岩石学报  2017, Vol. 33 Issue (4): 1221-1232   PDF    
中国海相盆地油气保存条件主控因素与评价思路
何治亮1,2, 李双建2, 沃玉进2, 张殿伟2, 顾忆2, 周雁1     
1. 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室, 北京 100083;
2. 中国石化石油勘探开发研究院构造与沉积储层实验室, 北京 100083
摘要: 中国海相盆地具有多旋回演化、盆-山结构复杂、稳定性差的特点,油气保存条件是制约油气勘探的关键因素。本文在对中国海相盆地构造改造特征和油气藏破坏方式分析的基础上,对影响油气保存条件的主控因素进行了总结,提出了海相多旋回强改造盆地油气保存条件评价的思路方法。中国海相盆地构造演化具有"五世同堂、同序异时"的特点,燕山中晚期和喜马拉雅期是影响油气保存的关键构造变革期。海相油气藏的破坏方式主要有断裂切割、抬升剥蚀、褶皱变动、深埋裂解、岩浆烘烤、流体冲洗、生物降解和长期扩散等8种主要方式。构造、盖层、热体制、流体活动和时间是控制保存环境及其动态演化的主控因素。中国海相盆地油气保存系统的评价思路为,以上述5种主控因素动态分析评价为基础,以地质结构和源-盖组合为依据划分评价单元,以源-盖动态演化,今、古流体系统演化和油气藏动态成藏过程研究为重点,动态地评价油气保存系统,进而优选有利的保存单元。
关键词: 海相盆地     油气保存     构造改造     盖层     热体制     流体     油气藏破坏     保存系统    
Major factors controlling hydrocarbon preservation condition in the marine basins of China and its evaluation ideas
HE ZhiLiang1,2, LI ShuangJian2, WO YuJin2, ZHANG DianWei2, GU Yi2, ZHOU Yan1     
1. State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Accumulation Mechanism and the Effective Development, Beijing 100083, China;
2. Laboratory of Structural and Sedimentological Reservoir Geology, Exploration & Production Research Institute, Sinopec, Beijing 100083, China
Abstract: The marine basins of China are characterized with multi-cycle evolution, complex structure of basin-mountains and poor stability. Hydrocarbon preservation condition is the key factor controlling hydrocarbon exploration. Based on the analyses of characteristics of tectonic reconstruction and destruction styles of hydrocarbon reservoirs in the Chinese marine basins, this paper concluded the major factors controlling hydrocarbon preservation condition, and proposed the evaluation ideas of hydrocarbon preservation condition for the multi-cyclical strongly-reconstructed marine basins. Tectonic evolution of marine basins of China has characteristics with "five stages of tectonic movement superimposed on the same basin, and same sequence of tectonic evolution with different critical timing points for each stage of tectonic movement". The Mid-Late Yanshanian and Himalayan are the critical periods of tectonic changes for influencing hydrocarbon preservation. Destruction styles of marine hydrocarbon reservoirs mainly include the cutting of faults, uplifting and erosion, fold alteration, deep-burial cracking, baking of magma, fluid washing, biodegradation, long-term diffusion and etc. The major factors controlling preservation condition and its dynamic evolution include tectonic activity, seal rock, thermal regime, fluid activity and time. The evaluation ideas of hydrocarbon preservation conditions in Chinese marine basins are that the classification of evaluation units is made based on the dynamic analysis and evaluation of above-mentioned five major factors, as well as geological structures and source-seal assemblages. Based on the study of dynamic evolution of source-seal layers, systematic evolution of present-and paleo-fluids, dynamic processes of hydrocarbon accumulation, hydrocarbon preservation systems are dynamically evaluated, and then, favorable persevered units are selected.
Key words: Marine basin     Hydrocarbon preservation     Tectonic reconstruction     Seal layer     Thermal regime     Fluid     Hydrocarbon reservoir destruction     Preservation system    
1 引言

