榆林-神木气田包裹体特征及油气地质意义.pdf

2 6 第 2 7卷 第 1期 大庆石油地质与开发P ． G ． O ． D ． D ． 2 0 0 8年 2月 文章编号1 0 0 0 ． 3 7 5 4 2 0 0 8 0 1 - 0 0 2 6 - 0 4 榆林一 神木气 田包 裹体特征 及 油 气 地 质 意 义 王 岚 ，林 潼 ，于轶星 ，周 慧 ，李富恒 1 ．中国石油天然气股份公司 勘探开发研究 院， 河北 廊坊0 6 5 0 0 73 ． 北京1 0 0 0 3 8 ；2 ．中国石油勘探开发研究院 廊坊 分院 ， 中国石油大学 ，北京1 0 2 2 4 9 摘要通过 包裹体均一温度和冰点的测定以及应用荧光分析、激光拉 曼成分分析等方法对榆林一神木 地区上古生界含气层位包裹体进行分析表明，该区主要存在盐水包裹体和烃类包裹体。盐水包裹体的 均一温度主要分布在 7 O～ 8 O o C、1 2 0～1 3 0 o C以及 1 4 0～1 5 0 o C区间。单个 包裹体成分分析显 示不 同期次的包裹体的组分含量差别较大。包裹体的均一温度和成分分析揭示了榆林一神木地区有机质演 化的过程。有机质经历 了从低成熟向高成熟的演化 ，气藏经历 了3次成藏充注过程 ，其 中早 白垩世晚 期的充注是油气成藏的主要 时期。 关键词包裹体 ；均一温度 ；成藏期次；榆林一神木气田 中图分类号 T El 2 1 文献标识码 A I n c l u s i o n f e a t u r e s i n Yul i n- Sh e nmu g a s fie l d a n d i mpl i c a t i on o f hy dr o c a r b on g e o l o g y W ANG La n’ ， LI N T o n g ，YU Yi x i n g ，ZHOU Hui 。 ， LI Fu - h e n g。 1 ． E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t R e s e a r c h I n s t i t u t e ， P e t r o C h i n a ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ；2 ． L a n f a n g B r a n c h I nst i t u t e ，E x p l o r a t io n a n d D e v e l o p m e n t R e s e a r c h I nst i t u t e ，P e t r o C h i n a ，L a n g f a n g 0 6 5 0 0 7 ，C h i n a； 3 ． C h i n a U n i v e r s it y o fP e t r o l e u m，B e n g 1 0 2 2 4 9 ，C h i n a Abs t r a c t Co n t a i n e d g a s h o riz o n i n c l u s i o n i n Up p e r P a l a e o z o i c Er a t h e m o f Sh e nmu a r e a i s i n v e s t i g a t e d b y me a s u r e me n t 0 f i t s u ni f o r m t e mpe r a t u r e a n d f r e e z i n g p o i nt a n d a pp l i c a t i o n o f fl uo r e s c e n c e a n a l y s i s a n d l a s e r Ra ma n c o mp o s i t i o n a n a l y - s i s ． T h e r e s u hs s h o w t h a t ，t h i s a r e a i s d o mi na t e d b y s a l i n e i n c l u s i o n a n d h y d r o c a r b o n i nc l u s i o n，a n d s a l i n e i n c l u s i o n U- ni f o rm t e mp e r a t u r e i s 7 0 8 0 C ，1 2 0 1 3 0 2 a n d 1 4 0 1 5 0 2．