鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系包裹体特征及油气充注史_陈志雄.pdf

第 34卷 第 6期2023年 6月Vol.34 No.6Jun.2023天 然 气 地 球 科 学NATURALGASGEOSCIENCE引用格式：陈志雄，张凤奇，赵振宇，等.鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系包裹体特征及油气充注史 J.天然气地球科学，2023，34（6）：1028-1038.CHEN Zhixiong，ZHANG Fengqi，ZHAO Zhenyu，et al.Characteristics of Lower Paleozoic Ordovician inclusions and oil and gas filling history in the western margin of Ordos Basin J.Natural Gas Geoscience，2023，34（6）：1028-1038.DOI：10.11764/j.issn.1672-1926.2023.01.005鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系包裹体特征及油气充注史陈志雄1，2，张凤奇1，2，赵振宇3，高建荣3，李程善4，付玲3，张兰馨1，2（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；3.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；4.中国石油长庆油田勘探事业部，陕西 西安 710018）摘要：鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系碳酸盐岩储层油气成藏期次尚不明确。选取研究区内 5口典型井 8块下古生界储层碳酸盐岩样品，进行流体包裹体岩相学分析、显微测温及激光拉曼光谱分析，结合典型井埋藏史热史恢复，确定了鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系油气成藏期次。结果表明，鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系碳酸盐岩储层中流体包裹体可分为 2期：第期包裹体主要以液态烃类包裹体及其伴生的大量盐水包裹体为主，荧光显示为黄色，主要呈串珠状分布在溶孔填充方解石和早期裂缝填充方解石中，其伴生盐水包裹体均一温度的峰值介于 120130 之间；第期包裹体主要发育气态烃类包裹体及其伴生的大量盐水包裹体和少量沥青包裹体，呈带状分布在晚期裂缝填充方解石中，无明显荧光显示，其伴生盐水包裹体均一温度的峰值介于150170 之间。研究区下古生界奥陶系储层经历了 2期烃类充注过程：第一期发生在早侏罗世晚期，为大量油气充注时期；第二期充注发生在早白垩世早期、中期，为大量天然气充注时期。关键词：流体包裹体；成藏期次；下古生界；克里摩里组储层；鄂尔多斯盆地西缘中图分类号：TE122.2+3 文献标志码：A 文章编号：1672-1926（2023）06-1028-110 引言 海相深层碳酸盐岩是世界油气勘探的重要领域，随着四川盆地、塔里木盆地和鄂尔多斯盆地海相深层碳酸盐岩油气勘探的持续突破，该领域已成为中国油气资源战略的重要接替领域1-4。鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系海相碳酸盐岩层系是天然气勘探的重要层系5-6，自 20 世纪末，在盆地中部下古生界奥陶系发现靖边气田以来，经过多年持续不断的勘探开发，盆地中部的靖边气田及周围地区的勘探程度已经较高7。而近些年来，在盆地西部下古生界奥陶系新钻遇的探井获得了工业气流，揭示了盆地西缘奥陶系碳酸盐岩层系作为未来勘探开发的新领域具有巨大的勘探开发潜力8。然而，鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系碳酸盐岩层系经历了多期次构造运动，成藏条件极其复杂。以往研究主要集中在沉积演化9-12、成藏模式5，13-17、储层特征18-19等方面。有关成藏年代的研究相对较少，限制了对该区域油气成藏机制的认识。