萬永平, 李園園, 梁 曉

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083;2.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院,西安 710075)

基于流體包裹體的儲層微裂縫研究—以陜北斜坡上古生界為例

萬永平1,2, 李園園2, 梁 曉1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083;2.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院,西安 710075)

儲層裂縫研究是低滲致密巖性油氣藏研究的關(guān)鍵。低孔低滲儲層中裂縫的發(fā)育不僅成為油氣運(yùn)移通道,更是儲存空間,為研究研究區(qū)儲層裂縫在天然氣成藏過程中的作用及意義,文章從鄂爾多斯盆地構(gòu)造背景出發(fā),通過顯微構(gòu)造研究、成巖作用研究及儲層微裂縫中的流體包裹體測溫研究,認(rèn)為研究區(qū)上古生界儲層微裂縫發(fā)育時(shí)間晚于壓溶作用發(fā)生時(shí)間,而早于儲層最大埋深時(shí)間即排烴高峰期。儲層微裂縫的發(fā)育為上古生界氣藏的成藏提供了必要的運(yùn)移通道。

陜北斜坡 上古生界 微裂縫 流體包裹體 儲層

Wan Yong-p ing,L iYuan-yuan,L iang Xiao.Fractures of reservoirs inferred from fluid inclusions:a case study of the upper Paleozoic of Northern shaanxi Slope[J].Geology and Exploration, 2010,46(4):0711-0715.

鄂爾多斯盆地東緣陜北斜坡上古生界儲層主要為石炭系本溪組及二疊系山西組、石盒子組,儲層埋深在2400～3200m之間,盆地內(nèi)部褶皺、斷裂等構(gòu)造不發(fā)育,為典型的低孔、低滲巖性氣藏(付金華, 2001;Fu,2004)。在低孔、低滲油氣藏中,天然裂縫的發(fā)育成為油氣運(yùn)移通道及儲存空間,同時(shí),也是主導(dǎo)人工壓裂規(guī)模的主要因素之一。裂縫發(fā)育特征的研究成為尋找油氣富集區(qū)、井網(wǎng)優(yōu)化、井位部署及提高單井產(chǎn)量的關(guān)鍵所在(Steveet al.,2000;蘇培東等,2005;王香增等,2008)。筆者從礦物顆粒尺度微裂縫的發(fā)育特征及其內(nèi)部流體包裹體的形成條件、發(fā)育期次等角度出發(fā),結(jié)合盆地構(gòu)造熱演化過程研究了儲層微裂縫的形成過程及時(shí)限,為研究天然氣運(yùn)移及成藏提供了必要的基礎(chǔ)。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

鄂爾多斯盆地自古生代以來是一個(gè)穩(wěn)定的陸內(nèi)克拉通盆地,進(jìn)入中生代以來,特提斯構(gòu)造域開合、古太平洋板塊俯沖以及秦嶺陸內(nèi)造山等構(gòu)造運(yùn)動在盆地周緣形成了力學(xué)性質(zhì)不同、形態(tài)復(fù)雜、具圈層分布特征的構(gòu)造變形帶,在盆地內(nèi)部未形成斷裂褶皺等大型構(gòu)造(張泓,1996;張?jiān)罉虻?2006)。不同板緣動力作用產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng),在盆地內(nèi)部古生界至中生界形成構(gòu)造微裂縫,成為盆地油氣運(yùn)移及成藏的通道及場所,特別為研究區(qū)(圖1-a)上古生界氣藏的垂向運(yùn)移及形成“近源運(yùn)聚”氣藏提供了構(gòu)造基礎(chǔ)(張義楷等,2006)。

2 微裂縫發(fā)育特征

基于礦物顆粒尺度的微裂縫是宏觀裂縫的微觀表現(xiàn),可以更準(zhǔn)確地反映構(gòu)造事件、異常高壓事件以及成巖過程(潘雪峰等,2006;曾聯(lián)波等,2007)。微裂縫的研究主要針對裂縫面形態(tài)、裂縫寬度、開啟狀態(tài)、充填物、裂縫發(fā)育期次及各期次發(fā)育的主要方向,為宏觀構(gòu)造提供微觀佐證(Orlandoet al.,2006)。

