包裹体在石油地质学中的应用

油气测试分析报告
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指导教师：***
中国地质大学（北京）
2011年12月25日
流体包裹体在石油地质中的应用
摘要：流体包裹体研究是油气形成和成藏定量化研究的重要手段。

本文总结了油气藏中流体包裹体的地质意义及其在石油、天然气研究中的应用,本文将从从岩相学、成岩作用和流体地质学的角度出发，阐述了沉积岩包裹体发育分布的时空规律和流体组成的特殊性。

流体包裹体研究是油气形成和成藏定量化研究的重要手段。

关键词：关键词：流体包裹体油气成藏示踪油气地质学
1 包裹体的基本概念
包裹体是成岩矿物结晶时所捕获的部分成矿流体。

流体包裹体的成分、相态、丰度、均一温度及盐度等地化指数, 能够反映不同成矿阶段的地球物理化学条件。

作为一种新手段, 流体包裹体研究早已在金属和非金属矿产的普查勘探中得到广泛应用, 在矿产的成矿作用、成矿物理化学条件及矿床成因模式的研究中, 以及指导找矿勘探方面发挥了重要的作用。

一个多世纪以来的油气勘探实践证明,石油和天然气资源主要赋存于沉积岩十分发育的含油气盆地中。

油气的生成、演化、运移和聚集, 油气的圈闭和保存与地质历史中沉积物的成岩演化和地壳的构造变动史有着极为密切的关系。

这些石油地质问题一直是油气勘探中的重要课题。

一些具有远见流体是一个在应力作用下发生流动, 并且与周围介质处于相对平衡状态下的物体。

矿物中流体包裹体是成岩成矿流体（含气液的流体或硅酸盐熔融体）在矿物结晶生长过程中, 被包裹在矿物晶格缺陷或穴窝中的至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着相的界限
的那一部分物质。

根据成因 , 包裹体可分为原生、假次生和次生等。

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。

目前 , 流体包裹体的分析已广泛应用于矿床学、构造地质学、壳幔演化、地壳尺度上的流体迁移石油勘探以及岩浆岩系统的演化过程等地学领域。

流体包裹体研究的基本任务之一 , 即是尽可能地提供准确详细的有关古流体组成的物理化学信息 , 以便于建立古流体作用过程的地球化学模型。

2 形成机制
一般认为油气运移充注过程只要发生成岩作用就会形成油气包裹体。

悬浮油滴分布在盐水溶液中，矿物结晶生长时，捕获盐水溶液形成盐水溶液包裹体，捕获油滴形成含全烃的油气包裹体；二者一起捕获就形成既含油气又含盐水溶液的包裹体已深入探讨过碎屑岩储层中油气包裹体的形成机制欧光习将其归纳为跨越障碍物式捕获酸溶式捕获和微裂隙式捕获机制。

此外，石油的侵位与成岩作用关系尚有争议，后者与储层质量密切相关。

有人依据石英胶结物中存在油气包裹体及其均一温度同现今储层温度相近，以及油、水饱和带之间孔隙度的相似，认为石油侵位不会终止成岩作用。

有人根据一些含油砂岩或碳酸盐岩储层孔隙度的显著差异，认为石油充满储层会抑制成岩作用。

最近的实验表明只要达到一定的温压条件，即使在石油饱和度很高的环境下也会发生石英的胶结和捕获包裹体。

这些成果为利用油气包裹体及其共生的盐水溶液包裹体，探讨油气的形成运移聚集与后期变化奠定了基础。

3 流体包裹体的分布特征
油气勘探应用研究的流体包裹体主要分布在碎屑岩和碳酸盐岩中的石英和长石假晶、石英和长石次生加大边、碳酸盐胶结物,硬石膏和亮晶白云石中。

在碎屑岩中以石英、长石次生加大边及碳酸盐胶结物中的流体包体最为常见在碳酸盐中主要出现在颗粒间的方解石和白云石胶结物中, 在裂缝中重结晶的方解石和白云石中也很常见。

