準噶爾盆地車排子凸起中生界油氣包裹體定量分析及應用探討
2016-09-13 02:39:02徐亞楠冀冬生唐建華李康中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院地物所新疆烏魯木齊83003貴州天然氣能源投資集團貴州貴陽55008
新疆地質 2016年3期
徐亞楠，冀冬生，唐建華，李康(.中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院地物所，新疆烏魯木齊 83003; .貴州天然氣能源投資集團，貴州 貴陽 55008)
準噶爾盆地車排子凸起中生界油氣包裹體定量分析及應用探討
徐亞楠1，冀冬生1，唐建華1，李康2
(1.中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院地物所，新疆烏魯木齊 830013; 2.貴州天然氣能源投資集團，貴州 貴陽 550081)
準噶爾盆地車排子凸起中生界砂巖儲層中發育油氣包裹體，在前人油源對比及成藏演化等研究基礎上對油氣包裹體特征鏡下觀察，采用數學統計學方法定量分析白堊系、侏羅系油氣包裹體特點，對油氣運移與成藏過程作初步探討。研究表明：該地區中生界存在多源、多期充注特點，并首次厘定研究區水層GOI介于2.8%~4%，對該區油氣水判識有指導意義。
準噶爾盆地；車排子凸起；油氣包裹體豐度(GOI)；油氣水判識
儲層油氣包裹體的GOI是指含油包裹體的礦物顆粒數目占總礦物顆粒數目的比例[1]。通過對澳大利亞和東南亞許多油田的油氣包裹體分析總結，認為油氣包裹體GOI數據能很好的識別油層、油氣通道和水層，并提出GOI的值大于5%為油層，1%~ 5%為運移通道，小于1%為水層。王飛宇，姜振學等把這一原理應用到油氣勘探中，用于識別古油藏、油水界面、運移通道等，取得了一定效果，并在GOI理論和應用方面提出了許多新的理論和觀點[1-6]，如國內盆地儲層油氣包裹體GOI指數的變化與Eadington等建議的油、運移通道和水層的判別標準相似[4]。但也有例外,即約10%的油層樣品GOI數據較低(小于5%)。分析認為，其原因可能是沿斷層的快速或晚期成藏，反映了儲層含油氣飽和度的突然增高；或淺層(小于2 000 m)油氣聚集成藏時成巖作用不強，膠結物不發育。
研究區位于準噶爾盆地西部隆起南端，鄰近扎伊爾山，向西北方向抬升，往南向四棵樹凹陷傾伏，東以紅車斷裂帶與沙灣凹陷-中拐凸起相接，該區中生界中砂巖儲層油氣包裹體發育。王緒龍、張義杰、曹劍等對該區的包裹體研究表明，準噶爾盆地西北緣地區的油氣主要源于區內瑪湖生烴凹陷的下二疊統風城組和中二疊統下烏爾禾組，部分源于下二疊統佳木河組[7]。原油(儲層油砂抽提物)中三環萜烷(C20，C21，C23)的分布是反映母質來源的一個良好指標：下降型(C20>C21=C23)、較大斜率上升型(C20
目前仍存在兩個問題:①車排子凸起中生界油氣成藏期次有待進一步驗證；②油氣GOI的準確范圍尚未厘定以及油氣包裹體受控于哪些因素，是否具有某種變化規律。本文針對上述兩個問題對油氣包裹體進行研究，系統觀測油氣包裹體鏡下特征并對其做進一步定量描述，對車排子凸起中生界砂巖儲層的油氣運移與成藏過程進行初步探討。
本次研究在車排子凸起共采集49口井的巖石樣品(149塊薄片)(圖1)。層位涉及侏羅系、白堊系等。通過現場巖心樣品采集后磨片，在熒光顯微鏡下進行觀察統計。前人的方法是在每塊薄片中隨機選取100個視域，統計計算每個視域中油氣包裹體顆粒在總顆粒中的比值。為提高統計的準確性，本次研究嘗試新的觀測方法，由于研究區樣品有礫巖、砂巖、粉砂巖等，首先應在合適的物鏡下對薄片粒徑進行初步了解，統計能代表薄片平均顆粒粒徑大小的100個視域中平均顆粒數目。統計油氣包裹體時，上下左右移動物鏡，使薄片的每個顆粒均能被觀察到，反復交替使用透射光和熒光，較準確地辨認油氣包裹體。統計每個視域里油氣包裹體的數目和覆蓋整個薄片的視域數目，所得油氣包裹體GOI最能接近實際值，計算公式如下：
