储层流体包裹体包含着大量的流体信息，广泛应用于成岩作用研究(司学强等, 2008)、古地温恢复(王一刚等, 1998)、确定油气成藏期次和时间(刘新社等, 2007; 史忠生和何生, 2007; 吕海涛等, 2009; 邓秀芹等, 2009; Zhu et al., 2012, 2013b)、油气运移(唐俊红等, 2005)、油源对比(Zhou et al., 2004)和储层古压力恢复(刘平等, 2008; Aplin et al., 1999; Tseng and Pottorf, 2002; Liu et al., 2003; Thiery et al., 2002; Teinturier et al., 2002)等领域，已成为含油气盆地研究的重要手段之一。流体包裹体成分分析一直是流体包裹体研究的热点和难点，也是用于油源对比和流体包裹体PVT热动力学模拟中的重要参数(Zhu et al., 2013c)。油包裹体成分极其复杂，主要含有烷烃、芳香族化合物及沥青等成分。有机包裹体成分研究方法可以分为群体包裹体分析和单个包裹体分析。群体包裹体成分分析方法是首先将样品中有机包裹体打开，再利用气相色谱-质谱检测包裹体烃类成分，但此方法不适合存在多期油包裹体的样品。单个包裹体成分分析方法有红外显微镜法、显微拉曼光谱法(邵先杰, 2006)、显微傅里叶变换红外光谱法、同步辐射X射线荧光光谱法、扫描质子探针法和荧光光谱法等，但这些方法只能定量检测部分烃类包裹体成分，或者定性分析烃类包裹体成分。如荧光光谱法是通过观察有机包裹体荧光颜色、测量其荧光强度、荧光光谱及光谱参数等来对包裹体进行有机成分及有机质演化程度的间接分析，显微拉曼光谱法只能分析包裹体中CO₂、CH₄、N₂、H₂、H₂S等气体。因此本文采用常规荧光光谱、定量荧光技术和群体包裹体成分分析相结合的方法研究东营凹陷北带油包裹体成分特征，选取只捕获一期油包裹体砂岩样品进行群体包裹体成分分析，油包裹体充注期次采用荧光光谱和均一温度确定。群体包裹体成分分析方法采用澳大利亚CSIRO实验室开发的包裹体在线压碎方法，此方法可以将样品释放的流体直接随载气进入色谱，从而可以避免包裹体轻组分的挥发和与外界物质可能的交换和化学反应。

