矿物岩石地球化学通报 油气流体及成岩作用 Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry Vol 25 No. 1 Jan 2006 油气包裹体在油气地质研究中的应用 概念、分类、形成机制及研究意义 潘立银2,倪培,欧光习2,丁俊英 1.南京大学成矿作用国家重点实验室地质流体研究所地球科学系,南京210093;2.核工业北京地质研究院,北京100029 摘要油气包裹体已成为油气成藏研究的有力工具,在划分油气运移充注期次、确定油气藏的形成时间、反映油气的成熟度及 来源等方面均有重要的应用价值。近年来,利用油气包裹体及其共生的盐水溶液包裹体估算油气藏形成时的pT条件是油气 包裹体研究中的一个新热点,它为更准确地计算油气藏形成的温度压力条件提供了一种独立的、更准确的技术手段。研究表 明,包裹体岩相学和流体体系的热力学研究仍将是今后的发展重点。油气包裹体的pr模拟技术尚处于初始阶段,两种软件 ( V'TFlinc和FIT)的准确性和精确性虽有待进一步提高,但己经成为今后一个重要的发展方向 关键词:油气包裹体;油气地质:捕获温度-压力;pT模拟 中图分类号:P618.130.1文献标识码:A文章编号:10072802(2006)0-001910 Application of Organic Inclusion Study in Petroleum Geology Conception, Classif ication, Formtion Mechanism and Significance PAN Lryin, NI Pei, oU Guang-xi, DIN GJ urrying I. State Key Laboratory for Mineral Depasits Research, Institute of Geof luid Research, De partment of Earth Science Nanjing University, Nanjing 210093, China; 2. Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China Abstract: The st udy of petroleum inclusions, which has been made great progress in last 20 years, has played very impor- nt role in the evaluation of potential petroleum system. Because of its unique feature, it has become an effective tool for determining the oil migration and accumulation histories, the formation time of the oil reservoirs and the source and matur rity of oil. The most significant progress recently in petroleum inclusion research field is pV T modeling, which could esti- mate the trapping p T conditions of petroleum by using isochors intersection of coeval petroleum inclusions and aqueous in clusions. This technique could provide an independent and more accurate way for appraising the formation environment (trapping pressure and temperature)and compositional evol ution history of petroleum system. Although the pVT model ing is still in its early stage as the present precision and accuracy of two kinds of software(VTFlinc and FIT) needs to be mproved, it will be more and more applied to the quantitative analysis of petroleum reservoir formation by combining with traditional fluic-incl usion petrography and thermodynamic study Key words petroleum inclusion; petroleum geology, trapping temperature pressure, pl T modeling 包裹体含有丰富的成岩成矿信息,因而被广泛代的工作均有报道,甚至太古代和元古代的地层中 应用于确定成岩成矿流体的性质、形成条件与形成也有烃类生成和运移的包裹体证据112。西澳 时代。流体包裹体研究也是当前地质流体研究的主 Pilbara克拉通太古代砂岩(3000Ma)中的油气包裹 要内容之一18。油气包裹体的研究虽然起步较体是迄今发现的最古老的油气包裹体,年轻沉积 晚9,但是最近二十多年来正以其特殊性日益受到盆地中油气包裹体更是屡见不鲜 石油地质学家的重视,成为研究油气成藏机理的一 油气包裹体研究已经广泛应用于油气勘探,在 种有效方法02。油气包裹体应用于不同地质时盆地模拟和油气地质研究中发挥着重要的作用11 收稿日期:20051123收到,200601-04改回 第一作者简介:潘立银(1981→,男硕士研究生,从事油气包裹体与石油地质研究工作.通讯作者:倪培.上nail: pein@u.edu.c 201994-2007chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