Th e a n a l y s i s o n s i n g l e i n c l u s i o n’ S c o mp o s i t i o n i nd i - c a t e s t h a t ，c o mp o s i t i o n c o n t e nt o f v a r i o u s p e r i o dg i n c l u s i o n i s l a r g e di f f e r e n c e ． Uni f o rm t e mp e r a t ur e a n d c o mp o s i t i o n a - na l y s i s o f i n c l u s i o n i n d i c a t e t h e p r o c e s s o f o r g a ni c ma t e ria l e v o l u t i o n i n Yul i n- S he n mu a r e a，f r o m l o w- ma t u r e t o hi g h- ma - t u r e ，w h i l e g a s r e s e r v o i r h a s e x p e ri e n c e d t h r e e t i m e s f u l l y i n j e c t e d ， o f w h i c h l a t e r p e ri o d o f E a r l y C r e t a c e o u s i s t h e k e y p e rio d o f r e s e r v o i r f o rm i n g． Ke y wor d s i n c l u s i o n；un i f o rm t e mpe r a t u r e；r e s e rvo i r f o rm i n g p e rio d； Yu l i n - S h e nmu g a s fi e l d 自从 S o r b y在 1 8 5 8年提 出了包裹体作为地质温 度计并论述了其原理和方法以后 ，包裹体在地质 中的应用越来越广泛 。特别是包裹体 的测温技术 和成分分析方法的建立 ，为定量地研究地质历史上流 体的性质和环境提供了依据。含油气盆地中沉积岩的 包裹体作为一种有效 的地质 “ 化石 ”记 录了埋 藏成 岩过程中油气的成分 、运移路径 以及形成时的古地温 环境 ’ m J ，结合成岩次序确定 的包裹体均一温度反映 了油气的成藏期次。包裹体中成分 的确定是研究古油 气性质的关键 ，通过对包裹体中有机成分的分析可 以 反映烃类物质的成熟度以及运移路径。单个包裹体成 分之间的对 比是精确研究有机质 成熟度 的理想方法 ， 因此选取了激光拉曼分析法对单个包裹体 的成分进行 定量 的测定 ，并结合包裹体 的均一温度 、冰点对鄂尔 多斯盆地榆林一神木气田含气层段包裹体进行了详细 分析 、研究 ，同时探讨了该区油气 的演化过程和成藏 基金项 目 中国石油 天然气股份公 司 “ 十一五”项 目 0 6 4 1 A - O 1 4 1 资助。 收稿 日期 2 0 0 7 - 0 9 1 0 作者简介 王岚 1 9 8 1 一 ，女 ，山东济南 人 ，在读 博士，从事石油地质研究 。 维普资讯 2 0 0 8年 2月 王岚等 榆林一神木气田包裹体特征及油气地质意义 ． 2 7． 期次。 1 地质概况 鄂尔多斯盆地属于大型克拉通盆地 ，从 中晚元古 代坳拉谷 、早古生代浅海台地 、晚古生代近海平原 、 中生代 内陆湖盆和新生代周边断陷，盆地共经历了五 大沉积演化阶段 。气 田位于鄂尔 多斯盆地 的东北 部 ，面积约 4 X 1 0 k m ，构造上属于伊 陕斜坡北 部和 伊盟隆起南部。区内烃源岩层主要为上古生界二叠系 太原组和山西组海陆交互相的含煤层系，岩性以暗色 泥岩和煤为主。有机质丰度总体较高 ，为腐植型。气 藏主要分布在上古生界山西组 山二段 ，沉积相带上属 于三角洲平原相分流河道沉积。 