2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室, 西安 710018
2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil & Gas Fields, Xi'an 710018, China
0 引言
鄂尔多斯盆地侏罗系油藏主要分布在延安组下部油层段，其成藏和分布受古地貌、岩性、构造等多因素控制，成藏条件复杂，具有相变快、储集空间非均质强、复杂多变等特点，油藏含油性与油层薄厚以及储层物性关系不清，油水关系复杂，油水界面难以确定，油层识别难度大，油水界面对油藏控制因素不明[1-2]。本文选用鄂尔多斯盆地侏罗系延安组油层砂岩样品(图 1)进行定量颗粒荧光(QGF、QGF-E)和包裹体丰度(GOI)分析测试，研究储层岩石颗粒捕获的石油包裹体及岩石颗粒表面吸附的烃类物质的特征，分析隐蔽输导通道、油气运移和聚集、古今油藏油水界面的关系，并结合延安组油藏自生伊利石K-Ar测年和烃类充注的历史，探讨鄂尔多斯盆地侏罗系油藏成藏过程。
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| 图 1 研究区区域构造位置及采样井位分布示意图 Figure 1 Organigram and sampling location distribution diagram |
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鄂尔多斯盆地侏罗系延安组自下而上可划分延10-延1共9个油层段，油藏主要分布在下部延7、延8、延9和延10油层段。本次研究样品采自Yan 33、Yang 42等10口井的延安组油层，共计含油砂岩112块。其中包裹体均一温度样品22块，包裹体丰度分析样品55块，QGF和QGF-E分析样品32块，储层自生矿物(伊利石) K-Ar同位素定年分析样品3块。本次研究的样品均采自鄂尔多斯盆地侏罗系延安组，样品的分析均在中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室完成。
1.1 流体包裹体分析流体包裹体透光和荧光分析在MPV-SP显微镜光度计上进行。流体包裹体均一化温度测试对象为石英胶结物(次生加大边)和方解石胶结物中与油包裹体共生的盐水包裹体，若无油气包裹体，则直接选择测量盐水包裹体。
1.2 含油包裹体丰度(GOI)分析含油包裹体丰度(GOI)为含油包裹体颗粒数与总颗粒数之比值，指示了古含油饱和度或古油层，可用于追溯地质历史中油水界面的变迁，识别古油层。
1.3 QGF和QGF-E分析定量颗粒荧光(quantitative grain fluorescence，QGF)分析将岩样经过轻微研磨，根据岩样粒径分布，筛选具有代表性粒径的颗粒作为分析样品。依次用二氯甲烷、双氧水及盐酸对样品进行处理，烘干。最终使岩样呈颗粒状态(通过镜检确定)，其主要含有石英和长石。在Varian荧光分光光度计中测定岩样的荧光强度。颗粒萃取物荧光定量分析(quantitative grain fluorescence on extract，QGF-E)将上一步得到的岩样用一定体积的二氯甲烷抽提，测定抽提液的荧光强度。
1.4 砂岩储层自生矿物(伊利石) K-Ar同位素定年分析砂岩定年对象为砂岩储层自生矿物(伊利石)。在砂岩储层中分离出粒级小于0.1μm的黏土矿物(主体是自生伊利石和伊/蒙混层矿物)，经XRD分析确认矿物组成和样品代表性。钾含量用原子吸收光谱测定，方法为酸溶法。同位素地质年龄测试条件：样品在1 500 ℃熔化的同时，加入准确定量的38Ar稀释剂，测定混合稀释后的同位素比值(40Ar/38Ar)和(38Ar/36Ar)，求出样品放射性成因40Ar，再据样品的K含量计算年龄。
2 侏罗系油藏流体包裹体特征 2.1 流体包裹体特征沉积物沉积、成岩演化各阶段形成的新生矿物、矿物加大边、碎屑矿物裂隙的愈合面，以及矿物、岩石的重结晶等都可能捕获沉积、成岩环境中的介质流体，而所形成的各种包裹体记录着地质演化的历程信息[3]。储层成岩自生矿物组构、相互包裹、穿插关系和形成时间序列，油气包裹体相态、形态、颜色、分布、均一温度和荧光特征等均记载了地质演化信息[4]。本次研究所采集侏罗系储层样品岩性主要为长石石英砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑长石砂岩，总体石英含量高。
