矿物流体包裹体分析及其在石油地质研究中的应用.pdf

第3 4 卷第2 期 中国矿业大学学报 V 0 1 ．3 4N o ．2 2 0 0 5 年3 月 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y M a r ．2 0 0 5 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 5 0 2 0 1 8 4 0 4 矿物流体包裹体分析及其在 石油地质研究中的应用 朱炎铭，秦勇，王猛， 中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 闫宝珍 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要由于矿物流体包裹体保留了大量的成矿流体成分和性质，特别是原生有机包裹体，对确定 烃源岩的受热史、生烃史，推断油气运移及古地热场具有重要的作用，因而在石油地质研究中得 到了广泛的应用．分析了渤海湾盆地古生界烃源岩中大量的矿物流体包裹体，研究了流体包裹体 的形态、组成和相态，探讨了矿物包裹体与油气成因的关系．结果表明，渤海湾盆地存在三期古地 热场，导致古生界烃源岩受热温度呈阶段性增加，从而引发有机质发生多次生烃演化． 关键词流体包裹体；古地热场；生烃史；古生界烃源岩 中图分类号P6 1 8 ．1 3文献标识码A F l u i dI n c l u s i o nA n a l y s i sa n dI t s A p p l i c a t i o ni nP e t r o l e u mG e o l o g i c a lS t u d y Z H UY a n m i n g ，Q I NY o n g ，W A N GM e n g ，Y A NB a o z h e n S c h o o lo fM i n e r a lR e s o u r c ea n dE a r t hS c i e n c e ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g8 } ．T e c h n o l o g y ， X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef l u i di n c l u s i o n ，e s p e c i a l l yt h eo r g a n i co n e ，p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nd e t e r m i n i n gt h e t h e r m a lh i s t o r ya n dh y d r o c a r b o ng e n e r a t i o nh i s t o r yo fs o u r c er o c ka n di nd e d u c i n gt h em i g r a t i o no f o i la n dg a sb e c a u s ei th a sp r e s e r v e dm u c hi n f o r m a t i o na b o u tc o m p o n e n t sa n dp r o p e r t yo ft h e i n c l u s i o ni t s e l f ．S oi th a sb e e nw i d e l yu s e di nt h es t u d yo fp e t r o l e u mg e o l o g y ．S h a p e ，c o m p o s i t i o n ， a n dp h a s es t a t eo fal a r g en u m b e ro fo ff l u i di n c l u s i o n si nP a l e o z o i cs o u r c er o c k so fB o h a iB a yB a s i n a r ea n a l y z e d ，a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf l u i di n c l u s i o n sa n dt h eo r i g i no fo i la n dg a sa r e d i s c u s s e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r ea r et h r e ep e r i o d so fp a l a e o g e o t h e r m a lf i e l d si nt h eB o h a i B a yB a s i n ，l e d i n gt oap e r i o d i ci n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e