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包裹体在确定成藏年代中的应用及应注意的问题

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第16卷第1期 2005年2月 天然气地球科学 6 2005 天然气地质学 包裹体在确定成藏年代中的应用及应注意的问题 刘德良 ,陶士振 ,张宝民 (1.中国科学技术大学地球与空间科学学院,安徽合肥230026; 2.中国石油勘探开发研究院石油地质研究所,北京1摘要:介绍了包裹体方法确定成藏年代的原理和方法。在包裹体测温和单井热史、生烃史恢复的基 础上,运用包裹体方法分析了天东东和磨中天东侏罗世早 期和中侏罗世晚期;磨晚侏罗世和晚白垩世一早第 三纪早期。平昌注时间分别为中晚侏罗世和晚侏罗世一早第三纪。最后 指出了运用包裹体确定成藏年代值得注意的一些问题。 关键词:包裹体;均一温度;热史生烃史;成藏年代;四川盆地 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:005)0()4 成藏期次和成藏时间是油气藏乃至含油气系统 研究的一个重要方面。20世纪90年代以来,国内外 在成藏年代学研究方面取得了许多重大进展,一些 新的分析技术和研究方法相继出现。目前,国内外在 成藏年代学方面已形成了包括油藏地球化学法、包 裹体方法、同位素测年法、有机岩石学方法、饱和压 力/露点压力法、油气水界面追溯法等多种研究方法 和技术。流体包裹体在90年代以来广泛应用于 油气地质暨成藏年代研究,并且是一种简便有效的 方法。本文介绍了根据包裹体确定成藏时间的原理 方法、实例分析及应该注意的一些问题。 1 包裹体确定成藏年代的原理和方法 沉积岩中与成岩演化和油气形成有关的包裹体 发育于成岩自生矿物中,因此确定出自生矿物的年 龄便可知道包裹体中捕获流体(油、气、水)的年龄, 但通常自生矿物的形成时间不易确定,一般只能确 定自生矿物的相对先后序次。因此,通常由包裹体恢 复古地温,根据古地温梯度进一步确定包裹体的形 成深度,再根据研究区的沉积埋藏史和热演化史来 确定包裹体的形成时间,进而确定自生矿物和油气 的充注时间。包裹体形成时间即代表其宿主自生矿 物的形成时间,若其中含有烃类包裹体,其形成时间 也即油气注入时间。 2 包裹体确定成藏年代的实例分析 2.1包裹体均一温度的测试 所测包裹体取样层位为川东天池构造上石炭 统、川中磨溪气田中三叠统雷口坡组和平昌凹陷下 侏罗统大安寨段(表1),包裹体宿主矿物为碳酸盐 岩胶结物、方解石脉、白云石脉、石英脉、方解石愈合 裂隙、重结晶的鲕粒或团粒。选择用于测温的包裹体 类型均为与烃类包裹体共生或伴生的纯盐水溶液包 裹体。表油气性质的烃类包裹体为同一矿物颗粒或同期次 的自生矿物中的包裹体.为同一期构造一流体演化 阶段所捕获的包裹体。包裹体的统计是指在相同放 大倍数的物镜和目镜下比较和统计单位面积的包裹 体丰度或不同类型包裹体所占的百分比。在包裹体 测试和数据选用时,进行岩矿学鉴定和均一温度一 盐度的相关关系确定,考虑并舍去了卡脖子及再平 衡作用(破裂再平衡和膨胀再平衡)形成的非原生包 收稿日期:2004 10—25;修回日期:2004 1 2 03. 基金项目:国家自然科学基金项目“韧性断裂形成时限研究的原理及应用”(编号:401 72072).国家重点基础研究规划项目“库车地区气源 断裂研究”(编号:20013)资助. 作者简介;刘德良(1938一).男.安徽凤阳人.教授,从事油气构造地质学、构造地球化学和构造年代学研究.E—q 刘德良等:包裹体在确定成藏年代中的应用及应注意的问题 ! 裹体,以保证所选用的包裹体数据均为原生包裹体。 根据自生矿物序次、包裹体均一温度及伴生的烃类 包裹体特征等综合因素分析,对包裹体的形成期次 进行了划分(表1)。 表1 四川盆地包裹体均一温度、油气演化和充注时间 注:①测试仪器为英国产用均一法测定均一温度.