论油气输导体系的层次性与动态性

2013-08-20林玉祥郭凤霞闫晓霞李晓凤刘虎孙宁富孟彩山东科技大学地质科学与工程学院山东青岛266590

石油天然气学报 2013年8期

林玉祥，郭凤霞，闫晓霞，李晓凤刘虎，孙宁富，孟彩（山东科技大学地质科学与工程学院，山东青岛266590）

油气输导体系是指具有输导油气能力的空间及形成这些空间的介质所组成的空间网络系统。输导体系作为沟通烃源岩与油气藏的 “桥梁”，既是油气聚集成藏的关键控制因素，也是输导体系层次性与动态性特征的重要体现。对输导体系层次性与动态性进行研究，有助于深刻认识油气运聚的规模与动态过程，揭示油气成藏的规律和发现新的油气藏[1]。首先，对于不同盆地、同一盆地不同规模的研究对象，其输导体系特征及其对油气成藏富集规律的控制作用有所不同。输导体系控制了油气运聚途径，不同类型的含油气盆地具有不同特征的输导体系，导致了油气输导方式的多样性[2]。因此有必要对输导体系的层次性进行研究。其次，输导体系在漫长的地质历史时期内是不断变化的，因此在研究输导体系时一定要有动态的观念[3]。只有油气大规模运聚时期的输导体系才能对油气成藏及其分布规律起到控制作用，因此对成藏期输导体系进行恢复，才能有效识别其输导能力与正确预测油气藏分布规律。

1 油气输导体系的层次性

不同类型的盆地，其输导体系具有不同的特点；同一盆地不同规模的输导体系对油气成藏与分布规律的控制作用也各不相同。此即油气输导体系的层次性。

1.1 不同类型盆地输导体系的特点

为研究输导体系的层次性，首先要确定含油气盆地的类型。笔者以板块构造和地球动力学为依据，将成盆动力机制分为拉张应力、挤压应力、剪切应力和垂向负荷4种，相应地发育裂谷、碰撞造山、走滑和稳定成盆环境，并进一步划分出16种盆地类型（表1）。由表1可以看出，我国的含油气盆地主要包括裂谷盆地、前陆盆地和克拉通盆地，其中裂谷盆地主要发育断陷盆地和坳陷盆地。

在断陷盆地，断裂发育对油气输导起到至关重要的作用，于舒杰等[4]将其输导体系分为树枝状、“T”型状和阶梯状3种。中央背斜带是以树枝状输导体系为主；缓坡带以阶梯状输导体系为主，而陡坡带以 “T”型状输导体系为主。

表1 盆地分类及中国陆上主要含油气盆地类型

坳陷盆地中央部位往往发育大型背斜构造带，斜坡部位常分布有不整合面，而与断陷盆地相比断裂不甚发育。因此，坳陷盆地中构造脊砂体或不整合面上下渗透性砂体是其主要的输导体系类型，形成中央背斜型油气藏和斜坡带地层不整合岩性油气藏[5]。

前陆盆地中，在褶皱－冲断带油气输导体系以断裂为主，而在前缘斜坡地带，油气主要沿砂体和不整合运移[1]。此外，前缘隆起带常发育张扭性断裂，油气通过断裂输导，在断块型圈闭中聚集成藏[6]。

海相克拉通盆地中不整合是重要的输导要素，特别是经过长期风化溶蚀的不整合具有很强的输导油气的能力[7]。这种风化壳溶蚀不整合常与走滑断裂构成油气远距离输导的通道[8]。在碳酸盐台地边缘常常形成沿台缘断裂输导油气的碳酸盐岩输导体系。早期海相沉积经过后期风化剥蚀及再埋藏后会形成古潜山构造，是油气聚集成藏的有利场所，而潜山顶面、侧面不整合是油气的优势输导体系[8]。

1.2 盆地内不同规模输导体系的层次性

纵观我国主要含油气盆地，同一盆地中盆地、区带和局部构造等不同规模与层次的输导体系，其特征及其对油气成藏富集规律的控制作用显著不同。以我国陆相断陷盆地输导体系与油气成藏规律的关系为例，盆地规模的输导体系控制了油气宏观的分布规律，决定了斜坡带、断阶带、断鼻带、断裂带、单斜带以及潜山带等二级构造带的油气资源的总体规模；区带规模的输导体系控制了二级构造带内部各局部构造之间油气分布的差异性，使有的圈闭富集油气，有的圈闭则无油气聚集；而圈闭规模的输导体系影响圈闭内油水分布和油气保存状况。现以渤海湾盆地歧南凹陷为例说明输导体系的不同层次对油气的控制作用不同（图1）。歧南凹陷烃源岩生成的油气，主要通过延伸至凹陷内部的连通砂体发生侧向运移，运移至断层后，沿断层发生垂向或横穿断层的运移，其中部分油气通过断层垂向运移至中浅层圈闭中聚集成藏，部分油气则穿过断层运移至上升盘，在中浅层圈闭中聚集成藏[9]。

