石油包裹体热动力学模拟古压力改进: 饱和压力预测和体积校正

除实验室测定参数(T_{h, oil}、T_{h, aqu}和F_v)外, 石油包裹体热动力学模拟古压力精度还极大地受控于石油组分模型、饱和压力预测以及气、液相摩尔体积的预测精度.在改进α-β组分模型前提下, 利用微调组分和匹配饱和压力方法改进并验证了石油流体饱和压力预测精度; 在匹配饱和压力与实验实测饱和压力前提下, 利用体积转换方法匹配22组油藏流体391个常组分膨胀实验相对体积数据, 从而改善了利用Peng-Robison状态方程计算油包裹体气泡充填度(20 ℃)和等容线的能力.最终评价了真实石油流体组分甲烷摩尔含量和等效石油流体组分甲烷摩尔含量两个组分模拟约束条件下, 改进的热动力学模拟方法和PIT软件及Vtflinc软件重构捕获压力的精度.结果表明, 改进的热动力学模拟古压力方法较其他两种方法可以有效地提高捕获压力预测的精度.考虑到石油包裹体甲烷摩尔含量难获取问题, 利用改进后的方法结合等效流体组分约束条件是重构捕获压力的理想方法组合.      

Fluid inclusions in sedimentary and diagenetic systems

Some of the major problems in sedimentary geology can be solved by using fluid inclusions in sedimentary and diagenetic minerals. Important fluids in the sedimentary realm include atmospheric gases, fresh water of meteoric origin, lake water, seawater, mixed water, evaporated water, formation waters deep in basins, oil, and natural gas. Preserving a record of the distribution and composition of these fluids from the past should contribute significantly to studies of paleoclimate and global-change research, is essential for improving understanding of diagenetic systems, and provides useful information in petroleum geology. Applications of fluid inclusions to sedimentary systems are not without their complexities. Some fluid inclusions exposed to natural conditions of increasing temperature may be altered by thermal reequilibration, which results in stretching, or leakage and refilling, of some fluid inclusions. Similarly, overheating in the laboratory can also cause reequilibration of fluid inclusions, so fluid inclusions from the sedimentary realm must be handled carefully and protected from overheating. Natural overheating of fluid inclusions must be evaluated through analysis of the most finely discriminated events of fluid inclusion entrapment, fluid inclusion assemblages (FIA). Consistency in homogenization temperatures within a fluid inclusion assemblage, consisting of variably sized and shaped inclusions, is the hallmark of a data set that has not been altered through thermal reequilibration. In contrast, fluid inclusion assemblages yielding variable data may have been altered through thermal reequilibration. If a fluid inclusion assemblage has not been altered by thermal reequilibration, its fluid inclusions may be useful as geothermometers for low- and high-temperature systems, or useful as geobarometers applicable throughout the sedimentary realm. If a fluid inclusion assemblage has been altered partially by thermal reequilibration, techniques for distinguishing between altered and unaltered fluid inclusions may be applied.

In studies of global change, fluid inclusions can be used as sensitive indicators of paleotemperature of surface environments. Fluid inclusions also preserve microsamples of ancient seawater and atmosphere, the analysis of which could figure prominently into discussions of past changes in chemistry of the atmosphere and oceans. In petroleum geology, fluid inclusions have proven to be useful indicators of migration pathways of hydrocarbons; they can delineate the evolution of the chemistry of hydrocarbons; and they remain important in understanding the thermal history of basins and relating fluid migration events to evolution of reservoir systems. In studies of diagenesis, fluid inclusions can be the most definitive record. Most diagenetic systems are closely linked to temperature and salinity of the fluid. Thus, fluid inclusions are sensitive indicators of diagenetic environments.     

流体包裹体研究:进展、地质应用及展望

在多数地质作用过程中,流体都担任着元素迁移的载体、化学反应的活化荆的角色.大量研究表明,岩石、矿物以及元素在有无流体的情况下会表现出迥异的物理和化学性质,所以对于认识某一地质过程而言,流体方面的研究往往能够提供极其重要的信息.流体包裹体则以其直接反映古流体的成分,在各种矿物中的普遍存在性,以及对各种后期改造有一定的抵抗力等特点而成为研究古地质流体的最佳样本,并已经被成功地应用到各种地质过程的研究中.从基本概念出发,讨论了流体包裹体的种类和原生、次生流体包裹体的区分,对流体包裹体的岩相学观察要点以及流体包裹体研究的最新进展做了简要的综述,着重介绍了研究中常用的分析方法及变质岩中流体包裹体的研究,并举例说明了流体包裹体在矿床学、石油地质学中的应用,以及近期的一些关于流体包裹体中保存生物标志和生物遗迹化石的研究,最后对未来流体包裹体研究的发展方向作了简单的展望.     

