油气成藏理论的研究进展及思考

张海玥，侯读杰

(1.中国地质大学，北京 100083;2.海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室 中国地质大学，北京 100083)

1 油气成藏理论的发展阶段

油气成藏研究主要是动态分析油气藏的分布、特征及运移聚集规律，是石油地质理论的综合运用与创新，它与单独的沉积、储层等分析的最大不同就是其整体性，是对各要素之间的有机联系进行深入剖析。具体而言，包括静态特征研究和成藏动态分析2个方面。静态研究主要从“生、储、盖、聚、圈、保”这6个方面对油气藏进行描述，动态分析主要是运用各种分析方法研究油气成藏过程，如流体包裹体法，有机地球化学方法等，对三维地质格架中的油气藏进行分析，再现其地质历史时期中的成藏过程。

油气成藏理论伴随着勘探实践的发展，大致经历了3个阶段:19世纪末至20世纪50年代初为第1阶段;20世纪50年代中期至70年代末为第2阶段;20世纪80年代至现在为第3阶段。

1.1 第1阶段(19世纪末至20世纪50年代初)

以沿背斜褶皱带分布油气藏的背斜说或重力说为代表，为油气成藏研究的初始阶段。White做了一个简单的物理模拟实验，然后在1861年提出这一影响深远的理论。至今在世界石油和天然气的产量及储量统计中，背斜油气藏仍居首位。中国依据这一理论，发现了位列世界十大特大背斜油田的大庆油田［1］。

在背斜学说的基础上，Karl于1880年提出隐蔽油气藏的概念，这是由于在寻找背斜油气藏的过程中发现了不受背斜控制和未知成因的非背斜油气藏。

M.K.Hubbert最早将流体势的概念引入石油地质研究中，国外的油气勘探基本都是在海相地层中展开的，中国的油气勘探对世界油气勘探的重要贡献无疑是提出了“陆相生油说”。1941年潘钟祥第1次明确提出陆相地层可以生油［2］。

总体而言，这一阶段是油气成藏研究的初始期，形成了一些理论模式，奠定了以后发展的基础。

1.2 第2阶段(20世纪50年代中期至70年代末)

这一时期是油气成藏理论的重要发展时期，在第1阶段对油气藏基本形成条件研究的基础上，本阶段的发展主要体现在研究方向向成藏机理转移，借助于先进的实验手段，油气成藏的研究逐渐将地球物理勘探、石油地质与油气地球化学相结合进行综合研究。

1978年，Tissot和Welte等建立了干酪根热降解生烃模式，提出了干酪根晚期生油理论［1］。烃源岩评价、油气源对比、烃源层生烃机理与生烃模式对当时的油气勘探起到了很大作用。

关于油气的二次运移，这一时期也有一定的研究。对二次运移的相态、动力、阻力、通道、距离及运移聚集效率也取得了很多成果［3-4］。

1.3 第3阶段(20世纪80年代至现在)

这一时期是油气成藏研究的飞速发展时期，随着勘探领域的扩大，新的问题不断出现，这也促进了成藏研究的迅速发展。

1.3.1 盆地模拟和数值模拟

对石油地质理论的模拟在这一时期迅速发展，分为实验室模拟和数值模拟2种方式，后者主要是盆地模拟，包括油气运聚，埋藏史，地热史，生、排烃史，所采取的方式有一维、二维和三维。

Ungerer等建立了较完整的二维盆地模拟系统［5］。England等建立了油气二次运移和聚集的二维盆地模拟系统，利用达西定律对两相渗流进行计算［6］。近年来三维的盆地模拟已得到很大发展，与实际地质情况更加接近。

曾溅辉对孔隙尺度下均质和非均质砂层、断层和不整合输导系统、背斜和岩性圈闭地层温压条件下油气的运聚进行了模拟［7］。李明诚通过模拟实验，提出烃源岩的临界运移饱和度或排烃饱和度的大小受多种因素的影响，对于一般泥岩该值为5%［8］。盆地模拟在中国东部的拉张型盆地、碎屑岩盆地及西部的挤压型盆地、碳酸盐岩盆地的应用都较为成功［10-12］。

