油气输导机制及输导体系定量评价研究

林玉祥，孙宁富，郭凤霞，闫晓霞，孟 彩，李晓凤，刘 虎，李秀芹

(山东科技大学 地质科学与工程学院，山东 青岛 266590)

油气输导机制及输导体系定量评价研究

林玉祥，孙宁富，郭凤霞，闫晓霞，孟 彩，李晓凤，刘 虎，李秀芹

(山东科技大学 地质科学与工程学院，山东 青岛 266590)

为了减少输导体系多解性和更客观、准确地对其进行评价，该文对我国各主要含油气盆地输导体系进行了系统分析与总结，提出了基于油气输导机制的输导体系分类方案，将输导要素划分为3大类：第一类为必要的输导要素(包括输导空间、输导动力和输导流体)；第二类为描述输导体系重要特性的输导要素(如输导方向、输导能力)；第三类为补充说明输导体系的输导要素(如输导体系的规模与层次、形成与作用时期等)。提出的基于输导机制的输导体系命名原则为：输导体系规模与层次+形成与作用时期+输导能力+输导方向+输导动力+输导空间。同时根据各输导要素对油气运聚成藏的贡献，建立了各类输导要素优劣的定量评价标准与赋值原则。总结了成藏期古输导体系恢复方法和步骤，其中古孔隙和古构造的恢复是成藏期输导格架建立的关键。这为输导体系定量评价奠定了基础，从而可以更好地根据输导体系预测潜在油气藏，提高勘探成功率。

命名与分类；输导要素；定量评价；油气输导机制；油气输导体系；

输导体系作为沟通烃源岩与油气藏的“桥梁”，是油气聚集成藏的关键控制因素[1]。由于影响输导体系的因素复杂，输导体系的研究程度要远低于烃源岩和圈闭，一直是油气研究领域的薄弱环节。目前输导体系的分类主要是基于输导要素的几何学描述[2-5]，多是从静态要素出发的定性描述[6-9]，其局限性往往导致对油气输导机制与油气成藏规律的不同认识。因此，有必要根据油气输导机制来重新划分输导体系的各类要素，进一步明确输导要素的定量评价标准，提出新的基于输导机制的输导体系命名原则，并对各类输导要素进行量化评价，从而更好地根据输导体系来预测油气藏分布规律，减少勘探风险。

1 前人的分类及其存在的问题

关于输导体系分类，前人已经做了大量工作(表1)[2-8，10-13]。总体来看，输导体系的分类主要侧重于几何学特征和静态描述，多是基于单一要素的划分，而很少有将输导体系的各类要素进行综合分类，更缺乏基于输导机制的分类方案。而且输导体系在地质历史时期是不断变化的，其输导性质在不同的时期可能发生截然相反的变化。前人的分类单从输导体系类型无法明确其在地质时期对油气运聚的作用，也难以确定输导体系的有效性，因而对油气勘探的指导作用较为有限。油气勘探实践亟需建立一套基于油气输导机制的输导体系分类方案以及相应的定量评价标准，对输导体系进行客观、准确地评价，从而有效地预测油气藏、指导油气勘探。

综上所述，前人对输导体系的分类存在一定局限性。因此，本文尝试通过对油气输导机制的研究，将输导要素研究与输导机制有机结合起来，提出基于输导机制的输导体系分类方案，对输导体系进行新的命名与分类，并对输导要素进行定量评价。

2 基于输导机制的输导体系命名与分类

油气输导体系是指具有油气输导能力的空间及其形成这些空间的介质所组成的空间网络系统。因此它有2个基本要素，即输储空间和形成这些空间的围岩。

油气输导机制是指油气输导体系的内在运行方式，包括输导载体、油气以及输导动力等输导体系组成部分及其相互关系、以及各种变化的相互联系与演化规律。简言之，即输导体系组成要素、各组成要素的相互作用及其演化规律。可见，油气输导机制不仅包含油气输导机理，还包括输导载体、油气、输导动力等要素，以及输导机理之间的演化规律。