含油气盆地中原生流体包体主要为水流液包体和烃类包体, 而且通常为两相气液相包体。

在加拿大艾伯塔深部盆地曾发现四种包体类型单相液相水溶液包体含甲烷的单相气相或液相包体单相气相烃类包体两相气液相烃类包体。

在这些流体包体水溶液包体通常小于烃类包体。

4 研究方法
流体包裹体研究是地质流体研究的一个重要组成部分。

自 20 世纪 70 年代以来,流体包裹体研究有重大进展,尤其在单个流体包裹体成分分析方面。

随着激光拉曼显微探针(LRM)、扫描质子微探针( PIXE)、同步加速 X—射线荧光分析(SXRF)及一些质谱测定法的应用与发展,我们巳经能够较精确的测定单个流体包裹体成分,并且己有可能对流体包裹体中最重要的参数一重金属元素进行较精确的测定。

相对而言,流体包裹体镜下观察和均一温度的研究手段较为单一,主要为测温分析与扫描电子显微镜等方法,而成分分析研究方法则多样化。

成分测试主要向微区方向发展,可分为显微测温(对包裹体盐度的测试)及包裹体成分的仪器分析,仪器分析又可分为三类,即非破坏性单个包裹体的成分分析(如红外光谱法),破坏性单个包裹体成分分析(如激光等离子光谱
质谱法)和破坏性群体包裹体的成分分析(如色谱—质谱法)。

20 世纪70 年代以来 ,群体包裹体的成分分析逐渐被淘汰,一般采用单个包裹体进行测试,分析手段包括电子探针显微分析 (EPMA)、中子诱导 X 射线发射分析(PIXE)、同步加速 X 射线荧光分析(SXRF)等和气体成分的四极质谱分析(QMS) ;包裹体有机成分分析包括显微红外光谱(FT —I R)、紫外荧光显微分析和群体包裹体破坏性的色谱分析(GC)和色谱—质谱分析。

另外,还可以通过拉曼光谱对单个包裹体进行挥发组分和固体组分的分析。

总而言之,因群体流体包裹体分析需用样品较多,难于分离提纯,并很难排除次生流体包裹体或异常流体包裹体的影响,所以对单个流体包裹体进行精确的成分测定是当代成分分析的主要发展方向。

5 应用
包裹体形成后由于没有外来物质的加入和自身物质的流出，具有可靠的原生性，在油气成藏研究中有着重要的作用。

通过岩相学鉴定、荧光特征、显微测温与成分分析，可以重建油气成藏史，探讨油气运移、聚集成藏规律。

划分油气运移充注（成藏）
5．1 划分油气运移充注（成藏）期次
利用油气包裹体研究油气充注史已被证明是一种行之有效的方法，其期次划分是确定油气成藏期次的关键，方法主要是根据油气包裹体的产状、颜色、荧光，均一温度分布与成岩序列等。

阿联酋油井中E 下白垩统碳酸盐岩中发现了两类油气包裹体一类沿方解石晶体裂隙分布，显示黄E白色荧光，另一类呈孤立状分布，显示暗蓝色荧光，由
此推断研究区有过两期油气充注事件，并结合构造成岩史限定了其大致的时间等。

根据西部地区Y,砂岩中烃类包裹体的颜色、荧光和大小，将其分为两期，为研究区两期油气充注模式提供了有力证据。

李荣西、王建宝等也利用油气包裹体研究了渤中坳陷和轮南低凸起的油气成藏史，明确了包裹体的世代和油气运移期次。

最近有学者$B;%采用油气包裹体气相组分中的A^B含量、总烃含量值作为划分油气运移期次的标志。

但是应该注意，包裹体期次并非等同于生烃成藏期次"尤其是像塔里木盆地这样具多期构造运动、多套油源层、多期生烃排烃、多期成藏、多次运移再分配的五多+复杂盆地，不能见到几期包裹体就认为有几期油气充注，必须结合成岩史、生烃史和构造史进行综合分析，应该明确"成岩自生矿物才是确包裹体序次的根本依据。

5．2确定油气藏的形成时间
传统方法多从烃源岩生排烃与圈闭形成期的时空匹配关系论证油气藏的形成时间$B8%!但这些方法所确定的时间都是相对的"定量研究油气运移&聚集时间一直受到学者们的关注! 目前流体包裹体广泛应用于古地温和油气成藏史的研究"成为定量确定油气成藏时间的一种有效方法!该方法首先通过测定与油气包裹体共生的度推算其形成深度H= 100（Th-To）/PGT 式中,H为包裹体形成深度,Th为样品盐水溶液包裹体的均一温度,To为古地表温度,PGT为古地温梯度结合储层埋藏史和热史分析，即可确定不同期次油气注入的时间等。

