埃及西部沙漠Khatatba地层中记录砂岩油藏热史和流体演化的气液包裹体.docx
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埃及西部沙漠Khatatba地层中记录砂岩油藏热史和流体演化的气液包裹体
记录埃及西部沙漠Khatatba地层中砂岩油藏
热史和流体演化的气液包裹体
----流体充注的实例
CarosRossi；RobertH.Goldstein；AndreaCeriani；andRafaelaMarfil
摘要：
针对石英的次生加大，对侏罗纪Khatatba层的砂岩油藏进行了流体包裹体和岩相学的研究。
高精度的流体包裹体岩相学和扫描电镜的结合使单个包裹体之间相互关系的研究成为可能。
通过鉴别包裹体之间最为细小的岩相区别来对自生石英进行分类进而确定包裹体被捕获的相对时间。
正如大多数流体包裹体的均一温度（<4~5oC）所指示的，在被捕获后，自生石英中的流体包裹体会被保护起来而不会再次平衡。
在扫描电镜下三个主要石英次生加大的区域是非常明显的，从老到新依次为Q1，Q2，Q3。
Q1区又可以进一步再分为三个亚区，这些亚区包含大量的早期水生包裹体。
其均一温度从162℃到130℃，在连续的包裹体组合中，它们是最早期的组合，具有最高的温度和最明显的温度波动。
大多数的Q1区的包裹体盐度处于淡水和海水之间，并且随时间越老盐度越大。
Q2区的包体包含了均一温度在148℃-125℃的原始水生包裹体，这些包裹体也记录了很大的温度波动和降温事件。
Q2区的包裹体都具有较高的盐度，并且时间越老盐度越高。
Q3区既有水生包裹体也有有机包裹体。
Q3区的包裹体均一温度为134℃-112℃，它们记录了整个的降温事件和高盐度过程。
在Q3早期亚区的含油包裹体相对于含气包裹体来讲具有中等重力和欠饱和特征。
在Q3晚期亚区，含油包裹体是具饱和气的较轻质油。
我们的研究结果表明由温度和盐度的剧烈变化引起的流体流动是石英胶结的主要原因。
早期从淡水和海水中沉淀出石英的温度比从岩石中随埋藏和热演化结晶的石英的温度明显偏高。
这些石英被认为是盆地深处的热流体在上涌冷却过程中沉淀出的。
Q2区的沉淀是由地下深处的含盐流体幕式上涌形成的。
Q3期的石英胶结物的沉淀是在原油注入，随温度下降和盐度增高而从表面沉淀出来。
这是随时间原油成熟度增加和气体饱和的标记。
前言
对于埋深超过2500m的砂岩来讲，对孔隙度影响最大的是石英胶结这一成岩作用。
在这些岩石中，油藏的经济潜能往往取决于石英胶结的总的数量。
因此，理解石英胶结物的形成时间，形成环境和石英的来源是非常重要的。
砂岩油藏埋藏和成岩实验证明：
成岩过程中被捕获的包裹体在物理和化学条件上有非常严格的限制。
流体包裹体的研究对于确定温压史、油气运移聚集时间、运移路径以及孔隙水的盐度演化等都是非常重要的。
孔隙水的盐度演化对于评价在石英胶结过程中流体可能的影响是非常关键的。
这是最重要的流体包裹体的研究，包括精确的岩石控制时间的确定，最精细事件的流体包裹体捕捉过程以及和有关的共生包裹体。
如石英次生加大，研究通常是应用复杂的小规模的流体包裹体并限制颗粒与加大边过度的界限。
也许最严重的挑战流体包裹体研究中石英胶结物评价是时机流体包裹体包封，只有通过岩评价增长分区上的规模包裹。
也许对于流体包裹体的研究来讲，最大的挑战是包裹体捕获时间的评价，这只有通过包裹体范围的岩相学评价来完成。
在本文中，我们介绍了很多包裹体的研究结果，但主要集中于埃及油田砂岩油藏的石英次生加大包裹体。
