银额盆地石炭--二叠系包裹体成分特征对油气运移的讨论

韩 伟，任战利，卢进才，魏建设，张云鹏

1.西北大学大陆动力学国家重点实验室/地质学系，西安 710069 2.西安地质调查中心，西安 710054



银额盆地石炭
--二叠系包裹体成分特征对油气运移的讨论

韩 伟1,2，任战利1，卢进才2，魏建设2，张云鹏2

1.西北大学大陆动力学国家重点实验室/地质学系，西安 710069 2.西安地质调查中心，西安 710054

包裹体成分特征反映了油气的演化程度和运移期次。本文对银额盆地石炭--二叠系4组地层砂岩中的包裹体开展研究，发现研究区包裹体多≤5 μm，呈串珠状分布于石英颗粒裂隙中，以气液两相的状态存在。根据包裹体中甲烷等有机组分的含量及其相互关系对研究区油气运移过程展开研究，认为二叠系至少经历过较高温较高盐度、较低温低盐度等两期油气运移；结合烃源岩热演化史研究，可分别对应二叠纪中期--二叠纪末和白垩纪早--晚期两期油气运移过程。

银额盆地；石炭--二叠系；包裹体成分；油气运移

0 引言

流体包裹体是成岩成矿流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、至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着界限的那一部分物质。包裹体类型和成分的不同，反映了油气的不同演化程度和不同运移期次。通过对储层中油气包裹体特征的研究，可以反演油气运移和成藏过程。近年来，包裹体被广泛用来研究油气成藏时间和期次，并取得了大量研究成果[1-8]。

图1 银额盆地石炭--二叠纪构造简图及样品分布Fig.1 Division of C-P tectonic units in Yin’e basin and sample distribution

银额盆地位于内蒙古西部，是包括了银额(银根--额济纳旗)盆地、北山盆地群等古生代与中生代盆地的叠合盆地。中国地质调查局2007年在研究区启动了“西北地区中小盆地群油气资源远景调查”项目,对研究区盆地性质和油气地质条件等方面展开研究，发现区内生烃条件优越，共发育5套分布广、厚度稳定的石炭--二叠系烃源岩，具备以碎屑岩为主，碳酸盐岩、火山岩和风化壳等并存的储集层，并获得了与石炭--二叠系烃源岩有关的油气赋存信息，证实研究区内石炭--二叠纪存在油气成藏[9-13]。此外，对研究区烃源岩热演化史等方面的研究认为,该区可能存在着多期次油气成藏的过程[14]。

总之，银额盆地石炭--二叠系具备良好的油气地质条件，在勘探初期钻井资料匮乏的情况下，确定油气成藏期次、优势储集层可能对后期工作产生很好的指导意义，但前人针对石炭--二叠系开展的相关研究几乎空白。因此，笔者尝试应用流体包裹体技术，在系统采集石炭--二叠系样品并开展流体包裹体特征研究的基础上，探讨其油气运移及成藏期次，这将对进一步认识该区油气成藏规律提供依据。

1 地质背景

银额盆地位于天山--兴安造山系与华北地块的交汇带(图1)，在晚泥盆世--二叠纪为统一的裂谷盆地，石炭--二叠系沉积之后，经历了海西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期等多期次的构造改造(表1)，各期构造改造影响程度不同。其中,海西期和燕山期构造运动对研究区油气系统影响尤为重要[11-14]。

晚石炭世--二叠纪，研究区为海相沉积环境，整体为海退过程；盆地范围达到鼎盛后逐渐缩小，在浅海陆棚相(烃源岩层)广泛发育的同时，滨、浅海相等(储集层)也有发育。研究区在此期间不同程度地发育了巨厚的沉积地层，岩性组合为碎屑岩+碳酸盐岩+火山岩。石炭--二叠系由下往上分为8个岩石地层单元(表1)，在二叠系中均发现品质优良--中等的烃源岩，因此，二叠系是研究区十分重要的生油层系。

2 样品情况及包裹体特征

由于研究区尚属前期勘探阶段，没有确定真正有效的油气储集层。但由于石炭--二叠系残留巨厚的沉积地层，并且每组地层均发育具备储集条件的砂岩。因此，本次研究所用样品覆盖了整个二叠系，均采自野外剖面的砂岩层段(图1，表2、3)。