研究區(qū)碎屑巖中微裂縫表面較平直,充填有流體包裹體(圖1-a,2-a,2-b),縫寬一般在3～5um。裂縫一般切穿石英、長石等脆性礦物顆粒,在發(fā)育加大邊的石英顆粒上,微裂縫同時(shí)切穿石英顆粒子礦物及加大邊(圖2-c),在綠泥石等層狀硅酸鹽礦物邊緣終止或改變發(fā)育方向。微裂縫一般呈共軛形式產(chǎn)出,共軛角在50°～70°之間(圖2-c,2-d,為剪性破裂(朱志澄等,1990)。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨把芯繀^(qū)位置Fig.1 Map showing division of structural un its of theOrdos bas in and location of the study area

3 包裹體產(chǎn)狀

研究區(qū)上古生界砂巖儲層成巖作用最高經(jīng)歷了晚成巖作用B期,在晚成巖作用A1亞期主要發(fā)育壓溶作用,形成石英次生加大邊,對儲層滲透性造成破壞(Eadington,1991)。固結(jié)成巖作用后期,在區(qū)域應(yīng)力場作用下,巖石發(fā)育微裂縫。在形成石英加大邊及微裂縫過程中,地層中的流體相物質(zhì)被捕獲在生長礦物的晶體缺陷及微裂縫中形成流體包裹體,包裹體顯微測溫可以為儲層演化研究過程中最關(guān)鍵的成巖溫度條件提供直接證據(jù)(張文淮等, 1993;劉斌等,1999;盧煥章等,2004)。

3.1 石英次生加大邊中包裹體

形成于石英加大邊中的流體包裹體一般沿加大邊呈弧形狀分布(圖2-e),包裹體胚腔形態(tài)受成巖作用的限制而呈不規(guī)則狀發(fā)育,其內(nèi)部包裹體一般呈近圓形(圖2-e,2-f),包裹體直徑多在3～ 7μm之間,個(gè)別可達(dá)6～8μm。多個(gè)包裹體呈“串珠狀”成群展布,主要發(fā)育鹽水包裹體及少量含液態(tài)烴鹽水包裹體。前者在單偏光顯微鏡下無色透明;后者包裹體壁略厚,液態(tài)烴附著在包體內(nèi)壁和氣泡外緣,為淺褐色,在熒光顯微鏡下具微弱的黃綠色熒光(圖2-f)。

3.2 微裂縫中包裹體

巖層在固結(jié)成巖作用后期,在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生應(yīng)力-應(yīng)變變形,當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力達(dá)到巖石破裂強(qiáng)度之后,巖石產(chǎn)生破裂作用形成微裂縫。研究區(qū)目的儲層微裂縫中多發(fā)育流體包裹體,包裹體一般沿微裂縫呈雁列狀-條帶狀分布,單個(gè)包裹體形態(tài)一般為長軸平行于微裂縫的橢圓狀或不規(guī)則狀(圖2-a,2-b,2-d),包裹體長短軸之比多在2/1～3/1之間,長軸一般在3～5μm之間。包裹體類型主要為鹽水包裹體及含烴類鹽水包裹體。

4 包裹體形成條件

圖2 研究區(qū)儲層裂縫及包裹體Fig.2 Reservoir fractures and inclusions in the study area

流體包裹體是捕獲在礦物晶體缺陷或微裂縫中的均一流體,經(jīng)后期降溫分異成固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)等三種相態(tài)。能很好地記錄成巖作用階段的溫度、鹽度、壓力等信息,并不受后期地質(zhì)事件的影響及改造(張文淮等,1993;盧煥章等,2004),通過測試各個(gè)地質(zhì)演化階段的流體包裹體,可以獲得對應(yīng)各階段的熱演化溫壓條件(謝奕漢等,1999)。

研究的包裹體樣品采集:自下而上分別對上古生界二疊系山西組山2段、山1段及石盒子組盒8段微裂縫及石英加大邊中發(fā)育的流體包裹體圖1-b,進(jìn)行均一測溫,測試結(jié)果(表1)顯示,微裂縫中均一溫度較高且自上而下溫度逐漸升高,最高達(dá)到140～150℃;石英加大邊中溫度較低,但自上而下溫度升高的趨勢不變,最高溫度為120℃左右。

表1 研究區(qū)上古生界二疊系流體包裹體分析結(jié)果表Table1 Analysis result of fluid inclusions in the study area