20世纪50年代,“四川会战”拉开了中国海相油气勘探的大幕。在“背斜找油”理论的指导下,四川盆地先后发现了以威远气田为代表的10多个中小型气田。此后经历了40多年的储量缓慢增长阶段。近15年来,中国海相领域油气勘探进入了储量快速增长期,探明储量年均增长2×108吨油当量,相继探明了塔河、普光、靖边、安岳等一批大型-特大型油气田,展示了中国海相领域巨大的油气勘探潜力和良好的勘探前景。截止到2015年底,中西部三大盆地海相碳酸盐岩层系累计探明地质储量51.53×108吨油当量。随着勘探工作的深入,海相油气勘探面临更深和更复杂的目标,一些部署在复杂构造变形区的探井相继失利,揭示了海相油气成藏的复杂性,其中保存条件是决定海相盆地复杂构造改造区勘探成败的关键因素,这一认识已经得到了油气勘探界的广泛认可 (戴金星等, 2003; 金之钧, 2005; 贾承造等, 2006; 刘树根等, 2011; 赵文智等, 2015)。

中国海相盆地所处的板块规模相对小,受古亚洲洋构造域、西太平洋构造域和特提斯构造域 (晚期也称喜马拉雅构造域) 等多期多方向挤压构造运动的影响,具有时代老、多旋回演化、盆-山结构复杂、多期活动、稳定性差的特点。这些特点决定了在中国海相盆地中要形成规模性的油气聚集,良好的油气保存条件是不可或缺的关键因素。从二十世纪六十年代开始,中国地质学家就开始关注油气保存条件研究。二十世纪六十年代以来,南方湘鄂西地区大量探井的失利,使人们认识到南方海相地层具有“三大三多老、关键在于保”的特点,提出了用地层水判别保存条件优劣的系列指标。八、九十年代,盖层微观测试技术大大进步,以突破压力为核心的盖层微观评价体系得以建立 (Downey, 1984; 张义纲, 1991),同时,“叠合复合盆地”、“含油气系统”、“油气成藏组合”“复式油气系统”等指导油气勘探的理论论述中,都将盖层作为重要的成藏要素进行了讨论 (童晓光和牛嘉玉, 1989; Hunt, 1990; 陈章明, 1993; Magoon and Dow, 1994; 费琪, 1997; Surdam, 1997; Luo and Vasseur, 1997; Revil et al., 1998; 周兴熙, 2000; 赵宗举等, 2000; 何治亮等, 2000)。进入21世纪以来,“流体压力封存箱”、“油气保存单元”、“源盖控烃”等评价理念的提出 (赵文智等, 2003; 何登发等, 2004; 李明诚, 2004; 金之钧, 2005, 2010, 2014; Muggeridge et al., 2005; 马永生等, 2006),使保存条件的研究得以深入展开,研究的系统性、动态性明显加强 (Langhi et al., 2014; Jin et al., 2014; Hao et al., 2015; Pei et al., 2015; Warren, 2017)。

尽管中国海相盆地油气保存条件的研究得到了油气地质理论界和勘探界持续的关注,但是针对影响保存条件的核心内容或主控因素仍存在争议,保存条件评价的指标多样而且复杂,缺乏广泛的实用性和可操作性。如何抓住影响海相油气保存的本质问题,形成一个层次分明的评价技术体系,是保存条件研究的关键。十余年来,我们围绕中国海相盆地多旋回演化和强烈变形改造特点、海相油气藏破坏方式、影响海相油气有效保存的主控因素等问题进行了较为详细的研究,在此基础上初步形成了针对多旋回、强改造海相盆地油气保存评价的总体思路与工作流程。