渤海湾盆地是中国陆相含油气盆地的典型代表，因下第三系发育优质的湖相烃源岩且形成复式油气聚集而闻名于世(Zhu et al., 2013a)。东营凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷东南部，为济阳坳陷的一个次级构造单元(图 1)，东西长大约90km，南北宽65km，面积约5700km²，是我国油气资源丰度最大、勘探程度最高的地区之一。凹陷东接青坨子凸起，南部地层与鲁西隆起、广饶凸起呈超覆接触，西与惠民凹陷毗邻，北以滨县凸起和陈家庄凸起为界，是一个四周为隆起环绕的晚白垩世-第三纪时期的断-坳复合盆地，第三纪以后属于华北近海坳陷盆地的一部分，不再构成独立盆地。从伸展构造角度看，它是陈南断裂上盘的掀斜半地堑盆地(图 1)。该凹陷是在印支运动时期区域隆起背景上、由走向近东西的陈南大型铲式扇形正断层之上盘发育形成的以半地堑构造样式为基本特征的箕状盆地，具有北断南超、北陡南缓的构造特点。平面上可划分为北部陡坡带、利津洼陷、民丰洼陷、中央背斜带、牛庄洼陷、博兴洼陷和南部缓坡带七个二级构造单元。根据构造及成因特点，可划分为北部陡坡带、中央背斜带、洼陷带和南部缓坡带四个构造带，不同构造带发育的断层特征有所不同。本研究所指东营凹陷北带是东营中央背斜以北的广大地区，南北宽42km，东西长90km，面积约3600km²。该区油气资源丰富，是东营凹陷最主要油气聚集区。沙四上亚段、沙三下段和中段是本区主要的生油层系。沙四上亚段烃源岩岩性以灰色、深灰色、灰褐色灰质泥岩、泥灰岩及钙片油页岩为主，夹有少量碳酸盐岩和粉砂岩，呈韵律层分布，属半咸水-咸水较深湖-深湖相沉积。沙四上亚段烃源岩总有机碳含量(TOC)介于1%~5%之间，有机质的类型以Ⅰ型和Ⅱ₁为主。沙三下亚段主要为深灰色泥岩，TOC为3.0%~5.0%，有机质类型主要为Ⅰ型。沙三中亚段主要为深灰色泥岩，TOC介于1.0%~2.5%，有机质类型以Ⅰ型Ⅱ₁型为主(Zhu et al., 2004)。自下而上共形成14套储集层，前第三系主要有太古界泰山群、古生界寒武系、奥陶系、石炭-二叠系、中生界；古近系有孔二段、孔一段、沙四段、沙三段、沙二段、沙一段、东营组；新近系为馆陶组、明化镇组。含油层系多，具有多种类型的圈闭和油气藏特征。所发现的油气藏包括有构造油气藏、地层油气藏和复合油气藏。东营凹陷新生代构造演化史可分为古近系裂陷充填期和新近系坳陷期。裂陷充填期又分为裂陷I幕(孔店组沉积期)、裂陷Ⅱ幕(沙四段沉积期)、裂陷Ⅲ幕(沙三-沙二下沉积期)和裂陷Ⅳ幕(沙二下-东营组沉积期)(图 2)。盆地经历了初始裂陷-强烈裂陷-裂陷再陷-裂陷萎缩四个阶段，充填地层形成河流相-浅湖相-深湖相-浅湖相-河流相的一个完整的沉积旋回(Zhu et al., 2005)。沉积了下第三系孔店组(Ek)、沙河街组(Es)、东营组(Ed)、上第三系馆陶组(Ng)、明化镇组(Nm)和第四系平原组(Qp)六套地层，最大厚度在7000m左右。其中沙河街组分布广泛、厚度较大，与下伏孔店组为连续沉积，也是研究区主要的目的层。自下而上分为沙四(Es4)、沙三(Es3)、沙二(Es2)和沙一段(Es1)，各段在岩性和厚度上从凹陷中部向边缘都有不同程度的变化。

图 1

Fig. 1

图 1 东营凹陷构造单元划分及包裹体样品位置图 Fig. 1 Map showing the tectonic subdivisions and the positions of the inclusion samples in Dongying Depression

图 2

Fig. 2

图 2 东营凹陷综合柱状图 Fig. 2 Generalized stratigraphy of Dongying Depression

用于研究油包裹体成分所采集的12块砂岩样品均来自东营凹陷北带12口单井沙三段和沙四段，样品井位如图 1所示，实验分析在澳大利亚CSIRO流体历史分析组实验室进行。砂岩样品被制成双面剖光薄片，采用Olympus显微镜对流体包裹体样品进行显微观察，显微镜配有20倍、50倍和100倍工作镜头，并利用荧光光谱仪获得单个油包裹体光谱，流体包裹体的均一温度测定使用Linkam THMSG600显微冷热台，测定误差为±0.1℃。

砂岩样品颗粒定量荧光(QGF)和全荧光扫描(TSF)方法：①把样品碎成单颗粒，筛选出63~180μm范围内颗粒，将样品进行磁力浮选，将石英颗粒挑选出来；②采用标准清洗方法(Liu and Eadington, 2005; Liu et al., 2007)将石英颗粒表面清洗干净并干燥后进行颗粒定量荧光(QGF)分析，设定Verina Cyar-EcliPse荧光光谱计激发波长为254nm进行扫描，记录300~600nm之间的发射光谱。QGF分析完后将样品砸碎，用溶剂萃取包裹体释放出来的烃类进行TSF分析，用Verina Cyar-EcliPse荧光光谱计激发波长为250~540nm之间每隔5nm的波长进行紫外光扫描，同时用同步扫描选项从220nm扫描到340nm，记录荧光发射光谱，获得三维荧光光谱。

