柴页1井中侏罗统页岩气储层的流体包裹体特征研究

尚长健，　邱林飞，　黎　琼，　吴　迪

(核工业北京地质研究院，北京　100029)



柴页1井中侏罗统页岩气储层的流体包裹体特征研究

尚长健，邱林飞，黎琼，吴迪

(核工业北京地质研究院，北京100029)

页岩气地质研究过程中，不可避免的需要提取地质流体信息。流体包裹体是研究地质流体最直接、最可靠的手段之一，却在页岩气地质研究中很少应用，主要是由于泥页岩成岩矿物细小，不易形成流体包裹体。以柴页1井中侏罗统泥页岩中砂岩夹层成岩矿物捕获的流体包裹体为研究对象，利用显微岩相学观察、均一温度测定、激光拉曼光谱分析、古压力恢复等分析测试手段，研究地质流体特征。研究表明，柴页1井中侏罗统存在两期油气充注活动；地质流体温度为72～90 ℃，成分主要是CH4，N2，CO2，压力集中于26.8～37.1 MPa。

流体包裹体；地质流体；页岩气；柴页1井；中侏罗统

尚长健，邱林飞，黎琼，等.2016.柴页1井中侏罗统页岩气储层的流体包裹体特征研究[J].东华理工大学学报：自然科学版，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.

流体包裹体是地质流体在成岩过程中，被包裹在矿物晶格缺陷或穴窝中，至今仍封存在主矿物内，并与主矿物有着明显相界限的那一部分物质。因而流体包裹体保存了大量的地质流体地球化学信息，是研究地质流体特征最直接、最可靠的手段之一(卢焕章等，2004)。利用流体包裹体可以获得地质流体的以下参数：温度、压力、盐度、成分、pH、Eh、稳定同位素组成(δ18O，δD，δ13C，δ15N等)、流体捕获时间(K-Ar、Rb-Sr和Sm-Nd年龄)、岩浆冷却史、流体流动速率以及找矿晕(盐晕、蒸发晕、热晕)等。利用流体包裹体研究地质流体特征，已经取得了丰硕的成果。在矿床地质领域，利用流体包裹体可以确定成矿流体来源(范洪海等，2015)、成矿条件(吴胜华等，2011；周文婷等，2014；卢焕章等，2015)、成矿时间(于介江等，2010)、矿床类型(陈衍景等，2007)等；在石油地质领域，利用流体包裹体可以确定油气充注期次(罗春艳等，2014)、油气运移方向(颜亮亮等，2007)、油气成藏时间(李美俊等，2007；陈玲等，2012)、油气演化程度(陶士振等，2015；吴迪，2015)、油气形成时物化条件(陈红汉等，2002)等。

目前，利用流体包裹体研究页岩气地质流体的报道很少，主要原因是泥页岩的成岩矿物粒度普遍细小，在地质流体活动过程中不易捕获流体形成包裹体。但是，泥页岩内地质流体信息的获取，也是页岩气地质研究中不可回避的问题。因此，泥页岩内发育的石英脉或者方解石脉就成为研究地质流体的首选。高键等(2015)通过研究泥页岩中的石英脉和方解石脉内的高密度甲烷包裹体，确定焦石坝气田的超压特征。对于不发育石英脉或方解石脉的泥页岩，地质流体的地球化学信息如何获取呢？研究发现，页岩气储层中不但存在多种类型的泥页岩，还可见到多层、厚薄不等的粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩或砂岩夹层。那么，在泥页岩地质流体活动过程中，流体亦可包裹于该层系的粉、细砂岩、粉砂质泥岩等夹层中。因此，利用泥页岩中的粉砂岩、细砂岩夹层成岩矿物捕获的流体包裹体，即可分析页岩气储层内地质流体形成温度、盐度、成分及压力特征。