基于输导体制的输导体系分类，关键在于把握油气输导体系的关键要素、关键作用及其主要演化规律。因此，首先按照输导要素及其相互关系对输导体系的必要性进行分类。

第一类为输导体系必要的输导要素：包括输导空间、输导动力和输导流体。

输导空间是输导体系存在的基础，为油气等流体运移和聚集提供了容纳与运动的载体，可据此对输导体系进行分类。输导空间一般为孔隙、裂缝以及断层形成的空间(简称断空，下同)。根据各空间的大小可分为大、中、小和微4个级别。因此可有大孔、中孔、小孔和微孔输导体系；大裂缝、中裂缝、小裂缝和微裂缝输导体系；大断空、中断空、小断空和微断空输导体系。然后，描述这些输导空间即可得知其形态、大小和输导能力等。对于不整合面，其输导载体主要是该面上下岩石，可在描述这些空间时有所侧重(例如要特别重视溶蚀孔洞)，而不必单独划分成一类。对2种及其以上空间组成的输导体系，可复合命名，例如中孔—大裂缝—微断空输导体系。

表1 输导体系分类方案汇总

输导动力是流体在输导空间中运移和聚集的推动力。运移动力常见的有浮力、挤压应力、异常高压、毛细管力、拉张应力等，阻止运移或聚集的力量常为毛细管力。

输导流体为水的输导体系为无效输导体系，含油0～10%为效果微的输导体系，10%～40%为效果小的输导体系，40%～70%为效果中的输导体系，大于70%的为效果好的输导体系。后3类并称有效输导体系。

第二类为描述输导体系重要特性的一些输导要素：包括输导方向、输导能力。前者由流体势来确定，后者由孔渗性、含油饱和度、输导速度(或输导动力大小)来确定。

第三类为补充说明输导体系的一些输导要素：如输导体系规模与层次、形成与作用时期等。

其他一些较为次要的因素则暂不出现在命名中，例如围岩性质(亲水、亲油)、输导空间充满度等。

综上，提出输导体系命名原则为：输导体系规模与层次+形成与作用时期+输导能力+输导方向+输导动力+输导空间。

本文以渤海湾盆地黄骅坳陷岐南凹陷为例简单说明上述分类方案(图1)。岐南凹陷砂体发育，连通性好，是油气运移的有利通道。明化镇末期沙三段烃源岩达到生排烃高峰期，受构造运动影响，各主要断层开始活动，形成的断空也成为该时期油气运移的良好通道[14]。

根据岐南凹陷沙二段孔渗性分析，其孔隙度为10%～12%，是中孔；断层活动形成的断空宽度为5～9 mm，属于中断空。沙三段烃源岩生成的油气受异常高压的影响，首先沿着延伸至凹陷内部的沙二段砂体进行侧向输导，当油气运移至赵北断层后，沿着断空发生向上和横穿断层的输导，其中，向上输导的油气运移至浅层或至地表散失，而横向输导的油气在断层的另一侧聚集成藏。由此将图1中输导体系①命名为：歧南凹陷/明化镇末期/高输导/向上—横向/中高压/中孔—中断空输导体系；输导体系②没有受断层的影响，油气是在异常高压的作用下，沿着孔渗性好的砂体侧向运移，因砂体尖灭而聚集形成油气藏，将其命名为：歧南凹陷/明化镇末期/中输导/向上—横向/低高压/中孔输导体系；油气沿输导体系③横向运移至凹陷内部的砂岩透镜体中聚集成藏，运移距离短，效率高，将输导体系③命名为：歧南凹陷/洼陷带/明化镇末期/高输导/横向/中高压/中孔—小孔输导体系；油气沿输导体系④先横向运移，后向上运移至砂岩透镜体中聚集成藏，将输导体系④命名为：歧南凹陷/洼陷带/明化镇末期/中输导/横向—向上/低高压/小孔—中孔输导体系。

