鄂尔多斯盆地晚古生代气藏气水过渡带形成与演化

鄂尔多斯盆地晚古生代气藏气水过渡带形成与演化

根据大量地质和地球化学资料，鄂尔多斯盆地晚古生代气藏具有以下典型特征[1.9]：（1）气源为c-p含量高的含煤层，储层为c-p一系列低渗致密砂岩；（2）地层结构结构为西陡东松，南陡北松，呈不对称状斜。（3）天然气广泛分布在结构带的东部和北部，这些区域位于气水过渡区和水带。（4）天然气、水和气体之间的关系崩溃。气在下面，水在下面，形成区域水动力圈的封闭。根据这些特征,不少学者将鄂尔多斯盆地上古生界气藏与加拿大阿尔伯特深盆气藏对比,认为它是一个巨大深盆气藏[1~5].虽然对该气藏是否为深盆气藏的认识尚有异议,但得到公认的是该气藏具有一些独特的形成机理.受带状分布储层砂体的影响,上古生界的几个气藏均呈带状分布,互不连通.但几个气藏在形成过程中,成藏范围基本由南向北扩展,气水带发生过由南向北的迁移.本研究将在以往研究的基础上,试图利用储层中的流体包裹体信息研究该气藏气水带的时空变化.这项研究不仅对于了解该气藏的形成与发展过程具有重要意义,而且这方面的研究在国内外均很少开展,将具有重要的科学价值.1流体包裹体特征包裹体中包含着许多成矿或成藏信息.形成包裹体的一个必要条件是要有水的存在.鄂尔多斯盆地晚古生代天然气储层在成藏过程中,存在气带、气水过渡带及水带.因天然气运移方式以扩散为主,且天然气在水介质中的溶解度很小,所以在水带中一般只会形成盐水包裹体和含气态烃包裹体.气水过渡带情况则不同,广泛存在着由气体和水形成的各种不混溶流体,可以形成不同类型、不同气液比的包裹体组合,我们经常谈到的沸腾包裹体也是在气水过渡带中形成的.气带中岩石孔隙目前被气体所充满,不会再有包裹体形成,但当气带还未被气饱和时,即还处在水带或气水过渡带时,包裹体应记录着气体充注到该处的时间.气水过渡带(即气水界面)内形成的包裹体的形成时间的变化,记录着气水界面在不同时间的位置.因此,利用气水过渡带内包裹体形成时间就可以恢复气水带的时空迁移规律.由此可见,利用包裹体研究气水界面迁移的关键是对在气水过渡带中形成包裹体类型的确定.气水过渡带中形成的包裹体的特征是:气态烃包裹体、含气态烃包裹体、盐水包裹体以及纯液体包裹体等不同类型的包裹体在一起共生,且一般是最晚形成、具有较高的捕获温度.本文所研究的包裹体均是与气态烃包裹体共生的盐水包裹体(见图1).利用流体包裹体特征研究气水迁移的步骤如下:(ⅰ)包裹体均一温度的测定.采用Linkam公司生产的THMS-G600显微冷热台.升温速率为4~5℃/min.在测定过程中,注意区分盐水包裹体与含烃盐水包裹体,只有盐水包裹体均一温度才能反映捕获时的地层温度.盐水包裹体与含烃盐水包裹体在形态上区分有一定困难,需借助冷热台.含烃盐水包裹体具有较大均一温度,一般在170℃以上,而共结点温度低至-100℃以下,而正常盐水包裹体均一温度在正常分布范围内,冰点温度在-10℃以上.(ⅱ)包裹体捕获温度的计算.在一般情况下,盐水包裹体的均一温度为包裹体形成时的饱和温度,它比捕获温度低.只有在盐水包裹体被气体饱和时,均一温度才等于捕获温度.根据我们的研究,在地质条件下,盐水包裹体很少真正气体饱和.因此,只有求取捕获温度才能代表当时地层温度.本研究利用LeicaQwin和PVTsim软件,模拟计算出同期石油包裹体和盐水液体包裹体的等容线方程,联立求出流体包裹体的捕获温度和捕获压力[16~18].(3)包裹体形成深度的确定.方法参见文献,所不同的是本研究采用包裹体捕获温度,而不是均一温度.(4)包裹体形成时间推算.采用图解法确定.如图2所示,盟5井现埋深1890m砂岩储层中含有两期流体包裹体,平均捕获温度分别为112.5℃和93℃.应用埋藏史及古地温梯度确定该样品所经历的古地温演化.捕获温度的水平线与古地温演化曲线交点所对应的横坐标为包裹体形成时间,其中实线为盆地抬升前,包裹体的形成时间,亦即代表气水界面到达该钻孔点的时间;虚线为盆地抬升后,包裹体的形成时间.2样品本研究样品取自鄂尔多斯盆地上古生界山西组和下石合子组的致密砂岩储层,样品地质特征见表1,钻孔位置见图3.3结果与讨论3.1流体包裹体,液态水相,油相,分离,第2个液气相,蛋白多态性气液相,未增溶剂.