楊水勝，王匯智，閆驍龍，付國民

（1.延長油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西延安 716000；2.長安大學地球科學與資源學院，西安 710045）

0 引言

儲層流體包裹體指礦物形成過程中，被晶格缺陷捕獲形成的一個封閉系統(tǒng)，與宿主礦物存在一個明顯界面，其物質(zhì)來源可能由宿主礦物提供，也可能受外來物質(zhì)影響，相態(tài)呈現(xiàn)氣、液、固單相及混合相。當發(fā)生油氣充注時，能夠一定程度反映油氣的儲存和演化情況，因此可以在油氣的形成條件、運移以及成藏期次等方面提供重要的地質(zhì)信息。由于包裹體研究的特殊意義，近年來，逐漸受到石油地質(zhì)學家關(guān)注，成為重要的研究領(lǐng)域，在油氣運移及成藏演化研究等油氣勘探方面具有重要的參考價值[1-3]。眾所周知，鄂爾多斯盆地中生界具有多個含油層系，上三疊統(tǒng)延長組是盆地油氣勘探與開發(fā)的重點層系之一，也是包裹體特征及成藏期次研究的重點層位，有大量的相關(guān)文章，對于成藏時間、期次等有深入的認識，為后續(xù)這方面研究提供了有利借鑒[4-9]。

近年來，直羅組在盆地以及研究區(qū)局部油氣顯示良好，個別井勘探開發(fā)效益高，顯示出一定的勘探潛力，未來成為資源接替層系的趨勢明顯[10-13]，作為戰(zhàn)略接替資源，對于油田可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。而針對侏羅系直羅組包裹體，前期學者也做過一些研究，如李宏濤等[14]對鄂爾多斯盆地北部直羅組中烴類包裹體進行研究，通過實驗分析抽提物特征判斷分析沉積環(huán)境及有機質(zhì)來源；侯惠群等[15]對鄂爾多斯盆地北部大營、納嶺溝直羅組油氣包裹體進行分析，揭示了有機流體對鈾富集成礦具有指示作用；趙興齊等[16]對東勝地區(qū)直羅組下段砂巖中包裹體組分進行分析，認為砂層中烴類流體源于延長組成熟的湖相烴源巖，與三疊系油砂有很好的親緣關(guān)系；張字龍等[17]對黃陵地區(qū)直羅組氣、液烴包裹體特征進行研究，認為研究區(qū)油氣活動與鈾成礦在時空上有密切聯(lián)系；易超[18]通過對鄂爾多斯盆地北部直羅組儲層砂巖包裹體均一溫度作實測研究，結(jié)果高于目的層最大埋深古地溫，認為其原因來自熱事件改造。綜上所述，前期學者對直羅組流體包裹體的研究主要集中在鄂爾多斯盆地北部，且研究重點集中在物質(zhì)來源、鈾成礦分析等方面，對中南部地區(qū)直羅組包裹體研究較少，其油氣成藏過程和形成機理認識薄弱，制約了下一步的勘探。鑒于此，本研究通過選取鄂爾多斯盆地中南部地區(qū)油砂樣品，對研究區(qū)直羅組流體包裹體特征及成藏期次進行研究，以期為認識其成藏機理提供依據(jù)，對直羅組油氣勘探具有一定指示意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地整個形成演化機制較復雜，地層整體起伏小，內(nèi)部低幅度鼻狀隆起發(fā)育，在盆地的演化歷史進程中相對穩(wěn)定，逐漸形成了構(gòu)造形態(tài)、特征較明顯的6 個一級構(gòu)造單元，分別為伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、天環(huán)坳陷、西緣逆沖帶及伊陜斜坡[19-20]，研究區(qū)位于占據(jù)盆地面積最廣的伊陜斜坡中南部［圖1（a）］。侏羅系直羅組為本次研究的目的層組，該層下伏侏羅系延安組，上覆地層為安定組，由于整個侏羅紀地層多次受構(gòu)造運動影響，地層發(fā)生抬升剝蝕，導致各組地層呈不整合接觸關(guān)系。直羅組沉積以河流相為主，湖泊相為輔，局部發(fā)育三角洲[21-23]，縱向上自下而上發(fā)育2 套明顯的沉積旋回，底部主要以灰黃、黃綠色塊狀砂巖、灰綠色粉砂巖為主，頂部巖性致密，以泥巖與粉砂巖互層發(fā)育［圖1（b）］。該區(qū)直羅組儲層非均質(zhì)較強，孔隙度為6.2%～22.1%，滲透率為0.09～600.00 mD，孔隙類型以粒間孔和長石溶孔為主，面孔率為4.0%～19.2%。經(jīng)過直羅組原油地球化學特征研究及油源對比分析，得知直羅組原油母質(zhì)類型和沉積環(huán)境與三疊系延長組長7 烴源巖具有較好的一致性，證明了其油源關(guān)系[24]。

