柴頁1井中侏羅統(tǒng)頁巖氣儲層的流體包裹體特征研究

尚長健，　邱林飛，　黎　瓊，　吳　迪

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京　100029)

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柴頁1井中侏羅統(tǒng)頁巖氣儲層的流體包裹體特征研究

尚長健，邱林飛，黎瓊，吳迪

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029)

頁巖氣地質(zhì)研究過程中，不可避免的需要提取地質(zhì)流體信息。流體包裹體是研究地質(zhì)流體最直接、最可靠的手段之一，卻在頁巖氣地質(zhì)研究中很少應(yīng)用，主要是由于泥頁巖成巖礦物細(xì)小，不易形成流體包裹體。以柴頁1井中侏羅統(tǒng)泥頁巖中砂巖夾層成巖礦物捕獲的流體包裹體為研究對象，利用顯微巖相學(xué)觀察、均一溫度測定、激光拉曼光譜分析、古壓力恢復(fù)等分析測試手段，研究地質(zhì)流體特征。研究表明，柴頁1井中侏羅統(tǒng)存在兩期油氣充注活動；地質(zhì)流體溫度為72～90 ℃，成分主要是CH4，N2，CO2，壓力集中于26.8～37.1 MPa。

流體包裹體；地質(zhì)流體；頁巖氣；柴頁1井；中侏羅統(tǒng)

尚長健，邱林飛，黎瓊，等.2016.柴頁1井中侏羅統(tǒng)頁巖氣儲層的流體包裹體特征研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，39(2)：178-183.

Shang Chang-jian,Qiu Lin-fei,Li Qiong,et al.2016. Characteristic of fluid inclusions in the Middle Jurassic shale gas reservoir of well Chaiye-1[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 39(2)：178-183.

流體包裹體是地質(zhì)流體在成巖過程中，被包裹在礦物晶格缺陷或穴窩中，至今仍封存在主礦物內(nèi)，并與主礦物有著明顯相界限的那一部分物質(zhì)。因而流體包裹體保存了大量的地質(zhì)流體地球化學(xué)信息，是研究地質(zhì)流體特征最直接、最可靠的手段之一(盧煥章等，2004)。利用流體包裹體可以獲得地質(zhì)流體的以下參數(shù)：溫度、壓力、鹽度、成分、pH、Eh、穩(wěn)定同位素組成(δ18O，δD，δ13C，δ15N等)、流體捕獲時間(K-Ar、Rb-Sr和Sm-Nd年齡)、巖漿冷卻史、流體流動速率以及找礦暈(鹽暈、蒸發(fā)暈、熱暈)等。利用流體包裹體研究地質(zhì)流體特征，已經(jīng)取得了豐碩的成果。在礦床地質(zhì)領(lǐng)域，利用流體包裹體可以確定成礦流體來源(范洪海等，2015)、成礦條件(吳勝華等，2011；周文婷等，2014；盧煥章等，2015)、成礦時間(于介江等，2010)、礦床類型(陳衍景等，2007)等；在石油地質(zhì)領(lǐng)域，利用流體包裹體可以確定油氣充注期次(羅春艷等，2014)、油氣運移方向(顏亮亮等，2007)、油氣成藏時間(李美俊等，2007；陳玲等，2012)、油氣演化程度(陶士振等，2015；吳迪，2015)、油氣形成時物化條件(陳紅漢等，2002)等。

