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第7章 石油地质学

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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油气藏类型第一节 概 述提要 油气藏分类应强调遵循科学性和实用性两项基本原则,据此将油气藏分为构造、地层、岩性、水动力、复合等五大类,并进一步细分亚类。按类型分述其形成机理、特点及分布,列举国内外重要实例说明之。目前世界上发现的油气藏数量众多、类型各异。为了认识各类油气藏的形成和分布特点,更有效地指导油气勘探工作,多年来,国内外石油地质学家们从不同的研究和使用角度出发,提出了上百种油气藏分类方案。但对油气勘探有重要意义的分类主要是依据圈闭成因、油气藏形态、遮挡类型、储集层类型、储量及产量的大小、烃类相态及流体性质等的分类。其中影响较大的分类有以下几种:(1) 圈闭成因分类法 :以美国石油地质学家 代表,将油气藏分为构造、地层、混合三大类型 80。(2) 按油气藏形态分类 :以前苏联学者 И.О.БРОД 为代表,将油气藏分为层状、块状、不规则状等类型 76。近些年来,我国一些石油地质学家根据中国陆相盆地油气藏形成和分布特点,提出了一系列油气藏分类方案。如胡见义等,以圈闭成因为分类标准,而以圈闭形态、遮挡条件和储集岩类型作为划分亚类和细分类的依据,据此将我国陆相盆地油气藏分为构造型、非构造型、混合型和水动力型四大类及若干亚类和细分类 50。 陈荣书根据形成圈闭的主导封闭因素,将圈闭分为构造、地层、水动力、复合等四大类,各大类可根据储集层上倾方向的具体封闭因素,结合储集特征,进一步划分出若干亚类 36 。还有许多石油地质学家针对我国各含油气区的油气藏的具体形成和分布特点,提出一些实用性较强的分类方案和油气藏名称。对于国内外这些关于油气藏分类的详细内容,这里不再赘述。一、油气藏分类的基本原则我们认为,油气藏分类的主要依据,应该是圈闭的成因。圈闭是决定油气藏形成的基本条件;在不同的构造、地层及岩性条件下,圈闭的成因不同,油气藏的特点不同,油气藏的类型也就当然不同。因此,只有根据圈闭成因对油气藏进行分类,才能够充分反映各种不同类型油气藏的形成条件,充分反映各种类型油气藏之间的区别和联系。科学地预测一个新地区可能出现的油气藏类型,对不同类型的油气藏采用不同的勘探方法及不同的勘探开发部署方案。因此,划分油气藏类型时,应该遵循以下两条最基本的原则:分类应能充分反映圈闭的成因,反映各种不同类型油气藏之间的区别和联系;分类应能有效地指导油气藏的勘探及开发工作,并且比较简便实用。这就要求分类不能任意过细,过于繁琐;更不能随意命名,引起混乱,难于鉴别。而是要求分类必须有高度的、科学的概括性。气藏分类方案根据上述两条基本原则和关于油气藏的概念,宜将油气藏分为构造、地层、岩性、水动力、复合等五大类,再进一步细分为若干类型。构造油气藏系指地壳运动使地层发生变形或变位而形成的构造圈闭中的油气聚集。构造运动可以形成各种各样的构造圈闭,因此,所形成的油气藏也就不同。但其共同特点是圈闭的成因均为构造运动的结果。地层油气藏是指油气在地层圈闭中的聚集。这里地层圈闭的概念是狭义的,是指因储集层纵向沉积连续性中断而形成的圈闭,即与地层不整合有关。根据地层不整合与储层的相互关系,可将其进一步划分亚类。岩性油气藏是指由于储集层的岩性横向变化而形成的圈闭。由于沉积条件的变化或成岩作用,使储集层在纵横向上渐变成不渗透性岩层。水动力圈闭是近些年来受到石油地质家们重视的一类油气圈闭,其圈闭形成条件与构造、地层、岩性圈闭不同,是靠水动力封闭而成。或者确切地说,水动力圈闭是由水动力与非渗透岩层联合封闭,使通常静水条件下不能形成油气聚集的地方形成油气藏。虽然这类油气藏目前发现数量尚少,但因其形成条件特殊,具有重要的理论意义,故单独列出一大类。在自然界中,许多现象往往并不是非此即彼,多数情况是在两极或多极之间存在许多过渡型,油气藏类型也是如此。各种地质因素结合形成圈闭的可能性是千变万化的,既可形成单一地质因素所控制的构造、地层、岩性圈闭,又可在很多情况下是两种或两种以上的因素相结合,形成复合圈闭。