利用上述指导思想，本文以柴页1井侏罗系泥页岩中砂岩夹层内流体包裹体为研究对象，研究地质流体特征，对泥页岩内的地质流体进行探索研究，以期获得良好的效果。

1　井位及样品情况

柴页1井是针对我国西北陆相侏罗系实施的第一口页岩气探井，位于青海柴达木盆地北部，所处位置为鱼卡西部与马海尕秀两构造之间的斜坡部位。地面地形为盐碱戈壁及残丘，海拔3 050 m左右。柴页1井从1 900.50～1 909.00 m到2 216.00～2 222.30 m (基底)，均是中侏罗统地层，其他地层未取心。柴页1井中侏罗统发育砂质泥岩、细砂岩、泥岩、碳质页岩、黑色油页岩、碳质页岩夹细砂岩，可见水平层理及镜面现象，此外在2 092 m处发育11 cm厚的煤层。本研究对针对地质流体特征采集的泥页岩中砂岩夹层(图1)进行流体包裹体相关分析测试，测试单位为核工业北京地质研究院分析测试研究所。

图1　柴页1井中侏罗统泥页岩中细砂岩夹层Fig.1　The fine sandstone interlayer of the Middle Jurassic mudstone in well Chaiye-1

2　流体包裹体显微岩相学特征

图2　柴页1井2 030.93m处砂岩微裂缝及粒间空隙发育沥青充填物(单偏光照片)Fig.2　The asphalt in the microcrack and intergranular space in sandstone of 2 030.93m, Well chaiye 1

流体包裹体显微岩相学观测研究表明，柴页1井中侏罗统泥页岩中的薄层砂岩夹层中石英颗粒次生加大现象比较普遍，特征典型。岩中的成岩矿物主要为次生加大石英矿物，局部粒间空隙中可见发育于石英颗粒次生加大期后的方解石胶结物。该砂岩粒间空隙中不含油，无荧光显示。仅在局部砂岩微裂缝及粒间空隙中见深褐色、黑褐色的沥青充填物(图2)。该砂岩大部分石英颗粒发育比较明显的次生加大边，说明油气侵位时间较晚，砂岩成岩作用较强。根据显微观察，岩中主要发育1期次的油气包裹体，油气包裹体发育于砂岩石英颗粒成岩次生加大期后，发育丰度低(GOI为1%±)。包裹体多为沿切穿石英颗粒的微裂隙成线、带状分布，均为呈灰色、深灰色的天然气包裹体或天然气+盐水包裹体(图3)。

结合岩心观察和泥页岩储层砂岩夹层中的包裹体观测表明，柴页1井应存在两期油气充注活动。早期充注油气已演化为粒间孔隙或沿裂缝早期充注的褐色、灰褐色稀油沥青；晚期油气充注发生在砂岩成岩晚期和期后，局部规模较大，粒间孔隙或沿裂缝内晚期充注、现今仍然储存的天然气干气包裹体，也即目前存在的油气包裹体。

图3　柴页1井砂岩夹层石英颗粒内的天然气包裹体Fig.3　The gas inclusions in silica particles, well Chaiye 1A-B 井深2 011.4m处，沿切穿石英颗粒的微裂隙成带状分布分布，呈深灰色的天然气包裹体(单偏光照片)；C 井深2013.11处，切穿石英颗粒的微裂隙成带状分布分布，呈深灰色的天然气包裹体(单偏光照片)；D 井深2 019.78m处，切穿石英颗粒的微裂隙成带状分布分布，呈深灰色的天然气包裹体(单偏光照片)；

3　地质流体温度、成分及压力特征

3.1均一温度

柴页1井中侏罗统砂岩夹层中发育大量包裹体，本次测试了切穿石英颗粒微裂隙成带状分布的含烃盐水包裹体。本次共测得50个均一温度数据，其中1 914 m处岩石样品测得7个数据，温度为81～90 ℃；1 928.59 m处岩石样品测得5个数据，温度为80～89 ℃；1 930.4 m处岩石样品测得12个数据，温度为77～88 ℃；1 985.4 m处岩石样品测得15个数据，温度为72～87 ℃；1 991.4 m处岩石样品测得11个数据，温度为73～86 ℃。

