廖玲玲

王云鹏

Institutional Repository of Guangzhou Institute of Geochemistry,CAS(GIGCAS OpenIR)

书矿物岩石地球化学通报
·研究成果· Bulletin of Mineralogy，Petrology and Geochemistry
Vol. 34 No. 5，Sep．，2015
利用包裹体 PVTx和 PetroMod盆地模拟系统
反演鄂尔多斯盆地上古生界古流体压力
廖玲玲，王云鹏*
中国科学院 广州地球化学研究所，有机地球化学国家重点实验室，广州 510640
摘 要:包裹体捕获压力反映了油气藏形成时的流体压力，对于成藏过程具有重要的指示意义。本文尝试结合包裹体 PVTx
相态模拟及 PetroMod盆地模拟两种方法反演鄂尔多斯盆地上古生界古流体压力。以鄂尔多斯盆地天环凹陷地区布 1 井为
例，利用包裹体 PVTx 相态模拟得到布 1 井 2 个包裹体样品均一温度及捕获压力分别为 98. 2℃，34. 38 MPa 和 121℃，
30. 01 MPa。由 PetroMod盆地模拟生成布 1井的热演化史及古流体压力史，将二者结果结合推导出包裹体形成时间。结果表
明，鄂尔多斯盆地天环凹陷地区主要成藏时间为 122～100 Ma(晚白垩世)。结合烃源岩生烃史，推测包裹体流体形成于上古
生界烃源岩快速生烃阶段，对应成熟度范围约为 Ｒo≈0. 68%～0. 76%。
关 键 词:古流体压力;鄂尔多斯盆地;流体包裹体 PVTx;盆地模拟系统
中图分类号:TE122. 2+ 21 文章编号:1007-2802(2015)05-0955-05 doi:10．3969 / j．issn．1007-2802．2015．05．009
收稿日期:2014-08-21收到，2015-01-22改回
基金项目:国家油气专项(2011ZX05008-002-10) ;国家自然科学基金项目(41372137) ;有机地球化学国家重点实验室前沿项目
(SKLOG2012A02)
第一作者简介:廖玲玲(1987－) ，女，博士研究生，研究方向:地球化学． E-mail:liaolingling@ gig. ac. cn．
* 通讯作者简介:王云鹏(1968－) ，男，研究员，博士生导师，研究方向:油气地球化学． E-mail:wangyp@ gig. ac. cn．
Ｒetrieving Paleo-Pressure of the Upper Paleozoic Fluid of the Ordos Basin
Using Inclusion PVTx Modeling and PetroMod Basin Simulation System
LIAO Ling-ling，WANG Yun-peng*
State Key Laboratory of Organic Geochemistry，Guangzhou Institute of Geochemistry，
Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510640，China
Abstract:Inclusion trapped pressure reflects the fluid pressure when oil-gas reservoir was forming． It also has important
implications for accumulation process of hydrocarbons． In this paper，we combined inclusion PVTx modeling and PetroMod
basin simulation system to retrieve the Paleo fluid pressure of the Upper Paleozoic in the Ordos Basin． Taking the well
Bu-1 located in the Tianhuan depression of the Ordos Basin as an example，we calculated the homogeneous temperature
and pressure of two inclusions of the well Bu-1 respectively are 98. 2℃，34. 38 MPa and 121℃，30. 01 MPa by using the
