滕吉文,楊 輝
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京 100029
中國(guó)要實(shí)現(xiàn)快速工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)騰飛,大量的金屬礦資源和油、氣、煤能源的消耗已為必然.當(dāng)今在第一深度空間(<5000m,一般為3500m)的油、氣能源經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的開(kāi)采之后,一些大、中型油、氣田已進(jìn)入中、老年期.若只局限在第一深度空間,傳統(tǒng)上中、新生代陸相地層中的油、氣勘探已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足于我國(guó)日益發(fā)展和對(duì)油、氣需求不斷增大的現(xiàn)實(shí),為此我國(guó)石油的對(duì)外依存度在不斷增大,現(xiàn)已達(dá)55%左右,預(yù)計(jì)2020年前后必會(huì)超過(guò)60%.通常在西方國(guó)家中,當(dāng)石油這種戰(zhàn)略物資進(jìn)口量大于51.0%時(shí)已處于警戒線(xiàn)[1-2]水平.2011年我國(guó)石油進(jìn)口集中度已達(dá)53%,其中70%左右來(lái)自中東,而位居我國(guó)前5位的原油進(jìn)口國(guó)中有3個(gè)國(guó)家來(lái)自于中東地區(qū),石油進(jìn)口集中度高,不利于分散風(fēng)險(xiǎn),特別是一旦遇到突發(fā)事件,石油的安全、持續(xù)供給程度勢(shì)必降低,即我國(guó)原油需求已處于不安全狀態(tài),且風(fēng)險(xiǎn)度越來(lái)越高.
在油、氣能源應(yīng)用廣泛,而供給又十分緊迫的勢(shì)態(tài)下,必須向深部“挺進(jìn)”,故提出了第二深度空間(5000~10000m)的油、氣探查與開(kāi)發(fā)的新理念.因此,油、氣向深部和超深部進(jìn)行探查已成為時(shí)代進(jìn)程的必然,而深層成烴、成儲(chǔ)和成藏仍需深入研究.在組構(gòu)沉積巖相,即沉積建造的同時(shí),必須強(qiáng)化對(duì)海相沉積建造的探查與開(kāi)發(fā)[3-5],在中、新生代基底認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,必須深化認(rèn)識(shí)古老的變質(zhì)巖結(jié)晶基底;在有機(jī)生油、氣理論為主導(dǎo)的前提下,則必須加強(qiáng)對(duì)油、氣有機(jī)與無(wú)機(jī)混合成因理論的探索和理解.
在有關(guān)深部油、氣藏埋深的界定上現(xiàn)已有不少提法,但都顯得很混亂.縱觀近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)有關(guān)油、氣藏的深度分布特征的定義:即深度≤3000m的油、氣藏為淺層,≤3000~5000m的為中層,>5000m的為深層.隨著我國(guó)中、淺層油、氣藏的長(zhǎng)期開(kāi)發(fā),各大主力油田當(dāng)今多已進(jìn)入開(kāi)發(fā)的晚期.油、氣地球物理勘探技術(shù)的不斷提高和新理念的提出,十分迫切地希望在第二深度空間(5000~10000m)發(fā)現(xiàn)更多大型或超大型的油、氣藏.而現(xiàn)有的勘探與開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明,在第二深度空間確實(shí)存在優(yōu)質(zhì)的工業(yè)油、氣藏,這就表明儲(chǔ)集體和烴類(lèi)的埋藏深度下限尚有待地球物理探查新技術(shù)的應(yīng)用和不斷發(fā)現(xiàn)來(lái)重新厘定.
為此,基于對(duì)沉積盆地、結(jié)晶基底和油、氣成因理念與第二深度空間(5000~10000m)的油、氣勘探、開(kāi)發(fā)和中國(guó)雙相沉積盆地(即趙文智教授所指的疊合盆地)、古老結(jié)晶基底深部潛在油氣藏的論述[1,6],結(jié)合深層油、氣研究的現(xiàn)狀、進(jìn)展[7],以及油、氣是否可以再生[8]的問(wèn)題,本文擬對(duì)雙相沉積、雙層基底和油、氣混合成因問(wèn)題做進(jìn)一步的思考和探討,以資為第二深度空間油、氣生成、聚集的物理?xiàng)l件與物質(zhì)基礎(chǔ)及能源儲(chǔ)存空間的深層過(guò)程和動(dòng)力機(jī)制進(jìn)行深化理解,以達(dá)能在一定程度上擴(kuò)大未來(lái)油、氣勘探與開(kāi)發(fā)的巖相與構(gòu)造的空間地區(qū)和深度.從科學(xué)儲(chǔ)備和能源戰(zhàn)略上講,這對(duì)世界各國(guó)能源的保證供給和可持續(xù)發(fā)展都將必是十分關(guān)鍵的[2-3].
本文將主要從六個(gè)角度進(jìn)行討論.
在21世紀(jì)的今天,重新認(rèn)識(shí)油、氣盆地的沉積建造、基底和油、氣成因顯得十分重要[1,6,9].
烴源巖和油氣能源形成的時(shí)代特征表明:全球范圍內(nèi),以海相沉積相層為主,陸相沉積層為次;在工業(yè)性油、氣賦存聚集的海相地層中以晚中生界和新生界沉積層為主[10,11],而古生界地層中油、氣所占比例甚少.中國(guó)恰恰相反,未變質(zhì)的或輕微變質(zhì)的海相沉積地層主要分布在古生界,向下可延至中、元古界,在中國(guó)陸區(qū)北部,向上可延至石炭系、二疊系下部,南方則向上可延至三疊系.
沉積盆地為油、氣能源生、儲(chǔ)和蓋層的源地.我國(guó)大陸與陸緣地域,在沉積盆地中存在有中、新生代以來(lái)的陸相沉積建造,同時(shí)也存在著古生代的海相沉積建造,還有的地帶為海、陸交互相的沉積,即為雙相沉積共存的盆地.
2.1.1 雙相沉積巖系的分布與盆地界域
圖1 研究區(qū)陸相沉積盆地分布圖[12]Fig.1 Sketch map of continental sedimentary basins in study area[12]
陸相沉積地層的分布當(dāng)今已比較清楚,已依其分布所劃分的盆地范圍,提出了陸相沉積盆地的分布圖像(圖1)[12].然而,至今尚不十分清楚的是在某些盆地中第二深度空間海相沉積建造的分布,它與陸相沉積層系并非是同范圍疊置,而是各自有其沉積過(guò)程與受到當(dāng)時(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的分布范圍.我國(guó)的陸相沉積主要體現(xiàn)在中、新生代的沉積物源與受到這一期間構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,由于海相沉積在先,它首先要受到早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用,沉積后又經(jīng)歷了多期次和多元化的構(gòu)造運(yùn)動(dòng).這表明,陸相沉積是在海相沉積基礎(chǔ)上再沉積的,海相沉積地層則還要受到后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,即要受到前后不同規(guī)模、不同范圍、不同疊置和不同時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與疊加響應(yīng).海進(jìn)、海退和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)組構(gòu)了海相沉積和陸相沉積的不一致性和各自的特點(diǎn).海退之后,海相沉積終止,但這之前的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)已造就了其基本格局.海相沉積后,在各期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下,形成了一系列湖泊,即陸相沉積開(kāi)始.在后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下,海相沉積、陸相沉積共同受其作用,當(dāng)必造成雙相沉積地層在縱、橫向分布差異和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)其不同程度的影響:例如,川東北海相碳酸鹽地層長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組經(jīng)歷了一次二級(jí)海洋面的升降過(guò)程,使長(zhǎng)興組發(fā)育了海侵生物礁,而飛仙關(guān)組則發(fā)育有海退型鮞粒灘,形成兩類(lèi)最有利的儲(chǔ)集相分布.生物礁相、鮞灘沉積相在縱、橫方向上不斷遷移、抬升,它們主要發(fā)育在臺(tái)盆兩側(cè),且呈不連續(xù)帶狀分布,故明顯受控于沉積相帶[13].為此便提出一個(gè)問(wèn)題:當(dāng)今“盆地”一詞是專(zhuān)指陸相沉積,還是要包括陸相和海相沉積之和?這在已有的沉積盆地分布圖上尚難以全面回答這一問(wèn)題.
2.1.2 雙相沉積建造與盆地理念
中國(guó)大陸經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地史變遷和構(gòu)造演化,現(xiàn)今各大型沉積盆地中一般均存在從古生界到新生界的海相、海陸過(guò)渡相和陸相等類(lèi)型的巨厚沉積建造,這種雙相(陸相和海相)沉積盆地中的油、氣能源儲(chǔ)藏豐富,但由于它受到多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用,其分布、構(gòu)造和巖性均十分復(fù)雜,給地球物理勘探和開(kāi)發(fā)帶來(lái)了諸多難點(diǎn).多年的研究表明中國(guó)大陸存在著大量的海相地層,而且具有很厚層的沉積建造,如深部地震探測(cè)發(fā)現(xiàn)柴達(dá)木盆地西部沉積建造結(jié)晶基底可深達(dá)15km以上,最深可達(dá)19km(圖2和表1)[14].顯然,柴達(dá)木盆地如此厚的沉積建造是難以用僅為中、新生代的陸相沉積來(lái)解釋的,其深部還存在著古生代的沉積巖系(在柴達(dá)木盆地的西部地帶發(fā)現(xiàn)了白堊紀(jì)的海相沉積).可是早期在柴達(dá)木盆地的油、氣勘探中對(duì)這一巨厚的沉積建造卻未能引起人們足夠重視.若對(duì)柴達(dá)木盆地巨厚沉積建造給予思考,或在油、氣勘探中給予重視,或在打鉆時(shí)關(guān)顧到這一大深度處的沉積層序,可能會(huì)對(duì)該盆地陸相沉積地層下面尚存在海相沉積地層有所認(rèn)識(shí),且會(huì)對(duì)由構(gòu)造油、氣藏向巖性地層油、氣藏轉(zhuǎn)變理念提早一個(gè)時(shí)間段.
表1 柴達(dá)木盆地東部的地殼分層參數(shù)Table 1 The parameters of crustal layering in the Eastern Qaidam basin
可見(jiàn),在我國(guó)大陸及陸緣的廣大地域,在整體的沉積建造中不僅存在著陸相沉積地層,同時(shí)在深部還存在著古生代的海相沉積地層.
當(dāng)今泛指盆地中的沉積建造應(yīng)包括淺部陸相沉積地層和深層海相沉積地層,這就要求重新認(rèn)識(shí)沉積盆地的內(nèi)涵和定義,在對(duì)盆地中陸相和海相沉積地層進(jìn)行精細(xì)探查的基礎(chǔ)上重新厘定沉積盆地的內(nèi)涵,重新劃定沉積盆地中雙向沉積建造的分布范圍(大?。?,并重新定義沉積盆地的屬性,即給出一個(gè)嶄新的沉積盆地地層(海相+陸相)分布圖像和盆地的新理念.因?yàn)楹O喑练e地層不僅受到古生代以來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用,而且在構(gòu)造、變形和成烴與成藏過(guò)程中還受到后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加效應(yīng)的制約,而陸相沉積地層僅受到中、新生代以來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和沉積物源的制約.這表明:二者在空間、時(shí)間、物源和力源作用上均不可能是一致的.為此要給出嚴(yán)格的陸相、過(guò)渡相和海相沉積完整的盆地沉積層序,必須通過(guò)對(duì)陸相和海相沉積地層分布詳細(xì)探查后(縱向和橫向展布),才能建立起綜合模型,給出具有真正沉積內(nèi)涵,即雙相沉積意義上新的分布圖.
圖2 柴達(dá)木盆地東部地區(qū)的殼、幔分層速度結(jié)構(gòu)分布圖Fig.2 Sketch map of structure of the crust and mantle layering in the Eastern Qaidam basin
關(guān)于基底的概念至今依然還比較混亂,所包含的內(nèi)容亦異.為此,應(yīng)在多年研究和長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)所得新認(rèn)識(shí)的前提下給予重新界定.
2.2.1 中、新生代基底
顧名思義,基底乃基礎(chǔ)的底部.我國(guó)半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)基于陸相生油、氣成藏的理論導(dǎo)向,對(duì)油、氣勘探的空間已有一個(gè)基本的限定或認(rèn)識(shí):在西北地區(qū)以侏羅系為油、氣勘探的主要目標(biāo)層系,在東部則以白堊系為主要目標(biāo)層系,故基底通常僅是指中、新生代沉積建造的底部.然而全球范圍內(nèi)的油、氣勘探實(shí)踐表明,中、新生代沉積建造的底部并不是油、氣生與儲(chǔ)的層序與時(shí)代的門(mén)限,在理論與時(shí)間上均要求我們必須重新認(rèn)識(shí)基底的概念與內(nèi)涵,以拓展油、氣勘探和開(kāi)發(fā)的空間[5].
