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利用流体包裹体信息恢复鄂尔多斯盆地晚古生代天然气气藏气水界面的迁移过程

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利用 流体 包裹 信息 恢复 鄂尔多斯 盆地 古生代 天然气 气藏气 水界 迁移 过程
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第 49 卷 第 4 期 2004 年 2 月 论 文 396 用流体包裹体信息恢复鄂尔多斯盆地晚古生代 天然气气藏气水界面的迁移过程 米敬奎 ①② 肖贤明 ① 刘德汉 ① 李贤庆 ① 申家贵 ① (① 中国科学院广州地球化学研究所 , 有机地球化学国家重点实验室 , 广州 510640; ② 湖南科学技术大学土木工程学院 , 湘潭 411201. 摘要 鄂尔多斯盆地晚古生代气藏在成藏过程中一个独特的特点是气水过渡带发生过迁移 . 应用储层中流体包裹体捕获温度 , 结合该盆地沉积 推算出该气藏在不同时期气水过渡带 中包裹体的形成时间 , 并在此基础上 , 绘制出气水界面迁移的等时线图 . 结果表明 : 该气藏最早于 165 晚侏罗世 ) 在延安一带聚集成藏 , 并由南向北逐渐扩大与推移 , 在 129 右基本成型 . 在晚白垩世由于盆地整体抬升 , 气源补给不足 , 气藏气水过渡带向南退缩至现今气水过渡带位置 . 关键词 鄂尔多斯 晚古生代 流体包裹体 捕获温度 气水过渡带 大量地质与地球化学资料表明 , 鄂尔多斯盆地晚古生代气藏具有如下典型特征 [1~9]: (1) 气源为广泛分布的 煤地层 , 储层为 套 低渗致密砂岩 ; (2) 地层构造格局呈西陡东缓 , 南陡北缓的不对称向斜 ; (3) 天然气广泛分布于构造斜坡带 , 向东向北过渡为气水过渡带及水带 ; (4) 天然气藏气水关系倒置 , 气在下 , 水在上 , 形成区域性水动力圈闭 . 根据这些特征 , 不少学者将鄂尔多斯盆地上古生界气藏与加拿大阿尔伯特深盆气藏对比 , 认为它是一个巨大深盆气藏 [1~5]. 虽然对该气藏是否为深盆气藏的认识尚有异议 , 但得到公认的是该气藏具有一些独特的形成机理 . 受带状分布储层砂体的影响 , 上古生界的几个气藏均呈带状分布 , 互不连通 . 但几个气藏在形成过程中 , 成藏范围基本由南向北扩展 , 气水带发生过由南向北的迁移 [10,11]. 本研究将在以往研究的基础上 , 试图利用储层中的流体包裹体信息研究该气藏气水带的时空变化 . 这项研究不仅对于了解该气藏的形成与发展过程具有重要意义 , 而且这方面的研究在国内外均很少开展 , 将具有重要的科学价值 . 1 原理与方法 包裹体中包含着许多成矿或成藏信息 . 形成包裹体的一个必要条件是要有水的存在 [12]. 鄂尔多斯盆地晚古生代天然气储层在成藏过程中 , 存在气带 、 气水过渡带及水带 . 因天然气运移方式以扩散为 主 , 且天然气在水介质中的溶解度很小 [13,14], 所以在水带中一般只会形成盐水包裹体和含气态烃包裹体 . 气水过渡带情况则不同 , 广泛存在着由气体和水形成的各种不混溶流体 , 可以形成不同类型、不同气液比的包裹体组合 , 我们经常谈到的沸腾包裹体也是在气水过渡带中形成的 . 气带中岩石孔隙目前被气体所充满 , 不会再有包裹体形成 , 但当气带还未被气饱和时 , 即还处在水带或气水过渡带时 , 包裹体应记录着气体充注到该处的时间 . 气水过渡带 (即气水界面 ) 内形成的包裹体的形成时间的变化 , 记录着气水界面在不同时间的位 置 . 