深层、超深层碳酸盐岩油气储层形成机理研究综述

随着勘探理论、技术进步和对油气资源增长的需求,深层、超深层碳酸盐岩逐渐成为油气资源发展的重要新领域,碳酸盐岩优质储层成为深层超深层领域油气勘探及研究关注的焦点。文章通过国内外几个典型研究实例及大量研究成果的综述,较系统地阐述了埋藏深度与碳酸盐岩孔隙分布、白云岩化对孔隙作用的贡献、流体岩石相互作用及构造活动与碳酸盐岩优质储层发育、保存等几个关键科学问题。     

超深层古油藏的定量表征及其对气藏形成的指示意义:以川中古隆起北斜坡灯影组为例

跨越多个构造期的深层、超深层油气成藏定量表征是地学界的一大难题.川中地区上震旦统灯影组天然气藏以典型的原油裂解气为主,油气演化经历了古油藏、古气藏直至现今气藏的复杂演化过程;古油藏的定量刻画是恢复其成藏过程的关键和核心.优选川中古隆起北斜坡上震旦统灯影组气藏为研究对象,以固体沥青为媒介,在岩心观察的基础上,综合“点”(固体沥青图像法定量表征)、“线”(固体沥青多矿物测井反演定量评价)、“面”(固体沥青含量平面分布定量表征)3个维度对固体沥青进行定量刻画,进而定量刻画古油藏并以体积法计算其资源量,以期从成藏角度对斜坡区的天然气勘探潜力评价提供支撑.研究结果表明：(1)灯影组储层固体沥青主要以半充填-充填的状态赋存于孔隙空间中;灯二段固体沥青含量整体要高于灯四段;不论灯二段还是灯四段,上亚段固体沥青含量略高于下亚段;(2)固体沥青纵向和平面分布规律指示,纵向上,油气充注方向多为自上而下;平面上,油气充注主要存在两个方向：自德阳-安岳裂陷槽向台内侧向充注;自北部斜坡区向南、向古隆起高部位侧向充注;(3)北斜坡地区灯影组储层古油藏完成裂解的时间早于大规模区域构造运动,因此可以用现今储层固体沥青...     

深层超深层碳酸盐岩优质储层发育机理和“三元控储”模式

优质储层发育与分布是深层、超深层碳酸盐岩勘探的关键.近几年四川普光、通南巴和元坝等一系列深层超深层气田的发现,不断在深度上突破早期的认识,探索这类极限条件下优质储层发育机理,成为勘探的热点和难点.本文根据普光气田主要钻井的岩芯观察、薄片、孔渗、电子显微镜、同位素分析等数据资料的分析与统计,探讨普光气田优质碳酸盐岩储层发育的主控因素,提出沉积-成岩环境控制早期孔隙发育、构造-压力耦合控制裂缝与溶蚀、流体-岩石相互作用控制深部溶蚀与孔隙的保存的"三元控储"机理.     

深层-古老海相层系温压场与油气成藏

深层海相碳酸盐岩层系尚处于勘探初期,对于海相盆地深层温压场的演化特征及主控因素认识还不够清晰.本文总结了适用于深层海相层系的温压场研究方法,并以川中古隆起震旦系气藏和塔中隆起奥陶系凝析气藏为例,展示温压场恢复的结果.川中古隆起震旦系灯影组的温度演化经历了升温-降温-快速升温-快速降温的过程,主要受大地热流与沉积埋藏史的控制;而塔中隆起奥陶系则经历了持续缓慢增温的过程,现今为最高温度.川中震旦系和塔中奥陶系现今地层压力都表现为常压,但前者经历了常压-弱超压-强超压-卸压的演化过程,而塔中隆起奥陶系在3次主要的油气成藏期没有明显的超压.对温压场的系统研究,有助于解释塔中隆起和川中古隆起现今油气相态的差异,还可以为碳酸盐岩储层高温高压模拟实验提供参数,为海相大气田进一步勘探提供理论指导.      