2 沉積與成巖作用

2.1 沉積特征

通過巖石特征、相標志等分析，認為直羅組是在干旱—半干旱氣候背景下形成的主要以河流相沉積為主的沖擊體系。直羅組沉積早期具有辮狀河沉積特點，底部滯留沉積現(xiàn)象明顯，砂巖粒度相對較粗，以中細粒和中粗粒為主。垂向上旋回特征明顯，表現(xiàn)為多個不完整旋回反復切割疊置，層理構(gòu)造多見平行層理和交錯層理，粒度由下到上呈正韻律，但粒序性不明顯（圖2）。直羅組底部電性特征易于識別，SP曲線呈箱狀負異常，幅值較高，表明該層段砂體較為發(fā)育；電阻率曲線偏低，與下伏延安組煤系地層電性曲線區(qū)別明顯，是很好的區(qū)域標志層。晚期直羅組水動力條件變?nèi)?，逐漸由辮狀河過渡為曲流河沉積，巖性粒度變細，發(fā)育細砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，局部出現(xiàn)“泥包砂”現(xiàn)象。因此，直羅組垂向上曲線特征也比較明顯，GR曲線底部呈突變型且幅值大，到頂部曲線幅值逐漸達到最小，表面巖性粒度從下到上粒度逐漸變細，在剖面上構(gòu)成了典型的下粗上細的河流“二元結(jié)構(gòu)”。

圖2 鄂爾多斯盆地中南部直羅組沉積特征Fig.2 Depositional characteristics of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

2.2 成巖作用

油氣包裹體研究必須基于成巖作用，因為油氣包裹體產(chǎn)于礦物晶格缺陷中，所以成巖礦物的演化過程與油氣包裹體期次關(guān)系緊密，其在形成時間序列上有一定的匹配性。只有通過判斷油氣包裹體寄存礦物類型、分布特征以及礦物形成的相對時間序列，才能準確劃分油氣包裹體期次，繼而精確反映油氣運移、成藏等方面的信息［25-28］。綜合分析薄片鏡下觀察結(jié)果以及X 射線衍射等測試結(jié)果，研究區(qū)直羅組砂巖儲層的成巖作用類型主要有4 種：

（1）壓實作用。研究區(qū)壓實作用較為明顯，主要以機械壓實的形式普遍存在于整個成巖階段。鏡下微觀特征主要為：云母等塑性顆粒排列方向規(guī)則，呈定向水平排列；一些軟顆粒如長石、泥質(zhì)巖屑等由于受到擠壓，形態(tài)發(fā)生彎曲變形，壓實作用更強烈時，可觀察到長石等剛性礦物局部被壓裂，甚至嵌入到軟性顆粒中［圖3（a）］；礦物顆粒之間的接觸方式由于壓實強度的不同，由弱到強表現(xiàn)為由點到線的接觸變化。機械壓實對儲集空間具有一定的破壞性，原生孔隙在此過程中逐漸減少，同時伴生的有微裂隙、壓溶及膠結(jié)作用。

圖3 鄂爾多斯盆地中南部直羅組砂巖儲層成巖作用與包裹體形態(tài)、分布特征（a）斜長石被壓裂變形，T68 井，鑄體薄片；（b）石英顆粒加大邊底部形成瀝青環(huán)帶，T68 井，單偏光；（c）包裹體愈合裂隙包裹體，呈帶狀分布，裂隙未切穿石英顆粒及加大邊，S1 井，單偏光；（d）膠狀硅質(zhì)充填粒間孔，T68 井，鑄體薄片；（e）切穿石英顆粒裂隙包裹體，呈線狀分布，石英二級加大邊，T68 井，單偏光；（f）毛發(fā)狀伊利石附著在礦物顆粒表面，S1 井，SEM；（g）石英表面溶蝕孔包裹體，呈面狀分布，S1 井，單偏光；（h）方解石解理裂隙中分布的瀝青包裹體，S1 井，單偏光；（i）長石被嚴重溶蝕，溶蝕孔明顯，T68 井，鑄體薄片；（j）三相包裹體，相態(tài)界限明顯，S1 井，單偏光；（k）石英表面鹽水包裹體，烴類包裹體，呈面狀分布，S1 井，單偏光；（l）石英表面含子晶包裹體及純液相包裹體，S1 井，單偏光Fig.3 Diagenesis，inclusions morphology and distribution characteristics of sandstone reservoir of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