2.2.2 古老變質(zhì)巖基底
解放后,國(guó)內(nèi)學(xué)者曾一度認(rèn)為古生代地層均為已變質(zhì)或變質(zhì)很強(qiáng)的巖系,并有了兩點(diǎn)基本認(rèn)識(shí):一是古生代的沉積建造已完全變質(zhì),不再具有沉積層系的本能屬性;二是該古生代沉積建造已不具有生、儲(chǔ)油、氣的基本條件,即為非油、氣勘察與開(kāi)發(fā)的沉積變質(zhì)層系.
近年來(lái)的研究和勘探實(shí)踐表明,我國(guó)古生代沉積地層系屬不變質(zhì)或變質(zhì)十分輕微的地層,東北、華南、華北和西北等地的地質(zhì)勘察及巖石學(xué)研究的事實(shí)均證實(shí)了這一認(rèn)識(shí).半個(gè)世紀(jì)以來(lái)對(duì)油、氣地球物理勘探與鉆井的實(shí)踐也證明,在古生代的沉積層系中不僅可以?xún)?chǔ)存大量的油、氣,而且可以生烴,并生成大量的油、氣能源.為此,國(guó)內(nèi)、外以前對(duì)油、氣生、儲(chǔ)的門(mén)限和概念受到了質(zhì)疑,當(dāng)今的油、氣勘探和開(kāi)發(fā)研究者們必須跳出已有的框架,突破中、新生代沉積地層的限定與3500m深度是油、氣門(mén)限的認(rèn)識(shí),向更深層的古生代地層去找油、找氣,以達(dá)大型、超大型的油、氣田的新發(fā)現(xiàn).
基于這樣的新認(rèn)識(shí),人們必須盡快建立起真正反映或逼近于實(shí)際的基底概念:即古生代地層的底部(古老變質(zhì)巖的底部),或?yàn)榻Y(jié)晶地殼的頂部,也稱(chēng)為古老變質(zhì)巖基底.這表明,我國(guó)油、氣勘探的層系應(yīng)包括新生代、中生代和古生代的沉積建造,即尚具備廣大的油、氣探查與開(kāi)發(fā)空間.
關(guān)于油、氣形成與儲(chǔ)存的物理?xiàng)l件和三維空間及成因問(wèn)題一直以來(lái)便有著不同的認(rèn)識(shí),且至今尚存在著爭(zhēng)議.世界工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)油、氣日益增長(zhǎng)的需求,迫使油、氣勘探理論、方法和應(yīng)用研究不斷深入,使得近年來(lái)世界油、氣勘探的一個(gè)很重要發(fā)展趨勢(shì)是向盆地深部及其外圍拓展.國(guó)內(nèi)外均廣泛地發(fā)現(xiàn)了不少超過(guò)油、氣穩(wěn)定溫度和深度下限的深層油、氣藏的存在.這對(duì)傳統(tǒng)的油、氣成因理論提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).
從國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展看,沉積盆地中深層巖系或巖體中仍具有形成工業(yè)油、氣藏的條件和基礎(chǔ).理論研究和實(shí)際勘探結(jié)果均表明,烴源巖在較高的熱演化階段仍具有形成工業(yè)油、氣藏的成烴潛力.而深部層系中的斷層、裂縫和微破裂帶是不封閉的,流體能以其為通道進(jìn)行運(yùn)移并儲(chǔ)集,深部有形成大型油、氣藏的必要和充分條件.
在全球范圍內(nèi),深部油、氣普遍存在,資源潛力亦十分巨大[15].據(jù)已發(fā)表資料統(tǒng)計(jì)[16-20],目前已在4500~8103m深度內(nèi)開(kāi)發(fā)了1000多個(gè)油氣田,石油原始可采量相當(dāng)于全球石油儲(chǔ)量的7%,而天然氣儲(chǔ)量則高達(dá)25%.埃及、意大利、墨西哥、法國(guó)和美國(guó)在這一深度空間內(nèi)的天然氣探明儲(chǔ)量約占這些國(guó)家天然氣總儲(chǔ)量的47%.在4500~6668m深度內(nèi),阿根廷、意大利、利比亞、墨西哥、美國(guó)、特里尼達(dá)和多巴哥所發(fā)現(xiàn)的石油占這些國(guó)家現(xiàn)今可采石油儲(chǔ)量的31%以上.在墨西哥和美國(guó),深部工業(yè)油、氣田的發(fā)現(xiàn)率高達(dá)50%~71%,其中有25個(gè)是巨型油氣田[20-21].美國(guó)西內(nèi)盆地阿納達(dá)科凹陷米爾斯蘭奇氣田在7663~8083m埋深的下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)了世界上最深的氣藏,儲(chǔ)量達(dá)365×108m3,單井日產(chǎn)氣6×104m3.在美國(guó)墨西哥灣密西西比三角洲的列克-華盛頓湖油田6540m深處發(fā)現(xiàn)了世界上最深的油藏.當(dāng)今世界上最深的油氣勘探井是美國(guó)在俄克拉荷馬州打的Bertha Rogess-1號(hào)科探井,鉆井深達(dá)9583.2m[21],獲得了許多深層油、氣生成和儲(chǔ)集層屬性方面的重要信息.
顯見(jiàn),在國(guó)外的深層油、氣勘探中,的確具有很大潛力(表2).為此,在未來(lái)的油、氣勘探中,強(qiáng)化第二深度空間的油、氣探查與開(kāi)發(fā)乃是人類(lèi)能源需求的必然路徑.
表2 國(guó)外含油氣盆地深層物性特征[22]Table 2 Physical properties of the deep reservoirs in some petroleum basins abroad[22]
油、氣理論的發(fā)展曾經(jīng)經(jīng)歷過(guò)無(wú)機(jī)成因中的地球深部成因說(shuō)和宇宙成因說(shuō),后又被有機(jī)早期成因理論所取代.20世紀(jì)60年代興起的石油晚期成因理論雖然從很多方面解決了油、氣勘探中所出現(xiàn)的一些基本理論問(wèn)題,同時(shí)也在油、氣勘探實(shí)踐中發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用,但越來(lái)越多的勘探實(shí)踐說(shuō)明,目前沉積建造中所形成的干酪根,即晚期成油理論也因近年來(lái)的一系列新發(fā)現(xiàn)而受到了嚴(yán)重質(zhì)疑.這其中除了近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的未成熟和低成熟工業(yè)油藏及非生物成因石油和天然氣外,深層油、氣的發(fā)現(xiàn)以及對(duì)成因的理解也對(duì)其賦予了新的內(nèi)涵與界定.
世界各地的近期油、氣勘察與開(kāi)發(fā)實(shí)踐證實(shí),在地殼深部第二深度空間的確發(fā)現(xiàn)了一系列的油、氣藏,而且它們多存在于相對(duì)較古老的海相沉積建造中.為此,必須回答:為什么在第二深度空間可以形成、并儲(chǔ)存著一定豐度的油、氣藏?它們應(yīng)當(dāng)具有哪些必要和充分條件?
3.2.1 國(guó)內(nèi)第二深度空間大油、氣田勘探概況概況
最近20余年來(lái),隨著地震勘探新技術(shù)的不斷提高和對(duì)中、淺層勘探精度的不斷提高,人們已經(jīng)逐步地把油、氣勘探的目標(biāo)轉(zhuǎn)向盆地更深層的沉積建造.現(xiàn)以塔里木盆地、冀中盆地和四川盆地為例來(lái)討論國(guó)內(nèi)深部油、氣藏的形成與儲(chǔ)存環(huán)境.
(1)塔里木盆地
1998年初在塔里木盆地塔中構(gòu)造帶上完鉆的塔參1井為亞洲第一深井,完鉆井深為7200m,于4000m鉆入奧陶系風(fēng)化殼,并在5059~6930m鉆遇12段油、氣顯示層段.國(guó)內(nèi)最深的工業(yè)油田為塔里木盆地的東河塘油田,其油層埋深5700~5800m.在塔里木盆地目前已測(cè)試的156個(gè)油、氣層井段中,有58個(gè)油、氣層的底界均超過(guò)了5000m.勘探層位從上奧陶統(tǒng)鷹山組增加到中、下奧陶統(tǒng)的一間房組和良里塔格組;儲(chǔ)集層類(lèi)型由單一的鷹山組溶蝕孔洞型擴(kuò)大到一間房組顆?;?guī)r裂縫-溶蝕孔隙型儲(chǔ)集體、良里塔格組裂縫-溶蝕孔洞型儲(chǔ)集體;形成志留系砂巖、泥盆系東河砂巖、石炭系巴楚組底部砂泥巖互層段致密砂巖儲(chǔ)層及石炭系卡拉沙依組、中二疊統(tǒng)火山巖、三疊系砂巖儲(chǔ)層,多層系、多領(lǐng)域含油的立體勘探格局(圖3),形成一個(gè)三級(jí)儲(chǔ)量(探明、控制、預(yù)測(cè))規(guī)模達(dá)到14.7×108t的特大型海相古巖溶油田[13].而在塔里木盆地打的一口8040m深鉆井,不僅發(fā)現(xiàn)深部奧陶到三疊紀(jì)存在厚達(dá)600m左右的白云巖,還發(fā)現(xiàn)了液態(tài)烴.
2010年前后又在庫(kù)車(chē)附近的斜坡地帶,即在奧陶系底部風(fēng)化地域發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大型油田和氣田,這里恰處地殼底部的隆起地帶內(nèi),為重、磁場(chǎng)異常的平緩變化地域[15].利用VSP制作合成地震記錄,以標(biāo)定主要的地質(zhì)界面和巖性差異較大的巖性分界面,可以明顯看到在古生代奧陶系地層中仍存在著系列溶洞或裂縫,它們不僅標(biāo)志著在深部可以生油和儲(chǔ)油,而且可以構(gòu)成深部油、氣運(yùn)移的通道.為此推斷在柯坪—沙雅—草湖的近EW向的斜坡地帶有可能會(huì)發(fā)現(xiàn)較大型的古生界的油、氣藏.
顯然,多期次的構(gòu)造變動(dòng)使盆地演化不僅在平面上由于差異升降及熱體制差異形成多個(gè)烴源中心和生烴灶,而且在縱向上形成多套烴源層.塔里木盆地寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)發(fā)育了海相碳酸鹽巖烴源巖,石炭紀(jì)-二疊紀(jì)發(fā)育了海陸過(guò)渡相泥質(zhì)烴源巖,三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)發(fā)育了陸相煤系烴源巖.可見(jiàn),塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)油氣藏一般都分布于中、下寒武統(tǒng)和中、上奧陶統(tǒng)這兩套海相烴源巖發(fā)育區(qū)及其附近,如塔北、塔中隆起的油氣藏基本上圍繞滿(mǎn)加爾凹陷寒武系生烴中心分布,塔中北斜坡、塔北南斜坡又有中上奧陶統(tǒng)烴源巖分布.中、下寒武統(tǒng)和中、上奧陶統(tǒng)成為臺(tái)盆區(qū)主要的烴源巖.
圖3 庫(kù)車(chē)坳陷-阿克庫(kù)勒凸起油氣藏分布示意圖[23]Fig.3 Sketch map showing the distribution of hydrocarbon reservoirs across the Kuqa depression and the Akkula uplift[23]
圖4 南堡凹陷層序組構(gòu)與成藏組合剖面圖[18]Fig.4 Profile of sequence structure and reservior combination in Nanbao depression[18]
(2)黃驊坳陷
在冀中地區(qū),黃驊坳陷具有很好的生烴條件,是油、氣勘探與開(kāi)發(fā)有潛力的遠(yuǎn)景區(qū).冀中坳陷從1977年開(kāi)始進(jìn)行深層油、氣藏的勘探,到目前,已鉆探大于4000m的深井176口(1992年以前),平均井深4521m,在4000m以下的深探井中,有37口井獲得了工業(yè)性的油、氣藏,探井成功率達(dá)到了21.4%,目前已發(fā)現(xiàn)13個(gè)深層油、氣藏.
①南堡凹陷油、氣藏
南堡凹陷是中國(guó)東部渤海灣盆地內(nèi)油、氣富集程度最高的內(nèi)陸斷陷盆地,具有多幕構(gòu)造演化、多構(gòu)造樣式、多物源體系和沉積演化時(shí)間變化強(qiáng)烈等特點(diǎn)[16],同時(shí)凹陷邊緣斷裂隨增深而活躍,且沉積加速.正是這深達(dá)280m巨厚沉積的高豐度優(yōu)質(zhì)烴源巖(圖4)[18],導(dǎo)致了東營(yíng)組的烴源巖進(jìn)入生烴門(mén)限而生烴、排烴,從而構(gòu)成了良好的“自生自?xún)?chǔ)”組構(gòu).由于凹陷內(nèi)斷裂活動(dòng)增強(qiáng)和晚期再活動(dòng),將東營(yíng)組儲(chǔ)層與下層主力生烴巖溝通,促使深層油、氣運(yùn)移,并聚集成藏.這里最深的油、氣藏埋深可達(dá)5200m左右,此外還發(fā)現(xiàn)了10個(gè)深層油氣圈閉,其儲(chǔ)量潛力大,探明儲(chǔ)量約占該盆地的10%左右[18],圖4顯示,南堡油田為多層次生、儲(chǔ)油田,且一直到6000m左右均存在有油藏,更重要的是南堡凹陷深部富存油、氣的層系多,主要為奧陶系、古近系(E2S與E3D)、新近系Ng和Nm.近年來(lái)勘探表明,E3d1和Ng、Nm普遍含油氣,勘探潛力仍然很大.從成藏組合定義出發(fā),可劃分為源上、源內(nèi)和源下三級(jí)成藏組合.源上成藏組合指被區(qū)域性泥質(zhì)巖封蓋層與下伏烴源巖分隔的油氣藏和遠(yuǎn)景封閉組合,其主要特征是缺乏有效烴源巖,油、氣為來(lái)自區(qū)域性封閉蓋層之下的烴源巖系,而儲(chǔ)集體和不整合面在油氣成藏過(guò)程中起著關(guān)鍵作用.