单个油包裹体组分预测及其在油气成藏研究中的应用

了解单个石油包裹体详细的组分信息不仅有助于微观上定量认识油气充注过程中其成熟度的演化,还对精细刻画油气成藏过程中动力演化具有重要意义.根据石油包裹体热动力学原理,利用10个成熟度依次增大的已知组分的原油在匹配其饱和压力和改进气、液相摩尔体积计算前提下,建立了捕获不同组分原油的包裹体均一温度(Th_oil)与其在室温下(20 ℃)气泡充填度(F_v)关系的标准图版,从而通过对比实测的Th_oil和其室温下F_v与标准Th_oil-F_v图版,反推出油包裹体近似等效流体组分.对东营凹陷北带民丰深层油包裹体进行系统荧光分析、显微测温和包裹体体积3D重构等一系列的测定.结果表明丰8井和丰深1井各发生过两幕油气充注,其中丰8井第一幕油气充注(甲烷摩尔含量位于31%~35%之间)对其油气成藏贡献最大;而丰深1井第二幕充注的油气(甲烷摩尔含量大于60%)控制丰深1井凝析油藏成藏.从而为进一步厘定北带深层油气充注PVTxt史奠定基础.      

The application of fluid inclusions to migration of oil and diagenesis in petroleum reservoirs

Fluid inclusions can be used to interpret thermal history and petroleum maturation and migration relative to burial history. Temperature, pressure and composition data collected from fluid inclusions are used to determine the environment of diagenesis and the timing of cementation and migration. Cements in petroleum reservoirs contain both oil and aqueous fluid inclusions. Fluorescence spectroscopy is used to identify oil inclusions and to determine the maturity of entrapped oil. The lifetime of fluorescence induced by a pulsed laser is related to the API gravity of entrapped oil. Interpretation of fluid inclusion data depends on knowing the origin of fluid inclusions and the probability that they survive in the burial environment. Those aspects of fluid inclusion study are investigated by synthesizing oil and aqueous inclusions in calcite crystals in laboratory experiments. Examples of how fluid inclusions are used to determine the physico-chemical environments of diagenesis in petroleum reservoirs and the timing of cementation and migration are given for the Wealden Basin, England, the Mishrif Formation, Dubai, the Smackover Formation, Gulf Coast, U.S.A. and Jurassic sandstones, offshore Norway. In the Wealden Basin, temperature data from fluid inclusions are used to determine that oil migration occurred in the Cretaceous and that the reservoir rocks have been uplifted to varying degrees at a time after migration. Distribution of oil inclusions indicates that generation and migration of oil was principally in the western part of the basin. The geochemistry of oil inclusions in calcite cements from the Mishrif Formation, Dubai, are used to determine the type and maturity of entrapped oil. Temperature data from oil and water inclusions are used to relate reservoir diagenesis to burial history and the migration of oil. In deep Smackover reservoirs oil contains H₂S. The origin of the H₂S is examined by study of fluid inclusions containing H₂S. In Jurassic sandstones, offshore Norway, fluid inclusion studies show that silica cementation is related to burial depth whereas a later calcite cementation originated from invasion of a hot fluid.     

改进后的烃类流体包裹体热力学模拟方法及其在油气成藏研究中的应用

烃类包裹体成分和热力学行为非常复杂,准确恢复捕获条件一直是一个难点。以往的研究一般用盐水包裹体的均一温度来代替捕获温度,但是均一温度和捕获温度之间有误差,用均一温度代替捕获温度不够准确,因此需要校正。笔者对烃类和同期盐水包裹体的均一温度先校正后模拟,减少了烃类包裹体热力学模拟误差;通过对储层流体包裹体进行显微荧光、显微测温、显微共聚焦激光扫描、显微傅里叶变换红外光谱等实验分析,得到流体包裹体均一温度(90~170 ℃)、盐度(0.71%~11.1%)、气液比(7%~9%)、CH₄的摩尔分数(20%~25%)和CH₂/CH₃(4~8)等参数;结合盐水包裹体均一温度校正曲线,利用FIT-Oil软件进行PIT(烃类包裹体热力学)模拟,恢复储层包裹体的捕获压力和捕获温度,提高了包裹体捕获条件获得的精度。为了验证此方法的准确性,以人工合成包裹体作为标准样品,获得盐水包裹体均一温度与捕获温度关系校正曲线,参数校正后利用软件计算出的捕获温压与实验设定的温压条件吻合良好。以东营凹陷丰深10井沙四下亚段储层包裹体为实例,进行了古温压和成藏期的估算,与前人通过其他方法得出的结论一致,证实了捕获条件获得的准确性。     

