蒸发岩与沉积盆地的含油气性

蒸发岩在含油气盆地 中广泛分布， 如波斯湾盆 地、 墨西哥湾盆地、 北海盆 地、 滨里海盆地、 俄罗斯伏 尔 加—乌 拉 尔 、 西伯利亚的 一些含油气盆地 ， 北美的 阿 尔伯达和萨斯喀彻温油区 蒸发岩非常发育 ， 我国的 塔 里木盆地、柴达木盆地、 江 汉盆地、 渤海湾盆地蒸发 岩 也广泛分布 ， 而且在规模巨大的沉积盆地中蒸发岩越 发育 ， 其含油气性越好 ， 如波斯湾盆地从寒武纪到新 近纪有 ６ 个地质年代产出蒸发岩 ， 墨西哥湾盆地有 ４ 个地质年代有含盐建造 ， 在滨里海盆地内沉积了巨厚 的泛盆地连续分布的上二叠统的蒸发岩层。因此 ， 蒸 发岩与沉积盆地含油气性有着非常密切的关系 ， 阐明 蒸发岩与油气生成、 运移、 聚集和保存的关系有助于 沉积盆地含油气性的预测、 评价及提高含盐盆地油气 勘探效率。
第 ２６ 卷
第６期
徐文世 ， 等 ： 蒸发岩与沉积盆地的含油气性
① ② ④ ⑤ ⑧ ⑩
盐高地 盐墙 盐株
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伸作用等都会诱发盐层塑性流动并形成种类繁多的 盐构造 （ 图 ３ ） ， 同时也会形成与这些盐构wenku.baidu.com有关的各 式各样的圈闭。
盐枕
③
. 6 , 6 5 + 4 + 3 + 7 6
⑦ ⑨ ⑥ / +
图 ２ 滨里海含油气盆地地质剖面 （ 引自文献 ［ １０ ， １１］ ）
总之 ， 无论从微观物性上 ， 还是区域分布上以及 与生油岩、 储集层之间的配置关系上 ， 蒸发岩是一类 特别有效的油气藏盖层。
３ 盐构造与油气圈闭
盐构造是指由于蒸发岩的流动形变所形成的地 质变形体 ， 它们包括变形体本身及其周围的变形岩 层。 在近地表各向应力差较大和应变速率较高的情况 下 ， 蒸发岩才有可能表现为脆性体 ， 而在地下深处 ， 蒸 发岩则表现为强烈的塑流体 ， 其形变全部由塑性流变 完成。盐层在埋藏过程中的密度反转形成的上浮力、 上覆层横向上沉积相或厚度的变化形成的侧向差异 负载作用以及基底层、 盐层和上覆层的构造挤压或拉
［４］
风化淋滤而成为物性较好的油气储集体。 当盆地重新 海泛时 ， 在海平面缓慢上升的情况下碳酸盐台地上首 先沉积的还是萨布哈石膏层 ， 此时新注入盆地内的海 水可能会溶解先形成沉积的蒸发岩并使盆地内高盐 度的水体维持相当长的一段时间 ， 这样萨布哈石膏层 会继续发育并且还会蔓延覆盖在碳酸盐台地边缘礁 灰岩隆起带上［９］（ 图 １） 。 这样 ， 在海进或海退过程中形成 的蒸发岩层是绝佳的区域性盖层 ， 区域分布稳定、 持续 性好、 封闭性强 ， 并与下伏的生油岩和储集层之间在 空间上形成良好的配置关系 ， 这就是天然的地层圈 闭。 如阿拉伯湾中部的希斯硬石膏层 （ Ｊ３） 在其下的阿拉 伯灰岩储集层 （ Ｊ３） 中封闭了远超过 １３４．４× １０８ ｔ （ １ ０００×
１ 蒸发岩与生油岩的关系
Ｅｎｏｓ（ １９８３） 认为 ， 全新统未经压实的蒸发岩中有 机质含量高达 １５％ 以上 ， 实验分析表明 ， 地质历史上 蒸发岩中有机碳含量一般为 ２％ ～ ５％ ， 与其他类型的烃