so ft h eP a l e o z o i cs o u r c er o c k s ，l e a d i n gt o h y d r o c a r b o ng e n e r a t i o na n de v o l u t i o nf o rm a n yt i m e s ． K e yw o r d s f l u i di n c l u s i o n ；p a l a e o g e o t h e r m i c sf i e l d ；h y d r o c a r b o n g e n e r a t i o nh i s t o r y ；P a l e o z o i c s O U r c er o c k s 矿物流体包裹体作为一种研究方法，起初主要 被应用于矿床学的研究．自M a r r a y 1 9 5 7 在自生 石英中发现了较大的油气包裹体叫，特别是7 0 年 代以来，随着石油地球化学的发展，矿物流体包裹 体在石油地质研究中得到了广泛的应用‘} 引． 1 矿物流体包裹体 在沉积盆地演化过程中，沉积物在成岩作用和 成岩期后的演化中，形成了大量的自生矿物和原生 矿物的次生加大 如方解石脉、石英脉、石英次生 收稿日期2 0 0 4 0 6 1 3 基金项目中国石油天然气总公司“九五”科技工程项目 9 7 0 2 0 6 作者简介朱炎铭 1 9 6 3 一 ，男，江苏省丹阳市人，教授，工学博士，从事煤、油气资源评价、资源勘探、能源沉积盆地等方锺的研究 万方数据 第2 期朱炎铭等矿物流体包裹体分析及其在石油地质研究中的应用 加大等 ，其中包含了大量的流体包裹体，它们记录 下大量的有关流体介质性质、组分、物化条件和地 球动力学条件． 矿物包裹体按成因可分为原生包裹体、次生包 裹体和假次生包裹体，按物理状态可分为固体包裹 体和气液包裹体．由于原生包裹体形成后与外界基 本没有发生物质交换，因此，可反映矿物形成时的 物理化学条件，如温度、压力、成矿溶液盐度和密 度、成矿流体来源等．由于流体包裹体 特别是有机 包裹体 是油气生成、运移过程中残留的原始地质 记录，通过对烃源岩中矿物流体包裹体研究，可以 提供可靠的反映油气生成、运移的物理化学条件， 恢复烃源岩的生烃历史，因此，矿物流体包裹体分 析在油气形成条件研究中得到了广泛应用[ 4 ] ． 2 矿物流体包裹体研究内容 矿物流体包裹体研究可概括成两大范畴，即包 裹体矿物学和包裹体地球化学，主要涉及包裹体类 型及分布特征、包裹体显微测温及成岩历史分析、 有机包裹体荧光光谱分析、包裹体物质组成等研究 内容．包裹体形成温度反映了烃源岩在特定地质时 期中的受热温度，形态、大小、产状以及物质组成等 反映了地下流体的大致来源，荧光特征中保存着烃 类相态、相对形成时期以及运移历史的丰富信息， 盐度与温度的组合揭示了烃源岩不同埋藏史． 2 ．1 流体包裹体测温 由于古温度是推测沉积盆地的地温及有机质 受热演化史，进而评价油气生成的关键因素，因而 对其研究一直为学者们所重视． 在流体包裹体的测温研究中，主要采用淬火 法、爆裂法和均一法等三种测温方法．淬火法多用 于岩浆岩研究；爆裂法由于受包裹体的形态、成分、 主矿物的硬度、解理发育情况、粒度大小及测温过 程仪器的影响，其结果只作为参考，一般指示烃源 岩所受的最高温度；而均一法是包裹体测温的基本 方法，所测均一温度经过压力校正得到包裹体的捕 获温度，利用均一温度可以进行成藏时间和古地温 梯度的估算、成岩作用历史的推断及烃源岩成熟度 的研究等． 2 ．2 流体包裹体地球化学 主要研究流体包裹体的形状、大小、气液比、流 体介质特征． 一般而言，岩浆热液矿床中包裹体个体较大 2 0 ～9 0 牡m ，气液比高 多为4 0 ％～7 0 ％ ，形状 较规则；而非岩浆热液矿床中包裹体则个体小 多 小于3t L m ，气液比低 3 ％“ - - 8 ％ ，形状不规则 何 知礼，1 9 8 2 ． 包裹体的成分代表了包裹体形成时流体介质 的特征，反映了当时的物理化学条件．不同时期的 流体介质存在差异，导致形成的包裹体盐度上也有 所不同，通过包裹体的盐度测定，可区分出包裹体 形成的期次，从而揭示不同的成矿期．同时，对流体 包裹体的成分分析，也有利于揭示其成因． 矿物包裹体可分为无机包裹体和有机包裹体． 在油气盆地分析中，由于有机包裹体代表了油气运 移过程，不同油气运聚期次形成的包裹体物化特征 存在一定的差异，因此，不同盐度的有机包裹体指 示了不同的油气运移阶段而倍受关注． 3 应用实例 作者在研究渤海湾盆地古生界烃源岩时，通过 对4 4 件样品矿物流体包裹体形成温度、盐度、液相 组成、气相组成、稳定同位素组成等的分析，为渤海 湾盆地区古生界受热历史分析、烃源岩的生烃史及 其流体介质成因等提供了丰富的信息． 3 ．1 流体包裹体的一般特征 据显微镜下冷却热台观察显示，渤海湾盆地发 育于古生界烃源岩中的流体包裹体，其大小多为5 ～2 0t L m ，气液比多在5 ％～1 5 ％之间，形态较为规 则，显示多为原生包裹体 表1 ． 