在油气勘探过程中,复合油气藏的勘探方法与构造或地层油气藏有很大不同。因此,划分出复合油气藏有其实际意义。关于油气藏的具体分类、名称及其典型示意图,如表 7示。表 7油气藏类型分类表第二节 构造油气藏由于地壳运动使地层发生变形或变位而形成的圈闭,称为构造圈闭。在构造圈闭中的油气聚集,称为构造油气藏。这种油气藏,过去和现在都是最重要的一种类型。构造运动可以形成各种各样的构造圈闭,形成的油气藏也就各种各样,其中比较重要的有背斜油气藏、断层油气藏、裂缝油气藏以及岩体剌穿构造油气藏等。一、背斜油气藏(一)背斜油气藏的主要特点在构造运动作用下,地层发生弯曲变形,形成向周围倾伏的背斜,称背斜圈闭。油气在背斜圈闭中聚集形成的油气藏,称为背斜油气藏。这类油气藏在世界油气勘探史上一直占最重要的位置,也是石油地质学家们最早认识的一种油气藏类型。十九世纪中后期美国地质学家 出的“ 背斜学说”,在油气勘探史上起了重要的推动作用。直到目前为止,在世界石油和天然气的产量及储量中,背斜油气藏仍居首位。人(1972)统计了世界上最终可采储量在 7100 万吨(5 亿桶)以上的 189 个大油田,其中背斜油藏占总5%以上。现将世界上由背斜油气藏组成的十个著名的特大背斜油田和气田分别列表如下。表 7 世界十个特大背斜型油田概况据 1975 年统计, 10 个特大背斜型油田的总储量超过 350108T,占当年世界石油总储量的 45%以上;10 个特大背斜型气田的总储量为 202295108当年世界天然气总储量的 这充分说明它们在世界油气储量中所占的极其重要的地位。因此,对石油地质工作者而言,研究背斜油气藏具有非常重要的意义。表 7 世界十个特大背斜气田概况背斜圈闭的形成条件和形态较简单,主要是储集层顶面拱起,上方被非渗透性盖层所封闭,而底面和下倾方向被高油气势面和非渗透性岩层联合封闭而形成的闭合低油气势区。背斜油气藏的油气分布局限于闭合空间内,油气水按重力分异,气油、油水或气水界面与储层顶面的交线同构造等高线平行,且呈闭合的圆形或椭圆形,具体形态取决于背斜的形态。烃柱高度等于或小于闭合度。(二) 背斜油气藏类型背斜圈闭的存在,是形成背斜油气藏的基本条件。从形态上看,背斜圈闭有很多种,如长轴背斜、短轴背斜、箱状背斜、伏卧背斜等等。在自然界存在的与油气聚集有关的背斜圈闭及背斜油气藏,从成因上看,主要有以下五种类型。1. 挤压背斜油气藏系指在由侧压应力挤压为主的褶皱作用而形成的背斜圈闭中的油气聚集。常见于褶皱区,两翼地层倾角陡,常呈不对称状;闭合高度较大,闭合面积较小。由于地层变形比较剧烈,与背斜圈闭形成的同时,经常伴生有断裂。我国酒泉盆地老君庙油田的 L 层油气藏可作为一个典型实例,如图 7示。它是一个不对称的背斜圈闭,南翼倾角 20°北翼倾角 60°长轴与短轴之比为 3∶1,并被逆掩断层及横断层所切割。图 7 老君庙背斜油藏综合图(据玉门石油管理局)从区域上看,这种背斜分布在褶皱区的山前坳陷及山间坳陷等构造单位内,常成排成带出现。我国酒泉盆地南部祁连山山前地带的背斜带,可以作为一个典型实例。它是由青草湾、鸭儿峡、老君庙、石油沟等一系列背斜组成的背斜构造带,如图 7示。 酒泉盆地山前背斜带分布图(据玉门石油管理局)这种背斜油气藏也广泛分布在我国褶皱挤压的其他含油气地区。如四川盆地川东地区的高陡背斜气藏就是典型代表。图 7川东卧龙河气田构造平面图(嘉五 1)和横剖面图,为一长轴背斜, 由多条逆断层切割。两翼不对称,西翼陡 40~50°,东翼缓 20~25°, 构造轴线由浅向深向缓翼偏移。该气田由多个背斜气藏组成, 嘉五 1 气藏为主力气藏  13 。图 7四川盆地卧龙河气田平面及剖面图 (据四川石油管理局)在国外的褶皱区内,也分布有很多著名的这种背斜油气藏。例如在波斯湾盆地的扎格洛斯山前坳陷、美国的阿巴拉契亚山前坳陷以及前苏联的高加索山前坳陷等等,都有很多挤压背斜油气藏。2. 基底升降背斜油气藏即在沉积过程中,由于基底的差异沉降作用而形成的平缓、巨大的背斜构造。一般在地台区常见这种以基底活动为主形成的背斜圈闭。基底活动使沉积盖层发生变形,形成背斜圈闭。