依据油气包裹体分布、形态、物理相态、颜色，可识别出鄂尔多斯盆地延安组油层存有两期油气包裹体，分别代表两次油气运移、成藏事件。早期包裹体形成于沉积埋藏之后地层大规模抬升过程中，分布在早成岩裂隙中，其物理相态主要有气态烃+液态烃+少量盐水、气态烃+液态烃和纯液态烃3种。气液比较大，颜色为黑色或深褐色；气态烃呈灰色，居包裹体中央部位；液态烃为黄褐色，半透明；盐水无色透明，分布在包裹体边缘。包裹体形态为近圆形、椭圆状，部分为不规则状。这类包裹体主要在溶蚀孔隙中可见，沿早期裂隙呈串珠状分布，为早期裂隙形成之后有机质流体运移过程中被捕获形成(图 2)。晚期油气包裹体形成于较晚期构造活动过程中，主要分布在晚成岩阶段的晚期裂隙，同时在晚期硅质胶结物和亮晶方解石胶结物中也可见。晚期所捕获的油气包裹体较大，包裹体中油、气、水3种相态边界清晰可见，其物理相态主要包括气态烃+液态烃+大量盐水及气态烃+大量盐水2种。包裹体形态主要为椭圆型和不规则状，多呈串珠状分布。这种包裹体形成于晚期构造抬升导致油气二次调整运移、成藏期间。同时，晚期油气包裹体特征也反映出当后期油气运移、成藏时，有机质流体中烃类含量相对较低，所以其荧光颜色较浅(图 3)。
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| a.Yang 1井，996.8 m，延7，石英加大边底部沥青包裹环带，是早期油气运移或早期油藏被改造的标志；b. Yan 9井，217.3 m，延8，早期裂隙充填的串珠状有机包裹体；c. Yan 33井，1 899.7 m，延8，早期有机包裹体；d. Yan 33井，1 899.7 m，延8，早期有机包裹体，有沥青质沉淀；e. Yang 42井，1 018.3 m，延9，早期捕获包裹体；f. Yang 42井，1 018.3 m，延9，早期宿主矿物附存的包裹体。 图 2 鄂尔多斯盆地侏罗系储层早期包裹体特征 Figure 2 Early inclusions of Jurassic reservoirs in Ordos basin |
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| a.An 62井，1 697.8 m，延9，方解石裂隙中包裹体；b. An 62井，1 697.8 m，延9，石英裂隙中液态包体；c.An 62井，1 697.8 m，延9，石英溶蚀孔中的烃类；d.An 62井，1 697.8 m，延9，石英表面溶蚀孔中的气液二相包体；e.An 62井，1 697.8 m，延9，斜长石解理缝中包体；f.An 62井，1 697.8 m，延9，溶蚀孔(边部残留方解石)中包体。 图 3 鄂尔多斯盆地侏罗系储层晚期包裹体特征 Figure 3 Late inclusions of Jurassic reservoirs in Ordos basin |
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鄂尔多斯盆地侏罗系储层中的两期油气包裹体主要分布在与早、晚期断裂作用有关的构造裂隙和溶蚀孔隙中，两期裂隙形成都与当时的构造活动息息相关，而构造活动是成岩作用和油气形成以及运移成藏的主要因素。因此，两期油气包裹体分别代表了研究区两次油气运移成藏过程，油气运移与早、晚期构造活动有关。
2.2 油气包裹体丰度与油气成藏关系油气包裹体丰度是指在显微镜下统计油层砂岩包裹体薄片中含油气包裹体的砂岩碎屑颗粒数占所有统计砂岩碎屑颗粒数的百分比，是油气包裹体定量统计分析的一种方法[5-6]。研究表明，油气包裹体丰度在储层的油层和水层中存在数量级的差别，据Eadington[7]对多个油气田储层油气包裹体丰度(GOI)研究发现，一般的油层GOI值大于5%，而运移通道GOI值为1%~5%，水层GOI值则小于1%。王飞宇等[8]对我国多个油气田储层中油气包裹体丰度进行对比分析，认为大部分油层中GOI值大于5%，且一部分样品GOI值大于10%，在某些油层GOI高值分布较少，原因为油藏成藏期较短，属于快速充注成藏的结果。储层矿物中所捕获的油气包裹体不是现今储层孔隙中可流动的石油，即使油气再次运移，包裹体仍然可证明地质时期古油藏的存在。
