一种确定油气成藏年代的方法与流程

本发明涉及油气成藏技术领域，特别涉及一种确定油气成藏年代的方法。

背景技术：

油气成藏年代作为油气成藏地质学的重要研究内容，备受地质学家尤其石油地质学家所关注。油气成藏年代研究经历了由定性、半定量到定量化发展的过程，目前如何精确化油气成藏年代成为技术问题难点，同时油气成藏年代精确与否会导致对油气成藏过程、成藏效率、成藏机理等不同认识，进而增加油气藏分布预测的风险和提高勘探成本。

确定油气成藏年代的传统方法主要是通过盆地的构造发育史、圈闭形成史、烃源岩生排烃史的研究，结合油源岩的主生油期、圈闭形成期、油藏饱和压力等，综合分析油气藏形成年代，属于定性-半定量的间接确定油气成藏时间的方法。近些年地球化学和有机岩石学的快速发展，各种依靠成藏化石记录的地球化学和岩石学分析方法应用到油气成藏年代研究中，提供了油气成藏年代研究的多种手段，使油气成藏年代向定量化、精确化方向发展，目前主要包括自生伊利石K-Ar测年、流体包裹体均一温度间接定年等方法。

自生伊利石K-Ar测年的流程主要包括自生伊利石的分离与提纯、X衍射检测纯度、K含量测定、Ar同位素比值、K-Ar年龄计算等5个技术流程。该方法只能确定油气最早一期的成藏年代，不适用于中国陆相多旋回叠合盆地多期次油气成藏分析。同时，除了陆源碎屑钾长石、碎屑伊利石外，绿泥石、高岭石、吸附可交换性K⁺离子、孔隙流体的40Ar/39Ar比值等均可能会对自生伊利石的K-Ar体系产生较为明显的影响，导致明显不合理的或不具有准确地质意义的年龄结果。因而该方法在适用范围和应用效果上具有一定的局限性。

包裹体均一温度间接定年法是与埋藏史结合确定成藏年代，该方法对于包裹体期次与顺序分析关系至关重要，仅明确包裹体产状不够准确，同时埋藏史演化中，剥蚀厚度恢复的有误差，不确定性因素较多，会导致古地温曲线不准确，最终包裹体均一温度投影到埋藏史古地温曲线上确定的油气成藏年代存在一定误差，精确度不高。

随着对预测油气成藏年代精度的不断提高，传统的定性-半定量方法以及新兴的同位素测年、包裹体均一温度等定量方法都受到了挑战，尤其是对于多期次成藏，多旋回叠合盆地而言，急需研究精度更高的定量化预测方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种确定油气成藏年代的方法，该方法能够对多旋回叠合盆地多期次油气成藏年代进行预测，以解决现有技术中油气成藏预测年代精度低、多解性强的技术问题。

本发明中，主要涉及的技术术语的定义如下所述。均一温度：室温下呈两相或多相的包裹体，加热到某一温度时，包裹体由两相或多相转变成原来的均匀的单相流体，此时的瞬间温度称为均一温度。包裹体产状：指的是包裹体大小、形态、形成时所处位置，与周边关系。成藏年代：油气生成、运移到圈闭、形成油气藏的地质时间。