其主要特点是:两翼地层倾角平缓,闭合高度较小,闭合面积较大( 与褶皱区比较)。从区域上看,在地台内部坳陷和边缘坳陷中,这些背斜圈闭常成组成带出现,组成长垣或大隆起。特别是坳陷中心早期的潜伏隆起带,在油气生成、运移过程与背斜圈闭形成过程相吻合的情况下,这些隆起和长垣就成为油气聚集的最好场所,形成一系列这种类型的油气藏。我国大庆长垣萨尔图等油田中的油气藏,即属于这种类型,如图 7示。在国外的一些地台区,这类油气藏也相当普遍,其中包括很多著名的特大油气田。例如波斯湾盆地中产量和储量都居世界第一位的加瓦尔油田,西西伯利亚盆地的萨莫特洛尔大油田和乌连戈伊大气田,它们的油气藏主要是属于与基底活动有关的背斜油气藏。萨莫特洛尔油田位于西西伯利亚盆地的下瓦尔托夫隆起,含油面积 157508T,主要产层为白垩系砂岩 ,埋藏深度 1610要油藏属于背斜油藏(图 7图 7庆萨尔图油田平面图及剖面图(据大庆石油管理局) 萨莫特罗尔油田油气藏横剖面图3. 底辟拱升背斜油气藏陷内堆积的巨厚盐岩、石膏和泥岩等可塑性地层,在上覆不均衡重力负荷及侧向水平应力作用下, 塑性层蠕动抬升,使上覆地层变形形成底辟拱升背斜圈闭。大多数与油气聚集有关的底辟拱升背斜形成物质是盐岩、或者盐岩与石膏、泥岩组成的混合层,尤以盐丘占主要地位。这种背斜的轴部往往发育堑式或放射状断裂系统,顶部陷落,断层将其复杂化。甚至有的在宏观上呈背斜形态,但具体到油气聚集的基本单元往往已没有完整的背斜圈闭,而是被断层分割成众多的半背斜和断块圈闭。我国江汉盆地的王场油田的油藏可作为此类的典型代表。该油田为一长轴背斜,走向北西,两翼近对称,隆起幅度高达 800m。在剖面上,地层倾角上缓下陡,上部仅 20°,下部达 60°~70°。地下核部为盐岩隆起。根据地震资料,在 6000~7000m 深处,构造已全部消失。如图 7示。图 7江汉盆地王场构造平面及剖面图 (据胡见义等)江汉盆地潜江凹陷的潜江组为一套富含膏盐的盐湖相泥质岩系,厚 3500 m 以上。其中盐岩层最多可达 153 层,累计厚度占总厚度的 50%,尤以潜四段下部最发育。渤海湾盆地东营凹陷下第三系下部也发育一套厚逾 1000 m,由盐岩、石膏及泥质岩组成的柔性地层,这套混合塑性层在凹陷中央上拱是中央隆起带形成的主要机制。在该构造带上的东辛油田,其构造背景就是典型的塑性拱升背斜。该构造由东营穹隆背斜和辛镇长轴背斜组成,呈东西向展布,轴部发育的堑式断裂系统将其切割成堑式背斜,油气藏的分布受背斜构造宏观控制,但单个油气藏多数为断层遮挡油气藏 70(图 7 东辛油田平面图及成藏剖面图在国外,有很多著名的这类油气藏。例如中东地区科威特的最大油田要含油层为中白垩统瓦拉砂岩及布尔干砂岩,两者之间的隔层为马杜德灰岩。瓦拉砂岩为细 60 m;布尔干砂岩为中 335 m,为三角洲相沉积。孔隙度 25~30%,渗透率3000~4000103井平均日产油量达 1350T,油田可采储量为 90108T,是世界第二大油田(图 7布尔干油田背斜构造圈闭的成因,是由于侏罗系泻湖相巨厚的柔性盐层长期活动的结果。图 7 布尔干油田油藏的构造图(a)及横剖面图(b)此外,在北美的墨西哥湾、前苏联的恩巴地区以及西非的部分地区的许多背斜油气藏,也都属于这种类型。覆背斜油气藏这类背斜的形成与地形突起和差异压实作用有关。在沉积基底上常存在有各种地形突起,由结晶基岩、坚硬致密的沉积岩或生物礁块等组成。当其上有新的沉积物堆积后,这些突起部分的上覆沉积物常较薄,而其周围的沉积物则较厚,因而在成岩过程中,由于沉积物的厚度和自身重量不同,所受到的压缩也是不均衡的,周围较厚的沉积物压缩程度较大,结果便在地形突起(潜山 )的部位,上覆地层呈隆起形态,形成背斜圈闭。常呈穹隆状 ,顶平翼稍陡,幅度下大上小。对塑性较大的泥质岩所形成的背斜较明显,倾角稍大些;而对较硬的砂岩及石灰岩所形成的背斜常不如前者明显,倾角较平缓。潜山上部的背斜,常反映下伏潜山的形状,但其闭合度总是比潜山高度小,并向上递减,倾角也是向上减小。这种背斜构造,也有人称为披盖构造或差异压实背斜。如渤海湾盆地济阳坳陷的孤岛油田和孤东油田,都是以这类油藏为主。它们的“基底”主要是由奥陶系石灰岩或白云岩组成的剥蚀突起(潜山) ,其翼部超覆沉积有下第三系,顶部则被上第三系馆陶组及明化镇组覆盖,形成较大规模的披盖构造。