1.3.2 “三场”研究

随着油气勘探的发展，很多学者注意到地温场、地压场、地应力场与油气运移与成藏的关系，“三场”是控制油气藏形成和分布的最根本因素。

地温场是地球内部热能通过导热率不同的岩石在地壳上的表现，不同岩石的导热率由其成分和结构决定。目前通过多种方法来确定古地温，研究地史过程中沉积岩所经历的最高温度。这个最高温度通常对应着油气成藏的关键时间。地温梯度的不同决定了生烃门限的不同，这从根本上决定了盆地的勘探领域。

地压场是由地球重力产生的，对流体运移起着重要作用。由于多种原因，中国许多盆地存在压力异常。现在研究认为异常高压能够抑制烃源岩的成熟，扩大“生油窗”的范围。传统的石油地质理论认为温度是决定烃源岩成熟度的唯一因素，但现在认为压力对烃源岩的演化也有不可忽视的作用。

地应力场对油气的运聚及保存都极为重要。地应力场的性质控制着烃源岩的质量，影响储层分布;地应力场的特征影响着油气运移的方向、通道及强度;地应力场的形成、演化直接控制各类二级构造带的形成与演化，影响油气运移和聚集。如渤海东部新构造运动使得该区油气藏普遍具有晚期成藏的特点，新构造运动控制了油气成藏的各个方面:烃源岩、储盖组合、晚期圈闭、输导体系等，并最终控制了油气分布。总的来说，地应力场对油气藏的各个方面都有着重要的影响。

“三场”研究虽然很重要，但现在研究程度较为薄弱，这是今后需要加强的一个方面。对一个油气田进行综合的“三场”研究，或许会对许多复杂问题起到意想不到的效果。

1.3.3 含油气系统研究在中国的应用和发展

Wally Dow 1972年在AAPG年会上首次提出“石油系统”(Oil system)的概念［13-14］，现已演变为“含油气系统”(Petroleum System)理论，在实际勘探中发挥了重要作用。含油气系统包含2个方面的含义，即“基本要素”与“成藏作用”，前者包括烃源岩、储集层、盖层和上覆岩层，后者指的是圈闭的形成和石油的生成—运移—聚集的过程。这种研究方法在国外的油气勘探中发挥了重要作用。

中国沉积盆地往往经历了多期演化，多为叠合盆地，往往发育多个生烃灶，沉积多套烃源岩。张义杰、赵文智等结合实际提出了“复式含油气系统”、“亚含油气系统”、“复杂型含油气系统”等概念，对含油气系统理论进行了有益的补充［15-16］。田世澄结合中国东部盆地的勘探实际，提出成藏动力系统的概念［17］。他认为异常压力分布对地下流体的运移起到分隔作用，除非断层或不整合面将不同的异常压力带断开或连通，否则流体只能在各自的异常压力带内进行侧向运移。康永尚提出成藏流体动力系统的概念，将成藏流体动力系统分为重力驱动型、压实驱动型、流体封存型及滞流型，不同成藏流体系统的研究重点应有所区别［18］。

1.3.4 “源控论”、“带控论”和“相控论”

中国的含油气盆地多经历了多期构造运动，油气藏经常具有“一源多层”、“一层多源”和“多源、多层、多藏”的特点，这种特点也使得勘探者不断进行思考，促进了新理论的产生。

胡朝元［19］提出“源控论”。这一理论提出至今已有20多年，在中国的油气勘探中发挥了重大作用。“源控论”并不排斥储集层、圈闭或盖层、水文地质等要素的作用，而是强调有效油源区是决定一个地区有无油气藏的根本前提。

渤海湾盆地是一个多断陷、多断块、多含油气层系和多种油气藏类型的含油气盆地，其地质结构和成油规律具有自身特点。盆地内部断块发育，油水界面分布复杂。胡见义等依据勘探实际提出了“复式油气聚集带理论”，即“带控论”，认为一个复式油气聚集带是由多个含油气层系、多套油气水系统、多种类型油气藏组成的油气藏群［20］。“带控论”强调以二级构造带背景为核心的勘探思路，这一理论在实际勘探中取得了很好的效果。