为达到上述目的，本发明方案提供了一种确定油气成藏年代的方法，其包括以下步骤：

步骤一：获取研究区含油层位包裹体薄片与磷灰石矿物

(1)根据含油层位岩心样品制作包裹体薄片；

(2)获取与包裹体相同或相近岩心样品的磷灰石矿物；

步骤二：包裹体形成期次与顺序研究

(1)利用高倍显微镜观察包裹体薄片，划分包裹体产状与期次；

(2)利用紫外激发光分析包裹体荧光特性，划分包裹体成熟度；

(3)利用激光拉曼光谱仪获取不同产状和成熟度包裹体的成分；

(4)根据上述步骤，在包裹体产状明确的基础上，结合包裹体成分与荧光分析，确定包裹体形成期次与顺序，并筛选烃类包裹体与盐水包裹体；

步骤三：利用冷热台与偏光显微镜相结合，定量获取不同产状烃类包裹体和盐水包裹体的均一温度

步骤四：确定热演化史模型参数

(1)利用外探测器法获取磷灰石诱发裂变径迹，通过酸化蚀刻的方法统计磷灰石裂变径迹长度、密度；

(2)采用IUGS推荐的Zeta常数法计算裂变径迹年龄；

(3)根据“等效时间原理”，统计筛选同一样品各磷灰石颗粒的径迹长度，并计算其标准方差，建立多元扇形退火模型；

(4)根据区域沉积构造演化背景，筛选设定地质条件；

步骤五：利用AFSolve软件进行热史模拟，获取最佳热史路径T-t曲线

步骤六：确定油气成藏年代

筛选与烃类共生的盐水包裹体均一温度，统计不同期次油气成藏峰值温度，投影到热史路径T-t曲线上，确定油气一期或多期的成藏时间。

其中，步骤一(1)中，包裹体薄片的制作方法可参考：中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T5913-2004岩石制片方法》。

步骤一(2)中，磷灰石矿物的获取可参考：中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T6336-1997沉积岩重矿物分离与鉴定方法》。

步骤二(3)中，获取不同产状和成熟度包裹体的成分可参考文献：Burke E A J.2001.Raman micro-spectrometry of fluid inclusions.Lithos,55(1～4):139～158.)。

步骤三中，包裹体均一温度的测定方法可参考：中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T6010-94沉积岩包裹体均一温度和盐度测定方法》。

步骤四(3)中，建立多元扇形退火模型的方法可参考文献：Ketcham RA,Carter A,Donelick R A.Improved modeling go fission track annealing in apatite[J].American Mineralogist,2007,92(5-6):799-810)。

步骤五中分析方法可参考文献：Ketcham RA,Donelick RA,Donelick M B.AFT Solve:A program for multi-kinetic modeling of apatite fission track data.Geol Mater Res,2000,2:1–21)。

优选地，上述方法的步骤二(1)利用单偏光显微镜分析石英、方解石中形状规则、大小适中的包裹体，重点筛选石英一期加大边、二期加大边以及早期方解石、晚期方解石中所宿住的包裹体。

优选地，上述方法的步骤二(2)中，紫外激发光波长为330～380nm，包裹体成熟度通过荧光颜色进行划分，随着有机质从低成熟向高成熟演化，其荧光颜色的变化为黄色→橙色→蓝色→蓝白色。

激光拉曼分析中利用激光拉曼仪定量不同类型、不同包裹产状体拉曼特征峰，获取相应包裹体所含组分。

优选地，上述方法的步骤三中，包裹体均一温度的测试过程中，控制温度升高的速度为5～10℃/分，在包裹体接近均一化时，升温速度控制在1～3℃/分。每片包裹体选取20～50个温度点进行均一温度测试。

优选地，上述方法的步骤四(1)中，利用高倍显微镜选择平行c轴的柱面，测出自发径迹和诱发径迹密度，水平封闭径迹长度。

上述方法的步骤四(2)中，按照以下公式计算径迹年龄：

$T=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_d}ln(1+{\mathrm{\λ}}_d{\mathrm{\ζg\ρ}}_d{\mathrm{\ρ}}_{ratio})$

其中，对于单颗粒年龄λ_d＝1.55123×10^-10a^-1是²³⁸U的衰变常数；ζ是Zeta常数值357.8±6.9；ρ_s为矿物中自发裂变径迹密度；ρ_i为云母外探测器记录的矿物中诱发裂变径迹密度；ρ_d为中子注量监测器标准铀玻璃组件的诱发径迹密度；g＝0.5，为几何因子。

上述方法的步骤四(3)中，按照以下公式为退火模型的数学公式：

g(r)＝{[(1-r^2.7]^0.35-1}/0.35＝-4.87+0.000168T[ln(t)+28.12]