储层烃类包裹体类型识别与PVT模拟方法

正确判识烃类包裹体的类型与准确的PVT模拟结果对于含油气盆地储层包裹体研究和应用有着重要的意义。目前有关烃类包裹体类型的分析方法有显微冷冻测温分析、荧光光谱分析、显微激光拉曼光谱分析及傅里叶变换红外光谱分析等方法。显微测温分析是研究包裹体相变特征的基本方法,也是判断烃类包裹体含油类型的简单而有力的工具。根据烃类包裹体的相变特征结合光谱分析结果可以识别不同类型的油气,如重质油、轻质油、湿气、干气和凝析气等。根据其临界点的高低也可以判断其含油类型。在对烃类包裹体判识的基础上,对包裹体进行PVT模拟是准确获取油气成藏温压条件的重要手段,但PVT模拟的难点是难以获取单个烃类包裹体的成分,这将是未来烃类包裹体研究的重要内容之一。     

辽河西部凹陷南段油气运移史研究与有利聚集区预测

通过流体包裹体均一温度测试、含油气包裹体指数GOI统计和盆地模拟,研究了渤海湾盆地辽河西部凹陷南段的油气运移史,预测了油气聚集的有利地区.包裹体均一温度资料表明,本区有三期成藏:东二期、东一期和明化镇期;以前两期为主.盆地模拟研究表明,尽管沙河街组烃源岩在沙一期末开始生烃,但在东营期才开始大规模排烃和成藏.GOI的统计分析表明,GOI>5%的区域为油气聚集的有利地区,其中的圈闭应成为下步首选的钻探目标,已发现的欢喜岭油田和双南油田就分布在GOI>5%的区域内.     

油气充注成藏贡献度及其意义

油气成藏过程常伴随着多幕次的油气充注, 通过流体包裹体方法确定的油气成藏时期大都包含了一个油气藏形成过程中多幕次的油气充注.然而, 不是所有的充注幕次都对现今的油气藏具有贡献.因而确定哪一幕油气充注对现今油气成藏的贡献程度最大, 才是准确厘定油气成藏时期的前提.油包裹体是油气充注的直接证据, 当其他因素影响较小时, 油包裹体荧光颜色的改变反映的是其成熟度的变化, 也是其源岩热演化程度改变的响应.油包裹体成熟度可以通过已知油藏油的微束荧光光谱参数和原油API度关系来定量表征, 古油气成藏贡献度分析就是建立在油包裹体API度预测的基础上.在每一幕原油充注时期内, 成岩矿物捕获的油包裹体API度频率分布符合正态分布趋势, 理论上, 当有几幕原油充注时, 原油API度分布就存在几个正态分布趋势.通过对比油包裹体API度频率分布直方图与油藏现今流体API度, 可以比较出哪一幕原油充注对现今油气聚集的贡献度最大, 从而为油气成藏过程分析和油气充注PVTx(压力-体积-温度-组分)史恢复提供更好的约束条件.      

矿物流体包裹体研究在油气资源评价和油气勘探远景预测中的应用

矿物流体包裹体在油气资源评价及油气勘探远景预测中的应用是90年代应用石油地质学的一个重大进展,它不但为油气资源评价和勘探提供了崭新思路、方法和手段,而且为矿物包裹体学的应用和发展开辟了广阔前景。本文系统介绍并探索矿物包裹体在油气形成、演化、运移、聚集以及油气资源评价和勘探远景预测等方面的应用。     

流体包裹体研究对成矿流体动力学模式的制约

热液矿床的形成既包括地球化学过程也包括流体动力学过程,后者主要研究成矿流体的驱动力、流动方向、速度及持续时间。流体及金属的来源,金属在热液中的溶解度及溶解机制,以及矿石的沉淀机制等可以通过多种地球化学手段来研究,而流体动力学过程的确定相对比较困难。流体包裹体分析不仅可以为成矿地球化学过程,而且可为流体动力学过程提供制约,因为流体包裹体研究所得到的流体P-V-T-X性质与流体流动、热传导及质量迁移等控制方程直接相关。本文阐述流体包裹体与流体动力学研究的理论关系,流体包裹体研究对已有成矿流体动力学模式的贡献,以及未来的研究方向。从流体包裹体研究得出的流体压力状态为岩浆热液及造山型成矿系统的超压驱动模式提供了关键的证据。流体包裹体均一温度及其分布为沉积盆地成矿流体动力学模式提供了重要的制约。流体包裹体研究在揭示流体混合及流体相分离等重要成矿过程方面提到了至关重要的作用,但它们在研究流体混合及多相流体流动的物理过程方面的潜力有待进一步开发。精心设计的流体包裹体研究有可能应用于古流体流动数值模型的调试。     