图1 渤海湾盆地岐南凹陷输导体系类型

3 输导要素的定量描述

上述基于输导机制的输导体系划分方案中，已经详细描述了各类输导要素的类型及其必要性，决定输导体系类型的必要要素主要有：输导空间、输导动力、输导方向、输导能力和输导时期等。下面根据各类输导要素的必要性决定其权重，对输导体系及其要素提出定量评价标准(表2)，最后输导体系得分越高，则输导体系越有利于油气输导与聚集。本文在建立输导体系量化评价标准中，贯彻了“输储一体”的理念，即既考虑输导体系对油气的输导，也考虑输导体系对油气聚集的作用，从而使输导体系评价结果与油气分布的关系更为密切。

表2 输导要素类型划分与定量评价标准

3.1 输导空间

输导空间主要包括孔隙、裂缝和断空，是油气输导的必要要素。根据柳广弟等[15]对岩石中孔隙大小的划分与本文的需要，将孔隙分为4种类型：大孔、中孔、小孔和微孔。大孔的孔隙直径大于2 mm，中孔为0.02～2 mm，小孔为0.2～20 μm，微孔一般小于0.2 μm。孔隙是油气输导与储存的主要空间类型，孔隙型储层与盖层、构造高部位配合形成油气输导路径或聚集场所。因此孔隙越大，越有利于油气输储，相应地赋值越高，即大、中、小和微孔分别赋值10，6，3，1。在很多情况下，孔隙度数据较多，可分为大孔隙度(>20%)、中孔隙度(8%～20%)、小孔隙度(3%～8%)和微孔隙度(<3%)，相应地赋值为10，6，3，1。

裂缝同样分为4种类型：大、中、小和微裂缝。大裂缝宽度大于1 mm；中裂缝为0.01～1 mm；小裂缝为0.1～10 μm；微裂缝宽度小于0.1 μm。裂缝与孔隙有所区别，其延伸具有一定的长度，对地层的渗透性起到较大的促进作用。但由于其往往沟通储层与盖层，甚至破坏圈闭的封闭性，使油气向上穿层运移或使聚集状态的油气散失，所以裂缝并不是越宽越好。因此对大裂缝、中裂缝、小裂缝和微裂缝分别赋值1，3，6，10。

断空是由于断裂活动在断层两盘断层之间形成的空间。断空的存在导致断裂输导油气的能力显著增强，但也是油气逸散的重要途径。断空一般仅存在于断裂活动时期，随着断裂活动停止、充填物积淀而不断趋于消失。本文将断空按其宽度划分为：大断空(>10 mm)、中断空(1～10 mm)、小断空(0.1～1 mm)和微断空(<0.1 mm)。其对油气的输储作用类似于裂缝，所以对大断空、中断空、小断空和微断空分别赋值1，3，6，10。

3.2 输导动力

油气输导动力也是必要的输导要素。没有输导动力，输导体系中的油气难以流动，不利于油气的运移和聚集。油气输导动力主要包括异常高压、构造挤压、浮力、拉张应力等。至于重力引起的油气运移较少见，不再赘述。

对于异常高压，国内外学者普遍采用压力系数来分类[16]。本文将异常高压的压力系数分为：超高压(1.8)、中高压(1.5～1.8)、低高压(1.2～1.5)和微高压(1.0～1.2)。异常高压越高，说明油气来源充裕、运移动力强大，越有利于油气输导和形成大规模油气聚集。因此对超高压、中高压、低高压和微高压分别赋值10，6，3，1。

据对库车凹陷构造挤压的研究[17]，其最大挤压应力主要分布在50～100 MPa。据此本文将挤压应力分为：大(>100 MPa)、中(50～100 MPa)、小(10～50 MPa)和微(<10 MPa)，对于不同的盆地，其构造挤压作用具有差异，可根据具体情况重新界定。挤压应力对油气输导具有一定的促进作用，因此对大、中、小、微4种挤压应力情况分别赋值10，6，3，1。