特别是馆陶组拥有典型的与剥蚀及差异压实作用有关的背斜油气藏。如图 7示。图 7 孤东油田馆陶组油藏构造图及横剖面图 (据胜利石油管理局)国外在不少含油气盆地中,也有这种类型的油气藏。例如,北美地台二叠盆地中的希莫尔油田,其中的宾夕法尼亚系油藏就属此类,如图 7示。宾夕法尼亚系之下,是一个珊瑚礁组成的突起-宾夕法尼亚系背斜反映了下伏突起的形态。此外,在北非地台、俄罗斯地台等也都有这类油气藏分布。图 7 二叠盆地希莫尔油田横剖面图5 滚动背斜油气藏在世界各地中新生代碎屑岩沉积盆地中,发现许多与同生断层有关的滚动背斜圈闭及其油气藏。多分布在三角洲地区,其主要特点是背斜都很平缓,成因主要是由于沉积过程中同生断层作用的结果。在断块活动及重力滑动作用下,堆积在同生断层下降盘上的砂泥岩地层沿断层面下滑,使地层产生逆牵引,形成了这种特殊的“滚动背斜”圈闭。同生断层及滚动背斜的形成与三角洲的成长发育有关,而与任何造山运动无关。这些滚动背斜位于向坳陷倾斜的同生断层下降盘,多为小型宽缓不对称的短轴背斜,近断层一翼稍陡,远断层一翼平缓。轴向近于平行断层线,常沿断层成串珠状成带分布。构造幅度中部较大,深浅层较小。背斜高点距离断层较近,且高点向深部逐渐偏移,其偏移的轨迹大体与断层面平行。这些滚动背斜一般具有良好的油气聚集条件,因为它们距油源区近,面向生油凹陷,发育在大型三角洲沉积中,储集砂体厚度大、物性好,并形成良好的生储盖组合,加之构造属于同沉积构造,同生断层可作为油气运移的通道,因此,这类背斜常可形成富集高产的油气藏。营凹陷中一些受同生断层控制的构造带上的油田,如胜坨油田、永安镇油田皆属之。惠民凹陷的临盘油田、歧口凹陷的港东油田,都是受同生断层控制形成的滚动背斜构造。它们的主要含油层系为渐新世的沙河街组,含油气十分丰富。由于同生断层长期活动,涵盖了油气大规模运移聚集时期, 致使在纵向上多层系含油气。其中最著名的是坨庄图 7示。图 7 胜坨油田构造及横剖面图(据胜利石油管理局)胜坨油田的背斜构造是受胜北同生断层所控制的滚动背斜。其主要含油层沙河街组的油藏属于滚动背斜油气藏。背斜走向近东致平行胜北大断层。虽然该背斜油气藏被若干断层所切割,但仍可明显看出是受背斜控制,含油气十分丰富。在国外也有很多这类油气藏,且常高产。例如尼日利亚的尼日尔河三角洲地区就有近200 个这种类型油气藏。如尼日利亚第一个海上油气田的油气藏就是典型的滚动背斜型油气藏,如图 7示。图 7尼日利亚奥坎油田 层顶部构造图图 7 尼日利亚奥坎油田横剖面图奥坎油田位于尼日尔河三角洲上,是一个滚动背斜圈闭,在其东北约 3 公里,为一主要同生断层,它与滚动背斜都是同沉积形成的。奥坎背斜长约 10约 5轴走向为北西造平缓,有三个明显的高点。单井最初日产油量 1280T。此外,在美国墨西哥湾等地区也发现相当多的这种类型油气藏。二、断层油气藏断层圈闭是指沿储集层上倾方向受断层遮挡所形成的圈闭;在断层圈闭中的油气聚集,称为断层油气藏。油气勘探的实践表明,这类油气藏是世界各含油气盆地中广泛分布的一种类型。我国的油气勘探实践也证明,无论是在西北古生代褶皱区,还是在东部地台区,断层油气藏的分布都很广泛。尤其在东部地台区,中生代以来块断运动比较活跃,形成很多断陷盆地,同时在盆地的斜坡带以及背斜带上,也产生了大量断层,形成了为数众多的断层油气藏。例如在渤海湾盆地,大量油气藏都是属于这种类型。因此,研究断层油气藏的形成条件和特点,对我油气勘探工作有重要的实际意义。 (一) 断层在油气藏形成中的作用断层破坏了岩层的连续性。断层的性质、断层的破碎和紧结程度,以及断层面两侧岩性组合间的接触关系等,对油气运移、聚集和破坏都有密切关系。有时同一断层,在深部和浅部所起的作用不同。在历史发展过程中,在不同时期内,也可能起着封闭或破坏两种此,断层对油气藏形成的作用,应从多方面考虑,特别是要深入地分析断层的发展历史与聚油期之间的关系,分析断层两侧的地层组合关系,分析断层面的封闭性和开启性,这样才能正确认识断层的作用,找出断层与油气聚集的规律。从油气运移和聚集来看,断层对油气藏的形成,有以下两方面的作用:1 封闭作用所谓封闭作用,是指由于断层的存在,使油气在纵、横向上都被密封而不致逸散,最后聚集成油气藏。