一个储量可再生的石油地质模型❶

崔永强 马广宇 杨丰瑞

大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆，163712

石油地质教科书给出的传统石油地质模型是：几十个百万年之前石油生成，经过初次运移、二次运移进入现今油气藏，油藏形成后可能发生油气漏失减少，储量只减不增。本文认为，现今油气藏储量存在两个方向的变化趋势，一方面发生不可避免的油气逸散损失，另一方面深部油源将进行源源不断的补充，而且储量补充规模远大于储量损失规模。

大庆油田开发初期，就发现油层下部的油水过渡带的底界不是水平的。长垣西侧其海拔为-1250m，而东侧却为-1220m，相差30m，尚处于水动力学的非平衡状态。有学者认为，这是该部位不断有油气沿基底断裂向上补充、运移的结果【1】。如果石油仅仅来自沉积层，油藏形成于几十个百万年以前，这种现象是不应该存在的。因为萨尔图、葡萄花、高台子油层埋藏较浅、孔渗条件优越，且高角度断裂非常发育，油气藏经过几十个百万年的调整，长垣两侧应达到水动力平衡状态，两侧具统一的油水界面。唯有长垣西侧发生了较强的油气补充才可能维持两侧高达30m的油水界面差。

下面阐述油气补充的动力来源、物质来源、地质背景及工业意义。

1 天然地震实现油气藏能量供给

辽河油田距海城及唐山分别为 50km和360km左右。1975年2月4日海城7.3级和1976年7月28日唐山7.8级地震前，油田的油井生产动态(产量、压力等参数)曾出现较明显的异常【2】。以兴5井为例，该井于深1675m处钻遇断点，断距95m，是一口以气为主的自喷井，产少量油和水。1974年10月9日前平均日产液2m3左右。海城地震前三个多月，1974年10月9日18时，听到出油声音异常，日产液量猛增到 40t。其中水量为17 18 m3，油压由8.92MPa(88 atm)下降为8.41MPa(83atm)，套压由 10.84MPa(107atm)升到12.46MPa(123atm)，井底流动压力也相应增高，由10月8日的11.83MPa(116.8atm)上升到10月11日的 13.88MPa(137atm)。以后产液量缓慢下降，震前为33.7t，震后产液量仍保持在35t左右。三个月后，于1975年5月24日突然停喷，变化异常长达7个半月。关井半月，开井后产液量又恢复到1974年10月9日以前的水平。

兴5井资料表明，大地震可以造成油层能量的大规模补充。类似实例还有，如1969年3月埃及苏伊士湾出口处6.1级地震前14个月开始，距震中约100km的油井喷油量发生剧烈变化；1970年5月前苏联达吉斯坦6.7级地震前3天，距震中40 50 km的23号井出油量增大了6 7倍；1977年新疆库车5.5级地震前，某深380 m的废油井于震前突然又自喷，喷出流体的含油率为18.4%，震后停喷，且地震频度与自喷量有很好的对应关系【3】。

大庆地区1907 1980年，有记载的3.0级以上天然地震共发生了26次，平均2.81年发生1次，1981 1995年3.0级以上的天然地震共发生了9次，平均1.67年发生1次【4】。近期有2003年4月16日至7月31日吉林松原震群活动，2005年7月25日大庆市林甸县花园乡5.1级地震等。这些天然地震不可避免地为油气藏补充了能量，能量的补充形式即流体和压力的强烈供给。流体供给表现为油气产量上升，压力供给表现为异常高压。

世界上180多个具有超压特征的盆地，其中160多个为富油气盆地。超压与油气的富集、分布有着密切关系。以往文献对异常高压油气藏形成机理归为：①不均衡压实作用；②水热增压作用；③成岩作用；④烃类生成作用；⑤构造抬升；⑥构造挤压。本文作者结合各异常高压油气藏形成实例，剖析了异常高压油气藏与深部沟通的断层和储层盖层的匹配关系，提出形成异常高压的主要原因是深部高压流体供给的结论【5】。

