于春勇 賈雨萌 李曉祥 孟姝婳 侯志國 呂克宸

(①中國石油渤海鉆探第一錄井公司；②中國石油大港油田公司勘探事業(yè)部)

0 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地作為我國內(nèi)陸第二大盆地，經(jīng)歷了海西、印支、燕山等多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，屬疊合型盆地，蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，尤其是西北緣哈拉阿拉特山地區(qū)(以下簡稱哈山地區(qū))具有“一源多儲(chǔ)”和“多源一儲(chǔ)”的復(fù)雜成藏特點(diǎn)，勘探前景廣闊[1]。截至目前，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)的油氣勘探方向已由淺部碎屑巖地層向深部火山巖地層轉(zhuǎn)變，即石炭系、二疊系火山巖油氣藏。眾多學(xué)者通過多種地質(zhì)手段研究發(fā)現(xiàn)，南部瑪湖凹陷二疊系佳木河組、風(fēng)城組及烏爾禾組泥質(zhì)烴源巖為其主要供烴層位，裂縫-孔隙型儲(chǔ)集體為油氣的主要富集空間，烴源灶、斷裂、平行不整合儲(chǔ)層等為該區(qū)域油氣成藏的主控因素。整體而言，該區(qū)域油氣藏具有下部油源供烴，平行整合、斷層與微裂縫不規(guī)則多重輸導(dǎo)，沿?cái)嗔褞Я芽p型儲(chǔ)層發(fā)育層段富集成藏的特征[2-10]。 前人通過傳統(tǒng)地質(zhì)分析手段定性恢復(fù)評價(jià)了該區(qū)域油氣成藏演化特點(diǎn)，但多期構(gòu)造作用的疊加致使其油氣成藏史較為復(fù)雜，油氣成藏期次及時(shí)間仍存在一定爭議[1-10]。本文擬通過流體包裹體、巖相學(xué)及熒光等技術(shù)手段，對哈山地區(qū)石炭-二疊系儲(chǔ)集體中的石英脈體、長石顆粒裂紋與方解石脈體中的流體包裹體樣品進(jìn)行測試分析，并結(jié)合盆地的埋藏史、構(gòu)造演化史和烴源巖演化史，系統(tǒng)分析哈山地區(qū)油氣成藏期次與時(shí)間，進(jìn)一步為區(qū)內(nèi)火山巖油氣藏的勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

哈山地區(qū)位于和什托洛蓋盆地和準(zhǔn)噶爾盆地之間，南部毗鄰瑪湖凹陷，為北西向南東推覆沖斷帶的主體部分，面積約550 km2(圖1)[5-8]，該區(qū)域經(jīng)歷了碰撞擠壓(C-P)、弧后擠壓(P2-T)、伸展斷陷(J1-J12)、再生前陸(J22-Q)等多起構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了多套斷裂體系和沉積間斷不整合面[11-12]，為油氣的運(yùn)移成藏提供了有利的通道和聚集場所。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域內(nèi)自下而上發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系地層；巖性自上而下主要為火山巖、白云質(zhì)泥巖、火山巖，其中火山巖發(fā)育多套，包含玄武巖、安山巖、流紋巖、凝灰?guī)r等多類巖性[1]。地表出露地層以石炭系為主體，且山體南麓與白堊系之間呈角度不整合接觸。

2 實(shí)驗(yàn)儀器與方法

實(shí)驗(yàn)分析測試在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院石油系微觀烴類檢測實(shí)驗(yàn)室完成，儀器為英國Linkam科學(xué)儀器公司生產(chǎn)的THMS 600型冷熱臺(tái)以及日本產(chǎn)Olympus配套顯微鏡，另配100倍長焦工作鏡頭。測溫范圍-196～600℃，測量精度±0.1℃，實(shí)驗(yàn)室溫度條件為25℃。

實(shí)驗(yàn)方法：利用顯微鏡對樣品中的油氣包裹體的分布、大小、形態(tài)、顏色及氣液比等巖相學(xué)組合(FIA)特征進(jìn)行分析，再通過THMS 600型冷熱臺(tái)對包裹體的均一溫度、冰點(diǎn)溫度進(jìn)行測試，最后結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地西北緣哈山地區(qū)的地層埋藏史、構(gòu)造演化史和烴源巖熱演化史分析確定油氣成藏的期次與時(shí)間。

3 流體包裹體特征

流體包裹體是地質(zhì)歷史演化時(shí)期被捕獲于晶格缺陷中的成巖成礦流體，它不僅保存了成巖成礦的“原始樣品”信息，還含有豐富的成藏信息[13]。

3.1 巖相學(xué)特征

利用流體包裹體劃分油氣成藏期次前，首先要對流體包裹體所在的宿主礦物進(jìn)行巖相學(xué)特征分析，以期獲得不同產(chǎn)狀下包裹體的分布、大小和相態(tài)等詳細(xì)特征，還要通過熒光顯微鏡來有效甄別鹽水包裹體和烴類包裹體。本文對研究區(qū)28塊樣品中石英和方解石宿主礦物內(nèi)的流體包裹體進(jìn)行了透射光和熒光系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要發(fā)育3種類型包裹體：