准噶尔盆地深层—超深层致密碎屑岩储层特征及有效储层成因

为明确准噶尔盆地深层—超深层致密碎屑岩储层特征及有效储层成因，利用60余口关键探井岩芯、录测井、薄片及化验等各项分析、鉴定数据和资料，对其储层基本特征和物性特征研究和分析，明确储层类型、特征、质量及有效储层成因。结果表明：储层以三角洲分流河道砂体为主，分为砾岩和砂岩两大类，为典型低—特低孔、低—特低渗致密碎屑岩储层；砾岩以中砾岩为主，砾石成分主要为凝灰岩，砂岩岩屑含量高，岩性以细粒、中—细粒岩屑类砂岩为主，岩屑主要为凝灰岩，成分成熟度较低；胶结物以碳酸盐和硅质为主，局部富集浊沸石和钠长石；成岩作用主要包括破坏型的压实、压溶和胶结作用及建设型的溶蚀作用。孔隙垂向变化可分为南部原生孔隙型和北部次生孔隙型两类，次生孔隙型又分为长石类溶蚀型和沸石类溶蚀型两种，二者在不同区块和埋深范围分别发育数目不同的次生孔隙带。有利相带、溶蚀作用和异常高压共同形成了有效储层。     

深层-超深层碳酸盐岩储层发育机理新认识与特深层油气勘探方向

在深层碳酸盐岩层系中,已陆续发现了塔河、普光、元坝、安岳等一系列大型油气田,并形成了碳酸盐岩“三元控储”等成储理论认识。近年来,四川和塔里木盆地相继在超过7 000 m甚至8 000 m的超深层中发现了优质碳酸盐岩储层。深层储层类型更加多样,控储因素中,相带、流体、压力和断裂,以及它们之间相互作用的内涵更为丰富。结合近期大量新的超深钻探资料,持续开展了深层-超深层碳酸盐岩成储机理的研究。通过塔里木盆地塔河-顺北地区奥陶系和四川盆地二叠系栖霞组、茅口组的深化研究,进一步揭示了构造破裂和多类型流体耦合改造储集体的成储机制;通过上震旦统四川盆地灯影组和塔里木盆地奇格布拉克组的系统分析,揭示了新元古代“白云石海”沉积环境、早期溶蚀和早期油气充注在成储与孔隙保持中的关键作用;通过开展含膏岩层系白云岩成储的物理模拟实验,揭示了膏盐岩封盖及超压、较为封闭的环境下,白云石重结晶作用显著改善了储集物性。深层-超深层储层发育机理新认识丰富了“三元控储”理论,有效引领了超深层,乃至特深层的油气勘探。断控和断-溶双控储集体、古老微生物丘滩相白云岩储层,尤其是寒武系厚层膏盐岩之下的微生物丘滩相白云岩储层,在中西...     

深层超深层碳酸盐岩优质储层发育机理和“三元控储”模式——以四川普光气田为例

优质储层发育与分布是深层、超深层碳酸盐岩勘探的关键。近几年四川普光、通南巴和元坝等一系列深层超深层气田的发现,不断在深度上突破早期的认识,探索这类极限条件下优质储层发育机理,成为勘探的热点和难点。本文根据普光气田主要钻井的岩芯观察、薄片、孔渗、电子显微镜、同位素分析等数据资料的分析与统计,探讨普光气田优质碳酸盐岩储层发育的主控因素,提出沉积-成岩环境控制早期孔隙发育、构造-压力耦合控制裂缝与溶蚀、流体-岩石相互作用控制深部溶蚀与孔隙的保存的"三元控储"机理。     

四川叠合盆地西部中北段深层-超深层海相大型气田形成条件分析

绵阳-长宁拉张槽的发现,大大地提升了四川叠合盆地西部深层-超深层海相层系的油气勘探前景。本文利用钻井、地震和野外露头资料和前人研究成果系统分析川西深层-超深层油气地质条件和目前发现的雷口坡组气藏的成藏过程。结果表明,四川叠合盆地西部深层-超深层海相层系有以下寒武统为主的多源供烃系统,多时代(震旦系灯影组白云岩,二叠系白云岩和礁滩体,三叠系雷口坡组微生物岩和颗粒白云岩等)储集层叠合,致密碳酸盐岩、巨厚陆相泥质岩和中下三叠统膏盐岩多级封盖,以断裂(及不整合面)和优质储层构成的立体输导网络等,使得深层-超深层海相层系具备形成大气田的基本条件,是原生气藏和次生气藏共存的天然气富集区。近年来,川西发现的中三叠统雷口坡组四段气藏,其可能成藏过程为生烃中心(下寒武统烃源岩等)→生气中心(灯影组和二叠系古油藏等)→储气中心(灯影组和二叠系古气藏等)→保气中心(雷口坡组次生气藏)。这揭示其深层-超深层既可能还存在着符合四中心耦合成藏的原生气藏,也可能发育着次生气藏,极有可能发现新的大气田。     

