汪紫菱 徐新德 游君君 毛 歡 雷明珠 王碧維

(中海石油(中國)有限公司海南分公司 海南海口 570100)

油氣成藏期次研究是再現(xiàn)油氣成藏過程至關(guān)重要的一環(huán)。目前確定成藏期次最常用的方法是利用流體包裹體測定。儲層流體包裹體所捕獲的油氣是地質(zhì)歷史時期烴類的原始樣品，保存了油氣運聚活動的信息，流體包裹體研究在油氣勘探領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。油包裹體在紫外熒光激發(fā)下會表現(xiàn)出不同的顏色，這一特征主要與包裹體內(nèi)捕獲的油的成因、成分和成熟度有關(guān)[2-4]，該特征被進一步應(yīng)用在油源對比[5]和油氣充注期次[6-7]研究中，利用烴類包裹體熒光光譜技術(shù)研究油氣成藏期次由來已久。由于烏石凹陷包裹體資料有限，關(guān)于該區(qū)包裹體的研究少，烴類包裹體熒光光譜技術(shù)在該區(qū)應(yīng)用就更少，因此，對烏石凹陷成藏期次并未做過充分的研究，造成該區(qū)油氣成藏過程仍存在認識不清的問題，進而制約了烏石凹陷油氣勘探進程。本次對烏石凹陷主要含油氣構(gòu)造流沙港組儲層開展流體包裹體研究，在包裹體測溫的同時，進行油包裹體熒光光譜特征分析，并結(jié)合地層埋藏史、熱史的模擬恢復(fù)，精細剖析了流體充注特征，為烏石凹陷油氣成藏期次的準確劃分提供依據(jù)，也為其他含油氣地區(qū)成藏期次的研究提供借鑒意義。

1 地質(zhì)背景

烏石凹陷是位于南海西部海域北部灣盆地南部坳陷的一個富生油氣凹陷[8]，南臨流沙凸起，北接企西隆起(圖1)，受區(qū)域應(yīng)力場和控凹斷層活動的影響，面積2 560 km2,平面上呈現(xiàn)多隆凹相間的格局[9-10]。

圖1 烏石凹陷構(gòu)造區(qū)劃Fig.1 Tectonic regionalization of Wushi sag

烏石凹陷是新生代的斷陷湖盆，經(jīng)過裂陷和沉降的構(gòu)造演化，在剖面上形成了下斷上拗的“雙層結(jié)構(gòu)”。鉆井揭示，烏石凹陷自下而上依次發(fā)育古近系長流組、流沙港組和潿洲組，新近系以及第四系(圖2)。始新世受南部7號斷層的控制，凹陷沉積中心在東區(qū)，因而東區(qū)沉積主要為半深—深湖相，進而在對應(yīng)的流沙港組二段頂、底部廣泛穩(wěn)定發(fā)育2套半深—深湖相泥頁巖及油頁巖，是主力烴源巖段。在流沙港組二段沉積中期，發(fā)生區(qū)域性湖退，水體變淺，因此在其中部發(fā)育一套三角洲相砂巖，與流沙港組一段和流沙港組三段的扇三角洲砂巖共同成為本區(qū)主要儲層[11-14]。

圖2 烏石凹陷新生界綜合柱狀圖Fig.2 Cenozoic stratigraphic histogram of Wushi sag

2 實驗樣品與方法原理

2.1 樣品來源

本次研究主要在烏石凹陷選取了3個含油氣構(gòu)造(烏石16-A、烏石23-B、烏石17-C)6口井的流沙港組儲層砂巖樣品(圖1)，開展流體包裹體相關(guān)檢測分析。烏石16-A構(gòu)造樣品主要為流沙港組一段的油斑細砂巖，WS23-B1井樣品為流沙港組一段油斑細砂巖，WS23-B2井樣品為流沙港組二段油跡粉砂巖，烏石17-C構(gòu)造樣品為流沙港組二段油斑和熒光粉砂巖(表1)。

2.2 實驗方法及原理

本次研究采用美國的Maya2000 Pro光譜記錄儀和Yuanao顯微光譜分析系統(tǒng)，激發(fā)光為紫外光，波長365 nm，主要獲取熒光顏色和光譜參數(shù)。采用德國Leica DM4500P熒光顯微鏡和英國Linkam THMSG600型冷熱臺系統(tǒng)進行包裹體觀察、均一溫度的測量。冷熱臺的測溫范圍為-196～600 ℃，設(shè)置點分辨率為0.1 ℃，溫度穩(wěn)定性和精度為0.1 ℃，測試條件溫度22 ℃、濕度40%。