对大量包裹体进行了温度和盐度测量，并对单个的包体进行了岩相分析和扫描电子显微镜观察，该技术很少用于流体包裹体研究。
使用这种做法，有可能将重建复杂的历史演变的孔隙流体组成和温度，将限制石油运移的历史和影响的温度，流体流动，碳氢化合物，构造活动以及石英胶结过程中的埋藏史。
研究区地质概况
在埃及西部部沙漠的一系列裂谷和拉分盆地的形成是在早中生代，这与特提斯海的开启几乎是同一时间。
蜀山盆地之一，其中最大的盆地，代表着东北西南半地堑系统（图1），其中最大厚度为7.5公里的沉积岩积累，主要是在侏罗纪，白垩纪和第三纪。
一些石油领域已发现在这个盆地，主要是在白垩纪砂岩储层。
其油源在煤和碳质页岩的中侏罗世Khatatba形成（巴格和Keeley，1994年）。
形成的Khatatba也有间隔对含有轻油和天然气砂岩储层也有很大的影响。
（Kholeif等，1986年；Ayouty，1990年；Keeley1990）（图1）。
有机丰富的页岩的Khatatba层也可作为盖层;因此，这形成一个典型的烃源岩/盖层/油藏系统（图2）。
Salam油田位于蜀山盆地东缘的构造脊上。
研究区，Khatatba层主要是由河道砂岩和海相页岩以及上半部分的灰岩。
Khatatba组目前埋深是3276至3679米深度（图3）。
油气主要是轻质油（50API）和凝析油（图2）。
油水界面之下的盐度为14.5wt%。
图1埃及西部沙漠田区域图
上侏罗统海相碳酸盐岩覆盖在Khatatba层上。
一大套厚层的河流相和浅海陆棚硅质岩直至早白垩纪的海相碳酸盐岩都记录了早白垩纪的裂谷的再次活动。
晚白垩纪到中新世的阿尔卑斯山的构造运动，引起了研究区的断裂、褶皱和隆起活动。
图2（A）Salam油区地层及生储盖组合图（B）Salam油区埋藏史图
研究方法
样品取自于Salam油田的Khatatba层的砂岩。
其组成和成岩特征在Rossi曾被发表过。
由于该井的砂岩富含流体包裹体，自从Rossi等研究该井样品一来，先后又有9次研究该区样品。
样品又被再分为上Khatatba统（埋深为3374、3423和3441）和下Khatatba统（埋深为3478、3519、3520、3523、3525和3529）。
Rossi等对样品在取芯井中的精确位置进行了研究。
环氧树脂充注的蓝色双精度抛光薄片。
岩流体包裹体研究使用一个奥林巴斯-60配备了紫外显微镜（紫外线）表照明，和某些领域的观点保存和打印数字地图的流体包裹体分布。
特别强调的重点是确定。
流体包裹体组合，特别是是最细微区别的岩相学相关流体包裹体，如在单一增长区或在一个单一的缝合区单个包裹体。
厚片被切成小小的柱体，每一个小柱体中选择一个小的区域用于研究微温度场。
低加热速率分别用于测量均一温度，随温度升高，逐步记录。
大多数的均一温度都是通过循环操作得到的。
获得的均一温度的精读是0.3℃冰点温度是0.1℃。
本次研究共得到含水包裹体的820个均一温度和430个冰点温度数据，另外还有137个含油包裹体的均一温度数据。
图3Salam油田过取样井剖面
共生次序分析
Khatatba层埋藏较浅的石英砂岩中包含有高岭石、黄铁矿，有的还含有微晶菱铁矿和含铁白云石。
在深埋成岩作用过程中，砂岩被菱铁矿、高岭石、地开石、石英以及少量的沥青、重晶石和伊利石胶结。
石英、菱铁矿和重晶石中均含有流体包裹体。
由于具有明显的岩相学和地球化学特征，三期菱铁矿可以清晰地区分出来。
重晶石随着晶间孔和菱铁矿脉的沉积以及第一代石英次生加大的进行而析出。