式中，r为径迹长度与初始径迹长度之比，l/l₀；t为时间，s；T为温度，K。

本发明提供的方法尤其适用于具有以下特点的油气藏：(1)含油气盆地具有多期生烃演化，油气藏经历了多期充注、调整逸散过程；(2)构造演化复杂，尤其是多旋回叠合盆地。同现有技术相比，本发明的具有如下有益效果：

(1)利用高倍显微镜观察、荧光显示、激光拉曼分析，可确定包裹体产状、烃类包裹体成熟度、包裹体成分，三者相互结合，相互印证，抓住包裹体成岩上的细节，更加全面的反映包裹体形成期次与顺序。

(2)利用磷灰石热史模拟，最大限度地减少地层剥蚀厚度参数的影响，提高了构造演化恢复的精度，从而更加精确地确定了热演化路径T-t曲线。

(3)筛选统计包裹体成藏期次与顺序，投影最佳热史演化路径T-t曲线，确定一期或多期油气成藏年代，对于预测油气有利区带，降低勘探成本具有重要意义。

附图说明

图1是根据本发明的流程示意图。

图2是本发明实施例的鄂尔多斯盆地二叠系包裹体产状与荧光类型图。

图3是本发明实施例的鄂尔多斯盆地二叠系包裹体拉曼谱图。

图4是本发明实施例的鄂尔多斯盆地二叠系热史模拟T-t与成藏时序图。

图5是本发明实施例的鄂尔多斯盆地二叠系包裹体均一温度分布图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，下面结合实施方式和附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

我国中部鄂尔多斯盆地是石油、天然气、煤、铀矿等多种矿产共同聚集富集的沉积盆地，中生代三叠纪以来该盆地经历了多期次沉积与多旋回改造、多阶段生烃与多层系复合含油(气)、多次运移与多期调整逸散的过程。已有的研究成果基本查明了鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏具有多期次成藏多层系复合含气的特点，且油气主要的成藏时间是早侏罗世中期-中侏罗世末期、中侏罗世末期-早白垩世末期，但对油气充注的期次及其时间仍然存在较多的疑问，成藏年代成为关键性难题。对此，本实施例提供了针对上述油气成藏年代的方法，

如图1所示，其包括以下步骤：

步骤一：获取研究区含油层位包裹体薄片与磷灰石矿物

根据鄂尔多斯盆地已发现工业油气流的3口上古生界钻井，分别采集二叠系三个不同含气层段的砂岩样品，样品重量大于5Kg，分别制作三个层位的包裹体薄片(制作方法可以参考：中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T5913-2004岩石制片方法》)，通过样品粉碎、重矿物分离等技术获取相应层位的磷灰石矿物(分析方法可以参考：中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T6336-1997沉积岩重矿物分离与鉴定方法》)。

步骤二：包裹体形成期次与顺序研究

(1)根据含油层位岩心样品包裹体薄片观察，利用单偏光显微镜分析石英、方解石中形状规则、大小适中的包裹体，重点筛选石英一期加大边、二期加大边以及早期方解石、晚期方解石中所宿住的包裹体，结果研究区古生界主要发育三期包裹体，第一期主要发育在石英加大边中，延加大边内侧发育深褐色的液态烃包裹体和盐水包裹体(图2a，表1)。第二期包裹体主要分布在早期方解石胶结物中或沿部分切穿石英次生加大边的裂隙中(图2b，表1)。第三期包裹体分布在晚期方解石胶结物中(图2c，表1)。

(2)利用紫外激发光和荧光光谱分析包裹体荧光特性，荧光分析：紫外激发光波长设为330～380nm，观察烃类包裹体荧光颜色。结果第一期烃类包裹体呈浅蓝色荧光(图2d，表1)；第二期包裹体显示蓝白色荧光(图2e，表1)；第三期包裹体呈现浅黄色或黄绿色荧光(图2f，表1)。