在纵向上,断层的封闭作用决定于断层带的紧密程度,主要取决于以下四个因素:1)于所受外力不同,产生不同性质的断层。受压扭力作用产生的断层,断裂带表现为紧密性的,常使断层面具封闭性质。而张性断层的断裂带常不紧密,易起通道作用。但这并不是说张性断层的封闭性一定比压扭性断层的差。渤海湾盆地中新生代地层中的断层几乎都是张性正断层,但都具有良好的封闭性能。断层的产状也影响其封闭性能。断面陡,封闭性差;断面缓,封闭性好。2)于地下水中溶解物质(如碳酸钙) 沉淀,将破碎带胶结起来,形成所谓断层墙,而起封闭作用。3)泥岩) 产生断层,沿断层面常形成致密的断层泥,可起封闭作用。一般来说,断开地层中泥岩的厚度越大,其封闭性越好。4)于原油的氧化作用,形成固体沥青等物质,堵塞了运移通道,也可起封闭作用。在横向上封闭与否,取决于断距的大小,以及断层两侧岩性组合的接触关系。由于断层的断距在横向上和纵向上都有变化,在沉积盆地内岩性组合也变化多端。因此,断层能否起封闭作用,也是变化不一的。但是,其最基本的条件是断层两侧的渗透性岩层不直接接触,俗称“砂岩不见面”,就可起封闭作用。反之,如果断层两侧的渗透性岩层直接接触,则不能起封闭作用。如图 7示。一般情况下,对于由大段泥岩夹砂岩组成的剖面,断距小于泥岩厚度时,封闭条件较好;在大段泥岩层内的单层砂岩,受断距的影响也较小。形成断层圈闭的另一个基本条件是断层位于储集层的上倾方向。因此,在研究断层封闭时,必须注意断层面倾向与地层倾向间的组合关系;正确地判断出究竟是上升盘封闭,还是下降盘封闭。当断层两侧的地层向相反方向倾斜时,则上下盘都可能形成良好的圈闭条件。图 7 断层两侧岩性接触情况对断层圈闭封闭性的影响A 层为完全封闭;B 层为不封闭;C 层为部分封闭图 7 断层圈闭的大小与断距及断层两侧岩层接触情况的关系断层圈闭的闭合高度及闭合面积,决定于断距的大小及其与盖层、储集层厚度的关系。若断距使盖层将储集层全部遮挡,如图 7示,则所形成圈闭的闭合高度大、闭闭面积等于溢出点(断层线与储集层顶面构造等高线的最低切点 )等高线和断层线所圈闭的面积;若盖层只封闭住储集层的上部,则储集层上部的封闭部分亦可形成圈闭,但其闭合高度小于储集层的厚度,如图 7圈闭面积也小。从本质上来说,断层的封闭能力取决于断层面两侧对置岩层的排替压力差。通常泥岩与断层另一盘上倾方向的砂岩相对置而形成断层圈闭,原因是封堵泥岩具有较高的排替压力,可阻止油气横向运移,故可用烃柱高度来表示封堵能力。影响断层封闭性的因素是多方面的,但归根到机理上,断层的封闭与开启取决于断层两盘岩层及断裂带本身三者的排替压力和孔隙流体压力的分布关系。只要断裂带或储层上倾方向的另一盘排替压力较高,就能起到一定的封闭作用,并在一定的闭合构造样式下形成油气藏。遮挡体的封闭能力可用能封闭的油气柱高度来表示,即 310式中:H 为断层所能封闭的最大油(或气)柱高度(m); g 为重力加速度; w、 h 分别为水与油(或气)的密度(g/3); P B、P R 分别为遮挡体和储集层的排替压力。如果考虑到水动力因素,可改写为: 310)(中:P 为遮挡体与储集层的孔隙流体压力差;压力降方向与油气运移方向一致时取负值 ,相反时取正值。在分析我国东部中新生代裂谷盆地中的大量张性正断层的封闭性时,应重点考虑断层填隙物对封闭性的影响。据研究,断层填隙物这种普遍的地质现象,若错开岩层以泥岩为主,填隙物为泥质,则封闭性好;反之以砂岩为主,则封闭性变差 19 。2 通道和破坏作用由于断裂活动开启程度高,常常破坏了原生油气藏的平衡状态,断层就成为油气运移的通道。如果遇到断层断至上部某一地层中而消失,且其上部有良好的盖层,则可形成次生油气藏。这种次生油气藏的层位往往与断层的部位相吻合。如大港油田,断层断开的最高部位在离地面以下 600~700m 处,浅层次生油气藏也在此深度以下形成。又如东辛油田,纵向上含油气井段跨度逾 2000m 以上,最浅的含气层位明化镇组也是主要断层活动结束的层位。说明在这些地区,断层是沟通深部原生油藏与浅部次生油藏的重要通道。