油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)

第22卷第4期現代地質(zhì)Vol 22 No 42008年8月GEOSCIENCEAug 2008油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)張樹(shù)林',張玉明2,郭飛飛(1.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北武漢430074;2.中國石化東北分公司,吉林長(cháng)春130062)摘要:油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)主要研究從原生油氣藏破壞到次生成藏的驅動(dòng)力及其作用過(guò)程,并總結從原生油氣藏到次生油氣藏的系列成藏模式。油氣次生成藏地質(zhì)作用是基礎,油氣溢出方式、三次運移的驅動(dòng)力和流動(dòng)方式分析是核心,總結系列成藏模式是目的。次生成藏主要有構造、水力和二者的復合3種地質(zhì)作用。底部溢出的油氣以浮力作用為主進(jìn)行滲流,頂部溢出的油氣可以是滲流,也可以是以超壓作用為主的涌流。成藏模式包括跨成藏動(dòng)力系統垂向成藏成藏動(dòng)力系統內側向成藏和垂向成藏3種。關(guān)鍵詞:成藏動(dòng)力學(xué);次生油氣藏;三次運移;思路中圖分類(lèi)號:TE122.3文獻標識碼:A文章編號:1000-8527(200)04-0580-06Dynamics of Secondary Petroleum Pool FormationZHANG Shu-Iin', ZHANG Yu-ming, GUO Fei-fei(1. Faculty of Earth Resources, China Unirersity of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China;2. Northeast Company, SINOPEC, Changchun, Jilin 130062, China)Abstract: Dynamics of secondary petroleum pool formation is to study the power and process from primary petro-leum pool destroyed to secondary petroleum pool forming, and to sum up the formation models for a series ofpools. The base is the geological functions that cause the formation of secondary petroleum pools. The core is thetypes of spilling from primary pools, the power and flow process of petroleum tertiary migration. The aim is tosummarize the formation models of secondary petroleum pools. There are three geological functions includingstructural stress, water power and the combination of both that form secondary petroleum pools. Oil and gas whichspilled from the bottom of the primary pools migrate in the way of seepage flow mainly influenced by floatageHowever, the ones which spilled from the top can seep, and also can migrate in the way of inrushing flow causedby