重要的是,在南堡油田深部存在三條大斷裂,即柏各莊斷裂、高柳斷裂和沙北斷裂,這三條大斷裂可以構(gòu)成更深層次的油、氣向上運(yùn)移和上、下貫通的通道,這便為在第二深度空間發(fā)現(xiàn)油、氣藏提供了深部空間的運(yùn)移條件[22,24].
圖5 南堡凹陷E油氣分布預(yù)測(cè)圖[24]Fig.5 Prediction graph of hydrocarbon distribution in Estrata beneath Nanbao sag[24]
如今,南堡油田的鉆井尚不夠深,打穿源內(nèi)和源下成藏組合的深鉆井也還較少.由圖5顯見(jiàn),因?yàn)樵趶?qiáng)大源儲(chǔ)剩余壓力差作用下,油、氣沿深大斷裂運(yùn)移,可為油氣成藏提供充足的油源,斷裂在油氣聚集過(guò)程中起到重要作用.基于該區(qū)成藏組合受控于油源斷層及其相關(guān)的構(gòu)造圈閉,又受到郯廬斷裂帶新近紀(jì)走滑斷層活動(dòng)的影響,故南堡凹陷形成了NE向和NW向兩組共軛剪切帶.在壓扭應(yīng)力作用下,共軛剪切帶成為油氣聚集的有利區(qū)地帶.由于南堡油田沉降中心偏向于凹陷北部,其烴源巖的地震響應(yīng)是十分清晰的,布置更深的鉆井將必會(huì)對(duì)南堡油田的深、淺部流體運(yùn)移和耦合響應(yīng)給出深化的理解,對(duì)南堡凹陷Ed13的油、氣分布可給出一個(gè)預(yù)測(cè)圖(見(jiàn)圖5).由于它們屬于深埋型生烴凹陷,三段烴源巖厚度大、埋藏深、熱演化程度高,因此生烴潛力大.同時(shí)也要充分證明:在我國(guó)廣闊的雙相沉積盆地地域、在第二深度空間的油、氣勘探與開(kāi)發(fā)尚存在著巨大的潛力.
②千米橋古潛山油、氣藏
千米橋古潛山凝析油、氣田發(fā)現(xiàn)于1998年10月,1999年6月產(chǎn)油、氣.油、氣藏為新生古儲(chǔ)式,潛山南、北兩側(cè)的古近系生油凹陷為其油、氣來(lái)源,主產(chǎn)層為奧陶系馬家溝組海相碳酸鹽巖,含油、氣面積為97.1km2,是一個(gè)含裂縫和溶洞控制的復(fù)雜油、氣田.在4251m深度時(shí)進(jìn)入奧陶系后發(fā)現(xiàn)明顯油、氣顯示[25].烏馬營(yíng)油藏-烏深井5460.3~5496.13m打到奧陶系峰峰組時(shí)其含氣豐富.
黃驊盆地的千米橋地帶發(fā)現(xiàn)的這一上億噸級(jí)的古潛山構(gòu)造,即“千米橋古潛山油、氣藏構(gòu)造”,其油、氣藏位于大港及千米橋東北約1000m的海灘上,在第一口深達(dá)5190m的鉆井中,鉆遇7個(gè)油、氣層,厚達(dá)200m以上,經(jīng)兩次求產(chǎn)分別獲得日產(chǎn)油143m3,氣27.5m3和日產(chǎn)油617m3,氣18.9m3的高產(chǎn)工業(yè)油、氣流,油氣當(dāng)量約在1.3億噸左右.該油、氣田中不同斷塊的壓力差異不大,同一斷塊探井不同深度處的壓力相近,如板深7井4254.39~4281.03m深度時(shí)井壓與4332.0~4395.6m井深壓力均為43.6MPa,但其產(chǎn)液特點(diǎn)卻不同,即油/氣比多變[26].
(3)四川盆地大氣田
四川盆地富有油、氣藏早為人們所關(guān)注.經(jīng)過(guò)30多年的找礦勘探實(shí)踐后,近些年由于地球物理勘探技術(shù)水平的提高,特別是三維地震勘探和疊前深度偏移技術(shù)的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)其深部存在著大型的氣藏.
①普光氣田
我國(guó)最深的普光氣田發(fā)現(xiàn)于2003年,截止2008年已累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為2510×108m3,技術(shù)可采量為1883.05×108m3,其含氣面積可達(dá)41km2,這是我國(guó)目前所發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量最厚、埋藏最深、且資源量豐度最高與規(guī)模最大的多期成藏的特大型海相氣田.
普光1井鉆揭示出長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組礁灘相白云巖以孔隙型為主,有效儲(chǔ)層厚達(dá)261.7m,氣層頂界埋深4960.0m(垂深)、底界埋深5340.6m(垂深),測(cè)試天然氣無(wú)阻流量103×104m3/d,隨后部署的所有探井均獲得高產(chǎn)[27].普光氣田的形成可分為三個(gè)油氣運(yùn)移期,其深度分別為3625m、5292m和6958m.該氣田的天然氣成熟度隨著深度的變化而各異(圖6),即R0的百分?jǐn)?shù)分別為:0.50~0.70的低成熟期,0.70~1.00的成熟早期,1.00~1.30的成熟晚期,1.30~2.00的高成熟期和2.00以上的過(guò)成熟期.
通過(guò)對(duì)四川盆地4個(gè)主要含氣區(qū)近23個(gè)氣藏的統(tǒng)計(jì),高峰場(chǎng)石炭系氣藏現(xiàn)今埋藏深度為4923~5284m,氣藏中部深度為4700m;羅家寨飛仙關(guān)氣藏現(xiàn)今埋藏深度為3200~4600m;七里北氣藏飛仙關(guān)氣藏頂部深度為4900m.而普光氣藏現(xiàn)今埋藏深度為5259m,氣藏中部深度為5125m,埋藏深度最大[28].
23個(gè)已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量規(guī)模超百億m3的氣藏統(tǒng)計(jì),儲(chǔ)量范圍從101.7×108~1144×108m3.超過(guò)500×108m3的氣藏中,羅家寨氣藏探明儲(chǔ)量581×108m3;五百梯氣藏探明儲(chǔ)量為539×108m3;普光氣田已提交的探明儲(chǔ)量為1144×108m3.就資源豐度而言,普光氣藏為38.53×108m3/km2,川西中壩為18.63×108m3/km2,渡口河12×108m3/km2,臥龍河12.97×108m3/km2,羅家寨7.56×108m3/km2.值得一提的是,普光氣藏的儲(chǔ)量?jī)H為3口井控制范圍的儲(chǔ)量,預(yù)計(jì)氣藏最終探明儲(chǔ)量將超過(guò)2000×108m3.
依據(jù)普光氣田深層硅酸鹽巖層系天然氣富集的關(guān)鍵要素、關(guān)鍵成藏條件和成藏過(guò)程與其發(fā)生和演化的地質(zhì)時(shí)間、構(gòu)造階數(shù)、溫度與應(yīng)力的深部介質(zhì)與構(gòu)造環(huán)境等,可建立起不同成藏要素和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及關(guān)鍵事件的耦合響應(yīng),時(shí)、空與物源的配置關(guān)系以及主要的控制因素.
②四川盆地東北部和西北部氣田
2006年以來(lái),在四川省廣元、南充和巴中市相鄰地帶,即元壩地帶,由于超深層地震勘探資料的信噪比和分辨率的大幅度提升,發(fā)現(xiàn)該區(qū)存在飛仙關(guān)—長(zhǎng)關(guān)組礁灘儲(chǔ)層異常體,經(jīng)鉆井深達(dá)7330~7367.6m井存在高產(chǎn)氣源,發(fā)現(xiàn)了元壩大氣田.這是四川盆地繼普光大氣田之后發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)海相千億方級(jí)深層大氣田(圖7).
四川盆地東北部深層碳酸鹽巖層系天然氣的富集經(jīng)歷了古潛山形成階段、油氣藏化學(xué)改造和流體調(diào)整階段和再富集-定位階段.川西北地區(qū)二疊系-中、下三疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖地層埋深較大,一般大于5000m,至今在研究區(qū)內(nèi)僅有幾口井鉆到該層位.2005年5月在大圓包構(gòu)造上實(shí)施的龍深1井,以海相雷口坡組、嘉陵江組為主要目的層的,2007年3月12日完鉆,完鉆井深7166m,完鉆層位:嘉陵江組一段(T1j1);2007年3月22日,部署在孝新合構(gòu)造帶上的川科1井開(kāi)鉆,原設(shè)計(jì)井深8775m,揭穿二疊系進(jìn)入下伏地層100m完鉆,后調(diào)整為井深7540m,進(jìn)入嘉陵江組一段60m后完鉆,同樣以海相雷口坡組、嘉陵江組為主要目的層的,截至2008年11月10日井深5555m,層位為上三疊統(tǒng)小塘子組(T3xt),后獲得較高油、氣產(chǎn)能(據(jù)成都理工大學(xué)陳昭國(guó)博士論文《川西地區(qū)海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究》).
然而應(yīng)當(dāng)十分清晰地認(rèn)識(shí)到,不論該氣田發(fā)現(xiàn)后有多少種理論、說(shuō)法、認(rèn)識(shí)和推斷,其最根本的條件是:當(dāng)今高精度三維地震勘探和疊前深度偏移技術(shù)的突破,才能識(shí)別出深度達(dá)7km左右出的碳酸鹽巖層系中的礁灘構(gòu)造,否則什么理論也發(fā)現(xiàn)不了這一大氣田.
圖6 普光氣田2井埋藏史、熱演化史與油氣遠(yuǎn)聚期次[28]Fig.6 Burial,thermal evolution and hydrocarbon migration and accumulation episodes in gas field of well Puguan-2[28]
圖7 四川盆地沿龍崗臺(tái)緣帶長(zhǎng)興組、飛仙關(guān)組白云巖分布連井剖面圖[29]Fig.7 Connecting-well section of distribution of dolomite of the Changxing Formation-Feixianguan Formation along the margin of Longgang in the Sichuan basin[29]
3.2.2 中國(guó)海相沉積與油、氣聚集的特點(diǎn)
中國(guó)海相沉積成藏與聚集的時(shí)代一般偏老,同時(shí)又受到多期改造,故其油、氣藏有別于時(shí)代較新且經(jīng)歷相對(duì)簡(jiǎn)單的后期變化所形成的一系列油氣藏[11,28].這類(lèi)古生界為主體的海相(包括海、陸相及交互相)沉積建造在中、新生代多期拉張-擠壓的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下受到強(qiáng)烈的改造,其改造的強(qiáng)度要比古生代歷次運(yùn)動(dòng)都大得多.然而對(duì)于深層油、氣藏來(lái)說(shuō),關(guān)鍵問(wèn)題在于深部能否成烴和形成有效儲(chǔ)層將其聚集和成藏.
(1)非均質(zhì)強(qiáng)的儲(chǔ)集體
強(qiáng)烈的成巖作用,使許多沉積地層的原生孔隙基本喪失(工業(yè)油氣藏賦存空間是溶洞儲(chǔ)集體),而后期裂縫,特別是巖溶縫洞為之提供了有效的儲(chǔ)集空間(老地層中海相碳酸鹽巖的高產(chǎn)儲(chǔ)層在于巖溶作用,如上奧陶統(tǒng)為塔河油田儲(chǔ)量的擴(kuò)大作出了重要貢獻(xiàn)).原生和準(zhǔn)原生孔隙的發(fā)育為尋找相對(duì)穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層提供了途徑(普光氣田儲(chǔ)量的高豐度與多孔隙關(guān)切,但沉積時(shí)處于有利相帶,有原生孔隙發(fā)育的巨厚儲(chǔ)層是第一要素),海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層是非均質(zhì)的.
(2)多期成藏、多源成藏
沉積建造中存在多期生烴成藏,而有機(jī)質(zhì)熱演化生烴則是一個(gè)不均勻過(guò)程,故在埋深增大、溫度從低到高的變化過(guò)程中會(huì)不斷產(chǎn)生物質(zhì)分異、調(diào)整和運(yùn)移以及不同的物質(zhì)組分.由于成藏過(guò)程復(fù)雜,特別是由于構(gòu)造格局的變異,使得許多古陸殼頂部的海相油、氣藏有可能接受來(lái)自多個(gè)生烴場(chǎng)所或環(huán)境的物源供給.古老海相地層中新形成的油、氣藏,即使在多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保存下來(lái),亦必會(huì)在晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中接受再次改造.當(dāng)然其中既會(huì)有散失和破壞,也必會(huì)有重聚和新的烴類(lèi)流入.