(1)液態(tài)烴包裹體。該類型包裹體形態(tài)多表現(xiàn)為橢圓形、近圓形、鐮刀形、月牙形，呈串珠狀成群成帶分布于巖石裂隙中方解石脈或顆粒間膠結(jié)物中(圖2a)，包裹體個(gè)體偏大，大小主要分布在5～30 μm之間，富集程度較高，該類型包裹體在透射光下呈深褐色，熒光下表現(xiàn)為微弱的淺褐色，常見于P1f(圖2b)。

(2)含液態(tài)烴包裹體。該類型包裹體富集程度較高，形態(tài)多表現(xiàn)為橢圓形、近圓形，部分為不規(guī)則形，呈串珠狀成群成帶分布于石英顆粒裂紋及石英加大邊內(nèi)，少量發(fā)育于方解石充填物中(圖2c、圖2e)，包裹體個(gè)體中等，大小主要分布在8～15 μm之間，少數(shù)可達(dá)20～35 μm，氣液比為6%～18%，熒光下呈黃色、藍(lán)白色(圖2d、圖2f)。

(3)鹽水包裹體。該類型包裹體富集程度較低且個(gè)體偏小，大小主要分布在3～6 μm之間，形態(tài)多表現(xiàn)為橢圓形、近圓形，常呈零星狀伴隨烴類包裹體分布于石英顆粒裂紋及石英加大邊內(nèi)(圖2c、圖2e)，氣液比為4%～9%。

圖2 包裹體透射光和熒光照片

綜上表明，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭系和二疊系儲(chǔ)層內(nèi)流體包裹體主要發(fā)育于石英顆粒裂紋、石英加大邊及方解石脈體中，鹽水包裹體個(gè)體較烴類包裹體普遍偏小，熒光下烴類包裹體主要呈褐色、黃色及藍(lán)白色3種顏色，為中高等成熟油，表明研究區(qū)存在多期不同成熟度烴類流體的充注。

3.2 均一溫度與冰點(diǎn)溫度特征

烴類包裹體同期伴生的鹽水包裹體均一溫度不僅可以用來作為古溫度的近似值和熱事件的標(biāo)志，而且還可以用作油氣成藏期次劃分的有效依據(jù)[14-15]。通過對準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭-二疊系進(jìn)行系統(tǒng)采樣，對典型樣品中液態(tài)烴類包裹體伴生的氣-液兩相鹽水進(jìn)行均一溫度和冰點(diǎn)溫度測試(表1)。從圖3可以看出，測試結(jié)果表明儲(chǔ)層內(nèi)烴類包裹體伴生鹽水包裹體的均一溫度具有明顯的“三峰”特點(diǎn)：早期流體包裹體均一溫度范圍為70～90℃，對應(yīng)峰值范圍為75～90℃；中、晚期流體包裹體均一溫度范圍分別為100～135℃、145～160℃，對應(yīng)峰值范圍分別為115～125℃、145～155℃。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)包裹體均一溫度直方圖

已有研究證實(shí)，低共熔溫度、冰點(diǎn)溫度可用來確定流體包裹體的成分[16]。

由表1可知，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)的石炭-二疊系儲(chǔ)層中鹽水包裹體的初熔溫度均大于-21.2℃，表明NaCl為研究區(qū)流體包裹體中的主要含鹽體系成分。早期形成的流體包裹體冰點(diǎn)溫度為-5.5～-1.5℃，平均值為-4.3℃，鹽度為2.57%～8.5%，屬于低鹽度包裹體；中、晚期形成的流體包裹體冰點(diǎn)溫度范圍分別為-10.5～-6.2℃、-20.1～-13.1℃，平均值分別為-8.9℃、-18.2℃，對應(yīng)鹽度分別為9.5%～14.5%、16.9%～22.3%，屬于中高鹽度包裹體，可能受到其他不同層位以及同層位不同方向水源的混合影響。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)儲(chǔ)層包裹體測試數(shù)據(jù)

4 油氣成藏條件

一般來說，油氣富集成藏受多種因素控制，包括生儲(chǔ)蓋層、構(gòu)造以及運(yùn)移保存條件等，這些因素既相互聯(lián)系又相互區(qū)別[17]，上述因素共同作用下，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭-二疊系地層富集成藏了多期油氣。

4.1 生儲(chǔ)蓋條件

勘探實(shí)踐表明，準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)南部瑪湖凹陷的二疊系佳木河組、風(fēng)城組烴源巖為主力生烴層，烏爾禾組次之[9]，有機(jī)質(zhì)類型整體屬于Ⅱ型干酪根。其中，主力烴源巖層佳木河組厚度最厚可達(dá)250 m，TOC含量為0.085%～2.0%，平均為0.56%，風(fēng)城組TOC含量為0.29%～5.35%，平均為1.35%，二者有機(jī)質(zhì)均處于成熟-過成熟演化階段，生烴潛力較強(qiáng)[9]，為哈山地區(qū)油氣藏的形成奠定了良好的油源基礎(chǔ)。

