蒸发岩发育特征及其对大油气田形成的影响.pdf

新疆石油地质 2 气候环境全球板块在漫长的地质时期中都 在不断运动 中， 几乎每个板块都经历 了极地冰期和赤 道附近 干旱炎热的气候嘲 。当板块位于赤道 附近时 ， 干旱 炎热 的气候 对蒸 发岩形 成起 了至关 重要 的作 用 。如表 1 所示 ， 全球各大油气 田中蒸发岩形成 的时 期主要是二叠纪、 白垩纪和新生代， 这些时期大部分 板块都处于赤道附近。例如在二叠纪， 波斯湾地区扎 格罗斯盆地中就沉积了厚层的苏代尔组蒸发岩。 表 1 以蒸发岩为盖层的大油气 田统计 盆地 大油气田名称 盖层时代 盖层岩性 0 盆地 大油气田名称盖层时代 盖层岩性 坎普斯盆地 埃斯皮里图桑托盆地 威利斯顿盆地 西加拿大前陆盆地 东西伯利亚盆地 伏尔加乌拉尔盆地 桑托斯盆地 英荷盆地 Le d u e Ra i n b o w 库尤姆宾油田 泰金油田 Vu k t y l 密西西比纪 晚泥盆世 中泥盆世 晚志留世 寒武纪 寒武纪 早二叠世 硬石膏 硬石膏岩 蒸发盐岩 蒸发盐岩 蒸发盐岩 蒸发盐岩 蒸发岩 硬石膏 硬石膏 硬石膏 硬石膏 扎格罗斯盆地 中 可 j 立 1 白 盆地 鲁 h 一哈利盆地 木尼河盆地 下刚果盆地 二叠盆地 密执安盆地 拉顿盆地 阿纳达科盆地 北德国盆地 象牙海岸盆地 M a l o n g o Mo n g o R0 s a T a k u l a E me r an d e Ma r i n L o a n g o Mo h o Ma r i n e N Ko s s a M a r i n e Fu l l e r t o n Mc El r o y S e mi n o l e S l a u g h t e r ‘ S o u t h S a n d Va c u u m W a s s o n Ya t e s Ni a g a r a n Re e f T r e n d Br a v o Do me Hug o t o n Gr o n i n g e n Es p o i r 晚中新世蒸发岩 三叠纪 硬石膏 侏罗纪 硬石膏 侏罗纪 硬石膏 侏罗纪 硬石膏 蒸发岩 晚白垩世盐岩 早白垩世 盐岩 晚二叠世硬石膏 晚二叠世 硬石膏 晚二叠世硬石膏 晚二叠世硬石膏 晚二叠世硬石膏 晚二叠世 硬石膏 晚二叠世 硬石膏 早石炭世 硬石膏 早二叠世 硬石膏 早二叠世硬石膏 早二叠世无水石膏 晚二叠世 硬石膏 晚白垩世 盐岩 3 盆地类型加拿大地球物理 、 地质学者威尔 逊 1 9 7 3 首次结合现代各种海洋实例， 系统归纳了洋 盆开合的多阶段发展模式 ， 不同的发展阶段产生了 不同类型 的盆地。最初在陆壳相对稳定时期为克拉 通盆地 ， 随后在大陆开裂初期， 由于热沉降作用形成 了裂陷型盆地； 大陆不断开裂， 洋壳形成被动大陆边 缘， 随后洋壳俯冲产生一系列的弧后盆地和弧间盆 地； 到了消亡阶段， 洋壳消失， 发生碰撞挤压作用 ， 继 而形成前陆盆地【6J 。对于不同类型的盆地， 它们都能 为蒸发岩的形成提供可容空间 图2 。 克拉通盆地是发育在结晶基底之上的一种相对 稳定的盆地类型。克拉通盆地的产生， 为物质的沉降 提供了一个理想的可容纳空间， 相对隆起的盆地边缘 使得 克拉通 盆地表 现为一 个天然 孤立 的限制 型盆 地。这种限制型盆地对海平面相对变化的反应较慢， 水体要进入盆内必须漫过一个相对隆起的盆地边缘 地 区 ， 因此 限制 型克拉通盆地 常年处于一种相对缺 稳定环境 伸展环境 伸展环境 汇聚环境 克拉通盆地 裂陷盆地 被动大陆边缘盆地 前陆盆地 a东西伯利亚盆地 b英荷盆地 c下刚果盆地 d蒂曼一 伯朝拉 盆地 库尤姆 宾油 田 维京 Vik in g 油气 田 c i瑚 s 0 l 油 田 武克蒂尔油气田 西 东 奄 乱， 一、 东 奄 耍 缕 目 ． 东 r～ ～一 一 L一--～ J ● ＼ ～ {L k k 鼍 L 一． ； 、～ ＼00 ／ ． l’ ’ ’ 生 烃 层 里 菲 纪 烃 源 岩 嵩 箍 兰 墓 嚣 嵩 鑫 嚣 需 薯 泥 岩 生 烃 层 D o m an ik组 灰 岩 储 集 屡 早寒武世砂岩层 储集层 下石炭统一 下叠 盖层 乌苏里耶组膏盐 盖层 二叠纪蒸发岩 盖层 阿普特阶蒸发岩 统碳酸盐 岩 盖层 下二叠统蒸发岩层 e二 叠盆地 f墨西哥盆地 g坎渡斯盆地 h 扎格罗斯盆地 S h o n g B l0 0 油 田 A I h te油田 Nm o r a d o 油田 加奇萨兰油 田 南西 北东 南西 北东 南西 北 东 南西 北东 一上 ￡ _ ／ 一 7 一 I r 生 烃 层 二 叠 系 黑 色 页 岩 生 烃 屡 Sm c kove r组 暗 色 生 烃 层 黑 色 湖 相 钙 质 页 岩 嵩 箍 储 集 层 二叠系碳酸盐岩 泥岩 储集层 N a mo r a d o 砂岩和碳 储集 层 s m 丑 c k o v e r 组灰岩 酸盐岩 盖层 加奇萨兰组蒸发岩 盏层 二叠系奥乔统蒸发岩 盖层 B k n r 组蒸发岩 盖层 巴蕾姆期蒸发岩 图2 各类盆地 以蒸发岩为盖层的油田 藏 剖面 水的状态， 水体较浅， 加上炎热气候所带来的蒸发作 用 ， 水体的盐度不断增加， 最终导致各种盐类沉淀 ， 在盆地中 凹陷部位形成蒸发岩。