油气次生成藏动力学

第22卷第4期现代地质Vol 22 No 42008年8月GEOSCIENCEAug 2008油气次生成藏动力学张树林',张玉明2,郭飞飞(1.中国地质大学资源学院,湖北武汉430074;2.中国石化东北分公司,吉林长春130062)摘要:油气次生成藏动力学主要研究从原生油气藏破坏到次生成藏的驱动力及其作用过程,并总结从原生油气藏到次生油气藏的系列成藏模式。油气次生成藏地质作用是基础,油气溢出方式、三次运移的驱动力和流动方式分析是核心,总结系列成藏模式是目的。次生成藏主要有构造、水力和二者的复合3种地质作用。底部溢出的油气以浮力作用为主进行渗流,顶部溢出的油气可以是渗流,也可以是以超压作用为主的涌流。成藏模式包括跨成藏动力系统垂向成藏成藏动力系统内侧向成藏和垂向成藏3种。关键词:成藏动力学;次生油气藏;三次运移;思路中图分类号:TE122.3文献标识码:A文章编号: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引言动力学为核心,通过地质、地球物理和地球化学的综合分析研究油气分布的综合性学科。近十动力学研究是上世纪九十年代以来石油地质几年来,在流体输导系统、盆地能量场演化与流学发展的重要特点之一。石油地质动力学是个内体流动样式、油气成藏机理与充注历史分析和模涵丰富的概念-2,涉及石油地质各个层次的驱拟等方面都取得了长足的进展。鉴于成藏动力学动力及作用过程。成藏动力学可以简单地概括为还处于分层次和要素研究阶段,笔者曾提出以油对油气成藏驱动力和作用过程的研究,也可以认气运移和聚集的驱动力及作用过程为核心来分析为是以盆地动力学为基础、以流体动力学和化学油气中国煤化工思路和方法。CNMHG收稿日期:2008-04-10;改回日期:2008-05-20;责任编辑;孙义梅作者简介:张树林,男,教授,1962年出生,矿产普查与勘探专业,主要从事盆地构造与油气运移教学和研究Email:slzhang@cug,edu.cn.4张树林等:油气次生成藏动力学581我国广泛分布次生油气藏,而次生油气藏又具有2油气次生成藏的地质作用油气源、运移途径和时期相对比较容易分析的优势,对其成藏动力学的探讨,既有助于对系列油原生油气藏受破坏的本质是原有溢出点的改气藏乃至复式油气聚集带的发现,又能有效促进变和新溢出点的产生,所有使原生油气藏的圈闭成藏动力学的发展。容积、封闭条件和水动力条件发生变化的地质作用都能对原生油气藏造成破坏,但原生油气藏的油气次生成藏动力学及其研究的破坏并不一定导致次生油气藏的形成,有些直接基本思路溢散到地表成为油气苗。只有在三次运移路径上油气次生成藏动力学属于成藏动力学的一个有适宜的圈闭,使从原生油气藏中溢出的油气又分支,主要研究从原生油气藏破坏到次生成藏的聚集成次生油气藏,这种破坏原生油气藏的地质驱动力及其作用过程,进而总结其成藏模式,探作用才是油气产生次生成藏的地质作用。因此,讨从原生油气藏到次生油气藏的系列油气藏分布,能对原生油气藏造成破坏的地质因素很多,而常直接为指导油气勘探服务。见的形成次生油气藏的地质作用主要为构造、水次生成藏作用是从原生油气藏破坏开始,造力以及二者作用的复合。成原生油气藏破坏的驱动力来源、作用方式和过21构造作用程是油气次生成藏动力学研究的基础,油气从原构造作用主要表现为在构造应力作用下地层的生油气藏中溢出到次生成藏的三次运移驱动力及变形和断裂。地层褶皱或倾斜可以通过改变原生油过程是核心,充注形成次生油气藏是结果。气藏溢出点位置而使圈闭容积发生变化,同时能为油气次生成藏地质作用、油气溢出方式、三溢出的油气提供圈闭;断裂作用主要是在原生油气次运移的驱动力和流动方式、最后聚集成次生油藏中产生新的溢出点,同时为溢出的油气向浅层运气藏是具有成因联系的4个方面(图1)。构造和水移提供通道。最典型的次生成藏构造作用是断陷盆力作用既可能造成底部溢出,也可能造成顶部溢地的构造反转,如松辽盆地十屋凹陷的中央反转构出,构造和水力的复合作用在理论上可以造成底造带(图2),沿早期同生正断层的反转活动,既破部溢出,但一般常见的是顶部溢出。底部溢出的坏了深部原生油气藏的封闭条件,又为油气大规模油气一般都是以缓慢渗流的方式进行三次运移,垂向三次运移提供有利通道,还在浅层形成大规模并在原生油气藏内侧向聚集形成次生油气截;在断层传播褶皱,为次生成藏提伏聚集场所主要以浮力驱动的顶部溢出的油气也以缓慢渗流的方式进行三次运移,主要在原生油气藏所在的成藏动力系统内垂向聚集形成次生油气藏;在超压驱动下顶部溢出的油气则表现为周期涌流般运移到原生油气藏所在的成藏动力系统之上垂向聚集形成次生油气藏。