石炭至三疊系時(shí)期，盆地伸展裂陷構(gòu)造發(fā)育，火山活動(dòng)頻繁，形成了多套火山熔巖-火山碎屑巖與正常碎屑巖組合的扇三角洲及扇三角洲-湖相沉積體系。雖然，這些沉積體系內(nèi)基質(zhì)孔隙度(6%～20%)普遍較低，屬中低孔、低滲儲(chǔ)層，但后期局部構(gòu)造微裂縫的發(fā)育對儲(chǔ)層物性起到了明顯的改善作用，使其成為油氣富集的有利場所。三疊-白堊系時(shí)期沉積的區(qū)域性泥巖對下伏的石炭-二疊系儲(chǔ)層起到良好的封蓋作用，故哈山地區(qū)油氣成藏的生儲(chǔ)蓋條件整體較好。

4.2 構(gòu)造條件

自晚石炭系以來，研究區(qū)經(jīng)歷了海西、印支、燕山等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了多個(gè)沉積間斷面及多套斷裂體系[9]。斷裂體系類型主要為壓性、壓扭性、張性3種，方向整體表現(xiàn)為北東-南西向、北東東-南西西向和近東西向。垂向上又可將其劃分為深部和淺部 2 類，其中深部斷層，亦可稱為控藏?cái)嗔?，主要發(fā)育層位為石炭-三疊系，斷距大，平面延伸距離長。復(fù)雜的多期構(gòu)造疊加演化作用，整體控制了研究區(qū)油氣成藏的空間配置關(guān)系，最終形成了多期油氣富集及背斜和斷層等多種圈閉成藏模式[18]。

4.3 油氣運(yùn)移方式

雖然哈山地區(qū)石炭-二疊系儲(chǔ)層較差的基質(zhì)孔滲性嚴(yán)重阻礙了油氣的二次運(yùn)移，但地層中極為發(fā)育的斷裂系統(tǒng)與不整合面構(gòu)造為油氣提供了有效的側(cè)向與垂向運(yùn)移通道(圖4)。

圖4 哈山地區(qū)石炭-二疊系油氣運(yùn)移疏導(dǎo)模式(據(jù)文獻(xiàn)[9]修改)

哈山地區(qū)溝通瑪湖凹陷烴源巖的深部斷裂體系主要形成于印支期，且該時(shí)期與烴源巖的主要生排烴窗口匹配良好[9]。因此，瑪湖凹陷二疊系烴源巖生成的油氣，可通過斷裂系統(tǒng)與不整合面雙重運(yùn)移通道，由深及淺、由南到北，在哈山地區(qū)石炭、二疊系適當(dāng)圈閉中運(yùn)移并聚集成藏[9]。

4.4 成藏期次與時(shí)間

成巖礦物中的流體包裹體特征分析是獲得沉積盆地油氣運(yùn)移成藏信息最為直接和快速的方法，同時(shí)也是最為有效的方法之一[19]。根據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭-二疊系儲(chǔ)層中有機(jī)包裹體的熒光特征及與油伴生鹽水包裹體的均一溫度、鹽度等特征，結(jié)合研究區(qū)埋藏史、構(gòu)造演化史和烴源巖演化史(圖5)，確認(rèn)哈山地區(qū)至少存在3期油氣充注，分別發(fā)生在二疊紀(jì)末(243～251 Ma)、三疊紀(jì)末(205～210 Ma)、晚侏羅世-早白堊世(143～150 Ma)。

圖5 哈山地區(qū)HS 2井埋藏史及熱演化史(據(jù)文獻(xiàn)[20]修改)

5 結(jié) 論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)石炭-二疊系儲(chǔ)層內(nèi)主要發(fā)育液態(tài)烴、含液態(tài)烴及鹽水3種類型烴類裹體，烴類包裹體熒光顏色主要為褐色、黃色和藍(lán)白色3種，烴類包裹體伴生鹽水包裹體均一溫度具有明顯的“三峰”特點(diǎn)，第1峰值為75～90℃，第2峰值為115～125℃，第3峰值為145～155℃，包裹鹽度對應(yīng)分布范圍分別為2.57%～8.5%、9.5%～14.5%、16.9%～22.3%。

(2)研究區(qū)發(fā)育多套烴源巖、多期生排烴及多期斷裂活動(dòng)均表明該區(qū)油氣成藏過程復(fù)雜，存在多期油氣充注。流體包裹體測試基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)至少存在二疊紀(jì)末(243～251 Ma)、三疊紀(jì)末(205～210 Ma)、晚侏羅世-早白堊世(143～150 Ma)3期油氣充注，預(yù)示著該區(qū)域油氣資源豐富，具有巨大的勘探潛力。