源岩相比 ， 其有机碳含量比较可观 ， 可作为生油岩 ［１］。 在有些含油气盆地中蒸发岩是可以作为生油岩的 ， 如 美国西北部的帕拉多克斯盆地和绿河盆地蒸发岩就 是良好的烃源岩 ， 罗 马 尼 亚 从 古 生 界 到 上 白 垩 统 间
１０８ ｂｂｌ） 的 可 采 储 量 ， 而 且 只 要 希 斯 硬 石 膏 层 存 在 的
地方 ， 其上覆的白垩系中就缺乏油气聚集 ； 在滨里海 含油气盆地中全盆连续分布的巨厚 （ １￣６ ｋｍ ） 孔谷阶 （ Ｐ１） 蒸发岩层使其下的古生界沉积体系形成超级含油 该盆地中几乎所有的大型油气藏均赋存 气系统 （ 图 ２） 。 在该套蒸发岩层之下的碎屑灰岩储集层或礁块储集 体中 ， 而盐层上部的油气藏尽管数目多 ， 但其规模小 且破碎 ， 空间分布也受孔谷阶 （ Ｐ１） 的盐构造所控制。
蒸发岩与沉积盆地的含油气性
徐文世 １， 于兴河 １， 刘妮娜 ２， 姜 辉 １， 张广权 １
（ １． 中国地质大学 （ 北京 ） 能源学院 ， 北京 １０００８３ ； ２． 长安大学 地测学院 ， 西安 ７１００５４ ） 摘 要 ： 世界上许多大型含油气盆地都有蒸发岩分布 ， 蒸发岩与沉积盆地的含油气性有着非常密切的关系。 通过论述
第 ２６卷 第 ６期 第 ２６ 卷 第 ６ 期 ２００５ 年 １２ 月
新 疆 石 油 地 质 徐文世 ， 等 ： 蒸发岩与沉积盆地的含油气性
ＸＩＮＪＩＡＮＧ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＧＥＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ． ２６， Ｎｏ．６ Ｄｅｃ． ２００５
文章编号 ： １００１－ ３８７３ （ ２００５ ） ０６－ ０７１５－ ０４
, + 0 +
. + 1 + 2 +
盐球
龟背斜 盐茎
蒸发岩
盐 丘
河流三角洲沉积体系
陆架碳酸盐沉积体系
⑥
泥页岩 砂岩 蒸发岩 正常原始 孔隙加强 油气圈闭 孔隙灰岩 型灰岩 及编号 不整合 断裂
图 ３ 盐构造示意
图 ５ 与刺穿型盐构造有关的油气圈闭示意 （ 引自文献 ［ １２］ ）
在底辟早期盐层上拱会在上覆层形成拱形或穹 隆圈闭 ① ， 在 同 沉 积 过 程 中 拱 的 两 翼 由 于 岩 性 或 物 性的变化会形成岩性尖灭型圈闭 ② 和岩性孔隙型圈 闭③， 而上覆层顶部在水平拉伸应力作用下会形成一 系列地堑式构造及断层阻挡型圈闭④ （ 图 ４ ） 。在底辟 作用晚期 ， 盐体刺穿上覆层会形成一系列与盐刺穿构 造有关的圈闭。 Ｓｅｎｉ 等［１２］描述了成熟盐刺穿体周围 ２２ 种可能的油气圈闭 ： ① 盐构造脊部背斜与砂岩组合 型 ； ②盐刺穿顶部地堑断裂型 ； ③ 多孔帽沿型 ； ④ 盐刺 穿侧部砂岩尖灭型 ； ⑤ 悬边阻挡型 ； ⑥ 盐刺穿侧缘阻 挡型 ； ⑦ 地层不整合型 ； ⑧ 、 ⑨ 断层阻挡型 ； ⑩ 周边拗 陷内上倾多孔砂岩型 ； + - 龟背构造顶部断层型 ； + , -周 . 边拗陷断层型 ； + - 周边拗陷内向盐刺穿方向上倾的多 / 孔砂岩尖灭型 ； + - 龟背斜与砂岩相组合型 ； + 0 - 原始盐 1 枕顶部及翼部岩层不整合型 ； + - 碳酸盐岩相内原始盐 2 枕顶部及翼部多孔隙加强岩层不整合型 ； + - 碳酸盐岩 3 相内原始盐枕侧缘尾端孔隙加强岩层尖灭与不整合 型； + - 碳酸盐岩内龟背构造脊部弯隆型 ； + 4 - 碳酸盐岩 5 内龟背构造脊部孔隙加强型 ； 6 - 周边拗陷内反转地层 7 与孔隙加强岩层组合型 ； 6 - 孔隙加强的碳酸盐岩与盐 , 刺穿阻挡组合型 ； 6 - 盐株顶部构造与孔隙加强组合型 . （ 图 ５） 。