四川盆地东北部气田海相碳酸盐岩储层固体沥青研究

川东北地区海相碳酸盐岩生物礁滩相储层中普遍存在着固体沥青.本文以普光气田上二叠统长兴组和下三叠统飞仙关组储层中固体沥青为研究对象,在显微镜下观察固体沥青的产状特征,测定固体沥青含量和计算固体沥青与储层孔隙的体积比率,分析固体沥青的成因及形成期次,推算古油藏的密度.普光气田飞仙关组固体沥青主要呈环边状附于鲕粒白云岩、残余鲕粒白云岩晶间溶孔,溶蚀孔壁,沥青含量在1.11%～5.73%之间,均值2.92%;长兴组生物礁储层固体沥青多呈团块状充填于各种溶蚀孔洞中,沥青含量0.31%～11.72%之间,均值3.57%.两套储层中的固体沥青含量都有随埋深而减少的趋势.飞仙关组储层中固体沥青与储层孔隙的体积比约为22%,长兴组为43%～56%.普光气田储层固体沥青为热演化成因并为两期形成,飞仙关储层固体沥青为轻质油古油藏裂解形成,长兴组储层固体沥青为稠油古油藏裂解形成.     

川中高石梯-磨溪地区震旦系灯影组碳酸盐岩岩石类型及分布规律

四川盆地川中地区震旦系气藏储量规模大,储层分布面积广。在Folk(1959)碳酸盐岩分类方案与张荫本等(1996)对粘结岩分类方案研究的基础之上,结合四川盆地震旦系灯影组的具体情况,提出新的划分方案。研究表明:(1)高石梯-磨溪地区震旦系灯影组碳酸盐岩岩石类型可分为3个亚类,10个微类。该方案不同之处在于把凝块(石)云岩归位颗粒岩,同时根据藻的形态把藻云岩进一步细分;(2)沉积岩类的发育和分布受沉积层序的控制。海侵体系域(TST)沉积阶段,以泥-粉晶云岩、微生物岩等正化学岩沉积为主。高位体系域(HST)沉积阶段,以凝块云岩、砂屑云岩等异化颗粒岩沉积为主。纵向上,岩性具有从暗色泥晶云岩→藻云岩→颗粒云岩→浅色泥晶云岩演化的特征,即泻湖亚相→藻丘亚相→颗粒滩亚相→台坪亚相的规律;(3)凝块云岩、砂屑云岩等颗粒岩是主要的储集岩类;(4)灯影组碳酸盐岩不同岩类的发育和分布对储层的发育起到控制作用。对灯影组的油气勘探,除了对岩溶作用的研究之外,还需要重视沉积古地貌、岩相展布特征的分析,有助于有效的预测灯影组储层"甜点区"。     

四川盆地震旦系灯影组表生岩溶作用研究

四川盆地灯影组是中国最为古老的海相碳酸盐岩沉积地层,也是年代最老的含气储集层之一,灯影组在漫长的地质历史时期中经历过多期次的岩溶作用改造,而表生岩溶作用是其中最为重要的一种。本文以野外露头以及钻井岩心样品的宏观、微观特征为基础,以不同结构组分进行微区取样的多参数实验分析方法为辅助手段,对灯影组白云岩表生岩溶作用进行了研究。灯影组表生岩溶作用主要发育在三个层位,即灯四段顶部,灯二段顶部以及灯二段中、下部。其中桐湾Ⅰ幕和桐湾Ⅱ幕构造运动是造成灯二段顶部以及灯四段顶部表生岩溶作用的主控因素,而灯二段早、中期的表生岩溶作用主要受气候等原因引起的大规模海平面升降所控制。     

川东北固体沥青的有机地球化学

采用选择性化学降解方法并结合多种有机地球化学测定手段对川东北固体沥青的成因进行研究。生物标志化合物参数和沥青反射率数据表明,此类固体沥青经历了相对较高的热演化程度。化学降解释放出的生标化合物以C₁₆和C₁₈一元脂肪酸为主,具有明显的偶碳优势,揭示这类固体沥青的母质可能以菌藻类低等水生生物输入为主。降解产物中还含有一定的正构烷烃及甾萜类化合物,与抽提物中的相应组分对比表明,它们可能具有相同的来源,但经历的热演化程度明显较抽提物中的组分偏低。单体碳同位素组成特征表明,这类母质可能形成于一个半深水-深水的沉积环境,单体氢同位素组成特征则揭示出是一个环境水为富D的海相环境。     

