油气成藏时间的确定方法.pdf

第3 3 卷第5 期 2 0 1 2 年 l 0 月 新疆石油地质 XI NJ I ANG P E T R0L EUM G EOL OGY Vo I ． 3 3． No ． 5 0c t ． 2 O1 2 油气成藏时间的确定方法 陈 玲’ ， 张 微 ， 佘 振兵 1 ． 中国国土资源航空物探遥感中心， 北京 1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 中国地质大学 地球科学学院 ， 武汉 4 3 0 0 7 4 摘要 综述 了国内外油气藏定年技术的主要原理和方法， 并对各种方法的优缺点进行评述。认为油气成藏年代学 的研究已由过去的定性、 半定量发展到今天的定量同位素测年的新阶段， 其中， 在负热电离质谱仪以及多接收器电感 耦合等离子质谱仪上， 开展原油以及与油气成藏相关的沥青、 干酪根等的R e 一 0 g 同位素测试工作， 可以对油气藏直接 定年， 并给出精确的油气成藏时间。此项技术具有广泛的应用前景。 关键词 油气成藏年代学； 油气成藏时间； 自生伊利石K A r 法； 沥青； R e 一 0 s 同位素 文章编号 1 0 0 1 3 8 7 3 2 0 1 2 0 5 0 5 5 0 0 4 中图分类号 P 5 3 3 ； T E l 1 文献标识码 A 自从 1 9 8 9 年在油气成藏系统理论 中提出了含油 气系统关键时刻 指含油气系统中大部分烃类生成一 运移～聚集的时间 的概念以来 ， 石油地质学家便开 始通过油气藏所处的地质环境来分析油气藏生成、 运 移 的时代 。随着油气勘探预测难度不断增加 ， 准确地 鉴定 油气成藏时代 的重要 性越来越突 出。因此 ， 探 索、 研究并找出一个测定石油生成 和运移年龄的方法 是 十分必要 的。近 3 O 年来 ， 油气成 藏年代学的研究 方法得到 了快速发展 ， 从 圈闭形成时间法 、 生排烃史 法 、 油藏地球化学法 以及油气水界面追溯法 一 6 1 等定性 的方法到半定量的流体包裹体均一温度法以及饱和 压力法 1 是油气成藏年代学在研究方法上的进 步 ， 其研究的对象已经从圈闭到油气藏本身， 所确定的成 藏年代越来越精确 ， 但这些方法只能给出大致 的成藏 时 间或成藏期次 ， 或者 间接给 出成藏年龄 相对地质 年代 ， 而不能直接给 出成藏的绝对年龄 ， 并且亦要考 虑到其应用条件和注意事项[ 1 3 - 1 4 。笔者在总结前人文 献 的基础上 ， 将 阐述定 量的油气成藏年代学方法f 可 以给出油气成藏的绝对年龄 ， 特别是最近1 0 年来兴 起 的R e O s 同位素方法 ， 这种方法主要是利用放射性 同位素方法测定与油气成藏相关 的矿物 、 沥青 、 干酪 根以及原油中放射性同位素的含量 ， 从而得到油气成 藏年代学信息， 但这种方法在油气成藏年代学中的应 用还处于发展 阶段 ， 有待进一步完善 ， 其重点 和难点 在于放射性同位素的有效分离 以及低含量 的放射性 同位素的测定。 1 无机同位素年代学方法 1 ． 1自生伊利石K A r 法 储集层 中伊利石是在富钾水介质环境 中形成的 ， 当油气进入砂岩储集层后 ， 由于介质条件的改变 ， 储 集层 中自生伊利石的形成便会停止 ， 因此可用储集层 中自生伊利石 的最新年龄来确定油气藏形成 的年龄 表 1 。早期形成 的伊利石多为片状 ， 而晚期 的伊利 表 1 几种定量油气成藏年代学方法的比较 收稿日期 2 0 1 1 - 1 2 1 8 修订日期 2 0 1 2 0 3 ～ 2 9 基金项 目 西昆仑成矿带矿产资源遥感 地质 调查 1 2 1 2 0 1 1 1 2 0 8 8 7 作者简介 陈玲 1 9 8 2 - ， 女 ， 湖北襄阳人 ， 博士 ， 遥感地质 ， T e 1 0 1 0 6 2 0 6 0 2 4 7 E ma i l c h e n l i n g 0 1 0 1 2 6 ． c o m ． 第 3 3 卷第5 期 陈玲， 等 油气成藏时间的确定方法 5 5 1 石多 为丝发状 。最细粒伊利石分离物应为最后生成 的， 其 K A r 年龄就是伊利石停止形成的时间， 代表油 气最早进入储集层的时间。一般来说 ， 油气藏形成时 间略滞后于伊利石同位素年龄或基本同步 。此种方 法最早应用于油气成藏年代学研究是在 2 0 世纪 8 0 年 代 ， 文献 [ 1 5 ] 成功地应用此方法进行 了北海油气田的 成藏年代学研究。