2 包裹体类型与特征 包裹体样 品采 自石炭． 二叠系砂岩储层 中。储 层 砂岩致密 ，石英次生加大边发育。包裹体个体较 小， 直径为 3～8 m，主要位于石英加大边 图 1 a 及 成岩后期微裂 隙中。 该区主要发育两种类型包裹体 一类为盐水包裹 体 ，这类包裹体在该区非常发育且分布广泛 ，各个层 位上均发育丰富，且多为液态包裹体 ，部分为纯液态 包裹体 图 1 b ；第二类为烃类包裹体 ，主要为气态 烃包裹体和含气态烃包裹体 ，荧光下呈现蓝色 、蓝绿 色。纯气态烃包裹体单偏光镜下颜色较 暗 图 1 b ， 个体较共生的盐水包裹体大，显微荧光下不发光。此 外 ，研究还观察到少量以液态水相 、油相和气相产出 的三相有机包裹体 图 1 C ，该类包裹体呈灰黑色椭 圆状 ，单偏光镜下液态水相 和油相的界限较为清晰。 在荧光照射下 ，水相和气相都不发荧光而油相发淡蓝 色荧光。三相包裹体 的均一温度测定显示 ，油相 、气 相的部分均一温度约为 1 0 0℃ 均一成油相 ，而完 全均一温度都很高 ，说明包裹体中油气在捕获时呈均 一 相态 ，由于后期温度和压力的变化而发生了相态的 分离 ，而烃类与盐水之间则 以非均一相态捕获。研究 中还观察到少量的 C O 三相包裹体 部分均一温度 为 2 9 ． 6℃ ，均一成气相 以及含 N a C 1 晶体包裹体 图 1 d 。N a C 1 晶体包裹体 的存在反映了储层古流体 的盐度较高 ，同时还发现在石英颗粒表面后生微裂隙 中发育有一系列充填度不同但均一温度相近的沸腾包 裹体 。近年来 ，有许多学者认为鄂尔多斯盆地上古生 界气藏是深 盆气 藏 “ ] ，其气藏 负压 可能是形成沸 腾包裹体的原 因。 一 一 a 石 英加 大边 内盐水包裹 体 b 盐水包 裹体与 有机包 裹体 c 油、气 、水三 相包裹 体 d 古N a C 1 矿物 包裹 体 图1不同类型包裹体的发育特征 Fi g．1 Deve1o pment feat ures of i nc1uSio n wi th v ari ous types 3 包裹体的成分分析与有机质演化过 程 ． 单个包裹 体的液相成分 表 1 主要 为 C O 和 H O，平均含量分别 为 2 9 ． 5 ％ 和 5 1 ． 9 ％。但 在样号 S H 2 0 0 - 3和 S U I 1 2 - 1 3中包裹体液相中不含 C O 2 ，且气 相中 C O 的含量 较少 分别 占 2 3 ． 9 ％ 和 4 8 ． 2 ％ ， 为所分析的包裹体气相含量 中 C O 百分含量最少 的 两个。从表 1中也能看 出液相 中 C O 的含量与气 相 中 C O 的含量具 有 明显 的正相关性 ，基本是 随着气 相中 C O 含量的增 加 ，液相中 C O 含量也相应 地增 加 。 这种 现象说 明在包裹体捕 获过程 中几 乎都存 在 表 1 包裹体成分分析表 Ta bl e 1 An al y s i s o n i nc l u s i o n c o m p os i t i on 注包裹体成分的分析是在国土资源部西安地质研究所完成的。 维普资讯 2 8 大庆石油地质与开发P ． G ． 0 ． D ． D ． 第2 7卷第 1 期 着非均一性捕 获， 在捕 获 的流体 中可 能存在 C O ， 但 C O 更主要的是作为一种不相溶的气体被捕获的。C H 的含量一般都 比 c 少 ， C H 含量介于 5 ． 4 ％ 一 2 1 ％ ， 而 c 含量介于 8 ． 4 ％ 一 2 5 ． 9 ％。液相几乎不含 H 2 s ， 只有 S H 2 0 0 - 3样 中的包裹体检测 到 7 ． 2 ％ 的 H ’ s ， 表 明该样 品成岩环境主要为非还原环境。气相主要成分为 C O 和 H 2 s ， 平均含量分别为 5 2 ． 5 ％和 1 2 ． 1 ％。 由于各包裹体的气 、液 比不 同，而分析结果给 出 的是按不同相态分别计算出的相对摩尔百分数，直接 利用分析结果无法做出比较 。通过包裹体气 、液比和 摩尔浓度计算 出每一组 分的总摩尔数 的相对百 分含 量 ，不仅可以反映出包裹体成分 的特征 ，而且能够进 行包裹体成分之间的 比较 。 。 。图 2列 出了该 区包裹 体成分的 3种主要类型。 Ⅲ 图2榆林神木地区储层包裹体成分类型 Fi g． 