overpressure. Formation models of pools contain three kinds: vertical accumulation over the dynamic system ofpool formation, lateral accumulation and vertical accumulation in the dynamic system of pool formationKey words: dynamics of pool formation; secondary petroleum pool; tertiary migration; thread of thought0引言動(dòng)力學(xué)為核心,通過(guò)地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)的綜合分析研究油氣分布的綜合性學(xué)科。近十動(dòng)力學(xué)研究是上世紀九十年代以來(lái)石油地質(zhì)幾年來(lái),在流體輸導系統、盆地能量場(chǎng)演化與流學(xué)發(fā)展的重要特點(diǎn)之一。石油地質(zhì)動(dòng)力學(xué)是個(gè)內體流動(dòng)樣式、油氣成藏機理與充注歷史分析和模涵豐富的概念-2,涉及石油地質(zhì)各個(gè)層次的驅擬等方面都取得了長(cháng)足的進(jìn)展。鑒于成藏動(dòng)力學(xué)動(dòng)力及作用過(guò)程。成藏動(dòng)力學(xué)可以簡(jiǎn)單地概括為還處于分層次和要素研究階段,筆者曾提出以油對油氣成藏驅動(dòng)力和作用過(guò)程的研究,也可以認氣運移和聚集的驅動(dòng)力及作用過(guò)程為核心來(lái)分析為是以盆地動(dòng)力學(xué)為基礎、以流體動(dòng)力學(xué)和化學(xué)油氣中國煤化工思路和方法。CNMHG收稿日期:2008-04-10;改回日期:2008-05-20;責任編輯;孫義梅作者簡(jiǎn)介:張樹(shù)林,男,教授,1962年出生,礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè),主要從事盆地構造與油氣運移教學(xué)和研究Email:slzhang@cug,edu.cn.4張樹(shù)林等:油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)581我國廣泛分布次生油氣藏,而次生油氣藏又具有2油氣次生成藏的地質(zhì)作用油氣源、運移途徑和時(shí)期相對比較容易分析的優(yōu)勢,對其成藏動(dòng)力學(xué)的探討,既有助于對系列油原生油氣藏受破壞的本質(zhì)是原有溢出點(diǎn)的改氣藏乃至復式油氣聚集帶的發(fā)現,又能有效促進(jìn)變和新溢出點(diǎn)的產(chǎn)生,所有使原生油氣藏的圈閉成藏動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。容積、封閉條件和水動(dòng)力條件發(fā)生變化的地質(zhì)作用都能對原生油氣藏造成破壞,但原生油氣藏的油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)及其研究的破壞并不一定導致次生油氣藏的形成,有些直接基本思路溢散到地表成為油氣苗。只有在三次運移路徑上油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)屬于成藏動(dòng)力學(xué)的一個(gè)有適宜的圈閉,使從原生油氣藏中溢出的油氣又分支,主要研究從原生油氣藏破壞到次生成藏的聚集成次生油氣藏,這種破壞原生油氣藏的地質(zhì)驅動(dòng)力及其作用過(guò)程,進(jìn)而總結其成藏模式,探作用才是油氣產(chǎn)生次生成藏的地質(zhì)作用。因此,討從原生油氣藏到次生油氣藏的系列油氣藏分布,能對原生油氣藏造成破壞的地質(zhì)因素很多,而常直接為指導油氣勘探服務(wù)。見(jiàn)的形成次生油氣藏的地質(zhì)作用主要為構造、水次生成藏作用是從原生油氣藏破壞開(kāi)始,造力以及二者作用的復合。