川中地区栖霞–茅口组地热资源评价探讨

含油气盆地在勘探和开发中,拥有大量的地质、地球物理和地球化学数据,对地质构造和地热储层有着全面的认识,在地热能开发利用中具有得天独厚的优势。四川盆地作为中国重要的含油气盆地,同样富含水热型地热资,该文在收集相关资料、总结以往油气勘探成果的基础上,确定了川中地区地温梯度大部均在24℃/km以上,大地热流大部均在60 mW/m²以上,为四川盆地相对高值异常区。考虑到热储温度及埋深是地热开发是否具有经济效益的重要因素,重点选择埋深相对较浅（3000～6000 m）、热储温度相对较高（65～155℃）和热储相对较厚（280～380 m）的川中地区栖霞-茅口组热储进行地热资源潜力评价。研究中,基于盆地地层参数建立三维地质模型,结合现今地温场、岩石热物性参数,利用一维稳态热传导方程计算得到栖霞-茅口组内部温度分布,最后利用体积法计算得到栖霞-茅口组的地热资源强度和资源量。研究表明,川中地区栖霞-茅口组热储温度为65～155℃,地热资源总量为3.01×10²¹J,折合标准煤1030.25亿吨;可开采地热资源量2.03×10²⁰J,折合标准煤206.5亿吨。且根据川中地区地热资源特征,提出了优先以研究区中东部为中心开展中低温地热发电、地热干燥、地热农业等综合开发利用和地热梯级利用示范工程的建议,为未来的油气废弃井的二次利用及油田地热开发打下基础。

     

Three Episodes of Hydrocarbon Generation and Accumulation of Marine Carbonate Strata in Eastern Sichuan Basin, China

It is concluded that there are three hydrocarbon generation and accumulation processes in northeastern Sichuan on the basis of the characteristics of solid bitumen, gas-light oils-heavy oils, homogenization temperature of fluid inclusions and diagenesis for beach- and reef-facies dolomite gas- bearing reservoirs in the Puguang Gas Field, northeastern Sichuan Basin, southern China. The first hydrocarbon generation and accumulation episode occurred in the Indosinian movement （late Middle Triassic）. The sapropelic source rocks of the O3w （Upper Ordovician Wufeng Formation）-S1l （Lower Silurian Longmaxi Formation） were buried at depths of 2500 m to 3000 m with the paleogeothermal temperature ranging from 70℃ to 95℃, which yielded heavy oil with lower maturity. At the same time, intercrystalline pores, framework pores and corrosion caused by organic acid were formed within the organic reef facies of P2ch （Upper Permian Changxing Formation）. And the first stage of hydrocarbon reservoir occurred, the level of surface porosity of residual solid bitumen {solid bitumen/ （solid bitumen ＋ residual porosity）} was higher than 60%. The second episode occurred during the Middle Yanshanian movement （late Middle Jurassic）. During that period, the mixed organic source rocks were deposited in an intra-platform sag during the Permian and sapropelic source rocks of O3w-S1l experienced a peak stage of crude oil or light oil and gas generation because they were buried at depths of 3500 m to 6800 m with paleogeothermal temperatures of 96-168℃. At that time, the level of surface porosity of residual solid bitumen of the T1f shoal facies reservoirs was between 25% and 35%, and the homogenization temperatures of the first and second stages of fluid inclusions varied from 100℃ to 150℃. The third episode occurred during the Late Yanshanian （Late Cretaceous） to the Himalayan movement. The hydrocarbon reservoirs formed during the T1f and P2ch had the deepest burial of 7700 m to 8700 m and paleogeotemperatu     

