流体包裹体在鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩气研究中的应用

张 辉，魏新善，康 锐，刘 燕

(1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018)

流体包裹体在鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩气研究中的应用

张 辉1,2，魏新善1,2，康 锐1,2，刘 燕1,2

(1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018)

包裹体技术在石油地质领域主要应用于确定古地温、成岩阶段、成藏期次和时间。本文总结了鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩气藏中流体包裹体在储层成岩阶段、成岩时间、成岩环境、天然气运移、天然气充注时间及期次、天然气成藏时间及期次和气藏后期改造等地质方面的应用，指出目前流体包裹体均一温度的应用中存在着一些问题，例如测温数据的有效性、包裹体形成后的变化、成藏期与充注期判试等。

流体包裹体；成岩作用；成藏；鄂尔多斯盆地；致密砂岩

流体包裹体的研究最早可追溯到19世纪中叶。1858年英国科学家Sorby[1]首次提出了流体包裹体均一法测温的基本原理，从而奠定了包裹体均一法测温的理论基础。1957年Marray在自形石英中发现了较大的油气包裹体[2]。20世纪70年代末到80年代初，随着石油地球化学的发展，流体包裹体被广泛应用于沉积盆地热演化历史、成岩作用、油气成藏时间和期次等石油地质领域[3-9]。

鄂尔多斯盆地上古生界气藏多为低孔渗、低压力、低产量、低丰度的大面积岩性气藏，储层主要为河流-三角洲沉积体系，特别是在盆地中北部平缓构造背景下，发源于北部物源区的近南北向展布的河流砂体叠合连片分布，储层砂体物性差，非均质性强，天然气运移和聚集机理复杂。正是由于上古生界气藏特有的地质特征，使地质学家在储层成岩阶段、成岩时间、成岩环境、天然气运移、天然气充注时间及期次、天然气成藏时间及期次和气藏后期改造等地质方面开展了大量研究工作[9-20]。

1 流体包裹体研究致密砂岩储层成岩演化

储层成岩包裹体分析可建立成岩阶段的流体包裹体特征，确定成岩流体来源、成岩作用时期、成岩过程、成岩阶段、成岩环境等。

1.1 流体包裹体划分致密砂岩储层成岩演化阶段

砂岩胶结物中盐水包裹体的均一温度分析可确定胶结物及其储层的成岩阶段。胡宗全[10]对鄂尔多斯盆地南部上古生界山西组-下石盒子组砂岩储层方解石胶结物中的包裹体开展测温等分析，证实方解石主要形成于压实作用、泥质和硅质胶结之后的成岩晚期。刘小洪[16]根据鄂尔多斯盆地上古生界盒8、山1段储层石英加大边和自生石英胶结物中包裹体均一温度特征，结合黏土矿物组合、伊/蒙混层中氧化物成分及含量、热演化程度等分析，确定盒8、山1段储层处于晚成岩阶段B-C期。罗静兰等[21]研究鄂尔多斯盆地北部上古生界盒8段钙质胶结砂岩成岩演化序列，认为碳酸盐胶结物可分为早期基底式与晚期孔隙式胶结两种类型，通过成岩-烃类充注演化研究以及砂岩中方解石胶结物中流体包裹体均一温度测定分析，明确了碳酸盐胶结物主要形成于中成岩阶段A期。

1.2 流体包裹体研究致密砂岩储层成岩环境

盐水包裹体与成岩环境关系密切，能够有效地应用于成岩环境解释。盐水包裹体初熔温度和冰点温度是确定包裹体含盐体系成分的重要参数，初熔点可用来判断盐水体系[22]，冰点温度能够提供不同时期成岩流体水化学演化的盐度信息。曹青等[14]对鄂尔多斯盆地东南部延安地区盒8段、山西组储层流体包裹体进行初熔温度和冰点温度测试，发现盐水包裹体的初熔温度均在-20.8℃以上，表示其中溶液的主要成分是NaCl体系的；冰点温度主要介于-6～-2℃；计算得出的盐度分布主要范围为2.24 wt%～8.55 wt%，显示流体包裹体属于中等盐度。刘小洪等[16]对乌审召地区盒8、山1 段储层盐水包裹体进行冰点测试，初熔温度均在-20.8℃以上，冰点温度主要分布在-20～-12℃和-10～10℃ 两个区间范围内，计算得出盒8、山1 段储层流体包裹体盐度为0.18 wt%～21.75 wt%，表明流体包裹体形成于微咸水-咸水环境。

