深部油气成藏机理概论

～4 000 m 以下 , 在西部准噶尔盆地可能在 4 500 m 以下才定义为深部 , 而在青藏高原可能要更深 。所 以 , 关于深部的定义应该不只是一个物理量的概念 , 更应该是一个地质概念 。
2 深部烃源岩演化特征
经典油气生成理论 [ 4 ] 认为 , 有机质的热演化和 生烃作用受温度和时间的控制而未考虑压力的作用 。 根据郝芳等研究 , 超压对于有机质演化和生烃作用会 产生不同程度的抑制作用 : 在超压带 , Ro 会偏离传 统理论演化的趋势线而变小 , 受到一定的抑制作用 ; Pr / nC17、 Ph / nC18也会受到抑制而偏离非超压带的演 化线 。在北海盆地 [ 5 ] 、美国 Unita盆地 [ 6 ] , 已充分证 明超压盆地中生烃作用不是温度 、时间二因素控制的 过程 , 而是由温度 、时间 、压力 (或超压 ) 三因素 控制的化学动力学过程 。由于超压对有机质热演化和 生烃过程的抑制作用 , 在地温梯度较高 、源岩年代较 老的沉积盆地中 , 根据传统模式已进入准变质作用阶 段的深层源岩可能仍保持在有利的生排烃阶段 , 成为 深层油气聚集的有效源岩 。例如 , 在莺歌海盆地乐东 302121A 井中 , 5 011 m 的实测地温为 240 ℃, 根据传 统模式计算的镜质体反射率已达 212% , 即已进入准 变质作用阶段 , 但实测镜质体反射率仅为 112% , 地 层中仍保存大量液态烃 (图 1) 。因此 , 建立温度 —
×10 - 3μm2 , 属中孔 、低渗储集层 , 而周围的正常压 力段砂岩测井解释孔隙度为 319% ～712% , 渗透率 为 011 ×10 - 3 ～016 ×10 - 3μm2 , 属特低孔 、超低渗储 集层 , 说明异常压力保护储层的孔渗性能 。
深部油气的储层除了沉积岩 , 钻遇火成岩的几率 更大 。新疆的陆梁隆起和松辽盆地的兴城气田均发现 火成岩天然气储层 [ 8 ] , 目前对于火成岩储集层的研 究较少 。
随着浅层油气勘探开发程度的不断提高 , 盆地深 层成为中国油气勘探的主要领域之一 , 深层油气成藏 机理得到石油地质工作者的广泛关注 。深部油气成藏 与油气在浅部成藏有相似之处 , 但也有一些独特的特 征而有别于浅部油气成藏 。深层油气聚集需要深埋条 件下的目标储层保持一定的孔隙度和渗透率且目的层 段及其下伏烃源岩具有较高的供烃能力 。在很多沉积 盆地中 , 深层通常发育超压 [ 1, 2 ] 。沉积盆地的超压带 不仅是一个地层压力明显高于静水压力 (压力系数 大于 112) 的流体单元 , 而且是一个在盆地演化过程 中无机矿物 、有机质和孔隙流体性质不断变化的多过 程伴生的物理 2化学系统 [ 3 ] ; 深部流体参与油气生成 和油气成藏 。
6 深部热流体对成藏的影响
4 深部油气的封闭机理
盆地深部普遍存在的超压层往往具有物性封闭和
地球深部流体经过深大断裂运移至浅部 , 对有机 质的演化 、生烃及油气的成藏产生多方面的影响 。深 部流体可以强化烃源岩的成熟 , 促进生烃作用 ; 改善
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大庆石油地质与开发 P1G1O1D1D1 第 25卷 第 6期
3 深部储层物性特征
深部储层物性保存和改善机理有 2种方式 : ①油 气充注保存和改善储层 ; ②超压保存储层和超压产生 的微裂隙改善储层 。
