有机岩石学补遗2016

有机岩石学

（补遗）汤达祯2016年2月一、盆地热演化及数字模拟1、盆地热演化模式盆地热演化模式

a、SUBSIDENCEDUETOTHERMALCOOLING

b、CRUSTALSTRECHINGANDCOOLDOWN

c、SUBSIDENCEBYSTRETCHING

d、SUBSIDENCEDUETODEEPCRUSTALMETAMORPHISM

e、COMBINEDMECHANISMSSUBSIDENCEDUETOTHERMALCOOLINGFIRGUREB-490hchehl0hshc+hshl0hsmaxQoQTIMETIMEMOHOMOHODepthDepthToTshehlToTsMaximumsedimentaccumulationwhere1/aisthethermaltimeconstant(S0≦1/a≦63myrs)wherehsInitialConditionsUniformextensionCoolingT°C0FIGUREB-50SUBSIDENCEBYSTRETCHINGFIGUREB-52OhlhcohshehlhsQTIMETIMEMOHOMOHOToTsDepthDepthToTsstretchingfactorcoefofthermalexpansionwhereandThenwhereεiscrustalcontributintoobservedSurfaceheatflow,QandQohchlohsLhehlhsQTIMETIMEToTsFIGUREB-53SDepthDepthSheUpwardmigrationofmetamorphicfaciesboundary,Where:Sisgradientofmetamorphicfaciesboundary;Kiscrustalthermalconductivity;andεiscrustalcontributiontoobservedsurfaceheatflow,Q,Qo.ToTshlhl2、盆地热演化数值模拟川西坳陷热史模拟选择正确的动力学模型恢复埋藏史古地温恢复成熟演化生烃作用模拟模拟结果分析化学反应动力学模型选择

理论根据是范特霍夫关系式

γ=2nγ-温度因子

n=(Ti-100)/10并选取10oC作为基准间隔，另其指数n=0，有机质成熟度表示成

R0%=ΔTTI=2n×ΔtTTI=∑ΔTTI=∑2n×Δt原理对比TTI模型

R0%=12exp[-3.3(H/C)]-(O/C)

假定镜质体在演化生烃过程中，存在四种独立的平行反应：镜质体→残余镜质体+H2O

a

镜质体→残余镜质体+CO2

b

镜质体→残余镜质体+CHn

c

镜质体→残余镜质体+CH4

d根据物质平衡原理关系式：LLNL模型Arrhenius方程：k=Aexp(-E/RT)

k是反应速率“常数”

A是频率因子E是反应活化能CHXOY→C1-b-c-dHx-2a-nc-4dOy-2b-a+aH2O+bCO2+cCHn+dCH4川西坳陷古地温梯度模拟结果

(oC/100m)年代川西坳陷南部川西坳陷北部E3.563.17K3.603.27J3.753.63T3.713.54川西坳陷北部成熟演化史川西坳陷南部成熟演化史

根据Bostick等(1979)的图表和我国热史单一的松辽、鄂尔多斯、二连等盆地的实测数据，采用双重回归的方法建立了T-t-Ro,m经验公式(r=0.99)，推导并优化了数值算法。Ro,m=0.492t0.093/[646.32/(111.85+lnt)-lnT]

式中，Ro,m为镜质组平均反射率值(％)，t为岩层绝对年龄值(Ma)，T为古地温度值(oK)。

这是Arrhenius方程在煤变质作用方面的一种统计表达式，即煤变质作用热动力学经验公式，可以用于求解盆地的正常地热场及附加地热场对煤变质作用的影响，实现对煤的多阶段多热源叠加变质作用的模拟。

图5-8珠三坳陷不同时刻的T8-Tg平均热分布泉州-宁化剖面童子岩组煤系岩浆附加地热场动态模拟结果(两次岩浆侵入)浙闽粤东部在深成变质作用条件下，上古生界煤级只能达到肥煤(盆地边缘)-低级无烟煤(盆地中心)，而聚煤期后花岗岩岩浆侵入和热液所造成的附加地热场使其达到中级无烟煤-超级无烟煤。抚顺盆地古近纪含煤—含油岩系遭遇大规模辉绿岩床侵入的叠加地热场动态模拟结果

在深成变质作用条件下，抚顺盆地古近系的煤级只能达到褐煤，而聚煤期后的大规模辉绿岩床侵入和热液循环所造成的附加地热场，使其达到低煤级(长焰煤-气煤)烟煤。85003钻孔78023钻孔203-1钻孔N800号孔二、储层有机流体包裹体分析均一温度优点：

1直观，操作简单

2古地温近似值，热事件标志

3期次划分缺点：

1受包裹体数量限制，主观因素影响

2忽略宿主矿物的影响

3古地温多呈非线性演化

川东北飞仙关鲕滩部分样品伴烃盐水包裹体统计川东北飞仙关鲕滩大量样品伴烃盐水包裹体统计盐度根据液相包裹体的冷冻温度换算单位：NaCl相当百分数常与均一温度配套使用东营凹陷不同洼陷油包裹体及其同期盐水包裹体均一温度分布直方图荧光分析优点：操作简单，快速缺点：异地或异源的烃类包裹体区分流体包裹体类型——有机包裹体和盐水包裹体定性揭示有机包裹体成分——荧光强度评价有机质成熟度——主峰值、红绿商晚期形成的包裹体中烃类成熟度较高（同地、同源的）自生矿物不同成岩阶段捕获的流体包裹体及其产状示意图A.石英颗粒内裂纹中早成岩期捕获的有机包裹体;B.成岩中期石英次生加大边中的原生有机包裹体;C.成岩晚期穿石英颗粒裂纹捕获的有机包裹体;D.成岩晚期方解石胶结物中的有机包裹体鄂尔多斯上古生界碳酸岩盐中方解石脉最边部生长的是早期方解石,其中很难检测到包裹体;第二期细晶方解石中有少量包裹体;位于图中部的粗晶方解石属于第三期,含大量包裹体。早期裂隙晚期裂隙自生矿物的同位素组成鄂尔多斯盆地含铀砂岩包裹体中流体的H-O同位素组成山西南部高煤级煤系脉体包裹体煤系脉体包裹体的地球化学特征受控于脉体形成时的古物理化学环境,因此被视为反映古地下流体、古地热场、古压力场等煤化作用因素的可靠标志。气相色谱、原子光谱——水溶液中的离子类型岩浆作用：Na、K，F、Cl、SO4沉积作用：Ca、Mg氢氧同位素组成分布——流体物质来源研究区晚古生代煤系脉体流体包裹体氢氧同位素分布Steppard图解1——阳城样品;2——翼城样品;3——沁源样品