5 裂縫形成時(shí)限討論及成藏意義

5.1 儲層最大埋深時(shí)限

根據(jù)盆地古地溫史及熱演化溫度,可以很好地推算盆地埋深及油氣演化史(謝奕漢等,1998)。鄂爾多斯盆地自晚古生代以來是一個(gè)持續(xù)沉降、低熱坳陷的內(nèi)陸盆地,盆地中生代地溫梯度為3.3～4.5℃/100m(趙宏剛,2005),其中盆地東緣陜北斜坡地溫梯度為4.4℃/100m(任戰(zhàn)利等,2007)。

據(jù)前人(楊華等,2002)研究成果,研究區(qū)目的儲層鏡質(zhì)體反射率(RO值)在1.80～1.86之間,個(gè)別可達(dá)1.93,建立了鏡質(zhì)體反射率與古地溫的關(guān)系式(楊華等,2002):

RO=0.0113×T-0.233

式中:RO為鏡質(zhì)體反射率,T為古地溫(℃)

可得該區(qū)目的儲層經(jīng)歷的最高熱演化溫度可達(dá)185℃。前人研究認(rèn)為研究區(qū)二疊系底部在晚侏羅世-早白堊世達(dá)到最大埋深(黃道軍等,2003;趙宏剛,2005;任戰(zhàn)利等,2007),最大深度達(dá)到4300m,同時(shí)盆地?zé)嵫莼潭冗_(dá)到最高,為烴源巖的最大生排烴期(任戰(zhàn)利等,2007)。

5.2 裂縫形成時(shí)限

研究區(qū)上古生界砂巖儲層發(fā)育壓溶作用,該過程形成的石英次生加大邊發(fā)生在晚成巖作用階段A期(Fu,2004),由前述石英顆粒中的微裂縫與石英加大邊的交切關(guān)系(圖2c)及加大邊與微裂縫中流體包裹體溫度測試結(jié)果可知,微裂縫形成時(shí)期晚于石英次生加大邊而早于目的儲層最大埋深時(shí)期,即目的儲層微裂縫形成于早白堊世之前。

5.3 微裂縫的成藏意義

研究區(qū)目的儲層為典型的低滲致密的巖性氣藏,盆地內(nèi)部無斷裂構(gòu)造發(fā)育,儲層裂縫的發(fā)育成為天然氣運(yùn)移及成藏提供了必要條件:①晚成巖作用A期發(fā)育的壓溶作用形成石英次生加大邊,對儲層滲透性造成進(jìn)一步破壞,發(fā)育在其后的微裂縫起到了改善儲層滲透性的作用;②研究區(qū)上古生界儲層低滲致密,儲層與烴源巖之間發(fā)育20～40m厚的碳酸鹽巖及40～90m厚的泥巖隔層,在盆地大規(guī)模排烴期之前形成的儲層微裂縫的發(fā)育成為天然氣垂向運(yùn)移的構(gòu)造基礎(chǔ)。

6 結(jié)論

1)研究區(qū)目的儲層主要發(fā)育剪性微裂縫,微裂縫形成于早白堊世之前,即上古生界烴源巖排烴高峰期之前,而晚于石英次生加大邊的形成時(shí)限。

2)研究區(qū)目的儲層經(jīng)歷了壓溶成巖作用,形成的石英次生加大邊對儲層滲透性造成進(jìn)一步破壞,形成于次生加大之后的微裂縫切穿了加大邊,對儲層滲透性有一定的改善作用。

3)儲層微裂縫的發(fā)育為天然氣垂向運(yùn)移提供了必要的運(yùn)移通道,同時(shí)為天然氣成藏提供了儲存空間。

Eadington P J.1991.Fluid history analysis:A new concept for prospect evaluation[J].The APEA Journal,31:301-320

Fu Jin-hua,Xi Sheng-li,Liu Xin-she.2004.Complex exploration techniques for the low-permeability lithologic gas pool in the Upper Paleozoic of Ordos Basin[J].Petroleum science,1(2): 111-118

Fu Jin-hua.2001.The gas reservoir-for ming conditions and accumulation results of upper Paleozoic in OrdosBasin[D].Xi’an:Northwest university:50-52(in Chinese with English abstract)