群体包裹体成分分析样品前处理方法和颗粒定量荧光(QGF)样品清洗方法相同，包裹体在线成分分析在色谱-质谱联用仪上进行。将处理好的干净样品(约50mg)放在底部用烧结金属封堵的金属管中，然后将金属管放入MSSV中，用金属手柄将样品碾碎，释放的有机质借助载气直接进入色谱柱中，先用液氮冷阱收集，2min后撤去液氮升温，打开分流阀。采用不同的柱子和升温程序分别检测轻烃(C₅-C₉)和气体(C_l-C₅)。

油包裹体在紫外光照射下表现出的荧光行为是用于区别盐水包裹体最有效的方法，油包裹体的荧光特征反映了其内石油的成分特征及热演化程度。在东营凹陷北带所取得砂岩样品中检测到大量的油包裹体，油包裹体主要发育在石英颗粒裂纹中，发育在石英加大边和方解石胶结物中的很少。肉眼观察油包裹体在紫外光照射下主要发蓝白色荧光和黄色荧光(图 3)，利用光谱仪对单个油包裹体进行显微光谱测定获得的典型油包裹体微束荧光光谱显示发蓝白色荧光和黄色荧光的油包裹体荧光光谱特征具有明显的区别，主要表现为主波长的差异。发蓝白色荧光的油包裹体荧光光谱主波长均小于500nm，一般为480nm，发黄色荧光的油包裹体荧光光谱主波长大于500nm，一般为520nm。

图 3

Fig. 3

图 3 东营凹陷北带油包裹体照片和荧光光谱 (a、b)分别为丰深10井，Es4, 4263m透射光照片和荧光照片，光谱主峰485nm，发蓝白色荧光;(c、d)分别为利91井，Es4, 3024.5m透射光照片和荧光照片，光谱主峰520nm，发黄色荧光 Fig. 3 Oil inclusions photos and fluorescence spectra in the north of Dongying Depression

不同的油包裹体荧光光谱特征反映了包裹体中油的成分的变化，从而显示出荧光颜色的不同。但人的肉眼对荧光颜色的分辨率比较有限，因此可以利用油包裹体荧光光谱转换成颜色坐标，从而更准确地识别油包裹体荧光颜色。对东营凹陷北带12块流体包裹体样品中的277个油包裹体进行显微光谱测定并利用所得到的光谱转换成国际照明委员会(CIE)用于测量颜色的标准颜色坐标(图 4)发现本研究区的油包裹体荧光颜色分布范围比较宽。从图 4可以看出，油包裹体荧光颜色从黄色到蓝色几乎呈现连续性分布，荧光颜色包括有黄色、黄白色、白色、蓝白色和蓝色。颜色坐标CIE-X的变化范围为0.17~0.38，CIE-Y从0.22增加到0.43，CIE-Y随着CIE-X的增加而增加。油包裹体荧光颜色从黄色-黄白色-白色-蓝白色到蓝色颜色坐标CIE-X和CIE-Y都逐渐减小。不同的荧光颜色反映了包裹体中油的成分和成熟度的变化，颜色坐标CIE-X和CIE-Y呈现连续分布特征反映了东营凹陷北带捕获的包裹体中油的成熟度从低到高连续性变化特征。

图 4

Fig. 4

图 4 东营凹陷北带油包裹体荧光光谱参数关系图 Fig. 4 The relationship of the parameters for the oil inclusions fluorescence spectra in the north of Dongying Depression