晚期成藏中的一個(gè)重要特點(diǎn)是古老海相沉積地層中的油類(lèi)型(裂解)及其對(duì)老油田和對(duì)新形成油、氣圈閉的充注.
近年來(lái),國(guó)外在深層油、氣的勘探方面也取得了重要進(jìn)展[19-21].原蘇聯(lián)有24個(gè)含油、氣沉積盆地,沉積建造厚度超過(guò)6000m的有18個(gè),目前已在其中的4個(gè)含油氣盆地中發(fā)現(xiàn)了埋藏深度大于6000m的工業(yè)油、氣藏.目前世界上已在21個(gè)沉積盆地中發(fā)現(xiàn)了75個(gè)埋深大于6000m的工業(yè)油、氣藏.通過(guò)對(duì)世界范圍內(nèi)最終可采儲(chǔ)量不低于6850萬(wàn)噸的大油田和不低于850億m3天然氣的大氣田的統(tǒng)計(jì)表明,實(shí)際上大油、氣田共計(jì)509個(gè),而產(chǎn)油層深度在4000m以下的大氣田數(shù)有29個(gè).
3.3.1 國(guó)外深層油、氣田分布的區(qū)域性概況
它們主要分布在墨西哥灣的雷佛卡瑪盆地(12個(gè)),坎佩切盆地(4個(gè)),委內(nèi)瑞拉的東委內(nèi)瑞拉盆地(2個(gè)),美國(guó)的二疊盆地(2個(gè)),法國(guó)的阿基斯坦盆地(2個(gè)),加拿大的斯科舍陸棚(1個(gè))和馬更些盆地(1個(gè)),原蘇聯(lián)的濱里海盆地(1個(gè))和庫(kù)拉盆地(1個(gè)),哥倫比亞的拉洛斯盆地(1個(gè)),中東地區(qū)的波斯灣盆地(1個(gè)),以及意大利的波河盆地和利比亞的錫爾特盆地等.
世界上這509個(gè)大油、氣田,在數(shù)量上僅占世界油、氣總數(shù)量的1.7%,但其油氣儲(chǔ)量(2032億噸油當(dāng)量,包括1232億噸石油,99萬(wàn)億m3天然氣)卻占世界油氣總儲(chǔ)量的70%左右.其中,埋深在3660m以下的大油田和大氣田的儲(chǔ)量分別占世界油氣總儲(chǔ)量的2.9%和3.1%[7].
從目前已發(fā)現(xiàn)的深層油、氣儲(chǔ)量分布情況來(lái)看,深層油、氣田中大多數(shù)儲(chǔ)量(63%的石油、53%的天然氣和86%的凝析油)分布于古老的被動(dòng)大陸邊緣,在所有不同大地構(gòu)造類(lèi)型的含油氣盆地中均已發(fā)現(xiàn)深層油、氣田,但富集程度卻大不相同.年輕克拉通地帶發(fā)現(xiàn)的深部油氣田的探明儲(chǔ)量遠(yuǎn)大于古老克拉通地帶所發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量,并且已發(fā)現(xiàn)的深層油、氣田的數(shù)目也要比古老克拉通盆地多.
隨著第二深度空間油、氣勘察的進(jìn)程,將必會(huì)在第二深度空間發(fā)現(xiàn)更多的油、氣田[6].即在5000~10000m深處的油、氣田由現(xiàn)在的百分之幾提高到10%~20%是完全可能的.
3.3.2 國(guó)外深層油氣藏的溫度和深度分布特點(diǎn)
在已發(fā)現(xiàn)的深層油、氣藏中有很多是分布在古老的被動(dòng)大陸邊緣,且在不同類(lèi)型的大地構(gòu)造單元的盆地中均發(fā)現(xiàn)了深層油、氣田,但其富集程度不一[30-31].
(1)傳統(tǒng)的溫度界限早已被石油勘探的實(shí)踐不斷地突破
傳統(tǒng)的干酪根晚期成油理論認(rèn)為:液態(tài)烴形成的溫度范圍為60~120℃(即R0在0.5~1.35%之間).當(dāng)含油地層中溫度大于120℃(R0>1.35%)時(shí)有機(jī)質(zhì)和液態(tài)烴將發(fā)生分解形成以甲烷為主的氣態(tài)烴類(lèi).近年來(lái)對(duì)世界上的工業(yè)油、氣藏所處的溫度和深度發(fā)現(xiàn),石油均在66.5~149℃的溫度范圍內(nèi),高于此溫度的石油將被天然氣所代替,并將該溫度線(xiàn)定義為“液態(tài)窗”.近年來(lái)有很多油田勘探表明,其溫度早已超過(guò)了這一溫度限定,如意大利發(fā)現(xiàn)了油層溫度為153℃,北海部分油層的溫度已達(dá)165~175℃,美國(guó)Willision盆地油層溫度達(dá)182℃,墨西哥灣盆地列依爾、別爾以及密西西比凹陷的油層溫度已超過(guò)200℃,波斯灣Marun油田油層溫度則亦超過(guò)了230℃,俄羅斯濱里海盆地油田地層埋深為7km,卻未發(fā)現(xiàn)明顯的分解作用,而在7550m深度處溫度已達(dá)295 ℃時(shí)卻仍有液態(tài)烴聚集[7,32-56].
(2)一定溫度和深度條件下油、氣藏的分布特征
①4000m以下的中深層和深層油氣藏分布
4000m以下的深層油、氣藏主要分布于阿爾卑斯造山帶的山間盆地和邊緣坳陷內(nèi)帶的新生界海相沉積構(gòu)造中,地層溫度90~180℃.盡管有的地方底層溫度較高,但由于油、氣生成時(shí)代較新,熱力作用時(shí)間短,所以在6~7km深度處仍有油藏保存,如原蘇聯(lián)的南里海盆地和高加索地區(qū)、委內(nèi)瑞拉的山間盆地和墨西哥灣內(nèi)帶等.
在南里海、墨西哥灣盆地內(nèi)帶新生代海相沉積坳陷區(qū)的沉積于4~7km深處,由于存在異常高的地層壓力而使大量的石油溶于天然氣中,因而除油藏外,還會(huì)形成大量的凝析氣藏.
②古老克拉通地區(qū)
古老地臺(tái)區(qū)在深4~6km處的地層溫度為90~120℃(相當(dāng)于古地溫超過(guò)150℃),分布以氣藏為主,加凝析氣藏,而在6km以下僅見(jiàn)氣藏而缺少油藏的原因可能是烴類(lèi)化合物在較高的地溫條件下作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(約不少于2億年),致使烴類(lèi)物質(zhì)多由液態(tài)烴熱轉(zhuǎn)化為氣態(tài)烴,如二疊紀(jì)沉積盆地和西內(nèi)部盆地等.
③年輕地臺(tái)區(qū)
年輕地臺(tái)區(qū),在以中生界沉積為主的中里海等盆地,深4~4.5km,現(xiàn)地溫為160~170℃,含油帶過(guò)渡為含氣帶.在新生代仍經(jīng)歷了強(qiáng)烈坳陷的墨西哥灣盆地外帶,油、氣相帶更替深度約達(dá)6km,地層溫度近200℃.在上述兩類(lèi)地區(qū),生油巖系中的有機(jī)質(zhì)均主要為腐泥型.但在亞述-庫(kù)班盆地,生油、氣巖系中所含的有機(jī)質(zhì)則以腐殖型為主,因而在深度為4~7km的范圍內(nèi)均以氣藏、凝析氣藏為主體.
④油、氣埋藏下限深度
液態(tài)烴完全消失的最大深度為8km,其地層溫度大于200℃.氣藏分布的最大下限深度為10~12km,地層溫度為300~350℃.低于此下限,天然氣和水將以蒸汽狀態(tài)的混合物形式存在.
從以上四個(gè)特點(diǎn)可見(jiàn),盡管油、氣藏埋深較深,但有的油、氣田仍在中、新生代沉積建造的基礎(chǔ)上,且以盆地內(nèi)為主體,對(duì)古生代沉積地層中的油、氣藏尚涉及尚少.這是由于在世界各地沉積盆地里中、新生代沉積建造中均為海相沉積,而與我國(guó)完全不同,故上述特點(diǎn)是具有一定的局限性的.在我國(guó)東部和西部的深層油、氣藏,均存在深達(dá)6000m以下的海相沉積地層系,故不可作為普通的規(guī)律來(lái)解釋全球各地域的油、氣藏.
深部物質(zhì)與能量交換和運(yùn)移的動(dòng)力過(guò)程制約著盆地的形成和油、氣的聚集,必然受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、介質(zhì)受力狀態(tài)、變形、物質(zhì)組成、地?zé)釄?chǎng)和流體溶液等因素的影響[33-34].在深部物質(zhì)上涌過(guò)程中必然會(huì)導(dǎo)致巖石圈的韌性伸展、并拖拽著上地殼(包括沉積建造和結(jié)晶基底)產(chǎn)生斷裂,從而導(dǎo)致中、下地殼和巖石圈地幔的減薄.由于在力源作用下深部物質(zhì)會(huì)重新分異、調(diào)整和運(yùn)移,故將促使上地幔上部、上地殼,特別是在沉積建造中由于拉張作用而形成坳陷,其溫度場(chǎng)的響應(yīng)當(dāng)必會(huì)影響著巖石圈介質(zhì)的流變及變形.當(dāng)伸展速率較慢與變形相對(duì)均勻時(shí),可以“坳陷”的形態(tài)出現(xiàn);若伸展速率較快,則盆地的形態(tài)也可表現(xiàn)為“斷陷”.這表明盆地的形成是受到深部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)等多種要素的制約.
3.4.1 幾種可導(dǎo)致上地殼介質(zhì)發(fā)生“斷陷”或“坳陷”的模型
“斷陷”主要是上地殼在伸展形變中形成的區(qū)域性正斷層,而正斷層下降則形成伸展盆地.“坳陷”的成因有二:一是巖石圈深處發(fā)育有高密度的異常地幔,而均衡作用會(huì)使上地殼發(fā)生扭曲變形;二也可能是拆離斷層產(chǎn)狀呈坡坪狀,而深層斷坡對(duì)應(yīng)的上地殼介質(zhì)則會(huì)產(chǎn)生坳陷.
塔河油田的主體是奧陶系碳酸鹽大型不整合-巖溶縫洞圈閉型油氣藏[34],縱向?qū)有蚴菉W陶系、石炭系、三疊系等三套含油層組合,即“復(fù)式”成藏組合,在深達(dá)6500m以下獲得油氣突破.TP2井在6900m左右鉆到較好油氣顯示,突破了奧陶系頂面(深度6500m),其類(lèi)型屬奧陶系碳酸鹽巖地層不整合-巖溶縫洞型為主的超大型油田,成藏條件優(yōu)越,前景廣闊.
塔里木盆地油氣田的重大突破與古生代海相成油理論的建立,多時(shí)代烴源巖、多期成藏、組合成藏模式,多巖性和其分布特征表明,下古生界古巖溶與縫隙對(duì)該油、氣田的成藏起著重要作用.
準(zhǔn)噶爾盆地中部的車(chē)-莫古隆起及其不同期次的與生烴過(guò)程的空間配置對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地中部的油、氣藏形成與分布格局起著重要的控制作用.
應(yīng)當(dāng)清晰地認(rèn)識(shí)到,不論盆地在形成過(guò)程中受到哪些因素的制約,其核心要素都在于上地幔物質(zhì)上涌,即在受力作用下上地幔頂部上隆,地殼變形并導(dǎo)致上地殼、特別是結(jié)晶基底以上沉積建造的水平向拉張,進(jìn)而形成對(duì)稱(chēng)或準(zhǔn)對(duì)稱(chēng)型“鏡像”模式[35](圖8).
圖8 油氣可能遠(yuǎn)景沉積盆地地區(qū)的巖石圈結(jié)構(gòu)概念性模式[35]Fig.8 The conceptional model of lithospheric structure in sediment basins with potential oil and gas[35]
3.4.2 油、氣田區(qū)殼、幔結(jié)構(gòu)的“鏡像”模型
通過(guò)對(duì)中外典型的大型油田區(qū)域的沉積建造、結(jié)晶基底和殼、幔結(jié)構(gòu)分析表明,它們均呈現(xiàn)出“鏡像”反映(圖8[35]).圖9為西伯利亞油氣沉積盆地形成的“鏡像”模式的一個(gè)例證[36].由圖可見(jiàn),在塔索夫斯可凹陷、通古斯凹陷和維盧依凹陷下面均一一對(duì)應(yīng)著上地幔頂部Moho界面的上隆,而與這些隆起相對(duì)應(yīng)的沉積凹陷是豐富油氣藏的分布區(qū).