利用储集岩自生碳酸盐相中具荧光效应的石油包裹体及其产状，结合埋藏史确定了阿曼和阿联酋白垩系灰岩中的油气运移时间等。

利用自生矿物中包裹体的烃类
分子特征，结合详细的成岩作用研究及流体包裹体显微测温数据确定了油田石油到达储层的时间。

肖贤明等应用储层中流体包裹体均一温度等信息，结合盆地古地温演变与沉积构造史，推算出鄂尔多斯晚古生代深盆气藏的成藏时间。

唐俊红等利用与油气包裹体共生的同期盐水溶液包裹体的均一温度，结合埋藏史推算了川西南气区三次油气的运移、聚集时间。

这种方法的前提是盐水溶液包裹体的均一温度近似等于捕获温度，且古地温和埋藏史资料一定可靠。

但一般盐水溶液包裹体的均一温度只代表最小捕获温度，比真实捕获温度低!只有盐水溶液包裹体达到气体饱和时均一温度才等于捕获温度。

因此要注意这一方法计算的油气成藏年代的偏差。

油气运移、
5. 3 油气运移、充填及成藏过程研究
油气运移发生在生油期后的构造运动时期, 油气运移时间的确定是油气地质研究的核心内容之一, 不同世代储层矿物中流体包裹体的特征可用于确定油气运移、充填、成藏及构造运动的研究。

根据包裹体成分和有机组分含量的差别判断油气运移的期次, 如包裹体成分和有机组分含量的巨大差别说明有不同来源的有机流体多期运移; 通过成岩序列研究推算有机包裹体和盐水包裹体形成时间, 结合盆地地层的时间2温度埋藏史曲线确定烃类运移时间(郑荣才, 1997; Stasiuk et al. , 1997; 郑有业等,1998)。

覃建雄(1993) 利用鄂尔多斯盆地东部奥陶系含油气包裹体的方解石脉、石膏脉、重晶石脉、硬石膏脉及铁白云石脉的分布特征确定油气运移的通道。

柳益群等(1997) 通过流体包裹体研究认为鄂尔多斯盆地东部上三叠统进入有机质成熟阶段, 开始生烃和运
聚过程, 油的生成和运移温度为112～122℃。

刘德汉(1995) 在塔里木盆地近奥陶系上部不整合面附近碳酸盐岩缝合线上下的方解石和萤石中发现有亮黄色、蓝绿色、棕黄色三种不同荧光性质的有机包裹体共生, 推断有三期含烃流体供油现象。

储层有机包裹体研究是确定油气运移充填期次的有效方法, 把储层中不同期次自生矿物中有机包裹体的组成与圈闭中已经聚集成藏的油气地球化学特征进行对比研究, 可以全面地了解圈闭中油气的充填过程(N edkvinte et al. , 1993; Parnell et al. ,1998; Isaken et al. , 1998)。

如Shetland 西部侏罗纪砂岩(Parnell et al. , 1998) 及塔里木盆地轮南地区(周凤英等, 2001) 的烃类包裹体和气体包裹体研究表明至少经历两次石油充填, 两次石油的荧光特征明显不同; 而塔里木盆地塔中油气系统存在三期大范围的石油运移和聚集(Xiao et al. , 1996)。

Karlsen等(1993) 分析了北海U la 油田砂岩中钾长石、石英、斜长石等矿物中有机包裹体的成分, 石英和斜长石中有机包裹体中烃类色质分析显示早期成熟度低的石油和现开发的成熟度高的原油混合, 显示了多期有机质的混合特征。

油气藏形成期分析是油气勘探评价的重要内容。

我国许多含油气盆地具有多期油气生成、多期油气成藏同时又遭受多期破坏的特点, 准确认识现存油气藏的形成时间对于油气勘探和部署意义重大。

储层油气包裹体(特别是有机包裹体) 研究为油气藏成藏期的确定提供了有效手段, 储层自生矿物中的流体包裹体是储层流体活动的原始样品, 是研究储层成岩作用、流体演化及油气侵入过程的直接对象。

利用有机包裹体的成分变化特征和均一温度, 结合埋藏史和沉积相的分析, 根据不同世代矿物中流体包裹体均一温度的分
布特征可用来推断油气成藏的时间, 对比流体包裹体成分分析结果可提供油气藏流体成分的变化(M cN eil et al. , 1998; N edkvinte etal. , 1993; Isaken et al. , 1998)。