圖1 準噶爾盆地車排子凸起烴類包裹體GOI樣品井位分布圖Fig.1 Well distribution of GOI samples from hydrocarbon inclusion of Chepaizi uplift in Junggar basin
GOI(%)=含油包裹體礦物顆粒數目×100%/總礦物顆粒數目
1 包裹體定性觀察與定量表征
1.1包裹體定性觀察
在不同期次油氣運移中，會形成具不同成分特征及熱演化程度的包裹體，而有機包裹體的熒光色反映了內部可溶有機質組分和含量，因此，包裹體的熒光色在一定程度上可代表充注油氣的性質[8]。
顯微鏡下觀察發現，研究區油氣包裹體主要存在于石英和長石等顆粒的加大邊或愈合裂縫及膠結物中(圖2，3)。圖2-a是車2井油氣包裹體薄片觀察結果。透射光下包裹體無固定外形，見長石顆粒裂縫；熒光顯微鏡下可觀察到大量油氣包裹體分布于長石顆粒中，線狀分布于長石裂縫中的為藍色，雜亂分布的為黃色，說明其內可溶有機質組分不同。圖2-b為石英顆粒內部的油氣包裹體觀察結果。透射光下見石英顆粒表面光滑，無次生蝕變產物和裂縫，包裹體外形好，見氣液兩相共存，雜亂或孤立分布于顆粒表面和次生加大邊中，在熒光顯微鏡下，見大量發藍色熒光的油氣包裹體，顆粒大小不等，最大直徑10 μm。
圖2 準噶爾盆地車排子凸起車2井烴類包裹體特征Fig.2 Characterisitics of hydrocarbon inclusion from well Che 2 of Chepaizi uplift,Junggar basin
圖3-a是車56井侏羅系齊古組不等粒砂巖，在透射光下，長石見愈合的裂紋，顆粒表面見線狀排列包裹體，見氣液兩相且外形較好；在熒光顯微鏡下，油氣包裹體呈淺黃色。圖3-b是車淺6井白堊系吐谷魯群灰綠色砂質泥巖，在透射光下，長石顆粒可見多條裂紋，其間分布直徑不等的包裹體；在熒光顯微鏡下，裂縫中的包裹體為藍色，呈線狀分布。
曹劍等采用顯微傅立葉變換紅外光譜技術測定油氣包裹體中有機質的組成[8]。作為從紅外光譜中識別出的典型有機基團，甲基(CH3)和次甲基(CH2)紅外吸收區域峰值比(2 930 cm-1/2 860 cm-1)可反映油氣充注性質(油源和/或成熟度)的變化。對研究區典型儲層有機包裹體紅外吸收峰2 930 cm-1/ 2 860 cm-1(CH3/CH2)比值的統計分析表明，包裹體中至少記錄了兩期不同性質的含油氣流體充注。
此次通過對油氣包裹體定性觀察分析表明：準噶爾盆地車排子凸起的油氣包裹體熒光顯示為黃色和淡黃色及藍色，說明具不同組分和含量可溶有機質的包裹體存在。
1.2包裹體定量表征
本次研究選取49口井的149塊薄片，其中在侏羅系15口井32塊薄片中觀察到了油氣包裹體，在白堊系11口井16塊薄片中有油氣包裹體顯示。統計結果顯示，本區侏羅系和白堊系油氣包裹體GOI最大值13%，最小值0.001%，平均2.63%，其中，GOI值在0%~1%之間的有16個樣品，1%~5%之間的有17個樣品，大于5%的有9個樣品。王飛宇等曾統計國內一些油氣田中1 124個樣品的GOI數據，結果表明：油層絕大多數GOI數據大于5%，且很多油藏中GOI數據超過10%，而水層GOI均低于5%、并低于1%的不多[5,6]。本次實驗測得的數據相對前人統計結果普遍偏低，GOI多小于5%，推測與油氣包裹體的形成條件有關。
本次采用鹽水包裹體均一化溫度及油氣包裹體的溫度確定油氣成藏期次。在車排子凸起中生界(K1q，J1b)中，存在5個時期的鹽水包裹體和2個時期油氣包裹體(表1)。其中，油氣包裹體的第一期、第二期與鹽水包裹體第一期、第二期存在相關性，其他時期由于鹽水包裹體均一化溫度高，相應的油氣包裹體不存在，原因或為其他鹽水包裹體與頻繁活動的深部熱液有關。第一期油氣包裹體均一化溫度為52.9°C~73.4°C，第一期鹽水包裹體均一化溫度為71.7°C~90.9°C；第二期油氣包裹體均一化溫度為82.1°C~89.3°C，第二期鹽水包裹體均一化溫度為91.7°C~105.7°C，說明侏羅系、白堊系油氣充注時流體類型和環境存在差異，為不同期次流體充注。