目前，利用流體包裹體研究頁巖氣地質(zhì)流體的報道很少，主要原因是泥頁巖的成巖礦物粒度普遍細(xì)小，在地質(zhì)流體活動過程中不易捕獲流體形成包裹體。但是，泥頁巖內(nèi)地質(zhì)流體信息的獲取，也是頁巖氣地質(zhì)研究中不可回避的問題。因此，泥頁巖內(nèi)發(fā)育的石英脈或者方解石脈就成為研究地質(zhì)流體的首選。高鍵等(2015)通過研究泥頁巖中的石英脈和方解石脈內(nèi)的高密度甲烷包裹體，確定焦石壩氣田的超壓特征。對于不發(fā)育石英脈或方解石脈的泥頁巖，地質(zhì)流體的地球化學(xué)信息如何獲取呢？研究發(fā)現(xiàn)，頁巖氣儲層中不但存在多種類型的泥頁巖，還可見到多層、厚薄不等的粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖或砂巖夾層。那么，在泥頁巖地質(zhì)流體活動過程中，流體亦可包裹于該層系的粉、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等夾層中。因此，利用泥頁巖中的粉砂巖、細(xì)砂巖夾層成巖礦物捕獲的流體包裹體，即可分析頁巖氣儲層內(nèi)地質(zhì)流體形成溫度、鹽度、成分及壓力特征。

利用上述指導(dǎo)思想，本文以柴頁1井侏羅系泥頁巖中砂巖夾層內(nèi)流體包裹體為研究對象，研究地質(zhì)流體特征，對泥頁巖內(nèi)的地質(zhì)流體進(jìn)行探索研究，以期獲得良好的效果。

1　井位及樣品情況

柴頁1井是針對我國西北陸相侏羅系實施的第一口頁巖氣探井，位于青海柴達(dá)木盆地北部，所處位置為魚卡西部與馬海尕秀兩構(gòu)造之間的斜坡部位。地面地形為鹽堿戈壁及殘丘，海拔3 050 m左右。柴頁1井從1 900.50～1 909.00 m到2 216.00～2 222.30 m (基底)，均是中侏羅統(tǒng)地層，其他地層未取心。柴頁1井中侏羅統(tǒng)發(fā)育砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、泥巖、碳質(zhì)頁巖、黑色油頁巖、碳質(zhì)頁巖夾細(xì)砂巖，可見水平層理及鏡面現(xiàn)象，此外在2 092 m處發(fā)育11 cm厚的煤層。本研究對針對地質(zhì)流體特征采集的泥頁巖中砂巖夾層(圖1)進(jìn)行流體包裹體相關(guān)分析測試，測試單位為核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所。

圖1　柴頁1井中侏羅統(tǒng)泥頁巖中細(xì)砂巖夾層Fig.1　The fine sandstone interlayer of the Middle Jurassic mudstone in well Chaiye-1

2　流體包裹體顯微巖相學(xué)特征

圖2　柴頁1井2 030.93m處砂巖微裂縫及粒間空隙發(fā)育瀝青充填物(單偏光照片)Fig.2　The asphalt in the microcrack and intergranular space in sandstone of 2 030.93m, Well chaiye 1

流體包裹體顯微巖相學(xué)觀測研究表明，柴頁1井中侏羅統(tǒng)泥頁巖中的薄層砂巖夾層中石英顆粒次生加大現(xiàn)象比較普遍，特征典型。巖中的成巖礦物主要為次生加大石英礦物，局部粒間空隙中可見發(fā)育于石英顆粒次生加大期后的方解石膠結(jié)物。該砂巖粒間空隙中不含油，無熒光顯示。僅在局部砂巖微裂縫及粒間空隙中見深褐色、黑褐色的瀝青充填物(圖2)。該砂巖大部分石英顆粒發(fā)育比較明顯的次生加大邊，說明油氣侵位時間較晚，砂巖成巖作用較強(qiáng)。根據(jù)顯微觀察，巖中主要發(fā)育1期次的油氣包裹體，油氣包裹體發(fā)育于砂巖石英顆粒成巖次生加大期后，發(fā)育豐度低(GOI為1%±)。包裹體多為沿切穿石英顆粒的微裂隙成線、帶狀分布，均為呈灰色、深灰色的天然氣包裹體或天然氣+鹽水包裹體(圖3)。

