寻找新油气藏的理论和方法.pdf

第 3 3 卷第 1 期 2 0 1 2年 2 月 新疆石油地质 Xl N J I ANG P E T ROL E UM GE OL OGY Vo 1 ． 3 3． NO ． 1 Fe b． 2 Ol 2 寻找新油气藏的理论和方法 张 之一， 董 会， 王 亚兰 长安大学 地球科学与资源学院， 西安 7 1 0 0 5 4 摘要 石油深部起源理论认为， 石油、 天然气与金属矿床一样都是地球排气作用的产物。含油气盆地的演化与地球 外核的排气及表面的升降变化相呼应， 表明 含油气盆地的深部构造本质。石油及天然气形成于地球排气作用出现 冷分支的新生代， 明显表现为热液期后的特征。油气以垂直运移为主聚集在流体动力学构造圈闭以及与此有关的地 层、 岩性圈闭中， 与新构造运动关系密切， 这些理论为寻找新油气藏指明了方向。中国含油气盆地的特点是盆地基底 深， 沉积地层厚度大， 故在已发现油气藏以下地层直至基底 内部都有望发现新的油气藏。在新构造运动活跃、 深部脆 性岩石发育、 具有良好盖层形成圈闭的地区， 应首先采用深部地震对以构造裂隙油气藏为 目标进行勘探。 需要指 出的 是， 传统的地震勘探方法对于查明深部断裂、 高孔隙带和裂隙带是无能为力的， 亟需开发非传统的地震勘探方法， 此 外， 还可结合遥感、 地球化学、 张量分析、 放射性、 形态构造模拟等方法。 关键词 地球排气作用； 流体动力学构造； 热液期后； 构造裂隙油气藏； 深部地震勘探； 高孔隙带； 高裂隙带 文章编号 1 0 0 1 3 8 7 3 2 0 1 2 0 1 0 1 1 3 0 4 中图分类号 T E 1 2 2 ． 1 2 文献标识码 A 1 石油深部起源理论的提出 目前， 中国每年依靠进 口石油量达到总需求量的 5 5 ％， 国内石油勘探进展缓慢， 石油产量的增长 ， 已不 能满足国民经济高速发展的需求。 对中国含油气远景 失去信心的主要思想根源是过于信赖“ 生油岩” 理论。 这个理论 1 0 0多年来一直 占居统治地位 ， 至今其内容 没有太大的改变。2 0世纪 7 O 年代 ， B ．P ． 蒂索等提出 了干酪根在后生作用阶段转化成石油的理论， 更进一 步确定生油岩是在成岩以后开始有石油的形成 ， 这个 理论得到广泛的接受和传播。尽管如此， 生油岩理论 与 自然界实际情况仍然矛盾重重，经不住实践的检 验 ， 干酪根如何转化成石油也存在很多疑问。早在 2 0 世纪 2 0 年代， 苏联学者 B ．几 ．依萨钦柯就著文证明， 随 着淤泥中水的含量降低到 4 5 ％一 5 0 ％，其中生物化学 作用就停止了[1J。生油岩成岩以后干酪根以分散状态 分布在矿物质点包围之 中， 在坚硬的岩石中极度缺水 的状态下 ， 即使在温度 、 压力作用下也不可能进行生 物化学作用 。干酪根演化成石油似乎是一种臆想。在 实验室是把生油岩岩石样 品磨成粉末经过高强度处 理才抽提 出干酪根来 ，在 自然界完全没有这样 的条 件。生油岩的生油过程没有取得过 自然界的直接证 明 ， 生油岩 内尚未发现过 自生石油 ， 甚至连生油的痕 迹都没有。生油岩的研究对寻找新油气藏的勘探工 作 ， 其指导意义需要质疑。 中国学者提出的“ 源控论” 指出， 在没有生油岩的 地方就不会有油气。这样就把油气勘探限制在一定的 空间内。 再加上蒂索的后生成油论把油气的分布限制 在一定的深度范围内，使得油气勘探的领域十分狭 小， 不敢越雷池一步， 形成作茧自缚。 实际上， 所有已发现的油气田都是遵循了背斜构 造理论才取得成功的。中国的石油勘探成就也离不开 构造成藏理论 。 “ 石油深部起源”理论是一批受过石油有机成因 生油岩理论教育而成长起来 的地质学家们所创 立的，他们在实际工作中发现理论与实际的矛盾， 因 而摒弃了生油岩理论 ，开辟出一条探索真理的新路， 其代表人物是苏联的H．A ． 库德梁采夫教授， n ． H ． 克 鲁泡特金院士、 B ．B ． 波尔菲利也夫院士等。 这些先辈虽 已作古 ， 却留下了宝贵的精神财富， 不仅俄罗斯和乌 克兰， 其他很多国家的地质学家们都沿着先辈开创的 道路继续进行着探索真理的事业。 经过几代人呕心沥 血的研究终于形成一个较系统的石油深部起源理论 ， 不断为地质实践所证实， 同时开辟了一个新的地学研 究方 向， 具有广阔的创新领域 。