包裹体研究

自身矿物

成岩作用

矿物组构

裂缝

荧光

划分期次

均一温度

盐度

有机包裹体

盐水包裹体

离子分析H、O同位素

地质作用

流体来源

古地热场、古流体场的演化一、研究任务应用流体包裹体技术，同时结合油气地质学和成藏动力学的基本理论，对有机流体的生成阶段、充注期次及油气分布特征等做初步的探论，期望找出反映盆地热演化史、生排烃史和迁移路径的有用信息，并分析压力在空间上的分布规律及异常压力产生的原因。

二、国内外研究现状国际石油大公司：大陆石油公司Conoco、阿莫科石油公司Amoco、埃克桑－美孚ExxonMobil都是这一技术的积极倡导者和应用者。学术领域中，欧洲的学者走在了前面；近年来，在流体包裹体技术的应用和发展中澳大利亚的学者在这一领域中也比较活跃。

目前流体包裹体技术在油气勘探领域中主要用于5个方面：（1）估计储集岩中各类成岩矿物的形成温度、时间和推断流体的成因；（2）估计油气运移的时间（成藏期）和温度，研究油气冲注史和古油水界面等；（3）估计古地温，以便重建更完整的热演化史；（4）估计热成熟度；（5）判别储层的分割化。三、理论与技术理论依据：

盆地中的沉积物在沉积成岩的过程中将周围活跃的流体捕获，形成了包裹体。这一捕获过程不但贯穿了整个成岩阶段，甚至一直延续到成岩期后的构造活动期。包裹体的形成PS包裹体的形成气泡包裹体的形成三、理论依据与技术保障理论依据：因此，通过研究这些被保存的包裹体的类型、分布、岩相学、热力学、化学成分等显微地质特征，可以了解漫长的地质时期各个阶段油气生成、运移、演化、聚集等成藏地质环境、物理化学条件与演化的重要信息。技术保障（1）激光拉曼测试分析技术激光拉曼光谱显微探针是近几年来迅速发展起来的分子光谱微区分析技术。目前该项技术在烃源岩研究中的应用主要是原位测定不同生烃期单体有机流体包裹体的气液相成分及其相对含量，厘定油气演化和成藏的动力学过程等。

（2）荧光显微分析技术有机包裹体特征与油气生成演化程度具有对应关系，运用有机包裹体荧光显微分析技术，对有机包裹体的数量、形态、颜色以及有机质成熟度进行详细研究，可以了解沉积有机质本身和沉积成岩的演化程度，指示油气生成和演化阶段，判断油气运移期次。

（3）显微冷热台技术冷热台是均一法测温和测定包裹体冰点的主要仪器之一。

350oC25oC-100oC0oC均一法测温350oC25oC-100oC0oC均一法测温350oC25oC-100oC0oC均一法测温350oC25oC-100oC0oC均一法测温350oC25oC-100oC0oC均一法测温350oC25oC-100oC0oC均一法测温均一温度

Th350oC25oC-100oC0oC盐度的测定350oC25oC-100oC0oC完全冻结温度盐度的测定350oC25oC-100oC0oC始熔温度Tfm盐度的测定350oC25oC-100oC0oC盐度的测定350oC25oC-100oC0oC盐度的测定350oC25oC-100oC0oC盐度的测定350oC25oC-100oC0oC盐度的测定350oC25oC-100oC0oC冰点温度Tm盐度的测定四、技术路线压力计算包裹体的观察与描述岩相学特征研究热力学特征研究激光拉曼成分测定宿主矿物荧光特征类型均一温度、盐度分布特征古高程计算密度计算流体势计算形成期次划分流体势分布与形成机制成藏作用及地层压力异常的流体响应成藏配置预测成分分析五、研究成果储层包裹体主要类型有机流体包裹体岩相学特征