根据地下油、水压力梯度，油水系统的浮力梯度变化在(0～6.9)×103Pa/m范围内[18]。对常见的地下油、水密度来说，浮力梯度一般取2.25×103Pa/m。本文将油水系统的浮力梯度分为：大(>5×103Pa/m)、中[(3～5)×103Pa/m]、小[(1～3)×103Pa/m]和微(<1×103Pa/m)。浮力是油气运移和聚集的最重要、最普遍的动力，浮力越大，越有利于运移和聚集中的油水分异。因此对浮力梯度大、中、小和微的情况分别赋值10，6，3，1。

拉张应力一般用递进拉张系数(多幕拉张盆地中各次拉张的初始地壳厚度与拉张后地壳厚度的比值[19])来表征，可分为：大(>3.5)、中(1.5～3.5)、小(0.5～1.5)和微(<0.5)[20-21]，分别赋值1，3，6，10，因为拉张应力对油气输储、特别对保存是一个不利因素。

3.3 输导方向

油气输导方向也是影响油气成藏的重要因素。输导方向可分为横向、垂向向上和垂向向下。

关于横向运移，本文用油气运移实际距离占盆地半径的百分比来划分油气横向输导距离的相对大小，可分为：距离大(>0.8)、距离中(0.4～0.8)、距离小(0.05～0.4)和距离微(<0.05)。与垂直向上运移相比，横向运移可以更好地避免油气逸散和有机会充注到更多的圈闭中。但横向运移距离过大，往往油气运移到盆地边缘而致散失，运移距离过小，减少了成藏机会，且不利于形成大型油气藏。因此运移距离大、中、小和微的情况分别赋值3，10，6，1。

油气除了可以横向运移外，还可以沿着断空等向上或向下运移。根据垂向向上运移距离与生烃中心埋深之比来划分油气向上运移的相对距离大小：距离大(>0.8)、距离中(0.4～0.8)、距离小(0.05～0.4)和距离微(<0.05)，分别赋值1，10，6，3。

油气向下运移比向上运移要困难一些，也比较少见。向下运移的距离一般不超过100 m，可将油气向下运移的距离划分为：距离大(>100 m)、距离中(10～100 m)、距离小(1～10 m)和距离微(<1 m)，分别赋值10，6，3，1。

3.4 输导能力

输导体系的输导能力主要是由输导空间、输导动力和含油饱和度决定的，输导空间和输导动力的影响已在前文3.1和3.2节中得到体现，此处不再赘述。在其他条件相同的情况下，含油饱和度越高，输导体系输导的油气越多。据此可将输导能力大小划分为：大(含油饱和度大于70%)、中(含油饱和度40%～70%)、小(含油饱和度10%～40%)和微(含油饱和度小于10%)，分别赋值10，6，3，1。相应地可根据生烃中心的生烃强度来划分输导能力：高输导(>500×104t/km2)、中输导[(200～500)×104t/km2]、低输导[(20～200)×104t/km2]和微输导(<20×104t/km2)。

3.5 输导时期

除了上述输导要素，输导体系形成与作用的时期也是非常重要的因素。根据输导体系形成时期与大规模油气运聚时期的关系可分为：早、中(同期)、晚、新。其中，同期的输导体系是最有利于运聚成藏的输导体系，赋值10；早、晚和新的情况赋值6，3，1。特别是全新世以来的新构造运动，往往认为对成藏有利，其实只是对于其与大规模油气运聚时期是同期的情况有利，这时可归于中(同期)的情况；对于先期形成的油气藏，新构造运动无疑起到破坏作用，其最好的结果无非是导致早期油气藏的调整与再分配，而调整与再分配的过程也必然造成部分油气的散失。

3.6 输导体系规模与层次

除了按照上述基于输导机制的分类方法对输导体系进行分类与评价外，输导体系的规模与层次也是其分类与命名需要考虑的一个重要因素，不同规模的输导体系控制了不同构造单元的油气分布。因此，在对输导体系识别与分析基础上，可在输导体系其他要素命名之前冠以构造单元的名称。在陆相断陷盆地和陆相拗陷盆地，可划分为一级、二级、亚二级和三级单元[22](表3)。

