CN109781966A - 一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，包括以下步骤：S1、根据岩心观察与分析选取多个碳酸盐岩样品，并将多个所选取样品均制备成薄片和粉末样品；S2、对薄片样品进行矿物学分析、流体包裹体观察、阴极发光观察，得到分析结果，并对S1中得到的薄片样品进行流体包裹体均一化测温，对粉末样品进行碳氧耦合同位素测定；S3、结合S2中得到的分析结果，对均一化温度数值和碳氧耦合同位素温度数值进行处理和分析；S4、建立流体包裹体均一化温度的校正图版，对图版的合理性与准确性进行验证。本发明可对流体包裹体均一化温度进行校正，从而获取精确成岩古流体温度。

Description

一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法

技术领域

本发明涉及油气地质勘探技术领域，具体涉及一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法。

背景技术

碳酸盐岩油气储层中，成岩流体与碳酸盐组分发生复杂水-岩反应导致孔隙空间发生重大变化，从而控制有利储层分布，因此成岩古流体信息探索是石油地质学家长期以来的重要研究课题。其中，成岩古流体温度是分析古流体来源与特征的重要参考，也是碳酸盐岩储层成岩作用的重要研究内容，在碳酸盐岩储层分析中占有重要地位。当前，利用流体包裹体均一化测温是进行碳酸盐岩成岩古流体温度分析的主流方法，该方法的优势在于流体包裹体易获得、分析速度相对较快、成本较低等。但是该方法存在一定局限：利用流体包裹体均一化测温方法所获取的温度是碳酸盐矿物晶体形成后，温度和压力下降过程中气、液两相开始分异时的温度，而这一温度往往低于碳酸盐矿物形成时的真实古流体温度。在某些情况下可以用流体包裹体均一化温度近似代替碳酸盐矿物形成时的古流体温度(如估算碳酸盐矿物形成时的埋深)，但在需要精确了解成岩古流体温度的情况下(如计算古流体氧同位素组成、追踪流体来源等)，利用流体包裹体均一化温度进行计算会导致分析结果出现较大误差。

尽管近年来利用耦合同位素测试技术可以较精确分析古流体温度，但该方法对设备精度要求高，并且样品制备较苛刻、成本较高，从而难以得到广泛应用。开展流体包裹体测试仍然是当前海相碳酸盐岩成岩古流体温度分析的常规方法，但如何利用流体包裹体分析来精确获取碳酸盐岩成岩古流体温度，是碳酸盐岩储层研究中尚待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，利用该图版可对流体包裹体均一化温度进行校正，从而获取精确成岩古流体温度，旨在解决目前碳酸盐岩成岩古流体温度难以利用常规方法精确测定的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，包括以下步骤：

S1、根据岩心观察与分析选取多个碳酸盐岩样品，并将多个所选取样品均制备成薄片和粉末样品；

S2、对S1中得到的薄片样品进行矿物学分析、流体包裹体观察、阴极发光观察，得到沉积、成岩环境研究等储层地质分析结果，并对S1中得到的薄片样品进行流体包裹体均一化测温，得到流体包裹体均一化温度数值，对S1中得到的粉末样品进行碳氧耦合同位素测定，得到碳氧耦合同位素温度数值；

S3、结合S2中得到的沉积、成岩环境研究等储层地质分析结果，对S2得到的流体包裹体均一化温度数值和碳氧耦合同位素温度数值进行处理和分析，剔除异常数值，得到处理后的数值；

S4、根据S3得到的处理后的数值建立流体包裹体均一化温度的校正图版，根据地质认识对所建立的流体包裹体均一化温度的校正图版的合理性进行验证，并对所建立的流体包裹体均一化温度的校正图版的准确性进行验证。

优选的，步骤S1中，所述根据岩心观察与分析选取多个碳酸盐岩样品，具体选取步骤是：首先根据岩石矿物学特征、沉积特征与成岩现象，初步明确碳酸盐岩形成环境与成岩改造作用；然后利用稀盐酸滴液与莫氏硬度对比方法即可识别选取碳酸盐矿物。

优选的，步骤S1中，所述选取样品制备步骤具体是：利用直径1mm的牙钻对所选取样品进行单质碳酸盐矿物取样，将所取单质矿物碾成粉末，得到粉末样品；并对牙钻取样部位切割并磨制薄片，沿同一切割方向制备若干厚度不同薄片，包括4片厚度为0.4mm的无盖薄片、1片厚度为0.3mm的半茜素红染色薄片以及1片阴极发光薄片，即得到薄片样品。