Lu Huan-zhang,Fan Hong-rui.2004.Fluid inclusion[M].Beijing: Science press:232-240(in Chinese)

Liu Bin,Shen Kun.1999.Fluid inclusion thermodynamics[M].Beijing: Geological publishing house:44-49(in Chinese)

Orlando J.Ortega,RandallA.Marrett,Stephen E.Laubach.2006.A scale -independent approach to fracture intensity and average spacing measurement[J].AAPGBulletin,90(2):193-208

Pan Xue-feng,ZengWei,Zhang Zhuang.2006.The microscopic characteristic and meanings of fractured reservoir in Qingxi area[J].Journal of southwestpetroleum institute,28(5):36-39(in ChinesewithEnglish abstract)

Ren Zhan-li,Zhang Sheng,Gao Sheng-li.2007.Tectonic-thermal evolution and its reservoir significance in OrdosBasin[J].Science in China,23(supp.):23-32(in Chinese with English abstract)

Steve Laubach,RandyMarrett,JonOlson.2000.New directions in fracture characterization[J].The Leading Edge,7:704-711

Su Pei-dong,Qin Qi-rong,Huang Run-qiu.2005.Prospects and status for the study on reservoir fractures[J].Journal of southwest petroleum institute,27(5):14-17(in Chinese with English abstract) Wang Xiang-zeng,Wan Yong-ping.2008.Quantitative characterization of fracture in reservoir and its geological significance[J].Geological bulletin of China,27(11):1939-1942(in Chinese with English abstract)

Xie Yi-han,Fan Hong-rui,Wang Ying-lan.1999.Fluid inclusion with petroleum maturity and its evolution[J].Marine origin petroleum geology,4(3):32-35(in Chinese with English abstract)

Xie Yi-han,Fan Hong-rui,Wang Ying-lan.1998.Fluid inclusions and their relation to the formation and evolution of oil-gas in a basin[J].Geological science and technology information,17(supp.): 100-104(in Chinese with English abstract)

Xia Yu-liang,Lin Jing-rong,Liu Han-bin.2003.Research on geochronology of sandstone-hosted uranium ore-formation in major urnnium-productive basins,northern China[J].Uranium geology, 19(3):129-136(in Chinese with English abstract)

Yang Hua,Xi Sheng-li.2002.Having made a breakthrough in natural gas exploration at Changqing[J].Natural gas industry,22(6):10-12(in Chinese with English abstract)

Zhang Hong.1996.Mesozoic and Cenozoic palaeotectono-stress field of Ordos basin[J].Jour Geol&Min ResNorth China,11(1):87-92 (in Chinese with English abstract)

Zhang Yue-qiao,Liao Chang-zhen,ShiWei,Hu Bo.2006.Neotectonic evolution of the peripheral zones of the Ordos basin and geodynamic setting[J].Geological journal of China Universities,12(3):285-297(in Chinese with English abstract)

Zhang Yi-kai,Zhou Li-fa.2006.Relationship between the Mesozoic and Cenozoic tectonic stress fields and the hydrocarbon accumulation in theOrdosBasin[J].Petroleum geology&experiment,28(3):215 -219(in Chinese with English abstract)

ZengLian-bo,Li Yue-gang,Wang Zheng-guo.2007.Distribution of microfractures in ultralow permeability sandstone reservoirof the second member of Xujiahe formation in Qiongxi structure[J].Natural Gas Industry,17(6):45-48(in Chinese with English abstract)

Zhu Zhi-cheng,Song Hong-lin.1990.Structural geology[M].Wuhan: Publishing house of China University of Geosciences:50-56(in Chinese)

ZhangWen-huai,Chen Zi-ying.1993.Fluid inclusion geology[M]. Wuhan:Publishing house of China University of Geosciences:16-96(in Chinese)

Zhao Hong-gang.2005.The relationship between tectonic-thermal evolution and sandstone-type uranium ore-formation in Ordos Basin [J].Uranium Geology,21(5):275-282(in Chinese with English abstract)

[附中文參考文獻(xiàn)]

付金華.2001.鄂爾多斯盆地上古生界天然氣成藏條件及富集規(guī)律[D].西安:西北大學(xué):50-52

盧煥章,范宏瑞.2004.流體包裹體[M].北京:科學(xué)出版社:232-240

劉 斌,沈 昆.1999.流體包裹體熱力學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社:44 -49

