0 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］。
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（O1 s）、桌子山组（O2 zh）、克里摩里组（O2 k）、乌拉力克组（O3 w）及拉什仲组（O3 l）等地层。其中拉什仲组（O3 l）、乌拉力克组（O3 w）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（R O）主要介于1.1%~1.3%之间，干酪根类型以Ⅰ型干酪根为主，具有一定的生烃潜力［14，37］。克里摩里组（O2 k）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4 039.8~4 156.9 m之间（表1）。
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 1 Basic information of the core samples from the Lower Paleozoic Ordovician Kelimoli Formation in the western margin of the Ordos Basin |
| 井号 | 深度/m | 样品编号 | 岩性 | 层位 |
|---|---|---|---|---|
| L50 | 4 156.9 | X50 | 灰褐色含白云质灰岩 | 克里摩里组 |
| L13 | 4 104.8 | X105 | 灰褐色白云质灰岩 | 克里摩里组 |
| 4 105.3 | X106 | 褐灰色灰质白云岩 | 克里摩里组 | |
| ZT1 | 4 266.7 | X147 | 灰褐色灰质白云岩 | 克里摩里组 |
| YT1 | 4 039.8 | X156 | 灰褐色泥晶质灰岩 | 克里摩里组 |
| GT1 | 4 082.8 | X163 | 灰褐色角砾状白云质灰岩 | 克里摩里组 |
| 4 083.2 | X164 | 灰褐色角砾状白云质灰岩 | 克里摩里组 | |
| 4 084.9 | X166 | 灰褐色角砾状白云质灰岩 | 克里摩里组 |
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%R O化学动力学模型对研究区下古生界烃源岩层系的R O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R O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80~200 m之间，第4次剥蚀规模较大，达到600~800 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54~58 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，并在早白垩世末达到最高古地温，热流值达到72~74 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。
3.2 流体包裹体岩相学分析
为将流体包裹体与地质历史背景联系起来，对样品进行岩相学分析是不可缺少的一步。通过显微镜下透射光、荧光观察可以分析流体包裹体的形状、大小、组分、展布及相态等。镜下观察显示研究区下古生界碳酸盐岩储层发育有大量流体包裹体，其主要宿主矿物为溶孔填充方解石和裂缝填充方解石，大小介于2~10 μm之间，形状主要为椭圆形、不规则形状等，少部分为三角形，分布形态主要为串珠状、带状分布（图3）。根据不同包裹体相态和成分特征，可将研究区的下古生界奥陶系克里摩里组储层的包裹体分为以下4类：
图3 鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系克里摩里组流体包裹体岩相学特征（a）单偏光镜，液态烃类包裹体，100×，L13井，106号样品；（b）与（a）同视域，紫外激发下呈黄绿色荧光，100×，L13井，106号样品；（c）单偏光镜，液态烃类包裹体，500×，L13井，106号样品；（d）单偏光镜，气液两相盐水包裹体，500×，L13井，105号样品；（e）单偏光镜，气态烃包裹体，500×，L13井，105号样品；（f）单偏光镜，沥青包裹体，500×，ZT1井，147号样品 Fig.3 Petrographic characteristics of Lower Paleozoic Ordovician Kelimoli Formation fluid inclusions in the western margin of the Ordos Basin |
第2类为气液两相盐水包裹体，单偏光下无色透明，多为椭圆形和不规则形状，气液比介于5%~10%之间，在裂缝填充方解石和溶孔填充方解石中都有赋存［图3（d）］。
第3类为气态烃类包裹体，单偏光镜下为浅灰色，无荧光显示，主要捕获于裂缝填充方解石中，丰度相对较少［图3（e）］。
第4类为沥青包裹体，单偏光镜下为深褐色，无荧光显示，丰度相对最少，主要产出于裂缝填充方解石中［图3（f）］。
根据以上对储层成岩演化分析、包裹体岩相学分析，以及包裹体显微荧光特征等，将研究区下古生界克里摩里组储层内的流体包裹体划分为2个期次：第Ⅰ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，主要以串珠状分布在溶孔填充方解石和早期裂缝填充方解石中，以上特征表明第Ⅰ期包裹体主要在油气充注时捕获；第Ⅱ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，以带状分布在晚期裂缝填充方解石中，无明显荧光显示，以上特征表明第Ⅱ期包裹体主要在天然气充注时捕获。
3.3 均一温度分析