有机流体包裹体成分分异

有机流体包裹体热力学特征

有机流体包裹体成因类型与形成序次

古流体势与油气运移

成藏作用及地层压力异常的流体响应

（一）储层包裹体类型

包裹体继承性包裹体成岩包裹体原生包裹体次生包裹体假次生包裹体

川西地区包裹体按成因分类结果

继承性盐水包裹体（码浅8井，1873.8m）石英加大边中气态包裹烃（盐浅3井，1866.9m）方解石胶结物中的气态烃包裹体（中46井，2414.1m）胶结物（矿物集合体）中的气态烃包裹体（中46井，2370.3m）石英微裂隙中的有机和无机包裹体（中46井，2370.3m）方解石脉中的气态烃包裹体（射1井，5274.0m）图版Ⅰ包裹体盐水包裹体有机流体包裹体单相气态烃包裹体气态+液态烃包裹体气态烃+盐水包裹体固态包裹体单相盐水包裹体气水两相包裹体气态烃+液态烃+盐水包裹体根据包裹体与地质环境的适配性，又区分为原位注入和异位侵入两类，前者在更大程度上反映了流体自生、扩散、缓慢定位特征；后者则主要体现了外来、涌流、瞬间定位特征。川西储层包裹按相态和组分分类（二）包裹体岩相学特征井号深度(m)层位丰度(%)包裹体类型形态大小(μm)宿主矿物及产状码浅8井1873.8J2s2-4气态烃盐水方柱形不规则形3-10胶结物方解石解理，石英微裂隙盐浅3井1866.9J2s1-5气态烃盐水圆形椭圆形菱形3-4胶结物方解石解理，石英微裂隙，石英加大边中46井2260-3158T2x21-5气态烃气态+液态二相固态沥青盐水椭圆形菱形不规则形3-12石英微裂隙，胶结物方解石解理，胶结物射1井5274P1m0.5-2气态烃不规则形圆形2-4结晶灰岩，方解石脉主要井包裹体特征及分布

石英微裂隙中的固态沥青包裹体（中46井，2314.1m）

方解石胶结物中的三相包裹体（白龙1井，4729m）

方解石中气态烃+盐水包裹体（LJ3井

2992.0m）

石英微裂隙中的气+液态烃包裹体（中46井，2370.3m）

石英微裂隙气+液态烃+盐水包裹体（柘1井

4247.0m）

石英微裂隙中多种包裹体共生（码浅8井，1873.8m）

图版Ⅱ

流体包裹体共生组合——同一类型或不同类型流体包裹体共存同一宿主矿物

（1）气态烃包裹体与盐水包裹体共生组合：这种组合比较常见，绝大多数气态烃包裹体都伴生有同期的盐水包裹体，特别是在石英微裂隙中，共生现象更为普遍。（2）气态烃包裹体与气态+液态烃包裹体共生组合：当二者均以原生包裹体形式共存时，个体都不大，一般2—4μm，构成了一个近似连续变化的序列。这种组合仅见于须家河组砂岩。（3）固态沥青包裹体与盐水包裹体共生组合，这种共生组合形式偶尔发现，只在中46井上三叠统须二段见及。（三）有机流体包裹体成分分异分析结果表明，包裹体成分中盐水一般占30%—60%，平均45.87%；有机组分主要包括CH4

、C2H2

、C2H4、

C2H6、

C3H6

、C3H8

、C4H6

、C6H6等8种组分，含量一般25%—50%，平均40.53%；其它非烃组分主要包括CO2

、H2、、H2S、CO等4种，含量一般5%—15%，平均12.34%。

4种类型：（1）富H2O+C2-C6烷烃包裹体（Ⅰ型）：以H2O为主，次为C2-C6烃；（2）富H2O+CH4包裹体（Ⅱ型）：以H2O为主，次为CH4；（3）富CH4包裹体（Ⅲ型）：以CH4为主，次为H2O、C2-C6烃；（4）非烃气混注包裹体（Ⅳ型）：通常仍以水、烃类为主，CO2及其它非烃类气介入明显。在实测包裹体中，Ⅰ型占79%，Ⅱ型占5%，Ⅲ型占10%，Ⅳ型占6%。

聚类分析——

以0.36线为基准，明显地分为4个群组，其中群组Ⅰ样品63个，群组Ⅱ样品17个，群组Ⅲ样品11个，群组Ⅳ样品9个。群组Ⅰ：主要分布层位是上三叠统须二段。胶结物中包裹体占51.8%，石英微裂隙占42.8%。大部分应属于成岩作用中期，以压实—胶结作用为主的阶段，有机质处于未—低熟。群组Ⅱ：各层分布数量相差不大。方解石脉占52.9%，石英微裂隙占29.4%，结晶灰岩占11.8%，胶结物只占5.9%。形成于成岩中期压实—溶蚀作用为主的阶段，有机质中低熟。群组Ⅲ：上三叠统须二段分布为主。石英微裂隙占54.5%，方解石脉占27.3%，结晶灰岩占9.1%，胶结物占9.1%。形成于成岩作用晚期溶蚀—破裂作用为主的阶段，有机质高熟。群组Ⅳ：上三叠统须二段占66.7%。石英微裂隙中包裹体占77.8%，方解石脉中包裹体样品占22.2%。属次生成因，形成于成岩作用晚期以破裂—溶蚀作用为主的阶段，有机质过熟，油气二次运移。（四）有机流体包裹体热力学特征

从理论上讲，深部地层中包裹体所测的均一温度值，应通过压力校正才能代表包裹体形成时的古地温。本次研究曾对包裹体均一温度进行校正，期望获得更接近于包裹体的地质温度。实验室测得的均一温度和包裹体真实的捕获温度或形成温度之间的差值（Tt-Th）是压力和密度的函数，一般称之为“压力校正值”，因此有

Tt=Th+△T采用Potter压力校正操作后，经反复对比反演模拟地层古地温与包裹体的校正温度，后者普遍偏高，相反，直测的包裹体均一温度倒是与反演数值十分接近。

全区样品均一温度分布范围很宽，从90—220℃都有样品分布，具双峰特征，第一峰值在100—110℃，第二峰值在160—170℃。均一温度和均一压力总的变化趋势是随着地层时代变老，其数值增大。沙溪庙组测值意外偏高，均一温度分布在140—180℃，超出所在地层正常埋深所能达到的温度，为外侵流体快速贯入。方解石脉包裹体均一温度最高，峰值200—210℃；方解石胶结物中包裹体的均一温度中等，峰值150—160℃；石英微裂隙中包裹体的峰值均一温度较低，只有100—120℃；石英次生加大边中的包裹体均一温度测试数据较少，分别为95℃和102℃,与石英微裂隙中包裹体的峰值均一温度相当，但其盐度比石英微裂隙中包裹体盐度值低，推测石英加大边包裹体形成于成岩中期，埋深不大，有机质处于中低成熟。