国内在2 0 世纪9 O 年代开始了相关 的研究 ， 以文献[ 1 6 ] 运用此方法确定塔里木盆地塔中 4 石炭系油藏、 塔北东河塘石炭系油藏和吉拉克三叠 系凝析气藏的形 成时代为代表 。此后亦有很多学者 运用此方法获得了比较有意义的油气成藏年代 ” 。 但是 ， 这种方法在应用 中存在一定 的难度 ， 主要 原 因是影响因素较多 ， 首先是除陆源碎屑钾长石 、 碎 屑伊利石外， 绿泥石、 高岭石等均可能会对 自生伊利 石 的K Ar 体系产生较为明显的影响 ， 并导致 明显不 合理的或不具有明确地质意义的年龄 ； 其次是油气注 入只是引起砂岩储集层 自生伊利石生长作用终止的 原因之一； 另外， 油气充注后自生伊利石不一定停止 生长， 尽管伊利石生长于碱性的环境， 但油气充注后 储集层不一定饱和油气 ， 只要还存在着孑 L 隙水介质 ， 各种水岩相互作用就不会停止 ， 还可能出现局部碱性 环境 。此外这种方法的应用 和样 品本身的关 系也 比 较 大 ， 例如砂岩岩性 、 伊利石蒙皂石间层 矿物的间层 比等 ， 中、 细砂岩 的应用效果相对较好 ， 粉砂岩 、 泥质 粉砂岩则难度较大 ； 伊蒙有序间层 的应用效果相对较 好 ， 伊蒙无序间层则难度较大 。 由此可见这种方法应用的2 个前提 ① 自生伊利 石生成之后K A r 同位素体系保持封闭； ②油气充注后 自生伊利石停止生长 。研究表明 ， 对于单一成藏期次 的盆地 ， 这种方法可 以取得较好的成果 ， 而对于多期次 成藏的盆地 ， 自生伊利石 K A r 年龄很难反映出来 。 1 ． 2 自生伊利石 A r A r 定年法 自生伊利石 A r A r 氩一 氩 定年法 的基本原理和 上述 的 自生伊利石 K A r 钾一 氩 法一样 表 1 ， 主要 区别在 于采用的同位 素定年方法不同。其优越性主 要体现在 ①所用样品量小， 有利于精细的选矿工作； ② 由于选矿精度的提高， 可以得到较纯的自生伊利 石， 从而得到较精确的年龄， 不像 自生伊利石K A r 法 很可能得到的是 自生伊利石和碎屑伊利石 的混合年 龄 ； ③采用先进的测年方法 ， 测量精度较高 ； ④ 。 A 。 A r 法还 能提供 矿物结 晶学和热力学信息 。但是这 种方法由于需要核照射 ， 存在核反冲、 测试 周期长 、 成 本高以及核辐射和核废料问题_2 。 1 ． 3捕获油包裹体的自生钾长石A卜A r 定年法 此方法将流体包裹体 自生钾长石∞ A 卜加 A r 定年 与烃源岩和圈闭储集层精细埋藏史结合起来 ， 能够对 油气的多期次充注时间进行确定。该方法最显著的 特点是实现了微区分析， 能够对于存在多期次油气充 注的叠合盆地进行详细研究[ 2 3 1 表 1 。然而该方法尽 管实现 了分步升温释氩 ， 克服 了常规 K A r 法 的许多 缺点 ， 能够对前寒武纪至新 近纪这种长时间、 多期流 体事件定年， 但要得到一条平坦的 A 卜柏 A r 曲线并不 容易。另外该方法因需要 中子活化 ， 测试周期需要一 年左右， 且成本很高。 1 ． 4 P b P b ， S r N d同位素确定油气成藏年代 早 在 2 0 世纪 9 0 年代初 ， 国外学者 已经开始 了相 关研究 ， 国内学者 曾运用 P b 铅 ， S t 锶 ， N a 钕 同位 素获得 了克拉玛依油 田 、 辽河油 田现代油藏 以 及塔里木 、 贵州的古油藏中沥青、 原油、 干酪根的形 成年龄以及同位素初始值 。通过同位素的等时线 年龄界定油气的生成和运移年龄， 通过同位素的初 始值示踪源区。然而这种方法能否应用 于有机样品 沥青 、 原油 、 干酪根 尚存在争议 ， 因为该方法是基于 “ 无机生油 ” 论而提 出的 ， 其理论基础 尚不完善 。另 外还存 在一些诸如 同位素体系均一化与油气运移和 充注关 系不明的问题 ， 因而其数据也具有多解性 ， 认 可度不高。 2 R e O s 同位素年代学方法 应用 R e O s 铼一 锇 同位素方法测定油气藏生成 一 运移一成藏年龄是国际上油气成藏定年方法研究 的前沿， 该法不但可以精确厘定油气藏油气运移和充 注的时限 ， 而且可以有效示踪烃源岩 。然而国内相关 的研究尚少 ， 仅文献 [ 1 3 ] 指出沥青中R e O s 同位素体 系在多数情况下 的化学性质是不活泼的， 使得其可以 保 持 良好 的封闭状态 ， 从而 可 以获 得古老 的年龄 。 