与烃类包裹体伴生的盐水包裹体的均一温度可以指示油气充注时储层的古地温。根据以上划分的流体包裹体期次，对研究区不同期次的烃类包裹体伴生的盐水包裹体进行显微测温，结果显示其均一温度介于100~180 ℃之间。不同期次的伴生盐水包裹体的均一温度分布范围和峰值区间上都有较大差异：第Ⅰ期伴生盐水包裹体均一温度介于100~140 ℃之间，峰值区间主要分布在120~130 ℃之间；第Ⅱ期伴生盐水包裹体的均一温度介于140~180 ℃之间，峰值区间主要分布在150~170 ℃之间（图4）。总体来看，研究区下古生界奥陶系克里摩里组不同期次的伴生盐水包裹体均一温度都表现为连续分布的特征，表明研究区下古生界奥陶系克里摩里组经历了一个漫长的油气充注过程。在峰值区间分布上，识别出2个不同的峰值区间，表明研究区下古生界奥陶系克里摩里组至少存在2期烃类充注事件，包括Ⅰ期包裹体所代表的油气充注以及Ⅱ期包裹体所代表的天然气充注。
3.4 盐度分析
盐度是包裹体研究中一个重要的地球化学参数，一般可通过冰点温度的测定间接计算得到流体包裹体的盐度值。研究区下古生界奥陶系克里摩里组内发育的流体包裹体冰点温度介于-9.2~-6.8 ℃之间，应用BODNAR［46］提出的经验公式，计算得到对应的盐度值介于10.24%~13.07%之间，其中第Ⅰ期包裹体的盐度介于10.24%~11.7%之间，第Ⅱ期包裹体的盐度介于12.05%~13.07%之间，二者都属于低盐度体系。包裹体的盐度也反映了流体来源以及圈闭的稳定性等特征。第Ⅰ期和第Ⅱ期的包裹体盐度相近，表明二者的流体来源一致，都属于典型的含油气盆地热演化流体。而包裹体盐度变化范围较小则说明在深层环境下地表渗流的影响减弱，流体交换作用仅限于横向交换作用，深层圈闭未受到构造活动破坏，所以流体环境较为稳定，盐度变化较小。做包裹体均一温度—盐度交会图（图5）可以发现：第Ⅰ期和第Ⅱ期包裹体的均一温度和盐度无明显相关性。
3.5 激光拉曼光谱分析
激光拉曼光谱测试是一种无损测定物质分子成分的微观技术，常用于分析流体包裹体中的不同分子基团组分以及计算不同组分的相对摩尔百分比。对研究区下古生界奥陶系克里摩里组流体包裹体进行激光拉曼测试，激光拉曼光谱特征表明方解石作为宿主矿物，在所有样品的光谱中都十分明显。另外，在光谱中还识别出甲烷（特征峰值2 914 cm-1）、沥青（特征峰值1 573~1 613 cm-1）等成分（图6）。通常气体分子的拉曼位移与其捕获压力呈反比例关系，激光拉曼位移越小，捕获压力越大［47］。研究区下古生界奥陶系克里摩里组包裹体甲烷的激光拉曼峰值较正常值偏小，表明其捕获环境可能为高压或超压环境。沥青的出现则表明研究区下古生界奥陶系克里摩里组储层中早期有油的充注，而沥青作为早期油裂解的产物，残留在储层中，从而被包裹体捕获［48］。
3.6 成藏期次综合分析
3.6.1 圈闭形成时期
油气成藏是油气聚集在圈闭中的结果。所以，通过分析圈闭的形成时期可以间接推断油气成藏的主要时期。通常而言，圈闭形成以后，油气不会立刻聚集，所以圈闭形成时间只能确定最早的成藏时期。
3.6.2 生烃演化史恢复
一般认为，烃源岩的生烃高峰期与油气成藏时期相互对应，生烃高峰期略早于油气成藏时期，通过烃源岩的生烃时期可大致判断与之对应的成藏时期。
利用PetroMod软件对研究区下古生界奥陶系烃源岩进行生烃演化史模拟，从模拟结果（图7）来看，鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系烃源岩主要经历了2次大规模生烃阶段：第一次大规模生烃时期以油为主，主要开始于晚三叠世，研究区下古生界奥陶系烃源岩开始成熟，并且随着地层埋深的不断增加，不断生成大量油气，在早白垩世早期达到了生油气强度的最高峰；第二次大规模生烃以生成天然气为主，开始于早白垩世早期，受到盆地构造热事件的影响，研究区下古生界奥陶系烃源岩加速成熟，进入大量生气阶段，到早白垩世末期，地层达到最大埋深，生烃强度也达到最大。
3.6.3 流体包裹体恢复成藏期
将测得与烃类包裹体伴生的盐水包裹体的均一温度投影到恢复的埋藏史—热史图中，即可确定鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系克里摩里组储层的成藏期次（图8）。
鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系克里摩里组储层中共发育有2期包裹体：第一期与烃类包裹体伴生的盐水包裹体均一温度峰值介于120~130 ℃之间；第二期与烃类包裹体伴生的盐水包裹体均一温度峰值介于150~170 ℃之间。将其投影到恢复的埋藏史—热史中，对应得到2个地质时期：第一期油气充注发生在早侏罗世晚期（约191~184 Ma），储层内开始有大量油气充注；第二期烃类充注发生在早白垩世早、中期（约138~128 Ma），为天然气充注的高峰期。利用流体包裹体均一温度法确定的成藏期次与前文模拟恢复的生烃时间相互对应。
4 结论
（1）鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系克里摩里组储层中的流体包裹体以液烃类包裹体、气液两相盐水包裹体为主，另外还有部分气态烃包裹体和少量的沥青包裹体，其中气态烃类包裹体的主要成分为CH4。
（2）鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系克里摩里组储层中发育的流体包裹体可分为2个期次：其中Ⅰ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，主要以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120~130 ℃之间；Ⅱ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，以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150~170 ℃之间。
（3）鄂尔多斯盆地西缘下古生界奥陶系克里摩里组储层主要经历了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、中期，为大量天然气充注时期。
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