如在东西伯利亚 地 区克拉通盆地之上发育早寒武世乌苏里耶组蒸发 呈 j 苫 ．薹 ～ 一 ～ ～ ～ 岩岩岩岩岩岩岩岩 盐盐盐盐盐盐盐盐 世世世世世世世世 垩垩垩垩饕妥誓垩 白 白 白 白 白 白 白 白 晚晚晚晚晚晚晚晚 ～ ～～ 一 一～ ～ ～ 一 ～ ～ ～一 一 一 ～ B 岩岩岩岩岩岩岩岩岩 盐盐盐盐盐盐盐盐盐 发发发发发发发发发 蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸 糊瀚 普 普 普 普 普 普 普 普 普三 三 一 一 阿 阿 阿 阿 阿 阿 阿 阿 阿晚 晚 晚 晚 ～ 一 ～ 一 一_蓦～ 一 一～ 一 第3 3 卷第3 期 文竹， 等 蒸发岩发育特征及其对大油气田形成的影响 3 7 5 岩 图 2 。 随着板块的进一步拉伸产生被动大陆边缘型的 裂陷盆地。裂陷盆地可以为双断式或者是单断式犁 式正断层， 它们都为蒸发岩的形成提供了相对凹陷可 容纳空间， 而盆地边缘的隆起地区， 作为一个天然的 障壁， 阻止了海水的进入， 使得盆地内部水体较浅， 且 相对受限， 成为一个局限型的盆地， 伴随着炎热的气 候 ， 盆地 内部水 体停滞而且盐类 大量蒸 发 、 沉 淀 ， 在 盆地 内部形 成蒸发岩 。如在裂陷型的北美斯沃德 鲁 普盆地中， 北海西南部地区的英荷盆地以及在大西 洋被动大陆边缘的西非和巴西海上都广泛发育蒸发 岩【8 O l 图 2 。 洋壳张开到达最大时， 由于重力负荷作用， 导致 洋壳向地壳下俯冲， 产生主动大陆边缘 ， 火山活动随 之而来 ， 形成大量的火 山岛弧 ， 一系列与火山岛弧有 关的盆地相继产生 弧间盆地， 岛弧与岛弧之间相对 低洼处形成 的盆地 ； 弧后盆地 ， 岛弧后方联 陆方 向上 低洼地区形成的盆地 。 这2 种类型的盆地位于联陆方向， 而且被相对隆 起的火山岛弧隔开， 形成一个天然的障壁， 这样使得 海水不能直接流人弧间盆地或者弧后盆地中。因此 这2 类盆地对海平面的变化反映也相对较弱， 水体深 度小， 只有较强的风暴作用海水才能大量进人， 尤其 是弧后盆地。因此被火山岛弧作为天然障壁隔开的 弧间盆地和弧后盆地也成为一种限制型盆地， 其中水 体相对停滞， 加上火山活动喷发产生大量的火山灰， 其富含盐类物质沉积在盆地之 中， 水体 中某些盐类处 于过饱和状态 ， 伴随着火山作用所带来 的热量和炎热 的气候条件， 加剧了蒸发岩的生成 ” 。 4 前陆盆地前陆盆地产 生于受挤压 的环境 下， 属于板块汇聚期的产物， 向陆方向又可细分为造 山带、 前渊、 前隆和稳定克拉通。相对隆起的造山带和 前隆限制了相对低洼的前渊 ， 形成一个完全限制型的 前陆型盆地， 盆地中水体较浅而且相对停滞， 伴随炎热 的气候条件 ， 很容易形成蒸发岩。在波斯湾扎格罗斯 前陆盆地 中发现大量 以蒸发岩为盖层 的油气 田n 。 因此 ， 在各类盆地中均能够发育蒸发岩层 ， 干旱 炎热的气候条件， 相对较浅或停滞的水体， 以及盆地 在构造演化过程 中形成 的限制性洼地共 同制约着蒸 发岩的形成 。如果盆地 中含有油气成为含油气盆地 ， 那么蒸发岩层在盆地中的发育必将对盆地中油气藏 的形成产生影响。 2 蒸发岩对油气成藏的影响 1 作为盖层对油气藏的影响根据全球大油气 田盖层岩性的统计表明， 泥岩作为盖层占全球大油 气 田的 8 0 ％以上 ， 蒸发岩 盖层 只 占全球大油气 田的 8 ％不 到 ， 但是蒸发岩作为盖层却拥有 了世界 5 5 ％的 石油探明储量 ， 而泥岩只拥有世界2 2 ％的石油探明储 量u 。致密的蒸发岩层作为盖层其特征主要表现为 第一， 近于各向同性的应力状态使得其可以抵抗水力 压裂作用 ； 第二， 在埋藏深度仅为7 0 m处， 蒸发岩的 原始渗透率和孔隙度就已经非常低， 足以对下伏油气 藏进行有效封盖 ； 第三 ， 蒸发岩层 自身 的可塑性使其 在构造复杂的地区， 断层不易切穿， 能够有效保护下 伏油气藏不受构造破坏--哪 。通过不 同岩性 盖层 的封 盖能力分析， 不论是物性封盖能力还是压力封盖能 力 ， 蒸发岩层都具有相对最高的排替压力 。在复杂的 裂陷盆地中 图2 b ， 油气藏的保存状态一直是各学者 讨论 的重 点 ， 因为区域拉伸导致岩石 破裂或者后期 反转构造都能够对油气藏产生破坏， 因此在复杂的裂 陷盆地 中， 蒸发岩层 的封盖能力表现得极其重要 ， 如 英荷盆地 。 