控制油氣分佈的主要因素

時間 2021-08-11 16:12:48

1樓:中地數媒

從有機成烴說的觀點出發,地殼中油氣資源的存在和豐度,取決於成烴、成藏及儲存諸因素的有機配合。地殼中具備這三方面最佳組合的盆地帶,就成為油氣最富集的盆地帶;同樣,在同一盆地帶內,不同盆地的油氣丰度,或是同一盆地內不同構造單元或油氣聚集帶內油氣富集的程度,也主要取決於這三個條件的有機配合。下面從三個基本條件有機配合的角度,論述控制油氣分佈的若干問題。

(一)關於成烴的若干問題

1.烴源巖及原生油氣藏存在的上、下限

所謂原生油氣藏,是指烴源巖及相鄰近或一定距離內儲集層中,油氣第一次聚集形成的油氣藏。烴源巖存在的前提條件是沉積物中具有足夠的有機質丰度。這主要受控於古生物的演化,即地史發展過程中什麼時期開始大量繁殖適合成油的藻類植物。

這是確定烴源巖存在最早時間的關鍵。

對於生物進化,一般認為有3次重大突破:一是從異養到自養,二是從二極(綠色植物和菌類)到三極(植物、菌類和動物),三是從水到陸。從二極到三極的過程,是綠色植物(藍、綠藻類)達到繁殖高峰的時期。

因此,這段時期也應該是形成烴源巖的最早時期。目前已證實存在的原生油氣藏,其烴源巖的地層年齡大多晚於距今6億~7億年。據此,我們可以將動物可能出現和藻類大規模繁殖的時期(7億~10億年前)作為烴源巖和原生油氣藏可能存在的最早時期。

不應期求在更老的地層中去尋找原生油氣藏。目前在我國或世界其他地區在太古宙變質基岩中發現的少量基岩油藏,都是從上覆年輕烴源巖中生成的油氣,向下或側向運移而聚集在基岩中聚整合藏的。

那麼成藏最短要經歷多長時間呢?根據晚期成油說,有機質達到一定埋深和溫度後才能大量成烴,一般最少要經歷5~10ma,長的可達幾千萬到幾億年。但近年來研究表明,某些型別有機質,在微生物作用下可以在低溫條件下生成石油(早期生油),生成石油的時間也大大縮短。

這樣就不難理解為什麼在某些地區的第四系或淺部低溫地層中亦可存在原生油藏這一事實。但是,要在較短的時間內,形成規模巨大的原生油藏是十分困難的,甚至是不可能的。

2.有效烴源巖的層位分佈和成熟時間

前已得出自10億年前到第四紀都有可能存在烴源巖,但這並不是說烴源巖均等地存在於所有地史時期。據klemme等(1991)研究,有效烴源巖主要集中於6個地層段中:①志留系;②上泥盆統-杜內階;③賓夕法尼亞系(c2)-下二疊統;④上侏羅統;⑤中白堊統;⑥漸新一中新統。

它們僅佔顯生宙時間的三分之一,卻形成了佔世界石油總儲量91.5%(或90%以上)的資源,這6段烴源巖中的①、②、④和⑤是在海進階段沉積的,而③和⑥是在海退階段沉積的。這說明有效烴源巖不完全是由旋迴性地質作用造成的。

它的形成實際上是旋迴性的地質作用、古氣候、水文地質和生物演化等多種因素有利結合的綜合結果。

這些烴源巖,特別是古生代烴源巖中的一部分,可能在石炭紀一三疊紀期間就已成熟,但絕大部分(包括部分古生代烴源巖)是在白堊紀以後,特別是第三紀以來才成熟的。幾乎世界油氣原始儲量的70%是在晚白堊世以後形成的,其中約50%是在漸新世以後形成並被圈閉的。

3. 二次成烴問題

所謂二次成烴,是指烴源巖在二次沉降過程中,時、溫效應達到的成熟度超過一次沉降最大埋深時曾達到的成熟度,由遞增成熟度所生成的烴類 ( 可以是油或氣) 。一次沉降時,烴源巖曾達到的成熟度可以是未成熟,也可以是成熟。一次沉降達到的成熟度低,遞增的成熟度大,則二次成烴量就大。

這個觀念對於油氣勘探,特別是不整合面下油氣藏的評價和勘探有著十分重要的意義。

過去大家常認為不整合面下的烴源巖由於經過抬升,長期遭受剝蝕和風化,其中的油氣均已散失,不利於成藏。但油氣勘探實踐表明,在不整合面下常有油氣藏存在。二次成烴概念,就使這種矛盾歸於統一。