由于矿物中原生流体包裹体形成后与外界基 本上没有发生物质交换，保留了成矿流体的成分和 性质，反映出矿物形成时的物理化学条件，为古地 热场特征反演提供了丰富信息． 3 ．2 测试结果及讨论 通过显微镜下冷却热台观测显示，渤海湾盆地 古生界矿物包裹体明显存在多期成矿作用．如采 自Q G 一1 井和K G 一3 井奥陶系灰岩方解石脉的包 裹体分析也表明，其奥陶系碳酸盐岩脉体中有机质 包裹体含量很高，约占6 0 ％～7 0 ％，该类包裹体主 要由液态烃相和气态烃相组成，白光下为黄色，紫 外光下发黄色荧光，表明在奥陶系地层中曾发生过 较大规模的油气运移活动，而其不同的冰点和盐度 表示了不同的生烃阶段．研究表明，可明显将其分 为两期，根据岩芯中两组岩脉的相互切割关系， Q G 一1 井的包裹体第一期的均一温度为9 5 ～ 1 0 3 。C ，冰点为一3 ．8 ～一4 ．2C ，第二期为1 3 8 ～ 1 4 3 ℃，冰点为一2 ．9 ～一3 ．2 ‘C ；而K G 一3 井包裹体 的第一期均一温度为6 7 ～7 5 C ，冰点为一3 ．o ～一 3 ．9 ‘C ，第二期为1 3 8 ～1 4 8 ．5 ‘C ，冰点为一0 ．2 ～ 万方数据 1 8 6 中国矿业大学学报第3 4 卷 0 ．9 C 表2 ．这证明了Q G 一1 井和K G 一3 井处曾发 生过两次较大规模的油气生成 或运移 过程．对比 烃源岩的埋藏史和生烃史分析，其第一期油气生成 或运移 应位于印支期；而第二期油气生成 或运 移 则应发生在喜山晚期r 6 。] ． 表1渤海湾盆地区流体包裹体的矿物学特征 构造单元井位现埋深／m 层位 矿物 包体大小以m 包体常见形态 气液比／％其它特征 表2 奥陶系方解石脉岩包裹体测温结果 T a b l e2T h et e m p e r a t u r em e a s u r er e s u l to ff l u i di n c l u s i o n si nc a l c i t ea r t e r i t eo ft h eO r d o v i c i a n 并号 薇t , v l C徽 期次 成撼怂系 盐度／％ 注e q 表示除N a C I 外，还包括其他盐类成分． 对本区流体包裹体的原子光谱测定，揭示了丰以及岩浆期后气水溶液中特征的F 一，C 1 一，s o , 一阴 富的成因信息 表3 ．盐水溶液相物质组成尽管较 离子，缺乏沉积岩中富有的C a 2 、M 9 2 阳离子．所 为单调，以离子总量表示的总矿化度较低，但富含有样品液相离子组成的N a ／K 值均大于1 ，具有 在酸性岩浆、变质水中较为丰富的N a 、K 阳离子沉积水或地下热卤水的性质． 表3 渤海湾盆地方解石脉体流体包裹体液相组成 T a b l e3T h el i q u i dp h a s ec o m p o s i t i o no ff l u i di n c l u s i o n si nc a l c i t ea r t e r i t eo ft h eB o h a ig u l fb a s i n 万方数据 第2 期 朱炎铭等矿物流体包裹体分析及其在石油地质研究中的应用1 8 7 笔者对采自渤海湾盆地大量古生界有机包裹 体进行了详细研究，结果显示渤海湾地区深层古生 界包裹体存在明显的多期性，指示了深层古生界烃 源岩曾经历过不同地温场作用，发生过多次生烃演 化．总体而言，大致可以划分为印支期、燕山期和喜 山期三个有机包裹体成矿期，同时也指示了古生界 烃源岩存在三期生烃历史，结合各井埋藏史研究， 基本揭示了渤海湾地区古地温场的演化史 表4 ． 表4 古生界方解石脉体矿物流体包裹体测温成果及其所反映的古地热史 T a b l e4T h et e m p e r a t u r em e a s u r er e s u l t sa n dt h ep a l a e o g e o t h e r m a lh i s t o r yo ff l u i d i n c i u s i o n si nc a l c i t ea r t e r i t eo ft h eP a l e o z o i c 矿物流体包裹体揭示的古地热场演化趋势表 明，从古生代至新生代，古地热场经历了正常 异常 高热 正常的演化趋势，显示出盆地从冷变热、尔后 重新变冷的发展历程．矿物流体包裹体所揭示印 支期古地温梯度介于2 ．5 3 ～4 ．1 9C ／h m 之间，平 均为3 ．4 ‘C ／h m ，属于正常地热场范畴，在区域上 相对稳定．燕山期古地温梯度变化于4 ．3 ～1 1 ． 7C ／h m 之间，平均为5 ．7 9 ‘C ／h m ，古地热场分异 明显，异常高热古地热场发育广泛．矿物流体包裹 体揭示的喜山期古地温梯度变化较大，但背景梯度 分布在2 ．7 ～4 ．8 9 C ／h m 之间． 4 结语 矿物流体包裹体分析作为一种研究方法，在石 油地质研究中得到了广泛的应用．特别是有机包裹 体．