基于流體包裹體的任丘油田霧迷山組成藏期次確定與古壓力恢復(fù)

李 靜,查 明

(1.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島 266555;2.中國石油大學(xué)儲運與建筑工程學(xué)院,山東青島 266555)

基于流體包裹體的任丘油田霧迷山組成藏期次確定與古壓力恢復(fù)

李 靜1,2,查 明1

(1.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島 266555;2.中國石油大學(xué)儲運與建筑工程學(xué)院,山東青島 266555)

利用Linkam THMS 600型冷熱臺和LabRam-010型激光拉曼光譜儀,采用先進的包裹體測試技術(shù)及分析方法,對任丘油田霧迷山組地層儲層流體包裹體進行了顯微熒光、均一溫度、冰點、拉曼光譜等分析測試,以確定霧迷山組儲層油氣充注時間及成藏期次,并利用數(shù)據(jù)對油氣充注時古壓力進行恢復(fù)。結(jié)果表明:該儲層流體包裹體主要包括單相烴類包裹體、兩相烴類包裹體、含飽和烴鹽水包裹體及兩相鹽水包裹體 4種類型;流體包裹體均一溫度具有明顯的雙峰特征,峰值分別為 70～90℃和 110～120℃,鹽度數(shù)據(jù)也集中在 2個區(qū)域;沙二段及明化鎮(zhèn)組沉積中期是主要成藏期;油氣充注時的壓力總體高于正常地層壓力,但是并未造成異常高壓。

任丘油田;霧迷山組;方解石;流體包裹體;均一溫度;成藏期次;古壓力

油氣作為熱液流體在初次、二次運移過程中均會隨晶體生長或裂隙愈合而被捕獲形成有機包裹體[1],其往往被封存于碳酸鹽巖和碎屑巖中的方解石脈、石英脈、石英加大次生邊、石英顆粒裂縫愈合處或同期形成的螢石、硬石膏等自生礦物中[2]。近年來,利用激光拉曼、冷熱臺測溫等測試技術(shù)測試油氣包裹體特征參數(shù),根據(jù)油氣包裹體的測試數(shù)據(jù)及其與成巖作用之間的關(guān)系來判斷油氣運移的相對時間[3-5],并運用流體包裹體的種類、豐度、分布等特征來分析油氣藏的成藏特征的研究取得了很大進展。運用流體包裹體特征研究油氣注入史已證明是研究油氣成藏過程的一個有效途徑和手段[6-12]。近年來沉積盆地中古壓力的研究已經(jīng)成為盆地分析與研究中不可缺少的組成部分,在油氣資源勘探與遠(yuǎn)景預(yù)測中起著越來越重要的作用。通過研究流體包裹體可以得出其成藏環(huán)境的原始古壓力,它可用來研究油氣運聚史及構(gòu)造運動史[13]。筆者利用包裹體激光拉曼光譜成分、顯微熒光和包裹體均一溫度及冰點測試結(jié)果,結(jié)合埋藏史和熱史研究任丘潛山霧迷山組油層油氣運移期次和油氣充注時間,并對古壓力進行恢復(fù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

任丘油田位于渤海灣盆地西部冀中坳陷饒陽凹陷北部與霸縣凹陷之間的過渡地區(qū),是一個以下古生界和中上元古界碳酸鹽巖為儲層、古近系沙河街組二、三段為烴源巖、沙河街組一段和東營組為蓋層的古潛山油田。任丘油田為世界上大型高產(chǎn)古潛山油田之一,任丘古潛山南北長 30 km,東西寬 7 km,面積約 183 km2。潛山帶被古近系覆蓋,其地層自北向南為古生界奧陶系、寒武系、上元古界青白口系和中元古界薊縣系霧迷山組,潛山帶周邊被馬西、任西、河間和鄚州 4個富油洼槽所包圍,發(fā)育了沙一段、沙三段和沙四段 3套烴源層,具有 3個供油方向,油氣主要來自馬西洼槽和任西洼槽,油氣資源豐富。薊縣系霧迷山組是任丘潛山最重要的產(chǎn)油層,本文中主要對取自任丘油田任 28井霧迷山組儲層樣品進行分析。