潘雪峰,曾 偉,張 莊.2006.青西區(qū)塊裂縫型儲層微觀特征及意義[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),28(5):36-39

任戰(zhàn)利,張 盛,高勝利.2007.鄂爾多斯盆地構(gòu)造熱演化史及其成藏成礦意義[J].中國科學(xué)D輯,23(增I):23-32

蘇培東,秦啟榮,黃潤秋.2005.儲層裂縫預(yù)測研究現(xiàn)狀與展望[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),27(5):14-17

王香增,萬永平.2008.油氣儲層裂縫定量描述及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)通報(bào),27(11):1939-1942

謝奕漢,范宏瑞,王英蘭.1999.石油包裹體與石油成熟度及油氣演化[J].海相油氣地質(zhì),4(3):32-35

謝奕漢,范宏瑞,王英蘭.1998.流體包裹體與盆地油氣的生成和演化[J].地質(zhì)科技情報(bào),17(增刊):100-104

夏毓亮,林錦榮,劉漢彬.2003.中國北方主要產(chǎn)鈾盆地砂巖型鈾礦成礦年代學(xué)研究[J].鈾礦地質(zhì),19(3):129-136

楊 華,席勝利.2002.長慶天然氣勘探取得的突破地質(zhì)勘探[J].天然氣工業(yè),22(6):10-12

張 泓.1996.鄂爾多斯盆地中新生代構(gòu)造應(yīng)力場[J].華北地質(zhì)礦產(chǎn)雜志,11(1):87-92

張?jiān)罉?廖昌珍,施 煒,胡 博.2006.鄂爾多斯盆地周邊地帶新構(gòu)造演化及其區(qū)域動力學(xué)背景[J].高效地質(zhì)學(xué)報(bào),12(3):285-297

張義楷,周立發(fā).2006.鄂爾多斯盆地中新生代構(gòu)造應(yīng)力場與油氣聚集[J].石油試驗(yàn)地質(zhì),28(3):215-219

曾聯(lián)波,李躍綱,王正國.2007.邛西構(gòu)造須二段特低滲透砂巖儲層微觀裂縫的分布特征[J].天然氣工業(yè),17(6):45-48

朱志澄,宋鴻林.1990.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社: 50-56

張文淮,陳紫英.1993.流體包裹體地質(zhì)學(xué)[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社:16-96

趙宏剛.2005.鄂爾多斯盆地構(gòu)造熱演化與砂巖型鈾成礦[J].鈾礦地質(zhì),21(5):275-282

Fractures of Reservoirs I nferred From Fluid I nclusions: A Case Study On the Upper Paleozoic of Northern Shaanxi Slope

WAN Yong-ping1,2, L I Yuan-yuan2, L IANG Xiao1
(1.China University Of Geosciences(Beijing),Beijing 100083; 2.Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(Group)Co.Ltd.,Xi’an 710075)

Fracture is a vital issue in the research of low-permeability and tight sandstone reservoirs.These fractures can provide channels foroil and gasmigration aswell as space for storage.Based on the tectonic setting of the Ordos basin,this paper studies the micro-structure and fluid inclusions in fractures of reservoirs in northern Shaanxi slope.It is suggested that the time of fracture forming in the upper Paleozoic should be later than thatof the pressure solution,and earlier than the peak stage of hydrocarbon expulsion during the deepest burialof the reservoirs.The fractures in reservoirsplay an important role in the gas reservoir generation of the upper Paleozoic in the Ordos basin.

Northern shannxi slope,upper Paleozoic,fracture,fluid inclusion,reservoir

book=7,ebook=327

P618.130.2+5

A

0495-5331(2010)04-0711-05

2010-04-28;

2010-06-17;[責(zé)任編輯]鄭 杰。

科技部低(超低)滲透油田高效增產(chǎn)改造和提高采收率技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)規(guī)范化項(xiàng)目(編號:2007BAB17B00),延長探區(qū)上古生界儲層裂縫預(yù)測及評價(jià)項(xiàng)目(編號:ycsy2009-A-08)資助。

萬永平(1981年-),男,在讀博士,主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及油氣儲層裂縫研究,E-mail:wanhunter@163.com。