2 中国海相盆地后期改造特点与油气藏破坏方式 2.1 中国海相盆地构造改造特点

主要发育于扬子、华北、塔里木三大克拉通之上的中国海相盆地经历了多旋回的演化过程,大体可分为中新元古代、早古生代、泥盆纪-中二叠世、晚二叠世-侏罗纪、白垩纪-第四纪五个盆地旋回,每个旋回都经历了早期拉张和和后期挤压的过程,但伸展和挤压的强度有所不同。旋回早期盆地原型为裂谷、被动大陆边缘盆地组合,旋回后期为克拉通拗陷及前陆盆地组合,所形成的地层在纵向上叠加在一起,具有“五世同堂”的特点。在盆地类型演化序列上,三大板块上的盆地演化具有“同序异时”的特点 (图 1)。总体上可分为建造为主与改造为主的两大阶段。晋宁运动后,加里东期和海西期海相盆地以沉积、沉降为主,伴随有较弱的板缘、板内挤压,构造改造作用较弱,该时期奠定了海相油气丰富的物质基础。海西晚期及印支期以来受西伯利亚、古太平洋、印度三大板块运动和塔里木、华北和扬子三大克拉通之间相互作用的控制,经历了多期、多种方式的构造变形改造,克拉通内部构造演化分化明显,后期叠加改造作用使盆地内早期形成的油气藏普遍受到了改造、调整,部分遭到了强烈的破坏。

图 1 三大海相盆地关键构造变革期与盆地演化阶段 Fig. 1 Critical periods of tectonic changes and basin evolution stages for three major marine basins

由于塔里木、华北和扬子三大克拉通盆地的基底构造属性、沉积充填特征和构造变形时间存在差异,不同构造阶段三者之间的亲缘关系不同,三大盆地的成藏关键时刻、变形方式、强度和保存条件存在明显差异。早古生代加里东期塔里木盆地与四川盆地沉积和变形过程较为相似,都受控于原特提斯洋的拉张与消亡的演化背景,塔里木地区加里东中期运动和中上扬子地区中奥陶世都匀运动大致同时发生,是早古生代盆地旋回中发生构造转折的关键构造运动,盆地由弱伸展转变为弱挤压,伴随着古隆起的形成和不同程度的地层剥蚀,部分早期形成的古油藏发生破坏;晚古生代海西期塔里木盆地与鄂尔多斯盆地构造演化过程更为相似,都受控于古亚洲洋构造演化的控制,晚二叠世伴随着古亚洲洋的闭合,塔里木板块和华北板块连在一起,盆地内沉积由海相演变为海陆过渡相;中生代印支和燕山期四川盆地和鄂尔多斯盆地构造演化过程更为相似,特别是燕山期的构造演化都受控于北部鄂霍茨克洋及古太平洋关闭的影响。在晚侏罗世-早白垩世,亚洲大陆东部强烈的挤压走滑运动,形成了多个巨大的燕山期造山带,几大盆地边缘发生大规模褶皱变形,基本奠定了两个盆地最终的构造面貌;新生代喜马拉雅期,特别是23Ma以来,塔里木盆地和四川盆地受青藏板块向北东向挤压的影响,演化特征比较相似,都形成了强挤压的前陆盆地,鄂尔多斯盆地受太平洋板块向西俯冲的影响,周缘发育断陷盆地。

受控于构造演化过程的差异,影响三大海相盆地油气藏保存的关键时期也略有不同 (图 2),塔里木盆地海相油气藏具有多期改造、晚期定型的特点,关键成藏期和改造期为加里东末期 (S末)、海西期 (P末) 和喜马拉雅期 (N以来)。中上扬子区具有早期稳定,晚期改造强烈的特点,四川盆地外围的关键改造期为J3-K1(燕山中期),四川盆地内关键改造期为K2(燕山晚期)。鄂尔多斯盆地主体具有持续稳定、晚期弱改造的特点,关键期为K2(燕山晚期)。总体看来,燕山运动主幕和喜马拉雅晚期运动是决定海相盆地油气保存条件两大关键构造事件 (何治亮和高山林, 2008; 何治亮等, 2011)。

图 2 三大海相盆地构造改造与油气藏演化 (a) 塔里木盆地;(b) 四川盆地;(c) 鄂尔多斯盆地 Fig. 2 Tectonic reconstruction and evolution of hydrocarbon reservoirs for three major marine basins (a) Tarim Basin; (b) Sichuan Basin; (c) Ordos Basin
2.2 中国海相油气藏的破坏方式