烃类充注使成岩环境发生较大变化 , 导致孔隙水 中无机离子浓度降低 , 烃类流体同时阻碍矿物与离子 之间的质量传递 , 矿物胶结受到抑制 。油气的早期充 注改变孔隙中的流体性质 , 阻止岩石矿物与流体之间 的水 —岩相互作用 , 改善储层 。通过对英国北海的 M iller油田中油区和水区样品的自生石英的胶结速度 研究发现 , 油气充注抑制石英胶结的进行 [ 7 ] 。油区 的孔隙度比在北海盆地水区孔隙度高 。油区石英平均 胶结 速 度 数 量 级 为 10 - 22 , 比 水 区 石 英 胶 结 速 度 (10 - 20 ) 大约小 2个数量级 。另一方面 , 油气携带的 有机酸和 CO2 降低了孔隙水的 pH 值 , 这些酸性孔隙 水溶蚀储层中易溶矿物 , 形成较好的次生孔隙 。
5 深部油气成藏方式
盆地深部常常伴随超压 , 超压是控制深部流体成 藏的一个主要因素 。当流体压力接近或达到岩层破裂 压力时 , 地层发生水力破裂 , 超压流体通过微裂隙排 出 , 流体进行幕式排放和穿层运移 ( cross2formation m igration) , 流体幕式排烃有很多不同于稳态流体排 烃的特征 , 根据这些特征可以识别流体的幕式排烃 。 在断层发育的超压盆地中 , 深部流体的成藏方式受超 压和断层的双重控制 , 称之为断 —压双控的成藏方 式 [ 9 ] 。在准噶尔盆地腹部地区下侏罗统地层压力系 数接近或大于 1196 时 , 意味着地层压力超过了地层 的抗张强度 , 可以导致超压流体向上排放的水力破裂 运移通道 , 那些水力破裂通道优先发育在抗张强度较 弱的曾经有断裂存在的岩层 。
1 关于深部限定的探讨
通常 , 勘探上把大于 3 500 m 的深度称为深部 , 这是从物理度量的角度来定义的 。从研究的角度来 说 , 深部应该是指地质特征区别于其上部地层的深 度 , 可以是 3 500 m , 也可以是 4 500 m; 可以是烃源 岩受到抑制 (烃源岩的 Ro 偏离演化曲线 ) 的深度 , 也可以是地层进入超压系统的深度 。各地区要根据自 身的特征和地质现象限定深部的具体深度 , 因为在超 压带有很多地质现象不同于浅部 (如烃源岩受到抑 制 , 储层得到改善等 ) 。在东部 , 深部可能是在 3 500
储层物性 , 提供成藏空间 。通过地球化学的综合分析 和动态模拟表明 [ 10 ] , 在莺歌海 —琼东南盆地中 , 活 动性热流体在有机质热演化和油气生成中具有重要的 强化作用 , 由其引起的热场叠加使单一传导背景下不 可能成熟的浅层源岩进入生烃门限 , 扩大了有效烃源 岩的范围 。
模拟实验表明 , 油气在生成过程中存在着明显的 加氢作用 。采用生油岩 (黄县褐煤和茂名油页岩 ) 、 生油岩 +沸石 、生油岩 +橄榄石 、生油岩 +沸石 +橄 榄石组合 , 加入少量水分别进行热模拟实验 , 结果在 相同温度条件下 , 各组合的 H2 和 CH4 产率依次增 高 。在 500 ℃时 , 生油岩 +沸石 +橄榄石组合的 H2 产率高达 250 cm3 / g以上 , 而纯生油岩的 H2 产率不 到 50 cm3 / g; CH4 产率则相差 2～3倍 [ 11 ] 。这表明深 源火山物质的加氢作用对有机质生烃有显著的促进作 用 , 也反映出伴随岩浆活动的热流体对生油岩有机质 的热演化与生烃具加温 、加氢和催化作用 。
7 结 论
(1) 深部油气成藏有许多特点 , 烃源岩演化受 到超压抑制和深部流体强化 。
(2) 储层的保存机理有别于浅部地层 。
(3) 油气的排烃状态更多倾向于幕式排烃的瞬 态流体 , 超压和断层对其影响较大 。