但是,也有的断层断至地面,油气可以完全逸散而破坏了油气藏,例如柴达木盆地的油砂山油田,本来为一完整的背斜油藏,后因垂直构造轴线发生一条大断距的断层,将东侧油层抬高暴露于地面,油藏则全部遭到破坏,如图 7示。西侧油层下降,被断层封闭仍保留了商业性油藏。图 7 油砂山油田构造图 (a)及剖面图(b) ( 据青海石油勘探局)总之,断层对油气藏形成所起的作用具有两重性,既可以起封闭作用,也可以起通道和破坏作用。对一个沉积盆地内的断层,如何判断它们是起积极的封闭作用,还是起消极该从断层发育史与沉积和聚油期关系来研究。在我国东部地台区的一些断陷盆地内,有些发育早、断距大的基底断裂,常常控制沉积盆地的边界及生、储、盖组合的沉积范围。在其下降盘的凹陷内沉积厚,生、储、盖组合完整;在其上升盘往往缺失生、储、盖层的沉积,形成秃顶的突起。伴随着上述老断层的不断活动,在盆地的边缘和中间的隆起部分,在盆地不断升降过程中,常发生走向和斜交的两组断裂,使构造带复杂化而成构造断裂带。这些断层对油气有的起封闭作用,有的起分隔作用,也有的起通道和破坏作用。但是,其中的主要断层常常是使油气富集的主要因素之一。例如准噶尔盆地克拉玛依油田的克阳坳陷坨对油气聚集和油气藏的形成,起了极为重要的积极作用。而局部构造上的一些次要断层,往往断距比较小,对油气藏起复杂化的作用,影响含油高度、富集程度、控制油水界面的高低以及作为通道形成浅处的次生油气藏等等。总之,不论哪一级断层,在整个地质历史发展过程中,变化是很复杂的,所起的作用也是多种多样的。我们可以根据断层的性质、断开层位的高低、断层两侧地层岩性厚度的变化、以及断层的活动情况等,来分析它们对油气藏形成所起的作用。如有的断层发生在聚油期以前,后期停止活动;有的断层发生在聚油期以后;有的断层与聚油期同时发生。有的断层是早期起封闭作用,后期起通道或破坏作用;有的断层是上部封闭下部不封闭,或者相反等等。总之,每条断层对油气藏形成所起的作用,要具体情况具体分析,不能用静止的观点去主观判断,而是要根据其发展历史全面地进行评价。(二)断层油气藏的主要类型断层圈闭的型式是多种多样的,可从不同角度进行分类。根据断层性质可将断层油气藏分为正断层遮挡油气藏和逆断层遮挡油气藏。在我国东部中新生界裂谷盆地中的油气藏均为正断层遮挡油气藏。根据断层倾向与储层倾向之间的关系,可将其分为同向正断层遮挡油气藏和反向正断层遮挡油气藏,前者断层与储层倾向一致,通常断距大于储层厚度方能形成圈闭;后者断层与储层的倾向相反,断层与储层构成屋脊形式,所形成的油气藏又称为屋脊断块油气藏。屋脊断块圈闭比同向正断层圈闭易于形成,故在断层遮挡油气藏中, 大多数为屋脊式油气藏。如渤海湾盆地东辛油田中的断层油气藏,屋脊断块油藏约占 90%以上。各类断层油气藏在成因上有着内在的联系,其最基本的共同点,就是它们都是在地层的上倾方向为断层所封闭。通常根据断层线与储层构造等高线的组合关系,可分为下列几种型式。(1) 断鼻构造油气藏它是由断层与鼻状构造组成的圈闭及其油气藏。在区域倾斜的背景上,鼻状构造的上倾方向被断层所封闭,形成断层圈闭。在其中聚集了油气就形成这种类型的油气藏(图 7渤海湾盆地大量分布这类油气藏,如永安镇油气田永 12 断块沙二下油气藏。该油气藏储层为沙二下块状砂岩,呈一向北抬起的鼻状构造,被近东西向延伸的北掉断层切割,形成断鼻油气藏。由于油气源充足,储层物性好,断层封堵能力强,因而含油气层厚度很大,最厚可达 70 多 m(图 7 128。 断鼻状构造圈闭及油气藏图 7永安镇油田永 12 断块构造及油藏剖面图(据王秉海等)(2) 弧形断层断块油气藏在倾斜储集层的上倾方向,为一向上倾凸出的弯曲断层(弧形断层)面所包围;在构造图上表现为较平直的构造等高线与弯曲断层线相交,形成圈闭条件。如图 7示胜坨油田的某一断层油气藏的示意图。图 7坨油田某一断层油气藏构造图及剖面图(3) 交叉断层断块油气藏在倾斜储集层的上倾方向,为两条相交叉的断层所包围;在构造图上表现为较平直的构造等高线与交叉断层相交。青海柴达木盆地冷湖油田某断层油藏可以作为这类油气藏的典型实例(图 7渤海湾盆地也分布有大量这种类型的油气藏。图 7柴达木盆地冷湖油田某断层油藏构造图(a) 及剖面图(b)(据青海石油勘探局)(4) 多断层复杂断块油气藏在许多复杂断块区,往往有多组断层的交叉切割与地层产状相结合, 组成各种几何形态的含油气断块,遮挡的断层往往是多条,形成复杂断块圈闭,许多成为封闭断块。