作者简介 ： 徐文世 （ １９７３－ ） ， 男 ， 吉林四平人 ， 讲师 ， 在读博士研究生 ， 石油地质 ， （ Ｔｅｌ ） １３５５２０３２３５０ （ Ｅ－ ｍａｉｌ ） ｘｕｗｅｎｓｈｉ＠１６３．ｃｏｍ．
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新
疆
石
油
地
质
２００５ 年
与泥质岩类、 碳酸盐岩类盖层相比 ， 蒸发岩的排 替压力高、 韧性大 ， 具有良好的封闭性能。随着埋深 的增加 ， 石膏便向硬石膏转化 （ 一般为 ５００～ ２ ５００ ｍ） ， 其本身固态体积减少约 ３９％ ［７］， 这种硬石膏的显微结 构特征是细的微晶毡状藻席 ， 孔隙极不发育。盐岩随 着地层深度的增加弹性强度降低 ， 韧性和塑性增加 ， 而页岩与砂岩则与之变化相反 ， 当盐层埋深在 ３ ０００ ｍ 左右、 地层温度约 １００ ℃时 ， 盐岩完全处于流变状态 ， 具有很强的韧性和塑性 ， 因此盆地内部基底断裂或 上覆盖层断裂往往终止于盐层内部。 而在这一深度处 粘土岩类很容易变成脆性岩类 ， 在上覆地层压力和区 域构造应力的作用下就能形成密集的裂隙。与此同 时， 大部分粘土矿物脱水会改变粘土岩中固－ 液相平衡， 导致粘土岩中部分矿物释放出来而使孔隙度增加 ， 如 蒙脱石向水云母转化的过程会使粘土岩中 ３％ 的 ＳｉＯ２ 释放出来 ， 从而使粘土岩的孔隙度增加［８］。因此 ， 在地 下一定深度 ， 粘土岩类也可以作为储集层 ， 如在美国、 俄罗斯的一些含油气盆地的粘土岩层及我国柴达木 盆地油泉子油田古近系和新近系钙质泥岩、 江汉盆地 含膏泥岩层中均见到了有商业价值的泥岩裂隙型油 气藏。所以与粘土岩类相比 ， 蒸发岩是一类特别有效 的盖层。 世界上最大的油田—— —沙特阿拉伯加瓦尔油 田 ， 其盖层为厚仅 ２０ ｍ 的阿拉伯 Ｃ－ Ｄ 硬石膏层 ， 却封 闭了约 １０４× １０８ ｔ （ ８００× １０８ ｂｂｌ） 的可采储量 ； 产于伊朗 扎格罗斯褶皱带中的阿斯瓦里油田 ， 虽然其灰岩储集 层内构造裂隙非常发育 ， 但还是被其上覆厚 ３３ ｍ 的中 新统韧性硬石膏层封闭了约 １３．４ × １０８ ｔ （ １００× １０８ ｂｂｌ ） 的石油储量［６］。
最有远景的生油岩是
湖相含盐层系 ， 东营凹陷沙四
段深水成因蒸发岩也具有生油的可能性［２］。 盆地水体咸化过程中虽然生物种类在不断减少 ， 但有机质却很容易被保存下来。 闭塞的水体表面强烈 蒸发便会有蒸发盐矿物析出 ， 这些蒸发盐矿物下沉至 水体底部直接覆盖在由河流输运来的或者由盆地水 体内部形成的有机物质上。 蒸发岩的沉积使盆地水体 底部形成了还原环境 ， 使有机物质与氧化环境隔离开 而保存下来。实验研究表明 ， 盐类矿物的存在还可以 使有机物质的热敏性增强而较早地进入“ 生油门限” ， 此时含盐类矿物的有机物质产气量比不含盐类矿物 的有机物质产气量增加了很多 ［３］。这就是为什么在咸 化盆地中优质生油岩常常与蒸发岩共存 ， 如我国东部 许多陆相含油气盆地中蒸发岩发育的层位与生油岩 发育的层位完全共存在一起［４］。 柴达木盆地古近－ 新近 系蒸发岩由盆地边缘向中心依次为陆源碳酸盐岩、 硫 酸盐岩和卤盐岩 ， 相应的盆地水体的古盐度也依次增 加 ， 碳酸盐沉积区的泥页岩有机碳含量一般在 ０．６％ 以下 ， 有机碳含量大于 １％ 的烃源岩几乎全都分布在硫 酸盐和卤盐沉积区［５］。