流体包裹体研究的进展和方向

国外近十年来,在流体包裹体研究方面取得很大进展,除了在地质年会上有许多成果报道之外,专业会议更是每年召开一次（指北美流体包裹体会议和欧州体包裹体会议）,报道了大量最新的有关包裹体的研究成果。本文将从４个方面评述国外近年来流体包裹体的研究进展：即人工流体包裹体及Ｐ－Ｔ－Ｖ－Ｘ属性;流体包裹体的成分分析和年代学;流体包裹体在金矿及其他矿床研究中的应用和利用流体包裹体寻找石油。     

成油环境中的流体包裹体：分析步骤与PTX重建

摘要石油盆地内的古流体以流体包裹体的形式保存在成岩矿物中，它们代表了初始石油或气相的组成并记录了流体捕获时的温度和压力条件。在储集层中卤水通常以不混溶相的形式与石油共存。一般利用单个包裹体分析法对水溶液和石油包裹体进行研究，利用显微测温法来确定相转变的温度，利用拉曼光谱定量来分析水溶液包裹体中溶解甲烷的含量，石油包裹体中CH4和CO2的含量可以利用傅立叶变换红外光谱分析来估算，通过共聚焦扫描激光显微镜来重建石油包裹体的体积。利用Duan和Peng-Robinson方程可进行热力学模拟，并分别应用于水溶液和石油包裹体体系。两类流体体系等容线的交点可用来确定流体捕获时的实际温度和压力条件，从而利用流体压力对具有不同地球动力学背景的源区流体动力学演化进行重建。     

流体的热力学前缘研究

总结了当前国内外关于流体的热力学前缘研究领域如下：（１）流体体系的ｐ－Ｖ－Ｔ－ｘ相关系研究，主要对象是Ｈ２Ｏ－ＣＯ２－盐类多组分体系高温高压下相图的实验和理论研究。（２）矿物在流体中的溶解度及溶解后在流体中溶解类型的形式和热力学性质——平衡常数（或Ｇｉｂｂｓ自由能）及各种偏摩尔性质的研究。（３）流体热力学模型化研究，已研制出大量的计算机软件，包括多种矿物、溶解类型的热力学数据库和模拟热液平衡、矿物溶解性质、反应路径和水—岩相互作用的实用程序。（４）超临界流体的相关系和化学反应等有许多特殊的性质，对认识地球内部的演化将有重要意义。（５）新技术新方法的发展，使分析单个矿物包裹体成分变成了现实。     

江西省全南县大吉山钨矿成矿流体演化特征

大吉山钨矿位于南岭W、Sn成矿省,是我国著名的大型W矿床。本文旨在通过对大吉山脉形钨矿2513号脉中的包裹体进行详细的岩相学及显微测温学研究,对成矿流体的演化过程及矿床形成深度进行探讨。包裹体的岩相学研究表明,包裹体类型复杂主要由富液包裹体、含CO2、CH4三相包裹体及含子矿物包裹体组成;包裹体组合复杂,各种类型的包裹体常叠加在一起;原生、次生包裹体产状区别明显,较易识别,原生包裹体主要由含CO2、CH4三相包裹体及充填度较小的富液包裹体组成,次生包裹体主要为充填度较大的富液包裹体。显微测温分析发现不同类型的包裹体的盐度、均一温度差别显著,呈现复杂的流体演化过程。包裹体的爆裂曲线显示,曲线有高低温两个起爆点,分别对应原次生包裹体包裹体群的起爆温度;由深部到浅部,原生包裹体的起爆温度逐渐降低。利用显微共焦激光拉曼探针仪对原生包裹体进行成分分析发现,成矿流体主要由H2ONaCl和H2OCO2CH4NaCl体系组成。包裹体的显微测温结果显示,成矿流体演化经历了自然冷却、不混溶作用和混合作用等过程,各种过程相互作用造成了钨的沉淀。通过对不混溶包裹体的测温数据进行计算,得出大吉山脉型钨矿成矿流体的压力约为114～132MPa,矿床形成深度约为4.6～5.3km。     