2 流體包裹體特征及測試結(jié)果

2.1 鏡下特征及熒光特征

包裹體樣品取自任丘油田北部任 11區(qū)塊任 28井(3.222 97～3.382 9 km)的白云巖中,共檢測 14個樣品,其中在 13個樣品中發(fā)現(xiàn)流體包裹體,共測定包裹體數(shù) 123個,包裹體主要出現(xiàn)在方解石脈及自生石英中。

方解石脈沿裂隙分布,其中包裹體多為兩相鹽水包裹體,約占包裹體總數(shù)的 60%,呈不規(guī)則狀或橢圓形,直徑為 4～40μm,串珠狀或群體分布(圖 1(a)),烴類包裹體多為單相 (圖 1(b),(c))。自生石英內(nèi)包裹體主要沿顆粒內(nèi)裂隙呈串珠狀分布(圖 1(d)),鹽水與烴類包裹體均有出現(xiàn)。氣液兩相烴類包裹體呈不規(guī)則狀或長條狀成群分布,直徑為 4～20μm,液相呈淺黃色或淺紅色(圖 1(e),(g))。

圖 1 流體包裹體鏡下及其熒光特征(任 28井)Fig.1 Characteristics of fluid inclusions and their fluorescent photos(Well Ren28)

自生石英往往出現(xiàn)在方解石脈中,靠近裂隙中間,因為方解石脈結(jié)晶是從裂隙內(nèi)壁上開始向裂隙中間生長,說明石英形成晚于方解石脈。從包裹體均一溫度比較發(fā)現(xiàn),方解石脈內(nèi)包裹體均一溫度為60～80℃,而石英內(nèi)包裹體均一溫度為 110～120℃。根據(jù)接觸關(guān)系和包裹體數(shù)據(jù)可知儲層內(nèi)包裹體可分為兩期。

有機包裹體在受到紫外光、紫光或藍(lán)光照射時,會在極短的時間內(nèi)發(fā)射出比照射光波長更長的光,這種光稱為有機包裹體的熒光[14],所以熒光成為分辨烴類包裹體和水溶液包裹體的有效方法。本次試驗包裹體熒光分析在中石化勝利油田地質(zhì)科學(xué)院完成,激發(fā)光為紫光,包裹體熒光照片如圖 1所示。

2.2 包裹體拉曼特征

在有機分子中,熒光的產(chǎn)生主要與共軛鍵體系和C O官能團有關(guān)。由于飽和烴不發(fā)熒光,所以有機包裹體熒光性中起主導(dǎo)作用的是芳烴。這樣一些不發(fā)熒光的烴類包裹體或含烴鹽水包裹體就有可能被誤認(rèn)為是鹽水包裹體,在做均一溫度測試時容易將其均一溫度與鹽水包裹體均一溫度混在一起討論,可能會導(dǎo)致錯誤的結(jié)論,因此必須把這部分包裹體區(qū)分出來,筆者采用的是激光拉曼方法。

拉曼測試在中國石油大學(xué) (華東)地球化學(xué)與巖石圈動力學(xué)實驗室完成,采用法國 JobinYvon公司生產(chǎn)的LabRam-010型激光拉曼光譜儀。儀器分辨率約為 1.5 cm-1,工作條件:激發(fā)光波長 514.5 nm,激光出孔功率 0.1 W,共焦孔 1 000μm,狹縫400μm,樣品掃描積分時間為每段 20 s,試驗溫度20℃。包裹體典型拉曼譜圖如圖 2所示。從圖中可以看出:分布在自生石英中的包裹體含有高飽和烴類,屬于含烴鹽水包裹體(圖 2(a));而圖 2(b)顯示的是鹽水包裹體,純鹽水包裹體主要分布在方解石脈中。至于圖中的若干銳線和寬大的熒光背景主要來自包裹體周圍的主礦物。