2 Co mp os i t i o n t y pe o f r es e rv oi r i nc l u s i o n i n Yu l i n Sh e nmu ar ea 将包裹体的均一温度和激光拉曼成分分析结果相 结合 图 3 ，可以明显地反 映该 区有机 质的热演化 过程和成藏期次。 I 类代表了早期充注时有机质的低 成熟阶段 ，以样号 Y 2 4 ． 8包裹体为代表，包裹体 的均 一 温度为 7 3 ． 4℃ ，该阶段 H2 0和 C O 2 含量较高 ，烃 类含量较低 ，且以重烃为主，甲烷含量很低。随着有 机质的演化程度增高 ，H 0和 C O 的含量有减少的 趋势，烃类的含量开始增加但重烃仍占优势，形成了 Ⅱ类包裹体 ，以 S H 4 7 1样品最 为典型 ，包裹体的均 一 温度为 1 2 3 o C；成熟一过成熟阶段 ，C O 的含量很 低 ，主要的成分为烃类气体且 C H 的含量普遍很高 ， c 含量减少 ，以 S U I 1 2 1 3为代表 ，包裹体 的均一温 度较高 为 1 4 9 ． 3 o C ，为 I I I 类包裹体 。研究 中分 析出 I 包 裹体类 占 3 3 ． 3 ％ ， I I 类 占 1 6 ． 6 ％ ，I I 1 类 占 5 0 ％。通过对三类包裹体成分的分析可以看出，榆林 一 神木地 区石炭一 二叠系及早三叠世经历 了 3次油气 的充注过程 ，反映了烃源岩从低成熟到高成熟的演化 过程 ，同时也反 映了盆地演化不 同阶段 油气充注类 温度／ ‘ C 图 3榆林神木地区 储层包裹体均一温度与包裹体成分关系 Fi g．3 The rel ationshi p of unifo rm temperatu re and comp oSiti on of inclUSi on i n Yu1 inShe nmu area 型 ，其中第三次的油气充注是该区的主要成藏阶段 。 4 包裹体 的均一温度与油气运移期次 关系 根据榆林气 田榆 3 1 井 的单井埋藏热演化史 ，结 合该 区目的层位包裹体 的均一温度推断储层中油气的 形成时间。榆林一神木地 区石炭一 二叠系及早三叠世 的砂岩储层 中包 裹体 的 均一 温度 主要 分 布在 7 0 1 8 0 o C之间。从图 3中可见该区主要经历了 3期的油 气充注过程 ，分别为 7 0 8 0 o C、1 2 01 3 0 o C及 1 4 0 1 5 0 o C。均一温度对应于热演化埋藏史 图 4 中 I、Ⅱ、Ⅲ期充注过程。鄂尔多斯盆地上古生界气藏 的烃源岩主要为石炭一 二叠系的海陆过渡相煤系地层 。 在三叠 纪末整个 盆地 内烃源岩 开始生烃 ，延 安一富 县 、乌审旗一带形成较低强度的生气 中心 ，榆林一神 木地区的 。 较低 为 0 ． 5 ％ 一1 ． 0 ％ 1 2 ] ，处于低成 熟一成熟阶段 ，此阶段为该区的第一次充注时期。第 二次充注时期发生在中晚侏罗世末期 ，此时延安一富 县 、乌审旗一带形成两个强度较大的生气 中心 ，周围 的榆林一神木地区也进入了成熟期 。南部延安一富县 年代／ Ma 图4榆3 l 单井埋藏热演化史 Fi g． 4 Th e r ma l ev ol ut i on hi s to r y o f b ur i e d f o r s i n g l e W e l l Y u 3 1 维普资讯 2 0 0 8年 2月 王岚等 榆林一神木气田包裹体特征及 油气地质意义 2 9 低势区生成的天然气向北部运移成藏 ，同时榆林一神 木地区的烃源岩也为该 区的气藏提供 了来源。第三次 的油气充注发生在早 白垩世晚期 ，此时随着烃源岩的 埋深加大 ，成熟度增加 ，盆地的生烃量达到最大并发 生气体的大规模运移 ，从盆地南部的构造低位区沿地 层上倾方向向盆地北部运移。这次运移也是榆林一神 木地区的最重要 的一次充注过程 ，并且充注的时间较 长 ，一直延续到白垩纪末期。 5 包裹体的冰点、盐度特征 榆林一神木地 区气藏包 裹体的冰点 分布范 围较 广 ，冷热 台上测得为 一 0 ． 1～一l 3 ． 8℃。根据乌拉尔 定律和 B o d n a r 按 H O与 N a C 1 体系的盐度一冰点关系 公式总结 的换 算表 ，计 算该 区盐 度为 0 ． 1 8～l 7 ． 