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含油气盆地包裹体研究中存在的问题

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第16卷第5期 2005年10月 天然气地球科学 6 2簟 : ≯基’t≯嚣。: 矢 然;气地球 学i : 0 . ___=1 奠 羹 : 含油气盆地包裹体研究中存在的问题 米敬奎 ,戴金星 ,张水昌 (1.中国石油勘探开发研究院,北京100083; 2.湖南科技大学土木工程学院,湖南湘潭411201) 摘要:指_出包裹体在沉积盆地的热史、成藏史和油气藏成因等方面的研究中具有非常重要的作用, 包裹体研究是一项经验性比较强的工作,在包裹体的研究过程中,经常会遇到一些人为的和目前技 术条件下还无法解决的问题 对含油气盆地包裹体研究中存在的主要问题及其产生的原因进行了 阐述,并针对这些问题提出了在目前技术条件下的解决办法。 关键词:含油气盆地;包裹体;压力校正;存在问题 中图分类号:献标识码:A 文章编号:1672—1926(2005)05—0602—04 包裹体是矿物在形成过程中由于某种或多种因 素的改变,被矿物所捕获且至今仍保留在矿物晶体 中的那一部分流体。只要它在形成以后未发生破裂 和漏失,它就包含着成矿、成藏流体的原始信息。自 从1858年观点以后,它就在各种矿产的成因研究方面显示 出非常重要的作用。19世纪70年代,包裹体开始应 用于含油气盆地的研究。目前,包裹体在油气成因、 油气运移以及含油气盆地的热史以及成藏等的研究 方面具有不可替代的作用。虽然如此,含油气盆地包 裹体研究过程中还存在着一些人为或目前技术条件 下无法解决的问题。如果这些问题不得到解决,将大 大降低这个包含大量成矿成藏原始信息体在含油气 盆地研究中的应用价值,有时甚至由于某些原因会 得出一些错误的结论。本文将对目前含油气盆地包 裹体研究中存在问题进行一个简单的总结,并针对 这些问题给出一个目前技术条件下最好解决方案。 1 包裹体研究中存在的主要问题 目前,含油气盆地包裹体研究中存在的主要问 题表现在以下几个方面: 1.1 包裹体测温与期次划分中存在的问题 包裹体的均一温度是包裹体研究中最基础和最 重要的地球化学参数,同时包裹体的均一温度也是 划分形成包裹体期次最重要的依据。自948年首次利用自行设计的仪器测定出包裹体爆 裂温度后,目前各种各样的冷热台不下10多种。目 前一般的冷热台的精度都会达到0.1 C,也就是说, 在包裹体均一温度的测定方面,技术手段上不存在 问题。包裹体均一温度的测定虽然是一种比较简单 的测试方法,但却需要有较丰富的实践经验。在研究 过程中我们经常会发现,同一钻井的同一层位,不同 单位测定的包裹体的均一温度有较大的差别,在此 基础上划分的包裹体的期次也千差万别,甚至一些 明显只有一期成藏的油气藏,根据包裹体均一温度 数据,会划分出两期、三期、甚至四期成藏的结果来。 经常弄得一些非本专业的研究者不知道该采用哪一 家的数据。产生这种结果的原因往往是所选测温的 包裹体不完全是在均一流体条件下形成的包裹体, 这样的结果会使包裹体均一温度范围变宽,加之在 测点的不均一,常常造成根据包裹体均一温度所划 分的包裹体的形成期次增多。含油气盆地中的包裹 体往往有很多种,但是适宜测定均一温度的包裹体 只有2种:液态烃包裹体和盐水包裹体。对于液态烃 包裹体来说,根据其均一温度辅助以包裹体的荧光 特征和产状,可以比较容易地划分出包裹体的形成 期次。