油气成藏过程研究文献综述

0 前言油气藏的形成过程研究及油气分布规律，是石油地质学理论的重点内容之一。

为了预测有利勘探区，提高选择勘探目标的精确性和效率，必须弄清油气分布规律，弄清油气分布规律必须分析油气成藏的全部过程和根本机理。

因此，自石油工业诞生以来，油气成藏机理研究一直是广大石油地质工作者极为关注的问题，也是长期以来困扰石油地质学界的一大难题。

油气成藏过程包括油气的生成、运移、聚集以及保存和破坏各个环节。

因此，分析油气成藏过程，总结油气成藏机理，建立油气成藏定量模式，对于推动石油地质理论的发展，有效解决当前油气勘探中的一些难题，提高油气藏定量评价和预测及石油工业的增储上产具有非常重要的意义。

1 油气成藏过程研究的历史发展阶段自石油工业产生以来，油气成藏机理一直是石油地质学家极为关注的问题，其研究大致经历了三个发展阶段。

1.1 第一阶段（19世纪末-20世纪50年代初）以沿背斜褶皱带分布油气藏的背斜说或重力说为代表，为油气成藏机理研究的初始阶段，主要研究成果有：（1）在1861年怀特提出的早期背斜学说基础上，通过大量的石油勘探实践和理论研究，建立了比较完善的油气藏形成的背斜学说。

在“背斜圈闭理论”基础上，人们又提出了“非背斜圈闭理论”，进行了早期的石油圈闭分类，分析了油气藏形成的具体地质条件（怀特，1861）。

（2）通过烃类运移和聚集的流体动力学研究，建立了浮力、水动力和毛细管力为成藏过程中油气运移和聚集的主要控制因素，提出了流体势的概念，并根据流体势分布断地下油、气和水的运动方向，解决油气运移和油气成藏问题（Hubbert，1953），将油气成藏过程作为动力学过程，从而使油气成藏研究建立在科学的基础上。

（3）随着国内外石油勘探的广泛开展，证实了陆相成油理论，促使地质学家从更广泛的角度考虑石油的生成和聚集，研究油气成藏机理。

1.2 第二阶段（50年代中期-70年代末）本阶段是在油气藏形成的基本条件和形成过程的分析的基础上，全面地研究了油气成藏机理，主要表现在：（1）有机地球化学在烃类生成、成熟和初次运移研究中发挥着重要的作用，确定了有机质类型、丰度、演化，对成烃和排烃进行了系统的评价（Tissot等，1978；Durand，1980）。

（2）研究了成藏过程中油气的二次运移和聚集机理，在油气二次运移的相态、动力、阻力、运移通道、方向、距离以及运移时间和运聚效率等到方面进行了大量的研究，取得了很多成果。

Schowalter （1979）系统地研究了油气二次运移和聚集机理，讨论了岩石的孔隙结构、烃—水界面张力、岩石的润湿性和毛细管力等对油气运移和圈闭的作用原理（Schowalter，1979）。

Cordell（1976）和Roberts（1980）提出了油气在圈闭中聚集的渗滤作用机理（Cordell，1976；Roberts，1980），而Chapman（1982）提出了油气在圈闭中聚集的排替作用机理（Chapman，1982）。

进一步认识到水动力对油气成藏形成、保存和破坏构成重要影响，并进行了一系列的研究。

Toth等（1980）建立了区域地下水流动系统基础上的重力穿层流动的石油运移和聚集理论（Toth等，1980），将沉积盆地区域水动力场分布和演化与石油的运移和聚集有机结合起来。

（3）系统地研究了油气成藏的宏观条件，指出在一个能形成油气藏的圈闭中，充足的油来源和有效的圈闭是油气成藏的两个最重要的方面。

其中影响圈闭有效性的主要因素有圈闭形成时间与油气运移时间的相应关系，圈闭所在位置与油源区的相应关系，以及水压梯度和流体性质。

（4）松辽盆地、渤海湾盆地以及世界其它陆相盆地大、中型或特大型油气田的发现，证明了陆相地层具有较大规模的有机质堆积、转化、运移，并形成较大型油气的事实。

在此基础上，我国石油地质工作者建立了陆相石油地质理论，研究了陆相油气成藏机理，在陆相油气生成，陆相储集层发育、油气运移和聚集、油气藏类型与分布，以及油气藏形成特点等方面取得了大量研究结果。