有序排列的粗粒的石英次生加大颗粒是最常见的胶结物，占岩石体积的2.5-15%，平均为7.7%。
有的次生加大石英有一层沥青。
沥青聚集物的厚度达到了厘米级，在两个样品中发现了这种沥青，其体积占岩石体积的7.5%。
这种沥青的沉积发生在石英第一期次生加大之后，但是被阻止或者是其生长收到了严格的限制。
应用阴极射线磷光技术，石英次生加大的三个主要生长区域可以很明显的区别出来。
1.Q1区在阴极射线磷光照射下相对较暗，并且被再分为三个阴极射线磷光亚区。
2.Q2区包括被石英充填的亮发光区和不规则的潜在区。
3.Q3区包括相对较明亮的发光区和大多数此生加大的外围部分。
图4Salam油田Khatatba层包裹体共生顺序
流体包裹体岩相学特征
本次研究的大多数流体包裹体包括了两相和一些气泡。
石英加大的包裹体中，流体包裹体位于碎屑颗粒的边缘附近或者是在加大边的内部。
还有一些流体包裹体，特别是有机流体包裹体在石英的胶结物或者是在碎屑颗粒的里面。
流体包裹体也可能出现在菱铁矿和重晶石的胶结物里。
原生包裹体，也就是在主矿物生长过程中被捕获的包裹体，如果是呈现出一系列的规则排列生长状态，就可以通过阴极射线磷光技术识别出来。
图5沥青和石英包裹体显微照片
在矿物其它生长阶段捕获的包裹体被认为是假包裹体或者是次生包裹体。
流体包裹体的相关数据如下表1。
表1阴极特征和解释起源不同世代胶结流体包裹体数据表
Q1区流体包裹体
在Q1区，含水流体包裹体常位于碎屑颗粒和次生加大边附近。
有些富含流体包裹体的颗粒，出现在Q1区，指示了原始的捕获区域。
Q1区无裂缝，所包含的流体包裹体总是含水包裹体，具有相对一致的均一温度和相对较低的盐度。
Khatatba下层的样品包含了很多产自于冰熔点的流体包裹体，温度为：
0℃和-1.9℃之间，分别与淡水和海水的盐度一致。
图6Q1中选取的包裹体组合的岩性和热液温度特征
Q2区流体包裹体
Q2区的流体包裹体通常是位于晕区。
因为它们多数是原生的。
Q2区的流体包裹体是含水包裹体，种类多变但是多是棱角状，90%以上的长轴长度在90微米。
对于单个的Q2去的流体包裹体组合，均一温度和冰点温度通常都是一致的。
然而，均一温度和冰点温度的全部组合表明Q2区的沉积物的沉积环境是不一样的。
Q3区含水流体包裹体
在Q3区，含水包裹体并不是很丰富，但是它们个体很大，并且表现了不规则的形状。
Q3区的包裹体只是分布在边界区域，指示了其原生区域。
它们的较大的体积相对于其次生加大来讲，更进一步证实了其是原生包裹体。
总体来讲，Q3区的含水包裹体的冰点温度分布范围相对较窄，大约从-18℃到-22.5℃。
其均一温度从114℃到128℃（低位Khatatba样）和112℃到128℃（高位Khatatba样）。
在Q3区，较早世代的流体包裹体与较晚世代的包裹体是一致的。
一般来讲，较晚世代的均一温度是随着时间变低的。
在发现包裹体的Q3区域内，共融温度大约是-56℃左右，指示了二价阳离子的存在。
然而，所有的包裹体都显示了一个主要的爆破温度即:
-22.2℃和-22.4℃，显示了NaCl的优势地位。
在Q3区，冰点温度为-82℃到-60℃，平均为-70℃。
图7显示石英包裹体次生加大的阴极磷光图片
Q3区有机包裹体
Q3区是唯一一个有原生有机包裹体的区域。
在低位样品中，有机包裹体仅仅在Q3区的微裂缝去被发现。
微裂缝区的这些有机包裹体被认为是原生包裹体因为它们是在Q3沉积的过程中被捕获的。
相反，高位样品中，大多数的有机包裹体是在石英次生加大边附近而非是在微裂缝中。
