中国海相深层油气富集机理与勘探开发：研究现状、关键技术瓶颈与基础科学问题

海相深层油气是国际上普遍关注的重大领域。经过长期的勘探实践,尽管中国的石油公司在四川和塔里木盆地海相深层-超深层碳酸盐岩油气勘探中取得了重大突破,在四川盆地及周缘海相深层页岩气勘探上也取得了重要进展,但仍然存在许多科学与技术问题需要继续攻关解决。文中对中国海相深层油气富集机理与勘探开发研究现状、关键技术瓶颈与基础科学问题进行了系统分析,提出应该从国家资源战略需求出发,立足于上扬子、塔里木和华北三大克拉通盆地原型-改造作用分析进行相关研究：1）针对海相深层碳酸盐岩油气和深层页岩气富集与流动机理、深层复杂构造成像与多类型储层预测原理、高温高压深层钻完井工程与控制原理等关键科学问题,开展多学科交叉融合和技术集成研究;2）在油气成藏与流动开采机理研究方面,加强成盆-成岩-成储-成烃-成藏的全要素和从地质-人文时间尺度的全过程动态分析,构建海相深层常规-非常规油气有序成藏模式和烃类流动模式,为油气资源潜力评价和有利区带预测奠定基础;3）针对海相深层油气勘探所面临的低信噪比、低分辨率、低成像精度及低保真度等主要地球物理问题,应该从深层复杂构造成像与复杂储集层预测两个方面,加强宽频地震采集、复杂储集层岩石物理建模、高精度叠前保幅成像、复杂储集层综合评价等技术的攻关;4）针对海相深层层系多、非均质性强和高温高压等特点,重点解决与超深井提速和井筒完整性等相关的突出工程技术问题。     

中国海相超深层油气地质条件、成藏演化及有利勘探方向

通过对中国海相超深层油气区域构造背景、石油地质条件分析及典型地区(古)油气藏解剖,研究海相超深层油气成藏演化过程及富集主控因素。中国海相超深层油气主要分布在四川、塔里木和鄂尔多斯3大克拉通盆地,界定其埋藏深度大于6000 m,赋存层系为前寒武系及下古生界为主的古老海相层系。中国海相超深层烃源岩发育受全球超大陆聚、散旋回为背景的克拉通裂陷及克拉通坳陷控制,在四川盆地发育层系最多、塔里木盆地其次、鄂尔多斯盆发育规模有待进一步证实;储集层以碳酸盐岩为主,储集性能受早期高能滩体、后期叠加溶蚀及断裂作用共同控制;区域盖层包括膏盐岩、泥页岩与致密碳酸盐岩3大类。中国海相超深层普遍经历了两期油藏、古油藏裂解成气(或部分裂解)、裂解气(或高过成熟油气)晚期定型等演化阶段,油气富集受静态和动态地质要素耦合控制,主力生烃中心、高能相带叠加岩溶规模储集层、巨厚膏盐岩或泥页岩盖层、稳定保持圈闭条件是超深层油气富集关键因素。海相超深层具有克拉通内裂陷周缘、克拉通内坳陷周缘和克拉通边缘3个有利勘探方向。     

苏北盆地深层古生界结构与海相油气勘探

苏北盆地深层古生界沉积实体由于多期构造运动的更迭,其先期原始结构已面目全非。根据地表地质调查和地下地球物理信息,开展地质—地球物理综合解释,得出盆地深层古生界现今结构为"双层结构",且不具有完全的继承性。联系区域上古油藏破坏残留迹象,建议用构造思路研究该地区的海相油气,为区域性油气勘探目标提供相关科学依据。      

塔里木古生界克拉通盆地海相油气富集规律与古隆起控油气论

塔里木古生界克拉通盆地海相油气分布十分复杂,大油气田形成及分布主要受古隆起、有效烃源岩分布以及后期构造变动三大因素控制。其中最重要的是古隆起及其斜坡,原因是古隆起及其斜坡是克拉通盆地各种成藏条件的最佳耦合区。塔里木克拉通古隆起可划分为继承型、残余型、叠加型、衰亡型4种类型。长期发育的大型继承性古隆起与残余古隆起及其斜坡是油气最富集的地区。古隆起控油、斜坡富集,隆起高部位油气易发生调整破坏、斜坡部位有利于富集保存,这是塔里木克拉通区油气藏形成和分布的重要规律。多期成藏、多期调整是塔里木克拉通区油气藏形成的重要特点。晚加里东-早海西期是克拉通区原生油藏最主要的成藏时期;晚海西期既是原生油气藏形成的主要时期,又是早期油气藏发生调整形成次生油气藏的重要时期;燕山期,特别是喜马拉雅期则是早期油气藏发生调整改造、定型定位及破坏的主要时期。据此认为,"晚期成藏论"并不适用于塔里木多旋回古老海相克拉通盆地。因此,古隆起及其斜坡,特别是大型继承性古隆起与残余古隆起及其斜坡是寻找大、中型油气田的最有利地区。据此提出了"古隆起控油气论"。     