世界范围内,富油气盆地和贫油气盆地单位面积上发现的油气当量比为500:1,而这两种盆地内有机质总量的比只有20:1,两者产生如此巨大差异的原因在于有些盆地内大量油气在地质历史时期被破坏或者散失了 (Magara, 1993)。研究油气藏的破坏方式,可以更好地明确制约油气保存的主控因素,根据对中国海相盆地上百个被破坏的油气藏的统计,按照导致油气藏破坏的主要地质因素,我们共总结出8种主要的油气藏破坏类型 (表 1)。

表 1 海相油气藏破坏类型与方式 Table 1 Destruction types and styles in marine hydrocarbon reservoirs

(1) 断裂切割破坏型

断裂在油气成藏过程中,既可以起到沟通源岩与圈闭的输导作用,也可以起到切穿盖层使封闭系统失效的破坏作用。在中国海相盆地强烈改造变形区,由于断层切割造成的油气藏破坏数量很多。一部分是因为气藏的直接盖层厚度小,很容易被断层错断。如川东高陡背斜带石炭系黄龙组气藏,其直接盖层为二叠系梁山组含煤泥页岩,厚度仅有10余米,高陡背斜顶部和陡翼断层发育,尽管绝大部分断层都是消亡在三叠系嘉陵江组膏盐岩地层中的盲冲断层,但几乎都切穿了梁山组这套直接盖层,使石炭系圈闭失效。据统计,以断层为边界的圈闭钻探全部失利,断背斜的勘探成功率为40%,而没有被断层切割的地层构造复合圈闭勘探成功率为83%(胡光灿和谢姚祥, 1997)。除此之外,绝大部分受断层切割破坏的油气藏是因为断层发育过于强烈,不但切穿了直接盖层,而且切穿了区域盖层,甚至出露于地表,导致整个油气系统全部或部分失效。这种类型的断层在变形强烈的山前带或盆地二级构造单元的边界比较常见。塔里木盆地巴楚隆起的南缘和北缘断裂带即属于这种情况,以巴楚隆起北缘的方1井为例 (图 3a),通天断层的发育,使地层水矿化度降低,造成油气散失,油气保存条件丧失。

图 3 海相盆地油气藏破坏方式典型实例 (a) 断层切割型油气藏破坏;(b) 抬升剥蚀型油气藏破坏;(c) 褶皱变动型油气藏破坏;(d) 岩浆烘烤型油气藏破坏;(e) 流体冲刷型油气藏破坏;(f) 长期扩散型油气藏破坏 Fig. 3 Typical examples for various destruction styles of hydrocarbon reservoirs in marine basins (a) fault cutting type; (b) uplifting and erosion type; (c) fold alteration type; (d) magma baking type; (e) fluid washing type; (f) long-term diffusion type

(2) 抬升剥蚀破坏型

地层抬升剥蚀作用对油气藏的破坏作用可以体现为两个方面,其一,抬升造成储层上覆压力降低,当储层流体压力降低幅度较小时,会产生过剩压力,容易造成盖层中超压裂缝的形成,发生油气逸散,这种情况在致密储层的天然气藏,特别是页岩气气藏中容易出现 (李双建等, 2016);其二,抬升剥蚀强度较大时,油气藏的直接盖层被剥蚀掉,此时油气藏绝大部分会被破坏,如黔中地区的麻江古油藏、塔里木盆地塔北和塔中隆起的志留系古油藏都属于这种方式破坏结果 (图 3b)。

(3) 褶皱变动破坏型

在区域或者局部性应力场所控制的应变过程中可以形成一系列的褶皱类型。褶皱形成过程改变了流体势,导致流体运移,是油气成藏、调整、再聚集和破坏的重要因素。相对宽缓的大型背斜或穹窿为形成大型油气田奠定了良好的圈闭条件,但强烈的褶皱作用也导致褶皱高部位形成大量穿层裂缝,在改善储层渗透性的同时,常常导致油气的大规模散失而被破坏。