成原生油氣藏破壞的驅動(dòng)力來(lái)源、作用方式和過(guò)21構造作用程是油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)研究的基礎,油氣從原構造作用主要表現為在構造應力作用下地層的生油氣藏中溢出到次生成藏的三次運移驅動(dòng)力及變形和斷裂。地層褶皺或傾斜可以通過(guò)改變原生油過(guò)程是核心,充注形成次生油氣藏是結果。氣藏溢出點(diǎn)位置而使圈閉容積發(fā)生變化,同時(shí)能為油氣次生成藏地質(zhì)作用、油氣溢出方式、三溢出的油氣提供圈閉;斷裂作用主要是在原生油氣次運移的驅動(dòng)力和流動(dòng)方式、最后聚集成次生油藏中產(chǎn)生新的溢出點(diǎn),同時(shí)為溢出的油氣向淺層運氣藏是具有成因聯(lián)系的4個(gè)方面(圖1)。構造和水移提供通道。最典型的次生成藏構造作用是斷陷盆力作用既可能造成底部溢出,也可能造成頂部溢地的構造反轉,如松遼盆地十屋凹陷的中央反轉構出,構造和水力的復合作用在理論上可以造成底造帶(圖2),沿早期同生正斷層的反轉活動(dòng),既破部溢出,但一般常見(jiàn)的是頂部溢出。底部溢出的壞了深部原生油氣藏的封閉條件,又為油氣大規模油氣一般都是以緩慢滲流的方式進(jìn)行三次運移,垂向三次運移提供有利通道,還在淺層形成大規模并在原生油氣藏內側向聚集形成次生油氣截;在斷層傳播褶皺,為次生成藏提伏聚集場(chǎng)所主要以浮力驅動(dòng)的頂部溢出的油氣也以緩慢滲流的方式進(jìn)行三次運移,主要在原生油氣藏所在的成藏動(dòng)力系統內垂向聚集形成次生油氣藏;在超壓驅動(dòng)下頂部溢出的油氣則表現為周期涌流般運移到原生油氣藏所在的成藏動(dòng)力系統之上垂向聚集形成次生油氣藏。藏作用溢出類(lèi)型底部溢出部溢出力及流x常爪滲流超壓涌流圖2松遼盆地十屋凹陷小五家子反轉構造地震剖面line 1700)成藏模式系統內側向系統內垂向跨系統垂向Fig 2 Thic profile of Xiaowujiazi inversion struc-M凵中國煤化工圖1油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)研究基本思路框圖地震反CNMHG二段底;T,泉Fig1 The frame of study dynamics of secondary petroleum頭組一段底;4登婁庫組底;T.營(yíng)城組底;T,沙河子組pool formation底;Ty火石嶺組底現代地質(zhì)008年2.2水力作用溢出,原生油氣藏內能殘留多少油氣主要取決于水力作用包括水動(dòng)力和超壓造成的水力破裂。溢出類(lèi)型0和破壞程度。原生油氣藏的勘探價(jià)值2.2.1水動(dòng)力還與次生成藏作用時(shí)期有關(guān):對于次生成藏作用水動(dòng)力通過(guò)油(氣)水界面傾斜改變溢出點(diǎn)位后沒(méi)有油氣生成和二次運移的盆地而言,原生油置。靜水條件的油水界面是水平的,在水動(dòng)力作氣藏為殘留油氣藏;如果次生成藏作用后繼續有用下油水界面向水流方向傾斜,從而使在閉合構油氣供給,原生油氣藏可以再充滿(mǎn)為整裝油氣藏。造范圍聚集的油氣可能沿水流方向超出溢出點(diǎn),3.1底部溢出溢出的油氣在同層內側向三次運移至下一個(gè)圈閉如果原生油氣藏破壞后的溢出點(diǎn)位于底部聚集成次生油氣藏。將只有部分油氣從原生油氣藏中溢出,并側向運2.2.2水力破裂移到同層圈閉內次生成藏。由于在重力分異作用Secor最早注意到在異常高孔隙流體壓力作用下,底部溢出的主要是原生油氣藏中的較重質(zhì)部下能產(chǎn)生微裂隙,稱(chēng)之為水成裂隙,Eer分,原生與次生油氣藏的油氣性質(zhì)和組分變化與-根據斷裂力學(xué)理論,考慮到應力集中現象等系列背斜圈閉的差異聚集結果相似,在原生油氣提出了裂隙擴展模型,認為水力破裂在地下巖層藏內保存的為氣或較輕質(zhì)的油,而次生油氣藏內中是相當普遍的地質(zhì)現象,并由此可產(chǎn)生斷層甚聚集的為較重質(zhì)的油或少量氣。