因此 , 利用气水过渡带内包裹体形成时间就可以恢复气水带的时空迁移规律 . 由此可见 , 利用包裹体研究气水界面迁移的关键是对在气水过渡带中形成包裹体类型的确定 . 气水过渡带中形成的包裹体的特征是 : 气态烃包裹体 、 含气态烃包裹体、盐水包裹体以及纯液体包 裹体等不同类型的包裹体在一起共生 , 且一般是最晚形成、具有较高的捕获温度 . 本文所研究的包裹体均是与气态烃包裹体共生的盐水包裹体 (见图 1). 利用流体包裹体特征研究气水迁移的步骤如下 : (ⅰ ) 包裹体均一温度的测定 . 采用 司生产的 微冷热台 . 升温速率为 4~5℃ / 在测定过程中 , 注意区分盐水包裹体与含烃盐水包裹体 , 只有盐水包裹体均一温度才能反映捕获时的地层温度 . 盐水包裹体与含烃盐水包裹体在形态上区分有一定困难 , 需借助冷热台 . 含烃盐水包裹体具有较大均一温度 , 一般在 170℃以上 , 而共结点温度低至 −100℃以下 , 而正常盐水包裹体均一温度在正常分布范围内 , 冰点温度在 −10℃以上 . 论 文 第 49 卷 第 4 期 2004 年 2 月 397 (ⅱ ) 包裹体捕获温度的计算 . 在一般情况下 , 盐水包裹体的均一温度为包裹体形成时的饱和温度 , 它比捕获温度低 . 只有在盐 水包裹体被气体饱和时 , 均一温度才等于捕获温度 [15]. 根据我们的研究 , 在地质条件下 , 盐水包裹体很少真正气体饱和 . 因此 , 只有求取捕获温度才能代表当时地层温度 . 本研究利用 件 , 模拟计算出同期石油包裹体和 盐水 液体包裹体的等容线方程 , 联立求出流体包裹体的捕获温度和捕获压力 [16~18]. (3) 包裹体形成深度的确定 . 方法参见文献 [12], 所不同的是本研究采用包裹体捕获温度 , 而不是均一温度 . (4) 包裹体形成时间推算 . 采用图解法确定 . 如图 2 所示 , 盟 5 井现埋深 1890 层中含有两期流体包裹体 , 平均捕获温度分别为 93℃ . 应用埋藏史及古地温梯度 [19]确定该样品所经历的古地温演化 . 捕获温度的水平线与古地温演化曲线交点所对应的横坐标为包裹体形成时间 , 其中实线为盆地抬升前 , 包裹体的形成时间 , 亦即代表气水界面到达该钻孔点的时间 ; 虚线为盆地抬升后 , 包裹体的形成时间 . 2 样品 本研究样品取自鄂尔多斯盆地上古生界山西组和下石合子组的致密砂岩储层 , 样品地质特征见表 1, 钻孔位置见图 3. 3 结果与讨论 储层中流体 包裹体的特征 鄂尔多斯盆地上古生界储层砂岩中的石英微裂 缝中次生包裹体非常丰富 , 总体特征是 : 包裹体含量丰富 , 但个体小 , 绝大部分为不发荧光的盐水包裹体和气体包裹体 , 盆地东北部个别钻井存 在发荧光石油包裹体 . 包括以下 3 个大类 . (ⅰ ) 石油包裹体 . 这类包裹体仅分布在盆地东北部的个别钻井 (盟 4, 盟 5) , 可进一步分为 3 个小类 : 液态烃包裹体 , 个体较小 , 数量少 , 气液比在 20%以下 , 均一温度 80~115℃之间 ; 气体包裹体 , 个体较大 , 气液比 63%~75%, 均一温度 85~120℃之间 ; 三相荧光包裹体 , 由液态水相、油相和气相组成 , 在透射光下 液态水相 和油相的界限并不是很清晰 , 在荧光下油相发蓝色荧光 , 而水相和气相不发荧光 , 油相和气相的均一温度在 85~120℃之间 , 三相均一温度大于 200℃ , 是在不均一相下捕获形成的 . (ⅱ ) 盐水包裹体 , 包括以下两种 : 纯液体包裹体 , 无色透明 , 单相 , 大小不等 , 椭园或不规则状 ; 液体包裹体 , 气液比一般小于 20%, 均一温度 85~ 130℃ , 占次生包裹体的大部分 . (ⅲ ) 气体包裹体 , 包括以下两种 : 纯气体包裹体 , 黑色或灰黑 色 , 单一气相 ; 气体包裹体 , 这类包裹体相对较大 , 一般 10~20 µm, 气液比大于 50%, 这类包裹体很难均一 . 