褶皱作用还有一种破坏或者调整油气成藏的方式。后期褶皱变动会导致构造高点的迁移,造成原来的油气藏发生调整、改造,油气再次运移。一方面原有的油气藏发生破坏,另一方面也可能形成新的次生油气藏。褶皱变动造成油气藏破坏的典型实例是川中的资阳气田,在加里东-燕山期,资阳地区一直位于古构造的高点,形成了大型的古油藏和古气藏,但是随着喜马拉雅期的褶皱变动,威远地区隆起幅度更大,并且形成了完整的构造圈闭,天然气发生再次运移,资阳地区的气藏受到破坏 (刘树根等, 2008)。此外,塔里木盆地玉北地区的油藏也是褶皱变动调整后的结果,加里东期-海西期塔西南古隆起高部位控制油气富集,喜山期构造反转,油气由南向北调整、改造,在玉北构造带局部发生油气富集 (图 3c)。

(4) 深埋裂解破坏型

严格意义上讲,深埋裂解不一定会造成油气藏的整体破坏,但发生油气转化后,对封盖体系有效性的要求发生改变,可能导致油气藏破坏。从盖层的角度来讲,深埋作用会加大盖层失效的风险。一方面深埋作用会加深泥岩盖层的成岩作用程度,使其更加致密化,一旦发生再次抬升,盖层的脆性会变强,更容易发生破裂;另一方面,原油一旦裂解为天然气,其流动性和扩散能力会急剧增大,会给盖层封闭带来更为苛刻的要求。中国南方地区,海相油藏发生深埋裂解后,再抬升发生破坏的油气藏数量巨大。几乎所有的下古生界都经历了6000m以上的埋深,最高古地温都曾达到或超过200℃,现今发现的古油藏都是在发生过油气裂解并形成古气藏之后再破坏的产物。

(5) 岩浆烘烤破坏型

岩浆侵入引起的局部增温或者由此引起的大量断裂都会造成油气藏的破坏。中国西部三大海相盆地在地质历史上经历了多次的岩浆火山活动,岩浆火山活动所释放出来的热在局部对油藏中的原油不可避免地产生了一定的影响,其中影响最为广泛的是塔里木盆地中二叠世的火山活动,目前在阿瓦提北部地区、巴楚隆起、塔中隆起上都见到了岩浆侵入对古油藏的破坏实例。以塔中18井为例 (图 3d),钻井揭示了一个94m厚的侵入岩体侵入到志留系砂岩中,在侵入体异常热的作用下,砂岩中的原油热蚀变为黑色的碳质沥青,沥青反射率高达3.54%,由于异常热作用下含烷基的芳烃化合物的脱烷基化作用和芳环的稠合作用,塔中18井与邻近的塔中11等井相比,萜烷类的一些油源对比参数与邻近井相比已经发生了较大的变异 (朱东亚等, 2008)。

(6) 流体冲洗破坏型

流体冲洗破坏是指由于活跃的水动力条件改变油气的平衡状态,造成储油气空间被其它流体全部或者部分占据,部分或完全破坏油气藏。流体冲洗包括水洗、气洗等多种方式,川东齐岳山-方斗山之间的石柱复向斜嘉陵江组地层中发育的穿越流就是一种典型的水洗破坏方式。地层水化学数据分析表明,除了嘉陵江组五段 (T1j5) 地层水矿物度较低 (仅4.2g/L) 以外,其上下地层的矿化度均较高,下侏罗统珍珠冲段-上三叠统须家河组盐水矿化度高达130~200g/L,水型为CaCl2型,飞仙关组三段、长兴组二段、石炭系边水井,地下水矿化度均高达90~130g/L,CaCl2型,因此T1j5段未获气流的重要原因就是储层原始物性好,地层内存在活跃的地层水穿越流 (图 3e)。

(7) 生物降解破坏型

油藏埋藏较浅时,地下水中的氧和微生物较多,微生物选择性地消耗原油中的轻质组分,使原油变稠、变重,造成油藏破坏。实际上,生物降解破坏和抬升剥蚀破坏往往是密切相关的,只有当油藏抬升到近地表,上覆盖层剥蚀殆尽时,才有可能发生大规模生物降解。同时,生物降解又加速了抬升剥蚀后油藏破坏的速度。生物降解作用发生后有机组分会发生明显改变,这也是古油藏遭到破坏的标志。塔里木盆地志留系油砂中储层沥青饱和烃色谱正构烷烃分布完整,但普遍存在明显的“鼓包”,且存在25-降藿烷,也证实了古油藏抬升剥蚀后遭受了大规模生物降解 (图 3f)。

