《Journal of Asian Earth Sciences》：Timing of hydrocarbon charging and reconstruction of its accumulation processes in a Cambrian subsalt dolomite reservoir (Tazhong Uplift, Tarim Basin)
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本文以塔里木盆地致密油气的志尼组白云岩储层为研究对象，结合流体包裹体微测温和激光拉曼光谱技术，揭示了超深层油气成藏历史，发现液态烃主要在奥陶纪-早志留世注入，气态烃分两阶段在二叠纪注入，与岩浆活动密切相关。
赵正立|陶晓婉|刘向白|鲁迪·斯文嫩|陈秀燕|黄亚豪|张银涛|赵宽志|沈忠光|胡扎扎
中国石油勘探开发研究院，北京100083
摘要
在中国塔里木盆地的塔中隆起地区，勘探工作主要集中在寒武纪盐下白云岩储层中的超深油气。与中浅层储层相比，超深层储层由于埋藏深度深、温度高、压力大以及地质环境复杂，其油气充注和聚集过程更为复杂。因此，本研究对ZH1井中的下寒武统白云岩进行了成岩矿物岩石学分析、流体包裹体微测温以及激光拉曼光谱研究，并结合其埋藏-热历史重建，以明确这些超深油气储层中的油气充注时期和聚集过程。研究结果表明：首次液态油充注主要发生在晚奥陶世至早志留世，表现为粗晶白云岩胶结物中的原生油气包裹体（年龄约为4.53–4.35亿年）。这些包裹体中的油质成熟，具有黄棕色至蓝白色的荧光特征，表明存在持续的原油充注过程；随后的天然气充注主要发生在二叠纪，分为两个阶段：早期II1阶段与早二叠世岩浆活动相关的石油裂解及烃类生成和从源岩中释放有关，表现为石英愈合裂缝中的次生天然气包裹体（主要成分为CO2和甲烷）；晚期II2阶段则以热化学硫酸盐还原（TSR）驱动的石油裂解和天然气充注为主，发生在中晚二叠世，表现为块状方解石胶结物中的原生天然气包裹体（年龄约为2.63亿年），其天然气富含H2S和CO2。早期天然气充注阶段的流体温度和压力明显高于晚期阶段。这种现象可能归因于岩浆活动导致的异常高地热温度以及短时间内大量气体的充注。对于ZH1井而言，断层对圈闭的破坏可能是晚加里东世液态油流失和重新分布的主要原因，以及晚赫尔辛世天然气流失或无效聚集的原因。本研究结果揭示了塔中隆起地区寒武纪盐下白云岩储层的油气聚集过程，为该地区的未来油气勘探提供了参考。同时，所采用的研究方法对全球碳酸盐岩储层的勘探也具有普遍适用性。
引言
中国塔里木盆地塔中地区的寒武纪盐下白云岩勘探是目前超深油气勘探的重点（Du和Pan，2016；Li等人，2021；Ma等人，2024）。自2012年以来，在ZH1井和ZH5井的中下寒武统白云岩储层中取得了连续的勘探突破（Wang等人，2014a；Song等人，2016；Lin等人，2021）。然而，在ZH1井的下寒武统白云岩储层中仅记录到少量天然气存在。此外，该井岩心中还发现了大量孔隙填充的固体沥青相，进一步表明该地区在其地质历史中曾发生过油气充注。在中下寒武统时期，塔中地区及其相邻坳陷地区形成了良好的源岩-储层-盖层组合，主要包括下寒武统的Yuertusi黑色页岩（?1y）、Xiaerbulake和Wusonggeer白云岩（?1x和?1w2a和?2s）。因此，下寒武统白云岩储层具有形成大型油气藏的巨大潜力（Tian等人，2015；Lin等人，2021；Li等人，2021）。由于多次强烈的构造运动，塔中隆起地区形成了众多的断层和不整合面（Jia等人，1997；Wu等人，2016；Lan等人，2015），导致该地区油气储层的演化过程复杂，经历了多次充注、迁移、聚集、破坏和再迁移，从而形成了古生代储层中油气分布的差异（Lu等人，2004；Zhang等人，2011b；Zhang等人，2011c；Li等人，2015；Jiang等人，2017）。阐明寒武纪白云岩（如ZH1井）的油气充注和聚集历史至关重要，这不仅有助于解释ZH1井的勘探失败，也有助于深入理解塔中隆起的寒武纪盐下烃类藏。