优选的，步骤S2中，所述矿物学分析采用半茜素红染色薄片进行观察分析，所述流体包裹体观察和均一化测温采用无盖薄片进行观察和测试；所述阴极发光观察采用阴极发光薄片进行观察。

优选的，步骤S4中，所述流体包裹体均一化温度的校正图版的建立具体包括以下步骤：

S41、确定图版分类的主控因素为温度、矿物类型和阴极发光特征；

S42、投点并分析数据：以S2得到的碳酸盐矿物流体包裹体均一化温度为横坐标，以校正温度值为纵坐标，同时以S41得到的主控因素分别进行投点，得到初始校正图版，所述校正温度值为同一数据点的耦合同位素温度数值与流体包裹体均一化温度数值的差值；

S43、在S42得到的初始校正图版上，绘制趋势线，得到流体包裹体均一化测温校正图版。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明提供的海相碳酸盐岩成岩古流体温度校正图版，可快速获取海相碳酸盐岩成岩流体的精确温度，克服了传统流体包裹体均一化测温误差较大的缺点，同时也避免了对研究区多次重复开展碳氧耦合同位素地球化学分析。本发明提供的温度校正图版，通过常规流体包裹体分析即可直接读取成岩古流体的精确温度，其在单质碳酸盐矿物样品无法获取、实验成本有限的情况下，具有显著优势。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法的流程示意图；

图2为图1的详细流程示意图；

图3为本发明实施例中方解石宿主矿物流体包裹体均一化温度校正温度散点图；

图4为本发明实施例白云石宿主矿物流体包裹体均一化温度校正温度散点图；

图5为本发明实施例热液矿物(大于150℃)流体包裹体均一化温度校正温度散点图；

图6为本发明实施例方解石宿主矿物流体包裹体均一化温度校正图版；

图7为本发明实施例白云石宿主矿物流体包裹体均一化温度校正图版；

图8为本发明实施例热液矿物(大于150℃)流体包裹体均一化温度校正图版。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供的一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，包括以下步骤：

S101、根据岩心观察与分析选取多个碳酸盐岩样品，并将多个所选取样品均制备成薄片和粉末样品；

S102、对S1中得到的薄片样品进行矿物学分析、流体包裹体观察、阴极发光观察，并对S1中得到的薄片样品进行流体包裹体均一化测温，对S1中得到的粉末样品进行碳氧耦合同位素测定与分析；

S103、结合S2中得到的沉积、成岩环境研究等储层地质分析结果，对S2得到的流体包裹体均一化温度数值和碳氧耦合同位素温度数值进行处理和分析；

S104、根据最终数据生成均一化温度校正图版，并论证图版的合理性和检验图版的准确性。

图2示例性的示出了本发明实施例提供的一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法的详细流程示意图。如图2所示，本发明实施例提供的一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，包括以下详细步骤：

步骤1：岩心观察与取样

首先，观察海相碳酸盐岩岩心手标本，详细描述岩石矿物学特征、沉积特征与成岩现象，初步明确碳酸盐岩形成环境与成岩改造作用；

其次，进一步利用稀盐酸滴液与莫氏硬度对比等方法识别碳酸盐矿物，重点针对颗粒或晶粒粗大的单质碳酸盐矿物，包括基质、胶结物及解理或裂缝中的填充物，并用记号笔标识出其位置。值得注意的是，所标识出的颗粒、晶粒或填充物等单质碳酸盐矿物直径应大于最小牙钻取样精度(即大于1mm)；

最后，在上述基础上，开展针对性取样，所取样品应涵盖尽量多的上述所标识出的碳酸盐矿物，样品尺度不小于3cm(截面直径)×5cm(样品长度)。

步骤2：室内样品制备

首先，利用直径1mm的牙钻对步骤1中碳酸盐岩样品柱所标记部位进行单质碳酸盐矿物取样，将所取单质矿物碾成粉末并分成2份，放置干燥环境，每份重量不少于10mg，一份以待进行耦合同位素分析，另外一份留以备用。

然后，对上述牙钻取样部位切割并磨制薄片，沿同一切割方向制备若干厚度不同薄片，包括：4片厚度为0.4mm的无盖薄片、1片厚度为0.3mm的半茜素红染色薄片以及1片阴极发光薄片，其中较厚的无盖薄片用于流体包裹体观察与均一化测温，半染色薄片和阴极发光薄片用于矿物学分析。薄片切割时尽量保证每个薄片中包含相同的特征与现象。

