桂中坳陷岩心裂缝方解石脉流体包裹体分析及其地质意义

李英文, 刘 力, 刘宇坤, 范志伟, 何 生

(1.中国地质大学 构造与油气资源教育部重点实验室,湖北 武汉 430074; 2.中国石油化工股份有限公司 勘探分公司,四川 成都 610064)

桂中坳陷岩心裂缝方解石脉流体包裹体分析及其地质意义

李英文1, 刘 力1, 刘宇坤1, 范志伟2, 何 生1

(1.中国地质大学 构造与油气资源教育部重点实验室,湖北 武汉 430074; 2.中国石油化工股份有限公司 勘探分公司,四川 成都 610064)

对桂中坳陷DS1井岩心裂缝方解石脉体样品开展了流体包裹体均一温度测定和气体成分激光拉曼光谱分析以及岩石热声发射最高古地温测定,结果发现裂缝脉体流体包裹体均一温度范围在97～225 ℃,部分流体包裹体为含甲烷盐水包裹体;中泥盆统样品最高古地温约为210～240 ℃。结合DS1井一维地层埋藏—热演化成熟史模拟和裂缝方解石脉形成温度—深度及期次研究,表明在距今230 Ma时应堂组和东岗岭组一段碳酸盐岩地层热成熟度Ro达到3.0%～3.5%,处于高演化过成熟干气阶段;应堂组和东岗岭组一段裂缝方解石脉形成的深度约在4 000～7 500 m,形成的地质年龄在距今230—1 Ma。研究认为在距今230 Ma以来的印支期—喜山期地层抬升剥蚀过程中,发生了多期的裂缝方解石脉的形成和对保存条件的改造。由此推测印支期抬升剥蚀以来多期构造运动、多期次的裂缝形成及成脉古流体活动可能已对该区原有的天然气藏的保存条件造成了较大的影响。

桂中坳陷;泥盆系储层;裂缝方解石脉;流体包裹体

中国南方海相碳酸盐岩地区的天然气勘探长期受到关注,桂中坳陷是重要天然气勘探区块。桂中坳陷在沉积史上各相带发育齐全,提供了多类型的生储盖组合[1-3],且区内泥盆—二叠系生物礁(滩)广泛分布[4],具备形成油气藏的基本石油地质条件。桂中坳陷在海西期处于海相裂陷盆地发育阶段,形成了良好的油气成藏的生储盖条件;印支期—燕山期—喜山期盆地遭受抬升剥蚀,进入油气藏改造和破坏阶段,圈闭失去封闭能力。由此可见在该区开展天然气勘探,油气保存条件十分重要。桂中坳陷德胜地区DS1井的钻探目的是了解所在构造的含油气性以及保存条件,该井泥盆系中统应堂组和东岗岭组一段岩心碳酸盐岩储层中发育较多的构造裂缝方解石脉。本文将通过研究裂缝方解石脉体流体包裹体记载的古地质流体信息,包括流体包裹体均一温度和流体成分以及裂缝脉体形成的时间、深度等,探讨德胜地区天然气的保存条件。

1 地质背景

桂中坳陷地理位置在广西省中北部,区域大地构造位置处于扬子陆块西南缘与江南造山带的结合部位。其北部以雪峰山隆起为界,与扬子地块的黔南坳陷毗邻,东部为龙胜—永福断裂,西部以紫云—罗甸—南丹—都安断裂南段为界与南盘江坳陷相接,南部以凭祥大黎断裂东段为界(图1)。自泥盆纪以来桂中坳陷经历了海西运动、印支运动、燕山运动和喜山运动,其中以印支运动、燕山运动和喜山运动对油气的成藏和保存影响显著[5]。桂中坳陷在加里东早—中期碰撞拼贴之后,全区抬升隆起遭受剥失;海西期,古特提斯洋打开,桂中坳陷全区拉张下沉,形成被动大陆边缘坳陷盆地;印支期,受太平洋板块碰撞挤压,本区东部发生造山作用,桂中坳陷具前陆盆地的性质;燕山—喜山期,全区褶皱变形隆升剥蚀[6]。