英荷盆地位于英国北海南部 ， 是典型的裂陷盆 地 ， 盆地 以上石炭统煤层组的碳质 页岩作为烃源岩 。 下二叠统砂岩层提供了良好的储集空间， 但是盆地内 部构造样式复杂， 成为油气勘探的难点。英荷盆地为 多期裂谷盆地， 曾发生3 次断裂活动， 分别始于早石 炭世、 早二叠世与中侏罗世， 之后在晚石炭世、 晚侏罗 世、 晚白垩世与古近纪伴随有构造反转。在构造运动 如此频繁的盆地中， 油气的保存成为最大的困难 ， 但 是由于盆地 中沉积 了下二叠统蔡希斯坦统蒸发岩层 ， 不论是构造伸展时期形成的正断层 ， 还是构造挤压时 期形成 的逆断层 ， 都没有切穿蒸发岩层 ， 而且蒸发岩 层 自身的非能干性还吸收了来 自各个方 向上 的构造 应力 ， 发生塑性流动 、 堆积， 作为盖层保护了下伏油 气藏未受构造破坏 ， 最终形成维京 V i k i n g 油田 图 2 b 。 2 对油气生成的影响蒸发岩形成于限制性溺 湖中， 由于全球海平面相对下降， 导致溺湖中水体浅， 伴随着干旱炎热的气候条件， 导致了蒸发岩的形成。 但是全球海平面呈韵律性相对变化 ， 海平面的相对上 升又会使得溻湖中充满海水， 有利于暗色泥岩的沉 积， 成为良好的烃源岩， 海平面再次下降时， 缺水状态 下的溻湖中沉积的蒸发岩覆盖在先前形成的暗色泥 岩之上， 有利于有机质不受氧化而得以保存； 而且蒸 发岩的形成环境含盐度高 ， 不利于生物存活， 造成大 量 生物死亡 ， 沉 积后形成生油岩 ， 随后被蒸发岩所覆 盖， 有效地保存了有机质不受破坏-- 。如东西伯利 亚克拉通盆地 中的库尤姆宾油 田 图 2 a ， 在寒武纪 ， - 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g u a ng 1 ． MO E K e y L a b o r a t o r y o f Ma r i n e R e s e r v o i r E v o l u t i o n a n d H y d r o c a r b o n A c c u m u l a t i o n Me c h a n i s m ， C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 2 ． C h i n a O v e r s e a O i l D e v e l o p me n t C o mp any ， B e ij i n g 1 0 0 0 3 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Ev a p o r i t e r o c k s are w i d e l y d e v e l o p e d i n p e t r o l i f e r o u s b a s i n s a r o u n d t h e wo r l d a n d c l o s e l y r e l a t e t o t h e f o r ma t i o n a n d d i s t r i b u t i o n o f t h e g l o b a l g i a n t o i l a n d g a s fi e l d s ． B y s t u d y o f t h e r e l a t i v e c h a n g e s i n s e a l e v e l ， t h e c h a n g e s i n c l i ma t e c o n d i t i o n a n d t h e e v o l u t i o n o f v a r i o u s b a s i n s ， t h e d e v e l o p me n t c h a r a c t e r i s t i c s o f e v a p o rit e r o c k s a r e a n a l y z e d ． T h a t i s ， t h e f o r ma t i o n a n d d i s t r i b u t i o n o f e v a p o ri t e r o c k s a r e c o mmo n l y c o n t r o l l e d b y t h e r e s t r i c t e d t o p o g r a p h i c l o ws i n n e r b a s i n s ， t h e r e l a t i v e l y s t a g n a n t wa t e r b o d i e s a n d t h e h o t a rid c l