結(jié)合巖心觀察和泥頁巖儲層砂巖夾層中的包裹體觀測表明，柴頁1井應(yīng)存在兩期油氣充注活動。早期充注油氣已演化為粒間孔隙或沿裂縫早期充注的褐色、灰褐色稀油瀝青；晚期油氣充注發(fā)生在砂巖成巖晚期和期后，局部規(guī)模較大，粒間孔隙或沿裂縫內(nèi)晚期充注、現(xiàn)今仍然儲存的天然氣干氣包裹體，也即目前存在的油氣包裹體。

圖3　柴頁1井砂巖夾層石英顆粒內(nèi)的天然氣包裹體Fig.3　The gas inclusions in silica particles, well Chaiye 1A-B 井深2 011.4m處，沿切穿石英顆粒的微裂隙成帶狀分布分布，呈深灰色的天然氣包裹體(單偏光照片)；C 井深2013.11處，切穿石英顆粒的微裂隙成帶狀分布分布，呈深灰色的天然氣包裹體(單偏光照片)；D 井深2 019.78m處，切穿石英顆粒的微裂隙成帶狀分布分布，呈深灰色的天然氣包裹體(單偏光照片)；

3　地質(zhì)流體溫度、成分及壓力特征

3.1均一溫度

柴頁1井中侏羅統(tǒng)砂巖夾層中發(fā)育大量包裹體，本次測試了切穿石英顆粒微裂隙成帶狀分布的含烴鹽水包裹體。本次共測得50個均一溫度數(shù)據(jù)，其中1 914 m處巖石樣品測得7個數(shù)據(jù)，溫度為81～90 ℃；1 928.59 m處巖石樣品測得5個數(shù)據(jù)，溫度為80～89 ℃；1 930.4 m處巖石樣品測得12個數(shù)據(jù)，溫度為77～88 ℃；1 985.4 m處巖石樣品測得15個數(shù)據(jù)，溫度為72～87 ℃；1 991.4 m處巖石樣品測得11個數(shù)據(jù)，溫度為73～86 ℃。

通過分析流體包裹體的均一溫度數(shù)據(jù)，可以看出流體包裹體的均一溫度分布范圍很小，為72～90 ℃，集中于76～88 ℃之間(圖4)，這表明形成流體包裹體的地質(zhì)流體溫度范圍很小，進(jìn)而認(rèn)為地質(zhì)流體活動時間較短。

圖4　柴頁1井中侏羅統(tǒng)流體包裹體均一溫度分布圖Fig.4　The homogenization temperature histogram of fluid inclusions of the Middle Jurassic mudstone in well Chaiye-1

3.2成分特征

本次研究采用了當(dāng)前國內(nèi)外較為先進(jìn)的顯微激光拉曼探針技術(shù)對單個流體包裹體成分進(jìn)行了分析，使用LABHR-VIS LabRAM HR800研究級顯微激光拉曼光譜儀進(jìn)行分析測試。柴頁1井中侏羅統(tǒng)砂巖儲層石英礦物中的天然氣包裹體激光拉曼測試顯示，共測試10個流體包裹體，每個包裹體內(nèi)均測試出CH4，有3個包裹體內(nèi)測試出N2，有2個包裹體內(nèi)測出CO2?？傮w來看，包裹體氣體成分為CH4，N2，CO2。由此表明，柴頁1井中侏羅統(tǒng)砂巖夾層曾有過天然氣的充注，該儲層內(nèi)包裹體氣體成分為以CH4氣為主的天然氣。

圖5　柴頁1井中侏羅統(tǒng)天然氣包裹體激光拉曼光譜圖Fig.5　The laser Raman spectrogram of gas inclusions of the Middle Jurassic mudstone in well Chaiye-1

3.3成藏壓力特征

激光拉曼光譜技術(shù)是獲取流體包裹體成分的非破壞性分析方法，同時，該方法還可以準(zhǔn)確獲取包裹體內(nèi)壓，這對通過流體包裹體方法獲取油氣儲層壓力具有重要的意義。國內(nèi)外大量的試驗資料證明(Seitz et al., 1993, 1996; Lin, 2005; Lu et al., 2007)，恒壓條件下CH4激光拉曼位移(波數(shù))隨著溫度的增加而增大，而在增壓恒溫條件下，CH4激光拉曼位移(波數(shù))隨著壓力的增加而減小。