R e 一 0 s 同位素方法之所 以在 油气成藏年代学研究 中 如此重要 ， 主要是由该同位素体系的化学性质所决定 的。 R e 和 0 s 在元素周期表 中分属 Ⅶ锰副族 和铂族， 都属亲铁元素， 同时存在一定程度的亲硫性。R e 和 0 s 地球化学特性决定了R e 一 0 s 同位素体系不同于其 他常用亲石性 同位素体系 如 R b S r ， S m N d以及 U T h P b ， L u Hf ， 是 一种 强 有力 的研 究 工 具 和手 段 。自然界中R e 有 2 种 同位素 R e 3 7 ． 0 7 ％， 相对含 量 ， 下 同 和 R e 6 2 ． 9 3 ％ ； O s 有 7种 同位 素 Ⅲ 0 s O ． 0 2 ％ 、 Os 1 ． 5 9 ％ 、 O s 1 ． 9 6 ％1 、 O s 1 3 ． 2 4 ％1 、 O s 1 6 ． 1 5 ％ 、 0 s 2 6 ． 2 6 ％ 和 O s 4 0 ． 8 7 ％ 。 R e 通过B 衰 变形成 O s ， 导致 O s 同位素组成 女 口 ’ 0 s ／ J 8 O s , l S 7 0 s ／ s O s 1 随时间而改变【 。这一特征赋予了R e O s 同位素体系 第3 3 卷第5 期 陈玲 ， 等 油气成藏时间的确定方法 5 5 3 [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] 地福 山凹陷为例 [ J j ． 石油与天然气地质 ， 2 0 0 7 ， 2 8 2 1 5 1 1 5 8 ． P a n L i y i n ， Ni P e i ， Ou Gu a n g x i ， e t a 1 ． Mu l t i s t a g e p e t r o l e u m c h a r g e s i n t h e S i l u ria n o f T a z h o n g n o a h s l o p e o f t h e T a r i m b a s i n ． n o r t h we s t C h i n a e v i d e n c e f r o m fl u i d i n c l u s i o n s a n d o r g a n i c g e o c h e m i s t r y [ J ] ． A c t a P e t r o l o g i c a S i n i c a ， 2 0 0 7 ， 2 3 1 1 3 1 - 1 3 6 ． 王碧维， 陈红汉 ， 宋国奇． 准噶尔盆地腹部地区油气成藏 期次划分[ J ] ．新疆石油地质， 2 0 0 7 ， 2 8 1 3 3 3 5 ． 陈玲． 中国南方存在印支期的油气藏R e O s 同位 素体系的制约[ J ] ． 地质科技情报， 2 0 1 0 ， 2 9 2 9 5 9 9 ． 辛仁臣， 田春志， 窦同君． 油藏成藏年代学分析[ J ] ． 地学 前缘 ， 2 0 0 0 ， 7 3 4 8 5 4 ． L e e M ， Ar o n s o n J L， S a v i n S M． K- Ar d a t i n g o f t i me o f g a s e mp l a c e me n t i n Ro t l i e g e n d e s s a n d s t o n e ， Ne t h e r l a n d s [ J J ． A A P G B u l l e t i n ， 1 9 8 5 ， 6 9 9 1 3 8 1 1 3 8 5 ． 王飞宇， 何萍， 张水昌， 等． 利用 自生伊利石K A r 定年 分析烃类进入储集层 的时间[ J ] _ 地质论评 ， 1 9 9 7 ， 4 3 f 5 5 4 0 5 4 6 ． 王飞宇， 郝石生， 雷加锦． 砂岩储层中自生伊利石定年分 析油气藏形成期[ J ] ． 石油学报， 1 9 9 8 ， 1 9 2 4 0 4 3 ． 张有瑜 ， 罗修泉， 宋健． 油气储层中自生伊利石 K A r 同位素年代学研究若干问题的初步探讨 [ J ] ． 现代地 质 ， 2 0 0 2 ， 1 6 4 4 0 3 4 0 7 ． 张有瑜 ， Z w i n g m a n n H， T o d d A， 等． 塔 里木盆地典 型 砂岩油气储层 自生伊利石 K A r 同位素测年研究与成 藏年代探讨[ n 地学前缘， 2 0 0 4 ， 1 1 4 6 3 7 6 4 8 ． 