流體包裹體在鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖氣研究中的應(yīng)用

張 輝，魏新善，康 銳，劉 燕

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018)

流體包裹體在鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖氣研究中的應(yīng)用

張 輝1,2，魏新善1,2，康 銳1,2，劉 燕1,2

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018)

包裹體技術(shù)在石油地質(zhì)領(lǐng)域主要應(yīng)用于確定古地溫、成巖階段、成藏期次和時(shí)間。本文總結(jié)了鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖氣藏中流體包裹體在儲(chǔ)層成巖階段、成巖時(shí)間、成巖環(huán)境、天然氣運(yùn)移、天然氣充注時(shí)間及期次、天然氣成藏時(shí)間及期次和氣藏后期改造等地質(zhì)方面的應(yīng)用，指出目前流體包裹體均一溫度的應(yīng)用中存在著一些問題，例如測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的有效性、包裹體形成后的變化、成藏期與充注期判試等。

流體包裹體；成巖作用；成藏；鄂爾多斯盆地；致密砂巖

流體包裹體的研究最早可追溯到19世紀(jì)中葉。1858年英國(guó)科學(xué)家Sorby[1]首次提出了流體包裹體均一法測(cè)溫的基本原理，從而奠定了包裹體均一法測(cè)溫的理論基礎(chǔ)。1957年Marray在自形石英中發(fā)現(xiàn)了較大的油氣包裹體[2]。20世紀(jì)70年代末到80年代初，隨著石油地球化學(xué)的發(fā)展，流體包裹體被廣泛應(yīng)用于沉積盆地?zé)嵫莼瘹v史、成巖作用、油氣成藏時(shí)間和期次等石油地質(zhì)領(lǐng)域[3-9]。

鄂爾多斯盆地上古生界氣藏多為低孔滲、低壓力、低產(chǎn)量、低豐度的大面積巖性氣藏，儲(chǔ)層主要為河流-三角洲沉積體系，特別是在盆地中北部平緩構(gòu)造背景下，發(fā)源于北部物源區(qū)的近南北向展布的河流砂體疊合連片分布，儲(chǔ)層砂體物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，天然氣運(yùn)移和聚集機(jī)理復(fù)雜。正是由于上古生界氣藏特有的地質(zhì)特征，使地質(zhì)學(xué)家在儲(chǔ)層成巖階段、成巖時(shí)間、成巖環(huán)境、天然氣運(yùn)移、天然氣充注時(shí)間及期次、天然氣成藏時(shí)間及期次和氣藏后期改造等地質(zhì)方面開展了大量研究工作[9-20]。

1 流體包裹體研究致密砂巖儲(chǔ)層成巖演化

儲(chǔ)層成巖包裹體分析可建立成巖階段的流體包裹體特征，確定成巖流體來(lái)源、成巖作用時(shí)期、成巖過程、成巖階段、成巖環(huán)境等。

1.1 流體包裹體劃分致密砂巖儲(chǔ)層成巖演化階段

砂巖膠結(jié)物中鹽水包裹體的均一溫度分析可確定膠結(jié)物及其儲(chǔ)層的成巖階段。胡宗全[10]對(duì)鄂爾多斯盆地南部上古生界山西組-下石盒子組砂巖儲(chǔ)層方解石膠結(jié)物中的包裹體開展測(cè)溫等分析，證實(shí)方解石主要形成于壓實(shí)作用、泥質(zhì)和硅質(zhì)膠結(jié)之后的成巖晚期。劉小洪[16]根據(jù)鄂爾多斯盆地上古生界盒8、山1段儲(chǔ)層石英加大邊和自生石英膠結(jié)物中包裹體均一溫度特征，結(jié)合黏土礦物組合、伊/蒙混層中氧化物成分及含量、熱演化程度等分析，確定盒8、山1段儲(chǔ)層處于晚成巖階段B-C期。羅靜蘭等[21]研究鄂爾多斯盆地北部上古生界盒8段鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖成巖演化序列，認(rèn)為碳酸鹽膠結(jié)物可分為早期基底式與晚期孔隙式膠結(jié)兩種類型，通過成巖-烴類充注演化研究以及砂巖中方解石膠結(jié)物中流體包裹體均一溫度測(cè)定分析，明確了碳酸鹽膠結(jié)物主要形成于中成巖階段A期。