至流體底辟。天然盆地不是一個(gè)均質(zhì)體,構造應造成底部溢出的次生成藏作用主要有在構造力在盆地內也不是均勻分布,在有先期斷層存在應力作用下的地層褶皺或傾斜作用和水動(dòng)力作用。處、張性或張扭性隱伏斷裂帶和構造轉換帶等構這種作用主要改變原生油氣藏的容積而不改變其造軟弱帶更有利于產(chǎn)生水力破裂,也有利于裂隙擴展。超壓體系中的剩余孔隙流體需要一定途徑封閉條件,所以無(wú)論次生成藏后有沒(méi)有新的油氣源,原生油氣藏始終是整裝的,次生成藏作用只可以起這種輸導作用:在沒(méi)有先期通道條件下,使原生油氣藏的規模變小主要通過(guò)產(chǎn)生水力破裂釋放剩余孔隙流體32頂部溢出如果在水力破裂超壓流體釋放帶有原生油氣如果次生成藏作用破壞了原生油氣藏的封閉藏,在超壓釋放過(guò)程中肯定要遭到一定程度的破條件,破壞后的溢出點(diǎn)位于頂部,溢出的油氣量壞,油氣可能沿水力破裂帶溢出,隨水流發(fā)生三取決于封閉條件的破壞程度,即破壞后的封閉能次運移,并在該超壓體系之外的圈閉內還可以聚力。如用油氣柱高度來(lái)衡量,原生油氣藏中能殘集成次生油氣藏。留的油氣柱高度為破壞后所能封閉的油氣柱高度2.3復合作用的一半左右0-1,其他的油氣都將從頂部溢出、褶皺與水動(dòng)力作用的復合可以破壞原生油氣垂向運移到上部圈閉內次生成藏。這種溢出過(guò)程藏,但形成次生油氣藏的很少,至今還沒(méi)有相關(guān)和再聚集的結果與系列圈閉頂部溢出并差異聚集的文獻報道。常見(jiàn)的復合次生成藏作用是斷裂與有所不同,后者為從氣到較輕質(zhì)油再到較重質(zhì)油水力破裂作用的復合。斷裂活動(dòng)期超壓流體可以有序溢出,并在系列圈閉中形成從下到上、從油沿水力破裂帶快速釋放,水力破裂也可以產(chǎn)生破藏到油氣藏再到氣藏的有序分布;而原生油氣藏裂帶,因此,在構造應力和超壓流體的聯(lián)合作用破壞的頂部溢出不一定是一個(gè)點(diǎn),常見(jiàn)的是切過(guò)下,超壓流體可以沿非活動(dòng)期的斷層運移,如果原生油氣藏的一條線(xiàn),因此,油和氣可以同時(shí)溢在超壓層內有原生油氣藏,其中的油氣伴隨超壓出并分別運移到上部圈閉中次生成藏。與系列圈流體釋放一起向上運移,并在淺層圈閉中聚集成閉頂部溢出并差異聚集相比,頂部溢出次生成藏次生油氣藏。渤海灣盆地內有大量次生油氣藏分的油氣聚集可以是無(wú)序的,在不同深度的圈閉內布在斷層的頂端,油氣顯然不是在這些同生正斷可以同時(shí)聚集油和氣(圖3)。層活動(dòng)期運移的,這種次生成藏是構造與水力復部屮的生成藍作用主要有斷裂活合作用的結果。中國煤化工土造應力與超壓的3油氣的溢出及原生油氣藏的保存復合CNMHG生油氣藏的封閉條件,殘留規?？梢杂泻艽蟮牟顒e,不過(guò)對斷層原生油氣藏遭到破壞后,油氣將部分或全部遮擋油氣藏而言,在次生成藏作用結束后,原生第4期張樹(shù)林等:油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)圖3松遼盆地十屋凹陷小五家子次生油氣藏剖面圖(地震反射界面代表的地層界面同圖2)Fig- 3 The profile of secondary petroleum pools in Xiaowujiazi, Shiwu sag, Songliao basin油氣藏又可以恢復原來(lái)的封閉能力,如果有油氣42以超壓作用為主的涌流源繼續供給,原生油氣藏還可以達到原來(lái)的規模。在地下水濕介質(zhì)中,分散的油氣很難像超壓流體釋放一樣快速涌流,據Hoer研究,這種4油氣三次運移的驅動(dòng)力及過(guò)程二次運移只能發(fā)生在成熟生油巖段內,即油濕介油氣三次運移的驅動(dòng)力主要為浮力和超壓流質(zhì)中。由于原生油氣藏中的油氣占據了主體孔隙空間,超壓水流在“水洗”作用下可以攜帶油氣以體的異常高壓,緩慢滲流的水動(dòng)力在一定條件下快速涌流進(jìn)行長(cháng)距離三次運移,在渤海灣盆地這起輔助作用。不同驅動(dòng)力作用下三次運移的方式種垂向三次運移的距離可以達到1500m以上。和結果有較大的差異。