矿物岩石地球化学通报 ·油气流体及成岩作用 · Bulletin of Mineralogy ,Petrology and Geochemistry Vol. 25 No. 1 ,Jan. 2006 收稿日期:2005211223 收到 ,2006201204 改回 第一作者简介: 潘立银(1981 —) ,男 ,硕士研究生 ,从事油气包裹体与石油地质研究工作. 通讯作者: 倪培. E2mail : peini @nju. edu. cn. 油气包裹体在油气地质研究中的应用 ———概念、分类、形成机制及研究意义 潘立银1 ,2 , 倪 培1 , 欧光习2 , 丁俊英1 1. 南京大学 成矿作用国家重点实验室 ,地质流体研究所 ,地球科学系 ,南京 210093 ;2. 核工业 北京地质研究院 ,北京 100029 摘 要 :油气包裹体已成为油气成藏研究的有力工具 ,在划分油气运移充注期次、确定油气藏的形成时间、反映油气的成熟度及 来源等方面均有重要的应用价值。近年来 ,利用油气包裹体及其共生的盐水溶液包裹体估算油气藏形成时的 pV T 条件是油气 包裹体研究中的一个新热点 ,它为更准确地计算油气藏形成的温度2压力条件提供了一种独立的、更准确的技术手段。研究表 明 ,包裹体岩相学和流体体系的热力学研究仍将是今后的发展重点。油气包裹体的 pV T 模拟技术尚处于初始阶段 ,两种软件 (VTFlinc 和 FIT)的准确性和精确性虽有待进一步提高 ,但已经成为今后一个重要的发展方向。 关 键 词 :油气包裹体 ;油气地质 ;捕获温度2压力 ; pV T 模拟 中图分类号 :P618. 130. 1 文献标识码:A 文章编号 :100722802 (2006) 0120019210 Application of Organic Inclusion Study in Petroleum Geology - Conception, Classification,Formation Mechanism and Significance PAN Li2yin 1 ,2 , NI Pei 1 , OU Guang2xi 2 , DIN GJ un2ying 1 1. State Key L aboratory f or Mineral Deposits Research , Institute of Geof lui d Research , Department of Earth Science , Nanjing Universit y , Nanjing 210093 , China; 2. Beijing Research Institute of Uranium Geology , Beijing 100029 , China Abstract :The study of petroleum inclusions , which has been made great progress in last 20 years , has played very impor2 tant role in the evaluation of potential petroleum system. Because of its unique feature , it has become an effective tool for determining the oil migration and accumulation histories , the formation time of the oil reservoirs and the source and matu2 rity of oil. The most significant progress recently in petroleum inclusion research field is pV T modeling ,which could esti2 mate the trapping p2T conditions of petroleum by using isochors intersection of coeval petroleum inclusions and aqueous in2 clusions. This technique could provide an independent and more accurate way for appraising the formation environment (trapping pressure and temperature) and compositional evolution history of petroleum system. Although the pV T model2 ing is still in its early stage as the present precision and accuracy of two kinds of software (VTFlinc and FIT) needs to be improved , it will be more and more applied to the quantitative analysis of petroleum reservoir formation by combining with traditional fluid2inclusion petrography and thermodynamic study. Key words :petroleum inclusion ; petroleum geology ; trapping temperature & pressure ; pV T modeling 包裹体含有丰富的成岩成矿信息 ,因而被广泛 应用于确定成岩成矿流体的性质、形成条件与形成 时代。