本次研究的裂缝方解石脉的样品采自DS1井,该井位于广西壮族自治区宜州市德胜镇竹仓村,构造位置位于桂中坳陷南丹—宜山—鹿寨凹陷德胜地区德胜生物礁(滩)岩性圈闭北东部(图2)。

图1 桂中坳陷区域构造位置及构造单元划分图

Fig.1 Regional tectonic location and tectonic unit division of Guizhong depression

1.构造分界线;2.断裂;3.井位;4.城市名;5.省界;6.地震剖面线。

图2 过DS1井地震测线-Trace1279(位置见图1)解释的地层剖面图

Fig.2 Stratigraphic profile from seismic line-Trace1279 (See Figure 1)crossing DS1 well

桂中坳陷德胜地区地面为第四系地层覆盖,DS1井钻遇地层自上而下依次为:第四系,上二叠统合山组,下二叠统茅口组、栖霞组,上石炭统马平组,中石炭统黄龙组、大埔组,下石炭统大塘组,上泥盆统融县组,中泥盆统东岗岭组三段、东岗岭组二段、东岗岭组一段、应堂组,下泥盆统四排组、郁江组(未穿)(图3)。

DS1井的主要碳酸盐岩储层为中泥盆统应堂组和东岗岭组一段,上泥盆统融县组以及中石炭统黄龙组中上部。碳酸盐岩储层属碳酸盐岩台地—台地边缘生物礁亚相沉积(图3),孔隙类型有鲕粒间孔、鲕粒内孔、白云岩晶间孔、溶孔溶洞、微裂缝等。应堂组发育藻泥灰岩和黑灰色白云岩,藻泥灰岩可见腕足类生物化石,岩心横截面可见薄层大面积颗粒状沥青;东岗岭组一段为一套黑灰色藻泥灰岩;融县组发育鲕粒灰岩及藻泥灰岩,岩心横截面可见灰黑色—黑色薄层片状高演化沥青;黄龙组发育鲕粒灰岩和白云岩。据DS1测录井资料研究,应堂组、东岗岭组一段和融县组均有生烃能力。

2 裂缝方解石脉样品信息与分析方法

研究样品采自于DS1井上泥盆统融县组、中泥盆统东岗岭组和应堂组中的裂缝方解石脉体,对裂缝脉体开展了流体包裹体发育特征分析、均一温度测定、激光拉曼光谱成分分析和岩石热声发射最高古地温测定,采样信息如图4和表1所示。

图3 桂中坳陷DS1井地层柱状图

Fig.3 Strata column of DS1 well in Guizhong depression

1.种植土;2.灰岩;3.白云质灰岩;4.白云岩;5.灰质白云岩;6.鲕粒灰岩;7.泥灰岩;8.生物碎屑灰岩。

流体包裹体均一温度测定在中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室完成。使用测试仪器NIKON-LV100双通道荧光—透射光显微镜和Linkam-THMSG 600冷热台,测温误差为±0.1 ℃。整个流体包裹体测试分析的流程为:样品采集、流体包裹体片制作、流体包裹体发育特征显微观察、流体包裹体显微荧光观察、气—液两相盐水包裹体均一温度测定。测定气—液两相盐水包裹体均一温度,在起始阶段升温速率为15 ℃/min,在相界线消失前升温速率为2 ℃/min,待气泡不再跳动时记录流体包裹体均一温度,并恒温1 min;然后降温观察气泡刚好出现的温度,再升温重复测试均一温度,并核对之前记录的均一温度。

激光拉曼光谱分析法采用LabRAM HR800显微激光拉曼光谱仪。实验条件:Nd∶YAG激光器,室温25 ℃,波长532.06 nm,功率14 mW,激光打在样品表面的功率一般为2～12 mW,线宽<0.1 nm,空间分辨率为横向0.1 μm,纵向0.3 μm,每隔40 s采集一次数据。