表1 烏石凹陷流沙港組巖石樣品信息Table 1 Information of rock samples in Wushi sag

研究中所采用的烴類包裹體熒光光譜技術(shù)是一種無損性的分析方法，利用紫外發(fā)射光通過顯微鏡照射石油包裹體，進而測定不同發(fā)射波長處的熒光強度所獲得的光譜，該方法空間分辨率高，簡便易行[15]。油包裹體由于含有芳香烴以及一些含氮和含硫等非烴化合物，通常在紫外光的照射下會發(fā)熒光。油包裹體的不同熒光顯示，通常反映了其組分成因的差異，進而反映油氣性質(zhì)的差異[16-17]。目前已有許多學(xué)者通過熒光光譜數(shù)值定量化分析，來研究油氣性質(zhì)的差異及成藏特征，其中主峰波長(λmax)和紅綠熵(Q)是最常用的2個屬性參數(shù)[18-19]。

λmax是指油包裹體最大熒光相對強度(Imax)所對應(yīng)的發(fā)射波長(圖3)，該參數(shù)值的大小可反映包裹體中油的組分和成熟度。油包裹體中小分子含量越多，成熟度越高，λmax值就越小，其對應(yīng)的熒光光譜會發(fā)生“藍移”；反之，λmax值就越大，熒光光譜發(fā)生“紅移”。Q被定義為光譜波長分別為650 nm和500 nm處的熒光相對強度I650與I500的比值。I650值和I500值分別主要反映油包裹體中成熟度較低的大分子組分信息和成熟度較高的小分子組分信息。因此，Q值越小，油的成熟度越高；反之，成熟度越低[20]。

圖3 油包裹體顯微熒光光譜λmax和Q參數(shù)定義Fig.3 Definition of microscopic fluorescence spectra λmax and Q of oil inclusions

3 包裹體特征

3.1 鏡下特征

通過鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，烏石凹陷流沙港組儲層樣品中發(fā)育豐富的流體包裹體，以油包裹體和鹽水包裹體數(shù)量最多，偶爾可見含烴鹽水包裹體、氣態(tài)烴包裹體和CO2包裹體。包裹體在砂巖儲層中產(chǎn)狀主要有兩種，一種是沿石英顆粒內(nèi)部微裂隙分布，另外一種是沿切穿石英顆粒的微裂隙分布。包裹體呈橢圓形、條形、不規(guī)則形等形態(tài)，且大小不一，其中油包裹體絕大多數(shù)6～18 μm，少量大于30 μm；氣液比在4%～8%之間，少量達到15%。

熒光下顯示，烏石凹陷流沙港組儲層中檢測到發(fā)亮黃色、黃綠色以及藍色3種熒光顏色的油包裹體(圖4)。熒光顏色隨不飽和烴的濃度及相對分子質(zhì)量增加而加深，芳香烴呈天藍色，膠質(zhì)呈黃色。有機質(zhì)熒光顏色可間接反映其熱成熟度，即熒光顏色由紅色→黃色→黃綠色→藍色，對應(yīng)有機質(zhì)成熟度逐漸增高，從低成熟到高成熟[21]。烏石凹陷流沙港組儲層中油包裹體發(fā)多種不同顏色的熒光，說明存在不同成熟度的原油，指示可能發(fā)生了多次油氣充注。其中，亮黃色反映早期成熟度相對較低的原油充注，黃綠色和藍色反映晚期成熟度相對較高的原油充注。

3.2 油包裹體光譜屬性參數(shù)

WS16-A1井流沙港組一段油層2 256.0 m處檢測到亮黃色熒光油包裹體，λmax為535.5～569.9 nm，Q為0.68～0.90；2 272.0 m處檢測到藍色熒光油包裹體，λmax為449.2 nm，Q為0.31(表2，圖5a)。WS16-A2井流沙港組一段油層2 384 m處觀測到第1幕亮黃色熒光油包裹體，λmax為547.7 nm，Q為0.64(表2，圖5b)。WS23-B1井流沙港組一段油層2 816.0 m處檢測到黃綠色熒光油包裹體，λmax為493.1～516.8 nm，Q為0.32～0.43；藍色熒光油包裹體，λmax為468.0 nm，Q為0.39(表2，圖5c)。WS23-B2井流沙港組二段油層3 220 m處觀測到第2幕黃綠色熒光油包裹體，λmax為484.0～508.0 nm，Q為0.22～0.27(表2，圖5d)。WS17-C1與WS17-C2井流沙港組二段油層主要觀測到黃綠色熒光油包裹體，λmax為492.0～530.0 nm，Q為0.26～0.43(表2，圖5e、5f)。