以上論述可以看出,在中國(guó)無(wú)論是東部還是西部,在沉積盆地中確實(shí)廣泛共同存在著陸相與海相沉積巖系.古生代沉積巖相并未變質(zhì)或相對(duì)輕微的變化,故大為擴(kuò)展了油、氣存、儲(chǔ)的空間.所以深層油、氣藏在突破原有3500m的門(mén)限后,位于第二深度空間的油、氣將有著極大的潛力.
第二深度空間的油、氣藏探查和開(kāi)發(fā)乃世界未來(lái)化石能源發(fā)展的必然趨勢(shì).因?yàn)樽缘乇淼止爬系淖冑|(zhì)巖結(jié)晶基底,其沉積建造厚度很大,一般可達(dá)7~10km,有的地區(qū)可達(dá)15km 左右[14,30].
深層油氣藏的形成與淺層油、氣藏的形成一樣,即均需要具備一定含量的有機(jī)質(zhì)或部分無(wú)機(jī)質(zhì)的烴源巖作為成烴的物質(zhì)基礎(chǔ).有關(guān)研究和實(shí)踐表明,在大多數(shù)含油、氣盆地中4000~9000m的深度范圍內(nèi),廣泛分布著既能生成油、又能生成氣的烴源巖.
深層烴源巖即可以是碎屑巖(泥巖、頁(yè)巖),又可以是碳酸鹽巖(白云巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r),也可以是介于上述兩種巖相之間的過(guò)渡類(lèi)型的巖石(泥質(zhì)-碳酸鹽巖).在形成條件上,深層烴源巖主要是一些海相、濱岸-海相、瀉湖相和湖相條件下形成的巖石類(lèi)型.
深層烴源巖的有機(jī)碳含量通常的變化范圍為0.25%~0.6%,其有機(jī)碳含量的高低主要取決于其形成時(shí)的沉積環(huán)境和所處的沉積相帶中有機(jī)物質(zhì)的貢獻(xiàn)量,而與埋藏深度并沒(méi)有必然的限定(表2).
必須清晰地認(rèn)識(shí)到,生烴的潛在量并不會(huì)因其所處的埋深較大而會(huì)顯著的降低.在現(xiàn)今地溫為226~296℃的條件下,在世界上的3口超深鉆井內(nèi)的白堊統(tǒng)、上泥盆統(tǒng)-下石炭統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)的生油、氣巖均沒(méi)有喪失其生成液態(tài)烴的能力.
傳統(tǒng)“液態(tài)窗”以外水熱石油(Hydrothemal petroleum)的發(fā)現(xiàn)[29]表明:在熱水系統(tǒng)中溫度從60℃到高達(dá)400℃的溫度條件下均可以從有機(jī)質(zhì)中產(chǎn)生石油.
傳統(tǒng)的油、氣成因理論認(rèn)為:烴類(lèi)的形成是沉積物中有機(jī)質(zhì)去氧加氫的過(guò)程,當(dāng)演化至一定程度后,有機(jī)質(zhì)中的氫被消耗盡,就不能再產(chǎn)生烴類(lèi).但近年來(lái)的一系列研究發(fā)現(xiàn):含碳的淺變質(zhì)巖系中能夠形成大量的甲烷.在變質(zhì)過(guò)程中依據(jù)熱力學(xué)平衡條件給出:在C-O-H氣態(tài)組分的平衡體系中,生成甲烷的最基本反應(yīng)式為:2C+2H20=CO2+CH4.
圖9 西伯利亞板塊的西伯利亞地臺(tái)的簡(jiǎn)化地殼剖面[36]Fig.9 Sketch map of the crustal structure of Siberian platform in Siberia plate[36]
傳統(tǒng)的油、氣成因理論通常把勘探的重點(diǎn)放在有機(jī)碳的豐度上,而對(duì)外部烴源的重要性未能給予足夠的重視.但近年來(lái)研究結(jié)果說(shuō)明沉積巖層中烴類(lèi)的形成可以有外部烴源的參與.
在氫氣環(huán)境中 РорЪбаК等[31]從莫爾納瀉湖沉積物中成功地獲得了人工油、氣.Haggin在190℃溫度的氫氣環(huán)境中,用巖石與正18烯作實(shí)驗(yàn),獲得了C1~C4組分的烴混合物,若缺少外部氫源物質(zhì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn),則不會(huì)形成如此大量的烴類(lèi).
Левшунова等[31]認(rèn)為外部的氫可在沉積巖中活化,對(duì)沉積物中有機(jī)質(zhì)及巖石的演變產(chǎn)物起氫化作用,從而可促使烴類(lèi)的形成.外部烴源的加入將為深部氫碳化相對(duì)小的高過(guò)成熟源巖提供了生氣的有利條件.
傳統(tǒng)的干酪根晚期成油理論認(rèn)為:液態(tài)烴形成的溫度范圍為60~120℃(即R0在0.6%~1.35%),當(dāng)?shù)貙訙囟瘸^(guò)120℃(即R0>1.35%)時(shí),有機(jī)質(zhì)和液態(tài)烴將發(fā)生分解形成以甲烷為主的氣態(tài)烴類(lèi)[38].Pusey[39]曾對(duì)世界上已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)油、氣藏所處的溫度和深度進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn):世界上絕大部分已發(fā)現(xiàn)的石油均存在于65.5~149℃(150~300℉)的溫度范圍中,高于此溫度的石油將被天然氣所取代,并因此將該溫度界限形象地稱(chēng)之為“液態(tài)窗”.然而,事實(shí)表明:烴類(lèi)在石油形成時(shí)的溫度條件是不穩(wěn)定的,它受到很多綜合因素的制約.
4.3.1 深層油、氣藏存在溫度門(mén)限與突破
近年來(lái)越來(lái)越多的油、氣勘探實(shí)際上均已超過(guò)了上述溫度界限.在意大利發(fā)現(xiàn)了油層溫度為153℃的油田,北海地區(qū)部分油層的溫度處在165~175℃之間[40].在美國(guó)威利斯頓(Williston)盆地發(fā)現(xiàn)了溫度為182℃的油層,美國(guó)的華盛頓油田(油層深度為6540m)、巴爾湖油田(油田深度為6060m),墨西哥灣盆地的帕拉頓、列依克、別爾油田以及密西西比坳陷的油層溫度均已超過(guò)200℃,波斯灣馬倫(Marun)油田產(chǎn)層的溫度已超過(guò)了230℃.俄羅斯濱里海盆地布拉海油藏的埋深已達(dá)7km,但并未發(fā)現(xiàn)明顯的分解作用發(fā)生[41],在7500m深度時(shí),溫度為295℃條件下仍有液態(tài)烴聚集[42].
這便告誡我們,何謂閥值?這尚有待理論與實(shí)踐的不斷深入和科學(xué)的厘定.
4.3.2 鏡質(zhì)體反射率和溫、壓條件與生烴及裂解
烴類(lèi)在石油形成時(shí)的溫度條件下是不穩(wěn)定的觀點(diǎn)已得到許多有關(guān)油、氣工作者的共識(shí)[43].當(dāng)儲(chǔ)層溫度高于150℃時(shí),油、氣藏中的氣/油比會(huì)隨著埋深的增加而升高,并在溫度高于200℃時(shí)被天然氣所取代[44]的油、氣分布規(guī)律也使許多學(xué)者確信石油和重?zé)N氣體在150~200℃的地溫條件下是不穩(wěn)定的,在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)石油將會(huì)受熱而裂解為輕質(zhì)烴,并最終轉(zhuǎn)化為甲烷和碳瀝青[44-46].
以鏡質(zhì)體反射率R0作為熱演化的量度,Hunt[38]和Tissot[44]為石油和天然氣的形成構(gòu)化出了一幅近于完整的熱演化圖像:即烴類(lèi)在開(kāi)始時(shí)形成于R0=0.5%~0.6%,在R0=0.9%時(shí),液態(tài)烴的生成則達(dá)到最大值,同時(shí)大于C15的重?zé)N也因?yàn)槭軣岫_(kāi)始裂解.在R0=1.35%時(shí),所有C15的重?zé)N都因受熱而被破壞.待達(dá)到R0=2.0%時(shí),只有甲烷是穩(wěn)定的.而到R0=4.0%時(shí),甲烷也要遭受到高溫的破壞,與此同時(shí),巖石開(kāi)始進(jìn)入變質(zhì)作用階段.
4.3.3 國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)觀點(diǎn)的局限性與近期實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果和突破
最近越來(lái)越多的研究結(jié)果已經(jīng)證實(shí),上述觀點(diǎn)存在著很大的局限性,同時(shí)亦尚難提出一個(gè)規(guī)律性的模式.以塔里木盆地為例,其傳統(tǒng)的生烴模式不能解釋目前在塔北隆起、塔中隆起和巴楚隆起上所發(fā)現(xiàn)的大量高溫裂解天然氣,因?yàn)樗鼈儊?lái)自地殼深部.為此可通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)厘定一下其溫、壓條件.
(a)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬和對(duì)天然樣品的研究認(rèn)為,在熱變質(zhì)條件下,石油的熱穩(wěn)定性至少要比其干酪根前身物質(zhì)高3倍[46].熱動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果認(rèn)為丙烷在200℃條件下的半衰期約為8×108a[47];
(b)通過(guò)高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí):nC25在高于180℃的地溫條件下至少要經(jīng)過(guò)10Ma以上才有可能檢測(cè)得裂解作用發(fā)生;十三碳環(huán)乙烷(Tridecylcyclohexane)在150℃條件下的半衰期為6×109a[48],并由此推斷那些高分子量的烴類(lèi)只有在高溫(150℃~190℃)條件下才能熱裂解釋放氣體;對(duì)于大于C15的重?zé)N在R0遠(yuǎn)大于1.35%時(shí)仍是穩(wěn)定的,甚至在R0達(dá)到7.0%~8.0%時(shí)仍然可檢測(cè)到液態(tài)烴的存在[49].在200℃的溫度條件下,液態(tài)石油要完全裂解形成干氣是不可能的[50].
(c)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)石油加熱至428℃時(shí),在沒(méi)有置換反應(yīng)的條件下,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞和向凝析油或天然氣或石油焦化方向的轉(zhuǎn)化.石油在300℃加熱條件下,20天內(nèi)也不會(huì)改變其成分,當(dāng)加熱至400℃以上時(shí),石油便急劇分解.在長(zhǎng)達(dá)90天的重油熱解實(shí)驗(yàn)表明[51],熱裂解反應(yīng)很快就能達(dá)到平衡狀態(tài),而這種350~375℃的含水封閉高壓系統(tǒng)的熱解在超過(guò)90天時(shí),也未見(jiàn)熱解產(chǎn)物有進(jìn)一步增加的跡象.
(d)若以原油和正構(gòu)烷烴化合物為對(duì)象,在不同介質(zhì)環(huán)境條件下所做的高溫模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:原油和正構(gòu)烷烴在高達(dá)400℃的加熱條件下,其組成特征未發(fā)生明顯的變化.這說(shuō)明原油在相當(dāng)高的熱演化(溫度)條件下仍然是很穩(wěn)定的.在550℃的模擬實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物中仍有液態(tài)烴存在,乙烷以上的重?zé)N氣體在高達(dá)550℃、長(zhǎng)達(dá)72h的原油和正構(gòu)烷烴化合物的裂解產(chǎn)物中仍主要為烴類(lèi)氣體成分.
這便表明,傳統(tǒng)油氣成因理論所認(rèn)為液態(tài)烴和重?zé)N氣體已不能穩(wěn)定存在的條件下,在沉積盆地的深部,的確仍可以找到潛在的石油和天然氣[7],當(dāng)然我們清楚地知道,上述實(shí)驗(yàn)的峰值不可能是所有油、氣田聚集的基本模式,但也說(shuō)明,近些年來(lái)的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)結(jié)果和突破,確實(shí)為第二深度空間油、氣的存儲(chǔ)提供了有利的空間和實(shí)驗(yàn)依據(jù).
4.3.4 油、氣形成的溫壓條件與深部生烴能力
人們對(duì)甲烷在高溫條件下的化學(xué)穩(wěn)定性[52-54],乃基于化學(xué)-熱力學(xué)條件的一系列理論計(jì)算求得:
①Takach[53]等認(rèn)為:在不活潑的儲(chǔ)層中待地層中的溫度達(dá)到320℃時(shí),大部分甲烷不會(huì)發(fā)生分解.理論計(jì)算證明:在800℃、10kb或更大壓力下,甲烷仍是穩(wěn)定的[21],即相當(dāng)于地殼下面35~40km深處,在有石墨存在時(shí)甲烷的穩(wěn)定性會(huì)更高一些.在高壓條件下,即使在很高的溫度下,烴類(lèi)也會(huì)穩(wěn)定地存在.
②Hunt[52]通過(guò)計(jì)算認(rèn)為:在無(wú)水的非活潑性?xún)?chǔ)層中,溫度達(dá)550℃時(shí)甲烷仍不會(huì)分解,但若存在大量的水和硫酸鹽,則甲烷可分解為H2S和CO2.
