon accumulations in the Nantun Formation.

Hailar basin;Modamudi depression;Nantun formation;Diagenesis;Hydrocarbon accumulation

TE122

:A

10.3969/j.issn.1006-396X.2017.01.013

1006-396X(2017)01-0060-07投稿網(wǎng)址:http://journal.lnpu.edu.cn

2016-09-23

:2016-10-17

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372128);國(guó)家重大專項(xiàng)(2011ZX05005-004-007HZ);西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(BJ08133-1)。

祁凱(1993-),男,碩士研究生,從事構(gòu)造-熱年代學(xué)及熱演化研究;E-mail:1150331820@qq.com。

任戰(zhàn)利(1961-),男,博士,研究員,博士生導(dǎo)師,從事沉積盆地構(gòu)造熱演化、油氣地質(zhì)等方面研究;E-mail:renzhanl @nwu.edu.cn。