圖4 烏石凹陷流沙港組油層代表性油包裹體產(chǎn)狀及熒光顏色Fig.4 Occurrence and fluorescent of typical oil inclusions in the Liushagang reservior of Wushi sag

綜合以上6口井光譜屬性數(shù)據(jù)，顯示烏石凹陷流沙港組油包裹體λmax顯示3種不同范圍值，分別為449.2～468.0 nm，484.0～530.0 nm、535.5～569.9 nm，Q顯示2種不同范圍，分別為0.64～0.90，0.22～0.43。這些指示了該區(qū)存在至少2次油氣充注。

表2 烏石凹陷流沙港組油層油包裹體顯微熒光光譜參數(shù)Table 2 Micro-fluorescence spectral parameters of oil inclusions in the Liushagang reservior of Wushi sag

3.3 光譜屬性參數(shù)λmax與Q的相關(guān)關(guān)系

統(tǒng)計分析表明，烏石凹陷流沙港組油層中油包裹體熒光光譜參數(shù)λmax和Q具有明顯的相關(guān)性，根據(jù)其分布特征，可劃分為2個區(qū)域(圖6)。區(qū)域Ⅰ中Q值分布在0.64～0.90之間，λmax分布范圍為535.5～569.9 nm，油包裹體熒光顏色主要為亮黃色。區(qū)域Ⅱ中Q值分布在0.22～0.43之間，λmax分布范圍為449.2～530.0 nm，油包裹體熒光顏色主要為黃綠色和藍色。從區(qū)域Ⅰ到區(qū)域Ⅱ，λmax和Q值存在明顯降低的趨勢，指示包裹體內(nèi)油的成熟度增大。

圖5 烏石凹陷流沙港組油層不同充注幕次油包裹體典型光譜Fig.5 Typical spectrogram of different charing episodes oil inclusions in the Liushagang reservior of Wushi sag

圖6 烏石凹陷流沙港組油層油包裹體顯微熒光光譜λmax與Q相關(guān)關(guān)系Fig.6 Relationship between λmax and Q of micro-fluorescence spectral of oil inclusions in the Liushagang reservior of Wushi sag

4 流沙港組油氣成藏期次

從油包裹體不同熒光顏色以及相應(yīng)熒光光譜參數(shù)變化特征，可斷定研究區(qū)流沙港組油層經(jīng)歷了2次油氣充注。第1次充注原油成熟度相對較低，第2次充注原油成熟度相對較高。

根據(jù)油包裹體測溫結(jié)果，對比研究區(qū)內(nèi)2類不同產(chǎn)狀的油包裹體均一溫度，發(fā)現(xiàn)二者主頻帶溫度較為一致，主要集中在80～90 ℃，均一溫度分布范圍也基本相同，因此，可以認為2類裂隙為同一時期形成(圖7)。

鹽水包裹體顯微測溫結(jié)果顯示，存在90～100 ℃、110～120 ℃、130～140 ℃ 3個主頻溫度，表明研究區(qū)儲層存在3期熱流體活動，其中前2期伴隨有油氣的運移充注(圖8)，反映烏石凹陷流沙港組存在2次油氣充注。這與前面熒光特征分析的結(jié)果一致。

圖7 烏石凹陷流沙港組油層油包裹體均一溫度Fig.7 Homogenization temperature of oil inclusions in the Liushagang reservior of Wushi sag

圖8 烏石凹陷流沙港組油層鹽水包裹體均一溫度Fig.8 Homogenization temperature of brine inclusions in the Liushagang reservior of Wushi sag