流体包裹体研究也是当前地质流体研究的主 要内容之一[1～8 ] 。油气包裹体的研究虽然起步较 晚[9 ] ,但是最近二十多年来正以其特殊性日益受到 石油地质学家的重视 ,成为研究油气成藏机理的一 种有效方法[10～22 ] 。油气包裹体应用于不同地质时 代的工作均有报道 ,甚至太古代和元古代的地层中 也有烃类生成和运移的包裹体证据[ 23～26 ] 。西澳 Pilbara 克拉通太古代砂岩(3000 Ma) 中的油气包裹 体[23 ]是迄今发现的最古老的油气包裹体 ,年轻沉积 盆地中油气包裹体更是屡见不鲜。 油气包裹体研究已经广泛应用于油气勘探 ,在 盆地模拟和油气地质研究中发挥着重要的作用[27 ]
潘立银等/油气包裹体在油气地质研究中的应用 澳大利亚联邦科学和工业研究组织( CSIRO)、法国沉积盆地中成岩与成烃演化的同步性,而成岩矿物 Henri Poincare大学、法国铀矿地质研究中心中油气包裹体记录的是各阶段油气形成时的温度、 ( CREGU)、英国 Newcastle大学等著名研究单位在压力与成分,因此按成岩矿物世代关系分类更科学。 油气包裹体测试技术与研究方面取得了重要突破, Pironon123建议将碎屑岩中的包裹体按其赋存位置 油气成藏分析方面也取得了大量成果,引起我国学分类(图1),划分为碎屑颗粒中孤立分布的包裹体 者的重视。本文将系统介绍油气包裹体在油气地质碎屑颗粒裂隙内的包裹体、切穿碎屑颗粒-加大边的 领域的应用与现状 裂隙中的包裹体、碎屑颗粒-加大边之间的包裹体 概念与分类 第n期加大边内的包裹体,以及第n和n+1期加大 边之间的包裹体。这与 Bednar9的分类类似:前两 油气包裹体是存在于储层并被捕获、封闭于成种称为继承包裹体,即沉积岩物源碎屑矿物中的包 岩自生矿物晶格缺陷或碎屑矿物成岩愈合裂隙中的裹体,仅反映母岩形成和演化的物理化学信息,后几 显微流体样品,主要成分有甲烷、乙烷等各种烷烃、种为成岩包裹体,即成岩过程中捕获于成岩自生矿 芳香族化合物`液体原油及沥青等有机质,有时也含物(胶结物、交代矿物、重结晶矿物、裂隙充填矿物和 定量的盐水溶液。这种包裹体通常也称作烃次生加大矿物等)中的包裹体,也是油气地质研究的 流体包裹体( hydrocar bon fluid inclusion)或者有机主要对象。对于碳酸盐岩储层,其成岩作用通常包 包裹体 organic inclusion) 括早期重结晶晶粒、早期胶结或矿物次生加大、晚期 正确区分油气包裹体的类型是有效解释包裹体亮晶胶结、多期次缝(洞)发育-充填等矿物形成过 温度、压力、体积和组分的关键。通常按烃类的物理程,每个阶段都可形成油气包裹体,按照从早到晚的 相态分为液烃包裹体、含沥青液烃包裹体、气液烃包时间顺序,可以依次划分为第一世代油气包裹体、第 裹体、含沥青气液烃包裹体和气烃包裹体21。由于二世代油气包裹体、……第n世代油气包裹体21 [额加大边界面[碎颤构 第1期加大边 第2期加大 粒一加大边之间的包裹 颗拉内蕉立分布的包裹 中的包母[期加大边内的包 一,断大边之间的包困一[交切额校加大边中的包体了 加大边内的包裹化 图1碎屑岩中包裹体的分类 Fig1 Classification of inclusions in clastic reservoir rocks[28I 201994-2007ChinaAeademieJournalElectroniePublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
20 潘立银等/ 油气包裹体在油气地质研究中的应用 澳大利亚联邦科学和工业研究组织 (CSIRO) 、法国 Henri Poincaré大 学、法 国 铀 矿 地 质 研 究 中 心 (CREGU) 、英国 Newcastle 大学等著名研究单位在 油气包裹体测试技术与研究方面取得了重要突破 , 油气成藏分析方面也取得了大量成果 ,引起我国学 者的重视。本文将系统介绍油气包裹体在油气地质 领域的应用与现状。 1 概念与分类 油气包裹体是存在于储层并被捕获、封闭于成 岩自生矿物晶格缺陷或碎屑矿物成岩愈合裂隙中的 显微流体样品 ,主要成分有甲烷、乙烷等各种烷烃、 芳香族化合物、液体原油及沥青等有机质 ,有时也含 一定量的盐水溶液[15 ] 。这种包裹体通常也称作烃 流体包裹体( hydrocarbon fluid inclusion) 或者有机 包裹体(organic inclusion) 。 正确区分油气包裹体的类型是有效解释包裹体 温度、压力、体积和组分的关键。通常按烃类的物理 相态分为液烃包裹体、含沥青液烃包裹体、气液烃包 裹体、含沥青气液烃包裹体和气烃包裹体[22 ] 。由于 沉积盆地中成岩与成烃演化的同步性 ,而成岩矿物 中油气包裹体记录的是各阶段油气形成时的温度、 压力与成分 ,因此按成岩矿物世代关系分类更科学。 Pironon [28 ]建议将碎屑岩中的包裹体按其赋存位置 分类(图 1) ,划分为碎屑颗粒中孤立分布的包裹体、 碎屑颗粒裂隙内的包裹体、切穿碎屑颗粒2加大边的 裂隙中的包裹体、碎屑颗粒2加大边之间的包裹体、 第 n 期加大边内的包裹体 ,以及第 n 和 n + 1 期加大 边之间的包裹体。