本次研究借助偏光显微镜和荧光显微镜对An 86、Yang 42等井的延安组油层和水层的油气包裹体丰度分别进行了详细地统计。结果表明：An 86井延8段深度段1 460~1 474 m，10块样品GOI值为1.3%~5.7%，平均值为3.9%(图 4)；Yang 42井延9段深度段1 010~1 026 m，23块样品GOI值为0~8%，平均值为2%(图 5)。证明油层之上的水层在古地质时期为油层。结合研究区构造背景，可认为区内曾发生区域性的油气运移和聚集改造成藏事件，现今的水层曾经是油层(即古油层)，在后期的构造事件中原油被地层水驱替成为水层，同时早期油藏受到一定破坏，而目前油层相当于残余油藏或古油藏调整改造后的油藏。
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| pc为荧光强度单位。 图 4 An 86井侏罗系延安组延8段QGF和QGF-E图 Figure 4 QGF Index and QGF-E Intensity depth profiles for An86 well, Ordos basin showing fluid contacts |
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| pc为荧光强度单位。 图 5 Yang 42井侏罗系延安组延9段QGF和QGF-E图 Figure 5 QGF Index and QGF-E Intensity depth profiles for Yang42 well, Ordos basin showing fluid contacts |
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本次研究侏罗系延安组储层中油层、水层中的油气包裹体特征几乎一样，均存在两期油气包裹体，而且包裹体分布、产状、荧光等特征也相似，证明油层和水层中油气运移、成藏过程一致，与油气包裹体丰度分析结果相同。
2.3 定量颗粒荧光(QGF和QGF-E)与油气成藏关系定量颗粒荧光测定砂粒中含油包裹体的相对含量，颗粒萃取物定量荧光测定砂粒表面含油有机质的相对含量。定量颗粒荧光和颗粒萃取物定量荧光来测定油气储集层中现今残余油及古油柱[9-12]。
An86井侏罗系延安组延8段1 460~1 474 m。QGF指数为2.4~10.6，均值为5. 5。QGF-E荧光强度为34.4~306.0 pc，均值为191.3 pc，QGF-E荧光强度均大于150 pc的样品占总样品数的73%。QGF和QGF-E谱峰在375~475 nm范围均有较高的值，为油层(图 4)。总体而言，延8油层GOI值小于5%，平均值仅为3.9%，QGF值接近6，QGF-E值较低，为191.3 pc，剖面显示残余油水界面高于现今油水界面，说明An 86井延8段早期成藏，后期调整，部分油气在构造活动期继续向上运移并聚集成藏(图 4)。
Yang42井延9段1 010~1 026 m。QGF指数为1~11，均值为5。QGF-E荧光强度为14~922 pc，均值为226pc。延9油层GOI值小于5%，平均值仅为2%，QGF值为5，QGF-E的值较低为226 pc，剖面显示残余油水界面低于现今油水界面，说明Yang 42井延9段早期成藏，后期调整，在构造活动期部分油气继续向上运移至现今油水界处聚集成藏(图 5)。
2.4 油气包裹体测温与油气成藏关系流体包裹体均一温度是我们了解流体古地温、推测盆地古地温和热演化史的主要依据。本次研究共选择22个包裹体薄片样品进行分析测试，对油气包裹体伴生的同期盐水包裹体进行测量，测点数共计520个。研究区包裹体均一温度测试结果表明(图 6)，本次研究所分析的包裹体样品包裹体均一温度为70~150 ℃，且在70~120 ℃和120~150 ℃存在两个较为明显的区间，表明存在两期成藏。
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| 图 6 鄂尔多斯盆地侏罗系包裹体均一温度分布直方图 Figure 6 Distribution histogram of homogenization temperature of Jurassic in Ordos basin |
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将构造演化史同油气包裹体宿主矿物与均一温度、Ro值及成岩演化结合起来，参照任战利[13]测定的鄂尔多斯盆地古地温梯度3.68 ℃/100m和地表温度15 ℃计算，得出研究区早期充注时间为晚侏罗世，早白垩世为大规模充注期(图 7)。