邹才能等指出在具备成藏基本地质条件的前提下，中国四类盆地及三大勘探领域中各类油气藏的形成和分布普遍具有“相控”的规律性，在勘探实践中应突出强调“定相”的勘探理念和思想［21］。这一理论的核心是寻找有利储集相带。

1.3.5 “富生烃凹陷”和“满凹含油”理论

袁选俊、谯汉生等依据渤海湾盆地的研究实践，认为资源丰度大于20×104t/km2，规模在3×108t以上的凹陷为“富油气凹陷”［22］。赵文智等提出富油气凹陷“满凹含油”的概念，指出很多油气藏分布在生烃凹陷的低部位，甚至是向斜的中心部位，但同时不同部位油气丰度又有很大差别［23］。

“满凹含油”理论是对油气勘探理论的巨大补充，是一种新的勘探理念。在正向构造之外，勘探家将目光逐渐转向负向构造带。赵贤正等［24］在二连盆地与渤海湾盆地冀中坳陷的勘探实践中提出了洼槽聚油理论，与“满凹含油”理论在内涵上是一致的。

1.3.6 优势运移通道理论

研究表明，大约70%的油气藏位于优势通道方向上［25-27］。因此如何确定优势运移通道就成为了一个非常重要的问题。现在基本采用2种方法来确定油气运移的优势通道，分别为物理模拟和综合分析。

侯平等通过物理模拟对石油二次运移优势通道的影响因素及其形成的动力学条件进行了分析［28］，研究结果表明优势路径具有指进运移、运移路径窄及运移量较大的基本特征。蒋有录等通过构造脊和含氮化合物研究了东濮凹陷濮卫地区的油气运移路径［29］，结果表明构造脊分析与地球化学指标追踪相结合可以较准确地识别油气运移路径。姜福杰等研究了松辽盆地滨北地区扶杨储层的油气优势运移通道［30］，认为盖层底面构造形态、砂体、断裂及水动力是4种主控因素。刘景东等对断面优势运移通道的有效性及其对油气的控制作用进行了研究［31］，结果表明断裂内部结构差异控制优势运移通道的发育，断面倾角越大、弯度越少的层段，越有利于油气的垂向运移。断面优势运移通道控制油气的纵向分布层系和横向分布范围。

1.3.7 幕式成藏理论

传统的油气成藏模式认为油气运移是渐进式的，是一个比较缓慢的过程。但近年来很多学者注意到了油气的快速充注现象［32-38］，这与传统的观念有着很大不同。目前人们将这种快速充注称为幕式成藏。

目前认为幕式成藏的成因主要有3种:构造幕和构造泵作用、断层阀效应或地震泵作用以及超压积聚效应等。幕式成藏是一种普遍存在的成藏方式，主要受控于区域构造运动、断裂活动和异常压力演化，具有快速、高效的特点。

2 关于油气成藏研究的思考

2.1 烃源岩研究不足

不管哪种类型的油气藏，烃源岩都是起点。烃源岩的质量在根本上控制了油气藏的规模。现在中国对优质烃源岩的研究很薄弱，而要形成大油气藏，优质烃源岩的作用是非常大的。侯读杰等结合物探和测井等信息，对济阳坳陷的优质烃源岩进行了研究，在实际勘探中效果良好［39-40］。卢双舫等指出优质烃源岩的内涵是其排烃效率比普通烃源岩高很多，并利用生烃动力学的方法，将优质烃源岩的下限定为2%［41］。笔者认为，优质烃源岩的研究，下限虽然有一定的意义，但不是最重要的，关键还是看其排烃效率是否显著高于普通烃源岩，这对于现阶段地层-岩性油气藏的勘探非常重要，可以说，一个地区没有优质烃源岩，就可以放弃地层-岩性油气藏的勘探。