inclusions PVTx phase modeling，and obtained the thermal histories and the fluid pressure's evolution history by using the
PetroMod simulation system． Finally，the trapping time of inclusions were estimated by combining the results from two
methods． The results showed that oil and gas accumulation time of the Tianhuan depression of the Ordos Basin is mainly
between 122－100 Ma (Late Cretaceous)． Combining with the history of hydrocarbon generation，we deduced that the
fluid inclusions were formed in the rapid hydrocarbon generation stage in Upper Paleozoic strata，and maturity range are a-
round Ｒo≈0. 68%～0. 76%．
Key words:paleo fluid pressure;Ordos Basin;inclusion PVTx modeling;PetroMod basin simulation system
廖玲玲等:利用包裹体 PVTx和 PetroMod盆地模拟系统反演鄂尔多斯盆地上古生界古流体压力
鄂尔多斯盆地上古生界是中国陆上天然气最
富集的区块之一，上古生界从本溪组-太原组-山西
组-石盒子组-石千峰组，均有天然气发现。但上古
生界主要以隐伏岩性气藏为主，表现为低孔、低渗、
低压、低产和低丰度特征，勘探和开发难度较大。
鄂尔多斯上古生界气藏，现今气藏流体压力为 6. 94
～36. 32 MPa，压力系数 0. 38～1. 09(平均 0. 89) ，为
典型的低压气藏(王晓梅等，2013) ，古流体压力对
于低压的成因及成藏过程具有重要的指示意义，其
中准确反演上古生界古流体压力最为关键。
近年来国内外专家利用烃类包裹体的相态计
算(PVTx)来计算古流体的形成压力(Aplin et al．，
1999，2000;米敬奎等，2002;Liu et al．，2003)。Aplin
在 2000 年在利用共聚焦显微镜测量流体包裹体气
液体积比的基础上，利用模拟软件，计算了北海盆
地 Judy 油田油气包裹体的成分、捕获温度和压力，
并揭示该油田不同成分石油的形成时间和条件
(Aplin et al．，1999，2000)。米敬奎利用 PVTsim 软
件计算出鄂尔多斯盆地上古生界储集层中包裹体
的最小捕获压力(米敬奎等，2002)。肖贤明等
(2002)和刘德良等(2002)等分别对鄂尔多斯盆地
上古生界储集层流体包裹体进行了研究(刘德良
等，2002;肖贤明等，2002)。这些研究显示，PVTx
是反演古流体压力的一种重要手段。而 PetroMod
是目前功能最强大的盆地模拟软件，在恢复含油气
盆地古流体压力及演化方面有重要作用。在准确
建立地质模型的基础上，利用大型盆地模拟软件，
反演盆地古流体压力史也是古流体压力研究的重
要手段。本文尝试利用这两种方法以布 1 井为例，
对鄂尔多斯盆地西缘逆冲带和天环凹陷上古生界
气藏古流体压力进行反演，结合盆地埋藏史和烃源
岩的生烃史，对鄂尔多斯盆地西部上古生界古流体
压力演化进行分析。
1 地质概况与样品信息
1. 1 地质概况
鄂尔多斯盆地位于华北陆块西部，面积约 32 万
km2，是一个稳定的大型克拉通叠合盆地，盆地内发
育有 3套烃源岩，其中上古生界石炭-二叠系煤系地
层及中生界陆相泥岩是主要烃源岩(张盛，2006)。
鄂尔多斯盆地经历了早古生代浅海台地，晚古生代
海陆交互相沉积、中生代前陆盆地阶段和新生代周
边断陷 4 大沉积演化阶段。根据现今构造发育特
征，可将盆地划分为 6 个次级单元:分别为渭北隆
起、陕北隆起、陕北斜坡、天环坳陷、西缘逆冲带、晋
西挠褶带和伊盟隆起(宫色等，2007) (图 1)。布 1
井位于盆地西部，西缘逆冲带与天环向斜的交界部
位。本文选择布 1 井为研究对象，有助于认识盆地
边缘到盆地内部演化过程中流体的变化特征。
图 1 鄂尔多斯盆地构造图(宫色等，2007)