图1中输导体系①决定了斜坡带油气的分布规律，油气从凹陷中心沿砂体孔隙侧向运移，至断层后，沿断层活动形成的断裂空间向上或横穿断层运移，遇到高渗透性的砂体后聚集成藏，运移距离长，受砂体展布和断裂活动的共同影响。输导体系②控制了局部圈闭中油气藏的形成与分布，油气从生烃中心向上运移至浅层后，继续沿着斜坡砂体侧向运移，因砂体尖灭聚集成藏，油气的运移受到砂体孔渗性和连通性的影响。输导体系③和④输导的油气向上运移至烃源岩附近的砂岩透镜体中，聚集成藏。

图1 岐南凹陷不同层次输导体系类型示意图

2 油气输导体系的动态性

输导要素及其组成的输导体系在地质历史时期内不是一成不变的，而是随着构造、沉积等地质条件变化而不断变化的。此即油气输导体系的动态性。这不仅表现在输导要素的变化，也表现在各要素之间的相互作用随着地质演化进程不断变化，从而导致输导体系的输导性能发生变化。油气输导体系动态性研究的目的在于确定大规模油气运聚时期的输导体系特征，弄清成藏期输导体系与油气分布的关系，预测未知油气藏。

2.1 输导层

输导层形成以后，其输导性质受到多种因素影响而不断变化，如孔隙压实、次生改造以及油气等流体对输导空间的改造。输导层输导性质既可以向好的方向变化，也可以向坏的方向变化[10，11]。压实作用使孔隙减小，降低输导层的输导能力；而次生改造以及流体对输导空间的改造具有不确定性，要具体分析。

2.2 断层

对于断层而言，在不同的历史时期，断层可能是开启或封闭的，其对油气的输导作用也有差异性[3]。断层输导体系性质的变化是幕式的，它是和断层本身的开启、闭合相一致的；而裂缝型输导体系的性质变化是幕式和渐变相结合的[10]。在油气聚集期，大规模活动的断层具输导性，停止活动的断层也不一定具封闭性，其封闭与否受到多种地质因素的控制，如断层两侧岩性配置、泥岩涂抹、断层特征、断面正应力等。对于不同地区不同的断层活动特征具有差异性，从而导致断层输导与封闭性能具有随时间变化的特征[11]。

2.3 不整合

不整合输导体系的性质在其形成之后变化不是特别显著，除非发生另一次抬升导致形成另一个不整合输导体系[10，12]。然而，由于不整合面上、下输导层的输导空间也会发生次生变化，不整合输导体系的输导性能在地质时期也是不断变化的[13]。例如不整合上下地层含均匀细粒黏土矿物较多时，地层较软，常形成卸荷－风化裂缝，形成重要的输导通道；此外底砾岩也是良好的输导通道[14]。

2.4 各类输导体系的综合变化

在一个含油气盆地中，当多种输导要素都起作用时，各种输导要素在时空上的匹配就很重要。根据不同输导要素输导能力随时间的变化的趋势，将各种类型输导要素的输导能力进行综合分析，以确定输导体系的综合输导能力（图2）。只有主要成藏期的输导体系才有可能形成具有商业价值的油气藏[10]。

岐南凹陷主要有2期成藏事件：第1期发生在Ed沉积末期，规模较小；第2期发生在Nm沉积末期，规模较大，是岐南凹陷油气成藏的关键时期。在2期成藏过程中，油气输导体系都起到了至关重要的作用[9]。

Ed沉积末期，岐南凹陷Es3烃源岩开始进入排烃阶段，但排烃规模较小。此时，砂体孔渗性和连通性较好，断层也有一定的活动，裂缝的输导能力也有所增加，油气得以沿砂体、不整合、断层或裂缝发生运移。之后由于构造抬升作用，生烃趋于停滞，各输导体系输导动力逐渐降低，输导过程相对停滞，油气藏进入保存、调整期。

明化镇组下段（NmL）沉积末期以来，受构造沉降影响，岐南凹陷主控断层开始活动，输导能力大幅增加，对该时期油气的输导起到了十分重要的作用。而砂体的孔渗性和连通性变化不大，仍具较好的输导能力。烃源岩大量生烃，产生异常高压，促使油气沿砂体、断层、不整合或裂缝发生大规模的油气运移，在适宜的圈闭中聚集成藏。第四纪（Q），主控断层活动减弱或停止，断层输导油气的能力也大幅降低，油气藏进入调整并最终定型，形成了现今的油气藏分布格局[13]。