（五）有机包裹体成因及形成序次

伴随含油气盆地的沉降、沉积、压实、成岩、抬升等一系列地质作用，有机质从未熟—低熟—成熟，油气生成—运移—聚集，有机流体包裹体处在这样一个复杂系统中，包裹体的成因和序次与成岩作用、有机质演化、温压体制、流体动力体制等多种地质因素有关。地质流体事件制约着同期包裹体的共同特征。

压实作用（线接触）（中46井，3584.6m）

压溶作用（凸凹接触）（白龙1井，4775.9m）

石英加大边（龙7井，3319.4m）

方解石中原油包裹体显示强荧光（中46井，3284.8m）

颗粒间胶结物充填（白浅30井，1138.4m）

溶蚀作用使石英颗粒边缘呈凹穴状（中46井，2275.2m）图版Ⅲ

成岩阶段成岩作用类型有机质演化温压体制水文体制包裹体宿主矿物包裹体特征早期成岩阶段粒间压实胶结未成熟低温（＜50℃）大气水一般无包裹体形成中期成岩作用早A胶结、粒间压实未成熟中低温（＜50℃）压实水一般无包裹体形成B胶结、粒间压实偶有固态沥青包裹体低温、低盐度中C粒内压实、胶结、溶蚀低成熟中温石英微裂隙、结晶灰岩、方解石脉方解石胶结物均一温度低、盐度低、CH4含量低、CO2含量高D粒内压实、溶蚀、胶结、重结晶中成熟中高温方解石胶结物、石英微裂隙、石英加大边包裹体均一温度中等、盐度中等、CH4含量中等、CO2含量中等晚E重结晶、溶蚀、胶结、高成熟高温石英微裂隙、石英加大边包裹体、结晶灰岩、方解石脉均一温度高、盐度高、CH4含量中等、CO2含量低F破裂、裂缝充填过成熟晚期成岩作用破裂作用二次运移变化大温压水、渗滤水石英微裂隙均一温度低、盐度低、CH4含量高、CO2含量低成岩作用、有机质演化与包裹体成因

川西北部烃源岩成熟演化史

川西南部烃源岩成熟演化史

须家河组有机流体包裹体主要形成序次——

（1）前150Ma：侏罗系盖层基本形成，须家河组埋深达到3000-4000m，甚至更大，有机质在90-110oC地温条件下成熟甚至越过生烃高峰，形成低温低盐度包裹体（均一温度一般低于130oC，盐度小于5%）；（2）前150-130Ma：大约在侏罗纪末，坳陷内部构造分异加强，但整体仍以沉降为主，烃源岩温、压条件变化不大，地层束缚水数量剧减盐度增高。形成低温高盐度包裹体（均一温度一般仍低于130oC，盐度一般大于5%）；（3）前130-100Ma：是白垩系盖层主要形成阶段，须家河组达到最大埋深，有机质过熟并产出气态烃。沉降过程局部伴随断裂活动，构造活跃也使得流体在扩散的同时发生“涌流”迁移。形成高温低盐度包裹体（均一温度高于130oC，盐度一般小于5%，其盐度大多高于低温高盐度包裹体）；（4）前100-50Ma：大约从中白垩纪至新生代构造抬升前，地层埋深较长时间维持在原来水平。相应阶段形成高温高盐度包裹体（均一温度高于130oC，盐度大于5%）。川西中46井储层包裹体均一温度剖面分布图

外侵流体包裹体（六）古流体势与油气运移地层中油势（或油势梯度）、气势（或气势梯度）被通常泛指为流体势（fluidpotential）（或流体势梯度（fluidpotentialgradient）），根据它们的高低即可判断油、气、水的运动方向和聚集地带。关于流体势的数学定义有多种，其中以Hubbert的表达式最为常用：

式中：φ—为流体势；g—为重力加速度；z—为该点相对于某一基准面的高程；p—为该点流体压力；ρ—为该点流体密度；v—为该点流速。

川西坳陷北部须二段前150Ma流体势图川西坳陷北部处在统一的流体场中，等势线北东走向，低势区以关基井为标志，分布在白龙场、柘坝场、文兴场、老关庙一带，流体势由大于12×104m2/s2变化到小于3×104m2/s2，变化迅速且幅度较大。

川西坳陷北部须二段前130Ma流体势图川西坳陷北部仍然处在统一的流体场中，低势区作北西西向迁移，以中46井为标志，在中坝形成向南开口等势线分布格局，流体汇聚中心指向江油、安县，区域势差变小，由大于11×104m2/s2变到小于5×104m2/s2。

川西坳陷北部须二段前100Ma流体势图以剑阁-苍溪（鱼1井-思1井）为界，势场分化成向南西、北东两个方向的流体运聚体系，前者的等势线向西南开口，势差变化相对较快，流体势由大于9×104m2/s2变化到1×104m2/s2以下；后者的等势线向北东开口，等势线间距大，势差幅度小、变化慢，流体势由大于9×104m2/s2变化到6×104m2/s2左右。

川西坳陷北部须二段前50Ma流体势图类似于前130—100Ma间流体场格局，明显具有继承性发展的特点，同时，势差变化幅度整体降低。

川西坳陷北部须二段储层包裹体的信息表明，燕山期区域流体场明显经历了变动-调整-再变动-再调整历史演化。

川西坳陷南部，平落坝气藏（平落2井、平落3井）香二段古流体势低于周边（邛1井、白马7井），不同井位均显示较高流体势值（大于6×104m2/s2），但彼此间的势差不大。