在常壓或低壓環(huán)境下為以浮力作用的滲流,在超壓系統內部也為以浮力作超壓作用下的涌流與緩慢滲流有很大的差別,油氣可能不是以連續油氣柱的方式溢出,而是被用為主的滲流;在超壓流體釋放過(guò)程中運移油氣快速水流沖散為若干油氣柱,并分別攜帶到常壓的方式主要為涌流。因此,底部溢出的油氣都以或壓力較低環(huán)境的儲集層中次生成藏。因此,這滲流方式進(jìn)行三次運移,而頂部溢出的油氣可能種次生成藏不是一個(gè)有序充注過(guò)程,儲集層能否為滲流,也可能以涌流方式進(jìn)行三次運移。捕獲油氣是有一定隨機性的,這主要取決于進(jìn)入4.1以浮力作用為主的滲流該儲集層的水流是否攜帶油氣柱,造成次生油氣油氣以浮力作用為主進(jìn)行滲流的三次運移與藏分散、充滿(mǎn)程度低。如渤海灣盆地北大港油田次運移的特點(diǎn)基本相似,二者成藏的充注過(guò)程新近系次生油氣藏的含油氣井段可以達600m以也基本相同,主要差別表現在運移速度和運移上,但在含油氣井段內油、氣、水層間互,每個(gè)效應。油氣二次運移是從分散到集中的過(guò)程,長(cháng)油氣層的油氣柱高度都很小(圖4距離二次運移往往有明顯的“地層色層”效應;油中國煤化工氣三次運移是以連續油氣柱快速通過(guò)地層,運移5油CNMHG途中損失的極性組分和高分子很少,“色層效應”在系列油氣藏中-1,次生成藏主要受次生不明顯成藏作用、溢出方式和三次運移條件控制,油氣58現代地質(zhì)圖4渤海灣盆地黃驊坳陷北大港新近系明化鎮組次生油氣藏剖面圖Fig 4 The profile of secondary petroleum pools in Minghuazhen Formation of Beidagang, Huanghuapression, Bohai Bay Basin運移和聚集的驅動(dòng)力和作用過(guò)程是核心。成藏動(dòng)向與垂向次生成藏的次生成藏作用、溢出方式和力系統為具有相同成藏條件的油氣運移和聚集單聚集結果都不一樣。元;因此,在同一成藏動(dòng)力系統內次生成藏與跨5.1.1側向次生成藏模式成藏動(dòng)力系統次生成藏有很大的差異。次生成藏作用主要有兩種:一是在構造應力5.1同成藏動(dòng)力系統內次生成藏模式作用下的地層褶皺或傾斜作用;二是水動(dòng)力作用。原生油氣藏被破壞后,油氣在本成藏動(dòng)力系原生油氣藏的圈閉容積改變后剩余油氣從底部溢統內運移并聚集成次生油氣藏。無(wú)論是在常壓還出中國煤化工移,并在同層上是在超壓成藏動(dòng)力系統內,由于油氣從溢出到充傾方CNMHG生油氣藏。除次注的動(dòng)力條件變化不大,都是在以浮力作用為主生成藏作用外,側向次生成藏與系列背斜圈閉差的條件下滲流,在系列圈閉中有序充注;但是側異聚集的過(guò)程和結果基本一樣,在油氣分異的情第4期張樹(shù)林等:油氣次生成藏動(dòng)力學(xué)況下,原生油氣藏以氣為主,而次生油氣藏以油生油氣藏都主要以同一斷層遮擋,并沿斷裂垂向為主,只是三次運移可能比二次運移的“色層效分布,但原生油氣藏和次生油氣藏的封閉類(lèi)型應”小得多。流體壓力和水循環(huán)系統都不同。以渤海灣盆地北5.1.2垂向次生成藏模式大港油田為例,原生油氣藏處于異常高壓界面以次生成藏作用主要是在構造應力作用下的破下、受壓實(shí)水流控制的生油層系內,以斷面封閉裂作用,可以是斷層,也可以是裂縫,使原生油為主;次生油氣藏垂向分布井段長(cháng),但不連續氣藏的封閉條件遭到破壞,油氣從頂部溢出,以為油水互層,處于靜水壓力或異常低壓帶,受大滲流方式進(jìn)行垂向三次運移,并在同一成藏動(dòng)力氣水流控制為主,以斷層兩盤(pán)巖層排驅壓力差封系統內原生油氣藏上方的下一個(gè)圈閉內聚集成次閉為主,斷層兩盤(pán)油層與水層(或油層)的鄰接關(guān)生油氣藏。由于三次運移通道不是儲集層,油氣系符合排驅壓力差封閉條件,但垂向上油層與水按排驅壓力差封閉模式向儲集層充注。一般來(lái)層分布不符合Smth或Alan模式-。說(shuō),油氣不能進(jìn)入比通道排驅壓力高的儲集層,而只有比通道排驅壓力低的儲集層才能儲集油氣,參考文獻:并據此可以評估通道的排驅壓力。