陕北富县地区晚三叠世包裹体特征及烃类充注期次

陶 华，王建民

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院,陕西 西安 710065；2.陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065)

0 引 言

沉积盆地储层内部矿物在生长发育过程中受各种地质演化作用的影响会产生晶格缺陷，在地层中运移的流体介质会在晶格缺陷中被捕获并保存下来，形成流体包裹体，其中含有烃类物质的被称为烃类包裹体。包裹体内流体介质不受后期盆地继承性活动的改造影响，记录了烃类资源赋存时的流体性质、物化条件，蕴含重要的地质信息，所以流体包裹体是烃类资源充注期次研究的重要媒介[1-2]。时保宏等认为可选择测定与烃类包裹体同期生成的盐水包裹体的均一温度代表烃源充注时的古地温，结合热演化历史来确定烃类充注期次及充注时间[3]；付金华等通过成岩次序中包裹体分布差异确定包裹体被捕获的相对先后时期，利用均一温度分布范围结合埋藏热史判断充注期次及时间[4]；马丽娜等用流体包裹体法、烃源岩生排烃史法等，相互佐证更好地明确烃类充注时间[5]。

鄂尔多斯盆地陕北富县地区晚三叠世烃类资源丰富，是勘探开发的重要目标[6-7]。罗春艳等对盆地中西部晚三叠世烃类包裹体进行均一温度和成分的测定，结合埋藏热史提出三期烃类充注，第1期为中侏罗世169～161 Ma，第2期为晚侏罗世至早白垩世早期148～135 Ma，第3期为早白垩世晚期105～125 Ma，主要充注时期为第1期和第2期[8]；吴悠等利用镇原地区晚三叠世包裹体均一温度的测试结果进行烃类充注研究，认为东部晚三叠世也存在三期烃类充注，第1期为早白垩世早期133～124 Ma，第2期为早白垩世中期115 Ma，第3期为晚白垩世早期95 Ma，西部由于距离生烃中心较远、成岩作用和构造调整效果的差异造成西部烃类充注弱，仅具一期烃类充注，充注时间为早白垩世晚期106～110 Ma[9]；宋世骏等对鄂尔多斯盆地西南部晚三叠世沉积构造演化、成岩序列等进行分析，利用与烃类同期盐水包裹体均一温度测试结果与热史演化发展的相对关系得出西南部晚三叠世存在两期烃类充注，第1期充注为早白垩世早期120～130 Ma，第2期充注为晚白垩世早期100～105 Ma[10]，说明盆地内不同区块的晚三叠世地层烃类充注期次及时间存在差异性。

1 区域地质特征

陕北富县地区位于鄂尔多斯盆地东南部(图1)，盆地内构造变形活动较弱，存在多旋回演变，发育多种类型的沉积相带，热演化程度高，有机质含量丰富[11]。盆地中部构造简单，三叠系以陕北斜坡上的小型古地形隆起为主，缺乏大规模的构造背斜[12]。鄂尔多斯盆地主要存在北东和南西2个物源区，陕北富县地区晚三叠世接受来自北东方向的物源，研究区位置处于湖盆沉积中心的东北部，经历了湖进至湖侵再到湖退的沉积演化过程[13]，在纵向上形成多套生储盖组合，是烃类物质运移富集的基本地质条件[14]。

晚三叠世发育三角洲前缘亚相，细分为水下分流河道、河口坝和分流间湾3种微相，其中水下分流河道发育最为广泛。垂向上可见水下分流河道及河口坝砂体与分流间湾泥岩交替发育，构成有效的储盖组合[15]，具有充分的供烃来源，同时烃源岩岩性致密，可阻挡烃类物质的运移，起到盖层的作用，使得烃类资源得以赋存聚集[16](图1)。

图1 构造分区及地层发育特征Fig.1 Tectonic division and stratigraphic characteristics

2 实验方法

选取陕北富县地区芦244和芦227两口井中具代表性的6块样品进行薄片观察及包裹体均一温度测试。

流体包裹体测温实验所用的显微镜为多功能显微镜莱卡4 500 P，测温设备为英国产likam THMSG 600型显微冷热台，可控温度范围为-196～600 ℃。

测试的均一温度和冰点温度精确度分别为±1和±0.1 ℃，测试先以5～15 ℃/min速率降温直至-80～-100 ℃，使包裹体完全冻结，然后以10～15 ℃/min缓慢升温，到达相变点温度速率降为0.1～0.5 ℃/min，仔细观察准确测定冰点温度，然后以20～30 ℃/min速率升温直至观察到包裹体内气泡接近消失，此时将速率减小，改降为0.5～1 ℃/min，当观察到包裹体达到均一时继续升温5～10 ℃，保证包裹体达到真正的均一。