③Barker[54]等研究表明:儲(chǔ)層的礦物組合特征與是否有石墨存在對(duì)深層氣的氣體組分有很大影響.在有石墨存在的地層中甲烷可以保存到至少12000m(相當(dāng)于地溫325℃)深處.所有深部具有CH4的地層,均具有一個(gè)共同的特征,即若為高級(jí)變質(zhì),則其中必有石墨,而若為低級(jí)變質(zhì),其中必有含碳物質(zhì)或石墨化碳.由此得出結(jié)論[21],在含碳的地殼巖石中,甲烷不存在穩(wěn)定性的溫度上限.
④異常壓力可以影響深層油氣的形成和分布.異常流體壓力是盆地深層沉積物中普遍存在的[52],且往往會(huì)隨著深度的增加,異常壓力亦會(huì)加大.當(dāng)今盡管關(guān)于異常壓力對(duì)油、氣生成的影響有不同的觀點(diǎn)或認(rèn)識(shí)[55],但多數(shù)人的高壓試驗(yàn)則證明:壓力增加可能抑制或延遲油、氣生成與有機(jī)質(zhì)的成熟[55-58].有一些油田的實(shí)際研究也證明了這種論點(diǎn)和論據(jù)的正確性[59].
⑤高壓異常往往會(huì)延遲油氣的生成,且加大油氣生成的深度,如我國(guó)鶯歌海盆地LD30構(gòu)造便是一個(gè)典型的實(shí)例.McPeek[60]指出,東綠河盆地深部的上白堊統(tǒng)超高壓巖層(深度為4600~6100m)可以有大量的天然氣產(chǎn)出,最多可達(dá)40Tcf.墨西哥灣第三系華盛頓油田埋深為6540m,地溫大于200℃,但由于它具130MPa的異常高壓,故仍保持著液態(tài)烴的狀態(tài).
⑥我國(guó)準(zhǔn)噶爾盆地在7500m深處仍為液態(tài)烴的賦存帶[61-62],在塔里木盆地埋深超過(guò)5000m 時(shí)仍存在大量含油層,這均是因?yàn)樵谏畈看嬖诋惓8邏海〒?jù)黃第藩,梁秋剛,塔里木盆地油氣生成與演化.“八五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(85-101-01-04)成果報(bào)告,1996)的緣故.
⑦流體封存箱理論[44]認(rèn)為:大部分沉積建造較厚的深層盆地中均存在封隔流體單元,而異常高壓則為由封存的油、氣藏造成的,而封存的油、氣則具有偏低的成熟度,故表明流體封存箱保留了源巖在深層的生烴能力.
4.3.5 地溫梯度也會(huì)影響深層油氣的形成
在俄羅斯的南里海西緣地帶,其深層油、氣產(chǎn)出層(均>5000m)溫度僅在100℃左右[42];世界上十大油、氣田之一的田吉茲油田,產(chǎn)層深度為4700~5400m,油層溫度為105~116℃[63],即仍在油氣生成的溫度界限之內(nèi).塔里木盆地地溫梯度較低,一般在深度>5000m的深層源巖中(R0=1.13%~1.21%),產(chǎn)烴潛力為62~186mg/g,干酪根中的有機(jī)碳仍可大量地轉(zhuǎn)化為油、氣.
在全球不同地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境中的含油、氣盆地,對(duì)原始探明的地質(zhì)儲(chǔ)量分布規(guī)律分析表明,深部地層中最大儲(chǔ)量(油65%,氣53%,凝析油86%)均分布在古老板塊的被動(dòng)邊緣,深層油、氣藏主要分布在快速沉積區(qū)和拉張型后生作用地帶.由于地溫梯度低(1.5~2℃/100m)的作用,石油生成的深度可變得更深,其下限可達(dá)6~8km.由于散熱過(guò)程很強(qiáng),所以在鹽丘地區(qū)的鹽下組合中可以發(fā)現(xiàn)最深的生油帶.該帶下限所處在較深的位置可能與板塊被動(dòng)邊緣發(fā)育階段(濱里海盆地中石炭統(tǒng)阿爾琴組)或與前緣坳陷發(fā)育早期(阿納達(dá)爾科坳陷,上泥盆統(tǒng)-下石炭統(tǒng))有關(guān),即與深水環(huán)境中形成的分散有機(jī)質(zhì)演化特點(diǎn)有關(guān).
超深鉆井中的源巖有機(jī)地球化學(xué)特征已證明:深層源巖在演化后期,即使是高于成熟度,仍具有一定、甚至很大的生烴潛力.實(shí)驗(yàn)室的油、氣生成模擬表明:腐泥型有機(jī)質(zhì)的熱變點(diǎn)基本溫度在275~340℃之間;對(duì)腐泥型有機(jī)質(zhì)的X射線(xiàn)和物理-化學(xué)研究則表明它的生油潛力須在350℃以上才可得以完全實(shí)現(xiàn).晶包有機(jī)質(zhì)熱模擬生烴實(shí)驗(yàn)表明,在R0=1.5%~2.2%的成熟度階段所釋放出它的70%烴類(lèi)物質(zhì),主要為凝析油[64].
在沉積盆地深部的沉積建造中,烴類(lèi)是否穩(wěn)定與源巖中有機(jī)質(zhì)的成熟度、甲烷、重?zé)N及瀝青質(zhì)的生成和分解等密切相關(guān)[56],影響深層油、氣穩(wěn)定性的主要因素有[30]:
①是否存在地層水,在缺乏地層水的條件下將會(huì)加速烴類(lèi)物質(zhì)的分解,而在有水存在的條件下則會(huì)抑制烴類(lèi)的分解;
②壓力的增加將抑制有機(jī)質(zhì)的熱演化過(guò)程,即抑制烴類(lèi)的生成和分解;
③烴類(lèi)的分解過(guò)程是在開(kāi)放體系中進(jìn)行,而封閉體系則因已達(dá)到平衡而趨于穩(wěn)定;
④溫度的升高將會(huì)促使烴類(lèi)的分解;
⑤是否含有部分無(wú)機(jī)質(zhì)物質(zhì)的穩(wěn)定加入.
上述各種因素的響應(yīng)表明,在不同沉積盆地中,其溫度、壓力及其梯度變化均存在差異,故對(duì)烴類(lèi)的保存程度亦將存在差異.一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)為,它們已突破了已有的框架,而且證明了在深部沉積建造中石油是可以生成、運(yùn)移和儲(chǔ)存的.這便為第二深度空間的油、氣能源勘探和開(kāi)發(fā)奠定了理論基礎(chǔ).
5.2.1 深層儲(chǔ)集巖
近20年來(lái),有許多國(guó)家都獲得了有關(guān)深部烴類(lèi)儲(chǔ)集體的大量資料.雖然深部巖層的原生孔隙會(huì)隨埋深的增大而減少,但由于次生作用的緣故,在深部仍存在形式各異的儲(chǔ)集體:孔隙型、裂縫型、溶洞-裂縫型、孔隙-裂縫型以及其他類(lèi)型的碎屑巖和碳酸鹽巖儲(chǔ)集體.深層油、氣的儲(chǔ)集巖可以是各種成分的沉積巖系、風(fēng)化殼、火山巖體、古潛山,甚至是基底結(jié)晶巖.那么為什么隨著埋深增大,巖石儲(chǔ)集性能得以保存呢?其中一個(gè)重要因素是在這些深部層系中飽含有液態(tài)烴和氣態(tài)烴.
5.2.2 孔隙度隨深度的分布
當(dāng)深部地層的孔隙空間充填著純油時(shí)(不含水和其他化學(xué)活性成分),次生礦物的形成往往會(huì)受到強(qiáng)烈的抑制或不會(huì)發(fā)生.當(dāng)流體處在異常高的地層壓力條件下,對(duì)巖石儲(chǔ)集性能的保存將會(huì)產(chǎn)生有利的機(jī)械影響,即阻礙巖石的機(jī)械壓實(shí)和裂縫閉合.在巖石儲(chǔ)集性能的形成過(guò)程中,巖石的破裂響應(yīng)會(huì)產(chǎn)生十分重要的響應(yīng).盡管巖石的破裂會(huì)使孔隙空間的體積增大,一般并不顯著—由百分之零點(diǎn)幾到2%~3%,但卻能使?jié)B透率明顯增大.Самвелов認(rèn)為[41],活躍的欠壓實(shí)因素以及同時(shí)在已形成的裂縫中充填溶液(主要是飽含CO2、CH4、H2的無(wú)機(jī)流體)對(duì)深層次儲(chǔ)集層的形成將會(huì)產(chǎn)生重要的效能.
原蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家對(duì)碳酸鹽巖平均孔隙度與深度之間的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn):從4km深度處開(kāi)始,碳酸鹽巖的平均孔隙度有隨深度增大的趨勢(shì),即可由3%增大到25%;而到8km深度時(shí)孔隙度平均值趨于較穩(wěn)定,為8%~10%.同時(shí)應(yīng)該注意到,大約從6km深處開(kāi)始,裂縫儲(chǔ)集體的比例可能開(kāi)始占優(yōu)勢(shì),但是裂縫儲(chǔ)集體的有效容積只相當(dāng)于孔隙型儲(chǔ)集體的1/50~1/80.所以,只有當(dāng)大于6km深度,且發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大而又有效厚度儲(chǔ)集體的油、氣藏時(shí),才有可能較大地增加油、氣儲(chǔ)量.這便表明,盡管深部油、氣藏埋藏深,成巖程度高,原生孔隙被機(jī)械壓實(shí),但在這些地域所形成的工業(yè)性油、氣藏可通過(guò)靠次生孔隙或次生裂縫(如縫洞、溶洞、斷裂與破碎帶)來(lái)完成.
這就是說(shuō),當(dāng)深部巖層為孔隙介質(zhì),而且存在規(guī)模較大的斷裂時(shí),往往會(huì)構(gòu)成深部油、氣的良好儲(chǔ)集空間與運(yùn)移通道.堅(jiān)固而致密的結(jié)晶巖中存在許多結(jié)構(gòu)松散帶,而這種欠壓實(shí)帶和松散帶往往常見(jiàn)于6km以下的沉積巖和結(jié)晶巖層中.由于它們?cè)谏畈坎⒉环忾],故流體可以其為通道進(jìn)行運(yùn)移并儲(chǔ)集,故為深部油、氣藏的生、儲(chǔ)、蓋和氣、液態(tài)物質(zhì)運(yùn)移提供了適宜的場(chǎng)所和介質(zhì)條件[65].
化石能源的石油和天然氣可否再生已引發(fā)了不少論述和不少討論,這個(gè)問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是油、氣生成的機(jī)理問(wèn)題.怎樣來(lái)正確理解它們的成因,在油、氣勘探和開(kāi)發(fā)中始終存在著有機(jī)成因論為主導(dǎo)的理念.近年來(lái)卻不時(shí)地見(jiàn)到討論有關(guān)油、氣與巖相、與基底、與成因方面的文章或報(bào)導(dǎo).
當(dāng)今在世界上有一些油、氣田或地區(qū)在油、氣勘探與開(kāi)發(fā)過(guò)程中實(shí)際探明的地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)計(jì)算求得的油氣資源量,累計(jì)采油量超過(guò)可采儲(chǔ)量,即表明在開(kāi)采過(guò)程中油、氣有新的組分增加現(xiàn)象.那么是否在一些油、氣田中可能存在有新生油、氣資源補(bǔ)給呢?即石油和天然氣可以再生呢?有人提出加利福尼亞Guaymas盆地南海槽熱液石油的14C同位素年齡以及δ13C值,并認(rèn)為該類(lèi)熱液石油是近代生成的,其可能的生成模式是高溫?zé)嵋毫黧w對(duì)沉積有機(jī)質(zhì)的作用加速了石油的生成,深部地幔流體上升到中地殼,且通過(guò)費(fèi)-托反應(yīng)可以合成石油[66].那么石油、天然氣可否通過(guò)無(wú)機(jī)反應(yīng),并補(bǔ)充到以有機(jī)物質(zhì)成烴為主形成的油、氣田中呢?為此這里首先通過(guò)一系列有關(guān)油、氣田呈現(xiàn)的現(xiàn)象來(lái)分析一下這一問(wèn)題.
在石油、天然氣的勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中,通常石油、天然氣的資源量、探明地質(zhì)儲(chǔ)量、可開(kāi)采地質(zhì)儲(chǔ)量、年實(shí)際產(chǎn)量等參數(shù)間的相互關(guān)系當(dāng)必會(huì)遵循著一定的科學(xué)依據(jù).但是石油、天然氣的勘探實(shí)踐卻也常有一些異?,F(xiàn)象產(chǎn)生,如河南泌陽(yáng)凹陷面積不到1000km2,計(jì)算的油氣資源量為24億噸,排烴量為2.4億噸(為資源量的10%),而實(shí)際探明的地質(zhì)儲(chǔ)量已有3億噸;遼河坳陷大民屯凹陷面積僅800km2,其靜安堡油田石油探明地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)1.8億噸.對(duì)于這種“小而肥”的生油凹陷,用已有的油、氣成因理論尚難以給出滿(mǎn)意的解釋.