1.2 流體包裹體研究致密砂巖儲(chǔ)層成巖環(huán)境

鹽水包裹體與成巖環(huán)境關(guān)系密切，能夠有效地應(yīng)用于成巖環(huán)境解釋。鹽水包裹體初熔溫度和冰點(diǎn)溫度是確定包裹體含鹽體系成分的重要參數(shù)，初熔點(diǎn)可用來(lái)判斷鹽水體系[22]，冰點(diǎn)溫度能夠提供不同時(shí)期成巖流體水化學(xué)演化的鹽度信息。曹青等[14]對(duì)鄂爾多斯盆地東南部延安地區(qū)盒8段、山西組儲(chǔ)層流體包裹體進(jìn)行初熔溫度和冰點(diǎn)溫度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)鹽水包裹體的初熔溫度均在-20.8℃以上，表示其中溶液的主要成分是NaCl體系的；冰點(diǎn)溫度主要介于-6～-2℃；計(jì)算得出的鹽度分布主要范圍為2.24 wt%～8.55 wt%，顯示流體包裹體屬于中等鹽度。劉小洪等[16]對(duì)烏審召地區(qū)盒8、山1 段儲(chǔ)層鹽水包裹體進(jìn)行冰點(diǎn)測(cè)試，初熔溫度均在-20.8℃以上，冰點(diǎn)溫度主要分布在-20～-12℃和-10～10℃ 兩個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，計(jì)算得出盒8、山1 段儲(chǔ)層流體包裹體鹽度為0.18 wt%～21.75 wt%，表明流體包裹體形成于微咸水-咸水環(huán)境。

2 流體包裹體研究致密砂巖氣藏成藏

流體包裹體中烴類包裹體是油氣生成、運(yùn)移和聚集的直接標(biāo)志，可以用來(lái)確定油氣運(yùn)移的相態(tài)、時(shí)期、期次、方式、深度等。

2.1 流體包裹體確定致密砂巖氣藏成藏期次、成藏時(shí)間

烴類包裹體均一溫度可以近似地認(rèn)為是油氣充注時(shí)地層的溫度，通過刻畫均一溫度直方圖分布特征，可以確定油氣運(yùn)移充注期次、成藏特征，結(jié)合埋藏史與熱演化史分析推測(cè)油氣成藏時(shí)限。董會(huì)等[13]研究認(rèn)為蘇里格西部地區(qū)山1段天然氣開始運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)層的時(shí)間大約為中晚侏羅世，天然氣規(guī)模成藏時(shí)間約為早白堊世晚期。曹青等[14-15]分別對(duì)鄂爾多斯盆地東南部和西南部上古生界盒8 段、山西組天然氣充注特征進(jìn)行研究，認(rèn)為上古生界天然氣運(yùn)移富集成藏是一個(gè)相對(duì)漫長(zhǎng)且連續(xù)的過程，以早白堊世為主要充注期。李艷霞等[23]通過與烴類共生的鹽水包裹體均一溫度分析，結(jié)合埋藏史與熱演化史分析，確定出鄂爾多斯盆地東部二疊系太原組、山西組、石盒子組、石千峰組氣藏的有效成藏期。