3 包裹体特征

3.1 岩石学特征

富县地区晚三叠世发育长石砂岩(图2)，碎屑成分中以长石所占比最高，次为石英、岩屑、云母等，其中长石含量占岩石组分的41%，长石表面多被磨蚀；石英含量占28%，石英颗粒分选性较好，偶见石英次生加大边；岩屑含量占10%；云母含量一般在7%左右；填隙物含量为6%左右，晚期方解石胶结物比较发育。

图2 陕北富县地区晚三叠世砂岩分类Fig.2 Classification of Late Triassic sandstones in Fuxian area，northern Shaanxi

晚三叠世发育多种成岩作用类型。通过薄片可见压实作用下地层岩石中碎屑颗粒堆积紧密，孔喉被挤压变窄(图3(a))、石英颗粒发生胶结形成次生加大边，堵塞孔喉对物性起到负面影响(图3(b))，压实和胶结作用都使得岩层内的孔喉连通性变差，孔渗性能降低。方解石发生交代作用，对地层的孔渗性影响较小(图3(c))，长石颗粒发生溶解作用增大孔喉空间，破裂作用下颗粒产生的裂隙能够增强孔喉的连通性，改善孔隙结构(图3(d))。

晚三叠世包裹体类型为烃类包裹体、含烃盐水包裹体和沥青包裹体，各种类型包裹体的形态多样，大小不等，包裹体大小分布范围介于3×4～5×12 μm之间，气液比≤5%，分布形态多见条带状分布、零星分布(图4(a)～(b))。

在紫外光的辐照下烃类包裹体会发出荧光，随着包裹体内捕获的烃类流体的成熟度不同，显示的荧光颜色也不同[17]。晚三叠世包含两期烃类包裹体，第1期主要在石英颗粒附近发育，沿石英次生加大边或沿着石英颗粒的微裂隙以孤立或成带的状态分布，第1期液烃包裹体在单偏光下呈浅褐色，荧光激发下主要显示黄色、绿黄色荧光；沥青包裹体单偏光下呈黑褐色，荧光激发下显示弱褐黄色荧光；气烃包裹体单偏光下呈深灰色，荧光激发下无荧光显示(图4(c)～(e))。第2期包裹体赋存于方解石周围，早期方解石内没有烃类包裹体(图4(f))，沿着晚期方解石胶结物零星分布，第2期液烃包裹体单偏光下呈浅褐色，荧光激发下主要显示绿黄色、黄绿色荧光；沥青包裹体单偏光下呈黑褐色，荧光激发下显示弱褐黄色荧光(图4(g)～(i))。液烃包裹体荧光特征反映充注进入地层内的烃类物质成熟度较高。

图3 地层成岩作用特征Fig.3 Characteristics of stratigraphic diagenesis

图4 流体包裹体微观特征Fig.4 Microscopic characteristics of fluid inclusions

3.2 均一温度特征

包裹体均一温度代表晶格缺陷捕获流体时的地层温度，烃类包裹体内含有大量有机质，在加热加压的情况下组分不够稳定，测定结果会受到影响而产生误差，而盐水包裹体的组分更加稳定，测定其均一温度能够更好地反映捕获温度，故选择测定与烃类包裹体同期的含烃盐水包裹体的均一温度来代表烃类物质充注时的地层温度[18-19]。

富县地区晚三叠世含烃盐水包裹体均一温度介于为69～93 ℃之间，均一温度具有2个峰值，第1个峰值出现在80～85 ℃，第2个峰值出现在90～95 ℃(表1，图5)，包裹体均一温度的主峰值可代表烃类物质充注时的地层温度，均一温度分布2个主峰说明经历了两期充注，第1期与第2期均一温度峰值相差范围不是很大。

表1 陕北富县地区晚三叠世包裹体均一温度

图5 包裹体均一温度分布频率Fig.5 Homogeneous temperature distribution frequency of inclusions

3.3 盐度特征

包裹体盐度是烃类物质充注期次研究中反映流体特征的重要因素，能够反映古流体的物理化学性质及流体来源，通过地表渗流的流体盐度要比地层内部已经存在的流体盐度更低，即地层内封闭条件保存的流体盐度要高于开放条件下加入的外来流体的盐度[20-21]。烃类物质充注期间，随着烃源岩生烃作用的增强，地层内充注的烃类物质含量越多，地层水中有机酸的含量也随之增加，pH值降低，使得地层内的长石与方解石溶解，流体的盐度升高[22]，低盐度流体对应早期较低温的流体包裹体，高盐度流体对应晚期较高温流体包裹体[23]。晚三叠世第1期含烃盐水包裹体盐度分布范围介于1%～4%，第2期含烃盐水包裹体盐度均大于4%，分布在4%～5%之间，第2期含烃盐水包裹体的盐度比第1期盐度高(图6)。

图6 流体包裹体均一温度与盐度分布Fig.6 Homogeneous temperature and salinity distribution of fluid inclusions