在单个的有机包裹体组合中，大多数的均一温度范围都较窄，只有4-5℃。
图8自生石英包裹体均一温度柱状图
Q3区的有机包裹体的主要类型是通过UV荧光性和气/液比来划分的。
（1）富液包裹体，亮黄色，包裹体壁上附着有沥青。
加热时，沥青不溶解。
并且同一组合甚至是不同组合的包裹体的气/液比是相一致的；
（2）蓝色荧光包裹体，从富集液体到富集气体；（3）浅黄色荧光包裹体，这种包裹体经常出现在微裂缝中，很少出现在次生加大边里。
浅黄色荧光包裹体的捕获时间，相对于其他的有机包裹体来讲，从岩石记录上不好辨认，因此不能确定其捕获时间。
位于次生加大边处的浅黄色荧光有机包裹体通常受到早期Q3亚区的限制，指示了其为原生包裹体。
另外，浅黄色荧光包裹体在Q3区的微裂缝的胶结物中也很常见。
这些关系与浅黄色荧光包裹体的捕获时间完全一致。
这种包裹体具有较低的均一温度。
处于同一组合中的含水包裹体如浅黄色荧光流体包裹体通常具有的均一温度为130℃，也就是说比初期的均一温度高出50-30℃。
这种差别被认为是由高压引起的，这也说明浅黄色有机包裹体相对于气来讲，在捕获初期是欠饱和的。
在次生加大边中，原生的蓝色荧光有机包裹体通常位于Q3的中或者是晚期亚区。
有些蓝色荧光的有机包裹体横切浅黄色荧光的包裹体，并且在微裂缝处被Q3期的胶结物充填。
蓝色荧光包裹体的均一温度比浅黄色荧光包裹体的均一温度要高。
大多数均一温度在105℃到122℃之间。
这与Q3后期的沉积时期，蓝色荧光包裹体的捕获时间是一致的。
在一些次生加大边中，原生蓝色荧光包裹体的均一温度与同一组合的同期原生包裹体是非常相似的。
稀少的，原生的浅黄色的荧光包裹体出现在Q3的次生加大边中，均一温度处于浅黄色和蓝色荧光包裹体之间。
对于低位样品来讲，有些颗粒的微裂缝中包大量的浅黄色荧光有机包裹体。
这些包裹体中的部分包裹体的均一温度是从110℃到120℃，也就是说与蓝色荧光有机包裹体的均一温度非常接近。
大多数的残余的浅黄色荧光包裹体的均一温度是128℃到139℃之间，这与处于同一组合的含水包裹体是一样的。
对于这些包裹体而言，石油是经过了气体饱和的，不再需要压力的升高。
后期生成的浅黄色荧光包裹体与Q3的生长的关系在岩石记录上是不清晰的，不能确定。
图9Q3区石英胶结物中原生有机包裹体均一温度柱状图
菱铁矿
菱铁矿通常包括相对少的流体包裹体。
这些包裹体形状不规则，颗粒大小范围也很广（从<1到>50μm）。
它们中大部分都是两个阶段形成，而且在室温的时候会有小气泡，它们表现出一样的气液比。
菱铁矿。
以菱铁矿晶体为主的流体包裹
图10（A）菱铁矿包裹体的均一温度（B）重晶石包裹体的均一温度
体表现了典型的斑状背散射电子区的特征。
因此，我们把在菱铁矿中的流体包裹体是原生的，而沉淀出来的菱铁矿时后期充填在孔隙或裂缝中的，取代了早期的菱铁矿。
重晶石
Khatatba上部地层的样品中的重晶石包含大量的含水的和原油的包裹体。
原油包裹体有亮黄色或蓝色的荧光显示。
含水或原油包裹体的来源是不确定的。
在包裹体的分布和成长之间也不存在明显的相关性。
在很多例子中，包裹体是沿着可能的微裂缝分布的。
在62个含水包裹体中的微观的热测量显示其均一温度的范围很窄（112~117℃），而且对大多数包裹体来说融化温度是（16.2~18.8℃）。
然而，有一部分包裹体有很高的均一温度（>133℃），但是和其他包裹体的盐度相似。
亮黄显示和蓝色显示的原油包裹体都在相同的范围内有一样的均一温度，因为这些记录了原生石英的相似的荧光特性。
