圈闭形成时间法是基于圈闭发育史对成藏时间的外推, 是一种间接的油气成藏年代学方法, 因此, 只能定性地约束成藏时间, 确定油气成藏时间的上限, 无法适用于存在多期油气充注的多旋回叠合盆地^[14]。

饱和压力/露点压力法是基于油藏形成时为饱和天然气的假设, 利用此方法可以计算出油气成藏时的埋深, 结合区域埋藏史便可以大致确定油气成藏时间。但该方法只适用于构造稳定, 无多期油气充注的盆地。对于多旋回叠合盆地, 多期生烃会导致早期油藏的饱和压力发生改变, 油藏形成后遭受的多期构造运动也会导致早期油藏的饱和压力发生变化, 因此该方法确定的成藏时间有较大的不确定性。

生排烃史法是基于烃源岩的生排烃史对成藏时间的外推, 也是一种间接的油气成藏年代学方法。一般情况下, 烃源岩的主生排烃期就是油气大规模运移的时间, 可在恢复盆地埋藏史和热演化史的基础上, 通过模拟主力烃源岩的生排烃史获得油气运移成藏的大致时间。但是, 此方法需建立在精确恢复埋藏史和热演化史的基础上, 若输入参数有误, 则会对成藏时间造成误判。另外, 在多旋回叠合盆地中多套烃源岩的多期生烃以及后期构造运动的叠加, 会使得烃源岩的主生烃期与油气成藏时间不一致, 从而对成藏时间误判, 因此需要结合其他定年方法综合判断油气成藏时间。

油藏地球化学方法主要是利用油藏内烃类流体的非均质性来判断成藏期次, 主要包括成熟度、后生改造、碳同位素等指标。此方法本身不具有定年的作用, 但是通过结合烃源岩的生排烃史可大致判断油气成藏时间。需要注意的是油藏内成熟度和碳同位素等指标的非均质性不一定反映了同一套烃源岩的多期油气充注, 多套烃源岩在同一阶段的油气充注同样可导致油藏内烃类流体的非均质性。因此, 油藏地球化学方法需和其他年代学方法结合来判断成藏时间。

运用流体包裹体法确定油气成藏时间的研究始于20世纪80年代。油气藏内通常发育石英、长石、方解石、白云石等与油气成藏过程相关的成岩矿物, 这些矿物中捕获的流体包裹体更是蕴含了丰富的成矿成藏信息, 可以反映成藏时的物理化学条件（温度、压力、成藏流体的盐度和密度）, 流体包裹体被捕获时的温度更是反映了油气运移或充注时的古温度, 使得流体包裹体方法在确定油气成藏时间的研究中得以应用。其应用主要体现在2个方面：（1）通过流体包裹体岩相学观察以及流体包裹体显微测温方法, 根据烃类流体包裹体的产状、荧光颜色、伴生盐水包裹体的均一温度和盐度等对烃类流体包裹体的期次进行划分, 以此判断油气充注期次; （2）在确定油气充注期次的基础上, 通过测定不同期次烃类流体包裹体伴生盐水包裹体的均一温度, 并结合区域埋藏史和热演化史, 确定油气成藏时间。

但是此方法在多旋回叠合盆地应用时也存在一些问题, 体现在3个方面：（1）对于同一期烃类流体包裹体伴生的盐水包裹体而言, 其均一温度变化通常大于15℃, 选取不同的温度点作为烃类流体充注时的温度可得到不同的油气充注时间; （2）多旋回叠合盆地通常遭受了多期构造运动的影响, 恢复各期构造运动的时间以及地层剥蚀厚度是区域埋藏史和热演化史模拟的关键, 利用流体包裹体法确定的油气成藏时间与区域埋藏史和热演化史恢复的准确性密切相关; （3）在多旋回叠合盆地中, 由于多期构造活动的影响, 同一套地层会遭受多次抬升, 导致其在不同的地质历史时期会经历相同的温度^[11]。流体包裹体的均一温度可能会对应多个地质时期, 由流体包裹体法确定的油气成藏时间具有多解性。