在储层上倾方向及侧向被三条或更多的断层切割封闭,形成半封闭或封闭形断块,构造图上表现为多条断层与构造等高线构成闭合区。如东辛油田的营 13 断块区(图 7。图 7东辛油田营 13 断块区油藏平面及剖面图(5)逆断层断块油气藏这类油气藏出现在挤压盆地的边缘地区,由盆地边缘多组逆断层或逆掩断层与储集层结合而形成的各种形态的含油气断块。在逆掩断层上盘,形成了逆掩断块油气藏,在逆掩断层下盘,常常形成隐藏性掩覆断块油气藏。如克拉玛依油田北缘断块的一些油气藏。上述五种断层油气藏的圈闭形式有一个共同点,就是必须形成一个圈闭的空间。从构造图上看,在断层本身是封闭性的前提下,形成断层圈闭的必要条件是:断层线与构造等高线或与岩性尖灭线必须是闭合的。反之,不具备上述条件,断层就不能形成圈闭。我国各含油气地区,尤其是渤海湾盆地,断层与储集层形成各式各样的圈闭组合形式,即形成大小、形态都不一样的断块,许多学者将这类断层油气藏称为断块油气藏,在实际不同地区,为了区分不同类型的断块油气藏,又根据断块的形态分为扇形、梯形、三角形、菱形等断块油气藏。我们认为,断层油气藏与断块油气藏不宜作为同义语,后者应是前者的一部分,断块油气藏泛指那些靠封闭断层与不具构造形态的倾斜储集层组成的圈闭油气藏,常常是由多条断层将储层分割成各式各样的断块,或者是由单一弯曲断层与倾斜储集层构成圈闭。单个圈闭小而破碎;而将断层与具有一定构造形态的鼻状构造组成的断层遮挡圈闭油气藏称为断鼻油气藏,这类油气藏含油面积往往较规则,储层上倾方向为断层遮挡,含油范围常呈半背斜状。断层油气藏有其自己的特点,特别是其复杂性和多样性,并且是随着各个时期构造运动的性质和强弱的变化而变化。因此,石油地质工作者就必须在复杂多变的情况下,分析研究其变化规律,才能使油气勘探工作更有成效。三. 岩体刺穿油气藏(一)岩体刺穿油气藏的概念由于刺穿岩体接触遮挡而形成的圈闭,称岩体刺穿圈闭;岩体刺穿油气藏则是指油气在岩体刺穿圈闭中的聚集。按刺穿岩体性质的不同,可以分为盐体刺穿、泥火山刺穿及岩浆岩柱刺穿等。目前世界上在这三种岩体刺穿圈闭中都已经发现了油气藏。但是,从分布的广泛性来看,盐丘刺穿更为重要。如在罗马尼亚、德国、美国和俄罗斯等国,都发现有相当数量的盐体刺穿油气藏。而与泥火山刺穿有关的油气藏及与岩浆岩柱刺穿有关的油气藏,则仅在个别地区有所发现。与刺穿构造有关的圈闭,除岩体刺穿圈闭外,还可形成背斜圈闭、断层圈闭等。后两类油气藏前已阐述,不再重复。(二)形成机理和分布地下岩体(包括盐岩、泥膏岩、软泥以及各种侵入岩浆岩) 侵入沉积岩层,使储集层上方发生变形,其上倾方向被侵入岩体封闭而形成刺穿(接触 )圈闭。与刺穿体有关的储层上倾变形、变位(断裂) 相应可形成背斜圈闭和断层圈闭。刺穿油气藏的基本特点是油气在上倾方向一侧被刺穿岩体所限,其下倾方向油(气) 水边界仍与规则等高线保持平行。关于盐岩和泥火山活动,以及与其有关的底辟和刺穿构造的形成,国内外许多学者做了大量的研究工作,多数认为,膏盐和软泥常饱含大量的原生水,比其他沉积岩层的密度低,在上覆密度大的沉积层的不均衡重压下(静压或动压),使可塑性的膏岩或软泥发生流动,由高压区流向低压区;在流动过程中,遇到沉积岩层的薄弱带,如活动的同生断层或压差较大的低压区等,这些可塑性的膏盐流或软泥流就向上侵入或拱起,造成刺穿和底辟构造。因此,膏盐和软泥的刺穿或底辟常与同生断层密切联系在一起。根据上述机理可知,形成刺穿或底辟构造的基本条件是地下深处存在相当厚度的膏盐或软泥层,厚度愈大,形成这种构造的可能性也就愈大;其次是上覆岩层存在压差变化比较显著的薄弱带。上述两个基本条件,控制了刺穿接触圈闭及岩体刺穿油气藏的形成和分布。)岩体刺穿油气藏的实例1 盐体刺穿油气藏地下深处的盐体,侵入并刺穿上覆的沉积岩层,形成盐体刺穿圈闭,其中聚集了油气,则称为盐体刺穿油气藏。例如罗马尼亚喀尔巴阡山前带的莫连尼油田的油藏,就属这类油气藏。该油田是盐体侵入并刺穿了上覆第三系渐新统和上新统的砂岩储集层,形成了盐体刺穿圈闭及其油气藏(图 7图 7连尼油田横剖面图此外,在美国墨西哥湾地区、前苏联恩巴地区、德国北德意志盆地、西欧北海盆地、西非加蓬等地区都广泛分布有这种类型的油气藏。