中国海相层系多元生烃及其示踪技术

中国海相层系具有时代老、时空跨度大、烃源类型多等特点,绝大多数烃源处于高—过成熟演化阶段,存在多种烃源复合成烃转化过程,给油气成藏和油气源对比研究带来诸多困难。根据中国海相烃源的特点,按照烃源的可溶性将其划分为不溶、可溶和酸溶有机质3大类型。同时按照烃源的形成过程,将其分为原始烃源(岩)、再生烃源和化学烃源,海相原始烃源有机质有其独特的显微生物组合和赋存形式。通过仿真生烃模拟,揭示不同类型烃源的产烃率变化特征,特别是不同类型可溶有机质(古油藏、分散可溶有机质和沥青等)产率与原始状态密切相关。鉴于不同烃源的复杂性和演化的特殊性,从不同烃源的生物标记化合物特征、同位素组成特征和微量元素特征入手,有效揭示出次生烃源与烃源岩中干酪根的亲缘关系。利用元素、生物标志化合物、稳定同位素以及稀有气体同位素有效组合从物质来源、关键时间和成藏过程进行示踪指标技术集成,发展了中国海相层系的油气形成与成藏的有机—无机示踪体系。

川西坳陷中段海相层系油气勘探潜力分析

四川盆地碳酸盐岩领域在油气勘探中占主导地位,近年中石油和中石化在四川深层碳酸盐岩领域勘探中均取得了重要进展,针对川西坳陷中段前期碳酸盐岩领域勘探和研究工作较少,本文通过成藏地质条件生、储、盖、圈闭、保存等的研究,认为该区发育5套烃源岩;中三叠统雷口坡组一—三段、下三叠统嘉陵江组二—三段、下三叠统飞仙关组三段、上二叠统长兴组和下二叠统茅口组及栖霞组储层发育;除山前通天断裂附近和下三叠统膏岩层系剥蚀区外,保存条件均较好;海相发育众多局部构造,并成带分布,具备形成大中型气田的条件。结合海相层系潜力评价和成藏模式预测,认为该领域勘探潜力巨大,是川西增储上产的潜在领域。并结合勘探中面临的问题,提出针对山前带和前山带应搞好造山带复杂地表深层的地震采集、处理、解释攻关,重在落实圈闭;针对孝新合-丰谷构造带坚持立体勘探,有必要在该区构造和岩相叠合有利部位部署一口风险勘探井。

中国南方海相层系天然气烃源新认识及其示踪体系

通过对南方海相层系多种烃源(烃源岩、固体沥青、沥青砂岩、原油/油苗)、天然气相关模拟实验及地球化学分析,发现海相层系存在多种烃源共存且相互转化、连续或叠置生烃特征,尤其南方海相烃源岩普遍存在生气母质的物质状态转换和生烃过程与贡献的接替,呈现出"多源复合、多阶连续"的天然气形成演化特点。根据母质继承效应、同位素分馏效应及累积效应,构建了以稳定同位素组成为基础,以组分、生物标志化合物、轻烃、非烃气体和稀有气体同位素、微量元素为重要手段的不同形式烃源转化成烃过程的示踪指标体系,可以示踪不同形式烃源转化成烃过程。进一步完善了天然气形成、成藏的三元示踪体系,提出了气源岩时代模型公式以及气-源对比、成因判识指标及其示踪,初步建立混源气识别及混源比例定量判识模型。

论南方海相层系有效供烃能力的主要控制因素

通过对烃源条件和天然气成藏过程的动力学分析,从高有机质丰度海相碎屑岩层段发育、构造沉积类型特征、高—过成熟阶段烃源灶性质演变形成的气源接替效应以及生烃强度与非构造性散失强度(速率)在地质历史中数量关系等若干方面,探讨了影响中国南方海相层系天然气成藏的有效供烃能力的主要地质-地球化学因素。指出有效供烃效率是烃源岩性质、构造-沉积类型、烃源灶类型及其叠合、生烃强度历史演化和天然气散失速率诸控制要素的综合效应。提出烃源条件分级评价指标,并对南方海相层系的有效供烃能力进行了初步评价。