包裹体的捕获温度 如前所述 , 盐水包裹体均一温度只有在气体饱 第 49 卷 第 4 期 2004 年 2 月 论 文 398 1 鄂尔多斯盆地晚古生代储层砂岩包裹体捕获温度及形成时间推算结果 a) 井号 位置 孔深 /m 时代 均一温度 /℃ 捕获温度 /℃ 包体形成深度 /m 包体形成时间 / 4 过渡带 2555~ 103(93~118) 5 过渡带 1890 P 110(95~118) 8 过渡带 2104 P 107(98~120) 110 6 过渡带 97(92~113) 探 1 过渡带 08, 117) 42 召探 1 气带 114(94~123) 42 神 5 气带 2860~ 119(110~123) 231 气带 113(112, 114) 900 4 气带 3091~3101 P 118(103~135) 49 苏 6 气带 460 P 21, 116) 122 1 气带 123( 5 气带 3346~3370 P 117(108~126) 47 苏 8 气带 3998~4072 P 28) 17 气带 125(100~136) 44带 2655~2660 P 127(124~132) 300 8带 3565~3600 P 124(110~127) 4带 3348~3398 P 118(115~127) 7 气带 2889~2938 P 127(120~133) 300 8 气带 2789 P 114(108~123) 9 气带 10~122) 119 219 气带 2875~2895 P 18~136) 233 气带 3189 P 16, 101 气带 3115 P 20~136) 300 131 气带 16~138) 川 8 气带 2095 P 90~ 2 气带 17~129) 59.3 a) 表中所有参数均是指与气体包裹体共生的盐水包裹体 , 其中捕获温度除盟 4, 盟 5 井之外 , 其他钻孔的均为校正值 , 校正公式 : T = T, 其中 各样品中包裹体的均一温度 , ∆T 为盟 4 和盟 5 井包裹体捕获温度与均一温度差 . 表中包裹体的形成时间均是按包裹体捕获温度的平均值计算得出的 和时才能代表真正的捕获时温度 . 与纯液体包裹体和气体包裹体共生的盐水包裹体中的气体显然并未所饱和 . 因此 , 盐水包裹体在 而非垂线 . 目前 , 求取流体包裹体捕获点最精确的方法是应用同期石油包裹体与盐水包裹体等容线方程联立求解 , 获取捕获的温压条件 [16~18]. 因本研究地区储层砂岩中石油包裹体不发育 , 只是在北部钻孔盟 4 与盟 5 井才见有少量石油包裹体 . 本研究采用的方法是利用盆地北部钻孔 (盟 4, 盟 5)砂岩样品中石油包裹体和同期盐水包裹体 , 计算出包裹体的真正捕获温度和捕获压力 , 然后用这些包裹体的捕获温度与均一温度的差值 , 对缺少石油包裹体的样品中的流体包裹体所测均一温度进行校正 , 从而得出包裹体的捕获温度 . 结果表明 : 对于均一温度在 90~115℃的盐水包裹体 , 均一温度略低于捕获温度 , 二者的差值为 3~4℃ , 平均 . 表 1 是通过校正后包裹 体的捕获温度 . 根据包裹体的捕获温度 , 按前述方法求出包裹体的形成时间 , 即气水过渡带在该点的存在时间 . 