步骤3：开展地球化学测试

首先进行流体包裹体分析测试，包括：①对正常厚度的半染色薄片进行观察，初步了解流体包裹体的发育程度与发育部位；②在无盖玻片薄片上选定待测温流体包裹体并标识出；③对所选定流体包裹体进行均一化测温。值得注意的是，在待测温流体包裹体选择时，应优先选择形态规则、个体较大、气-液两相界限清晰、无泄漏或破损、呈定向排列且透明度高的流体包裹体，并且测定数量不少于3个。均一化测温按照常规操作流程和实验方法即可，分析精度一般在1℃。流体包裹体地球化学分析数据按照下表1样式进行记录。

表1流体包裹体分析数据表

注：表中V/L、Th分别代表流体包裹体气液体积比(％)及均一化温度(℃)，Th_a代表同一位置流体包裹体测温平均温度值(℃)。

由于测试数据众多，因此，表1仅以多组数据中的1组数据的各项特征进行展示，其他组数据与所展示数据的特征项目相同，仅具体数值和特征存在差别。

选择与上述发育流体包裹体薄片所对应的粉末样品，开展碳氧耦合同位素分析测试(测试单位：中国科学院地质与地球物理研究所和中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室)。所测¹⁸O-¹³C耦合同位素值(Δ47值)分析精度应达到0.009‰，温度换算公式利用下式(1)：

Δ47＝0.0592×[10⁶/(T+273.15)²]-0.02 (1)

其中，T为摄氏温度。

对每个样品测试三次，取其平均值作为Δ47值，碳氧耦合同位素分析结果如下表2所示：

表2碳氧耦合同位素分析参照表

由于测试数据众多，因此，表2仅以多组碳氧耦合同位素分析数据中的表1所对应样品的1组数据的各项特征进行展示，其他组数据与所展示数据的特征项目相同，仅具体数值和特征存在差别。

步骤4：碳酸盐矿物形成的沉积与成岩环境分析

结合步骤1和步骤3所述的岩心手标本和地球化学分析测试结果(表1，表2)，对上述半染色薄片及阴极发光薄片进行观察，薄片观察内容主要包括：矿物染色特征、阴极发光特征、晶体形态与大小、溶蚀特征、占位特征及其与其它矿物的共生关系，从而综合分析碳酸盐矿物形成的沉积与成岩环境，明确碳酸盐矿物沉淀及成岩时期所经历的古流体，如S盆地中：泥微晶白云石与石膏斑点共生发育可认为形成于蒸发潮坪环境，流体为地表海水；晶形粗大、边缘平直、晶体干净的碳酸盐矿物被认为形成于埋藏重结晶作用，流体为高温成岩流体(高温卤水或淡水)；深色阴极发光(橘红-暗红色)通常表明成岩过程中有大量大气淡水的介入；马鞍状晶型或是萤石(高温矿物)的出现表明热液流体的存在。具体观察结果如下表3所示。

表3流体包裹体宿主矿物薄片特征参照表

由于测试数据众多，因此，表3仅以多组薄片特征分析数据中的表1和表2所对应样品的1组数据的各项特征进行展示，其他组数据与所展示数据的特征项目相同，仅具体数值和特征存在差别。

步骤5：数据处理与样品数据包建立

首先，以步骤4中沉积与成岩环境及流体来源分析为基础，对步骤3中流体包裹体和碳氧耦合同位素分析所获得的温度数据进行分析，剔除异常数据值，典型如：E盆地中一白云石样品，晶形粗大(大于1mm)、呈马鞍状，且与萤石共生，具有明显热液流体成因特征，并且多数流体包裹体均一化温度和耦合同位素温度计算在200℃以上，但其中一个流体包裹体均一化温度仅112℃，远远低于其它温度值。结合阴极发光薄片观察，发现低温流体包裹体处(112℃)与其它部位呈明显不同的阴极发光颜色，说明存在两种不同成因的碳酸盐矿物，而发育相对低温流体包裹体(112℃)的部位可能是之前碳酸盐晶粒(或颗粒)未完全溶蚀的残余部分，被后期形成的热液白云石晶粒所包裹，其来源于成岩时期相对低温古流体，而不能代表热液流体的信息，因此，被认为是异常数值，应当剔除。此外，由于实验操作过程中样品污染或仪器误差而导致的与正常值明显偏离的测量值，也认为是异常值。

