含油氣流體包裹體測試與應(yīng)用問題綜述

覃 軍，趙 洪，刁 慧，馬 清，黃 山

中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335

0 引言

包裹體是指在礦物結(jié)晶過程中，在晶格缺陷或穴窩中捕獲的保留了原始成礦信息的流體，由于其可以反映流體充注時地質(zhì)環(huán)境的各種信息，因此對于恢復(fù)地質(zhì)歷史具有現(xiàn)實意義［1］.1960 年召開的國際地質(zhì)學(xué)大會成立了礦物流體包裹體委員會（COFFI），標志著流體包裹體技術(shù)研究在全世界范圍內(nèi)的發(fā)展［2］.包裹體研究之初多應(yīng)用于內(nèi)生礦床研究，直至20 世紀80年代隨著測試技術(shù)的長足進展，開始應(yīng)用于沉積巖與油氣礦床相關(guān)研究.

中國直至20 世紀80 年代后期才開展了含油氣盆地流體包裹體的相關(guān)研究［3］，主要目的為追溯構(gòu)造演化史、沉積演化史、成巖演化史以及油氣成藏史.本文在含油氣盆地流體包裹體研究現(xiàn)狀梳理的基礎(chǔ)上，結(jié)合塔里木盆地、準噶爾盆地、東海陸架盆地開展油氣包裹體研究的實例，討論目前含油氣流體包裹分析測試以及其在油氣成藏研究中需注意的問題，供石油地質(zhì)研究工作者參考和討論.

1 流體包裹體分析測試技術(shù)概況

1.1 分析測試技術(shù)現(xiàn)狀

含油氣流體包裹體分析測試技術(shù)歸結(jié)起來有流體包裹體巖相學(xué)分析、流體包裹體測溫、流體包裹體成分分析、流體包裹體古壓力恢復(fù)四大類，其中技術(shù)難度較大的是流體包裹體巖相學(xué)分析和流體包裹體成分分析，最易因主觀原因?qū)е鲁鲥e的是流體包裹體巖相學(xué)分析和流體包裹體測溫.在含油氣盆地研究中，流體包裹體巖相學(xué)分析的核心是流體包裹體組合（FIA）、熒光顏色以及含油包裹體顆粒指數(shù)（GOI）的確定.FIA代表宿主礦物中同一個生長帶（同期微裂陷、石英同期加大邊等）同時捕獲的一系列流體包裹體，是記錄礦物單次流體捕獲事件的最小單位［4-6］.FIA 的常規(guī)研究手段是顯微鏡下觀察，近年來隨著技術(shù)的發(fā)展，陰極發(fā)光技術(shù)［7］、紅外顯微成像技術(shù)［8］、包裹體同位素測年等技術(shù)［9］逐漸應(yīng)用到包裹體巖相學(xué)研究中，提高了FIA 研究的可靠性.包裹體巖相學(xué)中熒光顏色被廣泛應(yīng)用于油氣成熟度和充注期次的研究中［10-11］，顏色鑒定的主要手段為鏡下肉眼鑒別以及紅外光譜測定，目前絕大多數(shù)以鏡下肉眼鑒別為主，鮮見大批量開展包裹體紅外光譜測定的文獻報道.GOI 常被用于判別古油藏或油氣充注強度，其測試手段主要通過UV 激發(fā)熒光顯微鏡下觀察和單偏光鏡下觀察來確定熒光包裹體顆粒數(shù)與總顆粒數(shù)的比值，結(jié)果受測試者主觀因素影響較大.包裹體均一溫度反映包裹體形成時的古溫度下限，是恢復(fù)地史、研究世代關(guān)系的最常用參數(shù)，目前包裹體均一溫度測定技術(shù)已較為成熟，主要利用冷熱臺測試，其也是不破壞包裹體而獲取參數(shù)的最主要測試手段之一，應(yīng)用最為廣泛.但含油氣盆地中用于成藏研究的包裹體均一溫度可測試對象或可利用對象尚有爭議，多數(shù)學(xué)者認為鹽水包裹體均一溫度最能反映古地溫［12-21］，部分學(xué)者認為油氣包裹體均一溫度亦可能代表開始成藏時的古地溫［22］.流體包裹體成分分析技術(shù)包括非破壞性和破壞性兩類手段.非破壞性手段主要有紫外熒光、激光拉曼光譜、傅立葉變換紅外光譜、X射線熒光等定性-半定量分析技術(shù)；破壞性分析手段包括激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜分析（LA-ICP-MS）、顯微激光熱解氣相色譜-質(zhì)譜分析、二次離子質(zhì)譜分析（SIMS）等定量分析技術(shù)［23-26］.值得注意的是，包裹體成分分析技術(shù)一般針對單個包裹體測試，群包裹測試由于可能存在的多期、多來源的流體混雜在一起，得到的測試結(jié)果應(yīng)用于地質(zhì)研究時存在較大困難，甚至引起錯誤的地質(zhì)認識.流體包裹體古壓力恢復(fù)是在測溫和成分分析的基礎(chǔ)上利用PVTx 數(shù)值模擬法實現(xiàn)的，該方法應(yīng)用廣泛，但受成分獲取精度以及包裹體形成后可能發(fā)生的次生變化等問題制約，模擬計算結(jié)果也存在不確定性［27-28］.