通过显微镜下岩石薄片观察，发现研究区包裹体较小，多≤5 μm，呈近圆形的不规则形状，并呈串珠状分布于石英颗粒裂隙中，以气液两相的状态存在(图2)。本次研究包裹体未经荧光照射，由其成分判定为含有机质包裹体，具体为液态烃+气态烃+盐水溶液包裹体[15]。

3 包裹体成分特征

矿物流体包裹体的成分主要指各种正负离子的水溶液、各种烃类组分以及二氧化碳、氮、氢等非烃物质组分，它们以气、液、固相存在，代表了该包裹体形成时沉积物所含流体的原始组分[16]。原油从低成熟度阶段演化到最终甲烷气阶段，其中的有机与无机组成发生变化，包裹体中气体组成也发生一定规律的变化，在低成熟原油阶段以H2O和CO2为主，最终甲烷气阶段则以CH4为主[15]。因此，包裹体内的组分变化可反映其捕获流体演化程度的信息。

本次包裹体成分测定、测温均在西安地质调查中心分析实验中心进行，仪器型号为英国Renshaw公司inVia型激光拉曼探针，实验条件为Ar+激光器波长 514.5 nm；激光功率20 mW；扫描速度10 s/(6次)叠加；光谱仪狭缝20 μm，温度23 ℃，湿度65%。研究采用单个包裹体激光拉曼光谱测定的原始成分数据，由于按不同相态分别计算各成分的相对物质百分含量，常会因气液比的不同而不能进行对比。为此，本研究根据包裹体气液比值和物质含量计算出每一组分的摩尔分数。现将部分数据列于表2中。

3.1 有机组分特征

数据显示，所有样品包裹体中所含有机组分的摩尔分数为0.42%～36.52%。各剖面(同一层位)样品中有机组分含量差别较大，最大可达5倍，并且，层位越靠上部，有机组分含量越不统一。说明这些包裹体是不同演化程度、不同期次油气运移的产物。

从包裹体有机组分摩尔分数图(图3)中可以看出，研究区样品包裹体中有机组分大致可分为0～15%和≥15%两个区间，或者进一步细分为<15%、15%～25%和≥25%三个区间。也就是说，研究区经历了两到三次，甚至更多次的油气运移过程。

a.11AQ-BG2；b. 11EGE-BG1；c.11HWL-BG5；d.11AQ-BG3。图2 银额盆地典型包裹体照片Fig.2 Typical photos of inclusions in Yin’e basin

图3 包裹体有机组分摩尔分数图Fig.3 The organic component mole fraction of inclusions

3.2 甲烷浓度比值A，烷烃、总有机组分比值B和甲烷、总有机组分比值C

油气演化模拟试验和有机化学基本原理说明，石油在演化过程中有不断加氢的作用，使石油中的多种组分向烷烃转化，在高演化阶段，油气的主要组分为CH4和少量C2H6、C3H8等，很少见到烯类和炔类物质[5]。

因此，甲烷浓度比值A、烷烃(CH4+C2H6+C3H8)与总有机组分的摩尔分数比值B(表3)反映了油气的演化程度：A、B值高则油气演化程度高，反之则演化程度低。这一特点也可说明油气的运移顺序：在一小块岩样中，不同包裹体的A、B值差别较大,说明岩样中含有低、高两种演化程度的烃类物质，那么低者应运移在先，而高者应运移在后[5-6]。

从表2中可以看出，少数样品中除检测出CH4之外，还有少量的C2H2、C2H4、C3H8、C4H6、C6H6成分，说明银额盆地这几套储层均储集过高演化阶段的油气；而且这些油气的演化程度仍有区别，应属于不同期次、不同演化阶段。

表3显示：A值为0.003～0.370，分布范围较宽，可大致分为<0.1、0.1～0.25、≥0.25三个区间；B为0.786～1.000，分布较为集中，这主要是由于多数样品中有机组分仅为CH4所致，可大致分为<0.9、0.9～1.0两个区间。

在某些环境下，烃类物质运聚时无极性分子或低碳烷烃(如CH4)抢先运移，而滞后运移的分子是极性较强的组分，再后运移的则是极性最强的组分。C值即可反映无极性分子与极性分子的摩尔分数比。C值大者，代表无极性分子较多，极性分子较少，它的运移在先；C值小者，代表无极性分子较少，极性分子较多，它的运移在后[5]。表3中C值与B值大致相同，也可分为<0.9、0.9～1.0两个区间。