但是对一些气液比非常小、均一温度非常低的 有机包裹体(一般低于60 C),最好要测定2次,以 检查该包裹体是否发生了漏失。因为在这样低的温 度下干酪根生成的油比较少,较难形成包裹体。例如 收稿日期:2005—05—21;修回日期:2005—07—26 基金项目:中国博士后基金(编号:2005037421)资助 作者简介;米敬奎(1966一),男,陕西成阳人,博士后。副教授,主要从事有机地球化学研究工作 E—普资讯 .5 米敬奎等:含油气盆地包裹体研究中存在的问题 603 塔里木盆地塔北地区最早一期的棕色包裹体,其均 一温度范围非常宽,一般为50~95 C,但是均一温 度在5O~70 其原因是包裹体第一次测温后,包裹体中地气泡很 难恢复。 在源岩成熟度较高的含气盆地,储层中一般没 有液态烃包裹体,主要发育纯液体包裹体~纯气体 包裹体系列的气液比不同的、不发荧光的包裹体。地 质条件下的流体绝大多数是非均一流体 j,大多数 条件下气体在流体介质中处于过饱和状态,即在包 裹体形成的时候流体中已经存在气泡。所以,即就是 在同一微裂缝中形成的包裹体的气液比的差异也会 非常大(图1)。我们要测定的是在流体均~状态下 图1微裂缝中不同类型包裹体(山西组,召探1井2294m) 捕获的包裹体,只有那些在均一状态下捕获的包裹 体的均一温度才能代表包裹体形成时流体的最低温 度。对于这一系列气液比不同的包裹体,到底哪一种 包裹体的均一温度能代表包裹体形成时的流体温度 呢?在包裹体测温过程中我们经常会发现,有些包裹 体在室温或稍微加热条件下,其中的气泡在不停地 晃动。这种类型的包裹体就是在流体均一状态下捕 获的包裹体。根据郝石生(1993)的研究结果,在一定 的压力条件下,天然气在水中的溶解度随温度的升 高而增大 ]。如果包裹体在均一条件下形成的,包裹 体在形成后,随着温度的降低,气体逐渐从液体中析 出,就在包裹体中形成气泡。在加热过程中,气体又 不断地溶解,气体在从气泡边缘向水中溶解,气体在 不同方向的不等量溶解,推动着气泡在水中不停的 运动。例如在鄂尔多斯盆地上古生界储层中的许多 包裹体就是在不均一流体条件下捕获的(图1),包 裹体A、B、该是 同一期形成的,它们的气液比差别非常大,它们的均 一温度也有较大的差别。包裹体下形成的,常温下气泡不停地晃动,其均一温度为 120 C。包裹体包裹体,包裹体裹体。根据盆地的沉积和热史研究,该储层的最高 温度不可能达到270 C,只有包裹体能代表气体注入时流体的温度。 1.2包裹体成分测定中存在的问题 包裹体是一个封闭体系,其中包含着油气藏形 成时流体的原始成分,不会受各种后生作用的影响。 所以,包裹体的成分在油源研究方面具有非常重要 的意义。目前测定包裹体成分的方法主要有2种,激 光拉曼光谱和各种破裂法之后的色谱一质谱分析。 激光拉曼光谱法是一种非破坏性的、快速的定 性或半定量分析方法,利用激光拉曼光谱测定包裹 体成分时也有许多需要注意的问题。一般被用来测 定纯气体或气液比较大的无荧光包裹体,由于激光 点有一定的大小,所以一般要测定成分的包裹体的 气泡直径必须在3 种类型的包裹体一 般是在非均~流体条件下形成的,而我们测温的包 裹体是气液比较小的盐水包裹体,所以用激光拉曼 光谱要测定的包裹体必须是和盐水包裹体共生的包 裹体,这样才会避免检测到的包裹体是原生包裹体。 在目前的所有报道中,对于气泡中的气体成分 一般只有甲烷和乙烷,个别情况下可测定出丙烷来。 