从两口深井看莺歌海盆地中深层天然气成藏特征

莺歌海盆地中深层油气勘探层系是南海北部大陆架边缘盆地西区颇受关注和颇具影响的新勘探领域,近年钻探的两口深井,不仅揭开了多年来蒙在中深层勘探领域的神秘面纱,而且基本消除了多年来一直笼罩在人们心目中的深层异常高温高压条件下油气能否运聚成藏的疑虑,进一步证实和肯定了中深层天然气运聚成藏的基本地质条件,尤其是证实了多年来一直推测和讨论的高有机质丰度海相烃源岩和高突破压力泥岩封盖层的存在。     

塔里木盆地与威利斯顿盆地古生界海相碳酸盐岩油气成藏特征对比

塔里木盆地和威利斯顿盆地均以古生界海相碳酸盐岩为主要勘探层系。基于对构造沉积背景和油气成藏条件的对比分析,探讨了两个盆地古生界海相碳酸盐岩油气成藏的异同。威利斯顿盆地所处的北美板块规模较大,构造相对稳定,沉积主要受海平面升降的控制。塔里木盆地所处的塔里木板块规模较小,构造变动强烈,沉积受构造运动影响较大。威利斯顿盆地发育了高丰度的烃源岩、良好的孔隙型储层和蒸发岩盖层。而塔里木盆地古生界发育高-过成熟度烃源岩、岩溶型和白云岩储层及泥岩和蒸发岩主导的盖层。二者均发育有多种类型圈闭的古隆起,可作为盆地油气富集的主要区带。威利斯顿盆地发育的多套蒸发岩盖层使得含油气系统概念在该盆地能够得到有效的应用,而油气成藏体系则可以更有效地指导以塔里木盆地为代表的多源、多灶和多成藏期盆地的油气勘探。白云岩-蒸发岩构成了威利斯顿盆地重要的储-盖组合类型。以此类比,塔里木盆地巴楚和塔中地区的中、下寒武统白云岩-中寒武统膏盐岩储-盖组合是未来勘探的有利目标区。     

塔里木盆地海相油气成藏研究进展

近年来塔里木盆地超深层海相油气勘探取得了丰硕成果,顺北奥陶系、塔中寒武系、塔河深层等油气新发现,为塔里木盆地海相油气成藏研究提供了丰富的基础资料。塔里木盆地海相油气主要分布于台盆区,油气藏类型多样,原油物性变化大,显示出成藏的复杂性。通过对大量的实际样品分析和模拟实验及大量的地质、地球化学综合分析,结合构造演化、层序地层学、沉积相与沉积环境等研究成果,在烃源岩分布及其演化、油气地球化学特征、海相油气藏分布特征等方面取得了显著进展。一是明确了塔里木台盆区海相油气主要来源于强还原环境下形成的下寒武统-中下奥陶统烃源岩,特别是台盆区下寒武统玉尔吐斯组,并明确了超深层海相油藏后生改造主要有TSR、热裂解2种类型,提出了相应的判识指标;二是在建立玉尔吐斯组缓坡型优质烃源岩沉积发育模式的基础上,通过井震标定、正演模拟和区域测线地震相解释、三维区属性分析与地震反演,预测了玉尔吐斯组烃源岩的展布,并明确其演化特征:燕山期以来长期低地温背景下的"高压生烃演化抑制模式"延缓了顺托果勒低隆寒武系烃源岩热演化,顺托果勒地区仍具晚期高成熟液态烃形成条件;三是通过台盆区油气成藏特征对比,明确了奥陶系油气分布特征,进一步明确在台盆区寻找以下寒武统玉尔吐斯组原地烃源岩与燕山期以来晚期活动走滑断裂相匹配的、以晚期供烃为主的轻质油藏-天然气藏,是塔里木台盆区超深层碳酸盐岩领域油气勘探的重要方向。      