(8) 长期扩散破坏型

理论上气藏形成之后就不可避免地会发生扩散形式的破坏。天然气藏特别是以甲烷为主要成分的气藏,扩散作用对油气藏的保存有重要影响,这也是为什么我国天然气气藏普遍具有晚期成藏特点的主要原因之一 (戴金星等, 2003)。除了烃浓度差、地层温度影响天然气的扩散速度以外,直接或者间接盖层的物性也是控制扩散速度的重要因素。相比含水量较高的泥岩盖层,膏盐岩盖层的扩散系数最低,对天然气藏的保存能力更强。研究表明,威远隆起上,因缺失中下三叠统膏盐岩盖层,造成寒武系和震旦系气藏发生较大规模的逸散,致使目前圈闭充满度不足25%(刘树根等, 2011)(图 3g)。

3 多旋回强改造海相盆地油气保存的主控因素与评价思路 3.1 保存条件主控因素

在对大量被破坏油气藏的解剖过程中,我们注意到很多油气藏实际上都经历了两种或两种以上破坏方式的复合与叠加。特别是在盆地演化过程中的强烈改造期,因为构造变形与抬升剥蚀的联合作用,几种破坏作用还可能相互叠合,表现出复杂多样的油气藏破坏类型。但是本质上,油气藏的破坏是一个在动态构造环境下因构造、地层、热体制、流体等因素的剧烈变化而导致流体封闭体系发生改变的过程。它自身受到构造、盖层、热体制和流体活动4个要素的控制,这4个要素既独立又相互影响,我们将4种要素构成的空间组合称为油气保存环境,油气保存环境随时间变化的关系,就是保存条件动态演化过程,油气保存条件主要受这5种因素控制 (图 4),在时空上构成出各种各样的组合形态。

图 4 油气保存条件主控因素及其相互关系 Fig. 4 Major factors controlling hydrocarbon preservation condition and their relationships

构造主要是指以褶皱、断裂变形和抬升剥蚀为主的构造改造作用,它是油气藏破坏的动力背景,主要体现在地层残余状态和变形结构上;盖层对油气起到直接的保护作用,伴随着埋藏或者抬升变形过程,盖层的成岩作用强度和韧脆性会发生变化,这是影响保存环境变化的重要因素;盆地热体制主要体现在对烃源岩生烃过程的控制上,“冷盆”烃源岩生烃晚,古油藏保存深度大,客观上有利于油气的保存,与热体质有关的岩浆活动也会直接破坏油气藏;流体主要是指除油气以外的活动流体,一方面它们可能会通过冲洗作用直接破坏油气藏,另一方它们也是保存环境优劣的判别标志。时间是影响保存条件的另一重要因素,油气藏形成越早保存的难度就越大,在中国海相盆地中持续稳定的油气保存环境几乎不存在,所以时间因素在研究保存条件的工作中必须充分考虑。

3.2 油气保存条件评价思路 3.2.1 基于油气保存系统的总体评价思路

海相盆地存在多种油气藏破坏类型,其主控因素可以归结为构造、盖层、热体制、流体作用和时间因素等5个方面,由于各要素之间是一个有机联系的整体,因此,我们提出利用油气保存系统的思路,用以研究多旋回强改造盆地的油气保存条件。

油气保存系统是指某一地质单元内与油气保存条件相关的地质要素、作用和过程的有机统一体系。它具有统一的“源-盖”条件,相同或相似地质结构及流体特征,基本一致的油气藏保存 (或破坏) 过程。对于油气成藏研究来说,“油气保存系统”是与“油气系统”相平行的研究单元。油气系统主要包涵了油、气等流体从烃源岩到圈闭的动态过程,而油气保存系统则涵盖了盆地中构造单元内油、气在区域盖层封盖下的多期运聚、保存条件动态变迁的历程。因此,油气保存系统也可以说是一种针对后期改造较强烈的地质单元,特别强调保存条件的油气系统。