然后，在上述数据分析处理之后，进一步对每个样品点建立一个数据包，包括：样品点编号、包裹体数据一套(荧光性、宿主矿物、大小与形状、气液两相体积比、均一化温度范围/平均值)、矿物分析结论(染色特征、阴极发光特征、晶体形态与大小、与其它矿物共生特征、形成流体来源与特征)、碳氧耦合同位素分析数据一套(点位位置、Δ47值及其换算摄氏温度)，并且备注出异常值剔除原因。此外，从上述数据包中随机抽取10％的样品点及其相应数据作为检验数据。

步骤6：生成校正图版

在上述步骤1至步骤5准备基础上，进一步建立流体包裹体均一化温度的校正图版，其具体又分为如下几步：

首先确定图版分类的主控因素。海相碳酸盐矿物中流体包裹体均一化温度与古流体真实温度差异大小与古流体性质及其宿主矿物有关，因此图版分类主控因素应尽可能区分不同流体来源的碳酸盐矿物。据此，本实施例选择做图的分类主控因素包括如下三方面：①温度。来自S、E、T盆地的所有样品最大埋深约为4000m，按照地表温度30℃，地温梯度25℃/km，估算最大埋藏成岩温度为30℃+4×25℃＝130℃，上述流体包裹体和碳氧耦合同位素温度大部分在此区域内(即小于130℃)，但还有部分明显大于此温度值(一般接近200℃)，结合其矿物学特征分析可知，这部分均一化温度高的流体包裹体的碳酸盐宿主矿物形成于热液流体。因此，在制作图版时，以150℃为界限，将高温热液流体和相对低温埋藏成岩流体相区分。②矿物类型。白云石是在白云岩化流体作用下方解石被交代而形成，白云石和方解石必然经历不同性质的成岩流体环境，因此，在制作图版时，应该将白云石和方解石分开考虑。③阴极发光特征。海源与陆源碳酸盐岩成岩流体表现出明显差异的阴极发光强度：无-弱阴极发光通常表明碳酸盐矿物沉淀于海源流体环境，而强阴极发光则表明沉淀于大气淡水。因此，在制作图版时，进一步按照无-弱阴极发光(暗黑色、弱橘红色等)、中等强度阴极发光(褐红色、橘红色等)及强阴极发光(炽红色、炽白色等)将宿主矿物分开统计。

然后，投点并分析数据。按照上述图版制作的主控因素，以碳酸盐矿物流体包裹体测温数据为横坐标，以校正温度值(同一数据点的耦合同位素温度与流体包裹体均一化温度差值)为纵坐标，同时以上述三个主控因素分别进行投点，得到本次研究实例的初始校正图版，如图3至图5所示。通过图3至图5可以看出本次实施例S、E、T盆地样品重叠较好，说明流体性质相似，可以建立统一的校正图版。

最后，形成最终校正图版。在上述投点数据基础上，绘制趋势线，则形成最终的流体包裹体均一化测温校正图版，如图6至图8所示。

步骤7：图版合理性解释与准确性验证

首先，在建立图版之后，需进一步论证图版的合理性，即图版所反映信息是否与地质认识一致。图3至图5为按照不同主控因素分类所建立的温度校正散点图，可以看出：①在埋藏成岩温度范围内，不管是白云岩还是方解石，不同阴极发光强度的样品，表现出明显不同的校正温度变化趋势，说明利用阴极发光特征来区分不同流体性质是合理的；此外，古流体温度越低，流体包裹体均一化温度误差越小，这是由于在相对低温流体环境下，碳酸盐矿物结晶较快，并且被封在其中的流体包裹体很快发生气液两相分异。②在埋藏成岩温度范围内，不管是白云石还是方解石，海源成岩流体环境中(即宿主碳酸盐矿物表现为无-弱阴极发光)形成的流体包裹体均一化测温误差最大，陆源成岩流体环境中(即宿主碳酸盐矿物表现为强阴极发光)形成的流体包裹体均一化测温误差最小，而两者过度类型环境中(即宿主碳酸盐矿物表现为中等强度阴极发光特征)则介于两者之间，这主要是由于海源成岩流体离子浓度较高，气液两相分异较缓慢，从而导致成岩古流体实际温度和流体包裹体均一化温度差异较大；相反，陆源流体离子浓度较低，气液两相分异迅速，因此古流体实际温度与流体包裹体均一化温度差异相对较小。③白云石和方解石代表了不同的成岩古流体，并且两者呈现出明显不同的校正温度分布特征，说明将白云石和方解石分别建立校正模板是合理的；此外，在相对高温范围内(100℃～150℃)，相对方解石宿主矿物，白云石宿主矿物校正温度较为平缓，这也说明两者不同碳酸盐矿物的母源流体性质存在较大差异。④相比相对低温埋藏成岩流体中形成的碳酸盐矿物，热液流体成因碳酸盐矿物流体包裹体均一化温度整体误差更大，并且与矿物种类、阴极发光特征等无明显相关性，这是由于热液流体通常为异源流体(如深部岩浆热液、变质水等)，并且热液流体条件下碳酸盐矿物不易形成，只有在温度下降较多时才缓慢形成晶体，因此导致其中所发育的流体包裹体均一化温度与实际热液流体温度相差较大。⑤此外，还可看出，流体包裹体校正误差规律与流体包裹体类型(盐水或含油气)无关，这是由于油气包裹体中，有机质几乎不与流体相溶，对气液两相的混合或分异几乎无影响。从上述分析可知，图版所反规律能进行合理解释，并且与地质认识一致，可作为古流体温度校正图版。