2 流体包裹体研究致密砂岩气藏成藏

流体包裹体中烃类包裹体是油气生成、运移和聚集的直接标志，可以用来确定油气运移的相态、时期、期次、方式、深度等。

2.1 流体包裹体确定致密砂岩气藏成藏期次、成藏时间

烃类包裹体均一温度可以近似地认为是油气充注时地层的温度，通过刻画均一温度直方图分布特征，可以确定油气运移充注期次、成藏特征，结合埋藏史与热演化史分析推测油气成藏时限。董会等[13]研究认为苏里格西部地区山1段天然气开始运移进入储层的时间大约为中晚侏罗世，天然气规模成藏时间约为早白垩世晚期。曹青等[14-15]分别对鄂尔多斯盆地东南部和西南部上古生界盒8 段、山西组天然气充注特征进行研究，认为上古生界天然气运移富集成藏是一个相对漫长且连续的过程，以早白垩世为主要充注期。李艳霞等[23]通过与烃类共生的盐水包裹体均一温度分析，结合埋藏史与热演化史分析，确定出鄂尔多斯盆地东部二叠系太原组、山西组、石盒子组、石千峰组气藏的有效成藏期。

2.2 流体包裹体确定致密砂岩气藏流体压力及运移方向

包裹体的捕获压力代表着油气藏形成时的压力，结合包裹体成分、捕获温度、盐度等参数的变化特征、盆地的地史和地热史，可确定油气的运移方向。传统方法是通过测定(或计算)包裹体的均一温度、冰点温度、密度、盐度等参数，确定包裹体的相体系；然后根据不同相体系的温度、压力的变化特征，利用图表法或经验公式法求取包裹体的捕获压力。近年来国内外学者利用烃类包裹体的相态计算( PVTx) 来计算古流体的形成压力。米敬奎等[11]在对鄂尔多斯盆地上古生界砂岩储层中的次生流体包裹体捕获温度、捕获压力、包裹体成分进行了模拟计算的基础上，结合包裹体盐度分析、盆地构造史和地热史分析结果，得出鄂尔多斯盆地上古生界气藏天然气由南向北运移。米敬奎等[24]在对鄂尔多斯盆地上古生界储层砂岩中次生盐水包裹体进行测定分析的基础上，利用PVTsim软件开展捕获压力模拟计算，获得包裹体的最小捕获压力为16～21 MPa，并呈从南向北逐渐减小的趋势。米敬奎等[25]在利用共聚焦显微镜和PVTsim 软件对鄂尔多斯盆地上古生界储层山西组砂岩中次生包裹体进行模拟计算的基础上，分别建立液态烃包裹体和同期的盐水包裹体的二元一次等容线方程，联合求得包裹体的捕获压力。廖玲玲[26]结合包裹体PVTx相态模拟和PetroMod盆地模拟反演求得鄂尔多斯盆地上古生界古流体压力。

2.3 流体包裹体评价致密砂岩气藏成因及后期改造

烃类流体包裹体成分代表了古代烃类流体进入到储层时的成分和性质，由于包裹体是一个封闭体系，不受成藏后期各种作用的影响，因此其所包含的地球化学信息能更准确地反映油气的成藏特征，通过对比烃类包裹体中气体以及现今气藏中天然气的组分及碳同位素的特征，可以评价天然气藏后期改造。宫色等[27]和米敬奎等[28]采用离线压碎-色谱、同位素质谱分析方法，分析鄂尔多斯盆地上古生界石盒子组和山西组包裹体中气体的组分及碳同位素组成，通过对比包裹体气体及现今天然气藏中气体的组分及碳同位素，认为包裹体中的气体为明显的煤成气特征，上古生界气藏在成藏后未发生重大的次生变化。李荣西等[29]采用热爆法打开包裹体，结合色谱、同位素质谱分析方法，分析鄂尔多斯盆地米脂气田断裂带方解石脉包裹体中气体的组分及碳氢同位素组成，结合含天然气包裹体的方解石脉热释光年龄分析，认为米脂气藏气为煤成气，晚期喜马拉雅构造活动对米脂气藏天然气成藏具有破坏作用，天然气沿断裂发生逸散。