2 地幔流体是碱性地层水的来源

碱性地层水是传统石油地质学尚未注意的研究领域。松辽盆地地层水、浅层地下水、湖泊水的初步研究表明，其pH值均显碱性。分析松辽盆地及周边地区地层水 pH值分析数据 2014个，碱性地层水数据1951个，占样品数96.8%。中性的样品数12个，酸性的样品数41个。浅层地下水是工业用水和饮用水的来源，其pH值在7.3 8.9之间❶❶据大庆油田水文地质专题报告集（大庆水文地质队,1986年10月）整理。地表湖泊 pH值在7.2 9.8之间【6】。土壤盐碱化现象普遍，pH值在7.7 8.9之间【7】。

松辽盆地储层研究表明，从埋深500m的砂岩储层到埋深 4500m火山岩储层普遍发育碱交代作用，其中钠质交代类型有钠铁闪石化、钠长石化、方沸石化、碳钠铝石化和青盘岩化等。这些钠交代作用的共同特点是，都有钠离子的带入，并形成了大量的富钠蚀变矿物。钾质交代作用根据形成新的含钾矿物种类有水白云母化（水云母化、伊利石化）作用、铁黑云母化作用、铁白云母化作用。松辽盆地白垩系砂岩中，斜长石碎屑和钾长石相对含量随着埋深的变化呈有规律的变化，到3000m时，斜长石碎屑基本完成钠长石化过程【8】。钠长石化由上至下逐渐增强的变化表明，钠来自深部向上逐渐消耗。

由此可以设想整个松辽盆地从地表到深部储层的流体均为碱性流体。据计算，1km3的花岗岩如全部碱交代为钠长石岩，则大体需要 1.56×108tNa的带入【9】。我们知道，地层水有三个主要来源：原始沉积孔隙水和地表渗入水；沉积有机质生烃伴生的酸性水；盆地深部上涌的碱性水。而碱性地层水的三个来源是：碱层、海水、深部流体。那么，松辽盆地是陆相沉积盆地，与海水无关；松辽盆地不发育膏盐岩层，所以不存在碱的地层来源；松辽盆地碱性地层水只有来自深部上涌的碱性水。储层中如此巨量的碱正是来源于碱性地幔流体。

中国东部地幔岩捕掳体研究表明，地幔岩中含有大量的碱【10】。我们最近将取自松辽盆地周边的地幔橄榄岩进行研磨后清水浸泡2h，清水的pH值由浸泡前的5.8上升至9.9，说明地幔岩中确实含有大量的碱，并且极易溶解。

3 地幔流体是深部油气的来源

地幔流体本质上即烃碱流体，简称HACONS，其中H代表氢，A代表碱，主要是钾、钠，C代表碳，O代表氧，N代表氮，S代表硫。在地幔条件下，烃和碱密不可分【9】。我们用3种方法进行了地幔橄榄岩捕掳体的溶解烃试验，证实地幔岩橄榄岩中烃类的存在。用二氯甲烷提取橄榄岩的可溶烃类主要包括C14～C17之间的系列正构烷烃；用正己烷提取的可溶烃种类更加丰富，其质量色谱图上清晰显示了C15～C24之间的系列正构烷烃和其它一些支链烷烃；用吹扫捕集法提取的可溶烃，其质量色谱图上显示了C13～C21之间的系列正构烷烃。

据估算，整个上地幔岩石圈含有 43.5×1016t的气体【11】。实验证明，上地幔气体主要成分是H2、CH4、CO【12】。这些气体由上地幔上升到地表的过程中，在中地壳温压条件下发生费-托合成形成油气。CO加H2合成烃的工业化费-托合成反应(Fischer-Tropsch Synthesis) 是将煤或天然气转化为发动机燃料的重要途径之一，该反应体系是复杂强放热反应体系。根据催化剂的不同，可以生成烷烃、烯烃、醇、醛、酸等多种有机化合物。据文献【13】介绍，由金刚石包体所含地幔挥发组分计算出地幔中可分泌出烃的数量是 1015t【14】。在地球排气过程中，这些烃类在合适的捕获条件下，将有部分补充现今油气藏，其余的和碱性流体一道排放到地表逸失。