（七）成藏作用及压力异常的流体响应

有关流体在沉积盆地中的运动方式及其动力来源不同学者强调不同的因素。Toth（1980）强调重力作用，Magara（1978）强调压实作用，Grauls（1999）强调盆地中的超压背景。Oliver（1986）曾提出造山带构造排液—侧向迁移假说。流体包裹体信息表明，川西坳陷经历前陆盆地演化，受龙门山-米仓山推覆构造挤压，尽管流体运动方式可能被复杂化，但残存沉积流体和新生烃类流体的存在及其运动仍然代表了含油气系统中油气生成、迁移、定位乃至成藏的主要行为特征。成藏过程自源流体起主导作用——

川西地区包裹体主要产出在石英微裂隙、胶结物、方解石脉、石英加大边和方解石溶孔中。不同产状包裹体的组成成分存在着差别，其中差别最为明显的是存在于胶结物和石英微裂隙中的包裹体。石英裂隙包裹体系多期次产物，其形成作用几乎贯穿了整个成岩过程。以石英裂隙包裹体为典型的水含量变化在很大程度上反映了岩石束缚水受压释放的作用实质。

不同储层，包裹体非烃气构成多在5%-20%之间，仅须家河组储层出现少数高值变化。储层时代越老，包裹体水含量越低，烃类含量越高，但须家河组包裹体囊括了其它储层各种化学组成的包裹体种类。上三叠统包裹体类型最全，其次是中三叠统，虽不否定其它层位自源补充的可能性，但能肯定上三叠统烃源输出的主导地位（甚至“上生下储”或“新生旧储”）。abdef

川西地区不同时代储层包裹体化学组成a-蓬莱镇组b-沙溪庙组c-须家河组d-雷口坡组e-下三叠统f-茅口组cabcdef

川西地区不同时代储层包裹体化学组a-蓬莱镇组b-沙溪庙组c-须家河组d-雷口坡组e-下三叠统f-茅口组注意：除茅口组外，其它层位包裹体形成期也是须家河组包裹体集中形成之时。地层压力异常与生烃作用关系——

流体势变化与区内现代地层压力异常变化轮廓极为吻合，即低势区（流体汇聚带）正好对应目前高压异常区，这些区域也是上三叠统生烃强度相对高值区，如白龙场、柘坝场、文兴场、老关庙。区内地层压力异常的格局推测在燕山期（侏罗系-早白垩世）盆地快速沉降过程中已经定格，并且与三叠系烃源岩生烃作用关系密切。成藏配置预测——

（1）曾经为古流体场的低势区现今发现气藏的几率更高，但可能遭遇地层压力异常；（2）在水溶烃扩散运聚背景下，瞬时高温有机流体包裹体可指示烃类涌流迁移、高效成藏，但须避让烃类外泻断裂构造。煤储层的成岩改造作用-包裹体应用

煤储层发生的成岩作用主要是压实和孔隙充填作用。压实明显降低煤储层的孔隙度和渗透率，因此不同埋藏深度的煤层，其物性差异大。根据剖面观察、样品观察以及扫描电镜分析，本区煤层中的裂缝和孔隙常被自生粘土矿物、方解石、黄铁矿充填，降低了煤储层的渗透性。不同部位充填程度不同，导致了煤储层的非均质性。

煤层观测煤层割理普遍被自生矿物所充填沁水盆地南、北缘肉眼可见方解石薄膜充填，两翼为紧闭充填，肉眼不能鉴定充填矿物煤层埋藏、热演化、构造发展史分析“W”字型埋藏曲线地温场经历了正常－异常高－正常的转变过程裂隙、割理系统和方位地点煤层产状充填特征平均密度,条/m汾西高阳矿3#35<83,37<82紧闭充填，不明显59介休两渡矿2#5<82,65<76,75<78紧闭充填，不明显60霍州白龙矿2#1<82,80<81,75<80方解石充填77灵石柳岔沟矿2#24<83方解石充填57翼城2#331<42，304<55方解石充填17沁水宁凹沟矿2#280<83，285<77割理紧闭，充填不明显53阳城西沟矿3#325<83,328<89，330<70割理紧闭，方解石充填28沁源3#285<83，307>71方解石充填73潞安3#276<88,304<67,324<80方解石充填72晋城成庄矿3#66<82,33<86方解石充填35晋城潘庄矿3#318<80,304<83方解石充填55霍州辛置矿9#275<87,285<87,22<85方解石充填124沁源北漳矿10#287<86,22<79,357<62方解石充填93潞安小河堡矿15#20<51,315<73,345<76方解石充填48沁水盆地构造裂隙及其充填物的基本特征沁水盆地主力煤层中主要发育三组裂隙系统，第一组走向变化为1-80度之间，一般35-40度，第二组走向为275-357度，大多数集中在280-295度之间，第三组走向为330－360度，多数集中在340-350度之间。其中又以第一组发育程度最强，第二组次之，第三组最弱，在晋城矿区和阳泉矿区和屯留矿区割理发育密度最大，其它地区密度相对较小。裂隙中的充填物以方解石为主，石英少见，以第三组裂隙充填程度最高。沁水盆地煤层割理及其充填物的基本特征

地点煤层割理发育组数充填特征面割理平均密度条/m汾西高阳矿3#2紧闭充填130介休两渡矿2#2紧闭充填155霍州白龙矿2#2紧闭充填145灵石柳岔沟矿2#2方解石充填214翼城2#2方解石充填540沁水宁凹沟矿2#2紧闭充填884阳城西沟矿3#2紧闭充填1204沁源3#2紧闭充填786潞安3#2紧闭充填760晋城成庄矿3#2紧闭充填1420晋城潘庄矿3#2紧闭充填1300霍州辛置矿9#2紧闭充填865沁源北漳矿10#2紧闭充填1060潞安小河堡矿15#2方解石充填143下部煤层的割理发育密度在下主煤层较高，上主煤层相对较低，割理密度以晋城矿区和阳泉矿区、潞安和霍西矿区最大。手标本观测充填物类型主要为方解石，以沁水盆地的南北两端充填严重，两翼割理紧闭，肉眼不能鉴别其充填物。