利用储层中自生伊利石进行年代学研究, 就要求储层中必须有充分的伊利石成岩作用, 伊利石化过程是一个反映动力学控制的水岩反应过程, 除温度外, 还受水岩比的制约。当系统流体含量很低时（如油气充注到储层时）, 伊利石化过程会停止, 因此可以利用自生伊利石的形成年龄来确定成藏年龄^[2]。自生伊利石K-Ar（Ar-Ar）定年法确定油气成藏时间主要基于2个假设：（1）含烃流体进入储层后, 由于储层内介质条件发生了变化, 储层中自生伊利石会停止生长; （2）自生伊利石形成后保持K和Ar体系封闭, 既没有K和Ar的加入, 也没有K和Ar的散失。在20世纪80年代此方法首先被成功应用于北海二叠纪砂岩储层中油气充注时间^[2]的判定, 20世纪90年代国内学者王飞宇等^[15]也开始了这项技术的研究并应用于塔里木盆地, 确定了塔里木盆地D区石炭系油藏的成藏期为31.8~24.3 Ma, J区三叠系凝析气藏的油气成藏期为49.2~44.3 Ma, 取得了良好的应用效果。

自生伊利石K-Ar（Ar-Ar）定年法在成藏期次单一的盆地中可取得较好的效果, 在多旋回叠合盆地中则只能反映油气最早充注的时间。这种定年方法的局限性在于自生伊利石的分离和提纯极为困难, 未分离完全的自生伊利石中常混有碎屑伊利石、碎屑钾长石、绿泥石和高岭石等矿物, 这会对自生伊利石的K-Ar体系造成影响, 导致得到不合理的结论。另外, 有学者认为油气充注后自生伊利石不一定停止生长^[16], 而且油气充注只是自生伊利石停止生长的原因之一。

与自生伊利石K-Ar定年法相比, 自生伊利石Ar-Ar定年法的优势在于：（1）Ar-Ar定年法是对同一份样品进行测试获得⁴⁰Ar和³⁹Ar, 避免了K-Ar定年法在两份样品上分别获得Ar和K含量的不均匀性误差; （2）样品用量少; （3）Ar-Ar法可以获得自生伊利石生长期次等信息。尽管自生伊利石Ar-Ar定年法比K-Ar定年法有如此多的优势, 但同样也存在3点局限性：（1）自生伊利石的分离和提纯较为困难; （2）需要进行核照射, 面临Ar原子核反冲丢失造成表观年龄偏老的问题, 实验测试周期长, 且成本较高; （3）获得的年龄仍然代表油气藏早期成藏时代的最大地质年龄, 不适合多期成藏, 无法确定多旋回叠合盆地不同期次油气成藏时间。

20世纪末期, 激光显微探针Ar-Ar定年技术诞生, 其既具有常规K-Ar和Ar-Ar分步加热释氩法的优点, 又把Ar-Ar定年技术发展到微区定年领域。与常规Ar-Ar定年法相比, 激光显微探针Ar-Ar定年法有以下优点：（1）样品用量少; （2）可实现微区年龄测定; （3）实验测试周期短。21世纪初期, 在激光探针Ar-Ar定年技术发展的基础上, Mark等^[3]通过对含有油包裹体的钾长石加大边进行UV激光Ar-Ar定年, 获取了英国设得兰群岛西北部胜利气田下白垩纪储层中古流体的温度、成分和年代信息（图1）, 确定了石油充注到储层的时间为83 Ma。该方法以含有烃类包裹体的钾长石加大边为待测靶区, 经UV激光剥蚀（剥蚀点直径小于10 μ m）可得到各微区的Ar-Ar同位素年龄, 将不同期次油包裹体附近剥蚀带内的Ar-Ar年龄算术平均值作为各期石油充注的时间, 进而真正实现了对不同期次油充注的精确定年^{[3, 17]}。自生钾长石加大边Ar-Ar定年法可以精确厘定多旋回叠合盆地中不同期次油气的成藏时间, 但此方法无法大规模应用, 主要有以下3个原因：（1）此定年方法只能用于碎屑岩储层, 无法用于碳酸盐岩储层; （2）对样品要求严格, 需保证钾长石加大边中发育烃类包裹体, 并且钾长石加大边中的K在后期成岩过程中未发生流失; （3）实验测试周期长, 且成本较高。

图1

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	图1 自生钾长石加大边Ar-Ar定年法记录的古流体温度、成分、年代信息[3]