根据所研究样品包裹体形成时间的变化 , 绘制出鄂尔多斯盆地上古生界气藏包裹体形成时间的等时线图(图 3) , 从图中可见 : 鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏最早于 165 侏罗世 ) 左右在延安一带开始聚集成藏 , 但规模较小 ; 随着天然气的进一步注入气藏 , 气藏范围扩大 , 逐渐向北扩展 , 相应气水界面逐渐向北推移 , 气水界面通过目前气水过渡带位置约出现在 129 右 . 值得注意的是 , 在盆地北部气水过渡 带 (盟 4, 盟5, 大 6) , 有两组盐水包裹体 . 如盟 5 井 , 两组盐水包裹体的均一温度分别为 82~93℃与 95~118℃ , 气液比分别是 最小捕获压力分别是 结合气藏区域地质背景 , 本研究认为这两期包裹体的形成原因是 : 在该地区气水带在地史时期两次经过该地区 . 第 1 次发生在早 论 文 第 49 卷 第 4 期 2004 年 2 月 399 白垩世盆地的不断沉降阶段 , 气源处于生气高峰期 , 气藏向北扩展 , 气水界面通过该区向北推进 , 形成均一温度较高一组的包裹体 , 该区演化为气带 . 第 2 次是在晚白垩世后 , 鄂尔多斯盆地整体开始抬升 , 地层剥蚀 厚度达 1000~1600 m, 气源区生气作用强度逐渐减弱 , 气藏内气源的补给不足 , 气水过渡带向南退缩 , 回到目前位置 , 形成第 2 组盐水包裹体 . 该地区由气带演化为气水带 . 这期盐水包裹体均一温度和捕获压力基本上与现地层温度和静水压力吻合 . 由此可见 , 气水过渡带在地史时期的一进一缩是造成目前气水过渡带两期盐水包裹体形成的原因 . 并于气水过渡带在盆地抬升过程中向南退缩 , 有学者从地质角度论述过这一规律 , 与本研究观点相吻合 [3]. 4 结论 应 用储层中流体包裹体信息 , 结合气藏形成地质背景可恢复天然气藏气水带时空迁移规律 . 研究结果表明 , 鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏最早于165 右在延安一带开始聚集成藏 ; 然后向北推进 , 到 129 右气水界面通过目前气水过渡带位置 , 该气藏基本形成 . 到白垩纪晚期 , 由于气源补给不足 , 气藏气水界面向南退缩 , 再次回到目前气水过渡带位置 . 第 49 卷 第 4 期 2004 年 2 月 论 文 400 谢 本工作受中国科学院知识创新工程重要方向性项目(国家重点基础研究发展规划项目 (200314607)资助 . 参 考 文 献 1 张文正 , 李剑峰 , 昝川莉 . 鄂尔多斯盆地上古生界深盆气形成的气源条件研究 . 低渗透油气田 , 1998, 3(2): 13~23 2 李振铎 , 胡义军 , 谭芳 . 鄂尔多斯盆地上古生界深盆气研究 . 天然气工业 , 1998, 18(3): 10~16 3 闵琪 . 深盆气藏与鄂尔多斯盆地 . 低渗透油气田 , 1998, 3(2): 1~6 4 张金亮 , 常象春 , 张金功 . 鄂尔多斯盆地上古生界深盆气藏研究 . 石油勘探与开发 , 2000, 27(4): 30~36 5 闵琪 , 刘孝汉 , 王欣 , 等 . 鄂尔多斯盆地上 古生界形成深盆气藏区域地质研究 . 低渗透油气田 , 1998, 3(2): 7~12 6 黄月明 , 黄建松 , 刘绥保 , 等 . 鄂尔多斯盆地上古生界低渗透致密砂岩储层研究 . 低渗透油气田 , 1998, 3(2): 24~28 7 马振芳 , 程启荣 , 周树勋 . 鄂尔多斯盆地上古生界低渗透气、水层重新判识 . 低渗透油气田 , 1998, 3(2): 29~31 8 戴金星 , 王庭斌 , 宋岩 , 等 . 