误差为0.1(、;②天池和磨溪地区包裹体样品在中国地质大 学包裹体实验室测试(2000年);平昌地区包裹体样品在湖北宜昌地质矿产研究所测试(2002年);⑧表中油气性质是根据偏光镜下观察烃 类包裹体相态和颜色及荧光镜下的荧光颜色大致确定的测试结果表明,同一储层样品中不同期次自生 矿物中的包裹体均一温度有较大差异,反映出不同 成岩阶段的产物。天东19井上石炭统发育有3期包 裹体,第1期方解石胶结物中的包裹体均一温度为 90~112 C,第Ⅱ期方解石脉中为128~143(、,第Ⅲ 期愈合裂隙中方解石内包裹体为153~171(、,白云 石脉中为139~151(、。磨13井雷口坡组也发育有 三期包裹体,第1期重结晶鲕粒和团粒中包裹体均 一温度为72~84 C,方解石脉70~85 C,第Ⅱ期孔 洞中方解石胶结物为105~121 ,第Ⅲ期石英脉中 为138~155 C。平昌1井发育两期方解石愈合裂 隙,第1期70~105(、,第Ⅱ期115~165 C。 2.2地史和热史、生烃史的恢复 为进行地史和热史生烃史恢复,本研究选择四 川盆地磨溪气田磨13井、川东天池构造天东19井 和川中地区平昌1井,采用I I 学动力学模 型,应用藏史和热史、生烃史进行了一维盆地模拟。I I 学动力学模型是美国I 室提出的。该模型是基于镜质体组成的化学反应 动力学模型,通过模拟镜质体演化过程中化学组成 的变化,来计算镜质体反射率。从实际研究资料来 看,I I 学动力学模型更好地描述了有机质的 热演化过程,也与实测数据比较吻合,因而是目前源 岩热史、生烃史研究中较理想的化学动力学模型。 沉降和剥蚀时间及剥蚀量是热史、生烃史恢复 的基础。根据前人磷灰石裂变径迹实验结果 ],第三 纪后期上三叠统还处于相当高的温度环境下,磷灰 石表观年龄说明,四川0 1)。设新生代地温梯度平均为2、5 C/ 100 m l,则根据磷灰石裂变径迹资料模拟古地温结 果计算出四川盆地(八角场和磨溪地区)在新生代期 间有1 000~2 000 m,即平均有1 500 被剥蚀,从镜质组反射率资料估计的白垩纪期间 上三叠统曾达到的最高古地温以及现代残存中生界 厚度分析,中生界的剥蚀量可能达到2 000 m。由此 可认为四川盆地(至少在川西、川北及川中地区)中 新生界累计剥蚀总量达到3()()0~4 000 m。 ¨} 言 ¨} ¨} j K E Q 一 . l : \. 2 } 1 } I l l 21 年代(图1 四川盆地晚三叠世以来沉降与剥蚀史 (据刘德良等,2000;修改) 根据上述3口井地层分层数据、剥蚀厚度、沉积 和剥蚀时间,应用生烃史模拟(图2~4)。 不同学者研究所得不同时期的古地温梯度各不相同.本文侧重 于方法原理介绍.为简便起见,取平均古地温梯度 然 气地球科 学 6 童 o l S}D l c I I J I K P —’==_/— I\|f \/ J.24l f \ ∥:j “)℃ l∥ 、V. :.。. . :。 f 1I×)℃ 1r 雪 邕 ⅢⅡ皿 似 誊 圈荔 % 年代(图2天东烃史(图3、图4图例同) 年代(图3磨烃史 图4平昌1井热史、生烃史 模拟结果表明,天东 积速率明显加快,热演化进程也随之加快,最大古地 温达205 ,最大古地温仅为。平昌积速率最大,在早第三纪末达到最大埋深,最大古 地温。 2.3成烃、成藏时间的恢复 根据包裹体均一温度和单井的热史、生烃史,结 合前人裂变径迹研究资料对研究区包裹体及自生矿 物的形成时问作以恢复。 天东0 ~)形成于中成岩期),此时烃源岩处 于中质油的生成阶段,宿主矿物暨包裹体形成(或油 气充注)时间为早三叠世;第Ⅱ期方解石脉中的包裹 体(128~143 C)形成于中成岩期),此时烃 源岩处于成油高峰阶段,油气充注时间为中侏罗世 早期;第53~) 形成于中成岩源岩处于高成熟轻质油、凝 析油一湿气形成阶段,油气充注时间为中侏罗世晚 期;第Ⅲ期白云石脉中的包裹体(139~151(’)也形 成于中成岩源岩处于成熟中质油形成阶 段,油气充注时间为中侏罗世晚期。 磨粒(72~84 C)和 方解石脉(70~85 C)中包裹体形成于早成岩烃源岩处于低成熟重质油的形成阶段,油气充注时 间为早侏罗世一中侏罗世早期。