松辽盆地天然气中有来自地球深部的组分，如 H2、He、CO、N2等。据统计，H2含量大于10%的钻井16口，芳深4井在3170～3134m井段试气H2含量高达39.549%；He含量大于0.2%的钻井有11口，葡深1井在4012～4019井段试气He含量高达0.412% ；CO含量大于10%的钻井有14口，达深1井在3093～3102m井段试气CO含量高达38.724%；N2含量大于95%的钻井有12口，升深6井在3465～3493m井段试气N2含量高达99.51%。

松辽盆地工业性 CO2气藏来源于地幔是石油界的共识，吉林探区和大庆探区已提交CO2储量3000×108m3。松辽盆地徐家围子断陷深层烃类气已提交储量2000×108m3，其中主要生产井的天然气甲烷同系物碳同位素值呈反序排列（ δ13C1＞δ13C2＞δ13C3＞δ13C4）， 根 据 戴 金 星 等（2008）提出的天然气成因地球化学指标【15】，甲烷同系物碳同位素值呈反序排列的天然气为地幔来源。

4 上地幔和软流层隆起是地幔流体上升的前提

松辽盆地上地幔强烈隆起，为地幔流体上升准备了良好的地质条件。松辽盆地沉降最深的古龙凹陷埋深为 10.05km，但其上地幔软流层隆起幅度却比东西两侧山区分别高出53km和31km。松辽盆地沉降中心的岩石圈和地壳厚度，分别为57km和29km，而盆地东侧张广才岭的岩石圈和地壳厚度，分别为110km和38km，西侧大兴安岭的岩石圈和地壳厚度，分别为88km和40km【16】。遵照重力均衡原理，上地幔软流层隆起是盆地沉降、中地壳侧迁导致重力亏空的必然结果。软流层大幅度隆起导致上覆岩石圈地幔和下地壳在隆起高部位产生张性断裂，使得蕴藏在上地幔软流层中的气体大规模向上运移，进入地壳和沉积盆地。

与松辽盆地类似，国内外一些特大型油气盆地地壳结构都具有强烈的上地幔隆起特征【17】。像俄罗斯的滨里海盆地和西西伯利亚盆地，墨西哥湾盆地，英国的北海盆地，波斯湾盆地，其可采储量都在n×109t以上。这类特大型油气区的地壳结构突出特点是：基底坳陷深，达 10～20km；莫霍面强烈上隆，隆起幅度达8～l0km或更大；结晶地壳厚度急剧减薄，在盆地中央仅厚 10～20km；莫霍面的界面速度在盆地中央地区偏低，向盆地边缘方向增高。这些地区软流层的顶面上隆，埋深仅50～100km，比周围地区要浅100km以上，热流值也显著偏高，达60～70m W / m2或更高，中、新生代火山、岩浆活动强烈。

而大型贫油气盆地的地壳结构特征是：巨厚的沉积盖层下面不存在强烈的莫霍而隆起，甚至莫霍而上存在凹陷。这类地区的热流值偏低，软流层也相对较深，中、新生代岩浆活动微弱。如国内外都存在一些虽既大又深而油气储量却很少的内陆基底坳陷，像乌兹别克和俄罗斯境内的费尔干纳盆地和米努辛斯克盆地等，我国塔里木东部地区的英吉苏凹陷(为满加尔坳陷的一部分)，华北地区的临清坳陷等；还有一些沉积很厚的海相盆地钻探成果也很少，如法国西海岸的某些陆架盆地，美国东部陆棚和阿拉斯加湾等。其原因是这些大型盆地区的地壳结构特征与富油气盆地区完全不同。这些地质事实证明上地幔和软流层强烈隆起与油气富集的必然联系，强烈的上地幔隆起是地幔流体大规模进入含油气盆地的前提。