图2 岐南凹陷不同类型输导体系输导性能随时间变化示意图

3 输导体系层次性与动态性对成藏的控制作用

油气输导体系与油气藏的形成与分布具有密切的关系[15，16]。相应地，输导体系的层次性与动态性对油气成藏具有一定的控制作用。例如，输导体系的类型控制油气成藏的模式[17]，那么不同层次的输导体系也控制了不同规模的成藏模式。以断陷盆地为例，不同构造单元内油气运移输导体系不同[4]，其控制形成的油气藏类型和分布特征也不相同（表2）。

表2 断陷盆地油气运移输导体系与油气藏类型及分布关系

3.1 输导层

输导砂体的分布特征受沉积相影响明显，它决定了油气侧向运移的方向和油气藏的分布[18]。对斜坡带，有效砂岩输导层的顶面形态控制了油气优势运移路径，有效砂岩输导层与输导动力场、有效烃源岩的优势配置控制了油气富集区，有效砂岩输导层控制了油气的分布层位[19]。油气生成后，首先向距离烃源岩较近的骨架砂体中运移，因此，骨架砂体的展布控制了油气的优势运移路径，使得油气从烃源岩排出后，首先聚集在储集砂体中。不同规模的输导砂体，决定了不同构造部位的油气分布情况。

因此输导砂体的厚度与分布对油气藏形成与分布有重要影响。区域性砂体影响全盆地、各构造带油气藏形成与分布，而局部小砂体仅影响局部构造的油气成藏。尽管输导砂体的输导能力具有一定的动态性，但一般变化范围不大，对油气分布的影响较小。

3.2 断层

断层的输导能力与其活动性密切相关，只有断层活动时期才对油气起到输导作用[20]。因此要弄清断层的输导能力，首先要明确断层的活动历史与活动强度。陈强等[21]将断层分为五级，并总结出 “一级控盆，二级控凹，三级控带，四级控藏，五级复杂化”的原则。

断裂活动与其输导能力密切相关，因此其动态演化与油气成藏具有较好的相关性。构造活动、断裂输导与大规模油气运聚时期往往在时空上具有一致性，亦即断裂的动态性影响油气成藏及其分布。断裂的层次性对油气藏的影响也是显而易见的，控制盆地形成和演化的大断裂对盆地规模的油气分布具有重要影响，而局部小断层只对局部构造成藏或某一油气藏的调整改造起到作用。

3.3 不整合

不整合通常渗透性好，分布范围广，是油气长距离侧向运移的通道[22，23]。在沉积盆地内部，不整合面对油气聚集十分重要。不整合对油气成藏的作用主要表现在输导油气、控制油气藏形成与分布。

盆地规模的区域性不整合面是油气长距离输导的重要载体，同时通过改善不整合面上下地层的孔渗性，影响甚至控制油气藏的形成与分布。局部的间断面也因裂缝、溶蚀等作用对圈闭内油气的调整与再分配有一定影响。在地质历史中，不整合面的输导能力尽管变化不很剧烈，但仍因溶蚀、成岩胶结等因素影响其孔渗性，进而影响到其输导能力。

综上，不同层次的油气输导体系影响其相应构造单元的油气成藏与油气分布。而输导体系的输导能力在地质历史上是不断变化的，只有大规模油气运聚成藏时期的输导体系才决定油气藏的形成与分布。

4 结论

1）提出了油气输导体系具有层次性，不同类型的盆地其输导体系具有不同的性质与特点，同一盆地不同规模的输导体系也有较大差异。为了说明不同类型盆地输导体系的差异，首先根据板块构造和地球动力学分析及成盆动力机制划分出了16种盆地的类型，针对我国含油气盆地主要类型（断陷盆地、坳陷盆地、前陆盆地和克拉通盆地），分析了其输导体系的主要特点。同时以黄骅坳陷歧南凹陷为例，分析了含油气盆地内部不同规模与层次的输导体系。研究表明，盆地规模的输导体系控制了岐南凹陷斜坡带油气宏观的分布规律；区带规模的输导体系控制了岐南凹陷二级构造带的油气分布；而圈闭规模的输导体系影响圈闭内油水分布和油气保存状况。

2）输导体系在漫长的地质历史时期内是不断变化的，其对油气的输导能力也相应发生变化，只有大规模油气运聚时期的输导体系才对油气藏分布起到控制作用。因此输导体系研究一定要有动态的观念，恢复成藏期的古输导体系，确定有效输导体系，明确优势运移路径，进而揭示油气藏分布规律。

3）各种输导要素在时空上的配置与耦合控制了油气成藏规律。输导体系的层次性和动态性与油气成藏及其分布规律密切相关，是预测油气分布规律与建立成藏模式的重要依据。

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