2 泥火山岩体刺穿油气藏这是由于泥火山刺穿作用,形成圈闭条件,聚集了油气所形成的油气藏。例如前苏联阿普歇伦半岛的洛克巴丹油气田中的油气藏,就属此类。该油田为一背斜构造,构造顶部为泥火山所刺穿,第三系上新统储集层沿上倾方向与泥火山刺穿体接触,形成圈闭条件,聚集了油气,就形成了这类油气藏,如图 7示。图 7 洛克巴丹油气田剖面图 (据 И.О.Брод,1950)我国新疆准噶尔盆地独山子油田,也有泥火山活动。此外,在尼日尔河三角洲、缅甸的阿拉康海岸,以及特立尼达岛等地,也都有泥火山的活动及其有关的油气藏。3 岩浆岩体刺穿油气藏地下深处的岩浆侵入并刺穿上覆沉积岩层,形成岩浆岩体刺穿圈闭,后来油气在其中聚集,就形成这类油气藏。例如在墨西哥曾发现过这样一个油田,如图 7示。其中的油气藏是属于岩浆岩体刺穿油气藏。这类油气藏比较少见。图 7墨西哥的岩浆岩体刺穿油田横剖面图(据 И.О.Брод)四. 裂缝性油气藏(一)概述所谓裂缝性油气藏,是指油气储集空间和渗滤通道主要靠裂缝或溶孔(溶洞) 的油气藏。在各种致密、性脆的岩层中,原来的孔隙度和渗透率都很低,不具备储集油气的条件;但是,由于构造作用,加上其他后期改造作用,使其在局部地区的一定范围内,产生了裂隙和溶洞,具备了储集空间和渗滤通道的条件,与其他因素(如盖层、遮挡物等) 相结合,则可形成裂缝性圈闭。油气在其中聚集,则形成裂缝性油气藏。岩层的裂隙可以是多种因素造成的,但构造作用最重要,岩层裂隙的产生和发展,在是与褶皱和断裂联系在一起的。因此,将裂缝性油气藏归入构造油气藏类。裂缝性油气藏虽然常常与背斜油气藏、断层油气藏有密切关系,又有它自己的特殊性,与勘探和开发背斜油气藏、断层油气藏有很大区别。所以把它单独列为一种油气藏类型,并说明它与背斜油气藏、断层油气藏在成因上既有密切联系,又有重要区别。(二)、裂缝性油气藏的特点与其他类型的油气藏比较,裂缝性油气藏常有如下特点:然裂缝性油气藏储集层的储集空间类型很复杂,而构造裂缝的发育,常可把各种类型的孔隙、裂隙联系起来,形成统一的孔隙原来互相隔绝的裂隙、孔隙、晶洞、溶洞等储集空间沟通起来,形成一个统一的储集空间网络,其中聚集油气后所形成的油气藏也呈块状,具有共同的油一的压力系统。裂缝性油气藏的钻井过程中,经常发生钻具放空、泥浆漏失和井喷现象。据我国四川盆地二叠系、三叠系裂缝性气藏 44 口主要产气井的不完全统计,发生放空、漏失和井喷的约有 37 口,占总井数的 84%,放空和漏失的井段和层位,多半是生产层所在的井段和层位。如自流井气田的自 2 井,钻至井深 ,钻具放空 之发生井漏,并造成强烈井喷。这个井段和层位恰恰就是该井的主要产气井段和层位。而且产量的大小,常和漏失程度有密切关系。所以,在现场工作的地质人员,常可根据钻具放空和漏失情况来初定产油气井段及层位,并估计其产量大小。般裂缝油气藏储集层在实验室根据岩芯测定的渗透率很低,而试井实际测得的渗透率却很高,相差悬殊。这是由于构造裂缝沟通了储集层的各种储集空间,形成一个畅通的渗流系统。例如波斯湾地区一些著名的裂缝性大油气田,它们原始的粒间孔隙度及渗透率都很低,而实际的渗透率却是很高,油井产量也很高,油层压力稳定,且能保持长期高产。如伊朗的麦斯日德莱曼油田,储集层的粒间孔隙度平均只有 但其累积产油量却已超过 吨。其原始渗透率很低,但产量却很高。这都是由于构造裂缝大大增加了储集层孔隙度和渗透率的结果。同油气井之间产量相差悬殊:由于裂缝性储集层的孔隙性、渗透性分布不均,同一储集层的不同部位,储集性能可以相差悬殊。因此,造成不同油井之间的产量差别甚大。高产井群中伴有低产井和干井,低产井群中伴有高产井。例如四川盆地的自流井气田中三叠统气藏,在郭家坳高产区中却存在有干井。对碳酸盐岩储集层来说,除各种原生孔隙是受沉积条件控制外,其他各种类型的裂隙、溶洞等多受构造运动及地下水活动等因素的
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本文标题:第7章 石油地质学
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