对确定烃源岩的受热史、生烃史，推断油气运移 及古地热场具有重要的作用．在对大量古生界烃源 岩中包裹体深入研究，揭示了渤海湾盆地经历了正 常 异常高热 正常的演化趋势，显示出盆地从冷 变热、尔后重新变冷的三期古地热场演变历史，导 致古生界烃源岩受热温度呈阶段性增加，从而引发 有机质发生多次生烃演化． 参考文献 [ 1 ]M a r r a yR ．C ．H y d r o c a r b o nf l u i di n c l u s i o n si nq u a r t z [ J ] ．A A P GB u l l ，1 9 5 7 ，4 1 9 5 0 9 5 2 ． [ 2 ] 潘长春，周中毅．液体流体包裹体在准噶尔盆地油气 资源评价中的应用E J ] ．石油实验地质，1 9 9 0 ，1 3 4 3 9 9 4 0 7 ． P a nCC ，Z h o uZY ．A p p l i c a t i o no fF l u i dM e t h o dt o t h eE v a l u a t i o no fH y d r o c a r b o nP o t e n t i a li nJ u n g e r B a s i n [ J ] ．E x p e r i m e n t a lP e t r o l e u mG e o l o g y ，1 9 9 0 ，1 3 4 3 9 9 4 0 7 ． 下转第1 9 7 页 万方数据 第2 期孙伟等应用神经网络对精煤灰分含量进行实时预报 1 9 7 a n dT e c h n o l o g yo fC h i n a ，2 0 0 0 ．6 7 0 6 7 2 ． [ 6 ] S u nW ，C h e n gYH ，X uSF ．Ak i n do fN Nf o r m p r e s e n t a t i o n a n dd i s p o s a lo fe x p e r i e n c ec o n t r o lr u l e [ A ] ．P r o c e e d i n g so fT h e3 R DW o r l dC o n g r e s so n I n t e l l i g e n tC o n t r o la n dA u t o m a t i o nE E l ．H e f e i P r e s s o fU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo fC h i n a ， 2 0 0 0 ．8 3 6 8 3 8 ． [ 7 ] S u nW ，W a n gXS ，X uSF ．An e u r a ln e t w o r kf u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n f o re v a l u a t i n ge c o n o m i c b e n e f i to fb u s i n e s sf i r m [ A ] ．P r o c e e d i n g so fT h e3 R D W o r l dC o n g r e s so nI n t e l l i g e n tC o n t r o la n dA u t o m a t i o n [ C ] ．H e f e i P r e s so fU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g yo fC h i n a ，2 0 0 0 ．1 1 1 9 1 1 2 1 [ 8 ] 张家骏，霍旭红．物理选矿[ M ] ．北京煤炭工业出版 社，1 9 9 2 ． [ 9 ] S u t t o nRS ．L e a r n i n gt o p r e d i c tb yt h em e t h o d so f t e m p o r a ld i f f e r e n c e [ J ] ．M a c h i n eL e a r n i n g ，1 9 8 8 3 9 4 4 ． 责任编辑姚志昌 上接第1 8 7 页 [ 3 ] 施继锡，李本超，傅家谟，等．有机包裹体及其与油气 的关系[ J ] ．中国科学 B 辑 ，1 9 8 7 ， 3 3 1 8 3 2 5 ． S h iJX ，L iBC ，F uJM ，e ta 1 ．O r g a n i ci n c l u s i o na n d t h er e l a t i o nw i t ho i l g a s [ J ] ．S c i e n c eC h i n a B 1 9 8 7 ，1 7 3 3 1 8 3 2 5 ． [ 4 ] 麦碧娴，汪本善．泌阳凹陷下第三系流体包裹体特征 及其应用一流体包裹体研究[ J 1 ．地球化学，1 9 9 1 ， 4 3 3 1 - 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