根據(jù)前文熒光分析結(jié)果，結(jié)合流體包裹體均一溫度特征，綜合認為烏石凹陷流沙港組晚期整體發(fā)生2次油氣充注。不同構(gòu)造區(qū)塊，油氣充注期次及充注油氣性質(zhì)存在一定差別。WS16-A構(gòu)造流沙港組一段存在2次油氣充注，第1次充注的油氣成熟度相對較低，充注時間約為11～6 Ma；第2次充注的油氣成熟度相對較高，開始充注時間約為1 Ma，一直持續(xù)至今(圖9a)。WS23-B構(gòu)造流沙港組一段僅存在1次成熟度相對較高的油氣充注，開始充注時間約為6 Ma，一直持續(xù)至今(圖9b)；流沙港組二段也僅存在1次成熟度相對較高的油氣充注，充注時間約為12～4 Ma(圖9c)。WS17-C構(gòu)造流沙港組二段與WS23-B構(gòu)造相似，僅存在1次成熟度相對較高的油氣充注，充注時間約為10～4 Ma(圖9d)。可以發(fā)現(xiàn)，WS16-A構(gòu)造流一段油氣充注時間與WS23-B構(gòu)造流二段充注時間相近，但油氣成熟度卻明顯不一樣；同是流一段儲層，WS16-A構(gòu)造流一段內(nèi)的油成熟度要低一些，成藏時間要早一些；WS23-B構(gòu)造流一段油成熟度相對高一些，成藏時間相對較晚。分析認為，主要與油氣來源及油氣差異聚集有關(guān)。

圖9 烏石凹陷流沙港組埋藏史及油氣幕式充注時間Fig.9 Burial history and oil & gas curtain filling time in the Liushagang reservior of Wushi sag

根據(jù)烏石凹陷已有油氣來源的認識，流沙港組一段油氣主要來自于流沙港組二段上源巖，流沙港組二段油氣主要來自同層下部的源巖[22-23]。盆地模擬結(jié)果顯示，井區(qū)附近的東區(qū)次洼的流沙港組二段上源巖約從角尾組(13 Ma)開始大量生排烴，一直持續(xù)到現(xiàn)今；流沙港組二段下源巖存在早晚2次大量生排烴期，晚期的大量生排烴期約在13～5 Ma，且油氣的成熟度較高。表明研究區(qū)流沙港組一段、流沙港組二段油氣充注時間與對應(yīng)源巖大量生排烴時間是相互匹配的。那么，同是來自流二段上源巖所生成的油氣，WS16-A構(gòu)造流一段成藏特征與WS23-B構(gòu)造之所以存在明顯差異，主要是因為油氣的差異聚集，即早期烴源生成的成熟度相對較低的原油會聚集在離烴源巖灶相對較遠的圈閉中，晚期生成的成熟度相對較高的原油，會聚集在離烴源灶相對更近的圈閉中。相對WS23-B構(gòu)造，WS16-A構(gòu)造圈閉位置更高，距離烴源巖灶更遠，其儲層內(nèi)聚集的油成熟度自然相對較低，成藏時間相對較早(圖10)。

圖10 烏石凹陷流沙港組油氣成藏模式(剖面位置圖1)Fig.10 Oil and gas accumulation pattern of Liushagang Formation in Wushi sag(see Fig.1 for location)

5 結(jié)論

1) 鏡下熒光觀測發(fā)現(xiàn)，烏石凹陷流沙港組油層中存在有發(fā)亮黃色、黃綠色、藍色3種不同顏色熒光的油包裹體，指示發(fā)生多次不同成熟度原油的充注。熒光光譜屬性參數(shù)分析表明，烏石凹陷流沙港組油層中油包裹體分布在2個區(qū)域：區(qū)域Ⅰ中Q值分布在0.64～0.90之間，λmax分布范圍為535.5～569.9 nm，油包裹體熒光顏色主要為亮黃色；區(qū)域Ⅱ中Q值分布在0.22～0.43之間，λmax分布范圍為449.2～530.0 nm，油包裹體熒光顏色主要為黃綠色、藍色。從區(qū)域Ⅰ到區(qū)域Ⅱ，熒光光譜λmax、Q值存在明顯降低的趨勢，反映包裹體內(nèi)油的成熟度增高。

2) 根據(jù)包裹體熒光特征及均一溫度，結(jié)合研究井區(qū)埋藏史、生烴史及油氣來源特征，認為烏石凹陷流沙港組油層受油氣來源及油氣差異聚集的控制，晚期共經(jīng)歷了2次油氣充注。WS16-A構(gòu)造流一段內(nèi)的油成熟度相對低，成藏時間相對較早(11～6 Ma)；WS23-B構(gòu)造流一段油成熟度相對高，成藏時間相對較晚(6 Ma～現(xiàn)今)；WS17-C構(gòu)造流沙港組二段與WS23-B構(gòu)造相似，僅存在1次成熟度相對較高的油氣充注，充注時間約為10～4 Ma。