油包裹体荧光光谱参数主波长和Q值(Q=荧光强度I_λ=650/荧光强度I_λ=500)是油包裹体荧光光谱中的两个重要参数，与油包裹体饱和烃、芳烃、非烃含量以及API的关系具有密切关系，随着主波长和Q值的增加油包裹体饱和烃含量和API逐渐减小，芳烃和非烃含量逐渐增加(邵先杰, 2006)。东营凹陷北带12块流体包裹体样品中油包裹体荧光光谱参数主波长和Q值的关系显示这两个参数的范围也比较宽。油包裹体荧光光谱主波长的分布范围在445nm至550nm之间，Q值范围在0至0.867之间且随着主波长的增大具有增加的趋势。两个参数也都具有连续分布的特征，反映了油包裹体中的烃类族组分和API也具有连续变化的特征。为了清楚油包裹体成分特征，利用荧光光谱参数主波长和Q值按照Stasiuk and Snowdon(1997) 提出的荧光光谱参数与饱和烃、芳烃、非烃含量以及API的关系对发蓝白色荧光和黄色荧光的油包裹体中烃类组成特征进行分析。含有发蓝白色荧光油包裹体的三块样品分别来自丰深1井、丰深10井和利深101井，含有发黄色荧光油包裹体的三块样品分别来自利91井、坨711井和坨731井，而且每块砂岩样品中只包含发一种荧光颜色的油包裹体。计算得到发蓝白色荧光和黄色荧光油包裹体的烃类成分特征如图 5所示，明显反映了两种油包裹体成分之间的差异。发蓝白色荧光的油包裹体中烃类饱和烃含量为64%~78%、芳烃含量为20%~27%、非烃含量为0~5%、API为39~63度；发黄色或者黄白色荧光的油包裹体中的烃类饱和烃含量为42%~62%、芳烃含量为28%~38%、非烃含量为7%~13%、API为30~37度。发蓝白色荧光的油包裹体明显比发黄色荧光油包裹体中的烃类饱和烃含量和API高，芳烃和非烃含量低，指示了发蓝白色荧光的油包裹体中的烃类密度相对较小、成熟度偏高。

图 5

Fig. 5

图 5 由油包裹体荧光光谱参数计算的东营凹陷北带油包裹体成分特征 Fig. 5 The calculated compositions from the parameters of the fluorescence spectra for the oil inclusions in the north of Dongying Depression

为了进一步分析发蓝白色和发黄色荧光油包裹体的特征，选取东营凹陷北带丰深1井、丰深10井、利深101井、坨711井、坨731井、利91井6口单井中6块砂岩样品开展QGF和TSF分析。由于定量荧光技术分析的是群包裹体的特征，如果在同一块样品中存在多期烃类包裹体，就难于反映不同类型油包裹体成分特征，因此选择的砂岩样品要求只发育一期烃类包裹体。从油包裹体荧光颜色和光谱特征都显示丰深1井、丰深10井、利深101井、坨711井、坨731井、利91井的6块砂岩样品分别均存在一种类型的油包裹体，为了确定相同荧光颜色的油包裹体是属于同期捕获，对油包裹体和共生的盐水包裹体进行均一温度测定，以确定油包裹体的充注期次。测量的6块砂岩样品的油包裹体和共生的盐水包裹体均一温度统计结果如图 6所示，直方图分布特征反映油包裹体和共生的盐水包裹体均一温度都具有单峰特征。发蓝白色荧光的油包裹体均一温度范围为80~140℃，发黄色荧光的油包裹体均一温度在70~110℃范围内。由于油包裹体均一温度受包裹体在捕获后晚期发生的化学变化、热裂解以及含气饱和度等因素的影响(Munz, 2001; Munz et al., 1999; Okubo, 2005)，因此造成油包裹体均一温度与捕获时的地层温度具有一定的差异，不能很好地用于确定油气充注时间。与油包裹体均一温度相比，油包裹体共生的盐水包裹体均一温度更接近捕获时的地层温度，可以用于划分油气成藏期次以及确定油气充注时间。

图 6

Fig. 6

图 6 东营凹陷北带油包裹体和共生盐水包裹体均一温度直方图 Fig. 6 Histogram of homogenization temperature for the oil inclusions and aqueous inclusion in the north of Dongying Depression

所选取的6块砂岩样品中与油包裹体共生的盐水包裹体均一温度统计直方图显示每块样品中盐水包裹体均一温度变化范围不大，其差别不超过30℃，反映了每块砂岩样品均只存在一期油充注。但结合埋藏史和热史结果发现研究区存在两期油气充注，分别是在距今24~20Ma和2~0Ma。同期捕获的油包裹体成分相似，因此可以利用定量荧光技术分析不同油包裹体成分之间的差异。