圖3 準噶爾盆地車排子凸起車56井、車淺6井烴類包裹體特征Fig.3 Characteristics of hydrocarbon inclusion from Well Che 56 and Well Cheqian 6 in Chepaizi uplift,Junggar basin
通過測定包裹體均一化溫度，結合區帶埋藏史和地溫熱演化史，可確定油氣充注期次和充注時間。因為包裹體均一化溫度與當時地層溫度相近，本次研究對均一化溫度進行統計，采用整個工區48塊樣品進行綜合分析，將油氣包裹體均一化溫度投影到相應的埋藏史圖和地溫熱演化史圖上(圖4)，油氣充注期次和時間就得以確定。以沙門011井為例，該井存在兩期油氣充注，分別為76.5°C~87.9°C峰溫對應的第一期油氣成藏期、87.1°C~98.8°C峰溫對應的第二期油氣成藏期。另外，中生代油的鏡質體反射率Ro為0.6%~0.8%，油大多為低成熟的。綜上可推斷出第一期油長期以來大規模充注，而第二期油氣充注時間相對較短，規模也較小。
表1 準噶爾盆地車排子凸起均一化溫度數據表Table 1 Homogenization temperature of fluid inclusion from Chepaizi uplift,Junggar basin
圖4 準噶爾盆地車排子凸起沙門011井埋藏史及熱演化史圖Fig.4 Buried history and thermal evolution history of Well Shamen 011 in Chepaizi uplift,Junggar basin
油氣包裹體的鏡下熒光色觀察結果、油氣及鹽水包裹體均一化溫度測試結果與埋藏史、地溫熱演化史相吻合，結合前人對該區油氣包裹體特征描述進一步驗證了油源存在多源、多期充注的特點。
2 油氣包裹體影響因素
油氣包裹體是儲層含油氣與巖石相互作用的結果，因此，油氣包裹體的GOI組成必然受控于油氣充注和巖石特征的影響，兩種因素同時影響或其中一種因素占主導作用。油氣在巖石的運移和聚集總是遵循由高勢到低勢，優先通過大孔隙喉道。若石油柱壓力足夠高，油源較充足，則會克服毛細管阻力，使油氣流入更小的孔隙喉道中，油氣包裹體較發育。巖石特征是決定巖石孔隙空間大小的重要特征，基于本次試驗結果，統計油氣包裹體GOI與巖石結構特征之間的關系(圖5-a)，樣品的GOI數據與巖性之間無較好相關性，說明巖石物理性質并非決定GOI組成的主要因素。統計GOI數據與測井解釋之間的關系(圖5-b)，顯示GOI數據的變化和測井解釋之間呈良好相關性，從油層、油水同層、水層、干層、致密層，其GOI數據最高值依次降低，說明GOI數據與含油氣的充注強度有密切關系，且從水層GOI介于2.8%~4%來看，GOI為2.8%~4%是判斷本區油氣性質的重要參考標準。
巖石成巖作用是影響油氣包裹體GOI大小的重要因素之一，地層埋深也決定了成巖作用(圖6)。前人總結認為[2,6]，淺層(小于2 000 m)油氣運聚成藏時膠結物不甚發育,故其GOI值往往低于5%。總體來看，GOI的分布與深度的關系不大，說明本區油氣在大規模充注時儲層埋深可能未超過2 000 m。
3 結論
準噶爾盆地西北緣中生界油氣成藏主要表現為混源多期成藏。本文采用油氣包裹體鏡下觀察及定量表征較細致地刻畫了油氣包裹體的一些特征，使前人基于油源對比、成藏演化及包裹體有機組成等推斷的成藏演化特點更深入全面，提供了新的補充資料。
(1)車排子凸起中生界油藏具備混源且多期成藏特征。首次厘定車排子凸起油氣水的GOI數值，GOI在2.8%~4%之間為水層，GOI小于2.8%為干層，GOI大于4%為油水同層或油層；
圖5 準噶爾盆地車排子侏羅系GOI數據與巖性、測井解釋之間的關系Fig.5 Relationship between GOI,lithology and logging interpretation in Jurassic Chepaizi uplift,Junggar basin
圖6 白堊紀、侏羅紀GOI數據與深度之間的關系Fig.6 Relationship between GOI and depth in Cretaceous and Jurassic