在石油和天然气运聚成藏的过程中, 烃类流体易被捕获于石英中形成原生或次生流体包裹体, 原生流体包裹体与主矿物的形成时间是一致的, 次生流体包裹体的捕获时间晚于主矿物形成时间。由于石英的抗风化蚀变能力强, 能保持流体包裹体体系的封闭性, 对石英中流体包裹体进行Ar-Ar定年有助于获得精确的油气成藏年龄。Qiu等^[4]利用流体包裹体Ar-Ar定年技术, 对松辽盆地庆深气田营城组火山岩储层石英中与次生甲烷包裹体伴生的盐水包裹体进行年龄测定（图2）, 获得了甲烷天然气成藏的时间为42.4± 0.5 Ma。在应用流体包裹体Ar-Ar定年技术确定油气成藏期时, 为增加定年成功率并提高定年的精度, 应保证石英中烃类包裹体期次单一, 且与烃类包裹体伴生的盐水包裹体丰度高、盐度高。此方法一般用于中酸性火山岩储层的石英和成藏期结晶的石英, 因为中酸性火山岩储层中的石英不含原生盐水包裹体, 与油气相关的次生盐水包裹体多是在成藏期被捕获。此方法不能用于碎屑岩储层, 因为碎屑岩储层中石英的来源非常复杂, 并且石英中包含多期次的盐水包裹体, 导致用Ar-Ar定年得到的年龄反映的不是油气成藏的年龄。流体包裹体Ar-Ar定年技术的局限性在于：（1）一般应用于中酸性火山岩储层的石英和成藏期结晶的石英, 无法应用于碎屑岩储层; （2）对样品要求严格, 需保证石英样品中烃类包裹体期次单一, 且与烃类包裹体伴生的盐水包裹体丰度高, 盐度高; （3）实验周期长, 测试成本较高。

图2

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	图2 石英中流体包裹体Ar-Ar定年法确定的天然气成藏时间[4]

沥青、干酪根和原油的U-Pb、Pb-Pb、Rb-Sr、Sm-Nd法是直接对烃类流体进行定年的测试手段, 可以获得油气生成、运移的年龄^{[5, 6]}。沥青中U、Pb、Rb、Sr、Sm和Nd等放射性元素通常以有机络合物的形式赋存, 当石油演化成固体沥青之后, 沥青不易被水渗透, U-Pb、Pb-Pb、Rb-Sr和Sm-Nd等体系可以保持封闭, 为沥青放射性元素定年提供了可能。在20世纪90年代, Parnell等^[5]利用沥青Pb-Pb定年法对英国北威尔士泰格温铜矿中含铀固体沥青进行年龄测定, 确定了烃类运移的年龄为248± 21 Ma。与沥青U-Pb定年相比, 沥青Pb-Pb定年具有两个明显的优势：（1）在烃类运移过程中, U/Pb比值可能会受到影响, 而Pb同位素比值即使在部分Pb丢失的情况下也会维持稳定; （2）沥青U-Pb定年的精度依赖于能否精确测定沥青中U和Pb的含量, 但高芳香缩合度的沥青中放射性元素U和Pb的完全分离比较困难, 而Pb同位素的比值可以从沥青的部分渗滤液中精确获得。国内学者张景廉等^[6]也于同期开展了对塔里木盆地沥青和干酪根的Pb-Pb和Rb-Sr定年方法的探索, 有力地推动了油气成藏年代学发展。他们对塔里木盆地北部柯坪隆起大湾沟地区志留系固体沥青进行了Rb-Sr和Pb-Pb同位素体系分析, 认为沥青形成的最早年龄为872 Ma或1195 Ma。然而, 利用沥青、干酪根和原油的U-Pb、Pb-Pb、Rb-Sr和Sm-Nd定年方法所得到的年龄大都比实际年龄偏大, 这可能与样品放射性元素的分离及纯化有关, 导致外部金属同位素的混入。这种定年方法成功的关键在于样品中放射性同位素的富集与分离, 目前仅做到了沥青样品中放射性同位素有效分离, 原油和干酪根中放射性同位素的分离还存在困难, 从而限制了该方法的推广。总体来看, 此方法是基于“ 无机生油论” 提出的, 理论基础不够完善, 并且面临着如下问题：（1）定年精度低; （2）沥青中放射性同位素的有效分离是定年成功的关键; （3）多期次充注形成的沥青无法得到准确的年龄; （4）沥青中U-Pb、Rb-Sr和Sm-Nd同位素体系的富集机制和来源尚不清楚。

在原油和沥青中, 元素Re和Os主要以金属有机络合物或杂原子配体形式赋存, 且同位素体系不易受到后期改造作用的破坏, 可以保持Re-Os体系的封闭性, 为沥青和原油的Re-Os定年提供了理论前提。国外学者Selby等^[7]率先对加拿大北极星群岛密西西比河谷型铅锌矿伴生的沥青进行了沥青Re-Os同位素定年（图3）, 确定了烃类生成和运移的年龄为374.2± 8.6 Ma。随后, Selby等^[18]对加拿大阿尔伯塔盆地油砂中石油进行了Re-Os定年, 确定了石油生成和运移的时间为112± 5.3 Ma。Lillis和Selby^[19]的研究进一步表明石油的Re-Os年龄可以代表石油生成和运移的年龄。国内学者Ge等^[8]对扬子板块雪峰隆起西缘麻江和万山古油藏中的低成熟度和高成熟度两类沥青分别进行了Re-Os定年, 并结合磷灰石裂变径迹数据, 发现低成熟度沥青的Re-Os年龄与沥青Rb-Sr年龄和盆地模拟限定的生油时间一致, 高成熟度沥青的Re-Os年龄与磷灰石裂变径迹确定的燕山运动最晚一期活动的年龄一致, 提出低成熟度沥青的Re-Os年龄可能反映了石油的生成时间, 而高成熟度沥青的Re-Os年龄可能反映了石油热裂解生气的时间。