藏作用溢出类型底部溢出部溢出力及流x常爪渗流超压涌流图2松辽盆地十屋凹陷小五家子反转构造地震剖面line 1700)成藏模式系统内侧向系统内垂向跨系统垂向Fig 2 Thic profile of Xiaowujiazi inversion struc-M凵中国煤化工图1油气次生成藏动力学研究基本思路框图地震反CNMHG二段底;T,泉Fig1 The frame of study dynamics of secondary petroleum头组一段底;4登娄库组底;T.营城组底;T,沙河子组pool formation底;Ty火石岭组底现代地质008年2.2水力作用溢出,原生油气藏内能残留多少油气主要取决于水力作用包括水动力和超压造成的水力破裂。溢出类型0和破坏程度。原生油气藏的勘探价值2.2.1水动力还与次生成藏作用时期有关:对于次生成藏作用水动力通过油(气)水界面倾斜改变溢出点位后没有油气生成和二次运移的盆地而言,原生油置。静水条件的油水界面是水平的,在水动力作气藏为残留油气藏;如果次生成藏作用后继续有用下油水界面向水流方向倾斜,从而使在闭合构油气供给,原生油气藏可以再充满为整装油气藏。造范围聚集的油气可能沿水流方向超出溢出点,3.1底部溢出溢出的油气在同层内侧向三次运移至下一个圈闭如果原生油气藏破坏后的溢出点位于底部聚集成次生油气藏。将只有部分油气从原生油气藏中溢出,并侧向运2.2.2水力破裂移到同层圈闭内次生成藏。由于在重力分异作用Secor最早注意到在异常高孔隙流体压力作用下,底部溢出的主要是原生油气藏中的较重质部下能产生微裂隙,称之为水成裂隙,Eer分,原生与次生油气藏的油气性质和组分变化与-根据断裂力学理论,考虑到应力集中现象等系列背斜圈闭的差异聚集结果相似,在原生油气提出了裂隙扩展模型,认为水力破裂在地下岩层藏内保存的为气或较轻质的油,而次生油气藏内中是相当普遍的地质现象,并由此可产生断层甚聚集的为较重质的油或少量气。至流体底辟。天然盆地不是一个均质体,构造应造成底部溢出的次生成藏作用主要有在构造力在盆地内也不是均匀分布,在有先期断层存在应力作用下的地层褶皱或倾斜作用和水动力作用。处、张性或张扭性隐伏断裂带和构造转换带等构这种作用主要改变原生油气藏的容积而不改变其造软弱带更有利于产生水力破裂,也有利于裂隙扩展。超压体系中的剩余孔隙流体需要一定途径封闭条件,所以无论次生成藏后有没有新的油气源,原生油气藏始终是整装的,次生成藏作用只可以起这种输导作用:在没有先期通道条件下,使原生油气藏的规模变小主要通过产生水力破裂释放剩余孔隙流体32顶部溢出如果在水力破裂超压流体释放带有原生油气如果次生成藏作用破坏了原生油气藏的封闭藏,在超压释放过程中肯定要遭到一定程度的破条件,破坏后的溢出点位于顶部,溢出的油气量坏,油气可能沿水力破裂带溢出,随水流发生三取决于封闭条件的破坏程度,即破坏后的封闭能次运移,并在该超压体系之外的圈闭内还可以聚力。如用油气柱高度来衡量,原生油气藏中能残集成次生油气藏。留的油气柱高度为破坏后所能封闭的油气柱高度2.3复合作用的一半左右0-1,其他的油气都将从顶部溢出、褶皱与水动力作用的复合可以破坏原生油气垂向运移到上部圈闭内次生成藏。这种溢出过程藏,但形成次生油气藏的很少,至今还没有相关和再聚集的结果与系列圈闭顶部溢出并差异聚集的文献报道。常见的复合次生成藏作用是断裂与有所不同,后者为从气到较轻质油再到较重质油水力破裂作用的复合。断裂活动期超压流体可以有序溢出,并在系列圈闭中形成从下到上、从油沿水力破裂带快速释放,水力破裂也可以产生破藏到油气藏再到气藏的有序分布;而原生油气藏裂带,因此,在构造应力和超压流体的联合作用破坏的顶部溢出不一定是一个点,常见的是切过下,超压流体可以沿非活动期的断层运移,如果原生油气藏的一条线,因此,油和气可以同时溢在超压层内有原生油气藏,其中的油气伴随超压出并分别运移到上部圈闭中次生成藏。与系列圈流体释放一起向上运移,并在浅层圈闭中聚集成闭顶部溢出并差异聚集相比,顶部溢出次生成藏次生油气藏。渤海湾盆地内有大量次生油气藏分的油气聚集可以是无序的,在不同深度的圈闭内布在断层的顶端,油气显然不是在这些同生正断可以同时聚集油和气(图3)。