华北-东北地区海相层系烃源特征与战略选区

通过大量露头、钻井样品的测试分析,初步落实了冀北中-新元古界、华北南缘下寒武统、鄂尔多斯盆地西南缘中奥陶统优质烃源岩的分布。冀北中-新元古界优质烃源岩主要分布在蓟县系洪水庄组下部,华北南缘下寒武统优质烃源岩主要发育在辛集组(或雨台山组)底部,鄂西南中奥陶统较好烃源岩主要发育在平凉组下部,它们均以黑色泥页岩为主要特点。同时指出,华北台内奥陶系马家沟组碳酸盐岩是一套总体较差的烃源岩;上古生界石炭-二叠系煤系烃源岩以南华北地区发育条件最为优越,比鄂尔多斯、渤海湾盆地多发育了上、下石盒子组含煤层系。综合运用多种分析测试技术,对东北地区上古生界进行了变质相区划,初步认为二连盆地中西部、松辽盆地东南部是上古生界发育未变质潜在烃源岩的主要地区。综合评价认为,鄂尔多斯盆地西南缘是古生界油气突破的有利地区,华北南部是进一步探索上古生界煤成油气的有利地区,冀北中-新元古界、东北上古生界是值得进一步研究探索的新领域。

中上扬子区海相层系流体特征与油气保存条件

通过对中上扬子区地层水化学特征、地层水氢氧硫同位素、天然气组成特征、天然气烷烃碳同位素、甲烷氢同位素、天然气轻烃组成特征等的研究,结合油气显示及产出情况将中上扬子区流体特征划分为5大区,即:川中—川西区(Ⅰ)、川北—川东—川南区(Ⅱ)、江汉盆地南部(Ⅲ)、黔东南坳陷区(Ⅳ)和湘鄂西区、黔中及邻区、江汉盆地北部等区(Ⅴ),其对应的油气保存条件逐渐变差。

中上扬子区海相层系烃源岩硫含量分布与硫同位素组成特征

中上扬子区海相层系烃源岩相对该区陆相烃源岩总体富硫，且不同层位、同层位不同岩性烃源岩硫含量差异明显，总硫含量与总有机碳含量间存在一定的正相关性。烃源岩中各种形态硫以有机硫和无机黄铁矿硫为主，单质硫在海相烃源岩中较常见，但占总硫含量的比例低。海相烃源岩硫同位素变化范围大，主要在-35‰-30‰，有机硫和单质硫同位素相对偏负，均值分别为-8．68‰和-5．65‰：黄铁矿和硫酸盐硫同位素则相对偏重，均值分别为4．15‰和2．19‰。

中扬子区海相层系石油地质特征与勘探方向选择

中扬子地区一些新的勘探投入以及进展使得对其勘探领域需要重新认识和评价。基于盆地形成与沉积充填、分析测试、钻井等最新资料,进一步证实了中扬子地区发育4套主要烃源岩、5套储层以及4套重要盖层,但区域差异性极强;加里东-印支期研究区构造改造微弱,生成的油气聚集于中扬子北缘隆起带以及斜坡部位形成岩性或地层-岩性油气藏;早燕山期构造改造强烈,弱构造改造区油气藏调整运移后保存几率较大,南北推覆体下盘原地体亦具有较好的成藏地质条件;晚燕山期深埋作用有利于演化程度较低的烃源岩二次生烃以及残存古油藏热解生气与晚期成藏。现今弱构造改造区的调整型油气藏、白垩纪-古近纪深埋区二次生烃型(残存古油藏热解)油气藏、上古生界地层-岩性油气藏、造山带周缘推覆型油气藏以及寒武系、志留系等层系的页岩气是值得探索的勘探领域。

雪峰山西侧秭归—五峰段海相层系油气地质条件研究

雪峰山西侧地区秭归—五峰段海相层系发育4套优质烃源岩,包括下震旦统陡山沱组、下寒武统水井沱组、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组和下二叠统栖霞组—茅口组,烃源岩有机碳丰度介于0.21%～9.77%之间,其中水井沱组烃源岩有机碳丰度大于等于1.99%,最大为9.77%,是研究区最好的烃源岩。震旦系灯影组蛤蟆井段储层的孔隙度和渗透率均相对较高,平均值分别为8.23%和3.66×10-3μm2,是研究区内最好的储集层。根据研究区震旦系—中三叠统海相层系生、储、盖层的发育情况,可将其划分为3个海相层系成藏组合类型(下组合2个,上组合1个)。震旦系—下寒武统石牌组油气组合在研究区内保存完整,并可形成下生上储型和上生下储型2个次级生储组合类型;震旦系灯影组白云岩储集层具有一定的油气勘探前景。