从油气保存系统所具有的系统层次性来看,它是进行油气保存动态分析、综合研究的一种思路和方法。此外,与狭义的油气系统类似,它本身代表了一个地下的三维实体,是一个研究油气藏保存过程与结果的地质单元。它的地质内涵主要包括:

(1) 三维实体的地质结构类型:它是一个油气保存系统所研究的对象,亦是研究的出发点与归宿点;它既代表了地层在不同期次、不同方位应力作用下构造变形的叠加与联合的现存状态,亦反映了成藏要素在现今状态下的组合特征,反映了油气保存条件的背景和宏观因素。

(2) 盖层的封盖性能:区域盖层的封盖性能是决定一个保存系统优劣的根本因素。只要有良好的区域盖层,即使直接盖层差一些,最终油气只是在区域盖层下的重新分配,而不会导致油气的大量散失 (李明诚, 2004)。同时,盖层的封盖性能研究除盖层的岩性、微孔结构、可塑性、厚度、分布范围、粘土组成及演化程度等主要因素外,还需注重其动态演化过程,即对油、气能起到封盖作用的时期以及封盖性能的破坏与修复过程。

(3) 源-盖的有效匹配:源-盖的有效匹配是一个保存系统的关键。在盖层封盖下的油气生成、运移、聚集等是油气保存系统形成、演化的物质基础,亦是研究保存系统的目的。它包括了区域盖层封盖下有效烃源岩的生烃史与油气运聚过程,同时亦包括受上覆岩层或多期构造运动的影响,早期有效封盖层下的原生油气藏发生调整、转移、散失和破坏的动态演变历史。

(4) 流体系统特征:流体系统特征是一个保存系统形成与演化的表征参数,亦是区分一个保存系统现今保存状况优劣的判识性指标。其包含的内容主要有水文地质条件、地下流体化学-动力学行为与岩浆热液活动等。

3.2.2 保存系统评价的工作流程

针对实际对象所开展的油气保存系统研究主要包括了地质结构类型研究、盖层封盖性研究、源-盖有效匹配性研究、地层流体研究以及综合评价研究等5个方面的内容。具体步骤与方法初步归纳为以下几点 (图 5):

图 5 油气保存系统研究的技术路线图 Fig. 5 Technology roadmap showing for the study of hydrocarbon preservation system

(1) 通过地层发育与保存特征、地层接触关系及地区差异性分析、典型 (古) 油气藏与重点探井解剖、地震资料解释、构造地质剖面分析、断裂发育与组合特征分析、平衡剖面分析、构造样式及组合特征分析,力求精细全面地研究复杂构造区的地质结构特征,划分评价单元。

(2) 依据区域性优质烃源岩和盖层的纵向叠置关系,划分保存系统的评价层位。在总结有关沉积-埋藏史、热演化史研究成果的基础上,动态分析地质历史时期烃源岩生烃与盖层封闭性能的匹配关系。

(3) 通过分析相关地区地表流体 (包括泉水、油苗或沥青) 的产状、物理性质、地球化学性质和同位素组成以及热液矿物资料特征,研究地层流体的成因、地表流体与地下流体相互作用特征,分析总结不同地区的流体系统特征,为保存系统的评价提供有效约束指标。

(4) 通过已知 (古) 油气藏的解剖可以明确控制油气成藏与破坏的主要地质因素,同时也是对保存系统评价结果的一个有效检验。总结不同地区抬升剥蚀、褶皱变形、断层冲断、深埋增温、岩浆侵入、地表水冲刷等作用对油气保存的影响。

(5) 在以上研究的基础上,对比分析不同构造背景下油气的有效盖层和保存条件,建立油气保存条件综合评价指标体系,结合生烃演化史分析,评价不同区块内油气成藏的保存条件,划分油气保存系统,预测有利的油气保存系统和勘探目标。