4 充注期次

中生代早白垩世鄂尔多斯盆地内部延长组地层受构造作用发生下沉，地层温压条件升高，持续时间约25 Ma，是地质历史上重要的构造热事件，烃源岩在高温高压的地层条件下成熟并大量生烃，主力烃源岩在白垩世之前生烃量很小几乎为零，直至早白垩世早期受到构造热事件的影响，早白垩世早期(约135 Ma)烃源岩开始成熟，生烃量急剧上升，生成的烃类物质向邻近的砂体运移，到早白垩世晚期末(约100 Ma)达到生烃高峰，生烃量开始平稳不再大幅度上升[24]。

利用现代盆地模拟技术编制晚三叠世地层埋藏史热史演化图，结合包裹体测温的2个峰值结果，判断烃类充注时间[25-27]。将流体包裹体均一温度数据与盆地埋藏史中白垩世地层抬升前的温度演化曲线进行比对第1期含烃盐水包裹体均一温度分布范围80～85 ℃，对应的烃类充注时期距今134～128 Ma，处于早白垩世中期；第2期含烃盐水包裹体均一温度分布范围90～95 ℃，对应的烃类充注时期距今128～121 Ma，处于早白垩世晚期(图7)，由于两期包裹体均一温度与埋藏史比对的两次充注时期相邻，判断晚三叠世存在一幕两期式烃类充注，充注时期为早白垩世中期至晚期(134～121 Ma)，对应白垩世构造热事件后烃源岩生烃量大幅度上升的时间段。

图7 陕北富县地区晚三叠世烃类充注时期Fig.7 Late Triassic hydrocarbon charging periods in Fuxian area，northern Shaanxi

放射性同位素体系在烃类充注期次研究中获得了较好的成效，其中以K-Ar同位素系统应用最为广泛，可有效地用于确定烃类物质充注的时期[28]。自生伊利石的生长与烃类运移关联性较强，当成熟烃源岩生成的烃类流体运移进入地层时会致使地层内自生伊利石停止发育，故自生伊利石的形成时间可以代表最早烃类物质充注的时间[29]。前人在对鄂尔多斯盆地富县-正宁地区延长组烃类充注时期的研究中，以长6自生伊利石K-Ar测年结果结合包裹体测温和盆地热演化历史，综合判断延长组烃类物质充注富集时期为早白垩世(距今95～120 Ma)[22]，富县地区晚三叠世烃类物质充注时期与富县-正宁地区延长组自生伊利石K-Ar测年结果得出的时期具有较好的一致性。

5 烃源充注及赋存模式

烃类物质运移的主要动力是烃源岩生烃所产生的超压，超压在横向和垂向的不平衡分布为烃类的横向和垂向运移提供了驱动力[28]，晚三叠世长9李家畔页岩平均厚度值7.63 m，为上部长8地层充分的供烃来源，长8层烃类物质和长9烃源岩中正构烷烃的分布特征基本相似、长8层内烃类物质C29降藿烷不发育，与长7烃源岩中C29降藿烷较发育的特征不一致，说明长8层内的烃类物质来源于长9烃源岩，富县地区晚三叠世烃类物质充注主要来自于下部的烃源岩而非上部[30](图8)。

图8 陕北富县地区晚三叠世烃类充注及赋存模式Fig.8 Late Triassic hydrocarbon charging and storing mode in Fuxian area，northern Shaanxi

在生烃产生的压力作用下，下部烃源岩生成的烃类物质沿裂缝及连通孔隙运移进入砂体中，砂体之间的稳定泥岩隔层以及上部烃源岩(致密黑色泥页岩层)可作为盖层起到封堵运移通道的作用，使得烃类物质在砂体内富集储存。

烃类物质充注进入砂体，分布在有效烃源岩和有效盖层附近，储集于近源且储-盖配置好的砂岩和烃源岩内部的页岩中，具明显的源控特征[31-32]，为下生上储的近源复合赋存模式。

6 结 论

1)陕北富县地区晚三叠世发育两期包裹体，第1期包裹体在石英碎屑颗粒及次生加大边的微裂隙内孤立、成带分布，第2期包裹体沿晚期方解石胶结物零星分布，包裹体均一温度测试结果显示第1期与烃类包裹体同期的含烃盐水包裹体均一温度峰值分布在80～85 ℃，第2期与烃类包裹体同期的含烃盐水包裹体均一温度峰值分布在90～95 ℃。

2)第1期烃类充注时期距今134～128 Ma，第2期烃类充注时期距今128～121 Ma，两次充注时期相邻，充注时期为早白垩世中期至晚期134～121 Ma，晚三叠世烃类物质为一幕两期式充注。

3)晚三叠世发育一系列垂向上相互叠置的砂体，下部紧邻主力烃源岩，砂体之间的稳定泥岩隔层及上部烃源岩充当盖层，为下生上储的近源复合赋存模式。