鄂尔多斯盆地上古生界储层砂岩中的石英微裂缝中次生包裹体非常丰富,总体特征是:包裹体含量丰富,但个体小,绝大部分为不发荧光的盐水包裹体和气体包裹体,盆地东北部个别钻井存在发荧光石油包裹体.包括以下3个大类.(ⅰ)石油包裹体.这类包裹体仅分布在盆地东北部的个别钻井(盟4,盟5),可进一步分为3个小类:液态烃包裹体,个体较小,数量少,气液比在20%以下,均一温度80~115℃之间;气体包裹体,个体较大,气液比63%~75%,均一温度85~120℃之间;三相荧光包裹体,由液态水相、油相和气相组成,在透射光下液态水相和油相的界限并不是很清晰,在荧光下油相发蓝色荧光,而水相和气相不发荧光,油相和气相的均一温度在85~120℃之间,三相均一温度大于200℃,是在不均一相下捕获形成的.(ⅱ)盐水包裹体,包括以下两种:纯液体包裹体,无色透明,单相,大小不等,椭园或不规则状;液体包裹体,气液比一般小于20%,均一温度85~130℃,占次生包裹体的大部分.(ⅲ)气体包裹体,包括以下两种:纯气体包裹体,黑色或灰黑色,单一气相;气体包裹体,这类包裹体相对较大,一般10~20µm,气液比大于50%,这类包裹体很难均一.3.2流体包裹体的捕获温度与均一温度的校正如前所述,盐水包裹体均一温度只有在气体饱和时才能代表真正的捕获时温度.与纯液体包裹体和气体包裹体共生的盐水包裹体中的气体显然并未所饱和.因此,盐水包裹体在PVT相图中其等容线是一条斜线,而非垂线.目前,求取流体包裹体捕获点最精确的方法是应用同期石油包裹体与盐水包裹体等容线方程联立求解,获取捕获的温压条件[16~18].因本研究地区储层砂岩中石油包裹体不发育,只是在北部钻孔盟4与盟5井才见有少量石油包裹体.本研究采用的方法是利用盆地北部钻孔(盟4,盟5)砂岩样品中石油包裹体和同期盐水包裹体,计算出包裹体的真正捕获温度和捕获压力,然后用这些包裹体的捕获温度与均一温度的差值,对缺少石油包裹体的样品中的流体包裹体所测均一温度进行校正,从而得出包裹体的捕获温度.结果表明:对于均一温度在90~115℃的盐水包裹体,均一温度略低于捕获温度,二者的差值为3~4℃,平均3.5℃.表1是通过校正后包裹体的捕获温度.根据包裹体的捕获温度,按前述方法求出包裹体的形成时间,即气水过渡带在该点的存在时间.根据所研究样品包裹体形成时间的变化,绘制出鄂尔多斯盆地上古生界气藏包裹体形成时间的等时线图(图3),从图中可见:鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏最早于165Ma(晚侏罗世)左右在延安一带开始聚集成藏,但规模较小;随着天然气的进一步注入气藏,气藏范围扩大,逐渐向北扩展,相应气水界面逐渐向北推移,气水界面通过目前气水过渡带位置约出现在129Ma左右.值得注意的是,在盆地北部气水过渡带(盟4,盟5,大6),有两组盐水包裹体.如盟5井,两组盐水包裹体的均一温度分别为82~93℃与95~118℃,气液比分别是6.12%~7.55%与9.52%~12.55%,最小捕获压力分别是16.6,23.2MPa.结合气藏区域地质背景,本研究认为这两期包裹体的形成原因是:在该地区气水带在地史时期两次经过该地区.第1次发生在早白垩世盆地的不断沉降阶段,气源处于生气高峰期,气藏向北扩展,气水界面通过该区向北推进,形成均一温度较高一组的包裹体,该区演化为气带.第2次是在晚白垩世后,鄂尔多斯盆地整体开始抬升,地层剥蚀厚度达1000~1600m,气源区生气作用强度逐渐减弱,气藏内气源的补给不足,气水过渡带向南退缩,回到目前位置,形成第2组盐水包裹体.该地区由气带演化为气水带.这期盐水包裹体均一温度和捕获压力基本上与现地层温度和静水压力吻合.由此可见,气水过渡带在地史时期的一进一缩是造成目前气水过渡带两期盐水包裹体形成的原因.并于气水过渡带在盆地抬升过程中向南退缩,有学者从地质角度论述过这一规律,与本研究观点相吻合.4