2.2 流體包裹體確定致密砂巖氣藏流體壓力及運(yùn)移方向

包裹體的捕獲壓力代表著油氣藏形成時(shí)的壓力，結(jié)合包裹體成分、捕獲溫度、鹽度等參數(shù)的變化特征、盆地的地史和地?zé)崾?，可確定油氣的運(yùn)移方向。傳統(tǒng)方法是通過測(cè)定(或計(jì)算)包裹體的均一溫度、冰點(diǎn)溫度、密度、鹽度等參數(shù)，確定包裹體的相體系；然后根據(jù)不同相體系的溫度、壓力的變化特征，利用圖表法或經(jīng)驗(yàn)公式法求取包裹體的捕獲壓力。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用烴類包裹體的相態(tài)計(jì)算( PVTx) 來(lái)計(jì)算古流體的形成壓力。米敬奎等[11]在對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界砂巖儲(chǔ)層中的次生流體包裹體捕獲溫度、捕獲壓力、包裹體成分進(jìn)行了模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合包裹體鹽度分析、盆地構(gòu)造史和地?zé)崾贩治鼋Y(jié)果，得出鄂爾多斯盆地上古生界氣藏天然氣由南向北運(yùn)移。米敬奎等[24]在對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界儲(chǔ)層砂巖中次生鹽水包裹體進(jìn)行測(cè)定分析的基礎(chǔ)上，利用PVTsim軟件開展捕獲壓力模擬計(jì)算，獲得包裹體的最小捕獲壓力為16～21 MPa，并呈從南向北逐漸減小的趨勢(shì)。米敬奎等[25]在利用共聚焦顯微鏡和PVTsim 軟件對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界儲(chǔ)層山西組砂巖中次生包裹體進(jìn)行模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，分別建立液態(tài)烴包裹體和同期的鹽水包裹體的二元一次等容線方程，聯(lián)合求得包裹體的捕獲壓力。廖玲玲[26]結(jié)合包裹體PVTx相態(tài)模擬和PetroMod盆地模擬反演求得鄂爾多斯盆地上古生界古流體壓力。

2.3 流體包裹體評(píng)價(jià)致密砂巖氣藏成因及后期改造

烴類流體包裹體成分代表了古代烴類流體進(jìn)入到儲(chǔ)層時(shí)的成分和性質(zhì)，由于包裹體是一個(gè)封閉體系，不受成藏后期各種作用的影響，因此其所包含的地球化學(xué)信息能更準(zhǔn)確地反映油氣的成藏特征，通過對(duì)比烴類包裹體中氣體以及現(xiàn)今氣藏中天然氣的組分及碳同位素的特征，可以評(píng)價(jià)天然氣藏后期改造。宮色等[27]和米敬奎等[28]采用離線壓碎-色譜、同位素質(zhì)譜分析方法，分析鄂爾多斯盆地上古生界石盒子組和山西組包裹體中氣體的組分及碳同位素組成，通過對(duì)比包裹體氣體及現(xiàn)今天然氣藏中氣體的組分及碳同位素，認(rèn)為包裹體中的氣體為明顯的煤成氣特征，上古生界氣藏在成藏后未發(fā)生重大的次生變化。李榮西等[29]采用熱爆法打開包裹體，結(jié)合色譜、同位素質(zhì)譜分析方法，分析鄂爾多斯盆地米脂氣田斷裂帶方解石脈包裹體中氣體的組分及碳?xì)渫凰亟M成，結(jié)合含天然氣包裹體的方解石脈熱釋光年齡分析，認(rèn)為米脂氣藏氣為煤成氣，晚期喜馬拉雅構(gòu)造活動(dòng)對(duì)米脂氣藏天然氣成藏具有破壞作用，天然氣沿?cái)嗔寻l(fā)生逸散。

3 存在問題

隨著包裹體研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)流體包裹體均一溫度的應(yīng)用中存在著一些問題，例如測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的有效性、包裹體形成后的變化、成藏期與充注期判試等。在包裹體均一溫度的應(yīng)用中如果不注意這些，往往引起錯(cuò)誤解釋。

3.1 FIA 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn)

20世紀(jì)90年代之前，流體包裹體研究基本上是把包裹體分成原生和次生兩類，再對(duì)各類包裹體的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每個(gè)包裹體就是一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)以直方圖方式表達(dá)。這種數(shù)據(jù)處理方式造成數(shù)據(jù)有效性難以檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)的代表性可能偏向某些測(cè)數(shù)多的包裹體群體。經(jīng)常可以看到一些流體包裹體均一溫度差別懸殊的論文報(bào)導(dǎo)?？上驳氖?，地質(zhì)學(xué)家提出了流體包裹體組合(FIA)分析方法，該方法是建立在巖相學(xué)關(guān)系上的，代表了一個(gè)在時(shí)間上分得最細(xì)的包裹體封存事件，不僅可以用來(lái)檢驗(yàn)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)是否有效，還可避免數(shù)據(jù)的人為偏向。