优质烃源岩的研究现在还亟待加强，主要有以下几个方面:①烃源岩评价普遍以残余碳进行评价，没有进行有机碳的恢复。在排烃之后，残余碳如何反映烃源岩的原始状态，这个从原理上讲就是错误的。②没有充分考虑有机质的非均质性。现在的烃源岩评价大多为按不同烃源岩层段进行取样，然后取平均值。这种方法完全忽略了有机质的非均质性，而正是由于非均质性，才会有优质烃源岩和一般烃源岩的区别。要解决这个问题，一种方法是进行密集采样，但笔者认为最好的方法是与测井相结合，这样才能最大程度消除非均质性的影响。③有机质类型的研究很粗浅。现在大多是利用几种方法分别研究，最后对比得出结论，但事实上，II型有机质有很多是由I型有机质和III型有机质混合而成的［42］，这个问题的解决方法是采用PGC技术，来有效区分不同类型的烃源岩，对勘探做出有效指导。

2.2 油气运移研究相对薄弱

现阶段油气运移研究集中于对二次运移的研究，大致有如下几类:①以构造为基础，泛泛指出油气沿断裂、不整合运移的路径，没有进行详细的油源对比;②单纯利用含氮化合物研究油气运移，简单与地质相结合，指出油气运移的方向、距离;③利用流体势和盆地模拟研究油气运移;④利用原油物性、成熟度参数进行运移路径识别。

油气的二次运移是发生于储层中的，因此储层在空间的展布和储层物性(如孔隙度、渗透率)都会对运移产生重要影响。油气二次运移的方式一般有断裂、不整合、砂体等，这些运移载体的时空展布必须搞清楚。徐波等对二次运移现状进行了总结，指出应该加强宏观与微观的结合［43］。张立宽等对油气运移过程中断层的开启与闭合进行了定量研究［44］，指出泥岩涂抹因子、断层面正压力、断层开启系数与断层开启闭合关系最密切，将以往对断层研究的模糊性减小了很多。而现在有很多成藏模式图、油气运移图没有考虑这些问题。

油气运移是发生在储层之中的，发生油气运移的储层是有效储层。而现在很多研究不注意这个问题。要确定有效储层，笔者认为可以利用录井数据确定储层含油性，然后再考虑运移通道与烃源岩区的关系，得出客观的结论。

利用含氮化合物进行油气运移的研究已经取得成功，但含氮化合物同样受到成熟度和沉积环境的影响［45-49］，不同的沉积环境和成熟度对含氮化合物的丰度及相关运移参数的计算影响很大，而现在的研究者对此基本没有考虑。

利用原油物性、成熟度参数进行运移路径识别需要考虑生物降解的影响，因为生物降解达到一定程度会对原油物性及成熟度参数产生很大影响，使参数失真，这一点在渤中坳陷PL19-3油田油气地球化学研究中已经得到证实，而现在很多研究者没有注意这个问题。

流体连通性在油气勘探和开发阶段都是一个很重要的问题，在油气运移中也很重要，目前主要用砂地比、砂岩密度、油气地球化学、流体示踪剂等方法进行判别［50-53］。但多数研究者并未将其归入油气运移研究的一环，这是以后需要加强的方面。

总之，油气运移是一个很复杂的问题，但又在实际研究中非常重要，因为油气运移具有非均质性，大部分是通过主运移通道进入圈闭的，因此对主运移通道的识别对于油气勘探具有重大意义，是今后研究特别需要加强的一个方面。

2.3 与水文地质研究结合薄弱

地下水与油气生成、运移、聚集有着密切的联系，水动力对油气运聚有重要影响。对含油气盆地的水文地质研究对于油气成藏是非常重要的。目前，多数研究者只是简单的对地层水的矿化度、水型和各种化学特性系数等进行研究［54-56］，并未将其纳入含油气盆地研究的一部分。今后应将地层水、油气与固体矿床进行一体化研究。

2.4 “三场”研究薄弱

“三场”是油气生成、运移、聚集的根本原因，对其进行细致研究会对许多成藏中的焦点问题起到决定性的作用。田在艺等指出古地温场对油气演化起重要作用，控制了生、排烃门限［57］。崔军平等研究了海拉尔盆地现今地温场的影响因素，讨论了其对油气藏的控制作用［58］。肖焕钦等研究了济阳坳陷地温场-地压场对油气藏在纵向和横向上的控制作用，探讨了异常压力形成的原因［59］。关于地应力场的研究多是从地球物理的角度进行的，与油气成藏的联系不大。迄今为止，很少有学者对一个成藏体系的“三场”进行综合研究，这也许是现今油气成藏研究进入瓶颈期的一个原因。今后需要在“三场”的基础上，对成藏系统进行划分，进行成因性研究。