张有瑜， Z w i n g ma n n H， 刘可禹， 等． 塔中隆起志留系沥青 砂岩油气储层 自生伊利石K Ar 同位素测年研究与成 [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] [ 2 5 ] [ 2 6 ] [ 2 7 ] [ 2 8 ] 藏年 代探 讨 [ J ] ． 石油 与天 然气地 质 ， 2 0 0 7 ， 2 8 2 1 66 -1 7 4． 李永林 ， 卜 翠萍， 南红丽， 等． 自生伊利石 K A r 测年在焉 耆盆地油气成藏研究 中的应用 [ J ] ． 石油与天然气地 质， 2 0 0 3 ， 2 4 2 1 8 0 1 8 3 ． 王龙樟 ， 戴植谟 ， 彭平安． 自生伊利石4 O A r ／ A r 法定年技 术及气藏成藏期的确定 [ J ] ． 地球科学一 中国地质大学 学报， 2 0 0 5 ， 3 0 1 7 8 8 2 ． Ma r k D F， P a r n e l l J ， Ke l l e y S P， e t a 1 ． Da t i n g o f mu l t i s t a g e fl u i d fl o w i n s a n d s t o n e s [ J ] ． S c i e n c e ， 2 0 0 5 ， 3 0 9 3 8 2 0 4 8 - 2051 ． Pa r n e l l J ，S wa i n b a n k I ．P b - P b d a t i n g o f h y d r o c a r b o n mi g r a t i o n i n t o a b i t u me n b e a rin g o r e d e p o s i t ，No rt h W a l e s [ J ] ． G e o l o g y ， 1 9 9 0 ， 1 8 1 0 1 0 2 8 1 0 3 0 ． Z h u B Q， Z h a n g J L ， T uXL， e t a 1 ． P b ， S r ， N di s o t o p i c f e a t u r e s i n o r g a n i c ma t t e r f r o m Chi na a n d t he i r i mp l i c a t i o n s f o r p e t r o l e u m g e n e r a t i o n a n d mi g r a t i o n [ J ] ． G e o c h i m i c a e t C o s m o c h i mi c a A c t a ， 2 0 0 1 ， 6 5 1 5 2 5 5 5 2 5 7 0 ． 杨红梅 ， 凌文黎． R e O s 同位素组成测试方法及其应用 进展 [ J ] ． 地球科学进展 ， 2 0 0 6 ， 2 1 1 0 1 0 1 4 1 0 2 4 ． Cr e a s e r R A，S e l b y D．Re Os e l e me n t a l a n d i s o t o p i c s y s t e ma t i c s i n p e t r o l e u m a p o t e n t i a l l y p o we r f u l t r a e e r l J J ． G e o c h i m i c a e t C o s m o c h i mi c a A c t a ， 2 0 0 6 ， 7 0 1 8 A1 1 6． S e l b y D，Cr e a s e r R A ， F o wl e r M G． Re O s e l e me n t al a n d i s o t o p i c s y s t e ma t i c s i n c r u d e o i l s L J J ． G e o c h i m i c a e t C o s mo c h i mi c a Ac t a ， 2 0 0 7， 7 1 2 3 7 8 3 8 6 ． M e t ho d s f o r Da t i n g o f Hy dr o c a r b o n Ac c umul a t i o n C HE N L i n g ， Z HANG We i ， S HE Z h e n - b i