第Ⅱ期孔洞中方解 石中包裹体(105~)形成于中成岩源 岩处于成熟中质油的形成阶段。油气充注时间为中 晚侏罗世;第Ⅲ期裂隙石英脉中包裹体(138~ 155 C)形成于中成岩源岩处于成熟中质油 形成阶段,油气充注时间为晚白垩世一早第三纪。 平昌70~105 C)形成于中成岩源岩处于低熟 重质油一成熟中质油的形成阶段,油气充注时间为 中晚侏罗世;第Ⅱ期方解石愈合微裂隙中包裹体 (115~165 C)形成于中成岩源岩处于成熟 中质油一高成熟凝析油湿气阶段,油气充注时间为 白垩世一早第三纪。 3 包裹体确定成藏年代值得注意的一 些问题 古地温演化的非单调性易造成包裹体恢复地质 时问的多解性,需结合地质实际确定包裹体形成的 真正时问。根据地层的沉积埋藏特征,特定地层不同 时期的古地温演化可概括为3种模式o](图5)。 可见即使同层或同块样品的古地温也并非始终呈单 调演化模式,若有岩浆活动、深部高温流体等异常热 源的影响,则古地温的演化更加复杂化。因此不能仅 据包裹体温度高低变化来确定和划分先后期次。除 岩浆活动、深部高温流体等异常热源的影响外,非均 相捕获或“卡脖子”一分为二也是造成均一温度升高 的重要原因之一。某一地层很少是单调沉降或隆升, 古地温常呈非单调模式演化。因此据包裹体捕获温 度反演其形成时间具有多解性 ],在埋藏史图上同 刘德良等:包裹体在确定成藏年代中的应用及应注意的问题 I(I>I> 图5沉积岩古地温演化的3种模式 一温度值可能有对应的2个或3个形成时问(“V” 字型有两解,“W”型有三解甚至多解。图6)。要求得 唯一真解必须结合成岩史、生烃史和构造史综合分 析确定。 4 小结 图6古地温演化与地层升降关系 在单井热史和生烃史恢复的基础上,运用包裹 体方法分析了天东充注期次和充注时间。天东1 9井和磨13井发生 3期油气充注。其中天东l 9井3次油气充注时间分 别为早三叠世、中侏罗世早期和中侏罗世晚期.磨 1 3井三次油气充注时间分别为早中侏罗世、中晚侏 罗世和晚白垩世一早第三纪早期。平昌油气充注.充注时间分别为中晚侏罗世和晚侏罗 世 早第三纪。结果表明包裹体方法在确定成烃和 成藏时间方面是可行、有效和简便的。 参考文献: [1] .田春志,窦 君 油藏成藏年代 :分析[J],地 ‘ :前缘, 2()()(),7(3):18 5 1, ?] 姜振学.庞雄奇.黄志龙 叠合盆地油 运聚期次研究方法及 应用[J] 石油勘探与开发.2000.27(1):22 25 3] 赵靖舟.油气成藏年代学研究进展及发展趋势[J] 地球科学 进展,20 7(3):378—383, 1 冯子辉,任延广.王成,等 松辽盆地深层火山岩储层包裹体 歧天然气成藏期次研究[J].天然气地球科学.201(6): l 36 ] 李贤陕.胡国艺.李剑.等.鄂尔多斯盆地I}】部奥陶系碳酸盐 岩储层流体包裹体特征及对天然气成藏的意义[J].天然气 地球科学.2.1 5(2):1 2()1 2j. :6]刘德良.宋岩.薛爱民.等.四川盆地构造 研究[M],北京:石油 I 业出版社.2:7]陶士振.郭宏莉.张宝民.等,沉积岩包裹体岩相学、分类、术语 及常被忽略的根本问题[J],地质科学.2003.38(2):275 280. 8] 马立祥,刘伟.流体包裹体在油气勘探中的应用研究现状 [J].天然气地球科学.1991.2(5):228 232. [9]覃建雄,矿物包裹研究在油气评价预测中的应用[J].天然 气地球科学.1993.4(1):40·{7. 10] 常兆山.流体包裹体各相体积测定的现状和探索[J].地球 科学进展.1995.10(6):555—561, e—ao—‘1.at th t,.t nl 30026('l 2,f,j h j ez'eh~00083.(" of on of of to of to l 9 of of of of o—l 3 of to of of 1 to be ot
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