銀額盆地石炭
--二疊系包裹體成分特征對油氣運移的討論

韓 偉，任戰利，盧進才，魏建設，張云鵬

1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室/地質學系，西安 710069 2.西安地質調查中心，西安 710054

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銀額盆地石炭
--二疊系包裹體成分特征對油氣運移的討論

韓 偉1,2，任戰利1，盧進才2，魏建設2，張云鵬2

1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室/地質學系，西安 710069 2.西安地質調查中心，西安 710054

包裹體成分特征反映了油氣的演化程度和運移期次。本文對銀額盆地石炭--二疊系4組地層砂巖中的包裹體開展研究，發現研究區包裹體多≤5 μm，呈串珠狀分布于石英顆粒裂隙中，以氣液兩相的狀態存在。根據包裹體中甲烷等有機組分的含量及其相互關系對研究區油氣運移過程展開研究，認為二疊系至少經歷過較高溫較高鹽度、較低溫低鹽度等兩期油氣運移；結合烴源巖熱演化史研究，可分別對應二疊紀中期--二疊紀末和白堊紀早--晚期兩期油氣運移過程。

銀額盆地；石炭--二疊系；包裹體成分；油氣運移

0 引言

流體包裹體是成巖成礦流體在礦物結晶生長過程中被包裹在礦物晶格缺陷或穴窩中、至今尚在主礦物中封存并與主礦物有著界限的那一部分物質。包裹體類型和成分的不同，反映了油氣的不同演化程度和不同運移期次。通過對儲層中油氣包裹體特征的研究，可以反演油氣運移和成藏過程。近年來，包裹體被廣泛用來研究油氣成藏時間和期次，并取得了大量研究成果[1-8]。

圖1 銀額盆地石炭--二疊紀構造簡圖及樣品分布Fig.1 Division of C-P tectonic units in Yin’e basin and sample distribution

銀額盆地位于內蒙古西部，是包括了銀額(銀根--額濟納旗)盆地、北山盆地群等古生代與中生代盆地的疊合盆地。中國地質調查局2007年在研究區啟動了“西北地區中小盆地群油氣資源遠景調查”項目,對研究區盆地性質和油氣地質條件等方面展開研究，發現區內生烴條件優越，共發育5套分布廣、厚度穩定的石炭--二疊系烴源巖，具備以碎屑巖為主，碳酸鹽巖、火山巖和風化殼等并存的儲集層，并獲得了與石炭--二疊系烴源巖有關的油氣賦存信息，證實研究區內石炭--二疊紀存在油氣成藏[9-13]。此外，對研究區烴源巖熱演化史等方面的研究認為,該區可能存在著多期次油氣成藏的過程[14]。

總之，銀額盆地石炭--二疊系具備良好的油氣地質條件，在勘探初期鉆井資料匱乏的情況下，確定油氣成藏期次、優勢儲集層可能對后期工作產生很好的指導意義，但前人針對石炭--二疊系開展的相關研究幾乎空白。因此，筆者嘗試應用流體包裹體技術，在系統采集石炭--二疊系樣品并開展流體包裹體特征研究的基礎上，探討其油氣運移及成藏期次，這將對進一步認識該區油氣成藏規律提供依據。

1 地質背景

銀額盆地位于天山--興安造山系與華北地塊的交匯帶(圖1)，在晚泥盆世--二疊紀為統一的裂谷盆地，石炭--二疊系沉積之后，經歷了海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等多期次的構造改造(表1)，各期構造改造影響程度不同。其中,海西期和燕山期構造運動對研究區油氣系統影響尤為重要[11-14]。

晚石炭世--二疊紀，研究區為海相沉積環境，整體為海退過程；盆地范圍達到鼎盛后逐漸縮小，在淺海陸棚相(烴源巖層)廣泛發育的同時，濱、淺海相等(儲集層)也有發育。研究區在此期間不同程度地發育了巨厚的沉積地層，巖性組合為碎屑巖+碳酸鹽巖+火山巖。石炭--二疊系由下往上分為8個巖石地層單元(表1)，在二疊系中均發現品質優良--中等的烴源巖，因此，二疊系是研究區十分重要的生油層系。