层活动期运移的,这种次生成藏是构造与水力复部屮的生成蓝作用主要有断裂活合作用的结果。中国煤化工土造应力与超压的3油气的溢出及原生油气藏的保存复合CNMHG生油气藏的封闭条件,残留规模可以有很大的差别,不过对断层原生油气藏遭到破坏后,油气将部分或全部遮挡油气藏而言,在次生成藏作用结束后,原生第4期张树林等:油气次生成藏动力学图3松辽盆地十屋凹陷小五家子次生油气藏剖面图(地震反射界面代表的地层界面同图2)Fig- 3 The profile of secondary petroleum pools in Xiaowujiazi, Shiwu sag, Songliao basin油气藏又可以恢复原来的封闭能力,如果有油气42以超压作用为主的涌流源继续供给,原生油气藏还可以达到原来的规模。在地下水湿介质中,分散的油气很难像超压流体释放一样快速涌流,据Hoer研究,这种4油气三次运移的驱动力及过程二次运移只能发生在成熟生油岩段内,即油湿介油气三次运移的驱动力主要为浮力和超压流质中。由于原生油气藏中的油气占据了主体孔隙空间,超压水流在“水洗”作用下可以携带油气以体的异常高压,缓慢渗流的水动力在一定条件下快速涌流进行长距离三次运移,在渤海湾盆地这起辅助作用。不同驱动力作用下三次运移的方式种垂向三次运移的距离可以达到1500m以上。和结果有较大的差异。在常压或低压环境下为以浮力作用的渗流,在超压系统内部也为以浮力作超压作用下的涌流与缓慢渗流有很大的差别,油气可能不是以连续油气柱的方式溢出,而是被用为主的渗流;在超压流体释放过程中运移油气快速水流冲散为若干油气柱,并分别携带到常压的方式主要为涌流。因此,底部溢出的油气都以或压力较低环境的储集层中次生成藏。因此,这渗流方式进行三次运移,而顶部溢出的油气可能种次生成藏不是一个有序充注过程,储集层能否为渗流,也可能以涌流方式进行三次运移。捕获油气是有一定随机性的,这主要取决于进入4.1以浮力作用为主的渗流该储集层的水流是否携带油气柱,造成次生油气油气以浮力作用为主进行渗流的三次运移与藏分散、充满程度低。如渤海湾盆地北大港油田次运移的特点基本相似,二者成藏的充注过程新近系次生油气藏的含油气井段可以达600m以也基本相同,主要差别表现在运移速度和运移上,但在含油气井段内油、气、水层间互,每个效应。油气二次运移是从分散到集中的过程,长油气层的油气柱高度都很小(图4距离二次运移往往有明显的“地层色层”效应;油中国煤化工气三次运移是以连续油气柱快速通过地层,运移5油CNMHG途中损失的极性组分和高分子很少,“色层效应”在系列油气藏中-1,次生成藏主要受次生不明显成藏作用、溢出方式和三次运移条件控制,油气58现代地质图4渤海湾盆地黄骅坳陷北大港新近系明化镇组次生油气藏剖面图Fig 4 The profile of secondary petroleum pools in Minghuazhen Formation of Beidagang, Huanghuapression, Bohai Bay Basin运移和聚集的驱动力和作用过程是核心。成藏动向与垂向次生成藏的次生成藏作用、溢出方式和力系统为具有相同成藏条件的油气运移和聚集单聚集结果都不一样。元;因此,在同一成藏动力系统内次生成藏与跨5.1.1侧向次生成藏模式成藏动力系统次生成藏有很大的差异。次生成藏作用主要有两种:一是在构造应力5.1同成藏动力系统内次生成藏模式作用下的地层褶皱或倾斜作用;二是水动力作用。原生油气藏被破坏后,油气在本成藏动力系原生油气藏的圈闭容积改变后剩余油气从底部溢统内运移并聚集成次生油气藏。无论是在常压还出中国煤化工移,并在同层上是在超压成藏动力系统内,由于油气从溢出到充倾方CNMHG生油气藏。除次注的动力条件变化不大,都是在以浮力作用为主生成藏作用外,侧向次生成藏与系列背斜圈闭差的条件下渗流,在系列圈闭中有序充注;但是侧异聚集的过程和结果基本一样,在油气分异的情第4期张树林等:油气次生成藏动力学况下,原生油气藏以气为主,而次生油气藏以油生油气藏都主要以同一断层遮挡,并沿断裂垂向为主,只是三次运移可能比二次运移的“色层效分布,但原生油气藏和次生油气藏的封闭类型应”小得多。流体压力和水循环系统都不同。