中国大中型天然气田形成条件与分布规律 地质出版社 , 1997. 93~98 9 杨俊杰 , 裴锡古 . 中国天然气地质学 (第四卷 ) 北京 : 石油工业出版社 , 1996. 43~55 10 闵琪 , 付今华 , 席胜利 , 等 . 鄂尔多斯盆地上古生界天然气运聚特征 . 石油勘探与开发 , 2002, 47(4): 26~29 11 付少英 , 彭平安 , 张文正 , 等 . 用镜质体反射率和包裹体研究鄂尔多斯盆地气藏中气水界面的迁移 . 石油学报 , 2003, 24(3): 46~51 12 肖贤明 , 刘祖发 , 宋之光 , 等 . 应用储层流体包裹体信息研究天然气藏的成藏时间 . 科学通报 , 2002, 47(12): 957~960 13 黄志龙 , 郝石生 . 天然气扩 散与浓度封闭作用的研究 . 石油学报 , 1996, 17(4): 36~40 14 H, , G, et 胡征钦译 . 加拿大西部深盆地天然气的生成和运移 . 深盆气田实例研究 . 北京 : 中国石油天然气总公司情报研究所 , 1990: 39~49 15 J, , J. 1989, 73(10): 1206~1222 16 米敬奎 , 肖贤明 , 刘德汉 , 等 . 利用储层流体包裹体的 征模拟计算天然气藏形成古压力 . 中国科学 , 2003, 35(7): 679~685 17 H, M, K, et of of VT — a 2003, 20(6): 29~43 18 C, R, A, et of s 2000, 60641~644 19 任战利 , 赵重远 . 鄂尔多斯盆地古地温研究 . 沉积学报 . 1994, 12(1): 17~24 (2003稿 , 2004修改稿 ) · 书 讯 · 《 中国自然灾害系统地图集 》 编者 : 史培军 出版 : 科学出版社 2003 年 定价 : 《中国自然灾害系统地图集》 (中英文对照 )是在区域灾害系统理论的指导下编制而成的 , 主要内容包括两大部分 : 中国综合自然灾害系统图系和中国主要自然灾害系统图系 . 这两部分图系均由孕灾环境、承灾体、致灾因子、灾情、减灾、灾害案例组成 . 本图集共有 396 幅地图、 50 幅统计图 , 系统地展现了地震、水灾、台风、雪灾、沙尘暴、冰雹等主要突发性自然灾害的形成规律、区域分异格局以及动态变化过程 . 与此同时 , 还通过详细的图系设计、文字说明及附录资料 , 综合地阐述了中国自然灾害系统的形成机制 . 本图集可供国土资源、民政、农业、林业、水利、环保 、 经济、保险、再保险、地震、海洋、气象等部门 , 有关科研、教学单位 , 以及有关工作人员和广大师生参考 . 《 近海环境流体动力学数值模型 》 编者 : 孙文心 江文胜 李 磊 出版 : 科学出版社 2004 年 定价 : 本书比较系统地介绍了设计和使用近海环境流体动力学数值模拟的相关知识 , 内容包括海洋流体动力学若干基础模拟和完整方程组及定解条件 ; 离散动力学方程的一些数值方法和差分格式以及格式与物理规律的关系 ; 展示了从二维至三维 , 由均匀海洋至非均匀海洋 , 由固定岸界至运动岸界 , 由规则矩 形网格至无结构网格 , 由正问题至逆问题等诸多模型或设计模型的特殊方法 . 书中强调了对近海环境至关重要的近海天文潮和近海环流模型的特征 ; 对与海洋环境动力学直接相关的物质输运模型也做了普遍性的介绍 . 本书可作为海洋科学和环境科学相关专业的研究生与本科生的参考书 , 也可供开始涉足海洋环境动力学的科技工作者参考 .
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