(3)利用激光拉曼光谱仪获取不同包裹体产状成分，不同成分的包裹体其拉曼光谱的形体不同。结果显示包裹体的拉曼光谱图在石英加大边中所测谱峰以1998cm^-1和2957cm^-1特征峰为主(图3a)，在裂缝中或晚期方解石中的包裹体所测光谱相对于前者在500～1800cm^-1区域中往往显示出若干其他特征峰(图3b)。

(4)根据上述步骤，在包裹体产状明确的基础上，结合包裹体成分与荧光分析，确定包裹体形成期次，结果表明，研究区二叠系不同层位的岩石样品薄片主要发育3期的油气包裹体(表1)，并筛选显示浅黄色或蓝色或蓝白色的为烃类包裹体，不显示荧光的为气液两相为盐水包裹体。

步骤三：利用LINKAM GP600冷热台与高级显微镜DM4500，测得与烃类包裹体共存的盐水包裹体的均一温度(分析方法可以参考：中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T6010-94沉积岩包裹体均一温度和盐度测定方法》)，测试结果如表1所示。

表1

步骤四：确定热演化史模型参数

(1)利用外探测器法获取磷灰石诱发裂变径迹，通过酸化蚀刻的方法在高倍显微镜选择平行c轴的柱面，水平封闭径迹长度，结果如表2所示。根据自发径迹条数(Ns)和诱发径迹条数(Ni)，根据面积获得相应的自发径迹密度(ρ_s)和诱发径迹密度(ρ_i)，结果如表3所示。

表2

(2)采用IUGS推荐的Zeta常数法计算裂变径迹年龄(Age)：

其中，对于单颗粒年龄＝1.55123×10^-10a^-1是²³⁸U的衰变常数；ζ是Zeta常数值357.8±6.9；ρ_s为矿物中自发裂变径迹密度；ρ_i为云母外探测器记录的矿物中诱发裂变径迹密度；ρ_d为中子注量监测器标准铀玻璃组件的诱发径迹密度；g＝0.5为几何因子，结果表3所示。

表3

(3)根据“等效时间原理”，统计筛选同一样品各磷灰石颗粒的径迹长度(Dpart)，并计算其标准方差，建立多元扇形退火模型：g(r)＝{[(1-r^2.7]^0.35-1}/0.35＝-4.87+0.000168T[ln(t)+28.12]

式中，r为径迹长度与初始径迹长度之比，l/l₀；t为时间，s；T为温度，K。

(4)根据区域沉积构造演化背景，筛选设定地质条件。鄂尔多斯盆地二叠系沉积构造演化起始时间为300Ma±，经历了晚三叠世(199Ma±)、晚侏罗世(150Ma±)的短暂构造抬升之后，早白垩世(120Ma±)大埋深最大，晚白垩世以来多阶段、多幕次的抬升剥蚀。设置这些关键地质构造时间点。

步骤五：利用AFSolve软件进行热史模拟，模拟可分3步：(1)给定若干时间-温度历史的约束条件，设置大量(10000个)时间-温度曲线；(2)根据实验退火模型，通过正演求出径迹长度、年龄的模拟值；(3)将模拟结果与实测的径迹长度、年龄值进行对比，主要包括径迹长度(K-S Test)和径迹长度(Age GOF)两个参数，若K-S Test和Age GOF的检验值均≥5％，则模拟结果可以接受；当它们都≥50％，则模拟结果是“高质量的”。结果如图4。

步骤六：油气成藏年代

利用与烃类共生的盐水包裹体均一温度，获取不同期次油气成藏峰值温度，结果如图5，二叠系表现为三期峰温，分别为(62.5-81.3)℃、(110.2-137.5)℃、(87.5-105.3)℃，根据包裹体峰温的组合以及包裹体产状、荧光、激光拉曼成分分析，明确了成藏温度期次与时序关系，结合热史模拟的最佳T-t曲线，投影确定油气一期或多期的成藏时间如图4。结果二叠系油气成藏年代为178.3Ma、136.9Ma和20Ma。