3 油气成藏研究的发展趋势

随着勘探的深入，油气成藏研究的作用越来越大。现在的油气成藏研究多为单项研究，整体性明显不足。未来的油气成藏研究应以油气运移为中心，以沉积、构造对油气藏的控制作用为基础，加强“三场”研究及与水文地质研究的结合，对油气藏的形成进行动态和静态的综合研究，探讨油气藏的主控因素。国内外已有一些这样的研究。

Samil Sen利用地震、沉积、岩石热解、有机岩石学和盆地模拟等手段对中央黑海盆地进行了研究，指出其现在未发现工业规模油气流的原因为钻井未钻至储层，只在局部盖层剥蚀处获取少量油气流，并指出了潜在的有利勘探区［60］。

Pang Xiongqi等通过一种油气聚集系数(HAC)的方法对渤海湾盆地黄河口凹陷进行了研究，先在济阳凹陷和辽河西部凹陷通过研究该参数与油气运移距离、平均排烃强度、泥岩含量、断层长度、断层位移速率、最大断层移距/盖层厚度、排烃高峰期/盖层形成时间的相关性，结果表明断层位移速率、最大断层移距/盖层厚度、排烃高峰期/盖层形成时间为油气聚集量的主要控制因素。之后通过多元回归分析的方法将这一方法应用于黄河口凹陷，所得资源量预测结果与实际一致，表明该方法具有较好的实用性。实际上，现在油气成藏的主控因素分析已经成为非常重要的一个研究方向，对中国的油气勘探将起到越来越重要的作用［61］。

J.Qiang等对中国东部裂陷盆地的26个大型油气田进行了研究，指出富含有机质的烃源岩是形成油气藏的首要条件，但由于多期构造运动控制了其他成藏要素，因此凹中隆是最有利的勘探区，斜坡区次之，最后为源岩区的隐蔽圈闭［62］。

李军生等研究了烃源岩对古潜山油气藏的控制作用［63］，指出烃源岩为其成藏主控因素。

烃源岩的研究虽然已经取得很大进展，但仍需加强研究。现在的研究手段存在一定的缺陷，应将其与地震、测井结合，最好以小层进行研究，最大程度降低非均质性对烃源岩的影响，同时可以加大发现优质烃源岩的概率，为地层-岩性油气藏的研究打下坚实的基础。

地质现象是非常复杂的，理论虽然对实践具有重要的指导作用，但在实践中也会不断出现现有理论无法解释的现象，这时就需要研究者打破思维定势，客观对待新现象，从新的角度进行思考，而不能墨守成规。

4 结论

(1)油气成藏研究至今经过了3个发展阶段，分别为初始期(19世纪末至20世纪50年代初)、重要发展期(20世纪50年代中期至70年代末)和高速发展期(20世纪80年代至现在)。在高速发展期，由于研究内容的复杂性，新理论不断出现，对实际勘探开发起到了指导作用。

(2)目前油气成藏研究中主要存在以下问题:①烃源岩研究不足，优质烃源岩研究薄弱，烃源岩评价方法存在很多问题;②油气运移研究相对薄弱，现在多是单种方法研究，没有考虑影响油气运移的因素，地质方法与地球化学方法结合不足，多种资料没有充分应用;③与水文地质研究结合薄弱，现在多集中于地层水的矿化度、水型、各种化学特性系数等，未将其纳入含油气盆地研究的一部分;④“三场”研究薄弱，“三场”是油气生成、运移、聚集的根本原因，对其进行细致研究会对许多成藏中的焦点问题起到决定性的作用，现在多数学者没有进行“三场”研究，这方面亟待加强。

(3)现在的油气成藏研究多为单项研究，有一定作用，但整体性明显不足。未来的油气成藏研究应以油气运移为中心，以沉积、构造对油气藏的控制作用为基础，加强“三场”研究及与水文地质研究的结合，对油气藏的形成进行动态和静态的综合研究，开放思维，探讨油气藏的主控因素。

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