（2）膠結(jié)作用。研究區(qū)直羅組有多種膠結(jié)類型，主要有自生黏土礦物膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)以及碳酸鹽膠結(jié)。鏡下常見綠泥石膜包裹碎屑顆粒，以及毛發(fā)狀伊利石附著在礦物表面［圖3（f）］，說明是與壓實作用同時或稍后進行的。硅質(zhì)膠結(jié)主要表現(xiàn)為Ⅰ—Ⅱ級石英加大邊、自生石英充填孔隙［圖3（b）—（e）］，鏡下觀察可看到，自生石英周圍發(fā)育有晚期形成的方解石，并被其包裹起來，而早期形成的綠泥石及伊利石等黏土礦物又被石英覆蓋包圍，可以判斷其形成順序為：綠泥石，伊利石，自生石英，晚期方解石。研究區(qū)方解石膠結(jié)現(xiàn)象明顯，晚期主要以連晶式膠結(jié)為主，在薄片中可清晰觀察到方解石解理裂隙中分布的瀝青包裹體［圖3（h）］。

（3）溶蝕作用。研究區(qū)溶蝕現(xiàn)象較明顯，表現(xiàn)為礦物顆粒邊緣或顆粒表面被溶蝕，形成溶蝕孔。在石英溶蝕孔中多見流體包裹體［圖3（g）］，儲層中長石顆粒溶蝕特征明顯，易于觀察，鏡下微觀特征表現(xiàn)為溶蝕孔沿著長石解離排列發(fā)育［圖3（i）］。在埋藏過程中，溶蝕作用形成大量的溶蝕孔，當與研究區(qū)生油期匹配時，為油氣儲集提供了有利的儲存空間，鏡下可以觀察到在石英加大邊底部可見瀝青充填，證明在石英次生加大之前有溶蝕作用的發(fā)生，并為瀝青提供了儲存空間［圖3（b）］。

（4）微裂隙作用。顯微鏡下可以觀察到礦物表面存在一些微裂隙，尤其在石英顆粒下更為明顯，發(fā)育的微裂隙存在以下特點：一種形式的微裂隙未切穿石英碎屑顆粒及加大邊，鏡下可以看到其中分布的串珠狀包裹體［圖3（c）］，可以判斷石英次生加大現(xiàn)象晚于這類裂隙的形成，是一種早期形成的裂隙；另一種微裂隙切穿了整個碎屑顆粒，直接切割早期形成的微裂隙或石英加大邊，說明其形成時期晚于石英加大形成期，且在裂隙中觀察到有晚期形成的油氣包裹體或瀝青分布［圖3（e）］。

通過成巖作用分析，不同成巖時期對應的礦物及油氣充注現(xiàn)象不同，兩者存在一定匹配性，根據(jù)研究區(qū)整個成巖演化過程，建立兩者關(guān)系圖（圖4）。排列情況如下（按照發(fā)生先后順序用>連接，→表示同期發(fā)生）:機械壓實>黏土薄膜形成>早期方解石>長石、石英顆粒溶蝕→早期微裂隙→濁沸石形成>石英次生加大開始>有機流體注入>早期油氣包裹體形成（石油侵位）>石英次生加大明顯>晚期油氣包裹體形成（石油大規(guī)模充注）→晚期微裂隙貫穿整個顆粒→晚期方解石充填>長石、方解石、沸石溶蝕。

圖4 鄂爾多斯盆地中南部直羅組成巖礦物序列與油氣充注關(guān)系Fig.4 Relationship between diagenetic mineral sequence and hydrocarbon charging of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

3 流體包裹體特征

以S1 井、T68 井為例，對鄂爾多斯盆地中南部直羅組油砂樣品的包裹體進行鏡下特征描述分析，在了解包裹體賦存礦物、相態(tài)、熒光特征以及類型基礎(chǔ)上，結(jié)合成巖作用判斷包裹體形成期次，然后用均一法對不同期次包裹體進行測溫。需要說明的是，之所以要遵循先分期次后測溫的順序，是因為傳統(tǒng)測量一般先測定包裹體溫度，然后分期次，由于均一溫度與成藏期次沒有直接關(guān)系，不能反映其成藏期次，只是反應包裹體形成時的溫度，因此本研究先將包裹體分期次后再對均一溫度進行統(tǒng)一測量，結(jié)果更符合實際[27]。