由于天然气的主要成分是甲烷,丙烷以上的烃类气 体含量一般都非常低,一般都难以测定出来。所以, 当我们拿到~些含有丙烷、丁烷甚至戊烷的激光拉 曼光谱分析报告,应用时必须小心,极有可能是分析 者把一些杂峰错当成重烃气体的峰。同时,激光对重 烃气体的稳定性有较大的影响。在测定盐水包裹体 中气泡的成分时,往往第一次能检测出乙烷,第二次 测定时乙烷的含量明显降低或根本检测不到乙烷, 这可能是由于激光的作用使乙烷产生了分解。所以, 测定结果应以第一次的测定结果为准。近年来一些 研究者开始探索利用激光拉曼光谱结合冷热台来测 定盐水包裹体中的各种阴阳离子成分_3 ],但由于 一般情况下这些离子浓度小,~般只能测定到浓度 比较大的离子基团,其结果并不是十分理想;同时激 光拉曼光谱不能测定液态烃包裹体,其原因是因为 液态烃在激光下不但会产生荧光,而且在强烈的激 光下有机质会发生分解 破裂法是一种把包裹体破碎后利用色谱一质谱 定量分析包裹体成分的破坏性分析手段,常被用来 维普资讯 .16 分析液态烃包裹体的成分。国外在这方面已经开展 了许多工作 】I。由于包裹体非常小,在目前的技 术条件下用碎裂法还无法测定单个包裹体的成分, 只能测定群体包裹体的成分。如果一个盆地有多套 源岩、油气发生过多次充注,形成了多期包裹体,这 样测定的只是多期包裹体的混合成分,就会产生较 大的误差。另外,一些原生的包裹体在包裹体碎裂的 同时也会同时破裂,其成分对包裹体的测定结果也 会有影响。 国内这几年也开始利用碎裂法来测定包裹体的 成分①_。刘德汉等(2003)利用碎裂~色谱质谱 法对江苏下扬子古生界地层包裹体成分进行了测 定。今年我们利用立体荧光显微镜结合包裹体的均 一温度,在对塔里木盆地不同期次包裹体的成分研 究方面也取得了非常好的效果。根据不同期次包裹 体中的生物标志物研究表明,塔北地区第一期油气 与寒武系源岩有关,而第三期油气来源于中、上奥陶 统的源岩。 1.3包裹体的捕获温度和捕获压力求取中存在的 问题 包裹体捕获温度和捕获压力在研究油气的成藏 史和油气的运移规律方面具有非常重要的作用。目 前求取包裹体捕获温度和捕获压力的常用方法有2 种:公式法和公式法计算包裹体捕获压力的程序一般是:首 先是测定(或计算)出包裹体的均一温度、冰点温度、 密度、盐度等一系列的参数,确定包裹体的相体系; 然后根据不同的相体系的温度、压力的变化特征,利 用图表法或经验公式法求取包裹体的捕获温度和捕 获压力。这类方法不但麻烦,而且有一定的局限性, 不同的学者得出的经验公式不同,很难广泛应用。而 且传统方法所求得的压力只相当于包裹体的最小捕 获压力 。它和包裹体的捕获压力之间存在一定的 误差,必须经过压力校正,而且它们之间的差值会受 多种因素的影响。 力条件 下,原?由相态会发生变化的原理形成的一种计算机 模拟技术。目前常用的软件有和些软件的原理大同小异,其 模拟计算过程是输入一个原油成分,通过不断地向 原油中加气或减气,以在显微镜下测定的包裹体的 气液比为标准来计算包裹体的捕获压力。在这些软 件中以石油在不同温压条件下原油各种物理性质的一种 软件,其适应温度范围为一2500C,适应压力 为0.01~2000该软件只能模拟液体包裹体 的捕获温度和捕获压力。 拟前必须输入一个原油成分,模拟过程是一个利用 输入原油和气体不断混合配比的过程,所以,最先输 入的原油成分的准确性非常关键。一般情况下输入 的是包裹体所在储层中的原油或附近原油,但是目 前储层中的原油由于受成藏后期各种作用的影响, 其成分和包裹体中的(原始)原油成分已经有了很大 的差别,如果这样模拟出的包裹体的捕获压力就和 实际情况会有一些误差。