这与Bodnar [29 ] 的分类类似 :前两 种称为继承包裹体 ,即沉积岩物源碎屑矿物中的包 裹体 ,仅反映母岩形成和演化的物理化学信息 ,后几 种为成岩包裹体 ,即成岩过程中捕获于成岩自生矿 物(胶结物、交代矿物、重结晶矿物、裂隙充填矿物和 次生加大矿物等) 中的包裹体 ,也是油气地质研究的 主要对象。对于碳酸盐岩储层 ,其成岩作用通常包 括早期重结晶晶粒、早期胶结或矿物次生加大、晚期 亮晶胶结、多期次缝 (洞) 发育2充填等矿物形成过 程 ,每个阶段都可形成油气包裹体 ,按照从早到晚的 时间顺序 ,可以依次划分为第一世代油气包裹体、第 二世代油气包裹体、……第 n 世代油气包裹体[ 22 ] 。 图 1 碎屑岩中包裹体的分类[28 ] Fig. 1 Classification of inclusions in clastic reservoir rocks [28 ]
物岩石地球化学通报 2形成机制 凸起的油气成藏史,明确了包裹体的世代和油气运 移期次。最近有学者1.用油气包裹体气相组分 一般认为油气运移充注过程只要发生成岩作用中的CH4含量、总烃含量(∑C)和CH/(CH4+ 就会形成油气包裹体。悬浮油滴分布在盐水溶液CO2+H2O)值作为划分油气运移期次的标志。 中,矿物结晶生长时,捕获盐水溶液,形成盐水溶液 但是应该注意,包裹体期次并非等同于生烃成 包裹体;捕获油滴,形成含全烃的油气包裹体;二者藏期次,尤其是像塔里木盆地这样具多期构造运动、 一起捕获就形成既含油气又含盐水溶液的包裹多套油源层、多期生烃排烃、多期成藏、多次运移再 体3。前人2已深入探讨过碎屑岩储层中油气分配的“五多”复杂盆地,不能见到几期包裹体就认 包裹体的形成机制。欧光习将其归纳为跨越障为有几期油气充注,必须结合成岩史、生烃史和构造 碍物式捕获、酸溶式捕获和微裂隙式捕获机制 史进行综合分析,应该明确,成岩自生矿物才是确定 此外,石油的侵位与成岩作用关系尚有争议,后包裹体序次的根本依据20 者与储层质量密切相关。有人依据石英胶结物中存3.2确定油气藏的形成时间 在油气包裹体及其均一温度同现今储层温度相近, 传统方法多从烃源岩生排烃与圈闭形成期的时 以及油、水饱和带之间孔隙度的相似3,认为石空匹配关系论证油气藏的形成时间。但这些方 油侵位不会终止成岩作用。有人根据一些含油砂岩法所确定的时间都是相对的,定量研究油气运移、聚 或碳酸盐岩储层孔隙度的显著差异,认为石油充满集时间一直受到学者们的关注 储层会抑制成岩作用,。最近的实验表明只要 目前流体包裹体广泛应用于古地温和油气成藏 达到一定的温压条件,即使在石油饱和度很高的环史的研究,成为定量确定油气成藏时间的一种有效 境下也会发生石英的胶结和捕获包裹体。这些方法。该方法首先通过测定与油气包裹体共生的盐 成果为利用油气包裹体及其共生的盐水溶液包裹水溶液包裹体的均一温度推算其形成深度4 体,探讨油气的形成、运移、聚集与后期变化奠定了 H=100(TH-70)/PGT 基础。 式中H为包裹体形成深度(m),TH为样品盐水溶 3应用 液包裹体的均一温度(℃,T0为古地表温度(O, PGT为古地温梯度(℃100m)。 包裹体形成后由于没有外来物质的加入和自身 结合储层埋藏史和热史分析,即可确定不同期 物质的流出,具有可靠的原生性,在油气成藏研究中次油气注入的时间。 Burrus等1利用储集岩自生 有着重要的作用。通过岩相学鉴定、荧光特征、显微碳酸盐相中具荧光效应的石油包裹体及其产状,结 测温与成分分析,可以重建油气成藏史,探讨油气运合埋藏史确定了阿曼和阿联酋白垩系灰岩中的油气 移、聚集成藏规律 运移时间。 Nedkvitne等l利用自生矿物中包裹体 3.1划分油气运移充注(成藏)期次 的烃类分子特征,结合详细的成岩作用研究及流体 利用油气包裹体研究油气充注史已被证明是一包裹体显微测温数据确定了Ula油田石油到达储层 种行之有效的方法,其期次划分是确定油气成藏的时间。肖贤明等应用储层中流体包裹体均一 期次的关键,方法主要是根据油气包裹体的产状、颜温度等信息,结合盆地古地温演变与沉积构造史,推 色、荧光、均一温度分布与成岩序列等。阿联酋AⅠ算出鄂尔多斯晩古生代深盆气藏的成藏时间为150 A12油井中下白垩统碳酸盐岩中发现了两类油~125Ma。唐俊红等4利用与油气包裹体共生的 气包裏体,一类沿方解石晶体裂隙分布,显示亮同期盐水溶液包裏体的均一温度,结合埋藏史推算 黄-白色荧光,另一类呈孤立状分布,显示暗蓝色荧了川西南气区三次油气的运移、聚集时间。 光,由此推断研究区有过两期油气充注事件,并结合 这种方法的前提是盐水溶液包裹体的均一温度 构造成岩史限定了其大致的时间。 Parnel等根近似等于捕获温度,且古地温和埋藏史资料一定可 据 Shetland西部地区Rona砂岩中烃类包裹体的颜靠。但一般盐水溶液包裹体的均一温度只代表最小 色、荧光和大小,将其分为两期,为研究区两期油气捕获温度,比真实捕获温度低。只有盐水溶液包裹 充注模式提供了有力证据。李荣西等1、王建宝体达到气体饱和时均一温度才等于捕获温度11。 等也利用油气包裹体研究了渤中坳陷和轮南低因此要注意这一方法计算的油气成藏年代的偏差 201994-2007chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