經研究,許多不整合面下的烴源巖在一次沉降過程中埋深很淺、未達到生烴門限就已抬升,但侵蝕掉的只是上覆的部分烴源巖,大量儲存下來的烴源巖,在二次沉降過程中,逐漸生成油氣,並在適當的圈閉中形成油氣藏。如阿爾及利亞的哈西·邁薩烏德大油田,志留系烴源巖經歷晚古生代抬升剝蝕,中生代開始二次沉降,直到早白堊世末 ( 100ma 前) 才開始大量生油,第三紀達到生油高峰,並形成油氣藏 ( 圖 7 -24) 。從烴源巖沉積開始到大量生烴,經歷了近 4 億年。

生成的油氣很好地聚集在不整合面下的圈閉中,形成大油田。

( 二) 關於成藏的若干問題

1. 成烴坳陷與油氣成藏

關於成烴坳陷與油氣聚集的關係,在第七章中已作過詳細的討論。在此需要強調的是,確定成烴坳陷是否存在及其所處的位置,對於油氣勘探有著十分重要的意義。「源控論」的指導思想即在於此。

2. 優質砂岩體與油氣成藏

三角洲、沖積扇、水下扇和深海扇等砂岩體常常是油氣聚集的主要儲集體。

三角洲是由河流供給的沉積物在海或湖的濱岸地帶形成的沉積體系。它之所以擁有豐富的油氣聚集,是各種有利的成藏條件良好配合的結果。

首先,三角洲體系中能形成體積巨大的烴源巖。河流攜帶大量的有機質和礦物質進入海 ( 湖) 盆,為前三角洲區水體提供豐富的營養物質,有利於各類生物大量繁殖,從而為形成良好烴源巖提供物質基礎。

其次,三角洲區地殼活動性較大,沉積速率高,常形成欠壓實頁岩,熱導率低,地溫梯度較高,有利於有機質儲存和早熟。上述各項條件的結合,使得前三角洲區成為良好的烴源巖發育區,可提供豐富的油氣源。

第三,三角洲區分佈多種良好的砂岩體,如分流河道砂、河口堤砂、三角洲前緣砂等。由於三角洲區的前積和水侵作用交替發生,不同型別沉積物有規律地排列,加上同生斷層發育,故可形成各種有利的生、儲、蓋組合,具有良好的輸導油氣能力,為充分排烴、就近聚集創造了有利條件。

第四,三角洲區因砂、頁岩頻繁交替造成地層超覆、巖性尖滅; 巨厚的超壓頁岩和同生斷裂發育可以形成多種與底闢、滾動背斜有關的多種聚油圈團 ( 包括背斜、斷層、逆牽引背斜、底闢、不整合及多種複合圈閉) 。

但是,三角洲區能否形成巨大的油氣聚集,在很大程度上乃取決於是否存在具有巨大容積的圈閉。否則,只能形成中小油氣藏 ( 田) 。

除三角洲外,近年來陸相沖積扇、水下扇和海底扇中的油氣也引起了人們的廣泛注意。

我國新疆克拉瑪依油田的二疊系和三疊系砂礫岩儲集層,就是典型的沖積扇沉積。泌陽凹陷的雙河等油田的儲集砂岩體被認為是由近源洪水攜帶大量陸源碎屑直接進入深水湖而形成的水下扇沉積。

在我國有許多深水湖泊邊緣地帶,都發育若干大小不等的近源沖積扇或水下扇。凡是與烴源區相鄰近的各種扇形儲集體,都是應予以注意的找油領域。

海底扇主要是由重力流和部分滑塌作用在海底峽谷出口處形成的深海水下扇形堆積體。洛杉磯盆地上第三系油層和北海盆地上古新統油層都屬於濁積砂岩體。該類砂岩體或與深海頁岩互層,或為深海頁岩 ( 烴源巖) 所包圍,形成良好的生、儲、蓋組合。

洛杉磯盆地這套巖系總厚達 800 ~1000m,加上盆地內發育眾多的背斜圈閉,使其成為世界上聚集效率最高的油氣盆地。

3. 蒸發巖與油氣成藏

世界上有許多油氣盆地都有蒸發巖,而且與油氣聚集關係十分密切。其主要原因如下。

首先,蒸發巖常與生油巖共存。在相當多含油氣盆地中,蒸發巖沉積前為半封閉 - 封閉環境。

其次,蒸發巖是極好的蓋層,油氣常富集在蒸發巖系之下的儲集層中。如波斯灣( 伊拉克和伊朗) 下第三系阿斯瑪裡石灰岩,其上就存在巨厚的膏鹽蒸發巖,使下伏多層碳酸鹽巖油層的油氣向蒸發巖下主力油層富整合藏; 德國 - 荷蘭盆地中下二疊統赤底組砂岩之上存在巨厚的膏鹽蒸發巖系,它能使上石炭統煤系氣在其中富集,而那些不存在蒸發巖的地區,儘管煤系和赤底組同樣存在,但仍難以形成巨大的氣田。在北緯 36° ~ 57°集中了煤儲量的 88% ,但天然氣儲量僅佔 10% ,儘管原因是複雜的,但缺乏膏鹽蒸發巖作蓋層可能是主要原因之一。