4 成藏期输导体系研究方法

许多学者根据研究的目的和资料的掌握程度等对于输导体系的研究方法做出了总结[4,9,23-28]。其中，古孔隙和古构造的恢复是古输导体系格架建立的关键。根据上述基于输导机制的输导体系分类方案，本文总结出了基于输导机制的输导体系研究方法和步骤(图2)。通过对各输导要素的研究，恢复出古输导格架和大规模油气运聚时期，才能判断有效输导体系。再经过定量评价，进行排队优选，确定优势输导体系，结合已知油气藏分布规律，正确预测潜在油气藏，更好地指导油气勘探。

表3 构造单元划分方案

4.1 古孔隙的恢复

对于沉积砂岩中古孔隙的恢复，应在沉积埋藏史研究的基础上，以现今沉积砂体的孔隙反演砂体的古孔隙，恢复出油气大规模运聚时期的砂体孔隙特征，最终得出油气运聚的有效输导砂体。由成岩序列可知，在大量排烃之后的成岩作用主要为有机酸对杂基和粒缘的溶蚀、方解石胶结以及长石溶蚀。因此，以岩石的现今实测孔隙度减去有机酸对杂基和粒缘的溶蚀及长石溶蚀所产生的孔隙，加上由于方解石胶结和压实作用所减少的孔隙，即可得到大量排烃期的古孔隙度[29]。

古孔隙度的恢复方法概括起来可以分为3类[30]：(1)运用“将今论古”原理，以现今孔隙度特征分析为切入点，通过回归分析建立孔隙度随深度、温度或者时间的演化模型[31]；(2)岩石薄片观察分析法，通过观测各种成岩作用对孔隙影响的序列和大小，经过补偿校正回溯岩石在关键时刻的古孔隙度[32-34]；(3)综合分析法，综合分析成岩作用的影响因子，建立成岩作用强度与孔隙度关系模型，以此估算古孔隙度[35-36]。

4.2 古构造的恢复

古构造是指地质历史上某一地质时期的构造。含油气盆地的古构造决定了地质历史时期油气输导体的类型与性质，对油气成藏的各种要素起到控制作用。对古构造进行恢复可以为含油气盆地中输导体系的分析提供可靠的依据。

古构造恢复的方法主要有“宝塔图”法、厚度图法、平衡剖面法、地震属性恢复古构造法、三维空间古构造恢复法、同一变形体古构造恢复法等诸多方法，各种方法都有各自的适用范围和在实际应用中存在的问题。古构造的恢复主要包括剥蚀量恢复、去断层、去褶皱、去压实校正及古水深校正等[37]。

地层剥蚀量恢复的方法很多，可参见文献[37]，在此不再赘述。古构造恢复首先要消除断层的影响，即去断层恢复，目前比较常用的方法是斜剪切法。在去断层恢复后，还要进行地层褶皱恢复，以消除构造变形对地层的影响。对于挤压褶皱，通常使用“弯滑曲褶皱”方法进行去褶皱恢复[39]。在地层拉平后，其下部地层的埋藏深度不一，在回剥过程中需要考虑差异压实对地层厚度的影响，因此还需要去压实恢复。去压实恢复通常只考虑埋藏深度的变化，主要表现为孔隙度的变化，因此，去压实恢复实际上也是地层古孔隙度的恢复[38]。

由于岩石的压实过程受很多因素的影响，如岩性、上覆静岩压力、沉降速率、构造应力、地层含水特性、地层结构，甚至埋藏时间等等[39]，因此在去断层和去褶皱恢复后，还要进行去压实校正和古水深校正。

4.3 古压力恢复与成藏期次确定

经过古孔隙恢复和古构造恢复后，还要恢复古流体压力场，计算流体势，分析判断油气运移的方向；确定油气大规模运聚的期次，从而对各个主要成藏期的古输导体系进行恢复，建立起古输导体系的输导格架，划分出有效的输导体系。