中国海相地层油气成藏条件与有利勘探领域分析

我国海相地层主要分布于陆上的塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、南华北盆地和南方的扬子地区,以及近海海域的渤海湾盆地、北黄海盆地、南黄海盆地,以中生界和古生界沉积为主,在东海、南海海域部分盆地的第三系中,亦有海相沉积赋存,分布面积广泛。在总结我国海相地层油气地质基本特征的基础上,将已发现的海相油气藏划分为原生型、次生型、再生烃3种成因类型油气藏,并综合分析了这3类油气藏形成分布的主控地质因素与有利勘探领域。我国海相烃源岩成因油气的勘探程度总体较低,具备广阔的勘探前景。应该针对陆上原生与次生油气藏形成分布带、海域原生油气藏形成分布带,加强海相地层的勘探力度。     

盆地深部地质作用与深层资源——科学问题与攻关方向

向地球深部进军是我国重要的资源战略，同时也是地质学科发展的重要方向。随着油气勘探认识和技术的不断进步，全球范围内深层—超深层已成为油气勘探开发的重点领域，更是中国常规油气勘探的主战场之一。我国许多含油气盆地中都发现了与深部地质作用相关的H₂、He、CO₂、地热等共伴生资源的规模聚集。因而，探究深部地质作用及其对深层资源的影响具有重要的意义。分析梳理了盆地深部地质作用对深层烃源岩生烃与演化、储层发育与保存、油气运移与聚集及油气共伴生资源富集的控制作用，总结了研究进展和面临的科学问题，提出了进一步科技攻关的方向。盆地深部地质作用与深层资源形成分布面临的主要科学问题有:深部地质作用下有机质成烃化学动力学与多元生烃潜力；深部高温高压超临界体系流体—岩石—烃类相互作用机理及超深层储层的有效性；深部油气系统中烃类相态转化、运聚成藏及保存机制；深部特殊地质环境下油气共伴生资源的形成与富集。深入开展深部地质作用与深层油气资源研究，需要从沉积盆地深部构造演化入手，围绕深部地质过程与资源效应这一核心科学问题，选择深部流体活跃的典型盆地为解剖对象，揭示深部层系物理化学作用机理，阐明不同深部地质过程对不同类型资源（油气、H₂、CO₂、He、地热及干热岩）形成与聚集的控制机制，探索深部资源新领域。未来的主要攻关方向包括:深部地质动力学背景与地质作用机制；深层生烃动力学与生烃量估算；深层储层发育与保持机理；深层油气运移与聚集机理；深层共伴生资源差异性富集机理。通过攻关，丰富完善盆地深部地质作用影响下油气富集理论与评价方法，也为深部其他战略性共伴生资源的评价与勘探提供科学依据。      

全球深层油气藏及其分布规律

深层油气勘探对老油气区（田）扩大储量、稳定产量具有重要意义。以全球深层油气藏的最新资料为基础,系统统计分析了全球深层油气分布特征。在全球（不包括美国本土48州）349个含油气盆地中,87个盆地内发现了深层油气藏。全球深层油气储量的63.3%分布于碎屑岩储集层,35.0%储于碳酸盐岩,其余的1.7%储于岩浆岩和变质岩。构造圈闭富集了全球深层油气储量的73.7%,是深层油气最重要的圈闭类型。被动陆缘盆地和前陆盆地是深层油气最富集的盆地类型,其深层油气储量分别占全球总量的47.7%和46.4%。层系上,深层油气主要富集于5套储集层系：古近系（占全球总量的22.3%）、上古生界（22.2%）、白垩系（18.3%）、新近系（12.8%）和侏罗系（12.8%）,深层油气的层系分布特征与中、浅层油气类似。岩盐导致的盐下沉积物的负热异常效应抑制了盆地深层烃源岩的热演化或液态烃向气态烃转化,因此含盐盆地深层油气勘探特别值得关注。建议深层油气勘探应立足于中、浅层已有重大油气发现的地区,特别是发育有一定规模盐岩的地区。     

中国西部叠合盆地深部油气勘探面临的重大挑战及其研究方法与意义

在综合调研和收集了世界深部油气藏大量资料及对中国西部叠合盆地油气地质特征深入研究的基础上,总结提出中国西部叠合盆地深部油气勘探面临着三方面的重大挑战:①油气组成复杂,多期混合、来源不清,致使深部油气勘探方向难以确定;②富集油气的有效储层裂缝和溶蚀孔洞混杂,成因机制不清,导致勘探区带预测困难;③油气相态变异大,油气分布特征受深部高温压环境、低孔渗介质条件和多种运聚动力的影响,使得现有的成藏理论难以有效指导勘探目标的预测。因此认为,加速中国西部叠合盆地深部油气勘探必须解决三个关键科学问题:①多期构造过程叠加与深部油气生成演化;②深部有效储层形成机制与发育模式;③深部油气复合成藏机制与油气富集规律。为此,建议采用油气成藏过程正演模拟和油气成藏过程反演剖析相结合的研究方法和“深部成藏条件-深部成藏机制-深部成藏规律”的技术主线,重点选择深部资源潜力最大的塔里木盆地和准噶尔盆地开展研究,期待形成和发展中国叠合盆地深部油气复合成藏理论,研发深部油气分布预测配套技术,促进中国西部深部油气勘探和储量的快速增长。     