综合表3中数据来看：样品的A值分布较宽，可大致分为三个区间；B值和C值数值较高，且较集中，均可分为两个区间。因此，从这三项比值可分析认为:研究区储集层运移过高演化程度的油气，并且可能存在两次甚至三次的运移过程。

3.3 均一温度与盐度的关系

由冷冻台测定获得冰点温度，然后就可以利用前人的实验相图或经验公式来计算流体的盐度。Hall等[17]提出了H2O-NaCl体系盐度-冰点公式：

w=0.00+1.78Tm-

(1)

式中：w为NaCl的质量分数;Tm为冰点下降温度(℃)。

根据乌拉尔定律[17-20]及式(1)计算出本区石炭--二叠系储层包裹体盐度为0.87%～16.90%。将盐度-均一温度进行散点图分析(图4)可以看出，图4中4条剖面的包裹体以较高温较高盐度为主，同时还存在一期较低温低盐度。

表3 银额盆地包裹体成分比值

Table 3 The composition ratio of inclusions in Yin’e basin

送样编号剖面/层位ABC08HSD⁃6b1哈尔苏海/0．2871．0001．00008HSD⁃27b1(1)哈尔苏海组0．1330．9040．90408HSD⁃27b1(3)0．0941．0001．00008HSD⁃35b2(1)0．2261．0001．00008HSD⁃35b2(2)0．1361．0001．00008HWL⁃11b1杭乌拉/0．2121．0001．000阿其德组11AQ⁃BG1埋汗哈达/0．1101．0001．00011AQ⁃BG2阿其德组0．0801．0001．00011AQ⁃BG30．3701．0001．00008MHHGB2埋汗哈达/0．2261．0001．000埋汗哈达组08WHXGB1乌哈西比/0．1771．0000．985埋汗哈达组08HWD⁃3b1(1)杭乌拉/0．1030．9400．94008HWD⁃25b1(1)埋汗哈达组0．0581．0001．00008HWD⁃112b1(1)0．2410．9510．95111HWL⁃BG20．1901．0001．00011HWL⁃BG30．1201．0001．00011HWL⁃BG40．3001．0001．00011HWL⁃BG50．0901．0001．00008CSGB1查古尔/0．3180．9670．967阿木山组08264D⁃b1264/0．2511．0001．00008264D⁃b5(3)阿木山组0．0030．7860．78611EGE⁃BG1恩格尔乌苏/0．2001．0001．00011EGE⁃BG2阿木山组0．1301．0001．000

A=CH4/(CH4+CO2+H2O)；B=(CH4+C2H6+C3H8)/(CH4+C2H6+C3H8+C2H2+C2H6+C2H4+C4H6+C6H6)；C=CH4/(CH4+C2H6+C3H8+C2H2+C2H6+C2H4+C4H6+C6H6)。

图4 包裹体均一温度与盐度关系Fig.4 The relation of homogenization temperature with salinity for inclusions

分析各组均一温度和盐度的关系可以看出：阿木山组和埋汗哈达组的分布比较集中，为较高温较高盐度；阿其德组和哈尔苏海组的分布较为分散，除了较高温较高盐度之外还出现了较低温低盐度的特征。较低温低盐度的包裹体A值较高，为0.136～0.287，说明该期油气运移过程中的油气演化程度较高；其余包裹体A值范围比较宽，显示存在多期不同演化程度的油气运移过程。

4 油气运移期次和运移过程

4.1 油气运移期次

韩伟等[14]利用研究区内有限的钻井资料恢复了埋藏史图(图5)，由于资料匮乏，阿木山组埋藏史并未被恢复。从图5中可以看出，研究区存在一期二叠纪中期--侏罗纪早期(距今198～270 Ma)油气形成和运移充注的过程，和另一期白垩纪早--晚期(距今70～138 Ma)油气大规模聚集运移的过程。其中，哈尔苏海组和阿其德组烃源岩油气运移时期主要在白垩纪，埋汗哈达组油气运移时期包括二叠纪中期--侏罗纪早期和白垩纪；推测时代更早的阿木山组油气运移时期也包括二叠纪中期--侏罗纪早期和白垩纪，甚至更早。