这个理论在发展过程 中体现了自我扬弃、 推陈出新的精神， 如 B ．B ． 波尔菲 利也夫扬弃了 自己提 出的 由植物残体形成石油及 长 距离运移的论点而发展了石油深部起源的学说。 追随 石油深部起源理论的新一代地质学家们扬弃了H． A ． 库德梁采夫的岩浆成因说而把其合理的论点石油 纵向分布的规律誉为库德梁采夫原理l2 1。 石油深部起源理论认为 ， 石油 、 天然气是晚近期 深部热液流体上升的产物， 热液流体沿破裂带上升， 在地壳上部及沉积地层中产生流体动力学构造， 由于 收稿 日期 2 0 1 1 0 8 2 2 修订 日期 2 0 1 1 - 0 7 0 4 作者简介 张之一 1 9 3 4 一 ， 男 ， 北京人 ， 教授 ， 石 油天然气地质 ， T e 1 0 2 9 8 5 5 8 5 9 5 2 E ma i l 8 2 3 4 8 6 3 6 1 6 3 ． c 0 m ． 新疆石油地质 形成裂隙、 热液交代作用等， 使储集层的孔隙度、 渗透 率加大 ， 如有 良好 的盖层则形成 圈闭 ， 作为热液期后 的石油、 天然气上升至圈闭则形成油气藏。油气具有 纵向分布的特征， 由已知含油气层位向下一直到盆地 基底及基底内部，只要具有圈闭就可以形成油气藏， 因为作为油气运移通道的深断裂在起作用。 中国含油气盆地的特点是盆地基底深、 沉积地层 厚度大， 目前只在盆地的上部地层中找到油气 ， 而盆 地的下部地层及基底内部还有油气储集的广阔空间， 如有圈闭存在应该有油气藏。如陕北、 川中所发现的 油气田只相当于油气显示 ， 其下部地层一直到基底及 其内部必然还存在更大的油气藏。此外， 中国还有相 当一部分地区未作详细的普查勘探工作， 需要对其进 行以石油深部起源理论为指导的深入研究， 在有利的 地带进行钻探， 有望发现新的油气藏。 2 地球排气作用 的阶段性及其所形成 油气藏的构造特征 石油、 天然气与金属矿床一样是地球排气作用的 产物。 地球排气作用自地球形成时一直到现在始终在 进行着， 但排气强度是逐渐衰减的， 其温度也逐渐降 低， 于新生代出现冷排气的分支才产生了石油和天然 气。 地球排气作用在时间和空间上的变化明显表现出 阶段l生 特征， 与成矿阶段论相一致。 太古宙排气作用是面式 的，由此而形成地壳 、 大 气圈和水圈。 元古宙克拉通化的同时排气作用表现为区域性 特征， 发生强烈的构造变动、 岩浆活动、 变质作用及混 合岩化。 金属矿产的成矿阶段性表现为古元古代形成 特有的铁石英岩矿床、 金云母矿床、 钻、 镍及金刚石矿 床； 晚元古代 震旦纪 形成锡、 钨及铀矿床。 古生代的地球排气作用呈线性特征， 最典型的形 式是地槽的发生和发展。 地球排气作用所定义的地槽 不同于最早的地槽概念 ， 也不同于板块理论认为的是 板块碰撞、 俯冲等水平运动的地槽概念， 而认为是与地 球深部活动相联系的地球表面的构造现象。 据文献[ 3 ] 的研究， 地核表面是不平坦的， 有凸起和凹陷， 其凸起 部分对应着地表的凹陷， 如海洋 ； 其凹陷部分对应着 地表的凸起， 如大陆、 山脉， 形成了倒影关系。据此有 理由推断，当地槽强烈沉降并伴随构造作用 岩浆活 动 的时候 ， 相应的地球液态外核表面呈凸起状态 ， 当 地槽发展到回返时期时， 外核表面凸起开始下降， 而到 地槽发展到上升成山的阶段时， 外核表面形成凹陷状 态。这种成倒影关系的变化、 内外相呼应的现象说明 具有强大能量来 自 外核的排气作用， 是地槽发展演化 的动力来源， 地槽的构造变动、 岩浆活动等都是由排 气作用的热液流体引起的。 这个时期主要形成的金属 矿床是铜、 金、 银等多金属矿田， 而且一直延续到中、 新生代。 中、 新生代地球排气作用由线性逐渐转化为不连 续的形式， 此时含油气盆地广泛发育， 有些中生代之 前的盆地也开始活化。 含油气盆地与地槽相似也有沉 陷阶段和回返阶段， 也有与地球外核表面的升降成倒 影关系的现象但不如地槽强烈， 构造作用和岩浆活动 都大为逊色， 虽有回返阶段但没有后期的强烈上升而 代之以盆地的萎缩形成大面积的下沉。 很显然地球排 气作用的能量比古生代地槽形成和发展时期衰减了 很多。 