东西伯利亚地台碳酸盐岩成藏条件对我国油气勘探的启示

东西伯利亚地台里菲纪（1 650～800 Ma）和文德纪（670～590 Ma）碳酸盐岩大油气田形成的有利条件为：里菲纪坳拉谷演化阶段形成暗色泥页岩优质烃源岩,克拉通盆地长期发育的古隆起是油气富集的主要区带,稳定分布的膏盐岩盖层是古油藏保存的关键,构造背景上的地层岩性油气藏是主要成藏类型。 对比我国四川、塔里木及鄂尔多斯盆地,均具有碳酸盐岩储层非均质性强、变化快的共性特征,差异性包括我国叠合盆地下组合泥页岩烃源岩生烃指标变化大、中-新生界沉积厚度大及下组合埋藏深度大等。我国碳酸盐岩油气勘探要系统评价震旦系、寒武系暗色泥页岩烃源岩条件以及多期改造作用叠合盆地的盖层条件,突出构造背景上的地层岩性油气藏勘探。 近期勘探要立足大盆地,寻找构造大背景,主攻构造岩性复合大区带。 以四川、塔里木和鄂尔多斯盆地为重点,持续开展大型古隆起复式油气聚集带勘探,加大区域不整合面、古隆起斜坡带、大型地层剥蚀尖灭带、台缘带礁滩体及与蒸发岩共生的台内颗粒滩地层岩性油气藏勘探。     

含油气盆地超高油气柱形成的有利地质条件

油气柱的高度是决定油气富集程度的重要指标之一。通过梳理全球各大含油气盆地油气成藏方面的相关资料,对发育有超高油气柱的含油气盆地进行了系统分析,结合其油气供给能力、储盖组合特征以及油气运移方式等,综合分析了含油气盆地内超高油气柱形成的有利地质条件。研究结果表明：①全球发育的具有超高油气柱的油气田以碳酸盐岩层系居多,约占78%,这是由于碳酸盐岩层系相对更易于发育巨厚叠置型的有利储集体,有利于形成超高油气柱。国外典型地区包括波斯湾、滨里海及西西伯利亚盆地等,我国主要分布在四川、渤海湾及塔里木等盆地。②超高油气柱形成的有利条件包括充足的油气供给、纵向叠置发育的巨厚储层、广覆式发育的盖层、纵向网式输导体系、有利的运移条件以及良好的源储匹配关系等6个方面。③塔里木盆地深层也发现了许多超高油气柱,以富满油田为例,下寒武统烃源岩充足的油气供给、中上奥陶统巨厚的礁灰岩储层和致密的泥岩盖层,以及深大断裂等有利的运移条件,是该地区能够形成超高油气柱的主要原因。     

中国中西部大型盆地差异演化与碎屑岩油气响应

以碎屑岩油气成藏体系为核心,将中西部大型盆地（四川、鄂尔多斯、准噶尔和塔里木）置于统一时空体系,分析晚古生代以来原型及其更迭对成藏体系形成、分布的控制与油气响应,明确勘探方向。研究认为,构造体制转换期的原型沉降结构差异约束了主力烃源岩及源内、内源近源成藏体系的形成与分布,原型更迭产生的构造形变决定了内源远源、外源与混源成藏体系的时空展布。不同成藏体系的油气行为受中、新生代陆内体制原型的叠加改造控制,表现为:①转换期前渊叠加产生的差异性构造沉降控制了内源近源成藏体系大面积岩性油气藏的形成和近隆起/斜坡相对富集;②燕山晚期以来的掀斜隆升改造致使早期近源油气藏发生调整与贫化;③燕山期以来的断裂改造控制了近源成藏体系油气局部富集高产与内源远源、外源成藏体系油气藏的形成。中部盆地碎屑岩油气勘探主攻方向为燕山期隆起斜坡区内源近源、源内成藏体系,西部盆地优先选择活动隆起压扭性断裂发育区的内源远源、外源成藏体系。      