1.3 第三阶段（80年代初-现在）近十几年来，国内外很多学者运用先进的油气勘探技术和方法，以及计算机技术、物理模拟技术进行系统的油气成藏的各项条件、机制和它们之间的有机配合，主要表现在：（1）以热力（地温场）为成烃主控因素，通过物理模拟和数值模拟研究有机质的丰度、类型、成熟度、成熟门限、石油窗以及油气生成化学动力学机制。

（2）油气初次运移研究取得了长足的进展，在对排烃机理的实验分析以及实验模拟研究基础上，通过计算机耦合压实史、超压形成史、热史和烃类生成史，重建排烃过程（Ungerer，1990；Welte，1987；王新洲等，1996）。

（3）将流体势分析引入到含油气盆地分析，通过盆地模拟，进行含油气盆地范围内的地下流体运动的物理模拟和数学模拟，并结合油气生成和保存条件以及沉积盆地的发展演化条件，进行成藏过程中油气二次运移和聚集的定量研究，对盆地油气资源及油气二次运移的区域方向和聚集的主要区带、层位作出定量模拟分析（Ungerer，1990；Welte，1987；Dahlberg，1982；England等，1987；王新洲等，1996；石广仁等，1994；郝石生等，1994）。

（4）将油气生成、运移、聚集统一研究，提出了“流体封存箱理论”（Hunt，1990）。

（5）80年代以来，模拟实验已成为油气成藏过程研究的重要手段和方法，许多学者通过模拟实验，大大深化了成藏过程中油气二次运移和聚集的认识。

Catlan等（1992）通过模拟实验研究了油相运移问题，指出油相运移存在临界值，运移通道有方向性，运移前锋的速度衡定同时受油的性质、多孔介质性质影响，在浮力作用下也可以出现油相快速运移现象（Catlan等，1992）。

Thomaas和Clouse（1995）利用长100cm，高52cm，厚2.5cm的可视模型研究油气二次运移机理（T homaas and Clouse，1995）。

实验结果表明，当油在水湿的均质运载层运移时，油对圈闭的充满速度并不取决于二次运移本身，而更大程度上取决于油气从源岩中排烃的速率。

由于大量的弥散作用，在油的垂向运移期间（当运载层位于源岩层之上时），出现很高的散失量。

但在横向运移期间，散失量很小，这是因为油气主要集中在底部封闭的下方运移。

与此同时，许多学者利用微观渗流模型研究油相运移以及孔隙介质中非混溶驱替过程。

（6）伴随油藏描述表征及预测技术的发展，油藏形成和开发过程中流场和流体特征研究得到广泛重视，油藏模型的建立应运而生。

目前，国外主要模型为定量流动模型、储层结构模型、储层非均质模型及岩石物性物理模型等。

国内张一伟、熊琦华等（1994）先后建立了油田规模、油藏规模、层规模、砂体规模、孔隙规模的储层地质模型以及反映沉积、成岩、结构和人类活动改造所引起的综合效应的储层岩石物理相模式（张一伟、熊琦华等，1994）。

（7）80年代以来，流体——储层相互作用研究即储层地球化学研究已成为地球化学和石油地质学中令人瞩目的研究领域之一（梅博文，1992）。

主要表现在：①研究了有机质（特别是有机酸）和CO2对储层孔隙度和渗透性的影响，提出了次生孔隙形成模型和预测模型；②研究了流体在固态矿物表面上的吸附作用及其对油气运移和润湿性的影响；③应用水—岩石相互作用的地球化学模拟理论和方法，定量模拟了盆地成岩化学作用的演变，定量研究和预测了储集层孔隙度和渗透性的变化，使流体—储层相互作用以及储层孔隙度和渗透性的研究由定性、半定量向定量发展。