n g 2 1 ． C h i n a A e r o G e o p h y s i c a l S u r v e y R e m o t e S e n s i n g C e n t e r f o r L a n d a n d R e s o u r c e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 2 ． F a c u l t y o f E a r t h S c i e n c e ， C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ， Wu h a n ， Hu b e i 4 3 0 0 7 4 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e b a s i c p r i n c i p l e s a n d me t h o d s f o r d a t i n g o f h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n a t h o me a n d a b r o a d a s we l l a s t h e i r a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s a r e r e v i e w e d i n t h i s p a p e r ． I t i s s u g g e s t e d t h a t t h e q u ali t a t i v e ， s e mi - q u a n t i t a t i v e d a t i n g o f h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n i n t h e p a s t h a s b e e n d e v e l o p e d i n t o q u a n t i t a t i v e r a d i o me t r i e d a t i n g o f i t n o w a d a y s ． B y u s i n g n e g a t i v e t h e r m al i o n i z a t i o n m a s s s p e c t r o m e t ry N T I MS a n d t h e mu l t i c o l l e c t o r i n d u c t i v e l y c o u p l e d p l a s m a m a s s s p e c t r o me t e r MC I C P MS ， t h e R e O s i s o t o p i c d a t i n g o n ma t e ri a l s s u c h a s c r u d e o i l ， b i t u me n a n d k e r o g e n t h a t a r e r e l a t e d t o h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n c a n b e c o n d u c t e d ， d i r e c t l y ma k i n g d a t i n g a n d g i v i n g a c c u r a t e t i me o f h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n ． I t i s o f wi d e l y p r o s p e c t for a p p l i c a t i o n ． Ke y W o r d s h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n t i me ； h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n g e o c h r o n o l o gy ； a u t h i g e n i c i l l i t e K- Ar d a t i n g ；b i t u me n ；Re -- Os i s o t o pe