人工合成碳酸盐岩流体包裹体实验与定量分析

介绍了高温高压合成碳酸盐岩流体包裹体的实验技术和定量分析结果，为碳酸盐岩流体包裹体的激光拉曼光谱定量分析提供了工作标准样品，对碳酸盐岩流体包裹体的形成过程和影响因素作了部分分析。     

岩盐中合成烃包裹体与母油的地球化学特征及其在油源对比中的意义

油气包裹体广泛应用于油气成藏研究,但油气包裹体能否继承母油荧光及地球化学特征等,尚缺乏直接的实验证据。本文在开放体系下用NaCl挥发结晶法对一轻质原油进行合成烃类包裹体实验,通过镜下观察和激光剥蚀色谱-质谱技术分析合成的烃包裹体和母油的荧光特征、成分特征及地化特征,研究两者的异同点。结果表明,在NaCl合成烃类包裹体中共发现三种相态的包裹体:纯液相烃包裹体、气液两相烃包裹体和气油水三相包裹体;共有绿黄色荧光、蓝色荧光两种不同颜色的荧光特征。相对于母油,合成包裹体的饱和烃和芳烃类化合物中的轻质组分含量较低,可以推测在母油被捕获成为包裹体的过程中,不同的化学成分存在差异性捕获。但合成包裹体的Pr/Ph等地化参数和不同系列化合物相对含量与母油相差不大,能很好地反映母油的沉积环境等地化特征。因此,包裹体成分信息可以应用于油源对比分析。     

渤海湾盆地束鹿凹陷沙一段石盐岩中流体包裹体特征及其地质意义

束鹿凹陷内古新统沙河街组一段石盐岩中发育了大量原生的人字形单一液相水溶液包裹体和次生油包裹体,这为深刻揭示凹陷内蒸发岩成因及油气运移、保存提供了有利条件.在流体包裹体岩相学研究的基础上,开展了流体包裹体均一温度测试、并恢复了钻井的埋藏史和包裹体捕获时间及古压力.研究表明石盐岩中与次生油包裹体同期的水溶液包裹体均一温度分为66.5~91.5 ℃和103.7~108.9 ℃两期,其对应的捕获时间分别为10.56~10.11 Ma和1.10 Ma,表明油气流体进入盐岩层的时间分别为馆陶组沉积的中晚期和更新统沉积期,与生烃史的研究结果基本吻合.石盐岩层中部利用包裹体模拟的古压力系数高达1.64,底部石盐岩中存在大量超压条件下形成的单一液相油包裹体,证明盐下存在超压系统,而超压系统的存在为油气的运移和保存提供了动力条件.      

变质岩流体包裹体研究的几个基本问题综述

变质岩中流体包裹体研究主要能够获得变质地体从变质峰期至退变质出露地表期间参与了一系列构造一热事件流体的成分和主要物理化学参数的部分信息。由于变质作用本身的特殊性和具长期的演化时限，研究富流体环境中形成的流体包裹体所得到的许多成因认识不能照搬。多侧面地评估流体包裹体捕获后的改造效应对流体包裹体成分和体积的影响程度，全面测试获得完整的流体包裹体数据，并与其它相关但独立取得的流体成分与性质的资料互相限制，才能正确地阐述具体流体包裹体资料的岩石学含义。     

CH4—H2O体系流体包裹体拉曼光谱定量分析和计算方法

CH4—H2O体系流体包裹体研究对含油气盆地流体分析和成矿流体研究都有重要的意义。本文详细介绍了H2O、CH4和CH4—H2O体系的拉曼光谱特征及分子作用，分析了CH4—H2O体系热力学特征，同时对CH4—H2O体系流体包裹体拉曼光谱定量分析和计算的方法及步骤进行了叙述。利用人工合成流体包裹体建立甲烷浓度与拉曼特征峰面积比值之间的校正曲线是实现CH4—H2O体系流体包裹体定量分析的基础。盐度对包裹体定量分析的影响最为显著，在恒定甲烷浓度下，甲烷与水的拉曼峰面积比值随着盐度增加而减少。对于流体包裹体封闭体系，随温度升高，液相甲烷浓度增大。校正曲线必须包含对温度和盐度的校正。石英主矿物性质和方位对甲烷浓度定量分析的影响可以忽略。实验研究表明，原位拉曼光谱技术是准确获取流体包裹体中甲烷水合物生成条件的一种有效方法。因此，基于拉曼光谱分析和显微测温分析结果，采用热力学模型可以定量计算CH4—H2O体系流体包裹体的相关参数。