了解油气充注过程对于理解含油盆地的油气迁移和聚集机制至关重要（Wilkinson等人，2004；Li等人，2009；Gu等人，2020）。含油气流体包裹体是指在成岩过程中形成的胶结物中的微小油气包裹体，它们记录了油气迁移和聚集的重要信息（Munz，2001；Parnell，2010；Liu等人，2013）。因此，通常通过校正压力的水溶液包裹体均一化温度（与油气迁移同期）结合盆地建模来揭示油气储层的充注历史（Karlsen等人，1993；Zhang等人，2011a；Liu等人，2013；Zhao等人，2019；Huang等人，2022）。然而，由于多种因素，这种方法通常只能确定油气充注的大致时间范围。通过应用激光拉曼技术可以获取补充信息，从而了解含油气包裹体的成分和捕获压力，进而推断出油气性质及形成流体压力，这些信息可用于评估油气演化过程（Tseng和Pottorf，2002；Zheng等人，2011；Chen等人，2016；Volk和George，2019；Huang等人，2022）。近年来，激光烧蚀原位U-Pb同位素测年技术被广泛用于确定碳酸盐矿物的结晶年龄（Roberts和Walker，2016；Godeau等人，2018；Roberts等人，2020；Ganade等人，2022；Xiong等人，2023），从而获取含有原生油气包裹体的胶结物的绝对年龄（Shen等人，2019；Su等人，2020；Cong等人，2022），从而确定油气充注的时间并将其与包裹体成分联系起来（Holdsworth等人，2019；Rochelle-Bates等人，2021；Guo等人，2020）。
本研究对ZH1井中的下寒武统白云岩岩心样本进行了偏光显微镜观察、阴极发光分析、扫描电子显微镜（SEM）检测、流体包裹体微测温以及激光拉曼光谱研究，并结合U-Pb同位素测年。基于矿物组合及相关流体包裹体特征（均一化温度、成分、推断压力等），以及研究区域的埋藏-热历史，揭示了塔中隆起地区下寒武统超深油气的充注历史。这些结果有助于了解塔中地区寒武纪盐下白云岩储层的油气聚集过程，同时为该地区乃至全球的未来的油气勘探提供参考。
方法论
样品取自ZH1井中的下寒武统（?1w和?1x）白云岩层，采样深度范围为7339.9米至7391.6米。岩性主要包括白云岩、鲕状白云岩、碎屑白云岩、藻纹白云岩和结晶白云岩。结晶白云岩和藻纹白云岩具有发育良好的溶解孔隙，这些孔隙局部与层理平行。大多数孔隙未被方解石胶结物完全填充。
成岩矿物和固体沥青
在ZH1井的下寒武统白云岩储层中识别出四种胶结物：细晶白云岩、粗晶白云岩、方解石和自生石英（图3）。细晶白云岩位于溶解孔隙边缘，呈菱形晶体，尺寸通常小于200微米（图3A–D）。与构成岩石基质的微晶白云岩类似，它们也表现出暗淡的荧光特征，但其边缘具有明显的结构特征。矿物组合和矿物年龄
矿物出现顺序、接触关系及U-Pb年龄表明，成岩矿物的形成具有特定顺序：细晶白云岩和粗晶白云岩形成于固体沥青之前（图3），随后是石英和块状方解石胶结物（Lin等人，2021）。细晶白云岩是在早期成岩过程中，由于浅层埋藏条件下的微晶白云岩重结晶作用形成的；而粗晶白云岩可能是由其他成岩作用形成的。结论
本研究分析了寒武纪盐下白云岩储层中的多种成岩胶结物及其相关的流体包裹体特征。我们采用了显微观察、流体包裹体微测温、激光拉曼光谱和U-Pb测年技术进行数据分析。结合埋藏-热演化历史，揭示了该地区的油气充注历史。此外，还研究了这些胶结物的成分和压力特征。
CRediT作者贡献声明
赵正立：撰写 – 审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、方法论设计、研究设计、概念构思。陶晓婉：项目管理、方法论设计、概念构思。刘向白：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、研究实施。鲁迪·斯文嫩：撰写 – 审稿与编辑。陈秀燕：撰写 – 审稿与编辑、研究监督、项目管理。黄亚豪：方法论设计、研究实施。张银涛：资源协调。赵宽志：资源管理、项目协调利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家重点研发项目（项目编号：2017YFC0603106）的财政支持。我们对此表示衷心的感谢。