3.2 包裹體形成后的變化

包裹體測(cè)溫的前提是包裹體所捕獲的是均勻流體，而且捕獲后為封閉體系， 具有等容特征。流體包裹體在儲(chǔ)層及成巖作用等的研究中，當(dāng)寄主礦物受到較高溫度壓力的影響時(shí)，使流體包裹體發(fā)生脆性或塑性變形，引起包裹體組分的遷移或容積的變化，均一溫度可能會(huì)再平衡而引起改變，這一現(xiàn)象在鹽類、碳酸鹽礦物上表現(xiàn)得較為明顯[30-32]，對(duì)石英等不易變形礦物中的流體包裹體的影響較小[33]。另外，均一溫度再平衡還與包裹體的大小和形狀有關(guān)[33-34]，包裹體越大越易發(fā)生再平衡，并具有較高的均一溫度；形狀越不規(guī)則，均一溫度再平衡越易發(fā)生，均一溫度變化較大。因此在測(cè)定均一溫度時(shí)，選擇石英等不易變形礦物中個(gè)體較小、形態(tài)規(guī)則的流體包裹體為佳。值得注意的是，部分流體包裹體形成以后，經(jīng)較高溫度地質(zhì)過程后雖保持封閉體系，但包裹體中的烴類發(fā)生不可逆熱裂解反應(yīng)，引起體系的相組分及容積不可回復(fù)的改變，這類包裹體均一溫度的地質(zhì)意義需慎重應(yīng)用。

3.3 成藏期與充注期內(nèi)涵

成藏期是指油氣運(yùn)聚成藏的一個(gè)時(shí)間段，一個(gè)油氣藏往往由多次充注而形成，在時(shí)間上充注期是整個(gè)成藏期的一部分。不能把均一溫度直方柱的高低差異直觀地解釋為不同的成藏期，不能因?yàn)榫粶囟鹊姆植加袃蓚€(gè)峰值，就認(rèn)為主要有兩期油氣充注、兩期成藏，也不能依據(jù)包裹體中烴類組分的成熟度和相態(tài)來(lái)劃分成藏期[35]。正是由于成藏期與充注期概念混同，導(dǎo)致鄂爾多斯盆地上古生界天然氣成藏期次存在較大差異，目前主要有3 種認(rèn)識(shí)，即1期[14-15,19,36-37]，2期[17,20,23,38-39]，3期及以上[12,19,40-44]。

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TheApplicationofFluidInclusionstoTightSandstoneReservoirsofUpperPaleozoicinOrdosBasin

Zhang Hui1,2, Wei Xinshan1,2, Kang Rui1,2, Liu Yan1,2

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,PetroChinaChangqingOilfield,Xi＇an,Shaanxi710018,China; 2.NationalEngineeringLaboratoryforExplorationandDevelopmentofLow-PermeabilityOil&GasFields,Xi＇an,Shaanxi710018,China)

The fluid inclusion techniques in the field of petroleum geology are mainly used to determine paleogeotemperature, diagenetic stage, accumulation period and time. This paper summarized the research advances and application of fluid inclusion in the aspects of determining diagenetic stage, diagenetic time, diagenetic environment, natural gas migration, natural gas filling time, natural gas accumulation time in tight sandstone reservoirs of the upper paleozoic in the Ordos basin. It was pointed out that there were some problems in the application of homogenization temperature of fluid inclusions, such as the validity of temperature measured data, the change after the formation of the inclusions, the judgment of the reservoir and the filling period.

fluid inclusion; diagenesis; reservoir formation; Ordos basin; tight sandstone

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“鄂爾多斯盆地大型低滲透巖性地層油氣藏開發(fā)示范工程”(2016ZX05050)資助。

張輝(1976—)，男，高級(jí)工程師，主要從事油氣地質(zhì)綜合研究工作。郵箱:zhanghui01_cq@petrochina.com.cn.

TE122

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