4.4 古输导体系定量评价及应用

古输导格架恢复完成后，即可根据表2的标准对各输导要素进行量化处理，对古输导体系要素进行评价打分，以定量评价输导体系对油气输导成藏的作用。可用输导体系综合输导能力(TSCC)来定量表示输导体系输导油气的能力。TSCC=输导空间类型等级评分的加权平均值×30%+输导动力类型等级评分的加权平均值×25%+输导方向等级评分的加权平均值×20%+输导能力(含油饱和度)等级评分×15%+输导时期评分×10%。

仍以上述岐南凹陷油气输导体系为例，对岐南凹陷4个输导体系进行评价。根据上面的公式，计算出的岐南凹陷输导体系①的TSCC为4.826，输导体系②的TSCC为4.547，输导体系③的TSCC为4.822，输导体系④的TSCC为3.706。

因此，输导体系①最好，输导体系③较好，输导体系②次之，输导体系④最差。从而可以对所有输导体系进行量化评价和排队，择优进行评价、钻探和进行更为深入的研究。

5 结论

(1)提出了基于油气输导机制的输导体系分类方案，并将输导要素划分为3类：第一类为必要的输导要素(包括输导空间、输导动力和输导流体)；第二类为描述输导体系重要特性的输导要素(如输导方向、输导能力)；第三类为补充说明输导体系的输导要素(如输导体系的规模与层次、形成与作用时期等)。提出的基于输导机制的输导体系命名原则为：输导体系规模与层次+形成与作用时期+输导能力+输导方向+输导动力+输导空间。并以歧南凹陷为例说明了新的输导体系命名方法的可行性与适用性。

(2)详细描述了输导要素的定量评价标准，对主要输导要素建立了定量评价模型，以判断油气输导体系的优劣。在系统总结已有研究成果基础上，确定了各类输导要素的权重及各输导要素的4个等级的赋值标准。

(3)系统总结出了输导体系研究的思路和方法，提出了古孔隙度恢复和古构造恢复是古输导体系恢复的关键，并以黄骅坳陷歧南凹陷为例，计算了输导体系综合输导能力系数，从而可以对输导体系进行定量评价和排队优选，为客观、准确地评价输导体系奠定了基础。

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(编辑 徐文明)

Mechanism and quantitative evaluation method of the petroleum migrationn system

Lin Yuxiang, Sun Ningfu, Guo Fengxia, Yan Xiaoxia, Meng Cai, Li Xiaofeng, Liu Hu, Li Xiuqin

(CollegeofEarthScienceandEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao,Shandong266590,China)

A classification scheme for the petroleum migration system was proposed through the analysis and summary of the migration systems of the main petroliferous basins in China in order to reduce the multiple solutions and make more objective and accurate evaluation possible. The migration elements were classified into three types. The first type was the necessary elements, which included transportation space, power and fluid. The second type was a variety of elements that described the significant features of the migration system, including direction and capability. The third type was the elements that complemented the migration system, such as the scale and hierarchy as well as the formation and function period of the migration system. Based on the migration mechanism, a new nomenclature of the system was proposed: the scale and hierarchy of the migration system + the period of formation and function + fluid transport direction + the capability of transporting fluid+ migration power + migration space. Moreover, according to the contribution of elements on oil and gas migration and accumulation, this article systematically summarized the quantitative evaluation criterion and the assignment principle of the merits of each migration element. The restoration methods and steps of ancient migration system were determined. The recovery of paleo-pores and paleo-structure was the key to migration system recovery during the accumulation period. The method paved the way for the quantitative evaluation of migration, and made it possible to predict potential oil and gas reservoirs better and to improve the exploration success ratio.

naming and classification; migration elements; quantitative description; petroleum migration mechanism; petroleum migration system

1001-6112(2015)02-0237-09

10.11781/sysydz201502237

2014-03-20；

2015-01-26。

林玉祥(1963—)，男，博士，教授，博士生导师，从事油气地质勘探研究。E-mail: sdkdlyx@126.com。

国家自然科学基金面上项目(41172108)、国家油气专项“十二五”课题(2011ZX05033-04，2011ZX05004-01)和中国石油“十二五”科技攻关课题(2011A-0203)资助。

TE122.1

A