(2)包裹體GOI的影響因素，與砂巖顆粒粗細無正相關，與儲層含油氣性具非常好的相關性；
(3)利用GOI組成特征對準噶爾盆地車排子地區油氣充注進行了定性到定量的表征,取得了良好效果，表明其在準噶爾盆地油氣運移研究中具一定應用前景。
致謝:感謝新疆油田研究院地物所李天明副總地質師、唐建華高級工程師給予的支持和幫助；感謝《新疆地質》編輯部的老師們辛苦的評審及合理化建議，在此一并表示感謝。
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QuantitativeAnalysisand Application of Mesozoic Fluid Inclusion in Chepaizi Uplift of J unggar Basin
Xu Yanan1,,Ji Dongsheng1,Tang Jianhua1,Li Kang2
(1.Institute of Geophysics,Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina, Urumqi,Xinjiang,830013,China;2.Guizhou Natural Gas Energy Investment Corporation, Guiyang,Guizhou,550081,China)
The hydrocarbon inclusion are developed in the Mesozoic sandstone reservoir of Chepaizi uplift in the Junggar basin.Based on previous study of oil-source correlation and accumulation evolutionary,we presented a quantitative analysis of the hydrocarbon inclusion characteristic by microscope observation and mathematical statistics,tried to analyze the characteristic of hydrocarbon inclusion in Cretaceous and Jurassic,and preliminary study on oil and gas migration and accumulation process.The results show that the Mesozoic have the features of multi-source,multiphase filling, and we determined that the GOI of the aquifers is between 2.8%~4%in the study area,it has Guiding significance for water/oil/gas recognition.This paper studied oil and gas migration with GOI and good results were obtained,so GOI has a certain application prospect in the study of oil and gas migration.
Junggar Basin;Chepaizi Uplift；Hydrocarbon Inclusion abundance(GOI);Water/oil/gas recognition
1000-8845(2016)03-388-06
TE122.1;P617.9
A
項目資助:大型油氣田及煤層氣開發重大專項“準噶爾前陸盆地油氣富集規律、勘探技術與區帶和目標優選”項目(2011ZX05003-005)資助
2015-04-25;
2016-01-14;作者E-mail:cnxuyn@petrochina.com.cn
徐亞楠(1984-),女,河北滄州人，工程師,碩士，現從事油氣勘探研究工作