所以,在模拟过程最好采用 包裹体中的原油成分。同时整个模拟过程是以包裹 体的气液比为标准的,所以包裹体气液比的准确与 否,对包裹体捕获温度和捕获压力的计算有较大的 影响。尽管如此,利用力应是目前这方面最好的方法。 1.4包裹体气液比测定中存在的问题 包裹体气液比是包裹体中气相部分与整个包裹 体体积比。它不但是包裹体分类中的一个重要的参 数,同时也是流体地球化学参数以及包裹体捕获温 度和捕获压力计算的基础数据。传统的包裹体气液 比的测定是利用包裹体中气相部分和整个包裹体面 积比来代替包裹体的气液比。一般情况下,镜下观察 到的绝大多数包裹体形状极不规则,用包裹体的气 液面积比来代替包裹体气液相的体积比势必会产生 较大的误差。 999)利用激光共聚焦显微镜对荧光包 裹体的不同层面切片,求出各个切面的面积后,利用 圆台的体积公式计算出的气相与液相的体积比[1 。 其实这种方法也存在一些不足之处。首先,在共聚焦 显微镜下无荧光包裹体气相和液相不能被区分开, 所以该方法只适应于计算有荧光包裹体的气液比; 其次,该方法本身可能也存在错误。有机包裹体的液 相部分发出的荧光会使气泡部分被照亮,无形之中 使包裹体的气液比减小。如图2所示,左图中包裹体 气液面积比为63 ,而右图中气泡的面积明显减 小。且该包裹体在均一温度下,整个包裹体均一到气 相,利用切片法计算出的包裹体气、液两相的体积比 却为15 左右,这显然和气体包裹体气液比大于 ①刘德汉,宫色,等.江苏下扬子地区海相中一古生界地层成烃~ 成藏的包裹体研究.研究报告,2003. 维普资讯 .5 米敬奎等:含油气盆地包裹体研究中存在的问题 605 50 的概念不相符。在显微镜下经常也可以发现一 些气液比比较小的包裹体在在荧光下根本看不到气 图2包爨体的显微照片(盟 1气体荧光包裹体(透光,25×12.5) 一般情况下,求取包裹体气液比的目的就是为 了计算包裹体形成时流体的密度和包裹体的捕获温 度和捕获压力。根据笔者的经验,如果利用公式法来 计算包裹体的捕获温度和捕获压力,可以直接用包 裹体气液两相面积比来代替气液比,因为许多经验 公式推导的时间较早,公式中的气液比本身就是以 面积比为基础推导出来的;如果利用算包裹体的捕获温度和捕获压力,可以把包裹体 近似地当成球体,利用面积比推导出体积比。利用这 种方法,通过对我国许多盆地包裹体捕获压力计算, 其计算结果和实际情况比较吻合。 2 结论 (1)造成包裹体均一温度范围变宽和据此划分 的包裹体形成期次增多的主要原因是测定了一些非 均一状态下捕获的包裹体。 (2)激光拉曼光谱一般用来半定量测定包裹体 气相组分;碎裂法可以用来测定群体包裹体的全烃 组分,由于其结果是不同期次包裹体甚至原生包裹 体的混合物,其应用的可靠程度大大降低。最好把不 同期次包裹体分开后,然后分别对其组分进行测定。 (3)在计算包裹体捕获温度和捕获压力的过程 中,传统的公式法不但计算较复杂,而且大部分公式 有一定的局限性。模拟软件。 (4)关于包裹体气液比的计算目前还没有一种 较好的方法。 参考文献: [1] 刘斌,沈昆.流体包裹体热力学[M].北京:地质出版社, 泡。所以,体积比的方法并 不完善。 5井,山西组,深度,1 890 m) 2气体荧光包裹体(荧光,25×1 2.5) 1 999.25—42. 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