矿物岩石地球化学通报 21 2 形成机制 一般认为油气运移充注过程只要发生成岩作用 就会形成油气包裹体。悬浮油滴分布在盐水溶液 中 ,矿物结晶生长时 ,捕获盐水溶液 ,形成盐水溶液 包裹体 ;捕获油滴 ,形成含全烃的油气包裹体 ;二者 一起捕获就形成既含油气又含盐水溶液的包裹 体[13 ] 。前人[12 ,30 ]已深入探讨过碎屑岩储层中油气 包裹体的形成机制。欧光习[ 22 ] 将其归纳为跨越障 碍物式捕获、酸溶式捕获和微裂隙式捕获机制。 此外 ,石油的侵位与成岩作用关系尚有争议 ,后 者与储层质量密切相关。有人依据石英胶结物中存 在油气包裹体及其均一温度同现今储层温度相近 , 以及油、水饱和带之间孔隙度的相似[31～33 ] ,认为石 油侵位不会终止成岩作用。有人根据一些含油砂岩 或碳酸盐岩储层孔隙度的显著差异 ,认为石油充满 储层会抑制成岩作用[34 ,35 ] 。最近的实验表明只要 达到一定的温压条件 ,即使在石油饱和度很高的环 境下也会发生石英的胶结和捕获包裹体[36 ] 。这些 成果为利用油气包裹体及其共生的盐水溶液包裹 体 ,探讨油气的形成、运移、聚集与后期变化奠定了 基础。 3 应 用 包裹体形成后由于没有外来物质的加入和自身 物质的流出 ,具有可靠的原生性 ,在油气成藏研究中 有着重要的作用。通过岩相学鉴定、荧光特征、显微 测温与成分分析 ,可以重建油气成藏史 ,探讨油气运 移、聚集成藏规律。 3. 1 划分油气运移充注(成藏) 期次 利用油气包裹体研究油气充注史已被证明是一 种行之有效的方法[37 ] ,其期次划分是确定油气成藏 期次的关键 ,方法主要是根据油气包裹体的产状、颜 色、荧光、均一温度分布与成岩序列等。阿联酋 Al Ali2 油井中 - 下白垩统碳酸盐岩中发现了两类油 气包裹体[38 ] ,一类沿方解石晶体裂隙分布 ,显示亮 黄 - 白色荧光 ,另一类呈孤立状分布 ,显示暗蓝色荧 光 ,由此推断研究区有过两期油气充注事件 ,并结合 构造成岩史限定了其大致的时间。Parnel 等[39 ] 根 据 Shetland 西部地区 Rona 砂岩中烃类包裹体的颜 色、荧光和大小 ,将其分为两期 ,为研究区两期油气 充注模式提供了有力证据。李荣西等[ 19 ] 、王建宝 等[40 ]也利用油气包裹体研究了渤中坳陷和轮南低 凸起的油气成藏史 ,明确了包裹体的世代和油气运 移期次。最近有学者[41 ] 采用油气包裹体气相组分 中的 CH4 含量、总烃含量 ( ∑C) 和 CH4 / (CH4 + CO2 + H2 O) 值作为划分油气运移期次的标志。 但是应该注意 ,包裹体期次并非等同于生烃成 藏期次 ,尤其是像塔里木盆地这样具多期构造运动、 多套油源层、多期生烃排烃、多期成藏、多次运移再 分配的“五多”复杂盆地 ,不能见到几期包裹体就认 为有几期油气充注 ,必须结合成岩史、生烃史和构造 史进行综合分析 ,应该明确 ,成岩自生矿物才是确定 包裹体序次的根本依据[20 ] 。 3. 2 确定油气藏的形成时间 传统方法多从烃源岩生排烃与圈闭形成期的时 空匹配关系论证油气藏的形成时间[42 ] 。但这些方 法所确定的时间都是相对的 ,定量研究油气运移、聚 集时间一直受到学者们的关注。 目前流体包裹体广泛应用于古地温和油气成藏 史的研究 ,成为定量确定油气成藏时间的一种有效 方法。该方法首先通过测定与油气包裹体共生的盐 水溶液包裹体的均一温度推算其形成深度[ 40 ] : H = 100 ( T H - T0 ) / PGT ………………… (1) 式中 H 为包裹体形成深度 (m) , TH 为样品盐水溶 液包裹体的均一温度 ( ℃) , T0 为古地表温度 ( ℃) , PGT 为古地温梯度( ℃/ 100 m) 。 结合储层埋藏史和热史分析 ,即可确定不同期 次油气注入的时间。Burrus 等[43 ] 利用储集岩自生 碳酸盐相中具荧光效应的石油包裹体及其产状 ,结 合埋藏史确定了阿曼和阿联酋白垩系灰岩中的油气 运移时间。Nedkvit ne 等[44 ]利用自生矿物中包裹体 的烃类分子特征 ,结合详细的成岩作用研究及流体 包裹体显微测温数据确定了 Ula 油田石油到达储层 的时间。肖贤明等[45 ] 应用储层中流体包裹体均一 温度等信息 ,结合盆地古地温演变与沉积构造史 ,推 算出鄂尔多斯晚古生代深盆气藏的成藏时间为 150 ～125 Ma。唐俊红等[46 ] 利用与油气包裹体共生的 同期盐水溶液包裹体的均一温度 ,结合埋藏史推算 了川西南气区三次油气的运移、聚集时间。 这种方法的前提是盐水溶液包裹体的均一温度 近似等于捕获温度 ,且古地温和埋藏史资料一定可 靠。但一般盐水溶液包裹体的均一温度只代表最小 捕获温度 ,比真实捕获温度低。只有盐水溶液包裹 体达到气体饱和时均一温度才等于捕获温度[47 ] 。 因此要注意这一方法计算的油气成藏年代的偏差
潘立银等/油气包裹体在油气地质研究中的应用 3.3反映油气的成熟度与来源 核生物,油气可能来源于上覆的Ⅴ elkerri页岩。他 油气包裹体的特征和类型反映了矿物与有机质形们探讨了油气的来源,也揭示了前寒武纪生物圈的 成时的物理化学条件、有机质性质、丰度及演化程度,面貌,提供了早期生物圈的演化信息 随演化程度的提高,油气包裹体呈现如下变化规3.4包裹体pr模拟估算油气藏形成的温压 律“A:1)单偏光下液态烃的颜色在由浅变深,呈 油气藏形成的温压计算是研究油气成藏机理的 现无色-浅黄色一黃色一黄褐色一褐色一灰色一黑色重要环节,石油的pVT和相特征研究有助于了解油 一淡红色的变化趋势,气态烃为黑色;2)荧光下液态烃气的运移和分布规律。油田开采之前必须确定 的颜色出现亮黄浅黄棕色、褐黄、褐色-喑蓝、蓝灰储层中石油的热力学性质,特别是石油发生气液分 暗蓝一乳白色,气态烃不发荧光;3)类型由液态烃为离时的温度-压力的估算至关重要。 Aplin等首 主-液+气态烃-唅含固体沥青包裹体;4)成分中CH/次利用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)同 PV TSIM (CO2+HO)值逐渐增大,烷烃(CH+C2H+C3H)与Ⅴ TFINC软件相结合的方法探讨了北海油田单 与总有机组分的含量比值由小变大。