（8）油气藏的保存与破坏研究得到重视。

在盖层封闭性研究方面，目前基本明确了盖层的封闭机理，即物性封闭、压力封闭和烃浓度封闭，认识了盖层厚度及其连续展布面积大小对油气藏形成的控制作用，建立了测井时差与盖层排替压力的相关关系，提出了盖层封闭有效性的概念及其研究方法。

在分子扩散作用方面，建立了源岩和气藏的天然气扩散地质模型和数学模型。

（9）Magoon（1994，1995）在前人工作基础上提出了“含油气系统”概念，认为含油气系统包含成熟烃源岩及所有已经形成的油气藏，并包含油气藏形成时所必不可少的一些地质要素和作用（Magoon，1994，1995）。

近年来，国内外许多学者运用含油气系统理论和方法，研究油气藏的形成和分布，指导油气勘探。

（10）随着含油气系统理论在油气勘探实践中的应用，其缺陷和不足也日渐暴露，在许多高难度问题面前显得无能为力，于是对成藏动力学系统研究呼声日益高涨。

自Anderson等（1992）提出含油气盆地实质上既可以是一个“低温热化学反应器”，又可以是一个复杂的天然的流体（油气水）渗流的动力学系统（Anderson等，1992）以来，国内田世澄等（1995，1996）在前人研究的基础上分析了划分成藏动力学系统的必要性和可能性，并提出如何划分成藏动力学系统以及成藏动力学系统的研究方法。

从而丰富和发展了含油气系统理论，开拓了盆地流体运动与成矿地质学研究领域（田世澄等，1995，1996）。

2 油气运聚成藏的主要进展（1）油气来源及其方向①对于多源、多期次复合叠加盆地，混源气来源及其定量计算方面。

主要应用生物标志物参数、支链烷烃、碳同位素或生物标志物绝对定量等方法。

②利用原油中吡咯类化合物的丰度、异构体参数的绝对大小，确定油气来源与运移方向。

（2）运移期次方面在三个方面取得进展：①气包裹体均一温度，结合构造发育史、沉积埋藏史、热史和生烃史，确定成藏期。

②固体地球化学中常用的Pb—Pb和Rb—Sr同位素测定油气生成与运移年龄。

③储层伊利石K-Ar测定油气成藏期绝对年龄。

（3）油气运移通道方面：断层、不整合、连通砂体各自控制油气运聚的特点及其多种组合的不同控油方式都已经得到了很大的发展。

（4）对油气成藏条件（生、储、盖层等）的研究，无论从方法、手段和理论发展上，已基本上成熟和完善。

（5）成藏过程，成藏期次的研究，从动态过程的角度对油气藏的形成进行历史分析，结合构造演化史、沉降史、热史及成岩史等地质历史分析，开展了包裹体分析、同位素分析、油藏地化分析等大量研究，对油气成藏有了相当的认识。

（6）成藏动力学，即油气运移与聚集研究，结合地压场、地温场和地应力场开发了大量实验模拟和数值模拟的定量化研究，取得了较良好的效果。

（7）油气系统分析，这是一项新兴的石油地质综合研究方法，把油气藏的各种地质要素（生、储、盖和上伏岩层）和地质作用（油气生成运聚作用和圈闭形成作用）纳入统一的时空内综合考虑，强调彼此间的配置关系，从而弄清油气分布规律。

3 油气运聚成藏的研究内容及现状3.1 油气来源与运移方向：3.1.1 地球化学沿石油运移的主方向上，石油的化学成分和物理性质有规律性变化。

非烃化合物（钒、铁、镍、氧、氮、硫等非烃化合物）相对减少；高分子烃类化合物（包括高分子正烷烃）含量及芳烃含量相对减少，沿运移方向主峰碳数降低、轻重正烷烃比值增加、轻重芳烃比值增加（紫外光吸收带E230/E260和荧光光谱I385/I440的比值增加）；石油中碳同位素δ13C/δ12C的比值沿运移方向降低；生物标志化合物发生变化，甾烷化合物5α14β17β异构体比5α14α17α运移快，重排甾烷13α17β比规则甾烷5α14α17α运移得快。