新生代以油气为主的冷分支排气作用在各含油 气盆地 中广泛发育 ， 表现 出热液期后的特征 已查 明 西伯利亚所有油气田的储集层均与热液交代有关 ， 越 南南部大陆架基岩中油气储集层是花岗岩经过热液 蚀变形成的 。 热液流体垂直上升过程中可形成流体动 力学构造 ， 诸如破裂带 、 潜山突起 、 地垒 、 背斜及长垣 等。当然， 这些构造的形成还有由于地球 自转速度变 化所引起的全球走滑作用力等处力因素。 热液流体注 入的初始阶段还出现岩石破碎， 形成裂隙、 溶解和酸 性淋蚀过程， 导致储集层的孔隙度和洞穴 碳酸盐岩 的增大。 新生代热液流体垂直上升过程中除形成流体动 力学构造外还使周围附近的岩石呈现低密化形成低 密度带。世界上绝大多数油气田都处在低密度带上。 低密度带在地表表现的构造形式常常是内生环状构 造， 具有同心结构， 由中央隆起和内部带、 外部带构 成。主要运移通道位于 中央隆起之下 ， 以此为 中心向 外还发育了分支次生运移通道， 同时也发育了环状断 裂。很多著名的大油气田都查明具有这样的环状构 造 ， 如格罗兹 内、 乌连戈伊 、 刻赤一 塔曼 、 特兰尼瓦尼 亚 、 南里海和南 巴伦支海等【 2 1 。低密度带 、 环状构造 已 成为寻找新油气藏的标志之一。 3 寻找新油气藏的方法 以目前的石油勘探水平而论 ， 要想发现新油气藏 必须有新的指导思想 ， 正如 H． n． 基达尔所述 “ 沉积 盆地之内 尚未研究和研究不多的含油潜力取决于人 们预测中所掌握的科学思想和克服传统意识的程度。 油气产量 的上升依赖于新的油气聚集带 、新 圈闭类 型、 新型巨大油田的发现” [a l 。 针对 中国含油气盆地基底深 、 沉积地层厚度大 的 特点 ， 以石油深部起源理论为依据可以认为油气 自深 部垂直运移时不论在哪个深度 只要遇到适 当的周 即可形成油气藏。因此， 在深部寻找油气藏是当务之 急。 除去常见的构造、 地层和岩性圈闭外， 值得注意的 第 3 3卷第 1 期 张之一， 等 寻找新油气藏的理论和方法 1 1 5 是构造裂 隙圈闭。 因为在新构造运动时期 由于局部应 力的作用可以在局部地带形成强烈的构造裂隙。 一般 脆性岩石的裂隙可以保存下来形成油气储集带， 而塑 性岩石的裂隙在各种压力作用下可以愈合形成屏蔽 盖层。这样就形成了构造裂隙圈闭。 1 深部地震勘探方法文献 [ 4 ]用深部地震勘 探方法研究伏尔加一 乌拉尔地 区含油气远景时发现 ①油田所处的地壳结构与没有油田地方的地壳结构 明显不同， 在地震剖面上油田下边存在近垂直和陡倾 斜的强烈异常带， 反映了岩石粉碎、 破裂、 裂隙地段可 能是流体运移的通道， 这些油田之下存在深断裂， 其根 进入到地壳和上地幔； ②在南鞑靼隆起西坡的地震时 间剖面上发现， 一群油田下方在 5 ～ 7 s 深度 1 5 ～ 2 0 k m 仍有明显的强烈反射体存在， 而在非油田的下方则不 存在这样的反射体。 这种反射体是巨大的烃潴。 他在 此前就曾指 出，每个油 田皆是 由 3个主要部分构成 充满石油的圈闭、 深部烃潴和将深部烃潴与油藏相连 接的供给通道『21。 烃潴不断向油藏供应石油， 这就说明 了世界上一些小油 田开采 了 7 0 ～ 1 0 0年还在开采而石 油没有枯竭的原因。 以上事实说 明了每个含油气区都 存在一个油气流动储藏体系， 只要掌握了油气流动储 藏体系的分布情况就掌握了油气勘探的主动权。因 此， 深部地震研究是寻找新油气藏的可靠方法。需要 指出的是，传统的地震勘探方法对于查明深部断裂、 高孑 L 隙带和裂隙带是无能为力的， 亟待开发非传统的 地震勘探方法。 俄罗斯科学院地球物球研究所的 A ． B ． 尼科拉耶夫等提出， 利用衍射层析和发射层析的方法 可以查明深部构造断裂、 裂隙及高孔隙带等 。 2 遥 感方 法乌 克兰 地球 空 间研 究 中心 的 B ． M． 别列尔娃指 出， 油气 田与流体动力学构造的密切 关系已被查明， 例如在亚速海一里海区域 目前所有已知 的油气聚集都处在流体动力学构造范围内， 这证明油 气矿藏的次生性质， 油气通过流体动力学构造垂直运 移而形成油气藏。 流体动力学构造在 自 然景观上表现 出的特征是 地表沉积物的低密化 、 高渗透率及地表 水较强烈 的穿透 ， 地球物理 、 地球化学及生物化学场 出现异常。 