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| 图 7 鄂尔多斯盆地侏罗系埋藏史图 Figure 7 Burial history chart of Jurassic in Ordos basin |
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自生伊利石是高岭石和钾长石在储集层酸性水介质中溶解沉淀出的一种成岩矿物。当油气进入储层后，由于孔隙流体介质的变化自生伊利石就会终止其生长。油层中自生伊利石的年龄代表其停止生长的时间，也就是油气进入储层的成藏时期[14]。本次K-Ar定年所测试的样品均采自延安组油层段含油级别较高的砂岩，Yan 33井、An 86井和Yang 42井样品伊利石K-Ar同位素定年分析测定成藏时间分别为(108.3±2.0)、(112.1±2.0)和(116.5±2.0) Ma (图 7和表 1)，为早白垩世。
| 井号 | 层位 | 粒级/μm | 黏土矿物质量分数/% | w(K)/% | (40Ar*/40Ar)/% | 40Ar*/(mol/g) | 年龄/Ma | ||||
| I | I/S | S | K | C(C/S) | |||||||
| Yan33 | 延7 | ＜0.1 | 76 | 13 | 0 | 6 | 5 | 5.45 | 73.15 | 1.055E-09 | 108.3±2.0 |
| Yang42 | 延8 | ＜0.1 | 65 | 25 | 0 | 5 | 5 | 5.33 | 75.17 | 1.112E-09 | 116.5±2.0 |
| An86 | 延9 | ＜0.1 | 76 | 14 | 0 | 4 | 6 | 5.67 | 75.35 | 1.137E-09 | 112.1±2.0 |
| 注：I.伊利石；I/S .伊利石/蒙皂石；S.蒙脱石；K.高岭石；C.绿泥石；K.钾；40Ar*.放射性40Ar。 | |||||||||||
石油在运移过程中，均要以压力的降低为先决条件，压力的降低必然使气油比随运移距离的增加而逐渐降低；而残留在石油中的甲烷含量，在侧向运移时，由于与围岩间吸附力量小，其含量增加。垂向运移时，低分子烃类甲烷，分子量小，渗透性最强，会优先逸失，气油比和甲烷含量均会降低[14]。鄂尔多斯盆地侏罗系油藏具有垂向充注，垂向、侧向双向运移的特征。城壕至南梁地区延10短距离垂向运移，延9侧向运移，延8、延7和延6为垂向运移；陕北地区延10短距离垂向运移，延9和延8侧向运移；马岭地区延安组下部呈垂、侧向运移方式，上部为垂向运移；姬塬地区以短距离垂向运移为主的特征(图 8)。
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| a.城壕至南梁地区；b.陕北地区；c.马岭地区；d.姬塬地区。 图 8 鄂尔多斯盆地侏罗系卡西莫夫运移系数线解图 Figure 8 Ordosbasin Jurassic Kasimov migration coefficient diagram |
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油气的运移与聚集随环境变化而发生流动，改变其分布状态和位置，是动态与静态平衡的过程。油气聚散、成藏和分布受每一次构造运动影响，因此，油气成藏及其分布位置是动态的，随构造动力体制的转换，会发生规模、位置等方面的变化，甚至消失。
鄂尔多斯盆地中生界经历多期构造变革，尤其是成藏后所经历每一期构造运动都对中生界侏罗系等主力含油层系油气的生成、运移、聚集和成藏起控制性作用[15-18]。印支运动控制了延长组的沉积和演化，河流和三角洲前缘沉积砂体，为油气的运移和聚集提供储集空间，长7湖侵期形成了一套高丰度优质烃源岩[19-21]，为侏罗系烃类运移聚集提供油源[12, 22-23]。