3.1 包裹體巖相學特征

通過顯微鏡下觀察與巖相學分析，研究區(qū)直羅組儲層中包裹體普遍發(fā)育，多出現(xiàn)在石英顆粒溶蝕孔及裂縫中，主要以線帶狀或面狀分布，在石英加大邊底部或顆粒之間包裹體較少，且可以觀察到瀝青充填現(xiàn)象。在方解石中包裹體分布很少，偶爾可觀察到，但體型較小且相態(tài)復雜，難以觀測。通過觀察，包裹體大多分布在石英不同部位，其大小也不同，包裹體形狀多樣，多見長條形、橢圓形和近圓形，在顆粒表面及裂縫中包裹體相對較大，為4～15 μm，而在石英加大邊分布的包裹體主要是一連串較小的包裹體，大小為2～6 μm。按所含成分特征，研究區(qū)包裹體分為鹽水包裹體和烴類包裹體，兩者鏡下特征差別明顯，易于區(qū)別：鹽水包裹體在鏡下偏亮，透光且無熒光特性；烴類包裹體顏色偏暗，表現(xiàn)為深色或暗色，熒光下具有熒光特性。研究區(qū)包裹體相態(tài)類型多樣，可觀察到純液相、固-液和氣-液混合相以及三相共存的復雜相態(tài)［圖3（j）—（l）］。

3.2 包裹體期次

通過包裹體巖相學研究，研究區(qū)包裹體生成期次大致分2 期，即早期和晚期。早期受成巖作用影響，包裹體主要賦存在顆粒表面溶蝕孔，呈不規(guī)則分布；也賦存在微小裂隙中，呈串珠形態(tài)［圖3（c）—（g）］；顏色較暗，具有熒光特性，在藍光激發(fā)下呈黃綠色-橘黃色［圖5（a）—（b）］。晚期構(gòu)造作用較強，形成切穿石英顆粒的長裂隙，包裹體沿裂隙分布，具有熒光特性，在藍光激發(fā)下呈暗綠色［圖3（e）；圖5（c）—（d）］。不同時期形成的包裹體在同一熒光下呈現(xiàn)的顏色不同，表明包裹體內(nèi)有機質(zhì)成熟度不同，根據(jù)熒光特性，顏色變化情況為：暗褐色-橘黃色-黃綠色-暗綠色，表明成熟度逐漸變高［29］。結(jié)合研究區(qū)包裹體熒光顏色，表明直羅組中晚期形成的包裹體內(nèi)有機質(zhì)成熟度較高。

圖5 鄂爾多斯盆地中南部直羅組砂巖儲層不同期次包裹體熒光特征（a）石英早期愈合裂隙包裹體，呈帶狀分布，S1 井，單偏光；（b）與（a）同一視域，包裹體在藍光激發(fā)下呈橘黃色熒光；（c）石英晚期裂隙包裹體，呈線狀分布，S1 井，單偏光；（d）與（c）同一視域，包裹體在藍光激發(fā)下呈暗黃色熒光Fig.5 Fluorescence characteristics of inclusions in different stages of sandstone reservoirs of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

3.3 包裹體均一溫度

本測試在西安地質(zhì)調(diào)查中心完成，測溫對象主要選擇產(chǎn)于石英表面微裂縫中，與烴類包裹體同期產(chǎn)出的鹽水包裹體，鹽水包裹體相態(tài)清晰，易于觀察測量。本次實驗采用Linkam THMS-600G 型冷熱臺測定均一溫度，測定誤差控制在0.5 ℃左右，測溫初始速率為每分鐘遞增5 ℃，接近均一狀態(tài)時，為便于觀察，速率調(diào)至每分鐘遞增2 ℃，實測均一溫度數(shù)據(jù)總計48 個。

分別統(tǒng)計不同期次包裹體均一溫度，繪制分布直方圖（圖6），據(jù)統(tǒng)計分析，早期包裹體均一溫度分布為250～320 ℃，均一溫度峰值為290～300 ℃；晚期包裹體均一溫度整體相對早期較低，分布為120～180 ℃，峰值為130～150 ℃。測試結(jié)果表明，整個階段數(shù)據(jù)分布區(qū)間較寬，沒有連續(xù)性，間隔比較明顯，表明油氣充注過程不連續(xù)，溫度異常高，推測充注過程可能受一定熱事件的影響。