电镜观测结果填充物主要分为两类一类以高岭石和伊利石为主粘土矿物一类以碳酸钙胶结物为主碳酸盐岩矿物割理矿物的组合形态和方式表明，割理形成于煤化作用期其割理充填矿物类型在区域和地层上都有一定的变化，一般黄铁矿先沉淀，然后是粘土矿物，接着是碳酸盐矿物。煤层割理特征及其常见充填物全貌，斜交割理煤岩中割理充填的高岭石粘土全貌，煤岩面割理半充填，端割理未充填煤岩中的面割理和端割理，未充填各种自生矿物的穿插、组合关系割理中自生黄铁矿割理面上的方解石，有溶蚀现象各种自生矿物的穿插、组合关系方解石、伊利石填充物及晶间孔，方解石形成晚于伊利石高岭石、绿泥石和方解石，高岭石形成早于方解石各种自生矿物的穿插、组合关系方解石被自生伊利石围绕黄铁矿晶间为伊利石粘土，伊利石形成晚于自生黄铁矿三、烃源岩评价临清坳陷东部

烃源岩及其生、排烃作用研究

《临清坳陷东部油气资源综合评价》项目任务与目标烃源岩及其生排烃作用地质异常一体化研究：（1）多层系烃源岩的构成和分布特征研究；（2）烃源岩（低熟油）的有机地球化学研究和沉积有机相研究；（3）烃源岩形成演化、生烃潜力、生排烃作用研究；（4）油气藏及油气苗的油源对比；（5）多层系烃源岩生、排烃作用的动力学机制及其异常地质条件分析；（6）重点区块与重点层段的资源预测、估算与评价。第一阶段（2000年9月-2001年2月）：（1）烃源岩及其生排烃作用区域对比；（2）依据已有资料，开展多层系烃源岩有机岩石学与有机地球化学初步研究；（3）以德州三维区为重点，对沙河街组烃源岩及其生排烃作用进行初步研究；（4）建立数据库、图形库。课题执行情况第二阶段（2001年3月-2001年11月）：（1）临清坳陷东部多层系烃源岩有机岩石学与有机地球化学对比研究；（2）临清坳陷东部混源、多阶油气发生条件与烃源对比研究；（3）临清坳陷东部生、排烃基本地质条件与控制因素研究；（4）临清坳陷东部二次生烃作用与油气聚集关系的研究。课题执行情况第三阶段（2001年11月-2002年8月）：（1）建立研究区完整的有机岩石学图片库。（2）加强石炭-二叠系烃源岩及其潜力研究。（3）总结烃源岩系有机相时空变化规律。

（4）完成源岩对比、分布研究。（5）完成生、排烃作用实验模拟研究。（6）以物质平衡法和实验模拟法相结合，进行资源量及其分布评价。课题执行情况实物工作量：广泛的信息调研、资料分析，观察描述21口井岩心、采集样品309件；完成26项（计1921件样品）实验测试；对勘探项目（梁古1井、德古2井）实施跟踪研究。课题执行情况工作步骤之一根据临清坳陷源岩发育特征，系统建立烃源岩成分分类体系与有机显微组分分类体系，编辑完成临清坳陷烃源岩显微图册，为今后烃源岩直观研究提供基础。烃源岩岩石类型分布显微组分组显微组分亚组显微组分显微组分亚型镜质组富氢镜质亚组结构富氢镜质体无结构富氢镜质体

镜质亚组结构镜质体Ⅰ型结构镜质体Ⅱ型结构镜质体

无结构镜质体均质镜质体胶质镜质体团块镜质体镜质碎屑体

半镜质亚组（贫氢镜质亚组）结构半镜质体无结构半镜质体半镜质碎屑体

惰质组

半丝质亚组结构半丝质体无结构半丝质体微粒体

丝质亚组丝质体火焚丝质体氧化丝质体惰性碎屑体菌核体

壳质组壳质亚组孢子体大孢子体小孢子体角质体薄壁角质体厚壁角质体木栓质体类脂碎屑体

树脂亚组树脂体

腐泥组藻质亚组藻质体

无定形亚组腐泥体

矿物沥青基质体

动物有机碎屑亚组动物皮层体

有机显微组分分类命名含腐泥质泥岩。薄片，单偏光，×240：德1井，D1-5，Es1,1892m。油页岩，薄片，单偏光，×240：德6井，D6-13，Es3,2358m含生屑-粉砂质灰岩。薄片，正交偏光，×240：贾2井，J2-13，Es3,2602m。含生屑鲕粒灰岩，薄片，正交偏光，×120：贾2井，J2-15，Es3,2678m粉砂质岩类及其有机质分布泥质岩类及其有机质分布灰质岩与油页岩类及其有机质分布煤与碳质泥岩类及其有机质分布复杂生源有机质的构成与分布复杂生源有机质的构成与分布工作步骤之二