1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

流體包裹體在油氣成藏研究中的應(yīng)用歸結(jié)起來有兩大方面：一是利用巖相學(xué)相關(guān)參數(shù)、均一溫度、古壓力等研究油氣充注期次及充注時代，以及相應(yīng)的古油藏發(fā)育史或油氣藏改造史；二是利用包裹體成分分析結(jié)果追溯油氣來源.例如李俊威等［29］通過鏡下觀察發(fā)現(xiàn)羌塘盆地昂達爾錯地區(qū)中侏羅統(tǒng)布曲組在裂縫充填的方解石脈中和方解石晚期微裂隙中分別發(fā)育兩組流體包裹體，且兩組包裹體的發(fā)育豐度、產(chǎn)狀、氣液比均有明顯區(qū)別，從而厘定該區(qū)存在兩期充注.張育民［30］通過鏡下觀察發(fā)現(xiàn)塔里木盆地卡塔克隆起斜坡區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層的白云石次生加大邊、孔隙和縫洞中亮晶方解石膠結(jié)礦物、切穿礦物顆粒及加大邊的構(gòu)造微裂隙中發(fā)育3 組包裹體，且3 組包裹體顏色不同，從而厘定該區(qū)存在3 期油氣充注.王京紅等［31］根據(jù)儲層中包裹體GOI 值研究發(fā)現(xiàn)準噶爾盆地腹部車莫隆起區(qū)侏羅系由于喜馬拉雅期的掀斜作用引起了侏羅紀末期形成的古油氣藏的調(diào)整.

研究充注期次及時代的另一種最常見方法為將流體包裹體均一溫度和儲層埋藏史-熱史恢復(fù)相結(jié)合，通過考察均一溫度分布頻率獲取充注期次，根據(jù)均一溫度與埋藏史-熱史投點結(jié)合確定充注時代.例如劉潤川等［32］根據(jù)與油氣包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度結(jié)合埋藏史-熱史分析得出，鄂爾多斯盆地南部延長組儲層的兩期充注分別在早白堊世中期和晚期.

由于實驗成本較高以及油氣來源研究方法的多樣性（如油氣樣與烴源巖樣直接對比分析、砂巖抽提物分析等），目前含油氣盆地流體包裹體成分分析研究開展相對較少，較為普遍的是采用相對經(jīng)濟的激光拉曼光譜法等開展定性-半定量研究.例如徐陳杰［33］利用激光拉曼分析明確東海陸架盆地西湖凹陷中央洼陷花港組的氣體包裹體成分主要為甲烷；稅蕾蕾等［34］利用激光拉曼分析查明了鶯歌海盆地樂東10 區(qū)發(fā)育3 種不同成分的包裹體.