6 1 w t ％。在实际显微镜下观察发现 ，部分样 品中存在较 多含 N a C 1 子矿物的包裹体 ，说明包裹体的盐度较高。 在测温时发现 ，有较多的盐水包裹体在冷冻后升温过 程中，当温度 回升到0 o C时 ，气泡仍未 出现 ，继续升 温一段时间后气泡才出现 ，其原因可能是包裹体中溶 解有 C H 和 C O ，在冷却过程 中因温度 下降而结冰 膨胀 使 包裹 体 内 的压力 增 大，产生 了 甲烷 的笼 合 物 。 ’ H ] ，这些笼合物在融化时需要吸收较 多的热量 ， 从而使冰点增大 。这也 说明该 区 c H 4 含量丰 富，气 藏的成熟度较高。 总体来说 ，包裹体的盐度随着均一温度的升高而 增大 图5 ，其原 因可能是早期埋藏较浅时受地表 水 的稀释作用 ，随着埋藏加深 、地层温度的升高 ，包 裹体的均一温度也相应升高 ，而地表水 的作用逐渐减 弱，包裹体的盐度随之升高。这一特征反映了榆林一 神木地区气藏 的埋藏过程。 耋 辎 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 均～温度／ 。 C 图5包裹体均一温度与盐度的关系 Fi g．5 The rel ati ons hi p of ani fo rm temper at ure and s ali ni ty of i ncl usi on 6 结论 1 榆林一神木气田发育的包裹体类型主要以 盐水包裹体和烃类 包裹体为主 ，可见少 量 C O ，和含 子晶三相包裹体 以及一系列充填度不一致但均一温度 相近的沸腾包裹体。 2 包裹体 的冰点测定也 反映 出榆林一神木地 区气藏有机质的高成熟度。包裹体盐度随均一温度的 升高而加大，表明气藏埋藏演化的过程。 3 该区气藏 主要 经历了 3期成藏 过程，其 中 早白垩世晚期最后一次充注是成藏的关键时期 。有机 质的演化随成藏充注的发生表现为从低成熟向高成熟 的演化。 参考文献 [ 1 ] 卢焕章 ，范宏端 ，倪培，等 ．流体包裹体 [ M]．北京 科 学 出版社 ，2 0 0 4 ． [ 2 ]K a r l s e n D A，N e d k v i t n e T，[ r t e r S R，e t以 H y d r o c a r b o n c o mp o s i t i o n o f a u t h i g e n i c i n c l u s i o n s a p p l i c a t i o n t o e l u c i d a t i o n of p e t r o l e u m r e s e r v o i r fi l l i n g h i s t o r y[ J ]． G e o c h i m C o s mo c h i m A c t a ，1 9 9 3 ． [ 3 ]R o g e r K H． T h e a p p l i c a ti o n offl u i d i n c l u s i o n t o m i g r a t i o n of o i l a n d d i a g e n e s i s i n p e t r o l e u m r e s e r v o i r[ J ]．Ap p l i e d G e o c h e m i s t r y ，1 9 8 7 ． [ 4 ]B a r c l a y SA，Wo Me n RH，H a l l D L，e t a 1 ． A s ses s m e n t of fl u i d c o n t a c t s an d c o mp a r t me n t ali z a t i o n i n s an d s t o n e r e servo i r s u s i n g flu i d i n c l u s i o n s an e x a m p l e f r o m t h e Ma g n u s o i l fi e M，N o r t h S e a[ J ] ． AA P G B u l l e ti n ，2 O o o，8 4 4 4 8 9 - 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