基于對(duì)油、氣田產(chǎn)量大于可采儲(chǔ)量這一事實(shí),故一些行將枯竭的油、氣田可能“復(fù)活”,即為在開(kāi)采過(guò)程中油、氣有新的組份增加等現(xiàn)象.也就是說(shuō):油、氣有可能再生或部分再生,即為與有機(jī)成因油、氣混儲(chǔ)的雙機(jī)成因!
國(guó)內(nèi)、外有些油田中所呈現(xiàn)的一些異?,F(xiàn)象是非常值得思考的問(wèn)題!
(1)中國(guó)幾個(gè)油田中的異?,F(xiàn)象
①中國(guó)近海的油、氣勘探表明,PL19-3油田的天然氣沿垂直斷裂(以其為上涌通道)在不斷地逸散,而PL19-3油田卻仍有巨大儲(chǔ)量.這是否表明自其成藏以來(lái)一直有深部油氣補(bǔ)給[67]呢?
②大慶長(zhǎng)垣西側(cè)有一條南北向的基底斷裂,正是由于通過(guò)它不斷向上補(bǔ)充原油,造成了油水過(guò)渡帶西深東淺的非平衡狀態(tài)[68].
(2)國(guó)外幾個(gè)油田中的異常現(xiàn)象
①美國(guó)墨西哥灣尤金島330區(qū)塊油田于1971年發(fā)現(xiàn),到1997年底已采出原油1.59億m3,而當(dāng)時(shí)計(jì)算的可采儲(chǔ)量?jī)H為4880萬(wàn)m3,故表明原油一直有新的補(bǔ)給,油、氣組分也有變化[67].
②俄羅斯伏爾加—烏拉爾盆地的羅馬什金油田也是一個(gè)例子.羅馬什金油田可采儲(chǔ)量為20億噸,到2002年已累計(jì)產(chǎn)油30億噸[69].另外還有一個(gè)數(shù)據(jù),即羅馬什金油田可采儲(chǔ)量20.31億噸,到1999年石油年產(chǎn)量1140萬(wàn)噸,1970年曾產(chǎn)原油8000萬(wàn)噸,累計(jì)產(chǎn)油20.7億噸[70];按年遞減率5%計(jì)算,到2005年累計(jì)產(chǎn)出21.27億噸.這表明羅馬什金油田的累計(jì)產(chǎn)油量超過(guò)了可采儲(chǔ)量,故推測(cè)可能有新生原油補(bǔ)給.另外,格羅茲尼油區(qū)的一些油田(如老格羅茲尼、十月、馬爾戈別克等油田)按其累計(jì)采油量早已超過(guò)了可采儲(chǔ)量,可是現(xiàn)仍在開(kāi)采.這些均是眾所周知的事實(shí)[71],有待給出一個(gè)合理的科學(xué)解釋.
③在澳大利亞沿岸、委內(nèi)瑞拉、加拿大、墨西哥、美國(guó)阿拉斯加等含油氣盆地和波斯灣、里海、墨西哥灣等地區(qū)亦已證實(shí)在深部有石油不斷向外滲出[71].通過(guò)對(duì)一些地區(qū)的石油滲漏量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明:美國(guó)加利福利亞沿岸的圣巴巴拉盆地原油的外滲量可達(dá)400萬(wàn)t/a,阿普歇倫半島每年散失到地表的原油可達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸[71].
美國(guó)墨西哥灣深海區(qū)和中國(guó)大慶油田、中原油田、勝利油田的原油至今尚在不斷往上運(yùn)移和補(bǔ)給.通常人們易于接受油、氣在水平方向的長(zhǎng)距離運(yùn)移,而不太重視油、氣由地球深部近垂直向上運(yùn)移的認(rèn)識(shí),而事實(shí)上當(dāng)今有不少油、氣田中的油、氣還在不斷地散失.這表明油、氣田中至今油、氣還處在不斷散失又不斷補(bǔ)充的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程,并認(rèn)為用有機(jī)生油理論計(jì)算的生油量是不夠該散失量的[71-72].
目前看來(lái),贊成天然氣可以是無(wú)機(jī)生成者較多[72-77],而對(duì)石油是否可以無(wú)機(jī)生成則存在很大分歧!
6.2.1 中國(guó)幾個(gè)天然氣田中的異?,F(xiàn)象
①鶯歌海盆地崖13-1氣田由于海底天然氣不斷逸散,留下大量麻坑(Pockmarks),其散失速率為282.0億m3/Ma,但由于地球深部天然氣的不斷補(bǔ)給,所以崖13-1氣田仍有約1000億m3儲(chǔ)量,經(jīng)計(jì)算該氣田的供氣速率為535.7億 m3/Ma[78].衛(wèi)星紅外圖像也觀察到這里有一個(gè)間歇性排氣帶[77].
②威遠(yuǎn)氣田威93井、威52井在新儲(chǔ)集層中獲5萬(wàn)m3/d和6.7萬(wàn)m3/d的天然氣的新發(fā)現(xiàn),使這一開(kāi)發(fā)40多年的威遠(yuǎn)氣田煥發(fā)“青春”,如果這是正常的話(huà),可年產(chǎn)達(dá)4212萬(wàn) m3天然氣[79-84].
③四川西部九龍山氣田近10余年的觀察測(cè)試表明氣井中的H2含量呈周期性變化,總的趨勢(shì)是在增加[64].
④在大慶采油廠(chǎng)輸出的原油中發(fā)現(xiàn)了新增加的H2S氣體[69],這表明油田開(kāi)發(fā)后期有新物質(zhì)補(bǔ)給.
⑤大慶長(zhǎng)垣伴生氣CO2的含量自20世紀(jì)90年代開(kāi)始大幅度增加,2003年伴生氣CO2含量達(dá)2.87%,與20世紀(jì)80年代相比CO2含量增加了約一個(gè)數(shù)量級(jí),而且還有繼續(xù)升高趨勢(shì)[84].
⑥克拉2氣田天然氣聚集與散失量動(dòng)態(tài)平衡,但其補(bǔ)給量大于散失量,因此,可望最終采出量大于原始儲(chǔ)量.克拉2氣田烴類(lèi)氣體的碳同位素很重,是庫(kù)車(chē)油、氣系統(tǒng)最重的.因此這種補(bǔ)給應(yīng)該是深源的[83-84].
⑦塔河油田奧陶系古油藏能延續(xù)至今,可能是由于不斷有深源烴充注[85].鄂爾多斯盆地中部氣田也是如此[88],這種補(bǔ)充彌補(bǔ)了其在地質(zhì)歷史時(shí)期的散失量.
6.2.2 國(guó)外關(guān)于天然氣外滲的異?,F(xiàn)象
①阿普歇倫半島每年散失到地表的天然氣量可達(dá)數(shù)十億立方米,鄂霍茲克海的天然氣散失量為200萬(wàn) m3/a[69].
②阿塞拜疆東部有220個(gè)泥火山,第四紀(jì)排出的氣體總量(包括爆發(fā)期和平靜活動(dòng)期)為520000億m3~3700000億m3(成分為非生物成因的天然氣),超過(guò)了至1993年底全球已發(fā)現(xiàn)的天然氣的總儲(chǔ)量(1420000億m3).該泥火山地帶從庫(kù)拉盆地延長(zhǎng)到南里海盆地,全長(zhǎng)900km,泥火山的空間分布與深斷裂相關(guān)[66,80].
6.2.3 瓜伊瑪斯(Guaymas)盆地的油、氣特征
自西蒙內(nèi)特(Simoneit)等在英國(guó)《Nature》雜志上發(fā)表了著名的論文[87]以來(lái),Guaymas盆地一直是研究的熱點(diǎn)[88].引人注目的是在水下2020m深處,從一個(gè)熱液噴口處出現(xiàn)了一個(gè)熱液煙囪,發(fā)現(xiàn)其中有可流動(dòng)的石油,經(jīng)烴分析檢測(cè)出從甲烷(含量為15.5%)到十六烷(含量為0.7%)的鏈烷烴,其輕揮發(fā)烴總體分布形勢(shì)與原油相似.
Guaymas盆地南海槽熱液石油的14C同位素年齡以及δ13C的值[89]見(jiàn)表3.14C定年結(jié)果表明,石油生成年齡為4240~5705a,而其δ13C值為-22.8‰~-21.2‰,平均為-22.2‰,大大高于常規(guī)石油的碳同位素組成.熱液噴口處的溫度為315℃,其深處的溫度更高,幾乎達(dá)到臨界溫度.這一現(xiàn)象揭示了:(a)Guaymas盆地的石油14C年齡十分年輕,是近代生成的;(b)石油的δ13C分布表明Guaymas盆地的石油不是蒂索等有機(jī)生油模式生成的,這種石油還自深部不斷流出;(c)Guaymas盆地石油生成的可能模式[90]是高溫?zé)嵋毫黧w對(duì)沉積有機(jī)質(zhì)的作用導(dǎo)致了石油的生成,深部地幔流體上升到中地殼,通過(guò)費(fèi)-托反應(yīng)生成石油.
表3 Guaymas盆地?zé)嵋菏偷?4C年齡及δ13C數(shù)據(jù)[89]Table 3 14C age andδ13C data table of hydrothermal petroleum in Guaymas basin[89]
事實(shí)上,在相同的洋底地質(zhì)背景下,均有可能生成如Guaymas盆地的石油,但至今對(duì)洋底尚未進(jìn)行有目的的觀測(cè)和探索.但是通過(guò)Calvin號(hào)潛水器卻觀測(cè)到并證實(shí)了這些石油事實(shí)上是不斷從深部流出的.
縱觀世界上主要油田的開(kāi)發(fā)史,至今還沒(méi)有一個(gè)特大型油田完全枯竭.原蘇聯(lián)的巴庫(kù)油田,一直被視為油盡城枯的前車(chē)之鑒,但最近在里海地區(qū)又獲得了重大發(fā)現(xiàn).顯然以有機(jī)生油理論計(jì)算的生油量不會(huì)有這樣大的差異.因此,有理由認(rèn)為,這種補(bǔ)給量與無(wú)機(jī)生油、氣相關(guān),否則就是原計(jì)算的資源量是錯(cuò)誤的或方法上是有缺陷的?
(1)甘肅窯街煤層CO2氣突出
1978年5月24日,甘肅窯街煤礦發(fā)生CO2氣體突出事件,采樣分析表明,CO2濃度極高,占95.9~96.6%,CH4占0.138%,CH4/CO2值為 0.0014.1980年,窯街煤礦在井下抽放CO2,抽放初期CO2含量為95%,抽放20天后降至40%;停抽52天后再抽放測(cè)定,CO2含量上升為90%以上.1988~1990年,對(duì)突出點(diǎn)再次測(cè)試,CO2含量仍在90%以上.依上述數(shù)據(jù)推測(cè),在深部可能有一個(gè)CO2氣體源,它的“突出”不在于是否天天抽放,如果有一個(gè)外因(如地震)便會(huì)誘發(fā)CO2大量釋放,引發(fā)CO2突出事件.這是天然氣不斷再生十分典型的實(shí)例.
(2)煤層瓦斯(甲烷氣)突出
2006年在《天然氣工業(yè)》雜志上接連發(fā)表3篇文章談“中國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)化面臨的形勢(shì)與挑戰(zhàn)”[91-93],其中特別說(shuō)到煤層氣資源量估算這一重大基礎(chǔ)問(wèn)題尚未解決:①采煤后驗(yàn)證的煤層氣資源量往往要大于勘探得到的資源量;②礦井瓦斯突出量一般是突出煤體中煤層氣資源量的幾倍到上百倍.因此提出了一個(gè)問(wèn)題:“煤層氣在煤中的賦存形勢(shì)是否僅局限于我們目前所認(rèn)識(shí)的相態(tài)?”
6.4.1 原油中富含金屬元素
①原油中往往富含一些幔源金屬元素,如Re、V、Ni等鐵族元素[94],且 V、Ni往往有比較恒定的地區(qū)性比值[95].這些金屬元素往往是生物物質(zhì)中缺少的.
②原油中的Pb、Sr、Nd同位素不僅可以定年而且可以示蹤[96].克拉瑪依油田烏爾禾地區(qū)瀝青中的Pb、Sr、Nd同位素是來(lái)源于上地幔的反映[97],塔里木盆地志留系砂巖瀝青中的Pb、Sr、Nd同位素反映為源于中、下地殼[97],遼河坳陷古近系的干酪根、原油中的Pb、Sr、Nd同位素則反映了強(qiáng)烈的殼、幔相互作用[98-99].通常認(rèn)為,原油中的Pb、Sr、Nd同位素信息可以比作生命物質(zhì)中的DNA,它是不可復(fù)制、不可改變的.Pb同位素技術(shù)目前廣泛用于古代(夏、商、周)的青銅器鑒定,即使是在1000℃以上的熔爐中Pb同位素的組成特征也不會(huì)改變.