Ｐ２－ ＫＺ Ｃ Ｃ Ｄ Ｐｚ Ｐ１ｋ Ｄ
０ ５ ｋｍ １０ １５ ２０
Ｃ
蒸发岩作为最佳的盖层对油气所起的封盖作用 不仅仅在于其微观上具有较强的封闭能力 ， 更为重要 的是 ， 它与烃源岩及储集层之间在时间上和空间上具 有良好的配置关系。 在陆相咸化湖盆低水位期及高水 位末期常常在大范围内有厚层状蒸发岩产出 ， 形成区 域性盖层 ， 在湖盆边缘厚层状蒸发岩直接覆盖在碎屑 岩储集层之上 ， 形成地层圈闭 ， 而向湖盆中心则直接 覆盖于烃源岩之上 ， 烃源岩在侧向上与碎屑岩储集层 交互叠置接触 ， 生成的油气不经过长距离运移就可以 直接充注于其翼部的碎屑岩储集层中或其上部与盐 构造有关的圈闭中聚集成藏。在碳酸盐台盆中 （ 如内 克拉通盆地 ） 每一个碳酸盐—蒸发岩沉积旋回的高水 位早期 ， 台地边缘碎屑灰岩—礁灰岩建造发育并形成 盆地边缘隆起带 ， 而在礁后局限盆地及礁前的浅海陆 棚中常常沉积有机质含量丰富的生油岩。 高水位后期 或低水位期由于海平面相对或绝对下降 ， 一方面强烈 蒸发作用会使礁后局限盆地及礁前斜坡带沉积巨厚 萨布哈石膏层和石盐层 ， 另一方面礁体暴露地表遭到
收稿日期 ： ２００５－ ０３－ ２５ 修订日期 ： ２００５－ ０５－ １３
２ 蒸发岩作为盖层
世界上最主要的盖层岩性为蒸发岩和粘土岩。
Ｇｒｕｎａｕ （ １９８７） 汇 编 了 世 界 上 ２５ 个 最 大 的 油 田 和 ２５
个最大的气田盖层 ， 油田中粘土岩和蒸发岩的盖层数 分别为 １３ 层和 １２ 层 ， 而在气田中分别为 １６ 层和 ９ 层， 拥有世界 ４０％ 最终可采储量的大油田盖层为蒸发 岩［６］。由此可见 ， 蒸发岩是一类非常重要的油气藏盖层。
蒸发岩与生油岩、 油气盖层、 油气圈闭和油气运聚的关系认为 ， 蒸发岩对盆地中有机质 具 有 保 护 作 用 ， 部 分 可 以 作 为 优质生油岩 ； 蒸发岩是非常有效的盖层 ， 具有很好的可塑性和流动性 ， 为油气运移和聚集提供良好的通道网络与丰富 多样的圈闭类型 ； 蒸发岩 层底部的超高压为含烃流体的二次运移提供驱动力。因此 ， 蒸 发 岩 对 沉 积 盆 地 中 油 气 的 生 成、 运移、 聚集及保存起着非常重要的作用 ， 进而影响沉积盆地的含油气性。 关键词 ： 蒸发岩 ； 盐构造 ； 沉积盆地 ； 油气分布 中图分类号 ： ＴＥ１１１．３ 文献标识码 ： Ａ
向海方向
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礁灰 岩 碎屑 灰岩 石膏 泥质 岩 石盐 泥灰 岩 剥蚀 面
图 １ 碳酸盐 － 蒸发岩 Ⅰ 型层序形成过程示意
南西 阿斯特拉罕凝析气田
Ｐ２－ ＫＺ Ｃ Ｐｚ Ｄ
蒸发岩 灰岩 泥灰岩 礁灰岩 泥质岩 变质岩 硅质岩 碎屑岩 结晶岩 油藏 气藏 断裂
卡拉恰干那克油田 北东