采用有机岩石学、油气地球化学多项参数，建立HI-OI、HI-Tmax等有机质类型划分图版，实现源岩-源岩、油-源岩的对比。

烃源岩HI与OI关系图

烃源岩HI与Tmax关系图德1井油源对比结果德1井Es1的油显示与该段烃源岩相关性极好，在反映烃源关系的同时，还在一定程度上表明Es1未熟烃源岩的烃产量尚不足以形成规模排放和运移。油显示和烃源岩饱和烃总离子流对比图

a--德1井Es1油显示（1897m)

b--德1井Es1泥岩（1887-1925m）

三萜类指纹对比图三萜类指纹对比相关系数在0.92以上，表明德1井Es1油显示来源于Es1烃源岩。德1井油源对比结果德1井Es4原油主要来源于沙四段泥岩和沙三段中、下部泥岩，为Es4和Es3烃源岩的混源贡献；各类指纹特征与沙四段烃源岩具有更好的相关性，指示沙四段泥岩贡献更大。1.德南洼陷原油和烃源岩碳同位素对比图

2.异戊二烯烷烃指纹对比图3.甾烷指纹特征对比4.三萜类指纹特征对比贾2井油源对比结果甾烷（上图）萜烷（下图）对比贾2井Es3原油与本层段的烃源岩相关性差，和德1井Es4原油甾烷和萜烷参数相关性较好，指纹特征较一致，故此推测贾2井Es3原油可能来源于类同德南洼陷的Es3中、下段和Es4烃源岩。工作步骤之三采用有机质活化能评价新技术、新参数，描述烃源岩生烃反应特性及其油气发生特点。显微组分反应活性

干酪根反应活性

沙一段Ⅰ型、Ⅱ1型为主，富腐泥物质，较多类脂组分，活化能较大幅度降低；高氢指数，强生油趋势Ⅰ型、Ⅱ1、Ⅱ2型烃源岩频繁交替，其中Ⅱ2型源岩占所测样品一半。油气兼生的倾向明显。

样品为Ⅲ型烃源岩，其中惰质组分含量较高，占有机质的16%，生烃活化能偏高

沙三段沙二段沙四段样品为Ⅲ型烃源岩，与沙二段相比，原始沉积环境还原性相对较强，源岩活化能、反应温度相应偏低

层位差别德南洼陷沙一段以Ⅰ型、Ⅱ1型烃源岩为主，沙三段以Ⅱ型源岩为主，壳质组分含量高，活化能与生烃门限反应温度最低。沙一段源岩氢指数明显大于沙三段。

源岩类型多变，Ⅰ型、Ⅱ1型烃源岩与其它洼陷的相比，活化能大多偏高，生烃起始温度也偏高，源岩中壳质组的相对含量则呈最低值。

沙一段、沙三段所测样品均为Ⅱ1型烃源岩，两段源岩品质俱佳，生油倾向较强，但生烃反应提前量（门限温度的降低）不明显。

沈庄洼陷禹城洼陷

区块差别工作步骤之四揭示临清坳陷古近系低熟-未熟油成因机制，归纳总结出硫细菌还原成烃演化模式。

未熟-低熟油的形成条件地质条件有机质演化浅湖-较深湖相暗色泥岩发育规模较大；烃源岩沉积过程经常性出现水体适度咸化；混合型有机质输入丰富特别是藻类繁殖量大；沉积-构造条件有良好匹配。

生烃显微组分以腐泥组的藻类体、矿物沥青基质、壳质组以及镜质组的基质镜质体等为主。藻类体与镜质组互为消长，合占形态有机组分总量的70%-90%，水生藻类与陆生高等植物构成重要生源。在未熟-低熟演化阶段，总烃增加，非烃下降。如德南洼陷从沙一段到沙四段，总烃含量从17.67%增至32.5%，而非烃+沥青质含量却由82.33%减至47.2%。烃源岩中含杂原子的非烃和沥青质可溶有机质的生烃转化十分活跃。生源母质

未熟-低熟油的生物标志

源岩中普遍检出甲藻甾烷、4-甲基甾烷化合物，指示藻类是重要的生源母质。甾类化合物中C27-C29规则甾烷丰度呈V字型分布，且C27>>C28<C29，以C27甾烷为主，均指示低等水生生物起源特征。霍烷、霍烯化合物的存在，指示细菌生源，C20+不规则类异戊二烯烷烃的发育，则表明细菌活动增强和菌藻类生源构成特点。

富硫大分子与烃类的生成

烃源岩全硫量与生烃潜量正相关，还原环境或半咸水-咸水沉积环境中存在的富硫大分子有利于源岩早期生烃。芳烃馏分中的含硫化合物含量与有机碳、氯仿沥青A含量和生烃潜量亦为正相关。

富硫大分子生烃转化机理

富硫大分子中，不同原子键间的键能有明显的差异，S-S键平均键能约为250KJ/mol，S-C键约为275KJ/mol，而C-C键则为350KJ/mol。早期低温转化阶段，S-S键、S-C键的解离断裂，易于高硫含量的未熟-低熟油的形成。

含硫大分子影响下的未熟-低熟油发生轨迹

由源岩生烃潜量与热解峰温Tmax建立的生烃模式表明：随着Tmax值增大，生油潜量值先后出现两个生烃峰值，即未熟-低熟源岩的生烃作用存在两个阶段。富硫大分子降解生烃阶段的Tmax

值为400-435℃，Ro值为0.2％-0.5％，生油峰位于Tmax420℃，Ro=0.35%左右。未熟-低熟油生成趋势壳质组相对含量与门限反应温度关系图

未熟-低熟油生成趋势

壳质组相对含量与活化能关系图工作步骤之五

通过模拟实验，合理采集参数，建立区分有机质类型的生烃量计算模版，据此从烃源岩及其生、排烃作用角度，进行重点区块油气资源预测评价。烃源岩品质及其成因主烃源岩生排烃作用资源分布预测资源评估及其依据烃源岩品质及其成因主烃源岩生排烃作用资源分布预测资源评估及其依据干酪根显微组分