6.4.2 殼、幔結(jié)構(gòu)與油、氣生成與運(yùn)移
①對(duì)于油、氣形成的機(jī)理探索,應(yīng)重視盆地的深部地殼的層、塊結(jié)構(gòu),特別是盆地深部的地殼低速層與高導(dǎo)層(縱波波速不大于5.8~6.0km/s),其中有可能存在無(wú)機(jī)成因的油、氣源.
②并非所有的油全是有機(jī)生成的,二者并非相互排斥,而是互補(bǔ),即必須特別強(qiáng)調(diào)有機(jī)的干酪根在生烴過(guò)程中的作用,如《遼河斷陷原油生成環(huán)境與演化》一文中有關(guān)油、氣生成模式[100].
③若從“無(wú)機(jī)生油”及“油、氣有可能再生”的角度出發(fā),對(duì)于連續(xù)不斷的煤礦瓦斯爆炸事件、溫室氣體CO2的排放,與大氣中CO2的濃度升高問(wèn)題[95-97],可能無(wú)不與深部地殼內(nèi)部無(wú)機(jī)氣體物質(zhì)源及不斷供給有關(guān).至少目前尚無(wú)法確定,在地球大氣環(huán)境中,地球排氣與人為因素孰主孰次.重要的是先查清地球每年排氣量,如CO2、CH4、CO、H2等等,而人為排氣量是可以計(jì)算的.顯然,當(dāng)今對(duì)這些問(wèn)題,人們尚需更加開(kāi)闊視野和廣聚思路來(lái)看待和分析這些現(xiàn)象.
以上對(duì)第二深度空間油、氣生、儲(chǔ)及其在深部可以存在的物理-化學(xué)條件進(jìn)行了論述,這的確是一個(gè)十分復(fù)雜且受綜合因素制約的問(wèn)題.基于此,我們提出了雙機(jī)(有機(jī)+無(wú)機(jī))混合油、氣成因的新理念.
7.1.1 已發(fā)現(xiàn)的很多油、氣田中確為有機(jī)生成的油、氣藏
對(duì)于油、氣的生成理論曾有過(guò)多期次的辯論與紛爭(zhēng),且各有盛衰.然而必須承認(rèn),有機(jī)成因理論的正確性和多年來(lái)在世界各地一系列油、氣田的發(fā)現(xiàn)與其在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位.二百多年來(lái),世界上所發(fā)現(xiàn)的不同規(guī)模的油、氣田基本上全為在油、氣有機(jī)成因理論指導(dǎo)下的產(chǎn)物,故有機(jī)成因應(yīng)為油氣產(chǎn)出之主導(dǎo)[1,6].
7.1.2 有些油、氣田中確實(shí)存在著無(wú)機(jī)生油、氣的物源
近20年來(lái),油、氣田中伴生有金屬(非金屬)礦產(chǎn)元素的關(guān)系得到高度重視.
①油氣田中含有金屬鈾和黃金
現(xiàn)發(fā)現(xiàn),俄羅斯西伯利亞油田,美國(guó)中部和東部各州的大型含油、氣盆地均與大型沉積鐵礦床、大型沉積鉛、鋅礦床共生,且美國(guó)一些大型鈾礦床下面富含油、氣藏.我國(guó)大慶油田的原油中含有金屬鈾,勝利油田原油中含有黃金.在世界上原油中含有金的情況已有不少報(bào)道,如濱里海地區(qū)多拉秋別油田凝析油的金含量為6×10-7;西西伯利亞地區(qū)的新波爾托夫油田凝析油中含金量達(dá)1.3×10-7;阿塞爾新疆重油中的金含量為1.65×10-8.近年來(lái)發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)噶爾盆地東部石炭、二疊紀(jì)的火山巖中含有豐富的油藏等.
②碳酸鹽巖沉積盆地中的Pb、Zn和微量元素
在一些碳酸鹽巖沉積盆地中還發(fā)現(xiàn)有層狀的Pb、Zn礦床與石油瀝青伴生.如在烏克蘭第聶伯—頓涅茨盆地,在鉆井深度為3100~4000m的前寒武系變質(zhì)巖中意外地發(fā)現(xiàn)了3個(gè)大型油層,不僅富含石油,而且含有大量的微量金屬(Ni/V比高).
③可能的物源
通過(guò)微生物和細(xì)菌分析測(cè)量取得的所謂生物標(biāo)示分子鏈10-6級(jí)都達(dá)不到,而大量來(lái)自深源(上地幔)的 He氣則可能是隨碳?xì)浠衔?、一氧化碳(CO)、烴類(lèi)、氫類(lèi)和深部流體攜帶上來(lái)的,即表明它們的物質(zhì)來(lái)源于殼、幔深部.因此,混合生油的理論可能會(huì)得到發(fā)展,這會(huì)給深大斷裂區(qū)、基底風(fēng)化殼地帶、火山巖地帶和沉積盆地的無(wú)機(jī)生油、生氣探索呈現(xiàn)出一定的前景.為此,對(duì)于油、氣混合成因的理論問(wèn)題應(yīng)給予關(guān)注和不斷的深入探索.
④是否存在無(wú)機(jī)生成的可能性
有機(jī)與無(wú)機(jī)生油的理論還會(huì)不停地爭(zhēng)論下去.但在深大斷裂地區(qū)、基底風(fēng)化殼地區(qū)、火山巖地帶和沉積盆地的生油、生氣表明,在一個(gè)整裝油、氣田中,很可能在以有機(jī)生成為主導(dǎo)的前提下,有部分無(wú)機(jī)成因的油、氣加入到該油、氣田中,因此提出油、氣混合成因的新理念.對(duì)這一新的認(rèn)識(shí)則必須從理論上、實(shí)驗(yàn)上和實(shí)踐上不斷研究和探索.為此,積累資料、加深研究和探索是十分必要的,由無(wú)機(jī)生成的一部分或一小部分的油、氣對(duì)人類(lèi)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都是十分有益的.
至今對(duì)無(wú)機(jī)成因的天然氣已有不少論述和證據(jù),在中國(guó)和世界其他地域確也存在無(wú)機(jī)成因的油.盡管它的產(chǎn)出量在整個(gè)石油產(chǎn)出比重中尚不高(如準(zhǔn)噶爾盆地東部古生代火山巖中的石油已達(dá)幾千萬(wàn)噸),但說(shuō)明它也是一種成因,或一種認(rèn)識(shí),即可以無(wú)機(jī)生油、氣[101].近年來(lái)國(guó)內(nèi)、外均有不少學(xué)者致力于無(wú)機(jī)生油、氣方面的研究與探索,且提出了無(wú)機(jī)生油的一些認(rèn)識(shí)或模式.在深部油、氣藏的探查與實(shí)踐中也取得了一些進(jìn)展,如原油中含有金屬元素和非金屬元素,在結(jié)晶基底、裂縫、破碎帶和深大斷裂帶附近存在油藏,超深鉆井中也發(fā)現(xiàn)有烴和油的顯示等等,究其來(lái)源主要為殼、幔深部物質(zhì)與能量交換的產(chǎn)物[33,100-102].
一個(gè)十分重要的事實(shí)是,一些油、氣田中的油、氣富含一些金屬元素,如Re、V、Ni等金屬類(lèi)元素,而且V、Ni往往有比較穩(wěn)定的地區(qū)性特征.顯然它們具有非生物物源的特征.
基于以上的論述和討論,現(xiàn)提出油、氣的雙機(jī)混合成因的論點(diǎn)和論據(jù)[1,6].當(dāng)然應(yīng)當(dāng)說(shuō)還是初步的,尚有待研究、探索和實(shí)踐的檢驗(yàn),特別是資料的積累和研究的深化.但它卻是人們必須全面認(rèn)識(shí)油、氣成因的一個(gè)重要啟迪,并應(yīng)從理念上去理解它.為此,應(yīng)當(dāng)剖析一系列典型的大油田,并仔細(xì)反演,即在多要素約束下對(duì)該油田形成之前及其進(jìn)程中、在該盆地和鄰近地帶原始的有機(jī)物質(zhì)量應(yīng)有一個(gè)定量的或是半定量的核算,即這些有機(jī)質(zhì)成烴、形成干酪根,聚集形成為油田可以生成多少原油?
(1)在有機(jī)生油、氣的基礎(chǔ)上滲入了部分無(wú)機(jī)生成的油、氣若原始有機(jī)物質(zhì)量可以達(dá)到或近于當(dāng)前油田中的原油總儲(chǔ)量,則該油田的油、氣基本上應(yīng)屬于有機(jī)物質(zhì)生成.而若由有機(jī)物質(zhì)量到油田儲(chǔ)量之間尚存在的較大差距,以及已有儲(chǔ)量在開(kāi)采過(guò)程中的一定增量,則應(yīng)考慮它來(lái)源于何處,即由“誰(shuí)”來(lái)補(bǔ)給!顯然,將這一部分歸因于無(wú)機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化形成的,且這種無(wú)機(jī)生成的部分油、氣(不管它量有多少)參與到了有機(jī)質(zhì)沉積盆地的油、氣總產(chǎn)出量中是完全有可能的.
(2)油、氣混合成因的新理念
基于以上的討論和認(rèn)識(shí),提出一種新的油、氣生成理論,即雙機(jī)(有機(jī)+無(wú)機(jī))混合油、氣成因論[1,6].如果雙機(jī)混合油、氣成因理論被確立或?qū)?lái)被確立,這不僅是一個(gè)理念上的突破,而且將有可能大為擴(kuò)展油、氣生、儲(chǔ)的空間,即除主要在盆地進(jìn)行油、氣勘探外,還可在基底、裂縫、破碎帶和深大斷裂及其附近地域找到一定儲(chǔ)量的工業(yè)油、氣藏,這就標(biāo)志著可能構(gòu)建新的油、氣能源戰(zhàn)略后備基地.
世界各國(guó)在經(jīng)歷了20世紀(jì)的百年間,在油、氣勘察、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上已為人類(lèi)提供了且仍還在不斷地提供著促使社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的油、氣、煤能源.隨著科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展,在世界經(jīng)濟(jì)大潮中給地球物理學(xué)家提出了一個(gè)十分尖銳的問(wèn)題,即在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上,向第二深度空間發(fā)展,能否發(fā)現(xiàn)和找到大型或是超大型油、氣田是具有重大戰(zhàn)略意義的.
基于我國(guó)雙相沉積盆地的介質(zhì)屬性和其層序與結(jié)構(gòu)受到多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的制約,當(dāng)必會(huì)導(dǎo)致深部與淺部成藏、聚集和物理(主指溫度、壓力和孔隙度)條件的差異,故深部和淺部油、氣成藏的條件和規(guī)律各異.同時(shí)盆地內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)、流體運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)當(dāng)必也要發(fā)生變化.若在塔里木盆地切一剖面,雙相沉積在多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下清晰地說(shuō)明了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加[65]和斷裂構(gòu)造的控制作用.基于我國(guó)西部塔里木盆地的生氣中心深達(dá)13000m左右,故第二深度空間的油、氣勘查與開(kāi)發(fā)是有極大潛力的,而以深部油、氣田區(qū)的斷裂系為通道與運(yùn)移則是深部油、氣成藏的有利環(huán)境.這便說(shuō)明,在雙相沉積盆地中,古生代地層中和構(gòu)造中存在烴源巖,而又存在著深大斷裂或裂縫群.它們就可以成為深部油、氣運(yùn)移的通道,并聚集成油、氣田.
中國(guó)第二深度空間油、氣資源量約占全國(guó)多少份額,當(dāng)今尚難以給出一個(gè)較明確的答案,但從目前陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的深部油、氣藏來(lái)看,潛力甚大,有待進(jìn)行全國(guó)性沉積建造的地球物理探查.誠(chéng)希以我國(guó)西部塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地為重點(diǎn)進(jìn)行第二深度空間油氣探查,以達(dá)突破和以后推廣.
基于油、氣形成、聚集和儲(chǔ)存的物理?xiàng)l件、介質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造環(huán)境,從第二深度空間的深部油、氣藏和盆地、基底中的雙相沉積建造,結(jié)晶基底和雙機(jī)成因的理念出發(fā)均必然會(huì)迫使人們?nèi)ニ伎加?、氣形成與聚集的機(jī)理和理解油、氣聚集與不同烴源物質(zhì)聚集問(wèn)題,同時(shí)要以新的理念來(lái)厘定非常規(guī)油、氣田的形成與聚集.然而從本文所闡述的邊界條件和物理-化學(xué)理念來(lái)看,在以有機(jī)生油、氣為主體的條件下,很可能有部分無(wú)機(jī)生成的油、氣加入到已有盆地或基底或大型斷裂體系及被火山巖系所圍的空間.這就是現(xiàn)提出來(lái)的雙機(jī)混合油、氣成因的新理念.
若這一理念被證實(shí)或部分證實(shí),將當(dāng)必會(huì)極大提升成油、氣生成與儲(chǔ)存的擴(kuò)展環(huán)境,也當(dāng)必是為人類(lèi)勘探油、氣的一次新飛躍!
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