3 存在问题

随着包裹体研究的深入，人们发现流体包裹体均一温度的应用中存在着一些问题，例如测温数据的有效性、包裹体形成后的变化、成藏期与充注期判试等。在包裹体均一温度的应用中如果不注意这些，往往引起错误解释。

3.1 FIA 测温数据的有效性检验

20世纪90年代之前，流体包裹体研究基本上是把包裹体分成原生和次生两类，再对各类包裹体的测温数据进行统计，每个包裹体就是一个数据点，数据以直方图方式表达。这种数据处理方式造成数据有效性难以检验，数据的代表性可能偏向某些测数多的包裹体群体。经常可以看到一些流体包裹体均一温度差别悬殊的论文报导。可喜的是，地质学家提出了流体包裹体组合(FIA)分析方法，该方法是建立在岩相学关系上的，代表了一个在时间上分得最细的包裹体封存事件，不仅可以用来检验测温数据是否有效，还可避免数据的人为偏向。

3.2 包裹体形成后的变化

包裹体测温的前提是包裹体所捕获的是均匀流体，而且捕获后为封闭体系， 具有等容特征。流体包裹体在储层及成岩作用等的研究中，当寄主矿物受到较高温度压力的影响时，使流体包裹体发生脆性或塑性变形，引起包裹体组分的迁移或容积的变化，均一温度可能会再平衡而引起改变，这一现象在盐类、碳酸盐矿物上表现得较为明显[30-32]，对石英等不易变形矿物中的流体包裹体的影响较小[33]。另外，均一温度再平衡还与包裹体的大小和形状有关[33-34]，包裹体越大越易发生再平衡，并具有较高的均一温度；形状越不规则，均一温度再平衡越易发生，均一温度变化较大。因此在测定均一温度时，选择石英等不易变形矿物中个体较小、形态规则的流体包裹体为佳。值得注意的是，部分流体包裹体形成以后，经较高温度地质过程后虽保持封闭体系，但包裹体中的烃类发生不可逆热裂解反应，引起体系的相组分及容积不可回复的改变，这类包裹体均一温度的地质意义需慎重应用。

3.3 成藏期与充注期内涵

成藏期是指油气运聚成藏的一个时间段，一个油气藏往往由多次充注而形成，在时间上充注期是整个成藏期的一部分。不能把均一温度直方柱的高低差异直观地解释为不同的成藏期，不能因为均一温度的分布有两个峰值，就认为主要有两期油气充注、两期成藏，也不能依据包裹体中烃类组分的成熟度和相态来划分成藏期[35]。正是由于成藏期与充注期概念混同，导致鄂尔多斯盆地上古生界天然气成藏期次存在较大差异，目前主要有3 种认识，即1期[14-15,19,36-37]，2期[17,20,23,38-39]，3期及以上[12,19,40-44]。

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TheApplicationofFluidInclusionstoTightSandstoneReservoirsofUpperPaleozoicinOrdosBasin

Zhang Hui1,2, Wei Xinshan1,2, Kang Rui1,2, Liu Yan1,2

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,PetroChinaChangqingOilfield,Xi＇an,Shaanxi710018,China; 2.NationalEngineeringLaboratoryforExplorationandDevelopmentofLow-PermeabilityOil&GasFields,Xi＇an,Shaanxi710018,China)

The fluid inclusion techniques in the field of petroleum geology are mainly used to determine paleogeotemperature, diagenetic stage, accumulation period and time. This paper summarized the research advances and application of fluid inclusion in the aspects of determining diagenetic stage, diagenetic time, diagenetic environment, natural gas migration, natural gas filling time, natural gas accumulation time in tight sandstone reservoirs of the upper paleozoic in the Ordos basin. It was pointed out that there were some problems in the application of homogenization temperature of fluid inclusions, such as the validity of temperature measured data, the change after the formation of the inclusions, the judgment of the reservoir and the filling period.

fluid inclusion; diagenesis; reservoir formation; Ordos basin; tight sandstone

国家科技重大专项“鄂尔多斯盆地大型低渗透岩性地层油气藏开发示范工程”(2016ZX05050)资助。

张辉(1976—)，男，高级工程师，主要从事油气地质综合研究工作。邮箱:zhanghui01_cq@petrochina.com.cn.

TE122

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