用遥感方法研究流体动力学构造， 主要是研 究构成景观要素光学特性的异常变化 。 建立光学模型 并结合其他遥感方法可有效地预测油气藏的位置囝 。 3 地球化学方法俄罗斯西伯利亚地质地球物 理和矿物原料研究所 的 I o． I ， I ． 科罗鲍夫等通过对 巴伊 基特台背斜上油气田的研究提出了该地区地球深部 油气聚集的流体动力学模型。其依据的条件是 ①西 伯利亚地台含油气层组的成因皆与热液交代作用过 程密切相关； ②影响岩石储集性能的次生孔隙度和裂 隙度在高幅隆起的顶部发育最强， 向油气藏周边地区 自内向外孔隙空间逐步降低； ③近地表沉积的地球化 学场及次生矿物形成均呈同心环带状结构。 充分显示 了油气 田范围内形成正向构造 的构造活跃地带与热 液交代作用和位于背斜核部的岩石次生变化过程密 切相关。近垂直裂隙正是热液流体运移的通道 ， 这说 明油气田的形成与地球排气作用有密切关系， 可以用 地球化学方法寻找所形成的地球化学场异常， 以便发 现油气藏圆 。 4 张量分析方法乌克 兰地质勘探研究所 的 B ．兀． 列别奇等在第聂伯一顿涅茨盆地根据结晶基底 地块应力特征预测油气聚集远景地带获得了良好的 结果。 主要是借助张量分析法确定基底断块构造应力 量值，其中断裂的错移幅度是主要定量的计量参数。 在研究区域基底应力图时发现应力集中的低密度化 异常带都是油气聚集的地区， 此处的基底应力也转化 到沉积盖层的岩石 中， 以此为标准可确立寻找新油气 藏的方 向[2 ] 。 5 放射性方法俄罗斯学者 P ． x． 穆斯里莫夫 等对伏尔加一乌拉尔含油气省 的研究结果发现 ， 深部 流体的演化过程呈现周期性， 由还原体系把稀有分散 包括放射性 元素带人沉积盖层， 这样在局部构造范 围内岩石天然放射性值变化图皆反映出由深部带排 气所生成的地化晕。 对岩石放射性与油气 聚集位置 的 空间关系分析表明， 所有的油藏是被伽马放射性高值 所围绕， 在平面上构成环状效应， 相当于裂隙发育带。 油气藏的轮廓在平面上和剖面上的位置皆与放射性 异常发育带重合的现象表明， 贯穿性裂隙带流体的垂 直运移在油气藏的形成过程中具有决定性作用。 正是 这样产生了放射性场与油气场的共生组合。 根据这个 原理就可以使用岩石放射性这一非传统方法寻找含 油气盆地内的油气藏， 并可结合地震研究等资料预测 更深部的油气藏阁 。 6 形 态构造模拟方法 莫斯科大学的 ．I ，I ． 比科夫斯基指出 ， 有足够多的事实证明存在着贯穿岩 石圈所有各层的过热水一 气物质的上升流 ，也称为热 液 地幔 缕 ， 热液缕的含油烃类 ， 即成为油气生成 的 源 区。 从 已知 的大型和超大型油气 田大多数情况下形 成于新近纪到全新世 ， 且现在在很多地方油气聚集作 用仍在继续表明。油气聚集年代很新， 油气田与现代 地壳运动及造成地壳运动的原因有着紧密的空间上 的联系， 特别重要的是断裂构造的现代活动性、 地壳 的现代断块构造及地球表面的地貌构造等。因此 ， 对 大型油气聚集的有效预测方法是现代地壳断块构造 的形态构造模拟技术翻 。 综上所述， 在正确地质理论指导下寻找新油气藏 的各种勘探方法如雨后春笋不断涌现， 只要借鉴新理 l 1 6 新疆石油地质 2 0 1 2年 论、 新方法 ， 走先借鉴后创新之路， 在中国广袤的土地 上开展深部油气勘探必然能发现众多的深部大油气 田。笔者深信 ， 中国深部油气勘探技术完善之E t 将是 油气产量大幅增长之时。 参考文献 [ 1 ] 库德梁采夫 H． A ． 石油起源问题现状[ A] ． 北京地质勘探 学院石油教研室 ， 译． 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u c t u r a l t r a p s a n d r e l a t e d s t r a t i g r a p h i c a n d l i t h o l o g i c t r a p s ，w h i c h h a d c l o s e d r e l a t i o n s h i p wi t h n e o t e c t o n i c s ． S u c h a t h e o r y c a n b e a p