岩石热声发射最高古地温测定使用根据热凯瑟尔效应组装的岩石热声发射仪,其主要由自动控制、加热系统、温控系统与数据采集系统组成,最高加热温度为800 ℃,信号采集系统使用了美国物理声学公司PCI-2声发射系统。本次研究选取样品层位分别为中泥盆统应堂组和东岗岭组一段;岩性以炭质、钙质泥岩,藻泥灰岩为主,样品均被加工为直径2.5 cm,高度2～4 cm的实心小圆柱体,顶、底面水平,干燥,表面无裂缝显示。

图4 桂中坳陷DS1井中泥盆统地层柱状图及裂缝方解石脉脉体特征照片

Fig.4 Characteristics of fracture calcite veins and stratigraphic column ofMiddle Devonian of DS1 well in Guizhong depression

1.灰岩;2.含云质灰岩;3.灰质白云岩;4.白云岩;5.鲕粒灰岩。

表1 桂中坳陷DS1井裂缝脉体的碳酸盐岩样品信息

Table 1 Details of the studied samples containing calcite veins from DS1well in Guizhong depression

样品号取样层位深度/m岩性1东岗岭组一段3902.22～3902.27含方解石脉灰岩2东岗岭组一段3903.42～3903.47含方解石脉灰岩3东岗岭组一段3903.42～3903.50含方解石脉灰岩4东岗岭组一段3904.07～3904.09含方解石脉灰岩5东岗岭组一段3907.74～3907.78含方解石脉灰岩6应堂组4653.06含方解石脉灰岩7应堂组4653.16含方解石脉藻泥灰岩

3 裂缝方解石脉流体包裹体分析

3.1 流体包裹体发育特征观察

根据前人对流体包裹体的观察描述及分类[7-10],笔者对DS1井泥盆系碳酸盐岩储层发育的裂缝方解石脉中流体包裹体观察发现:中泥盆统应堂组和东岗岭组一段裂缝方解石脉中发育大量的气—液两相盐水包裹体,部分包裹体含甲烷和沥青;总体上包裹体个体较小,一般为3～5 μm,最小者<3 μm,最大者达9 μm,气液比约为6%～12%;盐水包裹体形状有长方形、菱形、正方形、椭圆形、次圆形等,主要呈椭圆形、长方形和不规则形态;盐水包裹体呈分散状、与矿物节理平行、沿裂缝分布,应有多期盐水包裹体发育;未见发荧光的烃类包裹体。对含甲烷包裹体观察发现,含甲烷盐水包裹体在透射光下呈透明度低的灰黑色,形态为椭圆、长方形或不规则状,大小3～5 μm不等,孤立状分布于亮晶方解石中(图5);固体沥青包裹体在单偏光下呈不透明的灰黑色或黑色,形态为长方形或不规则状,大小不等。

DS1井碳酸盐岩储层中固体沥青包裹体的发育,证实了早期充注的油气可能遭受深埋增温并形成高演化固体沥青;而不发荧光的甲烷包裹体,也说明碳酸盐岩储层中存在烃类气体。

图5 桂中坳陷DS1井裂缝方解石脉中流体包裹体产出特征

Fig.5 Characteristics of fluid inclusions in fracture calcite veins fromDS1well in Guizhong depression

a、b.碳酸盐岩储层裂缝充填方解石脉中的气—液两相盐水包裹体,东岗岭组一段,埋深3 902.22 m,单偏光;c.碳酸盐岩储层裂缝充填方解石脉中的固体沥青包裹体,应堂组,埋深4 653.16 m,单偏光;d.碳酸盐岩储层裂缝充填方解石脉中的含甲烷包裹体和气—液两相盐水包裹体,应堂组,埋深4 653.16 m,单偏光。