圖 2 流體包裹體拉曼成分分類Fig.2 Raman compositional classification of fluid inclusions

2.3 均一溫度及鹽度

2.3.1 均一溫度

有機包裹體由于有機質(zhì)的不穩(wěn)定性以及不同成分均一溫度差異較大等原因,其均一溫度不能反映地層溫度,通常只作為研究參考;與有機包裹體同期的鹽水包裹體被捕獲時是均一相的,如果一直處于等容封閉體系,鹽水包裹體的均一溫度即為油氣包裹體被捕獲時 (油氣充注時)地層溫度的下限值。因此,一般利用包裹體均一溫度并結(jié)合古地溫史和儲集層埋藏史確定油氣藏的形成時間[15-16]。在鏡下觀察、熒光照片及拉曼測試的基礎(chǔ)上,在樣品中選取發(fā)熒光的包裹體、含烴鹽水包裹體及一些兩相鹽水包裹體進行顯微測溫分析,使用儀器為 Linkam THMS 600型冷熱臺。所測包裹體的平均均一化溫度為 60～130℃,平均均一溫度明顯分為兩個溫度區(qū)間:第一個區(qū)間為方解石脈內(nèi)鹽水包裹體均一溫度 60～82℃,13個樣品中有 2個屬于這一溫度區(qū)間,共有 11個包裹體,占包裹體總量的 9%左右;第二個區(qū)間為石英內(nèi)鹽水包裹體均一溫度 110～120℃,13個樣品中有 11個屬于這一溫度區(qū)間,共有 87個包裹體,占包裹體總量的 71%。石英內(nèi)烴類包裹體均一溫度為 100～110℃,說明為一期烴類活動形成,與同期生成的鹽水包裹體均一溫度相比低約 10℃,這類包裹體有 25個,占總數(shù)的 20%。均一溫度結(jié)合賦存礦物生長關(guān)系說明,這些包裹體可能是在不同的地質(zhì)時期形成的,對應(yīng)著不同的成藏時期。

由于烴類包裹體成分比較復(fù)雜,其中含有水,在均一時會出現(xiàn)部分均一現(xiàn)象[17],導(dǎo)致其均一溫度低于純鹽水包裹體均一溫度,所以目前一般用與其共生的鹽水包裹體均一溫度來進行地質(zhì)研究。鹽水包裹體均一溫度直方圖如圖 3所示。從圖中可以明顯看出均一溫度分布存在 2個峰值,可能對應(yīng)著兩個油氣成藏期。

2.3.2 鹽 度

鹽度是根據(jù)所測的鹽水溶液的冰點來確定的。對于NaCl含量小于 23.3%的低鹽度水溶液,根據(jù)測得的冰點計算鹽度的方法有多種。常用的有相圖投影法、Bodnar冷凍溫度 -鹽度換算表法和公式法[18]。本次研究采用公式法對樣品中的流體包裹體鹽度進行計算。

從圖3中看出,儲層包裹體冰點分布范圍為-19.3～0℃,其中鹽水包裹體冰點明顯集中在 2個區(qū)域,方解石中均一溫度區(qū)間為60～82℃的包裹體的冰點集中在 -15℃左右,石英中均一溫度區(qū)間為 100～120℃的鹽水包裹體的冰點集中在 -18℃左右。均一溫度在 100～110℃之間的含烴鹽水包裹體其冰點數(shù)值比較離散,0℃上下均有分布。冷凍測溫表明,均一溫度集中在 2個溫度段,且其鹽度差別很大,表明不是同一系統(tǒng)流體活動,說明存在 2期流體活動。含烴鹽水包裹體的冰點數(shù)值離散比較大,還有少數(shù)存在無法冷凍的現(xiàn)象,這些特征可與包裹體拉曼光譜綜合討論,才能更準(zhǔn)確地應(yīng)用流體包裹體研究含油氣盆地流體活動。