Fig．1 The tectonic map of the Ordos Basin(Gong Se et al．，2007)
2. 2 样品信息
岩石样品采自鄂尔多斯盆地天环凹陷的北部
地区布 1井，井深 3980. 4 m，层位 T2，为灰褐色中砂
岩。在布 1井样品中共发现 2 个包裹体，分别命名
为 bu1-05-1和 bu1-05-2，对其进行 PVTx 模拟，包裹
体显微相片见图 2。
2 包裹体 PVTx与 PetroMod反演方法
2. 1 气态包裹体 PVTx计算方法
2. 1. 1 初始模拟流体组分的选择 由于以气态烃
为主，选择初始模拟流体组分时，以附近井的凝析
油组分为参考，输入初始模拟流体组分，没有直接
选择现今天然气组分。主要原因是根据模拟过程
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图 2 鄂尔多斯盆地布 1井砂岩包裹体显微照片(偏光，30倍)
Fig．2 The micrographs of sandstone inclusions of the Bu1 well in the Ordos Basin(Polarized，×30)
中的经验，由于现今天然气组分非常干，与包裹体
形成时相比已有了较大变化。以这样的组分开始
模拟时往往没有临界点，给模拟造成了很大难度。
因此模拟以凝析油开始。
2. 1. 2 模拟及压力计算 图 3 为布 1 井气态烃模
拟体系相图、等容线及盐水包裹体等容线。图中红
色线为烃类流体 p-t 相图，蓝色线为烃类流体体系
等容线，黄色线为同期盐水体系等容线。
图 3 鄂尔多斯盆地布 1井上古生界
地层气态烃包裹体流体相图
Fig．3 The Upper Paleozoic strata gaseous hydrocarbon inclusions
fluid phase of the Bu-1 well in Ordos Basin
对布 1井的两个包裹体样品进行均一温度测定
和捕获压力计算。测得布 1井包裹体样品 1均一温
度为 98. 2℃，捕获压力为 34. 38 MPa，包裹体样品 2
均一温度为 121℃，捕获压力为 30. 01 MPa。布 1
井包裹体温度和压力的变化说明两个包裹体所捕
获的古流体具有不同的特征。
2. 2 PetroMod古流体压力模拟方法
2. 2. 1 PetroMod 古流体压力模拟方法 PetroMod
软件是德国 IES 公司开发的含油气系统分析软件，
模拟的原理是从油气形成的物理化学机理出发，通
过钻井的实际地质资料建立地质模型和数学模型，
由计算机定量模拟油气盆地的形成和演化，以及烃
类的生成、运移和聚集(石广仁，1999)。应用盆地
模拟方法对古流体压力的恢复主要是采用回剥的
方法把某一地层现今的厚度和地层压力恢复到沉
积时或埋藏中途某一时刻的厚度和压力(李善鹏和
邱楠生，2003)。通过对单井古压力演化及生烃史
进行恢复，并得到古压力演化史及生烃史。
(1)地质模型的建立:获取盆地模拟所需的地
质参数，包括地层厚度、剥蚀厚度、各层的沉积和剥
蚀时间、各种岩性与孔滲的关系;热史的古今地温
梯度、大地热流值;烃源岩厚度及其有机碳数和烃
指数等，生烃动力学参数采用鄂尔多斯盆地低成熟
太原组煤通过模拟实验获得(付小东，2006) ，其中
频率因子 A= 1. 41E+13s－1，活化能分布范围为 172～
272 kJ /mol主活化能为 209 kJ /mol。在上述参数获
取的基础上建立地质模型，从而进行埋藏史、热史、
生排烃史的模拟，进而得到压力演化史。
(2)模型校正:在盆地模拟过程中，由于某些参
数的不确定性，因此在一次模拟结束后需要用现今
获得的实测数据进行拟合，将模拟结果对比实测数
据进行调试，使模拟结果与实测值相吻合，使其符
合盆地分析结果(高永进等，2009)。
本次模拟选用了钻井样品成熟度对模型进行
校正。布 1 井的校正结果见图 4。从图中可以看
出，模拟的成熟度与实测数值吻合度高，说明本文
建立的地质模型，可以进行埋藏史、热史、生烃史及
古流体压力演化史的模拟。
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廖玲玲等:利用包裹体 PVTx和 PetroMod盆地模拟系统反演鄂尔多斯盆地上古生界古流体压力
—代表模拟的 Ｒo 值，+代表实测的 Ｒo 值
图 4 为布 1井 PetroMod软件成熟度模拟图(成熟度数据来
自任战利等，1994，1997;王飞雁等，2004;高胜利和任战利，