3.2.3 油气保存系统评价的结果

保存系统的评价结果采用二图一表的表现形式,即地质结构图、烃源岩埋藏史图和保存系统事件表 (图 6)。根据评价结果,将保存系统分为3种类型,保持型、残留型和重建型。

图 6 典型地区油气保存系统综合评价图 Fig. 6 Comprehensive evaluation maps showing for hydrocarbon preservation system in the typical area

(1) 保持型油气保存系统:指初始的源-盖匹配条件形成之后 (亦即油气保存系统形成之后),在后期的演化历史中,聚集的液态烃只存在着相态的变化和空间位置上的改变,而原始的封盖 (或封存) 条件并没有改变。如四川盆地鄂西渝东的建南气田,印支期形成的古油藏经燕山期深埋全部转化为气藏,且受喜马拉雅运动的影响构造高位亦发生了调整,但它的整体封盖 (或封存) 条件并无多大改变。

(2) 残留型油气保存系统:是指早期形成的油气保存系统,在多期构造运动的影响下,遭受了一定程度的改造,区域性封盖层大部分保存,但其封盖性能因剥蚀作用、断层破坏作用、大气水交替作用等因素遭到了局部破坏,致使同一个保存系统在相同的地质结构内表现出较大的差异性。如湘鄂西地区利川复向斜,尽管下寒武统的区域封盖层基本保留,但已有的地层水资料显示保存系统很大程度上已被破坏,但在局部的复向斜地区可能保存较好。

(3) 重建型油气保存系统:是指前期形成的油气保存系统受构造运动的影响遭到完全破坏,但由于后期盆地 (多为中、新生代盆地) 叠加在前期被强烈改造的盆地之上,致使在新的盆地覆盖下形成一套新的油气保存系统。在中国南方较为典型的是江汉盆地,燕山运动使前期形成的油气保存系统几乎全部被破坏,燕山晚期-喜马拉雅期的伸展-断陷沉积,导致巨厚的陆相盖层覆盖,形成了新的油气保存系统。

4 结论

(1) 中国海相多旋回改造型盆地具有“五世同堂、同序异时”的构造演化特点,从中新元古代到新生代,三大海相盆地普遍经历了由稳定克拉通盆地到强烈改造残留盆地的转变,燕山中晚期和喜马拉雅期是影响油气保存的关键构造改造期。

(2) 中国海相油气藏的破坏方式主要有断裂切割、抬升剥蚀、褶皱变动、深埋裂解、岩浆烘烤、流体冲洗、生物降解和长期扩散等8种主要方式,几种破坏作用相互叠合,形成复杂多样的油气藏破坏模式,但是本质上,油气藏的破坏受到构造、盖层、热体制、流体活动和时间5个要素的控制。

(3) 油气保存系统是指某一地质单元内与保存条件相关的地质要素、作用和过程构成的有机统一体系。它具有统一“源-盖”条件,相同或相似地质结构及流体特征,基本一致的油气藏保存 (或破坏) 过程。对于油气成藏研究来说,“油气保存系统”是一种针对后期改造强烈的强调保存条件的油气系统。保存系统的评价总体思路是,以5种主控因素动态分析评价为基础,以地质结构和源-盖组合为依据划分评价单元,以源盖动态演化,今、古流体系统演化和油气藏动态成藏过程研究为重点,动态地评价油气保存系统,进而优选有利的保存单元。

(4) 保存条件评价是多旋回强改造盆地油气勘探评价的关键。保存系统的研究综合了影响油气保存条件几大关键要素,通过宏观、微观相结合,静态、动态相结合,预测与评价相结合实现评价、预测和优选勘探领域、目标的目的。当然,这种思路和方法有效性仍需要进一步的勘探实践来检验。

致谢 本文相关研究工作还得到了中国石化多个科研项目的资助;文章引用了中国石化及中国石油有关单位的资料和成果;先后得到了牟书令教授、张国伟院士、马永生院士、金之钧院士等多位学者的指导;王清晨研究员、何生教授对本文进行严格细致的审查并提出了宝贵的审稿意见;在此一并表示衷心的感谢。
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