通过分析流体包裹体的均一温度数据，可以看出流体包裹体的均一温度分布范围很小，为72～90 ℃，集中于76～88 ℃之间(图4)，这表明形成流体包裹体的地质流体温度范围很小，进而认为地质流体活动时间较短。

图4　柴页1井中侏罗统流体包裹体均一温度分布图Fig.4　The homogenization temperature histogram of fluid inclusions of the Middle Jurassic mudstone in well Chaiye-1

3.2成分特征

本次研究采用了当前国内外较为先进的显微激光拉曼探针技术对单个流体包裹体成分进行了分析，使用LABHR-VIS LabRAM HR800研究级显微激光拉曼光谱仪进行分析测试。柴页1井中侏罗统砂岩储层石英矿物中的天然气包裹体激光拉曼测试显示，共测试10个流体包裹体，每个包裹体内均测试出CH4，有3个包裹体内测试出N2，有2个包裹体内测出CO2。总体来看，包裹体气体成分为CH4，N2，CO2。由此表明，柴页1井中侏罗统砂岩夹层曾有过天然气的充注，该储层内包裹体气体成分为以CH4气为主的天然气。

图5　柴页1井中侏罗统天然气包裹体激光拉曼光谱图Fig.5　The laser Raman spectrogram of gas inclusions of the Middle Jurassic mudstone in well Chaiye-1

3.3成藏压力特征

激光拉曼光谱技术是获取流体包裹体成分的非破坏性分析方法，同时，该方法还可以准确获取包裹体内压，这对通过流体包裹体方法获取油气储层压力具有重要的意义。国内外大量的试验资料证明(Seitz et al., 1993, 1996; Lin, 2005; Lu et al., 2007)，恒压条件下CH4激光拉曼位移(波数)随着温度的增加而增大，而在增压恒温条件下，CH4激光拉曼位移(波数)随着压力的增加而减小。

本研究针对CH4激光拉曼位移(波数)随着温度、压力而有规律变化的特点，结合前一部分内容的油气成藏温度测试结果，根据室温下测得个别纯CH4包裹体的拉曼数据，获得本实验室激光拉曼光谱仪的n0=2 919.3 cm-1，以及在20～160 ℃温度条件下测得的激光拉曼位移(波数)随温度-压力的拉曼位移(波数)，分别是2 914.8 cm-1，2 915.8 cm-1，2 917.1 cm-1，2917.1 cm-1。根据这些实测数据，在Lu等 (2007)的模板上进行投影，即可求得柴达木盆地北部侏罗系柴页1井的天然气成藏流体压力主要集中在26.8～37.1 MPa(图6)。

图6　柴页1井中侏罗统流体包裹体激光拉曼波数随温度-压力的变化图Fig.6　The T-P relationship with Laser Raman wave Numbers of incluisions of the Middle Jurassic mudstone in well Chaiye-1

5　结论

本文以柴页1井中侏罗统泥页岩中砂岩夹层成岩矿物捕获的流体包裹体为研究对象，通过显微岩相学观察、均一温度测定、激光拉曼光谱分析、古压力恢复等分析测试手段，研究地质流体特征。

(1)柴页1井中侏罗统存在两期油气充注活动，早期为粒间孔隙或沿裂缝早期充注的褐色、灰褐色稀油沥青；晚期为粒间孔隙或沿裂缝内晚期充注、现今仍然储存的天然气干气包裹体。

(2)柴页1井中侏罗统的页岩气储层形成流体包裹体的地质流体温度为72～90 ℃，成分主要是CH4，N2，CO2，以CH4为主，压力集中于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

柴达木盆地富有机质泥页岩层段油气赋存特征研究(12120113040000)

尚长健(1985—)，男，博士，工程师，主要从事地质流体地球化学研究。E-mail：changjian_shang@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2016.02.012

P618.13

A

1674-3504(2016)02-0178-06