2 樣品情況及包裹體特征

由于研究區尚屬前期勘探階段，沒有確定真正有效的油氣儲集層。但由于石炭--二疊系殘留巨厚的沉積地層，并且每組地層均發育具備儲集條件的砂巖。因此，本次研究所用樣品覆蓋了整個二疊系，均采自野外剖面的砂巖層段(圖1，表2、3)。

通過顯微鏡下巖石薄片觀察，發現研究區包裹體較小，多≤5 μm，呈近圓形的不規則形狀，并呈串珠狀分布于石英顆粒裂隙中，以氣液兩相的狀態存在(圖2)。本次研究包裹體未經熒光照射，由其成分判定為含有機質包裹體，具體為液態烴+氣態烴+鹽水溶液包裹體[15]。

3 包裹體成分特征

礦物流體包裹體的成分主要指各種正負離子的水溶液、各種烴類組分以及二氧化碳、氮、氫等非烴物質組分，它們以氣、液、固相存在，代表了該包裹體形成時沉積物所含流體的原始組分[16]。原油從低成熟度階段演化到最終甲烷氣階段，其中的有機與無機組成發生變化，包裹體中氣體組成也發生一定規律的變化，在低成熟原油階段以H2O和CO2為主，最終甲烷氣階段則以CH4為主[15]。因此，包裹體內的組分變化可反映其捕獲流體演化程度的信息。

本次包裹體成分測定、測溫均在西安地質調查中心分析實驗中心進行，儀器型號為英國Renshaw公司inVia型激光拉曼探針，實驗條件為Ar+激光器波長 514.5 nm；激光功率20 mW；掃描速度10 s/(6次)疊加；光譜儀狹縫20 μm，溫度23 ℃，濕度65%。研究采用單個包裹體激光拉曼光譜測定的原始成分數據，由于按不同相態分別計算各成分的相對物質百分含量，常會因氣液比的不同而不能進行對比。為此，本研究根據包裹體氣液比值和物質含量計算出每一組分的摩爾分數。現將部分數據列于表2中。

3.1 有機組分特征

數據顯示，所有樣品包裹體中所含有機組分的摩爾分數為0.42%～36.52%。各剖面(同一層位)樣品中有機組分含量差別較大，最大可達5倍，并且，層位越靠上部，有機組分含量越不統一。說明這些包裹體是不同演化程度、不同期次油氣運移的產物。

從包裹體有機組分摩爾分數圖(圖3)中可以看出，研究區樣品包裹體中有機組分大致可分為0～15%和≥15%兩個區間，或者進一步細分為<15%、15%～25%和≥25%三個區間。也就是說，研究區經歷了兩到三次，甚至更多次的油氣運移過程。

a.11AQ-BG2；b. 11EGE-BG1；c.11HWL-BG5；d.11AQ-BG3。圖2 銀額盆地典型包裹體照片Fig.2 Typical photos of inclusions in Yin’e basin

圖3 包裹體有機組分摩爾分數圖Fig.3 The organic component mole fraction of inclusions

3.2 甲烷濃度比值A，烷烴、總有機組分比值B和甲烷、總有機組分比值C

油氣演化模擬試驗和有機化學基本原理說明，石油在演化過程中有不斷加氫的作用，使石油中的多種組分向烷烴轉化，在高演化階段，油氣的主要組分為CH4和少量C2H6、C3H8等，很少見到烯類和炔類物質[5]。

因此，甲烷濃度比值A、烷烴(CH4+C2H6+C3H8)與總有機組分的摩爾分數比值B(表3)反映了油氣的演化程度：A、B值高則油氣演化程度高，反之則演化程度低。這一特點也可說明油氣的運移順序：在一小塊巖樣中，不同包裹體的A、B值差別較大,說明巖樣中含有低、高兩種演化程度的烴類物質，那么低者應運移在先，而高者應運移在后[5-6]。