最后，需对图版进行准确性验证。用上述步骤5中随机抽取的检验数据投点在所建立的图版(图6-8)中以检验图版的正确性。通过图6-8可以看出，本实施例中验证数据均能与图版趋势线较好吻合，说明本发明实施例提供的图版是正确和可靠的。

综上所述，本发明建立了适用于S、E、T盆地海相碳酸盐岩成岩古流体温度的校正图版，利用该图版，通过常规流体包裹体均一化测温便可快速、准确地获取海相碳酸盐岩成岩流体的准确温度，克服了传统流体包裹体均一化测温误差较大的缺点，同时也避免了对研究区多次重复开展碳氧耦合同位素地球化学分析的困难，对实施例地区的后续研究工作提供重要支撑。

以上所述的具体实施例，对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，但并不能限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据岩心观察与分析选取多个碳酸盐岩样品，并将多个所选取样品均分别制备成薄片和粉末样品；

S2、对S1中得到的薄片样品进行矿物学分析、流体包裹体观察、阴极发光观察，得到沉积、成岩环境研究储层地质分析结果，并对S1中得到的薄片样品进行流体包裹体均一化测温，得到流体包裹体均一化温度数值；对S1中得到的粉末样品进行碳氧耦合同位素测定，得到碳氧耦合同位素温度数值；

S3、结合S2中得到的沉积、成岩环境研究储层地质分析结果，对S2得到的流体包裹体均一化温度数值和碳氧耦合同位素温度数值进行处理和分析，剔除异常数值，得到处理后的数值；

S4、根据S3得到的处理后的数值建立流体包裹体均一化温度的校正图版，根据地质认识对所建立的流体包裹体均一化温度的校正图版的合理性进行验证，并对所建立的流体包裹体均一化温度的校正图版的准确性进行验证。

2.根据权利要求1所述的海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，其特征在于，步骤S1中，所述根据岩心观察与分析选取多个碳酸盐岩样品，具体选取步骤是：首先根据岩石矿物学特征、沉积特征与成岩现象，初步明确碳酸盐岩形成环境与成岩改造作用；然后利用稀盐酸滴液与莫氏硬度对比方法识别选取碳酸盐矿物。

3.根据权利要求2所述的海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，其特征在于，步骤S1中，所述选取样品制备成薄片和粉末样品的步骤具体是：利用直径1mm的牙钻对所选取样品进行单质碳酸盐矿物取样，将所取单质矿物碾成粉末，得到粉末样品；

对牙钻取样部位切割并磨制薄片，沿同一切割方向制备若干厚度不同薄片，包括4片厚度为0.4mm的无盖薄片、1片厚度为0.3mm的半茜素红染色薄片以及1片阴极发光薄片，即得到薄片样品。

4.根据权利要求3所述的海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，其特征在于，步骤S2中，所述矿物学分析采用半茜素红染色薄片进行观察分析，所述流体包裹体观察和均一化测温采用无盖薄片进行观察和测试；所述阴极发光观察采用阴极发光薄片进行观察。

5.根据权利要求1所述的海相碳酸盐岩储层成岩古流体温度校正图版的建立方法，其特征在于，步骤S4中，所述流体包裹体均一化温度的校正图版的建立具体包括以下步骤：

S41、确定图版分类的主控因素为温度、矿物类型和阴极发光特征；

S42、投点并分析数据：以S2得到的碳酸盐矿物流体包裹体均一化温度为横坐标，以校正温度值为纵坐标，同时以S41得到的主控因素分别进行投点，得到初始校正图版，所述校正温度值为同一数据点的耦合同位素温度数值与流体包裹体均一化温度数值的差值；

S43、在S42得到的初始校正图版上，绘制趋势线，得到流体包裹体均一化测温校正图版。