由此可定性确定个油气包裹体的组成及pVT性质。此后,利用包裹 有机质的热演化程度和油气的形成阶段。 体的pT模似估算油气藏形成的温度压力已成为 含油气盆地往往经历多期构造运动和多期成近年的研究热点13,3-37~62 藏,现今的油气组分可能是不同期次油气混合的结3.4.1基本原理由于形成的环境相同,油气包裹 果∞,另外油气运移过程地质色层效应、相分离,体和与之共生的盐水溶液包裹体有相同的捕获温度 以及运移路径上的混染等因素的影响也会使其成分和捕获压力。对于两种不混溶体系,如果其成分已 发生改变,从而使油气源追踪复杂化。油气包裹体知,就可以用适当的状态方程分别构建等容线,其真 作为封存在矿物晶穴或裂隙中的石油微小样品,可实捕获温度和压力则位于两类包裹体等容线的交点 记录每一期油气运移的特征,且这些特征一般不会部位(图2)。因此利用包裹体的pT模拟估 因后期的改造而消失,因此可根据不同期次包裹体算油气藏形成的温度-压力的前提,是确定油气包裹 中烃类的组成和生物标志物分布研究不同期次油气体与盐水溶液包裹体为同期形成,关键是开展包裹 的来源。涉及的主要方法有油气包裹体成分分析、体热力学研究确立两类包裹体的等容线方程 包裹体成分与产层油和烃源岩的地球化学对比。 George等1对比了 Papua New Guinea地区 lagifur7x油井下白垩统Toro砂岩储层中的原油与 捕获湿度和压力 lagifur7X和p' nyang油井同一储层的油气包裹体 显示产层油与包裹体中的烃类来源不同:前者主要 源于海陆交互相富泥烃源岩,可能为中上侏罗统泥 油气包裹体雯容线 岩;后者源于海相烃源岩,氧化环境较弱,油气包裹 盐水溶液包裹体等容线 体中1,2,7三甲基萘和齐墩果烷生物标志物指示 了被子植物的输入,说明油气来源于白垩系或者更 界点 新的烃源岩。张金亮等剖析了盐城凹陷储层油 均·温度点 气包裹体的地球化学特征,指出油气原始母源兼有 水生藻类和高等植物,油气主要来源于古生界海相 腐泥型源岩 临界点 近年来前寒武地层中油气包裹体的分子地球化 学研究引起广泛重视。加拿大埃利奥特湖区Mat inenda组碎屑砂岩(2.45Ga)中发现了两期含石油 图2利用同期油气和盐水溶液包裹体等容线 的流体包裹体81C研究证明包裹体中的烃类为 相交法求取包裹体的捕获温度和压力 生物成因。澳大利亚中元古代 Roper超级盆地g2 Determination of trapping temperature trapping Bessie creek砂岩中含石油的流体包裹体362 I GC- pressure of a petroleum inclusion using isochore equations MS分析表明,生物标志物主要源于藻青菌,缺少真 for coeval petroleum and aqueous fluid inclusions 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
22 潘立银等/ 油气包裹体在油气地质研究中的应用 3. 3 反映油气的成熟度与来源 油气包裹体的特征和类型反映了矿物与有机质形 成时的物理化学条件、有机质性质、丰度及演化程度 , 随演化程度的提高 ,油气包裹体呈现如下变化规 律[11 ,14 ,48 ,49] :1)单偏光下液态烃的颜色在由浅变深 ,呈 现无色 →浅黄色 →黄色 →黄褐色 →褐色 →灰色 →黑色 →淡红色的变化趋势 ,气态烃为黑色;2)荧光下液态烃 的颜色出现亮黄、浅黄 →棕色、褐黄、褐色 →暗蓝、蓝灰 →暗蓝 →乳白色 ,气态烃不发荧光;3)类型由液态烃为 主 →液 +气态烃 →含固体沥青包裹体;4)成分中 CH4 / (CO2 + H2O) 值逐渐增大 ,烷烃(CH4 + C2 H6 + C3 H8 ) 与总有机组分的含量比值由小变大。由此可定性确定 有机质的热演化程度和油气的形成阶段。 含油气盆地往往经历多期构造运动和多期成 藏 ,现今的油气组分可能是不同期次油气混合的结 果[50～52 ] ,另外油气运移过程地质色层效应、相分离 , 以及运移路径上的混染等因素的影响也会使其成分 发生改变 ,从而使油气源追踪复杂化。油气包裹体 作为封存在矿物晶穴或裂隙中的石油微小样品 ,可 记录每一期油气运移的特征 ,且这些特征一般不会 因后期的改造而消失 ,因此可根据不同期次包裹体 中烃类的组成和生物标志物分布研究不同期次油气 的来源。涉及的主要方法有油气包裹体成分分析、 包裹体成分与产层油和烃源岩的地球化学对比。 George 等[ 53 ] 对比了 Pap ua New Guinea 地区 Iagif u27X 油井下白垩统 Toro 砂岩储层中的原油与 Iagif u27X 和 P’nyang 油井同一储层的油气包裹体 , 显示产层油与包裹体中的烃类来源不同 :前者主要 源于海陆交互相富泥烃源岩 ,可能为中上侏罗统泥 岩 ;后者源于海相烃源岩 ,氧化环境较弱 ,油气包裹 体中 1 ,2 ,72三甲基萘和齐墩果烷生物标志物指示 了被子植物的输入 ,说明油气来源于白垩系或者更 新的烃源岩。张金亮等[54 ] 剖析了盐城凹陷储层油 气包裹体的地球化学特征 ,指出油气原始母源兼有 水生藻类和高等植物 ,油气主要来源于古生界海相 腐泥型源岩。 近年来前寒武地层中油气包裹体的分子地球化 学研究引起广泛重视。加拿大埃利奥特湖区 Mat2 inenda 组碎屑砂岩(2. 45 Ga) 中发现了两期含石油 的流体包裹体[24 ] δ, 13 C 研究证明包裹体中的烃类为 生物成因。澳大利亚中元古代 Roper 超级盆地 Bessie Creek 砂岩中含石油的流体包裹体[26 ,25 ] GC2 MS 分析表明 ,生物标志物主要源于藻青菌 ,缺少真 核生物 ,油气可能来源于上覆的 Velkerri 页岩。