2 油氣包裹體分析測試需注意的問題

2.1 石英加大邊中包裹體的可測性

由于長石與膠結(jié)物的包裹體密封性較差，國內(nèi)外研究者在包裹體研究中均強調(diào)封閉在石英次生加大邊中油氣包裹體均一溫度的測試對于成藏研究的重要性［35-36］.包裹體測試中的石英加大邊有二層含義，一是圍石英顆粒塵線發(fā)育的包裹體，二是加大邊中的包裹體.準噶爾、東海陸架等多個含油氣盆地的包裹體數(shù)據(jù)研究表明，石英加大邊所封閉的油氣包裹體測溫可信度較低，其溫度變化大且不能反映真正的成藏期次.油氣被次生石英加大所封閉形成包裹體后，剛性顆粒中存在較多的油氣孔洞導(dǎo)致石英顆粒整體剛性有所下降，特別是在石英加大邊部分，更容易被壓裂.隨著儲層中石英含量的增加，剛性顆粒的壓實作用更強，石英加大邊后期被壓裂、包裹體被破壞的現(xiàn)象更為明顯.母源砂體經(jīng)歷后期充分的分選而導(dǎo)致石英等剛性顆粒含量高，軟巖屑含量低，受到壓實作用時石英顆粒具有較好的支撐作用而保存有較好的油氣儲集空間.但與此同時，石英顆粒受到的壓力更大，具有包裹體的石英顆粒往往也更容易產(chǎn)生加大后的破裂（圖1）.這也導(dǎo)致石英含量越高的儲層石英加大邊中的包裹體越容易遭受后期應(yīng)力破壞，導(dǎo)致測試結(jié)果可信度降低.

圖1 石英加大邊內(nèi)捕獲包裹體晚期被破壞顯微照片F(xiàn)ig.1 Microphotographs showing late destruction of trapped inclusions in quartz enlarged edge

此外，在對準噶爾盆地中部莫西莊、征沙村、沙灣3 個不同地區(qū)侏羅系的儲層包裹體樣品分別進行測溫的過程中，也發(fā)現(xiàn)石英加大邊中包裹體破裂的概率遠大于其他部位.在實測過程中發(fā)現(xiàn)，盡管石英加大邊中出現(xiàn)不同顏色的熒光及瀝青包裹體，但是其伴生鹽水包裹體均一溫度都集中在120 ℃左右，說明石英加大邊中熒光顏色各異的包裹體極有可能是晚期受到破壞作用導(dǎo)致的，此時出現(xiàn)不同顏色的熒光包裹體不宜作為油氣多期充注的直接證據(jù)（圖2）.

圖2 準噶爾盆地中部不同地區(qū)侏羅系包裹體均一溫度Fig.2 Homogenization temperature of Jurassic inclusions in different areas of central Junggar Basin

2.2 切穿石英微裂隙中測溫對象的選取

切穿石英微裂隙中的包裹體是最常見的均一溫度測試對象.由于構(gòu)造演化或構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變，同一石英顆粒中往往在不同時期出現(xiàn)不同方向的多條微裂隙，它們均有可能捕獲流體包裹體.針對這類包裹體測溫時應(yīng)注意包裹體組合的識別，首先判斷含油氣包裹體與鹽水包裹體的伴生關(guān)系，然后對二者分別測溫.形成均一溫度數(shù)據(jù)報告時，根據(jù)微裂隙的發(fā)育方向和切割關(guān)系，將同期的油氣包裹體與鹽水包裹體分別標識以供研究人員使用.若將某一宿主礦物中所有微裂縫中的鹽水包裹體測溫結(jié)果混在一起，會導(dǎo)致錯誤的判斷.例如東海陸架盆地西湖凹陷，不同井中多條微裂縫含包裹體，但僅有個別微裂縫中的包裹體見熒光（圖3），此時若將多條微裂縫中的鹽水包裹體測溫數(shù)據(jù)混測在一起，極容易讓研究人員作出多期油氣充注的錯誤判斷.