(4) 同时处于深部的流体是一种超临界流体 , 携带的能量大 , 溶蚀能力强 , 对深部油气成藏的各个 要素产生重要影响 。
深部孔隙流体形成和发育的超压系统在一定程度 上可以削弱正常压实作用对深部地层的影响 , 使得深 部地层中一部分原生孔隙得以保存下来 。同时 , 异常 高压的存在可以在地层中形成微裂缝 , 提高渗透性 。 准噶尔盆地腹部董 1井 4 87215～4 87318 m 压力系数 为 1196, 测井解释孔隙度为 1515% , 渗透率为 2018
对于富含天然气的粗细相间沉积物构成的封闭 层 , 其封闭机理为气毛细管封闭 , 其原理是在含气的 粗细相间沉积物封闭层中 , 每个粗细沉积颗粒会产生 一个指向粗粒的毛细管力 。封闭层总的毛细管力大约 等于各个粗细沉积物界面毛细管力的总和 , 这个毛细 管合力相当于该气毛细管封闭层的突破压力 。这种气 毛细管力封闭机理得到了理论推导证明 (Lenormand 等 , 1988; Rothman, 1990) 和实验证实 。
深部流体对于深层油气的富集 、运移发挥了重要 作用 。由于以 H2 O 和 CO2 为主要组分处于超临界状 态的深部流体有很强的溶解能力 , 不断溶解分散的有 机物 。在其向上运移过程中 , 由于压力和温度的降 低 , 溶解的油气从流体中分离出来并被有效构造圈闭 而成藏 。
深部热流体是一种含有多种幔源物质组分的超临 界流体 , 溶解和扩散能力很强 , 在向上运移的过程中 极易与通道围岩发生相互作用 , 改变围岩的物性 , 形 成各种构造裂隙或次生溶孔 , 为流体 (油气 ) 传输 提供良好通道 。地壳深部的变质流体和岩浆及挥发组 分所产生的巨大膨胀压力不仅是流体本身运移的强大 动力 , 也是岩石破裂形成流体通道的原因 [ 12 ] 。
(5) 对于深实践意义 。
参考文献 :
[ 1 ] Hunt J M1 Petroleum geology and geochem istry ( 2nd ed1) [M ] 1 Freeman and Company, 19961
收稿日期 : 2005211201 作者简介 : 胡海燕 (1977 - ) , 男 , 河南渑池人 , 在读博士 , 从事石油地质专业研究 。
2006年 12月 胡海燕 : 深部油气成藏机理概论
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时间 —压力 (超压 ) 三因素控制的生烃作用模型 , 对认识深部油气成藏具有重要的现实意义 。
超压封闭的作用 , 压力封闭与物性封闭在超压带往往 是一对孪生兄弟 , 但压力封闭明显优于物性封闭 。根 据刘方槐计算 , 压力系数为 113的欠压实泥岩 , 依靠 异常孔隙流体压力封闭的气柱高度比依靠毛细管阻力 封闭的气柱高度大 11 倍 (标准大气压 ) 。压力封闭 的实质是一种动态封闭 。在超压层内的润湿性超压流 体存在着克服毛细管力向低势方向流动的趋势 (包 括向气层方向 ) , 而在储层中非润湿性的气体在运移 散失的过程中 , 不仅要克服储 、盖层间的毛细管压 差 , 还要克服在盖层中由于超压润湿性流体形成的巨 大势差 。由此可知 , 压力封闭的实质就是储层与盖层 间由于压力差异形成的不同润湿性流体的势差与毛细 管力的综合体现 , 只不过其中流体势差起主导作用而 已 。超压体内储层孔隙流体压力的大小与盖层破裂压 力的关系是影响超压体油气富集的重要条件 , 储层内 流体压力不能过高 , 太高时容易影响盖层的有效性和 气体从水溶液脱气聚集成藏 。