燕山期构造变形在盆地周缘比较强烈，形成了一些相对平缓的低幅度鼻隆。燕山期是控制油气分布最重要的构造运动期，是油气运移聚集高峰期。燕山运动Ⅱ期，鄂尔多斯盆地延长组长73优质烃源岩在晚侏罗世进入生烃门限开始生烃，侏罗系储层中QGF和QGF-E的值均较低，显示了储集层中含油包裹体少，孔隙中残留烃类也少，表明晚侏罗世生成的油气有限，侏罗系圈闭充注有限。同时，侏罗系含油储层存在胶质沥青，这种胶质沥青是晚侏罗世油气充注期的产物，可能与长73段优质烃源岩供给的低熟油有关[24]。侏罗系油藏为成熟原油[22]，这表明现今油藏原油与晚侏罗世生成的烃类存在差异，晚侏罗世生成排出的低熟油，发生运移聚集，但持续的构造运动使盆地抬升剥蚀，造成已聚集油藏破坏，这部分低熟油在储层中以胶质和炭质沥青的形式存在。
燕山运动Ⅲ期后，早白垩世地层埋深增大，盆地持续沉降所伴随的压实作用、胶结作用等各种成岩作用造成输导砂体呈低渗状态，储层物性变差，形成低孔低渗条件。晚侏罗世生成和排出的残余低熟油，改变了油气运移路径和聚集区内储集体部分矿物颗粒表面的润湿性，使输导岩石倾向于亲油。早白垩世中晚期，长6有效烃源岩、长7优质烃源岩相继进入生烃高峰期。就油气充注成藏而言，原油成熟高，但储集层物性较差，油气只能在原先被低熟油占据过的阻力最小路径上进行运移，油气首先进入与烃源岩相邻的砂体，一部分油气就近成藏，一部分油气沿干酪根网络、裂缝、断层、连通性砂体以及延长组下切不整合面构成的复合输导体系，通过垂向、侧向、垂向-侧向混合的运移方式运移到储集物性好、构造遮挡条件和保存条件优越的岩性、构造、复合圈闭中聚集成藏[25-26]。晚白垩世，燕山运动Ⅳ期，构造活动频繁，盆地经历不均匀抬升，油藏不断调整，油气只在局部进行缓慢调整。构造和岩性双重控制成为制约早期油气运聚成藏和分布的重要条件和因素(图 9)。
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| 图 9 鄂尔多斯盆地早白垩世油气运聚成藏示意图(平衡剖面法恢复) Figure 9 Hydrocarbon accumulation in the Early Cretaceous in Ordos basin (balance profiling) |
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本次研究用定量颗位荧光技术恢复的侏罗系古油水界面均低于现今油水界面，并且在研究中发现许多充填型裂缝，表明研究区侏罗系存在晚期充注，早期充注少或油藏调整。喜山期构造运动使鄂尔多斯盆地持续不均匀的抬升并遭受剥蚀，使油气进行大规模的运移、成藏和成藏后的调整，聚集在侏罗系圈闭中的烃类流体，随着油气藏的形态发生大规模调整，岩性油藏调整为构造油藏或者构造岩性双重控制的油藏、构造油藏调整为岩性-构造复合油藏，晚期构造活动调整了油气藏的形态及局部富集(图 10)。侏罗系在晚期成藏过程中没有形成叠合连片的大规模的油藏，而只在局部构造上形成规模较小的“小而肥”的独立油藏。晚期调整因储层物性差，呈亲油性；同时，由于低渗储层条件下周围岩体相对于运移路径及聚集砂体的巨大毛细管阻力能够有效的保护油藏，这次调整对油气聚集未造成明显地破坏。
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| 图 10 鄂尔多斯盆地现今构造背景下油藏剖面图 Figure 10 Reservoir section of current tectonic background in Ordos basin |
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1) QGF和QGF-E技术在研究鄂尔多斯盆地低渗透岩性油藏油气运移与含油气属性、储层油气运移通道与古油水界面等方面是行之有效的手段和方法。QGF和QGF-E分析结果反映了所研究参数井和层段均有油气通过，表明低渗透、特低渗透储层作为油气运移输导体对鄂尔多斯盆地低渗透岩性油藏形成具有重要意义。
2)鄂尔多斯盆地侏罗系延安组包裹体特征表明，侏罗系油藏为两期成藏，早期成藏期为晚侏罗世，晚期成藏期为早白垩世，K-Ar测年显示侏罗系油气大规模充注期大概为(108.3±2.0)~(116.5±2.0) Ma。
3) QGF和QGF-E分析结果指示了研究区古油水界面的位置，表明侏罗系油藏存在晚期充注，早期充注少或油藏遭受调整的特征。
4)综合研究表明，侏罗系油藏早期受岩性和构造双重控制，晚期构造活动调整了油气藏的形态及局部富集。侏罗系储层在晚期成藏过程中没有形成叠合连片的大规模的油藏，而只在局部构造上形成规模较小的独立油藏。
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