Ro为镜质体反射率。图5 银额盆地埋汗哈达地区烃源岩埋藏史图Fig.5 Burial history of source in Maihanhada area of Yin’e basin

4.2 油气运移过程

由于研究区油气勘探程度极低，热史研究工作只能进行初期探讨，具体油气运移过程还需要构造、沉积等油气地质条件来约束。

研究区自晚古生代古亚洲洋闭合后开始内陆盆地演化阶段；晚泥盆世--二叠纪时期进入后造山伸展阶段，盆地相对稳定。在晚二叠世沉积厚度达到阶段性最大，阿木山组和埋汗哈达组烃源岩已经进入生烃阶段，开始向油气转化，但受埋深厚度影响，尚未达到最大热演化程度。二叠纪末--三叠纪，受海西期构造运动影响，研究区进入陆内造山阶段，构造背景以抬升为主，整个研究区几乎没有三叠系沉积，沉积厚度减薄，部分进入生烃阶段的烃源岩被抬升冷却，停止生烃。印支期、燕山早期，研究区一直处于这种构造抬升状态下，区内三叠系、侏罗系中下统沉积普遍缺失，这种背景十分不利于油气成藏、运移。因此，之前包裹体均一温度对应埋藏史图所记录的二叠纪中期--侏罗纪早期生烃阶段只能保留二叠纪中期--二叠纪末。

到早侏罗世--早白垩世，受燕山运动影响，银额盆地经历了沉降与抬升转换。早白垩世到晚白垩世，研究区进入平稳的坳陷沉降阶段，沉积了厚度巨大的砂泥岩组合，达到最大沉积厚度;二叠系多套烃源岩热演化程度也达到最高，进入主要生烃期。

前述包裹体有机成分比值、包裹体均一温度-盐度关系所显示包裹体存在不同温度-盐度，不同演化程度的特征就是由于二叠纪中期--二叠纪末、白垩纪早--晚期油气生成、运移时，烃源岩和储层埋深不同，生成油气的演化程度和地层温度不同所导致。

5 结语

通过对研究区二叠系23个样品包裹体中有机组分摩尔分数，烷烃、总有机组分比值和甲烷、总有机组分比值，以及均一温度和盐度的关系可发现研究区二叠系油气运移分为较高温较高盐度、较低温低盐度两期。

结合研究区埋藏史图和油气运移过程，认为研究区存在二叠纪中期--二叠纪末、白垩纪早--晚期两期油气运移过程。

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Discussion on Hydrocarbon Migration Based on Characteristics of Inclusions in Carboniferous- Permian of Yin’e Basin

Han Wei1,2，Ren Zhanli1，Lu Jincai2，Wei Jianshe2，Zhang Yunpeng2

1.StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics/DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China2.Xi’anCenterofGeologicalSurvey,CGS,Xi’an710054,China

The compositional characteristics of inclusions show the evolution and migration stages of oil and gas. Studying on the inclusions in the sandstone collected from Carboniferous-Permian of Yin’e basin, we find that most of the inclusions are ≤ 5 μm；and beaded gas-liquid inclusions distribute in the fracture of quartz grains. Based on the relationship of methane and organic components, we focus on the hydrocarbon migration process in the study area, and find out that Carboniferous-Permian in the study area experienced two hydrocarbon migration processes: high temperature and salinity and low temperature and salinity. Combined with the hydrocarbon source rock thermal evolution history，we find two corresponding hydrocarbon migrations: one occurred in the Middle-Late of Permian, and the other one in Late Cretaceous.

Yin’e basin; Carboniferous-Permian; characteristics of inclusion; hydrocarbon migration

10.13278/j.cnki.jjuese.201505108.

2014-03-05

国家自然科学基金项目(41202104)；中国地质调查局国土资源大调查项目(1212010733506)

韩伟(1981--)，男，博士研究生，主要从事构造热演化研究，E-mail:hw_198196@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201505108

P613.8

A

韩伟，任战利，卢进才，等. 银额盆地石炭--二叠系包裹体成分特征对油气运移的讨论.吉林大学学报:地球科学版,2015,45(5):1342-1351.

Han Wei，Ren Zhanli，Lu Jincai, et al. Discussion on Hydrocarbon Migration Based on Characteristics of Inclusions in Carboniferous-Permian of Yin’e Basin.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(5):1342-1351.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201505108.