從表2中可以看出，少數樣品中除檢測出CH4之外，還有少量的C2H2、C2H4、C3H8、C4H6、C6H6成分，說明銀額盆地這幾套儲層均儲集過高演化階段的油氣；而且這些油氣的演化程度仍有區別，應屬于不同期次、不同演化階段。

表3顯示：A值為0.003～0.370，分布范圍較寬，可大致分為<0.1、0.1～0.25、≥0.25三個區間；B為0.786～1.000，分布較為集中，這主要是由于多數樣品中有機組分僅為CH4所致，可大致分為<0.9、0.9～1.0兩個區間。

在某些環境下，烴類物質運聚時無極性分子或低碳烷烴(如CH4)搶先運移，而滯后運移的分子是極性較強的組分，再后運移的則是極性最強的組分。C值即可反映無極性分子與極性分子的摩爾分數比。C值大者，代表無極性分子較多，極性分子較少，它的運移在先；C值小者，代表無極性分子較少，極性分子較多，它的運移在后[5]。表3中C值與B值大致相同，也可分為<0.9、0.9～1.0兩個區間。

綜合表3中數據來看：樣品的A值分布較寬，可大致分為三個區間；B值和C值數值較高，且較集中，均可分為兩個區間。因此，從這三項比值可分析認為:研究區儲集層運移過高演化程度的油氣，并且可能存在兩次甚至三次的運移過程。

3.3 均一溫度與鹽度的關系

由冷凍臺測定獲得冰點溫度，然后就可以利用前人的實驗相圖或經驗公式來計算流體的鹽度。Hall等[17]提出了H2O-NaCl體系鹽度-冰點公式：

w=0.00+1.78Tm-

(1)

式中：w為NaCl的質量分數;Tm為冰點下降溫度(℃)。

根據烏拉爾定律[17-20]及式(1)計算出本區石炭--二疊系儲層包裹體鹽度為0.87%～16.90%。將鹽度-均一溫度進行散點圖分析(圖4)可以看出，圖4中4條剖面的包裹體以較高溫較高鹽度為主，同時還存在一期較低溫低鹽度。

表3 銀額盆地包裹體成分比值

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

送樣編號剖面/層位ABC08HSD?6b1哈爾蘇海/0．2871．0001．00008HSD?27b1(1)哈爾蘇海組0．1330．9040．90408HSD?27b1(3)0．0941．0001．00008HSD?35b2(1)0．2261．0001．00008HSD?35b2(2)0．1361．0001．00008HWL?11b1杭烏拉/0．2121．0001．000阿其德組11AQ?BG1埋汗哈達/0．1101．0001．00011AQ?BG2阿其德組0．0801．0001．00011AQ?BG30．3701．0001．00008MHHGB2埋汗哈達/0．2261．0001．000埋汗哈達組08WHXGB1烏哈西比/0．1771．0000．985埋汗哈達組08HWD?3b1(1)杭烏拉/0．1030．9400．94008HWD?25b1(1)埋汗哈達組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查古爾/0．3180．9670．967阿木山組08264D?b1264/0．2511．0001．00008264D?b5(3)阿木山組0．0030．7860．78611EGE?BG1恩格爾烏蘇/0．2001．0001．00011EGE?BG2阿木山組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)。

圖4 包裹體均一溫度與鹽度關系Fig.4 The relation of homogenization temperature with salinity for inclusions

分析各組均一溫度和鹽度的關系可以看出：阿木山組和埋汗哈達組的分布比較集中，為較高溫較高鹽度；阿其德組和哈爾蘇海組的分布較為分散，除了較高溫較高鹽度之外還出現了較低溫低鹽度的特征。較低溫低鹽度的包裹體A值較高，為0.136～0.287，說明該期油氣運移過程中的油氣演化程度較高；其余包裹體A值范圍比較寬，顯示存在多期不同演化程度的油氣運移過程。