N edkvinte 等(1993)和Karlsen 等(1993) 对北海U la 油田流体包裹体研究表明, 钾长石与石英和钠长石具有不同的油源。

钾长石中的有机包裹体成分与现今油藏原油成分差别较大, 而石英和钠长石有机包裹体成分与现今油藏原油成分接近, 其最高均一温度(143℃) 与现今油藏温度也一致, 根据石英和钠长石的成岩作用时间(10M a) 推断,U la 油田成藏时间开始于10M a。

琼东南盆地流体包裹体及精细埋藏史研究表明(Chen etal. , 1997) , 早期油气运移发生于上新世( 518～210M a) , 而油气大量进入储层的第三期含烃热流体活动于210M a 之后。

5.4反映油气的成熟度与来源
油气包裹体的特征和类型反映了矿物与有机质形成时的物理化学条件，有机质性质，丰度及演化程度。

随演化程度的提
高，油气包裹体呈现如下变化规律：单偏光下液态烃的颜色在由浅变深#呈现无色、浅黄色、黄色、黄褐色、褐色、灰色、黑色、淡红色的变化趋势#气态烃为黑色，荧光下液态烃的颜色出现亮黄、浅黄、棕色、褐黄、褐色、暗蓝、蓝灰、暗蓝、乳白色。

气态烃不发荧光类型由液态烃为主，液Z气态烃含固体沥青包裹体与总有机组分的含量比值由小变大，由此可定性确定有机质的热演化程度和油气的形成阶段：含油气盆地往往经历多期构造运动和多期成藏，现今的油气组分可能是
不同期次油气混合的结果，另外油气运移过程地质色层效应，相分离以
及运移路径上的混染等因素的影响也会使其成分发生改变，从而使油
气源追踪复杂化。

油气包裹体作为封存在矿物晶穴或裂隙中的石油微
小样品，可记录每一期油气运移的特征，且这些特征一般不会因后期
的改造而消失，因此可根据不同期次包裹体中烃类的组成和生物标志物分布研究不同期次油气的来源。

涉及的主要方法有油气包裹体成分分析、包裹体成分与产层油和烃源岩的地球化学对比,显示产层油与包裹体中的烃类来源不同。

前者主要源于海陆交互相富泥烃源岩，可能为
中上侏罗统泥岩(后者源于海相烃源岩#氧化环境较弱 #油气包裹体中，三甲基萘和齐墩果烷生物标志物指示了被子植物的输入#说明油气来源
于白垩系或者更新的烃源岩。

张金亮等剖析了盐城凹陷储层油气包裹
体的地球化学特征，指出油气原始母源兼有水生藻类和高等植物#油气主要来源于古生界海相腐泥型源
6 结语
流体包裹体能够应用的研究范围是十分广阔的,内容十分丰富。

同时,流体包裹体研究作为一门学科正处于快速发展的阶段,还存在一些有待解决的问题,而这些问题正是流体包裹体
研究的未来方向和目标,这些流体包裹体研究未来可能的发展方向包括: (1)原生、次生包裹体的准确区分法则。

(2)流体包裹体体积的准确测定或精确求解。

(3)单个多相流体包裹体总体以及各相化学成分的快速准确测定。

(4)单个流体包裹体的 H、O、C 同位素分析。

(5)单个流体包裹体内流体的机械提取技术。

(6)更加系统准确的包裹体定年技术以及单个流体包裹体的定年技术。

(7)建立各种类型岩石中典型流体包
裹体的数据库。

(8)各种不同地质环境下流体包裹体数据的准确性和代表性评估准则。

这些技术或原理、方法有些是正在发展中的,并很有可能在近些年内实现,而有些是比较困难的,需要人们长期的研究以及新技术的支持,但我们相信,随着流体包裹体研究的快速发展,这些问题最终都是可以被解决的。

同时,将流体包裹体方法与其它地学领域以及其它学科、技术相结合也是我们今后研究的主要目标之一。

参考文献
【1】陈荣林, 李宪翔. 1991. 川北侏罗系大安寨段介屑灰岩成岩作用与流体包裹体研究.
石油实验地质, 13 (2) : 158～162.
【2】郭宏莉, 王大锐. 1991. 东濮凹陷盐岩成因和烃类生成运移的包裹体证据. 科学通报, 36 (11) : 848～850.
【3】卢焕章, 李秉伦, 沈昆. 1990. 包裹体地球化学. 北京: 地质出版
【4】百度百科。