四川盆地西缘中新生代地层区划及盆山演化

四川盆地西缘分为龙门山分区和四川盆地分区。已有的地层区划方案均对两大分区采用一条绝然的界限,忽略了盆地西缘原地地层系统与外来地层系统之间不同的沉积环境及构造演化模式。认为在两个分区之间并没有绝然的界线,而是以组成龙门山的三个主要推覆体东缘的断裂为主要界线,但将该界线以东中小飞来峰地层系统归属于龙门山分区,而将介于该界线与中小飞来峰之间的由于飞来峰与主体脱离而暴露的原地地层系统归属于四川盆地分区。龙门山分区可进一步划分为三个小区,分别包含一个大型推覆体及若干中小推覆体或飞来峰,反映了龙门山各段不同的隆升时间及沉积特征。将四川盆地分区进一步划分为西南小区和西北小区,主要以上白垩统及其以上地层是否发育相区别。     

四川盆地震旦系灯影组白云岩成因

基于岩芯观察、薄片鉴定、地球化学分析,结合区域地质背景,系统研究了四川盆地震旦系灯影组白云岩成因。岩石学特征分析发现,灯影组白云岩可分为泥粉晶云岩、粒屑云岩、微生物云岩、岩溶角砾云岩4类,其结构类型一般为泥晶—粉晶,说明白云岩化时间较早,为准同生期。地球化学分析表明,灯影组白云岩δ^13C平均值与震旦纪原始海水较为接近,δ^18O值呈现中—高负偏的特征,有序度和Fe、Mn含量相对偏低,Na含量相对较高,稀土元素配分模式则与海水配分曲线类似,表明白云岩化主要受到海源流体的影响。盆地周缘的古陆和水下隆起使盆内海水极易封隔浓缩,盆内发育的富Ca^2+菌藻类可间接提高海水的Mg^2+/Ca^2+比值,加之灯影期干旱炎热的古气候让盆内蒸发作用强烈,可伴生石膏等蒸发性矿物,促进白云石化。综合上述特征,四川盆地灯影组白云岩成因为微生物参与的蒸发海水回流渗透白云石化。     

四川盆地及邻区晚震旦世古地理与构造—沉积环境演化

利用最新的地震资料、探井资料及区域地质资料等,结合前人的研究成果,建立四川盆地及邻区晚震旦世区域地层格架,编制晚震旦世各沉积时期构造—沉积环境图,并探讨构造—沉积演化过程。研究认为,四川盆地及邻区晚震旦世构造—沉积环境展布受基底构造限制,并具一定继承性。晚震旦世开始大规模的碳酸盐岩台地沉积,整体来看自西向东海域环境由浅变深,由古陆过渡至碳酸盐岩台地、向东至台地边缘—斜坡沉积泥质岩,至深水盆地相沉积硅质岩,各相带总体呈南西—北东走向。上震旦统灯影组一段（简称灯一段）沉积时期—灯二段沉积中期为填平补齐沉积充填过程;灯二段沉积时期末—灯三段沉积期在克拉通内拗陷盆地基础上初步形成了平缓的克拉通内部隆起;灯四段沉积时期伴随着海平面的下降,碳酸盐岩台地边界整体向东迁移。灯二、灯四段沉积时期末受桐湾运动两期抬升的影响,川中部分地区形成岩溶不整合面,盆地西部灯三、灯四段遭受强烈剥蚀。灯影组是四川盆地及邻区重要的油气储集层。     

川东北飞仙关组储层固体沥青地球化学特征及其气源指示意义

运用有机岩石学、有机地球化学、催化加氢热解、GC—IRMS等方法和技术,深入研究了川东北飞仙关组储层固体沥青及可能烃源岩的地球化学特征。研究认为,飞仙关组储层固体沥青反射率高,双反射明显,为非均质结构储层焦沥青;在碳酸盐岩储层的各种孔隙中,呈脉状、球粒状、角片状或块状等他形充填,具有中间相结构和镶嵌状结构特征,反映其高温热变质成因;元素组成有S/C高、H/C低的特点,其固体碳同位素组成与长兴组烃源岩干酪根相似。储层固体沥青的可能烃源岩发育于还原—弱氧化咸水沉积环境,有机质来源于水生藻类;氯仿沥青“A”饱和烃甾萜类生物标志物对比表明,上二叠长兴组烃源岩是主要来源,飞仙关组、下志留统烃源岩亦有贡献;催化加氢产物饱和烃及其正构烷烃单体碳同位素组成显示,坡2井飞仙关组储层固体沥青与罐5井飞仙关组烃源岩具有明显的亲缘关系,这也可作为飞仙关组海槽相烃源岩对飞仙关组气藏有贡献的佐证。