4 油氣運移期次和運移過程

4.1 油氣運移期次

韓偉等[14]利用研究區內有限的鉆井資料恢復了埋藏史圖(圖5)，由于資料匱乏，阿木山組埋藏史并未被恢復。從圖5中可以看出，研究區存在一期二疊紀中期--侏羅紀早期(距今198～270 Ma)油氣形成和運移充注的過程，和另一期白堊紀早--晚期(距今70～138 Ma)油氣大規模聚集運移的過程。其中，哈爾蘇海組和阿其德組烴源巖油氣運移時期主要在白堊紀，埋汗哈達組油氣運移時期包括二疊紀中期--侏羅紀早期和白堊紀；推測時代更早的阿木山組油氣運移時期也包括二疊紀中期--侏羅紀早期和白堊紀，甚至更早。

Ro為鏡質體反射率。圖5 銀額盆地埋汗哈達地區烴源巖埋藏史圖Fig.5 Burial history of source in Maihanhada area of Yin’e basin

4.2 油氣運移過程

由于研究區油氣勘探程度極低，熱史研究工作只能進行初期探討，具體油氣運移過程還需要構造、沉積等油氣地質條件來約束。

研究區自晚古生代古亞洲洋閉合后開始內陸盆地演化階段；晚泥盆世--二疊紀時期進入后造山伸展階段，盆地相對穩定。在晚二疊世沉積厚度達到階段性最大，阿木山組和埋汗哈達組烴源巖已經進入生烴階段，開始向油氣轉化，但受埋深厚度影響，尚未達到最大熱演化程度。二疊紀末--三疊紀，受海西期構造運動影響，研究區進入陸內造山階段，構造背景以抬升為主，整個研究區幾乎沒有三疊系沉積，沉積厚度減薄，部分進入生烴階段的烴源巖被抬升冷卻，停止生烴。印支期、燕山早期，研究區一直處于這種構造抬升狀態下，區內三疊系、侏羅系中下統沉積普遍缺失，這種背景十分不利于油氣成藏、運移。因此，之前包裹體均一溫度對應埋藏史圖所記錄的二疊紀中期--侏羅紀早期生烴階段只能保留二疊紀中期--二疊紀末。

到早侏羅世--早白堊世，受燕山運動影響，銀額盆地經歷了沉降與抬升轉換。早白堊世到晚白堊世，研究區進入平穩的坳陷沉降階段，沉積了厚度巨大的砂泥巖組合，達到最大沉積厚度;二疊系多套烴源巖熱演化程度也達到最高，進入主要生烴期。

前述包裹體有機成分比值、包裹體均一溫度-鹽度關系所顯示包裹體存在不同溫度-鹽度，不同演化程度的特征就是由于二疊紀中期--二疊紀末、白堊紀早--晚期油氣生成、運移時，烴源巖和儲層埋深不同，生成油氣的演化程度和地層溫度不同所導致。

5 結語

通過對研究區二疊系23個樣品包裹體中有機組分摩爾分數，烷烴、總有機組分比值和甲烷、總有機組分比值，以及均一溫度和鹽度的關系可發現研究區二疊系油氣運移分為較高溫較高鹽度、較低溫低鹽度兩期。

結合研究區埋藏史圖和油氣運移過程，認為研究區存在二疊紀中期--二疊紀末、白堊紀早--晚期兩期油氣運移過程。

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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

國家自然科學基金項目(41202104)；中國地質調查局國土資源大調查項目(1212010733506)

韓偉(1981--)，男，博士研究生，主要從事構造熱演化研究，E-mail:hw_198196@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201505108

P613.8

A

韓偉，任戰利，盧進才，等. 銀額盆地石炭--二疊系包裹體成分特征對油氣運移的討論.吉林大學學報:地球科學版,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.