盆地缓慢沉降是松辽盆地及其周边新生代最重要的地质事件。第四纪沉积和松辽分水岭的形成显示了松辽盆地以缓慢下沉为主的差异性升降运动。松辽盆地江桥-白城地区第四纪沉积厚度255m，克山-林甸地区厚度525m，古龙—长岭地区厚度 254m，绥化—农安地区厚度 338m 。长岭弧形隆褶带在新第三纪—第四纪早更新世底面显示一个隆起带构造特征，至高点在平原中部的永久村，高程260m，高出周围50 60m，构成松辽分水岭【18】。

盆-山系形成和演化研究表明，盆地的沉降导致盆地中地壳的侧迁，周边山系抬升是中地壳侧迁的结果【19】。盆地沉降将导致上地幔软流层的进一步隆起，地幔物质大规模上涌进入沉积盆地。这是现代松辽盆地油气藏补充的原动力。天然地震和盆地周边火山活动是盆地沉降、中地壳侧迁、地幔物质上涌的必然反映。

5 幔源油气保障石油工业可持续发展

油气田存在补充的问题不但引起学者们的注意【20】，也得到了企业的高度重视【21】，王玉普院士曾撰文强调，“纵观世界主要油田开发史，至今还没有一个特大型油田完全枯竭；前苏联的巴库油田，一直被石油业视为油尽城衰的前车之鉴，但最近在里海地区又获得了重大发现，重新焕发了青春，这可能是萌生‘创建百年油田’的最简单的理由之一”。事实上，里海本身就是一个巨大的排气区。海底断裂纵横，有利向上排气。中里海每年排气 n×106n×107m3。排气膨胀吸热使海水降温，形成水合甲烷 (Голубовидр.， 2002)【22】。

В.И.索赞斯基指出，很多油气田可以长期采油而不枯竭，是因为油气田与深处有断裂、裂隙作为通道，不断有油气上涌补充油气田。例如乌克兰最大油田之一的戈聂金采夫油田自1959年开采以来采出石油量为计算可采储量的3倍，按采收率计算达到80%。巨大的列梁柯夫油田开采出的石油量是计算储量的1.5倍。已经废弃的普罗列达尔气田在经过15 20a后又完全恢复了原状，地层压力还是如1966年发现时那样。这种现象说明所有油气田都有自动恢复和自动发展的系统。因此所有世界上的油气藏实际上是取之不尽的，也就是说所有的油气田在经营中抽出了油气，随之而来的是又有新的油气补充到油气田中来【23，24】。

6 结论和建议

基于以上理由，本文建议开展石油地质模型深入研究，进一步证明深部流体对油气藏补充的重要性。深部油气补充与否，是中国油气工业可续发展的关键，是勘探部署和开发部署与调整的重要根据，其实践价值和理论意义不容低估。目前可以设置的研究内容包括：

（1）已开发油气田异常高压高产井的分布规律研究，找出其地质内涵，指导我们进行经济有效的井网部署。

（2）含油气盆地水动力学研究，将碱性深部流体、碱性储层流体、碱性地表流体进行整体研究，计算深部流体的补充速率。

（3）含油气盆地砂岩、火山岩、碳酸岩储层碱交代作用及其次生孔隙形成机制研究，为寻找深部储集空间、开展深部勘探提供理论依据。

（4）含油气盆地深部构造形成和演化研究，将地幔隆起、中地壳流变与含油气盆地形成和演化相联系，运用构造地质模型指导油气勘探。

（5）含油气盆地新生代构造运动研究，揭示地震、火山活动、地球排气与地幔流体活动的共同控制因素，为开展断隆山勘探、非盆地勘探（如大兴安岭勘探）提供理论准备。

建议国家有关部门将上述研究工作纳入“石油工业可持续发展”的重大攻关课题。如果以大庆油田为依托，以松辽盆地为目标，上述内容可概括为《松辽盆地深部流体及其对石油地质条件影响研究》。相信能够在较短时间内取得突破性研究成果，为油气勘探和开发生产带来重大的经济效益。

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