他 们探讨了油气的来源 ,也揭示了前寒武纪生物圈的 面貌 ,提供了早期生物圈的演化信息。 3. 4 包裹体 pV T 模拟估算油气藏形成的温压 油气藏形成的温压计算是研究油气成藏机理的 重要环节 ,石油的 pV T 和相特征研究有助于了解油 气的运移和分布规律[ 55 ] 。油田开采之前必须确定 储层中石油的热力学性质 ,特别是石油发生气液分 离时的温度2压力的估算至关重要。Aplin 等[56 ] 首 次利用共聚焦激光扫描显微镜(CL SM) 同 PV TSIM 与 V TFINC 软件相结合的方法探讨了北海油田单 个油气包裹体的组成及 pV T 性质。此后 ,利用包裹 体的 pV T 模似估算油气藏形成的温度压力已成为 近年的研究热点[36 ,51 ,52 ,57～62 ] 。 3. 4. 1 基本原理 由于形成的环境相同 ,油气包裹 体和与之共生的盐水溶液包裹体有相同的捕获温度 和捕获压力。对于两种不混溶体系 ,如果其成分已 知 ,就可以用适当的状态方程分别构建等容线 ,其真 实捕获温度和压力则位于两类包裹体等容线的交点 部位[56 ,63 ] (图 2) 。因此利用包裹体的 pV T 模拟估 算油气藏形成的温度2压力的前提 ,是确定油气包裹 体与盐水溶液包裹体为同期形成 ,关键是开展包裹 体热力学研究确立两类包裹体的等容线方程。 图 2 利用同期油气和盐水溶液包裹体等容线 相交法求取包裹体的捕获温度和压力 Fig. 2 Determination of trapping temperature & trapping pressure of a petroleum inclusion using isochore equations for coeval petroleum and aqueous fluid inclusions
矿物岩石地球化学通报 3.4.2油气包裹体等容线的确定热力学模拟中,的富水体系的等容线计算方法:1)利用激光喇曼测 油气包裹体的气液比或气相充填度(F)是一个重定均一温度之上甲烷的浓度;2)通过热力学方程 要的参数。CLSM可以生成油气包裹体的假三维图计算均一温度T。下的流体压力ph;3)利用相关软 像,可精确测定任何温度(低于均一温度T)下包裹件计算与该包裹体相同均一温度和盐度的H2O 体的气相充填度F叫,F-T变化曲线则取决于包NaC1体系的等容线。经过pTh点作该等容线的 裹体中油气的比重和成分,因此F与T结合就可平行线,即为CH-H2ONaC1体系的等容线。 制约单个油气包裹体的成分和捕获时的温度压力 纯H2ONaC1体系的等容线可以利用 Flincor 油气包裹体的等容线可以通过相应的状态方程软件1或 Mac Flincor软件lm计算得到 得到,最常用的是 Soave- Redlich- Kwong状态方3.4.4捕获温度压力的确定包裹体的等容线方 程6和 Peng robinson状态方程。国外已以此程确定之后,即可在pT相图中利用两类包裹体等 开发了两套pT模拟软件: VTFL INC和容线相交法确定其捕获温度和压力。流体包裹体的 PIT351。利用这两套软件,结合油气包裹体的体实际捕获温度压力与均一温度压力间有以下几种 积测定数据F、显微测温数据T和单个油气包裹情况:1)盐水溶液和石油均未达到气体饱和,捕获点 体的FTIR成分,就可获得油气包裹体的相图、等为两类包裹体等容线的交点,捕获温度压力高于两 容线及其他物理化学性质方面的信息 类包裹体的均一温度压力(图3a);2)盐水溶液和石 3.4.3盐水溶液包裹体等容线的确定甲烷是沉油均达到气体饱和,捕获点为两类包裹体等值线(泡 积盆地建造水中溶解度最大的烃类6,其浓度常常点曲线)的交点,捕获温度压力等于两类包裹体的 由于低于0.3 molal而不能通过显微测温获得,但均一温度压力(图3b);3)盐水溶液达到气体饱和 对包裹体测试数据的解译有重要影响。由于而石油未达到气体饱和,捕获点为两类包裹体等容 目前还没有计算均一温度之上CH-H2 O-NaCI体线的交点,该点位于盐水溶液体系的泡点曲线上,捕 系的状态方程,只能间接获得盐水溶液包裹体等容获温度-压力高于油气包裹体的均一温度压力,而 线。 Dubessy等16提出了CH;浓度低于1mola等于盐水溶液包裹体的均一温度压力(图3c)。 NaCI-CH包襄体 泡点曲线 裹体的等容线 捕获度压力 捕获温度压 A.油气包裹体与盐水溶液包裹体均未达到气体饱和;B油气包裹体和盐水溶液包裹体均达到气体饱和;C.油气包裹体未达到饱和气体 盐水溶液包裹体达到气体饱和( non gas saturated petroleum inclusion with non gas saturated aqueous incl usion; gas saturated petroleum inclu- sion and gas sat urated aqueous inclusion non gas saturated petroleum inclusion with a gas saturated aqueous inclusion)I2I 图3不同油气包裹体和盐水溶液包裹体等容线交点的位置 Fig 3 Sketches showing the intersection locations of the isochores of various associations of coeval petroleum and aqueous inclusions 3.4.5软件 VTFL INC是丹麦 CAL SEP公司原油成分)作为输入数据, VTFL INC软件通过一系 和英国 Newcastle研究组共同开发的专门用于单个列回归分析得到单个包裹体的成分,然后计算其相 油气包裹体成分模拟和捕获条件计算的软件;是图和等容线,结合共生的盐水溶液包裹体数据就可 PV TSIM软件的姊妹程序,基于 Soave- redlich以得到油气包裹体的捕获温度和压力。它首次提供 Kwong状态方程对单个油气包裹体pTX性质进了一种确定油藏成分和压力随时间演化的方法,并 行制约。以均一温度T和气相充填度F,以及 在北海地区油气成藏条件与成分演化史研究中取得 种初始的油气成分(如油气包裹体赋存的储层中的成功。Judy油田的压力史与油气组分演化史的研 o1994-2007ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