圖 3 鹽水包裹體均一溫度與冰點分布Fig.3 D istribution of homogen ization temperature and freezing point of fluid inclusions

3 成藏期次確定及古壓力恢復(fù)

3.1 成藏期次

目前較流行的方法是利用流體包裹體均一溫度結(jié)合埋藏史熱史來判斷油氣充注期次,但是根據(jù)流體包裹體研究的基本理論,均一溫度僅僅是捕獲溫度的最低估計值。對形成在一定圍壓條件下的自然界包裹體,顯微測溫得到的均一溫度不能簡單等同于包裹體形成的溫度,如果直接用其進行成藏期次研究就可能得到錯誤的結(jié)論。為了獲得形成時的溫度,必須對形成在一定圍壓條件下的自然界包裹體進行壓力校正。筆者結(jié)合陳勇等[19]根據(jù)人工合成烴類包裹體所作的鹽水包裹體均一溫度校正曲線對包裹體均一溫度進行校正:對60～82℃區(qū)間內(nèi)的包裹體平均溫度 75℃進行校正,得到捕獲溫度為 82℃;對區(qū)間為 110～120℃的包裹體平均溫度進行校正,得到捕獲溫度 132℃(校正曲線將另文討論)。根據(jù)捕獲溫度結(jié)合埋藏史熱史推斷任 28井油藏的成藏期如圖 4所示。從圖中可以看出任 28井霧迷山組可能有沙二段沉積期、東營組沉積早期和明化鎮(zhèn)組沉積中期 3個油氣成藏期。

冀中坳陷潛山圈閉類型復(fù)雜多樣,以地層和構(gòu)造圈閉居多,潛山內(nèi)圈閉所在地層均形成于前第三紀(jì),潛山圈閉形成時間一般早于烴源巖生排烴時間。研究區(qū)域發(fā)育多套烴源層,沙一下亞段、沙三上段、沙四段—孔店組都為有效烴源巖。沙四—孔店組烴源巖的生烴期一般都比較早,在沙四末—明化鎮(zhèn)組時期;沙三段烴源層的生烴期大多在館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積期。東營末—館陶沉積期的強烈構(gòu)造運動一方面促使了油氣運移,另一方面使東營早期生油氣過程中斷,并且對早期形成的油氣藏保存不利或起破壞作用。其后再次沉降開始生烴,明化鎮(zhèn)中期達到高峰。所以,沙二段及明化鎮(zhèn)中期應(yīng)為主要的成藏期。

圖 4 任 28井埋藏史曲線Fig.4 Burial history curve of well Ren 28

3.2 古壓力恢復(fù)

應(yīng)用流體包裹體恢復(fù)古壓力的方法現(xiàn)在有很多,各具有不同的適用條件及范圍[19-21],主要包括 CO2容度法、均一溫度 -鹽度法、流體包裹體模擬方法、利用NaCl-H2O溶液包裹體的密度式和等容式法、不混溶流體包裹體法和 CO2拉曼光譜法。筆者根據(jù)任 28井包裹體均一溫度和鹽度測試結(jié)果(表 1),利用均一溫度 -鹽度法分析包裹體形成時的古壓力。

Zhang等[21]認(rèn)為,流體包裹體均一溫度、形成溫度、鹽度和形成壓力等 4個參數(shù)之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系。其中的均一溫度和鹽度可以測得,通過一定的方法確定出包裹體的形成溫度就可以得到其形成壓力。流體包裹體的形成壓力可以用下面的公式得到:

其中

式中,p為古壓力,MPa;M為包裹體的鹽度的質(zhì)量摩爾濃度,mol/kg;Th為包裹體均一溫度;T為包裹體捕獲溫度,用陳勇等[19]根據(jù)人工合成烴類包裹體所做的鹽水包裹體均一溫度校正曲線對包裹體均一溫度進行校正獲得的包裹體的捕獲溫度進行計算;a1, a2,a3,a4為常數(shù),在體系假定為NaCl-H2O體系時數(shù)值分別為 2.873×10-1,-6.477×10-2,-2.009× 10-1,3.186×10-3。

表 1是對包裹體捕獲壓力的計算結(jié)果。古埋深是在單井埋藏史及熱史恢復(fù)的基礎(chǔ)上結(jié)合包裹體捕獲溫度值得到的,古壓力系數(shù)是地層壓力與靜水壓力的比值,數(shù)學(xué)表達式為 p/ρgz。其中ρ為地層水密度,近似認(rèn)為是 1 000 kg/m3;g為重力加速度,9.8 m/s2;z為地層深度,m。從計算的結(jié)果可以看出,油氣充注(包裹體被捕獲)時壓力總體高于正常靜水壓力,這可能跟油氣充注有關(guān),但是壓力系數(shù)為1.01～1.09,油氣充注并沒有造成異常壓力。

表 1 流體包裹體計算古壓力結(jié)果Table 1 Paleopressure calculated result by fluid i nclusion

4 結(jié) 論

(1)任丘潛山霧迷山組儲層共捕獲了 4種流體包裹體,賦存礦物的產(chǎn)狀主要有 2種。兩相烴類包裹體和含高飽和烴鹽水包裹體及純鹽水包裹體是該地區(qū)流體包裹體的主要類型。

(2)包裹體均一溫度顯示從 60～120℃均有烴類流體活動,均一溫度具有明顯的雙峰特征,第一峰值為 60～80℃,第二峰值為 110～120℃。推斷任丘油田霧迷山組儲層主成藏期為沙二段沉積期及明化鎮(zhèn)組沉積中期。

(3)包裹體形成時地層壓力總體高于正常地層壓力,但是并未造成異常高壓。

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(編輯 徐會永)

Determ ination of oil accumulation period and building up of paleopressure ofW um ishan formation in Renqiu O ilfield by using fluid inclusion

L IJing1,2,ZHA Ming1
(1.College of Geo-Resources and Info rmation in China University of Petroleum,Q ingdao266555,China; 2.College of Storage&Transportation and A rchitectural Engineering in China University of Petroleum, Q ingdao266555,China)

For the purpose of ascertaining the time and accumulation period of oil charging in the Wumishan for mation,the microfluorometry,homogenization temperature and laser Raman spectroscopy of the fluid inclusions from this formation were tested and analyzed by usingLinkam THMS 600 and LabRam-010 laser spectrum analyzer.On the basis of testing data,the paleopressure of the reservoirwas builded up.The results show that the fluid inclusions of this area include single-phase and two-phase hydrocarbon inclusions,brine inclusions with highly saturated hydrocarbon and t wo-phase brine inclusions.The homogenization temperature of the fluid inclusions has two special peaks at 70-90℃and 110-120℃.The salinity of inclusions also concentrates in two areaswhich coincided with the homogenization temperature.The sedimentary ti mes ofmember 2 of Shahejie formation andmiddleMinghuazhen for mation are themain oil accumulation period.The pressure ofoil charging period is higher than the normal pressure of reservoir,but the surpressure is not caused.

RenqiuOilfield;Wumishan group;calcite;fluid inclusion;homogenization temperature;oil accumulation period;paleopressure

TE 122.1

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2010.04.007

1673-5005(2010)04-0038-06

2010-02-12

國家自然科學(xué)基金項目(40772081);中國石油股份有限公司重點科技攻關(guān)項目(HBYT-WTY-2008-JS-1)

李靜(1967-),女(漢族),山東蓬萊人,副教授,博士研究生,主要從事油氣成藏機理與地質(zhì)工程方面的綜合研究。