p l i e d t o s e a r c h i n g f o r n e w o i l ／ g a s r e s e r v o i r s ． Ch i n a s o i l b e a rin g b a s i n s a r e c h ara c t e ri z e d b y d e e p b u ri a l b a s e me n t a n d t h i c k s e d i me n t a r y s t r a t a ，wh i c h i n d i c a t e t h a t n e w o i l／ g a s r e s e r v o i r s c o u l d b e f o u n d f r o m t h e s t r a t a u n d e r t h e d i s c o v e r e d o i l ／ g a s p o o l s t o t h e b a s e me n t ．S t r u c t u r a l f r a c t u r e d o i l ／ g a s r e s e rvo i r s wo u l d b e t h e ma i n t a r g e t s f o r e x p l o r a t i o n i n a r e a s wi t h a c t i v e n e o t e c t o n i c s ， d e e p b r i t t l e r o c k s a n d g o o d c a p r o c k s ． T h e d e e p s e i s mi c s u rve y s h o u l d b e t h e ma i n me t h o d for e x p l o r a t i o n o f t h e m． Ho w e v e r ，t h e t r a d i t i o n a l s e i s mi c s u r v e y i s h e l p l e s s for d e t e c t i o n o f d e e p f a u l t s a n d r o c k b o d i e s wi t h h i g h p o r o s i t y a n d h i g h l y f r a c t u r e d b e l t s ． S u c h n o n t r a d i t i o n al s e i s mi c p ros p e c t i n g me tho d s a s t e l e me t ry， g e o c h e mi s t r y ， t e n s o r a n aly s i s ， r a d i o a s s a y a n d s t r u c t u r al c o n fi g u r a t i o n mo d e l i n g ， e t c ． c o u l d als o b e u s e d for i t a s n e c e s s a r y ． Ke y W o r d s t h e e a rt h S d e g a s i fi c a t i o n ； fl u i d d y n a mi c s t r u c t u r e ； p o s t - h y d r o t h e r ma l i s m， s t r u c t u r a l f r a c t u r e d r e s e r v o i r ； d e e p s e i s mi c s u rve y ； h i g h p o ros i t y z o n e ； h i g h l y f r a c t u r e d b e l t 下 期 要 目 预 告 准噶尔盆地复合边界结构综合解释⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 宋传春 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