這種充注過(guò)程[]佩羅東A石油地質(zhì)動(dòng)力學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,與頂部溢出型的差異聚集模式相似,但由于溢出方式的差異,頂部溢出差異聚集模式是從點(diǎn)溢出,[2]孫永傳,陳紅漢石油地質(zhì)動(dòng)力學(xué)的內涵與展望[打].地在系列圈閉中下部為油、上部為氣的分布規律性(3]郝芳,鄒華耀,姜建群、油氣成藏動(dòng)力學(xué)及其研究進(jìn)展強;垂向次生成藏是在原生油氣藏頂部大范圍溢1.地學(xué)前緣,200.07(3):11-21出,油和氣可以同時(shí)溢出并沿不同的軌跡進(jìn)行三[4]張樹(shù)林,田世澄,陳建渝,等.斷裂構造與成藏動(dòng)力系統次運移,由此充注成的系列次生油氣藏可以在不[].石油與天然氣地質(zhì),1997,18(4):261-266同深度的圈閉內都有油或氣。如松遼盆地十屋凹5]張樹(shù)林,田世澄,陳建渝,等南堡凹陷的斷裂構造與油氣三次運移[J].石油與天然氣地質(zhì),1996,17(4):262陷中央反轉構造帶中的小五家子油氣田,在不同深度的次生油氣藏中都有油和氣(圖3),而且由(6] Secor D T. Role of fluid pressure in joining. American于原生油氣藏是后期高成熟產(chǎn)物再充注的,目前Joural of Science, 1965. 265: 230-245在深部發(fā)現的都是氣[7] Engelder T. Natural Hydraulic Fracturing in Rock Joints [M]5.2跨成藏動(dòng)力系統的垂向次生成藏模式Rotterdam: Balkema, 1990般在斷裂、超壓產(chǎn)生水力破裂及其復合作[8]張樹(shù)林,黃耀琴,黃雄偉.流體底辟構造及其咸因探討[打].地質(zhì)科技情報,19,18(2):19-2用下,超壓成藏動(dòng)力系統內的原生油氣藏有可能[9] Hooper EC D. Fluid migration along growth faults in compactin在超壓流體釋放過(guò)程中遭到破壞,油氣從頂部溢 sediments[]. Journal of Petroleum Geology,9g,14(2)出,隨水流以涌流進(jìn)行垂向三次運移,到上部常壓或超壓相對較低的成藏動(dòng)力系統內聚集成次生[0)張樹(shù)林,田世澄不同滋出類(lèi)型的差異聚集與斷層的封閉性分析[門(mén)]現代地質(zhì),1993,7(2):235-243油氣藏。[11] Schowalter T T. Mechanics of secondary hydrocarbon migration跨成藏動(dòng)力系統垂向次生成藏主要特點(diǎn)是and entrapment [J]. AAPG Bulletin, 1979, 63(5):723異常超壓為三次運移的主要動(dòng)力,三次運移通道760.就是超壓流體釋放通道;三次運移時(shí)期具有周期12】張樹(shù)林復式成藏動(dòng)力學(xué)[J],現代地質(zhì),199,114):性,超壓流體釋放后原生油氣藏的封閉能力可以恢復,直到下次超壓流體釋放之前,原生油氣藏1]張金川,金之鈞,袁明生,等油氣成藏與分布的遞變序列[].現代地質(zhì),2003,17(3):323-30能再聚集油氣;受水洗和泄壓層多的影響,一般(41 Smith D A. Theoretical consideration of sealing and nonsealin次生油氣藏常比較分散,只有在油源特別充足faults[J]. AAPG Bulletin, 1966, 50(12):363-374且有多周期流動(dòng)旋回時(shí),才能形成大型整裝油氣[15] Allan Us. Model for hydrocarbon migration and trapment within藏,如渤海灣盆地的孤島油田;次生油氣藏和原中國煤化工1989,(7):803CNMHG