第三,蒸發巖發育區和非蒸發巖相之間常存在一個過渡區,這是礁、砂壩、粒屑灰巖發育的有利地帶,常常是生油層、儲集層和蓋層呈指狀交叉的地帶,也是油氣聚集的有利地帶。江漢盆地漸新世早中期潛江組四段的鹽湖沉積即為此例 ( 圖 8 -32) 。

第四,蒸發巖具有較大的可塑性和流動性,可形成與塑性流動有關的各種圈閉,為油氣聚集提供了良好條件。東濮凹陷文留油氣田的構造圈閉就是與鹽運動有密切關係的例項之一 ( 圖 8 -33) 。

圖 8 -32 江漢盆地漸新世早中期 ( 潛江組四段) 鹽湖沉積分佈圖( 據江繼剛,1981)

圖 8 -33 東濮凹陷文留油氣藏剖面圖( 據朱家蔚等,1983)

4. 斷層與油氣成藏

斷層是油氣輸導層的主要型式之一,無疑是油氣運移的重要通道。但油氣田中實際情況是斷層常常作為遮擋,不僅是逆斷層,而且絕大多數正斷層具有遮擋效能。

通常情況,斷層發生時對其兩側地層中流體的壓力和勢均衡狀態起破壞作用,流體( 包括烴類) 將由高勢向低勢方向運移,斷層起著明顯的通道作用。但輸導流體 ( 含油氣) 能力的大小和經歷時間的長短在很大程度上取決於斷層的性質 ( 擠壓或拉張) 、斷層兩側接觸的巖性 ( 上傾為非滲透性或滲透性岩層) 、斷層角礫岩和斷層泥是否存在,以及斷裂發生的時間。一般擠壓斷層與拉張斷層相比輸導流體能力相對弱一些,時間較短一些; 上傾方向與非滲透性岩層接觸時,僅在斷層保持張裂時期存在一定輸導能力,當斷層閉合時,則難以輸導流體; 如存在斷層泥則輸導能力差,若存在角礫則輸導能力強,而且保持時間亦較長。

但是,無論具有什麼性質和特徵的斷層,作為輸導流體通道的時間是有限的,一旦通道閉合或堵塞 ( 這是必然的) ,斷層就成為良好的遮擋。這就是為什麼在所有油田中看到的斷層,大多以遮擋性質出現的基本原因。因此,我們說,斷層起通道作用是有條件的,而且是有時限的; 斷層起遮擋作用更為經常,更為普遍。

業已成為遮擋的斷層,在一定條件下也可以再活動,再次成為油氣運移的通道。只有從動態演化的角度,才能正確認識斷層的雙重角色。這樣才能正確認識到,斷裂既能輸導油氣,又能破壞業已形成的油氣藏,同時,它又與油氣聚集有密切關係,可形成多種與斷裂有關的油氣聚集帶。

5. 不整合與油氣聚集

世界上有許多重要油氣田都與不整合有密切關係。究其原因,表現在以下方面。

不整合能將非儲集層改造成儲集層。不整合代表地殼抬升,遭受風化侵蝕和溶解淋濾,可以極大改善儲集層性質,甚至將非儲集層改造為儲集層。

不整合是良好的油氣輸導層,能在不連續型烴源巖和儲集層之間架設橋樑。如酒泉西部盆地的下白堊統黑色頁岩中的油氣就是沿著它與志留系之間的不整合面向東運移,再垂直運移到白楊河 ( n) 砂岩中聚整合油氣藏的; 阿爾及利亞哈西·邁薩烏德油田寒武系 -奧陶系砂岩中的石油來自西北的上志留統頁岩,兩者相距在 40km 以上,海西期形成的區域不整合面是溝通的橋樑; 美國堪薩斯**隆起上許多寒武系 - 奧陶系碳酸鹽巖油氣藏的油氣源來自阿納達利坳陷的賓夕法尼亞系烴源巖,兩者相距 160km 以上,時間間隔 120 ~150ma,完全依靠不整合面它們才構成統一的生、儲、蓋組合,也包括對碳酸鹽巖儲集層的改造,才能形成堪薩斯**隆起上的油氣聚集。

不整合面是遮擋面,可以形成多種與不整合有關的圈閉和油氣藏。區域不整合代表大範圍的沉積間斷,是地層、巖相的突變介面,是良好的遮擋面,可形成眾多地層型油氣聚集帶,如潛山帶、濱岸油氣藏帶等。

不整合對油氣破壞不大。過去常認為不整合抬升和侵蝕作用使其下油氣藏遭破壞,這是一種誤解。按照大多數石油晚期生成說,烴源巖埋深較淺時石油尚未生成,不可能遭受大的破壞和損失。

綜上所述,不整合對油氣聚集起很大促進作用,破壞性甚少,是與油氣聚集關係極為密切的地質因素。這就不難理解為什麼存在眾多的與不整合有關的油氣聚集帶。

但這並不是說,盆地內不整合愈多油氣丰度也愈大。

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