圖3 東海陸架盆地西湖凹陷流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.3 Microphotographs of fluid inclusions in Xihu Sag，East China Sea Shelf Basin

2.3 包裹體后期演化對分析的影響

雖然流體包裹體和宿主礦物保留了流體充注成藏時的原始地質(zhì)信息，但不可忽視的是，油氣成藏后的構(gòu)造應(yīng)力場、地溫場演化等影響因素，均會導(dǎo)致油氣包裹體產(chǎn)生較多的次生變化.例如，成藏過程中充注的重質(zhì)、中質(zhì)、輕質(zhì)油在包裹體中均會經(jīng)歷一定程度的后期演化，每個流體包裹體在有限的獨立溫壓系統(tǒng)內(nèi)，輕烴、非烴及分散狀瀝青質(zhì)在外界溫度的變化下會發(fā)生分異及裂解，一方面改變油氣的相態(tài)，使其由一相或二相演化為三相，另一方面導(dǎo)致瀝青質(zhì)分散在包裹體壁或內(nèi)部而改變其熒光性，如原油發(fā)生一定程度的裂解，少量瀝青質(zhì)分散或附著在包裹體壁上產(chǎn)生“暗室效應(yīng)”，影響了熒光的發(fā)散和顯示甚至造成瀝青包裹體的出現(xiàn)，此時傳統(tǒng)熒光顏色由褐色→黃色→綠色→藍白色→白色轉(zhuǎn)換代表地質(zhì)意義上油的成熟度變化的結(jié)論就應(yīng)該慎用；同時，當(dāng)包裹體發(fā)生后期變化之后，利用包裹體成分分析技術(shù)取得的流體地球化學(xué)數(shù)據(jù)（如同位素、烴類組分、生物標志化合物等）也要慎重使用.

此外，目前國內(nèi)對于包裹體的熒光顏色判斷有相當(dāng)一部分依然采用鏡下肉眼鑒定，而忽視了此方法存在的偏差.例如，同一熒光包裹體在不同倍數(shù)目鏡下觀測時，因為色散效應(yīng)導(dǎo)致熒光顏色有所變化（圖4）.另外，電子顯微鏡CCD 拍攝時，不同的飽和度、對比度及白平衡等參數(shù)變化會導(dǎo)致熒光顏色有所差異，因此包裹體測試及應(yīng)用包裹體顏色開展相關(guān)分析時應(yīng)盡量進行熒光光譜的測定.

圖4 不同倍數(shù)及調(diào)整物鏡前后肉眼鏡下觀察包裹體熒光顏色變化Fig.4 Fluorescence color changes of inclusions under microscope in different multiples and objective lens

3 包裹體在油氣成藏研究中需注意的問題

3.1 古油藏的判斷

包裹體GOI 值是目前應(yīng)用較廣的油氣運移及古油藏油水界面確定的依據(jù)，一般認為小于1%為水帶，1%～5%為運移通道，5%～10%為古油藏，其研究方法在國內(nèi)已有一定程度的應(yīng)用［37］.但在準噶爾盆地研究中發(fā)現(xiàn)，砂巖儲層的縱向非均質(zhì)性也能夠?qū)е掳wGOI 值變化，甚至高低值交替出現(xiàn).這種變化特征并不一定是古油藏界面的反映，如準噶爾盆地中部某區(qū)塊三工河組儲層存在較強的非均質(zhì)性，巖石成分控制了儲層的物性發(fā)育.推測古油藏形成后，上部物性較差，塑性巖屑含量高，導(dǎo)致后期石英等剛性顆粒破裂難以捕獲流體包裹體；而油藏下部石英剛性含量高、軟巖屑含量低的優(yōu)質(zhì)儲層砂巖后期更容易破裂，因而更容易捕獲流體包裹體，導(dǎo)致其GOI 大于油藏上部（圖5）.正是這種砂巖儲層的非均質(zhì)性導(dǎo)致古油藏難以確定，因此不能將GOI 縱向高低作為古油藏的油水界面.在研究古油藏及古油氣運移充注強度時，由于儲層中烴包裹體的豐度、顆粒熒光的數(shù)量與強度等受多種因素控制，例如不同地區(qū)的油氣輸導(dǎo)類型、不同類型儲層受到地層應(yīng)力的程度（應(yīng)力強度越大、微裂陷越多，捕獲概率越大）、儲層中的油氣飽和度、礦物生長的水化學(xué)條件等，GOI 值也不能直接作為充注強度或古油藏發(fā)育的證據(jù).