3.2 流体包裹体均一温度分析

中泥盆统应堂组(4 653.06～4 653.16 m):图6为气—液两相盐水包裹体均一温度统计直方图。盐水包裹体均一温度分布在113～225 ℃,集中于115～175 ℃之间,如果按每一期流体包裹体形成温度范围相差20 ℃划分,则大致可划分为3期。

中泥盆统东岗岭组一段(3 902.22～3 902.78 m):图7为气—液两相盐水包裹体均一温度统计直方图。盐水包裹体均一温度分布在97～218 ℃,集中于100～180 ℃之间,如果按每一期流体包裹体形成温度范围相差20 ℃划分,则大致可划分为4期。

图6 桂中坳陷DS1井应堂组(4 653.06～4 653.16 m)流体包裹体均一温度统计直方图

Fig.6 Frequency histogram of homogenization temperatures of fluidinclusions of Yingtang Formation of DS1well in Guizhong depression

图7 桂中坳陷DS1井东岗岭组一段(3 902.22～3 907.78 m)流体包裹体均一温度统计直方图

Fig.7 Frequency histogram of homogenization temperatures of fluidinclusions of Donggangling Formation of DS1well in Guizhong depression

3.3 流体包裹体激光拉曼光谱气体成分分析

根据Rosasco、Roedder、Beny、Touray等人发表的关于流体系统和拉曼光谱分析方法的研究成果[11-15],通过对DS1井应堂组4 653.16 m流体包裹体片中气相包裹体开展激光拉曼光谱分析发现含甲烷气包裹体,如图8所示,谱图甲烷拉曼散射峰v1在2 923.2 cm-1,具有较高的响应值,谱图显示背景矿物的特征峰值,主要是方解石,与此同时还可见宽度大、高度低的水峰。

通过激光拉曼光谱对其它气—液两相盐水包裹体进行分析,图9是甲烷峰强度较弱的气—液两相盐水包裹体的激光拉曼光谱图,可见除了较宽的水峰和背景矿物方解石的特征峰以外,还有不明显的甲烷峰。

图8 DS1井应堂组裂缝方解石脉含甲烷盐水包裹体激光拉曼光谱图(50倍镜物镜,300光栅,532 nm波长,1200～4000 cm-1激光拉曼光谱)

Fig.8 Laser Raman spectra for a methane-containing fluid inclusion fromthe calcite vein of Yingtang Formation in DS1 well

图9 DS1井应堂组裂缝方解石脉包裹体激光拉曼光谱图(50倍镜物镜,300光栅,532 nm波长,1200～4 000 cm-1激光拉曼光谱)

Fig.9 Laser Raman spectra for a fluid inclusion of gas-brine two phasesfrom the calcite vein of Yingtang Formation in DS1 well

4 德胜1井地层埋藏—地温—热演化史重建

根据岩石热声发射实验测得DS1井中泥盆统地层经历的最高古温度约为210 ℃,样品现埋深在2 860 m;古地温约为240 ℃,样品现埋深在3 900 m。利用EASYRo%模型对DS1井开展了单井一维热演化史模拟,根据研究区地质背景和概念模型[16-19],参考陈子炓、姚根顺、楼章华等人通过包裹体均一温度的计算、Ro估算恢复的桂中坳陷及周缘燕山期—喜山期的剥蚀厚度[3],结合本次岩石热声发射实验所测定的地层经历最高古地温,确定了印支期—喜山期DS1井地层抬升剥蚀厚度为4 000 m,将岩石热声发射实验所测定的地层经历的最高古温度和镜质体反射率或沥青反射率(参考)作为约束条件,对DS1井进行埋藏—地温—热演化史模拟,模拟结果表明(图10)。

(1) 印支期—喜山期DS1井地层抬升剥蚀厚度约为4 000 m,印支期抬升时间为距今230 Ma,印支期抬升前的泥盆系顶、底最大古埋深在6 000～8 400 m。