讨论
流体包裹体的有效性
冰的最终融化温度值已经转化为Wt.%，也既是NaCL的等效浓度。
尽管Q2和Q3区的包裹体包含了二价的离子和一些低盐度的源于海水的包裹体。
在许多Q1区的流体包裹体中，稳定冰最终融化温度可以被测定，由于其在融化过程中的亚稳定行为。
然而，在这些包裹体中晶核的形成温度与亚稳定融化过程中晶核的形成温度一致，都是大于等于-4℃，并且与高盐度的流体包裹体区别明显。
所以，我们根据晶核形成的温度大于等于-49℃并且是低盐度来对含水包裹体进行分类。
图11研究区流体包裹体的盐度和均一温度
（A）Khatatba上部地层（B）Khatatba下部地层
在石英胶结物中，大多数流体包裹体组合的均一温度在4-5℃，并且是在每一个组合中，包裹体大小和形状都是不一样的。
均一温度可以指示包裹体的内部热系统没曾被改变过。
反对流体包裹体的热系统的更多的证据是更粗级次的岩相学范围。
均一温度和包裹体的大小之间不存在系统的变化规律。
同一胶结区或者是同一亚区的流体包裹体组合显示了相对较窄的均一温度。
包裹体组合的均一温度显示了随着包裹体的生长，其一致性在增加的趋势。
所有包裹体的均一温度和盐度都和系统的温度和盐度在不同世代生长的变化存在联系。
因此，石英中的流体包裹体被保护而不会发生再平衡。
油气运聚史
流体包裹体记录了复杂的油气的运聚史，记录了随时间的变化，轻质油和被气饱和的油气包裹体的演化历史。
Q1期后Q3期前油气的初次运移进入砂岩中。
因此油气的初次运移很可能是发生在Q2期。
但是Q2期的油气的岩石学证据还没有像包裹体这样被完好无损的保存下来。
图12Salam油田流体流动和石英胶结史的四期模型
原生有机包裹体的地层分布表明Q3期的胶结物形成之前Salam圈闭已经形成并且还可能已经被油气充填。
高位样品中Q3区次生加大边含有的大量有机包裹体，然而低位样品中则非常少见。
捕获与Q3早期的浅黄色荧光包裹体相对于气体来讲具有中等重力和欠饱和。
Q3后期，其他的油气运移事件，相对于蓝色荧光包裹体来讲，至少部分包裹体相对于气体是饱和的。
结论
Khatatba砂岩中主要区域的石英胶结物记录了孔隙流体的组成、盐度和温度。
Q1区的沉积物源自于热水（130℃-162℃或者是更高），比现今的温度高30℃或则是更高。
这些水的盐度较低，可能是早期的海水和淡水的混合。
热液的多次充注，每次充注都伴随着冷凝，这样就形成了Q1区的沉积物。
由冷凝引起的超饱和的高硅流体，Q1区沉积后，经过重结晶形成了规则的体系。
Q1区的水被认为是来自于位于盆地深处的中生代蓄水层。
这些水很可能是通过超压系统的裂缝上涌进入的。
这样看来，Q1区沉积中的硅质是外来的。
Q2区的石英主要充填与微裂缝中，并且在Q1区内交换位置。
Q2的盐水沉积引起了早期形成的不稳定的Q1区硅质的重结晶。
Q2区的沉积物与裂缝有关，并且可能是源自于一系列盐水热液的冷却过程。
Q2区的流体包裹体记录了三期主要的盐水入侵事件。
充注的盐水的来源尚不明确，但是很可能是来自于盆地深处。
Q3区的流体包裹体盐度极高并且相对于气体来讲具有中等的重量。
Q3区的沉积物形成与油气充注期，而且跟热液冷凝有关，很可能随着油气成熟度和被气饱和的程度的增加而增加。
Q3区包裹体的特征指示了石英胶结过程中的一个很重要的变化。
硅质更可能是源自于压溶作用，而非是盆地深处热液的系统侵入。
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