矿物岩石地球化学通报 23 3. 4. 2 油气包裹体等容线的确定 热力学模拟中 , 油气包裹体的气液比或气相充填度 ( Fv ) 是一个重 要的参数。CL SM 可以生成油气包裹体的假三维图 像 ,可精确测定任何温度(低于均一温度 Th ) 下包裹 体的气相充填度 Fv [64 ] , Fv2 T 变化曲线则取决于包 裹体中油气的比重和成分 ,因此 Fv 与 Th 结合就可 制约单个油气包裹体的成分和捕获时的温度2压力。 油气包裹体的等容线可以通过相应的状态方程 得到 , 最常用的是 Soave2Redlich2Kwong 状态方 程[65 ] 和 Peng2Robinson 状态方程[ 66 ] 。国外已以此 开 发 了 两 套 pV T 模 拟 软 件 : V TFL INC [56 ] 和 PIT [ 58 ,59 ] 。利用这两套软件 ,结合油气包裹体的体 积测定数据 Fv 、显微测温数据 Th 和单个油气包裹 体的 F T2IR 成分 ,就可获得油气包裹体的相图、等 容线及其他物理化学性质方面的信息。 3. 4. 3 盐水溶液包裹体等容线的确定 甲烷是沉 积盆地建造水中溶解度最大的烃类[ 67 ] ,其浓度常常 由于低于 0. 3 molal 而不能通过显微测温获得 ,但 对包裹体测试数据的解译有重要影响[47 ,68 ] 。由于 目前还没有计算均一温度之上 CH42H2 O2NaCl 体 系的状态方程 ,只能间接获得盐水溶液包裹体等容 线。Dubessy 等[ 68 ] 提出了 CH4 浓度低于 1 molal 的富水体系的等容线计算方法 :1) 利用激光喇曼测 定均一温度之上甲烷的浓度 ;2) 通过热力学方程[69 ] 计算均一温度 Th 下的流体压力 pfh ;3) 利用相关软 件计算与该包裹体相同均一温度和盐度的 H2 O2 NaCl 体系的等容线。经过 pfh2 Th 点作该等容线的 平行线 ,即为 CH42H2 O2NaCl 体系的等容线。 纯 H2 O2NaCl 体系的等容线可以利用 Flincor 软件[70 ]或 MacFlincor 软件[71 ]计算得到。 3. 4. 4 捕获温度2压力的确定 包裹体的等容线方 程确定之后 ,即可在 p2 T 相图中利用两类包裹体等 容线相交法确定其捕获温度和压力。流体包裹体的 实际捕获温度2压力与均一温度2压力间有以下几种 情况 :1) 盐水溶液和石油均未达到气体饱和 ,捕获点 为两类包裹体等容线的交点 ,捕获温度2压力高于两 类包裹体的均一温度2压力(图 3a) ;2) 盐水溶液和石 油均达到气体饱和 ,捕获点为两类包裹体等值线(泡 点曲线) 的交点 ,捕获温度2压力等于两类包裹体的 均一温度2压力 (图 3b) ; 3) 盐水溶液达到气体饱和 而石油未达到气体饱和 ,捕获点为两类包裹体等容 线的交点 ,该点位于盐水溶液体系的泡点曲线上 ,捕 获温度2压力高于油气包裹体的均一温度2压力 ,而 等于盐水溶液包裹体的均一温度2压力(图 3c) 。 A. 油气包裹体与盐水溶液包裹体均未达到气体饱和 ; B 油气包裹体和盐水溶液包裹体均达到气体饱和 ; C. 油气包裹体未达到饱和气体 , 盐水溶液包裹体达到气体饱和(non gas2saturated petroleum inclusion wit h non gas2saturated aqueous inclusion ;gas2saturated petroleum inclu2 sion and gas2sat urated aqueous inclusion ;non gas2saturated petroleum inclusion wit h a gas2saturated aqueous inclusion) [28 ] 图 3 不同油气包裹体和盐水溶液包裹体等容线交点的位置 Fig. 3 Sketches showing the intersection locations of the isochores of various associations of coeval petroleum and aqueous inclusions 3. 4. 5 软件 V TFL INC 是丹麦 CAL SEP 公司 和英国 Newcastle 研究组共同开发的专门用于单个 油气包裹体成分模拟和捕获条件计算的软件 ;是 PV TSIM 软 件 的 姊 妹 程 序 , 基 于 Soave2Redlich2 Kwong 状态方程对单个油气包裹体 pV T X 性质进 行制约。以均一温度 Th 和气相充填度 Fv ,以及一 种初始的油气成分 (如油气包裹体赋存的储层中的 原油成分) 作为输入数据 ,V TFL INC 软件通过一系 列回归分析得到单个包裹体的成分 ,然后计算其相 图和等容线 ,结合共生的盐水溶液包裹体数据就可 以得到油气包裹体的捕获温度和压力。它首次提供 了一种确定油藏成分和压力随时间演化的方法 ,并 在北海地区油气成藏条件与成分演化史研究中取得 成功。J udy 油田的压力史与油气组分演化史的研