(2) 印支期抬升前最大埋深期,DS1井泥盆系顶、底经历的最高古地温约为210～260 ℃。

(3) 印支期抬升前,DS1井泥盆系热成熟度Ro达到2.3%～4.0%,石炭系Ro达到1.3%～2.3%,二叠系Ro达到0.8%～1.5%。

(4) 印支期抬升前最大埋深期泥盆系碳酸盐岩储层中的油气在210～260 ℃高地温热力作用下已全部二次热裂解形成干气和焦沥青,即印支期抬升前(距今240—230 Ma之前)DS1井应堂组和东岗岭组一段碳酸盐岩地层已进入高演化过成熟干气阶段。

图10 桂中坳陷DS1井地层埋藏—地温—热演化成熟史模拟图

Fig.10 Diagram of the modeled burial-geothermal-thermal evolutionhistories of DS1 well in Guizhong depression

1.早成熟(油)0.5～0.7(%Ro);2.中成熟(油)0.7～1(%Ro);3.晚成熟(油)1～1.3(%Ro);4.主要生气阶段1.3～2.6(%Ro)。

5 裂缝方解石脉形成及其地质意义

利用DS1井碳酸盐岩储层埋藏—地温史模拟图,将中泥盆统应堂组和东岗岭组一段碳酸盐岩储层裂缝方解石脉体中,测定的气—液两相盐水包裹体的均一温度投点到德胜1井应堂组和东岗岭组一段地层埋藏—地温史图中距今230 Ma以来的抬升剥蚀时段,可推断应堂组和东岗岭组一段裂缝方解石脉体形成时的地层埋深及对应的地质年代[20-22]。

由图11可看出,DS1井应堂组和东岗岭组一段碳酸盐岩储层中裂缝方解石脉体流体包裹体记录的均一温度反映了研究区自距今230 Ma以来的印支期—喜山期发生了多期次的成脉古流体活动,在碳酸盐岩储层中成脉古流体沿裂缝多期次进入形成方解石脉体;应堂组裂缝方解石脉形成的最大深度约为6 500 m,地质年龄在距今200 Ma;在距今2 Ma,应堂组埋深约5 000 m也有成脉古流体活动或脉体形成;东岗岭组一段裂缝方解石脉形成的最大深度约为7 500 m,地质年龄在距今200 Ma;在距今2 Ma以来,东岗岭组一段埋深<4 000 m也有成脉古流体活动或脉体形成。

如前所述,印支期抬升前(距今240—230 Ma)DS1井应堂组和东岗岭组一段碳酸盐岩地层中烃类全部热裂解为以甲烷为主的天然气。印支期抬升前桂中坳陷德胜地区应堂组和东岗岭组一段碳酸盐岩储层中可能有天然气藏的形成。通过对应堂组和东岗岭组一段碳酸盐岩地层裂缝方解石脉流体包裹体分析、古地温测定、地层埋藏—热演化成熟史模拟以及裂缝脉体形成和成脉古流体活动的地质时代、深度和多期次特点的研究,表明桂中坳陷德胜地区印支期—喜山期抬升剥蚀过程中,经历了多期构造运动叠加改造、多期次的裂缝形成及成脉古流体活动,可能已对该区原有的天然气藏的保存条件产生了显著的不利影响,同样说明保存条件是桂中坳陷油气成藏的关键因素。

图11 桂中坳陷DS1井东岗岭组一段和应堂组埋藏—地温史与流体包裹体均一温度投点及分期图

Fig.11 Diagram of burial-geothermal histories and period division ofhomogenization temperatures of fluid inclusions of of Donggangling andYingtang Formations of DS1 well in Guizhong depression

1.与甲烷包裹体共生的盐水包裹体的均一温度；2.流体包裹体均一温度。

6 结论

(1) 对桂中坳陷DS1井中泥盆统应堂组和东岗岭组一段碳酸盐岩储层构造裂缝方解石脉岩心样品的流体包裹体分析表明,发育较多的气—液两相盐水包裹体、部分含甲烷的盐水包裹体和固体沥青包裹体,而气—液两相盐水包裹体均一温度范围为97～225 ℃,集中分布在100～180 ℃。