图3

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	图3 沥青的Re-Os同位素年龄[7]

尽管原油和沥青的Re-Os定年在确定油气成藏时间上显示出较好的应用前景, 但此方法也存在一些局限：（1）沥青和原油中Re和Os同位素的分离和纯化会影响定年的精度; （2）沥青和原油的Re-Os定年无法应用于存在多期油气充注的多旋回叠合盆地, 不同的烃源岩可能具有不同的Os同位素初始比值, 会导致得到的Re-Os等时线数据分散, 多解性强; （3）在Re和Os同位素随烃源岩的排烃作用被排出从而转移到石油中, 然后随着石油在储层中运移而发生不同程度的散失, 再到后期构造作用使油藏调整和破坏从而形成沥青的演化过程中, Re-Os同位素体系的分馏机制尚不清楚。另外, 要想获得可靠且精确的Re-Os同位素年龄, 所分析测试的原油/沥青样品需满足如下条件：（1）原油/沥青的Re-Os同位素体系须一直保持封闭; （2）原油/沥青样品的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os初始值必须相近; （3）不同原油/沥青样品的¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os比值需要有一定的范围。

储层中发生烃类流体运聚成藏后, 由放射性元素U和Th衰变产生的⁴He会在气相中累积并开启He定年的时钟, 若油气藏后期保持构造稳定, 未经历油气藏的调整或破坏, 则天然气He定年可确定油气藏中天然气大规模聚集的年龄^[9]。由于天然气运聚成藏是一个动态过程, 天然气藏内He元素的累积和散失是同时发生的, 在聚散平衡之前, 气藏内He的累积量、累积速率、散失量和气藏形成时间可用数学模型进行约束, 因此天然气He定年主要适用于天然气未达到聚散平衡时的情况。如果后期的构造运动会造成天然气藏的调整或破坏, 那么天然气藏内He同位素的封闭体系会被破坏, 导致得不到正确的年龄。另外, 不同含油气盆地内U和Th放射性元素含量的差异性以及气藏物性参数的不均一性会使得年龄计算产生误差。

含油气盆地中方解石的形成与油气充注密切相关, 对发育原生油包裹体的方解石进行年龄测定可获得油气充注时间。方解石的同位素稀释法U-Pb定年的原理基于方解石中的²³⁸U和²³⁵U会自发地发生放射性衰变生成²⁰⁶Pb和²⁰⁷Pb, 通过测定放射性成因子体同位素含量和现今剩余的母体同位素含量即可获得方解石的形成年龄。通常情况下方解石样品的U含量很低（1/10⁹级别）, 直到1991年, Smith等^[10]才首次将该技术成功应用于美国密执根盆地的自生碳酸盐样品。同位素稀释法U-Pb测定方解石年龄的优势在于其可通过增大样品量的方式成倍地提高U、Pb同位素信号, 因此同位素稀释法在方解石年龄测定中较广泛使用^[10]。但是同位素稀释法U-Pb定年也存在一些局限性, 表现为：（1）测试周期长, 需通过薄片观察、阴极发光、激光剥蚀扫描等方法判断方解石期次, 再通过微钻取样、化学溶解、质谱测量等手段才能获得同位素年龄; （2）成功率不高, 方解石U和Pb的含量极低, 同位素稀释法的样品消耗量大, 但Pb含量一般难以达到仪器检出限; （3）需保证等时线上的样品为同一期方解石, 还需保证不同样品之间的²³⁸U/²⁰⁶Pb存在较大差异, 这样才能得到精确的方解石年龄。由于此方法测试周期长, 成功率不高, 还没有被应用于确定油气成藏的实例。

方解石激光原位U-Pb同位素定年法与同位素稀释法原理相同, 其优势在于测试精度高, 测试时间短, 可对方解石进行微区年龄测定。目前方解石激光原位U-Pb同位素定年法所用仪器主要包括激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）和激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪（LA-MC-ICP-MS）。与LA-ICP-MS质谱仪相比, LA-MC-ICP-MS质谱仪配备了多个法拉第环, 具有更高的空间分辨率, 能够测试U含量极低的方解石, 测试数据的误差较小。