圖5 非均質(zhì)儲層GOI 值縱向分布特征Fig.5 Vertical distribution characteristics of GOI value in heterogeneous reservoir

3.2 成藏期次的厘定

將包裹體均一溫度與單井埋藏史、熱史綜合研究，厘定油氣成藏期己成為廣泛的研究手段.在連續(xù)埋藏或儲層地溫從古至今連續(xù)升溫時，包裹體均一溫度能夠反映充注期次的早晚關(guān)系，均一溫度較低的先充注，均一溫度較高的后充注.此時通過統(tǒng)計不同包裹體組合均一溫度的分布頻率就能反映油氣成藏期次，但是在后期構(gòu)造沉降-抬升復(fù)雜區(qū)，或者盆地基底熱流波動較大的地區(qū)，此方法容易得出錯誤認識，不宜作為厘定成藏期的唯一方法，而應(yīng)綜合構(gòu)造、烴源巖熱演化、油氣源對比等資料進行綜合分析.例如，東海陸架盆地麗水-椒江凹陷中部的某氣田，在上古新統(tǒng)明月峰組底部儲層中檢測到的包裹體均一溫度頻率分布呈單峰態(tài)，主頻約90 ℃，反映一期充注，但是將該均一溫度投點到單井埋藏史-熱史圖上存在兩個時間交點（圖6），第一個交點在早始新世（50～48 Ma），第二個交點在晚始新世（40～38 Ma），此時僅依據(jù)包裹體均一溫度與熱史的關(guān)系厘定成藏期就會出現(xiàn)爭議.根據(jù)氣田期構(gòu)造演化分析，該氣田背斜構(gòu)造形成于晚始新世43 Ma 以來的抬升反轉(zhuǎn)期，且上古新統(tǒng)儲層不具備自生烴條件，油氣來源于中、下古新統(tǒng)的烴源巖貢獻，而溝通儲層和烴源巖的通源斷裂也形成于抬升反轉(zhuǎn)期，在此之前明月峰組不具備發(fā)生油氣運移和充注的地質(zhì)條件，由此判定該氣田成藏期應(yīng)在第二個交點，即晚始新世（40～38 Ma）時期.

圖6 東海陸架盆地麗水-椒江凹陷L 氣田充注史分析Fig.6 Analysis of filling history of L gas field in Lishui Jiaojiang sag，East China Sea Shelf Basin

4 結(jié)論及建議

（1）石英次生加大邊中的包裹體最易因構(gòu)造應(yīng)力場演化而發(fā)生破裂，發(fā)生破裂的概率與儲層石英含量正相關(guān)，選取其作為測試對象時應(yīng)首先確定加大邊的完整性.包裹體形成后也可能因地溫場演化導(dǎo)致其中流體發(fā)生裂解和相變，從而引起次生顏色及成分變化，選取測試對象時要謹慎.同時要注意肉眼觀察包裹體顏色的誤差，盡可能開展光譜測定.

（2）流體包裹體GOI 值受地應(yīng)力強度、儲層非均質(zhì)性受多重因素影響，不宜作為某一地區(qū)油氣充注強度或古油藏發(fā)育的直接證據(jù)，應(yīng)在地質(zhì)背景研究的基礎(chǔ)上謹慎應(yīng)用GOI 值.在儲層非連續(xù)埋藏的地區(qū)不宜簡單通過均一溫度在地溫史上的投點厘定成藏期次，應(yīng)充分結(jié)合圈閉發(fā)育史、輸導(dǎo)體系演化史、烴源巖生排烴史等地質(zhì)過程進行綜合判定.