（1）美国EXXON公司法（2）原石油部（1986）部颁标准：

类型指数T=（100a+50b-75c-100d）/100其中：a、b、c、d分别为腐泥组、壳质组、镜质组、惰质组百分含量。T80，为型（腐泥型）；80>

T40，为1型

（混合1型）；40>

T0，为2型

（混合2型）；0>

T，为

型（腐殖型）其他划分（见：李贤庆等，烃源岩有机岩石学研究方法与应用，重庆：重庆大学出版社，1997）源岩有机质类型沙一段烃源岩

显微组分（组）含量相对比例沙三段烃源岩

显微组分（组）含量相对比例沙二段、沙四段和孔店组烃源岩

显微组分（组）含量相对比例石炭二叠系烃源岩

显微组分（组）含量相对比例烃源岩类型指数空间变化

及各洼陷有机质类型对比有机质丰度及其变化

莘县凹陷下第三系烃源岩有机碳分布有机质丰度及其变化

德州凹陷下第三系烃源岩有机碳分布有机质丰度及其变化

中生界烃源岩有机碳大于0.6%的频数不足20%（主要分布在姜1井和莘参1井）有机质丰度及其变化

古生界烃源岩有机碳变化大，煤变化于38.8%-84.69%之间，平均60左右%；煤系暗色泥岩为0.40%-13.4%。

不同时代源岩有机质分布及有机质转化特征根据有机岩石学、沉积环境及有机地球化学参数综合划分出临清坳陷源岩5种沉积有机相。德1井烃源岩有机相综合评价剖面德南洼陷德1井Es1沉积有机相主要为A相，少部分为B相，Es2沉积有机相为D相。Es3下部至Es4上沉积有机相为C相，Es4下沉积有机相为D-E相。总体上，由下往上，沉积有机相从生气相变为生油相，有机相类型趋于变好。禹参2井烃源岩有机相综合评价剖面

禹城洼陷禹参2井由下往上，从Es4至Es1，沉积有机相波动变化，Es3大部分和Es1为B相，而Es4和Es2则以D相为主。

沈参1井烃源岩有机相综合评价剖面

沈庄洼陷Es3沉积有机相主要为B-A相，Es1、Es2和Es3上部沉积有机相为C相，Es4和Ek上部为D相，Ek则主要为E相。贾2井烃源岩有机相综合评价剖面

在沙三段2680.6-2691.8m油斑灰质鲕粒白云岩中试产获工业油流，表明该井具有良好的油气资源前景。聊古2井烃源岩有机相综合评价剖面

石炭-二叠系烃源岩沉积有机相主要发育D相和C相，有利于煤层气和煤成气的生成。烃源岩品质及其成因主烃源岩生排烃作用资源分布预测资源评估及其依据烃源岩生、排烃作用成熟度变化累积烃产率与剩余潜力有机碳恢复系数热解烃成分烃源岩含水裂解特征生、排烃强度与油气分配生、排烃作用对压力的响应程序热解模拟封闭热压模拟程序热解模拟--成熟度变化

程序热解模拟--累积氢指数

程序热解模拟—有机碳恢复系数

程序热解模拟—烷烯分布

不同阶段热解烃气油比

（C1-C4烃/C5+烃，单位：ml/mg）样号热解温度（℃）平均值200-300300-350350-400400-450450-500500-600D1-30.300.180.220.250.540.560.34D1-100.140.250.390.420.761.780.62D5-100.790.400.540.791.040.970.76D6-30.340.210.360.280.401.440.51J2-90.351.180.510.541.182.020.96SC1-350.100.520.390.480.842.330.78LG2-80.790.240.560.771.532.821.12LG2-160.580.810.740.541.502.091.04

封闭热压模拟—泥岩生排烃作用轨迹

封闭热压模拟综合参数—泥岩样号Ro（%）模拟温度(℃)气态烃(ml/g.TOC)排出液态烃(mg/g.TOC)残留烃(mg/g.TOC)生油率(mg/g.TOC)生烃率(mg/g.TOC)排油率（%）排烃率（%）气油比(ml/mg)德5（高压）

25027.5827.5090.23117.73145.3123.3637.900.23

300209.9170.0856.72126.80336.7055.2783.151.66

350344.2055.2017.5472.73416.9375.8995.794.73

400569.2512.663.0915.74584.9980.4099.4736.16

450903.6610.436.7217.15920.8060.8299.2752.70

封闭热压模拟—泥灰岩生排烃作用轨迹

封闭热压模拟综合参数—泥灰岩样号Ro（%）模拟温度(℃)气态烃(ml/g.TOC)排出液态烃(mg/g.TOC)残留烃(mg/g.TOC)生油率(mg/g.TOC)生烃率(mg/g.TOC)排油率（%）排烃率（%）气油比(ml/mg)德6（高压）

25017.3126.43117.93144.36161.6718.3127.050.12

300218.8655.5673.38128.95347.8143.0978.901.70

350560.2368.9124.6293.53653.7673.6796.235.99

400899.0924.297.1831.47930.5577.1899.2328.57

4501051.6015.754.8120.561072.1776.6099.5551.14

封闭热压模拟—煤生排烃作用轨迹

封闭热压模拟综合参数—煤样号Ro（%）模拟温度(℃)气态烃(ml/g.TOC)排出液态烃(mg/g.TOC)残留烃(mg/g.TOC)生油率(mg/g.TOC)生烃率(mg/g.TOC)排油率（%）排烃率（%）气油比(ml/mg)聊古2（高压）0.772502.125.3515.6721.0323.1525.4632.280.101.4430065.6215.6920.8836.57102.2042.9079.571.791.6235074.5830.096.0636.15110.7383.2394.532.061.75400172.7114.351.2115.56188.2792.2099.