在2014年, 随着实验测试仪器精度的提高, 英国地质调查局NERC同位素地球科学实验室分别用同位素稀释法和激光原位法（采用LA-MC-ICP-MS质谱仪）对侏罗系菊石进行U-Pb定年, 同位素稀释法确定的年龄为171± 16 Ma, 激光原位法确定的年龄为165.5± 3.3 Ma, 两种方法确定的年龄在误差范围内一致, 且激光原位法的定年精度更高, 该研究开创了方解石激光原位U-Pb同位素定年的先河^[20]。

近年来, 方解石激光原位U-Pb同位素定年法技术不断发展, 已被成功应用于研究洋壳反馈模型, 确定断层活动时间, 揭示造山带应力演化过程, 重建成岩演化史以及厘定油气成藏时间。在方解石结晶生长过程中, 如果发生烃类流体充注, 盐水流体会被捕获形成原生盐水包裹体, 烃类流体会被捕获形成原生烃类包裹体, 盐水流体负责离子的流动以沉淀矿物质。因此, 含原生烃类包裹体的方解石的结晶时间与烃类流体被捕获的时间一致, 用方解石激光原位U-Pb同位素定年法可确定油气成藏的时间^[13]。郭小文等^[11]利用流体包裹体法确定了渤海湾盆地东营凹陷沙河街组储层第二期原油的充注时间为4~3 Ma, 但流体包裹体法确定的第一期原油充注时间存在多解性（图4）, 通过对沙河街组页岩中含有原生油包裹体的方解石脉开展激光原位U-Pb同位素定年, 厘定了第一期原油的充注时间为24~20 Ma（图5）, 从而消除了流体包裹体法确定成藏时间的多解性问题, 弥补了采用流体包裹体法确定多旋回叠合盆地中油气成藏时间的不足, 是传统的油气成藏年代学方法和油气成藏同位素测年法相结合共同确定多旋回叠合盆地中油气成藏时间的很好的案例。

图4

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	图4 流体包裹体法确定的原油充注时间[11]

图5

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	图5 方解石激光原位U-Pb同位素定年法确定第一期原油充注时间[11]

方解石激光原位U-Pb同位素定年法的优势在于：（1）应用范围广, 不仅可用于碳酸盐岩储层, 也可用于碎屑岩储层（方解石脉/胶结物）; （2）可用于存在多期油气充注的多旋回叠合盆地, 可以定量确定不同期次的油气成藏时间; （3）样品需求量少, 测试精度高, 周期短。但该方法也存在一定的局限性：（1）方解石激光原位U-Pb同位素定年方法确定油气充注绝对年龄的前提是方解石内的烃类包裹体为原生包裹体, 若烃类包裹体为次生包裹体, 则烃类充注的时间要晚于方解石U-Pb年龄; （2）方解石往往存在多期次性, 对方解石进行微区测年之前需对方解石进行期次划分, 否则得到的年龄为多期流体结晶的混合年龄, 不具备地质意义, 由于同一期流体的pH值, 稀土元素配分模式以及氧化还原环境相似, 常用阴极发光和微区微量元素法来判断方解石的期次; （3）缺少合适的国际标样, 目前国际上能进行方解石激光原位U-Pb同位素定年的实验室常采用NIST614玻璃标样作为外标校正仪器灵敏度飘移及²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb, 用天然矿物（WC-1, ASH-15D和AHX-1a等）作为内标校正²³⁸U/²⁰⁶Pb。

WC-1方解石产自美国得克萨斯州西部的特拉华盆地断层, 年龄为254.4± 6.4 Ma, 但WC-1方解石内部含有不同程度的Pb, 年龄误差较大, 不是理想的国际标样。ASH-15D方解石产自以色列的洞穴碳酸盐岩, 年龄为3.001± 0.012 Ma, 其年龄偏小且放射性成因Pb丰度低, 用ASH-15D方解石标样校正年龄偏大的古生代方解石样品显然不太合适。AHX-1a方解石取自塔里木盆地阿克苏地区寒武系孔洞充填方解石, 年龄为209.8± 1.3 Ma, 其U平均含量约为0.14× 10^-6, 普通Pb含量非常低, 是理想的标样。这3个标样中, AHX-1a标样的均一性更好, 适用对象更广, 但目前只用方解石激光原位法对AHX-1a标样进行了标定, 还未利用同位素稀释法对其年龄进行标定。