由Verina Cyar-EcliPse荧光光谱计扫描得到的发蓝白色荧光油包裹体和发黄色荧光油包裹体QGF谱图具有明显的区别(图 7)。发蓝白色荧光油包裹体QGF光谱主波长相对发黄色荧光油包裹体偏小，发蓝白色荧光油包裹体QGF光谱主波长大概为420nm，发黄色荧光油包裹体QGF光谱主波长大概为470nm。QGF光谱主波长相对荧光光谱稍微偏小，可能主要是因为激发光波长的差异。TSF是用三维激发-发射荧光、荧光强度反映原油、岩石可溶烃指纹特征的技术(Liu and Eadington, 2005)，三维定量荧光参数可以较为精确地反映原油、包裹烃的谱图及荧光光性变化特征，荧光强度与芳烃含量成正比，而芳烃含量及荧光强度与API比重度成反比(李素梅等, 2006)。因此成分不同的发蓝白色和黄色荧光油包裹体TSF指纹和参数也会不同。本文对发蓝白色和黄色荧光油包裹体烃三个TSF参数R1、R2和R3进行对比发现两种不同类型的油包裹体TSF参数明显不同(图 7)。发黄色荧光油包裹体烃相对发蓝白色荧光的油包裹体烃TSF参数R1、R2和R3明显偏高，发黄色荧光油包裹体烃TSF参数R1、R2和R3均大于3.5，而发蓝白色荧光的油包裹体烃TSF参数R1、R2和R3都小于2.5，TSF参数的明显不同也说明两种类型油包裹体烃成分之间的差异。

图 7

Fig. 7

图 7 东营凹陷北带油包裹体定量荧光特征 R1=Iλ=319/Iλ=359激发光λ=254；R2=Iλ=360/Iλ=320激发光λ=260；R3=Iλ=360/Iλ=320激发光λ=270 Fig. 7 The characters of quantitative fluorescence for the oil inclusions in the north of Dongying Depression

油包裹体中轻烃是最为重要的组成部分，也是影响流体包裹体PVT热动力学模拟的重要参数。由于轻烃暴露在空气中很容易挥发掉，因此常规的气相色谱-质谱分析也不能检测到油包裹体中的轻烃组分。包裹体在线压碎成分分析方法是在封闭的环境将包裹体压碎，因此防止了油包裹体中的轻烃组分挥发，但澳大利亚CSIRO实验室开发的包裹体在线压碎成分分析技术只能检测出C₁-C₉的烃类成分。本次研究选取了东营凹陷北带丰深10井和利91井的2块砂岩样品来分析油包裹体中轻烃成分特征，采用在线压碎成分分析技术得到发蓝白色和黄色荧光油包裹体中C₁-C₉的组成特征如图 8所示。发蓝白色荧光的油包裹体甲烷含量明显高于发黄色荧光的油包裹体，其质量百分含量超过了30%。发黄色荧光的油包裹体C₇-C₉含量相对发蓝白色荧光的油包裹体偏高，反映两种油包裹体成分明显存在差异，发蓝白色荧光的油包裹体中轻组分高于发黄色荧光的油包裹体，表现出所充注的原油密度相对较低，成熟度相对较高的特征。

图 8

Fig. 8

图 8 东营凹陷北带发蓝白色和黄色荧光油包裹体轻烃组成特征 Fig. 8 The distribution of light hydrocarbon for the oil inclusions with bule-white and yellow fluorescence colour in the north of Dongying Depression

(1) 在东营凹陷北带沙四段和沙三段砂岩样品中检测到大量的油包裹体，油包裹体荧光颜色从黄色-黄白色-白色-蓝白色到蓝色呈现连续变化特征，指示了东营凹陷北带捕获的包裹体中油的成熟度从低到高连续变化。

(2) 观察到的发蓝白色荧光的油包裹体荧光光谱主波长均小于500nm，发黄色荧光的油包裹体荧光光谱主波长大于500nm。采用油包裹体荧光光谱参数主波长和Q值计算发蓝白色和黄色荧光的油包裹体中烃类饱和烃、芳烃、非烃含量和API明显不同。

(3) 发蓝白色或者黄色荧光的油包裹体烃的定量荧光和轻烃成分分析结果表明发蓝白色荧光油包裹体QGF光谱以及TSF参数都具有明显的区别，发蓝白色荧光的油包裹体甲烷含量偏高，发黄色荧光的油包裹体C₇-C₉含量相对偏高。