(2) 岩石热声发射测定的应堂组和东岗岭组一段岩心样品的最高古地温约为210～240 ℃,通过DS1井一维埋藏—地温—热演化成熟史模拟说明,印支期抬升前(距今240—230 Ma之前)应堂组和东岗岭组一段碳酸盐岩储层段已处于高演化过成熟干气阶段(Ro>3.0%),观察发现该套碳酸盐岩地层中存在不发荧光的固体沥青包裹体,推断早期可能存在的油藏由于深埋增温,印支期抬升前液态油已全部热裂解为干气和焦沥青而遭到较彻底的热力作用破坏。

(3) 根据DS1井应堂组和东岗岭组一段流体包裹体均一温度在其埋藏—地温史图中的投点表明,应堂组和东岗岭组一段裂缝方解石脉形成的深度约在4 000～7 500 m,说明在230—1 Ma的印支期—喜山期地层抬升剥蚀过程中,德胜地区发生了多期古流体活动和裂缝方解石脉体的形成。

(4) 推断印支期地层抬升剥蚀以来的构造运动叠加、多期次的构造裂缝形成及成脉古流体活动,可能已对该区原有的天然气藏的保存条件造成了多次改造和较大的影响,进一步说明开展印支期—喜山期桂中坳陷天然气藏的保存条件研究是这一地区天然气勘探的关键问题。

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(责任编辑：于继红)

Analysis of Fluid Inclusion within Fracture Calcite Veins of Conventional-coresin Guizhong Depression and Its Geological Significance

LI Yingwen1, LIU Li1, LIU Yukun1, FAN Zhiwei2, HE Sheng1

(1.KeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResourcesofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074; 2.ExplorationCompany,SINOPEC,Chengdu,Sichuan610064)

This paper carries out the measurement of homogenization temperatures of fluid inclusions,Laser Raman spectroscopy analysis of gas composition within fluid inclusions and the determination of the highest paleotemperatures using rock thermal acoustic emission technology for the fracture calcite veins of conventional-core samples in DS1 well of Guizhong Depression.The studied results indicate that homogenization temperatures of fluid inclusions range from 97 ℃ to 225 ℃,a part of gas-water two phase fluid inclusions are methane-containing fluid inclusions and the highest paleotemperatures of rock samples of Middle Devonian are 210～240 ℃.Combined with the one-dimensional modeling of burial and thermal maturity histories of DS1 well and the temperatures and depthes of formation of the fracture calcite veins in DS1 well,the values of vitrinite reflectance(Ro)for the thermal maturity of Yingtang and Donggangling Formations are 3.0%～3.5%,coincident with dry gas of over-maturity stage at the geological time of 230 Ma.The depthes and the geological ages of formation of the fracture calcite veins in Yingtang and Donggangling Formations were 4 000～7 500 m and 230—1 Ma,respectively.It is considered that the fracture calcite veins were formed frequently and repeatedly in Desheng area of Guizhong Depression,suggesting that the reconstruction and significant impact of the preservation condition of original hydrocarbon gas reservoirs were occurred due to the tectonic fractures with paleo-fluid activities in the studied region during the uplift and erosion of Yanshan and Himalayan tectonic movement periods since 230 Ma.

Guizhong depression; Devonian reservoir; fracture calcite vein; fluid inclusion

2016-08-10;改回日期:2016-08-29

中国地质调查局基础地质调查项目(编号:12120114046901)。

李英文(1994-),女,资源勘查(油气地质)专业,研究方向:石油与天然气地质,中国地质大学(武汉)资源学院2016年“寻找李四光”专项基金资助项目研究者。E-mail:13006139659@163.com

P618.13

A

1671-1211(2017)01-0042-07

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.01.007

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161208.1424.030.html 数字出版日期:2016-12-08 14:24