i ma t e ． T h r o u g h r e s e arc h o f s e a l i n g a b i l i t y ， t h e r ma l c o n d u c t i v i t y a n d i n c o mp e t e n c e o f t h e r o c k s ， t h e e f f e c t s o f t h e m o n f o r ma t i o n o f g i a n t o i l g a s fi e l d a r e a n a l y z e d ， i n t e gra t e d wi t h t h e c a s e s t u d i e s o f g i a n t o i l g a s fie l d s i n e a s t e r n S i b e r i a ， C a mp o s a n d Z a g r o s b a s i n s ． I t i s s u g g e s t e d t h a t t i g h t e v a p o r i t c s c a n b e a s c a p r o c k s t h a t e f f e c t i v e l y s e a l t h e u n d e r l y i n g h y d r o c a r b o n s ； t h e t h e rm a l c o n d u c t i v i t y c a n k e e p t h e t e mp e r a t u r e b a l a n c e ， b e i n g h e l p f u l t o c o mp l e t e o r g a n i c ma t t e r s ’t r a n s f o rm a t i o n ； t h e i n c o mp e t e n c e ma y c a u s e i t d e c o l l e me n t a n d d e f o rm a t i o n ， w h i c h a l l o ws t h e o v e r l y i n g r e s e rvo i r s t o h a v e d e v e l o p e d f r a c t u r e s y s t e ms ， g r e a t l y i mp r o v i n g t h e q u a l i t y o f r e s e r v o i r s ； t h e i n t e n s e d e f o r ma t i o n c o u l d a l s o f o rm s a l t s t ruc t u r e s , “ s h a p i n g n e w t r a p s for o i l a n d g a s ． I t i s c o n c l u d e d t h a t t h e d e v e l o p me n t o f e v a p o rit e r o c k s r e s t r i c t s o r i n flu e n c e s t h e f o r ma t i o n a n d d i s t rib u t i o n o f t h e g l o b a l g i a n t o i l a n d g a s fie l d s i n t i me a n d s p a c e ， a n d wi t h t h e d e e p e n i n g o f t h e o i l a n d g a s e x p l o r a t i o n ， t h e l a r g e a n d g i an t o i l - g a s fi e l d s r e l a t e d wi t h t h e e v a p o rit e s wi l l i n e v i t a b l y b e c o me t h e t arg e t s for p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n i n t h e f u t u r e ． Ke y W o r d s e v a p o r i t e r o c k ； o i l g a s fie l d ； r e s t ric t e d t o p o g r a p h i c l o w； r e l a t i v e c h a n g e ； s e a l e v e l ； i n c o mp e t e n c e