2006;于强等，2012;于强，2012)
Fig．4 Simulation diagram of maturity by PetroMod of the Bu-1
well(the maturity data are from literature Ｒen Zhanli et al．，
1994，2007;Wang Feiyan et al．，2004;Gao Shengli and Ｒen
Zhanli，2006;Yu Qiang et al．，2012;Yu Qiang，2012)
3 古流体压力的反演及演化
流体包裹体含有油气在运移与聚集过程中的重
要信息，利用 PVTx相态模拟得到的包裹体均一温度
及捕获压力，结合 PetroMod 盆地模拟软件得到的埋
藏史及古流体压力演化史来确定包裹体形成的地质
年代，进而确定油气成藏的时间。由 PVTx 相态模拟
结果得到布 1井两期包裹体均一温度及捕获压力分
别为 98.2℃，34.38 MPa和 121℃，30. 01 MPa。
通过包裹体的均一温度，通过 PetroMod 盆地模
拟软件恢复埋藏史及热史(如图 5 左) ，再由盆地模
拟软件得到的古流体压力演化史图，结合由 PVTx
相态模拟得到的捕获压力来估算油气形成的时间
(刘杨，2010)。
利用 PVTx相态模拟结合 PetroMod盆地模拟得
到的古流体压力演化史可以得到包裹体形成的时
间(如图 5 右)。从图中得到捕获压力 34. 38 MPa
与 30. 01 MPa对应的时间在 104 ～ 122 Ma(晚白垩
世)。
图 6中由包裹体形成的时间可得到对应的 Ｒo
≈0. 68%～0. 76%。为烃源岩快速生烃阶段。
图 5 鄂尔多斯盆地布 1井埋藏史和热史图(左)及布 1井捕获压力随时间演化史(右)
Fig．5 The diagram of burial history and thermal history of the Bu-1 well in the Ordos Basin(left)
and the diagram of fluid pressure evolution history in the Bu-1 well(right)
根据 PVTx 相态模拟及 PetroMod 盆地模拟结
果，得到鄂尔多斯盆地天环凹陷地区油气成藏时间
约在 122～104 Ma(晚白垩世)。这与西北大学樊爱
萍 2004 年硕士论文里面得到的鄂尔多斯盆地上古
生界苏里格庙第三期成藏年代 123～122 Ma基本相
近(樊爱萍，2004) ，其论文里面对鄂尔多斯盆地苏
里格庙，乌审旗，榆林及神木—米脂等 4个地区对油
气藏成藏时间进行了研究，其结果表明鄂尔多斯盆
地 4个地区天然气充注与成藏的时间具有良好的一
致性，而天环凹陷与苏里格庙相近，两个地区成藏
史应该相近。可以看出，用 PVTx 相态模拟得到的
包裹体捕获压力结合 PetroMod 盆地模拟得到的古
流体压力演化史得到的油气成藏时间是可靠的，这
两种方法的结合对于推算油气成藏时间是一种可
靠的方法。
4 结论
利用包裹体 PVTx相态模拟得到布 1 井两个包
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图 6 布 1井包裹体形成的地质时间对应的 Ｒo
Fig．6 The geologic time of inclusions
formation corresponding to Ｒo
裹体样品均一温度及捕获压力分别为 98. 2℃，
34. 38 MPa和 121℃，30. 01 MPa。PetroMod盆地模
拟得到了鄂尔多斯盆地西缘逆冲带和西环凹陷古
流体压力演化史，结合 PVTx 相态模拟及 PetroMod
盆地软件模拟得到的结果，得到鄂尔多斯盆地天环
凹陷地区上古生界油气藏成藏年代为 122 ～
104 Ma。最后根据包裹体形成的时间，结合烃源岩
生烃史，推导出天环凹陷包裹体形成时对应的成熟
度为 Ｒo≈0. 68%～0. 76%，为烃源岩快速生烃阶段。
将 PVTx相态模拟及 PetroMod盆地模拟系统相结合
可以准确反演古流体压力，可以为古压力演化分析
及油气成藏进程研究提供可靠信息。
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利用包裹体PVTx和PetroMod盆地模拟系统反演鄂尔多斯盆地上古生界古流体压力

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