因此，亟需对鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系储层油气成藏期次进行深入研究。成藏期次的研究对于了解含油气盆地的成藏收稿日期：20221027；修回日期：20230104；网络首发日期：20230119.基金项目：国家自然科学基金（编号：42172164）；陕西省自然科学基础研究计划项目（编号：2017JM4004）；陕西省教育厅重点实验室科研计划项目（编号：17JS110）联合资助.作者简介：陈志雄（1998-），男，江西赣州人，硕士研究生，主要从事油气成藏动力学和流体包裹体研究.E-mail：chenzhixiong_.通信作者：张凤奇（1981-），男，河南周口人，博士，教授，主要从事油气形成机制与油气成藏动力学研究.E-mail：.No.6陈志雄等：鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系包裹体特征及油气充注史规律及演化过程具有重要意义20-21。流体包裹体作为研究含油气盆地成藏期次的重要工具之一，其蕴含有丰富的地质信息。通过镜下观察，可以得到流体包裹体大小、形态、颜色、分布以及荧光等特征，从而初步分析包裹体的成因以及流体来源22。岩相学分析将成岩演化序列与包裹体期次相联系，便于人们理解包裹体的地质历史背景23-24。激光拉曼光谱分析可以无损确定包裹体内的主要分子组分，从而确定成藏流体的类型与组分25-26。通过均一温度和冰点温度的测定，即可分析古流体的温度、压力、盐度等信息27-28。将烃类包裹体伴生的盐水包裹体的均一温度与盆地模拟得到的埋藏史热史相结合，即可间接确定古油气藏的成藏期次29-32。目前有关于鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系碳酸盐岩层系成藏期次的研究主要集中于盆地内部33-35，有关盆地西缘下古生界奥陶系碳酸盐岩储层的成藏期次研究相对较少36，这严重制约了盆地西缘下古生界奥陶系碳酸盐岩天然气藏的进一步勘探开发。为此，本文以流体包裹体实验为基础，对研究区内下古生界奥陶系碳酸盐岩储层的流体包裹体进行岩相学分析、激光拉曼光谱分析和显微测温，结合单井埋藏史热史恢复，探讨鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系碳酸盐岩储层的油气成藏期次。研究成果有助于认识鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系天然气藏的成藏机制，并可为该地区下古生界的天然气勘探提供一定指导意见。1 地质背景 鄂尔多斯盆地划分为伊盟隆起、陕北斜坡、渭北隆起、晋西挠褶带、天环坳陷以及西缘冲断带 6个一级构造单元，研究区位于鄂尔多斯盆地西缘，横跨天环坳陷和西缘冲断带 2个一级构造单元（图 1）。目前勘探研究表明，研究区下古生界奥陶系是一套海相碳酸盐岩地层，经历过多期抬升，地层遭受了不同程度的剥蚀，剥蚀厚度从研究区东部到西部逐渐减小，研究区东部局部地区地层有缺失。研究区下古生界奥陶系自下而上主要沉积有三道坎组（O1s）、桌子山组（O2zh）、克里摩里组（O2k）、乌拉力克组（O3w）及拉什仲组（O3l）等地层。其中拉什仲组（O3l）、乌拉力克组（O3w）为主要的烃源岩层系，其内发育的泥灰岩、灰质泥岩有机质碳含量较高，平均含量达到 0.4%，镜质体反射率（RO）主要介于1.1%1.3%之间，干酪根类型以型干酪根为主，具有一定的生烃潜力14，37。克里摩里组（O2k）为本文研究的目的层系，主要发育有灰岩、白云岩等，经过后期的溶蚀作用，形成了缝洞体系，可作为良好的储层。拉什仲组、乌拉力克组等烃源岩层系生成的油气直接在克里摩里组储层发育的溶蚀孔缝中聚集成藏，形成自生自储型的岩性气藏8。2 实验与方法 2.1样品本文研究采集了鄂尔多斯盆地西缘奥陶系克里摩里组碳酸盐岩储层岩心样品共 32块，取其中含气显示较好的 8 块制成包裹体薄片，样品的主要岩性为灰质白云岩和白云质灰岩，采样深度介于4 039.84 156.9 m之间（表 1）。2.2流体包裹体分析对流体包裹体薄片进行了岩相学分析、显微测温、激光拉曼光谱分析。其中岩相学分析是利用德国 ZEISS 透射光荧光显微镜对流体包裹体进行镜下观察，分析包裹体的大小、形态、展布、相态、荧光等特征。显微测温使用的是英国 Linkam THMS 600 型冷热台，得到均一温度、冰点温度等数据，并且利用盐度计算公式计算得到研究区下古生界流体包裹体的盐度数据。