本研究針對CH4激光拉曼位移(波數(shù))隨著溫度、壓力而有規(guī)律變化的特點，結(jié)合前一部分內(nèi)容的油氣成藏溫度測試結(jié)果，根據(jù)室溫下測得個別純CH4包裹體的拉曼數(shù)據(jù)，獲得本實驗室激光拉曼光譜儀的n0=2 919.3 cm-1，以及在20～160 ℃溫度條件下測得的激光拉曼位移(波數(shù))隨溫度-壓力的拉曼位移(波數(shù))，分別是2 914.8 cm-1，2 915.8 cm-1，2 917.1 cm-1，2917.1 cm-1。根據(jù)這些實測數(shù)據(jù)，在Lu等 (2007)的模板上進(jìn)行投影，即可求得柴達(dá)木盆地北部侏羅系柴頁1井的天然氣成藏流體壓力主要集中在26.8～37.1 MPa(圖6)。

圖6　柴頁1井中侏羅統(tǒng)流體包裹體激光拉曼波數(shù)隨溫度-壓力的變化圖Fig.6　The T-P relationship with Laser Raman wave Numbers of incluisions of the Middle Jurassic mudstone in well Chaiye-1

5　結(jié)論

本文以柴頁1井中侏羅統(tǒng)泥頁巖中砂巖夾層成巖礦物捕獲的流體包裹體為研究對象，通過顯微巖相學(xué)觀察、均一溫度測定、激光拉曼光譜分析、古壓力恢復(fù)等分析測試手段，研究地質(zhì)流體特征。

(1)柴頁1井中侏羅統(tǒng)存在兩期油氣充注活動，早期為粒間孔隙或沿裂縫早期充注的褐色、灰褐色稀油瀝青；晚期為粒間孔隙或沿裂縫內(nèi)晚期充注、現(xiàn)今仍然儲存的天然氣干氣包裹體。

(2)柴頁1井中侏羅統(tǒng)的頁巖氣儲層形成流體包裹體的地質(zhì)流體溫度為72～90 ℃，成分主要是CH4，N2，CO2，以CH4為主，壓力集中于26.8～37.1 MPa。

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Characteristic of Fluid Inclusions in the Middle Jurassic Shale Gas Reservoir of Well Chaiye-1

SHANG Chang-jian,QIU Lin-fei,LI Qiong,WU Di

(Beijing Research Institute of Uranium geology, Beijing 100029, China)

The information of geofluid in the shale gas is unavoidable in the study. The fluid inclusion method is one of the most direct and reliable way to study the characteristic of geofluid. However, it is not widespreadly used in shale gas research. This is because fluid inclusion is hard to form in the fine particles. The research object of this paper is the fluid inclusions in the diagenetic mineral of sandstone interlayer of the Middle Jurassic mudstone in well Chaiye-1. Lithofacies micro-observation, homogenization temperaturemeasurement, laser Raman spectrogram analysis, restoration of paleogeopressure are used in this study. The results show that 2 stages are developed in the Middle Jurassic of well Chaiye-1; the temperature of geofluid is 72～90 ℃; geofluid is composed of CH4,N2and CO2; its paleogeopressure is mainly 26.8～37.1 MPa.

fluid inclusion; geofluid; shale gas; well Chaiye-1；Middle Jurassic

2015-11-16

柴達(dá)木盆地富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層段油氣賦存特征研究(12120113040000)

尚長健(1985—)，男，博士，工程師，主要從事地質(zhì)流體地球化學(xué)研究。E-mail：changjian_shang@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2016.02.012

P618.13

A

1674-3504(2016)02-0178-06