以渤海湾盆地北5.1.2垂向次生成藏模式大港油田为例,原生油气藏处于异常高压界面以次生成藏作用主要是在构造应力作用下的破下、受压实水流控制的生油层系内,以断面封闭裂作用,可以是断层,也可以是裂缝,使原生油为主;次生油气藏垂向分布井段长,但不连续气藏的封闭条件遭到破坏,油气从顶部溢出,以为油水互层,处于静水压力或异常低压带,受大渗流方式进行垂向三次运移,并在同一成藏动力气水流控制为主,以断层两盘岩层排驱压力差封系统内原生油气藏上方的下一个圈闭内聚集成次闭为主,断层两盘油层与水层(或油层)的邻接关生油气藏。由于三次运移通道不是储集层,油气系符合排驱压力差封闭条件,但垂向上油层与水按排驱压力差封闭模式向储集层充注。一般来层分布不符合Smth或Alan模式-。说,油气不能进入比通道排驱压力高的储集层,而只有比通道排驱压力低的储集层才能储集油气,参考文献:并据此可以评估通道的排驱压力。这种充注过程[]佩罗东A石油地质动力学[M].北京:石油工业出版社,与顶部溢出型的差异聚集模式相似,但由于溢出方式的差异,顶部溢出差异聚集模式是从点溢出,[2]孙永传,陈红汉石油地质动力学的内涵与展望[打].地在系列圈闭中下部为油、上部为气的分布规律性(3]郝芳,邹华耀,姜建群、油气成藏动力学及其研究进展强;垂向次生成藏是在原生油气藏顶部大范围溢1.地学前缘,200.07(3):11-21出,油和气可以同时溢出并沿不同的轨迹进行三[4]张树林,田世澄,陈建渝,等.断裂构造与成藏动力系统次运移,由此充注成的系列次生油气藏可以在不[].石油与天然气地质,1997,18(4):261-266同深度的圈闭内都有油或气。如松辽盆地十屋凹5]张树林,田世澄,陈建渝,等南堡凹陷的断裂构造与油气三次运移[J].石油与天然气地质,1996,17(4):262陷中央反转构造带中的小五家子油气田,在不同深度的次生油气藏中都有油和气(图3),而且由(6] Secor D T. Role of fluid pressure in joining. American于原生油气藏是后期高成熟产物再充注的,目前Joural of Science, 1965. 265: 230-245在深部发现的都是气[7] Engelder T. Natural Hydraulic Fracturing in Rock Joints [M]5.2跨成藏动力系统的垂向次生成藏模式Rotterdam: Balkema, 1990般在断裂、超压产生水力破裂及其复合作[8]张树林,黄耀琴,黄雄伟.流体底辟构造及其咸因探讨[打].地质科技情报,19,18(2):19-2用下,超压成藏动力系统内的原生油气藏有可能[9] Hooper EC D. Fluid migration along growth faults in compactin在超压流体释放过程中遭到破坏,油气从顶部溢 sediments[]. Journal of Petroleum Geology,9g,14(2)出,随水流以涌流进行垂向三次运移,到上部常压或超压相对较低的成藏动力系统内聚集成次生[0)张树林,田世澄不同滋出类型的差异聚集与断层的封闭性分析[门]现代地质,1993,7(2):235-243油气藏。[11] Schowalter T T. Mechanics of secondary hydrocarbon migration跨成藏动力系统垂向次生成藏主要特点是and entrapment [J]. AAPG Bulletin, 1979, 63(5):723异常超压为三次运移的主要动力,三次运移通道760.就是超压流体释放通道;三次运移时期具有周期12】张树林复式成藏动力学[J],现代地质,199,114):性,超压流体释放后原生油气藏的封闭能力可以恢复,直到下次超压流体释放之前,原生油气藏1]张金川,金之钧,袁明生,等油气成藏与分布的递变序列[].现代地质,2003,17(3):323-30能再聚集油气;受水洗和泄压层多的影响,一般(41 Smith D A. Theoretical consideration of sealing and nonsealin次生油气藏常比较分散,只有在油源特别充足faults[J]. AAPG Bulletin, 1966, 50(12):363-374且有多周期流动旋回时,才能形成大型整装油气[15] Allan Us. Model for hydrocarbon migration and trapment within藏,如渤海湾盆地的孤岛油田;次生油气藏和原中国煤化工1989,(7):803CNMHG