中国陆上深层油气资源勘探开发现状及展望

深层油气勘探开发近年来获得了一系列重大突破,但中国陆上深层油气资源勘探开发取得的进展、面临的挑战以及发展趋势尚无系统的分析。通过深入分析,概括了深层油气资源5点基本特征：①气多油少,相态类型复杂;②高温高压普遍,不同盆地或层系差异大;③多元供烃,多源复合;④储层相对致密,但发育规模中高效储层; ⑤成藏过程复杂,多期成藏改造。梳理了深层油气勘探开发的过程,认为中国深层油气勘探开发目前处于“规模发现阶段”,在深层碳酸盐岩、碎屑岩、火山岩三大领域都取得了重大进展,但仍面临4方面挑战,主要表现为：①生烃、成储、成藏过程复杂,制约了勘探方向与目标选择;②钻完井周期长成本高,制约油气发现进程与效益开发;③高温压小井眼测井技术不成熟,制约了油气层识别精度;④开发方式及采油采气技术装备不适应,制约了有效开发和规模动用。在综合分析的基础上,指出中国陆上深层油气资源集中于三大领域六大盆地,勘探潜力巨大,是重要的油气资源战略接替领域,建议集中相关油气公司、石油院校及科研单位研究力量,攻克制约深层发展的重大基础理论和共性技术难题,集成涉及深层领域相关成果,构建深层油气勘探开发理论、技术体系,支撑深层领域快速发展。     

中国中西部四大盆地碎屑岩油气成藏体系及其分布规律

中西部四大盆地(鄂尔多斯、四川、准噶尔和塔里木)晚古生代以来经历了台内坳陷、陆内坳陷及(类)前陆盆地的演化过程,以发育碎屑岩为特色,陆内坳陷发育大面积分布的烃源岩,类前陆盆地发育较厚的优质烃源岩,奠定了碎屑岩层系良好的资源基础。碎屑岩层系发育内源、外源和混源3大类6个亚类油气成藏体系。内源成藏体系是寻找大中型油气田的主要领域,在四大盆地间具有下气上油、北早南晚和向南天然气增多的分布规律。成藏与富集主控因素是烃源岩与储层的配置关系,沉积斜坡和山前冲断带是此类成藏体系的有利勘探区带。外源成藏体系的分布与内源成藏具有明显的互补特征,从而拓展了碎屑岩油气勘探的层系和地区。外源油气成藏体系在四大盆地间分布具有南多北少的特征。成藏与富集主控因素是海相层系的油气资源条件和垂向输导体系。海相层系的古隆起区与中、新生代的断裂发育区,是寻找外源油气成藏体系的有利地区。     

含油气盆地深层与中浅层油气成藏条件和特征差异性比较

含油气盆地埋深超过4 500 m的地层领域称之为深层。全球范围内,已在深层和超深层(>6 000 m)发现油气藏1 477个,油气储量分别占总储量的40% 和49%,目前中国塔里木盆地深层每年发现的油气储量约占总发现储量的90% 以上。随着世界对油气资源需求量增大,深层油气勘探的速度正在加快,挑战也在不断增多,研究深层油气成藏条件、油气藏地质特征和分布特征与中浅层油气藏的差异对于揭示和阐明深层油气成藏机制和分布规律具有重要现实意义。研究表明,深层油气成藏条件在生、储、盖、运、圈、保6个方面均与中浅层有较大差异,不能基于中浅层油气地质条件研究建立的标准和方法判别和评价深层油气地质条件和油气勘探前景;深层油气藏在圈闭类型、储层特征、流体相态、温压环境等方面也与中浅层油气藏存在较大差异,不能套用中浅层油气成藏模式与勘探经验指导深层油气藏预测与勘探;深层油气藏在不同类型盆地、不同年代地层和不同埋深条件下的分布发育具有自身特点,确定勘探方向和钻探目标不能完全套用中浅层已有的认识,需要结合实际地质条件具体考虑。     

中国中西部四大盆地碎屑岩油气地质与勘探技术新进展

晚古生代以来,中西部四大盆地成盆演化具有"同序异时"特征,碎屑岩层系具有自生自储和海生陆储两大勘探领域。压性构造背景下碎屑岩沉积充填层序具有"二元"体系域结构,决定了碎屑岩层系具有良好的生储盖组合。碎屑岩层系可划分内源、外源和混源3大类6个亚类成藏体系。四大盆地构造变形的差异性决定了成藏体系分布的差异性。针对裂缝性储层预测,形成了三维三分量地震采集、处理和解释技术系列;针对致密储层和隐蔽圈闭识别,形成了实用的黄土塬地震采集处理技术等;针对川西坳陷致密裂缝性储层,形成了一系列压裂改造技术;针对鄂南致密砂岩储层,形成了补偿压裂技术方法。油气地质理论新认识与技术新进展推动了该领域大中型油气田(如川西须二气田、塔河碎屑岩油气藏和鄂南镇泾油田)和规模储量的发现。