激光拉曼光谱分析使用的是英国 Renishaw inVia 显微激光拉曼光谱仪，分析研究区内流体包裹体的主要分子基团组分。2.3盆地模拟利用 PetroMod 软件对研究区下古生界的埋藏史热史进行恢复。根据 SWEENEY 等38提出的Easy%RO化学动力学模型对研究区下古生界烃源岩层系的 RO进行恢复，评价其有机质成熟度，并且利用研究区下古生界地层实测 RO数值对模拟结果进行拟合，保证模拟结果的可靠性。剥蚀厚度、古热流和古地表温度是盆地模拟的关键参数，研究区剥蚀厚度的数值参照了陈瑞银等39、高胜利等40的研究。研究表明，研究区内主要发生过 4 次抬升剥蚀，分别在三叠纪末期、中侏罗世末期、晚侏罗世末期以及早白垩世末期，其中前 3次抬升剥蚀的规模较小，剥蚀量介于 80200 m 之间，第4 次剥蚀规模较大，达到 600800 m。另一个重要参数古、今热流数据参考了任战利等41-44的研究成果，研究区内的现今热流值为 5458 mW/m2，且在平面分布上呈现西低东高的态势。在早白垩世，研究区内发生过一期构造热事件，并在早白垩世末达1029Vol.34天然气地球科学到最高古地温，热流值达到 7274 mW/m2，随后整体抬升剥蚀，地温梯度下降、地层冷却。古地表温度则是参照研究区的经纬度位置，使用 PetroMod的默认值。3 结果与讨论 3.1储层成岩作用成岩演化过程是包裹体期次划分的基础。研究区下古生界克里摩里组储层岩性主要以白云岩、灰岩等为主，其成岩过程较为复杂，前人33，45研究表明：研究区下古生界克里摩里组储层主要经历的成岩作用有溶蚀作用、白云岩化作用、胶结作用、压实作用、压溶作用及破裂作用等。其中溶蚀作用、白云岩化作用以及破裂作用尤为活跃，形成了多期次的溶孔填充方解石和裂缝填充方解石等次生矿物。研究区下古生界克里摩里组储层主要经历了准同生期、早成岩期、表生期及晚成岩期 4个阶段。在准同生期和早成岩期，以压实作用、压溶作用、白云岩化作用为主，随后在加里东构造运动时期，研究区下古生界奥陶系整体抬升，进入了表生期，研究区受长达 150 Ma的风化剥蚀和表生溶蚀作用，形成了大规模的早期溶蚀孔洞，同时伴随有早期溶蚀孔洞发生充填和局部微裂缝生成，此后，研究区进入了相对稳定的中、深埋藏晚成岩期，微裂缝受埋藏溶蚀作用影响形成溶蚀裂缝，受到后期印支、燕山构造运动的影响，溶蚀裂缝发生破裂改造、胶结充填作用。研究区下古生界克里摩里组储层储集空间主要以溶孔、裂缝为主，且多数被方解石填充，大多数溶孔发育时间较早，其形成主要受到加里东运动的构造抬升且长期淋滤溶蚀的影响。储层中主要发育有 2 期裂缝，其形成分别与印支期和燕山期构造运动有关。从岩心照片来看，不同期次发育的溶孔、裂缝有明显的交切关系，具有早期溶孔被晚期图 1鄂尔多斯盆地西缘综合地质图Fig.1Comprehensive geological map of the western margin of Ordos Basin（a）研究区构造地质图；（b）研究区井位分布图；（c）研究区岩性柱状图（修改自文献 14）表 1鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系克里摩里组取样岩心基本信息Table 1Basic information of the core samples from the Lower Paleozoic Ordovician Kelimoli Formation in the western margin of the Ordos Basin井号L50L13ZT1YT1GT1深度/m4 156.94 104.84 105.34 266.74 039.84 082.84 083.24 084.9样品编号X50X105X106X147X156X163X164X166岩性灰褐色含白云质灰岩灰褐色白云质灰岩褐灰色灰质白云岩灰褐色灰质白云岩灰褐色泥晶质灰岩灰褐色角砾状白云质灰岩灰褐色角砾状白云质灰岩灰褐色角砾状白云质灰岩层位克里摩里组克里摩里组克里摩里组克里摩里组克里摩里组克里摩里组克里摩里组克里摩里组1030No.6陈志雄等：鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系包裹体特征及油气充注史裂缝所切穿 图 2（a），图 2（b）、早期裂缝被晚期裂缝所切穿的特征 图