圖6 鄂爾多斯盆地中南部直羅組砂巖包裹體均一溫度分布直方圖Fig.6 Histogram of homogenization temperature distribution of sandstone inclusions of Zhiluo Formation in south-central Ordos Basin

4 包裹體指示意義

在鄂爾多斯盆地中南部直羅組包裹體均一溫度特征分析基礎(chǔ)上，再對研究區(qū)埋藏-熱演化史進行恢復，對精確判定油氣成藏期次和時間具有重要的意義，結(jié)果更符合研究區(qū)實際成藏過程。前期研究表明，研究區(qū)中生代各個時期在構(gòu)造運動的影響下地層剝蝕程度存在一定的差異，在早白堊世末期剝蝕厚度為1 200 m，剝蝕程度最大[30]（圖7）。通過研究區(qū)不同時期地層剝蝕情況，推斷出各時期的埋藏演化史，結(jié)合熱史推算研究區(qū)生油排烴時期。研究區(qū)中生界熱演化史數(shù)據(jù)表明：正常古地溫梯度為3 ℃/100 m，地表溫度取值為15 ℃，大地熱流值為60 mW/m2，而中生代末期（100～140 Ma）古地溫梯度異常，為4 ℃/100 m，大地熱流值為90 mW/m2。由圖8 可知，埋藏深度越大，古地溫越高，在早白堊世末期地層埋深已經(jīng)超過2 500 m，此時古地溫達到140 ℃，該時期也正是生烴排烴的高峰期。

圖7 鄂爾多斯盆地中生代地層剝蝕厚度圖［30］Fig.7 Contour map of denudation thickness of Mesozoic strata in Ordos Basin

圖8 鄂爾多斯盆地中南部埋藏史-熱演化史Fig.8 Burial history and thermal evolution of south-central Ordos Basin

值得注意的是，研究區(qū)直羅組最大埋深古地溫為100～110 ℃，遠低于直羅組砂巖包裹體均一溫度，說明研究區(qū)當時的成藏環(huán)境受外力的影響而發(fā)生顯著增溫，推測本區(qū)域發(fā)生過強烈熱事件。前期學者通過對強烈構(gòu)造運動時期、火成巖年齡及磷灰石裂變徑跡等基礎(chǔ)研究，結(jié)合熱演化史模擬結(jié)果，確定了熱事件發(fā)生時期距今約140～100 Ma，地質(zhì)年代處于晚侏羅—早白堊世，此次構(gòu)造熱事件與燕山晚期強烈的構(gòu)造運動有關(guān)，巖石圈深部在構(gòu)造運動的影響下熱活動不斷增強，且盆地南部巖石圈熱活動強度比北部劇烈，熱異常區(qū)主要分布在盆地南部的吳起—慶陽—富縣一帶［31-32］。在早白堊世時期，構(gòu)造運動呈弱拉張運動，巖石圈變薄，巖漿侵入和噴發(fā)，地幔發(fā)生底侵作用，此事件對盆地油氣煤鈾等礦產(chǎn)的成藏成礦產(chǎn)生了重要影響［33-35］?？梢姕y試分析的結(jié)果與前期學者們的認識基本一致，測溫觀察到的異常高溫包裹體反映了研究區(qū)直羅組油氣在成藏過程中均受到了該構(gòu)造熱事件影響。通過對研究區(qū)直羅組流體包裹體的鏡下觀察，結(jié)合均一溫度分布特征，判定該地層至少經(jīng)歷了2 次油氣充注，早期地層溫度高，后期受構(gòu)造運動影響地層抬升，溫度明顯降低。

5 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地中南部直羅組儲層中普遍發(fā)育流體包裹體，相態(tài)多樣，一般呈線狀、帶狀和面狀分布。包裹體大致分為2 期，賦存在礦物顆粒表面溶蝕孔、早期裂隙中的為早期油氣包裹體，藍光激發(fā)下發(fā)橘黃色-黃綠色熒光，均一溫度為250～320 ℃，峰值為290～300 ℃；晚期油氣包裹體主要賦存在晚期裂隙中，在藍光激發(fā)下發(fā)暗綠色熒光，均一溫度為120～180 ℃，峰值為130～150 ℃。

（2）均一溫度分析結(jié)合埋藏史-熱演化史研究，推測鄂爾多斯盆地中南部直羅組油氣運聚富集受到構(gòu)造熱事件的影響，包裹體早期溫度高，后期由于構(gòu)造運動導致地殼抬升，使地層溫度顯著下降。均一溫度分布范圍大，2 期溫度間斷明顯，表明直羅組油氣充注是一個不連續(xù)的過程。