中上扬子海相层系埋藏史与构造运动的关系

依据复杂岩性条件下孔隙度—深度关系模型,采用回剥法重建埋藏史。结果表明,中上扬子地区的埋藏史可分为3种主要类型:早抬持续型、早抬再降型和晚抬持续型。埋藏史的类型受区域构造运动控制,具有明显的分带性。齐岳山断裂以西为晚抬持续型,齐岳山断裂与黄陵隆起之间为早抬持续型,黄陵隆起以东为早抬再降型。印支运动在中上扬子地区只对海相层系有一次短暂抬升剥蚀,剥蚀量小,对埋藏史特征影响不大。燕山运动表现形式、作用强度、对海相层系的改造程度均存在明显的地区差异性,导致海相层系埋藏史类型也有地区差异性。喜马拉雅运动波及整个中国南方,但岩石圈受力性质不同,表现为西挤东张,导致K_2—E期间黄陵隆起以西持续抬升,形成"持续抬升型"埋藏史类型,以东则发生拉张断陷,形成"再降型"埋藏史类型。

合肥盆地海相层系勘探远景再认识

通过对合肥盆地深部发育的寒武系凤台组和北淮阳型石炭系两套海相烃源岩地化特征的研究,认为两套烃源岩已进入热演化过成熟阶段。盆地内钻探的合深2井在第三系棕褐色泥岩、页岩及砂岩罐装样中见到高达10000μl/L以上的吸附烃含量,这也是目前井中所见到的最为可靠的油气显示;2005年合武铁路施工隧道在大别造山带内发生多次可燃气体燃烧现象,具有明显的区域性,通过综合分析推测盆地深部寒武系凤台组和北淮阳型石炭系两套海相烃源岩可能是合深2井吸附烃和隧道可燃气的主力气源岩。另外,对国内外海相盆地类比分析展示了合肥盆地深部海相层系良好的勘探前景,因此下步勘探重心应从"中新生代盆地系统"转移到"深部海相层系",以寻找"古生古储"或"古生新储"类型油气藏为主。

华北板块东南缘海相层系演化特征及油气远景

在大别造山带内发现的可燃天然气和发生燃烧的隧道具有明显的区域性,集中分布于磨子潭-晓天断裂以南的北大别杂岩带和信阳-舒城断裂附近的早石炭世变质石英片岩中,磨子潭-晓天断裂和信阳-舒城断裂是连通深部的气源通道断裂;推覆体之下的下寒武统凤台组和北淮阳型石炭系两套海相烃源岩是隧道可燃天然气的主力气源岩,其中下寒武统凤台组属大陆边缘沉积,其发育的海相泥质烃源岩具有高碳,高"Ro",高Tm ax和低氯仿"A"的特点,已进入热演化的过成熟阶段;北淮阳型石炭系处于前陆盆地的沉积中心,地层序列齐全,其煤系源岩有机质丰度高,以Ⅲ型干酪根为主,热演化程度很高,大量的油气已经生成,最重要的是研究其成烃过程与圈闭配套史的关系。大别造山带隧道可燃天然气的发现展示了合肥盆地区深部海相层系可能潜在良好的勘探前景。因此,进一步勘探重心应从"中新生代盆地系统"转移到"深部海相层系",以寻找"古生古储"或"古生新储"类型油气藏为主。

中国南方海相层系油气保存研究的新探索——“保存系统”的概念与研究方法

针对中国南方混源多灶多期成藏、多期构造改造与破坏等特点,有必要探索出新的有关油气保存研究的描述方法与研究思路。在总结多年研究成果的基础上,探索性地提出了"保存系统"的概念及研究方法。该概念初步定义为:某一地质单元内与保存条件相关的地质要素、地质作用与过程、成藏功能的有机统一体系。它具有统一的"源—盖"条件、相同或相似地质结构及流体特征、基本一致的油气藏保存(或破坏)过程。一个油气保存系统是油气的一个勘探单元,范围上可相当于一个盆地的二级或三级构造单元,其研究内容包括地质结构类型、盖层封盖性、源—盖动态匹配关系与流体特征等4个方面以及一个综合评价体系。概念与研究方法的提出可更好地适应中国南方或相似多旋回盆地油气勘探的需要。

中国海相层系油气成藏过程与储层沥青耦合关系:以四川盆地为例

鄂尔多斯盆地、塔里木盆地和四川盆地三大海相盆地在古生界均不程度地发育古油藏,古油藏中储层沥青是藉以恢复和重建油藏成藏过程的重要中间产物。在对四川盆地海相层系油气成藏分类的基础上,对四川盆地碳酸盐岩储层沥青特征开展了详细的产出形态分析,总结了储层沥青产出形态与油气成藏过程的关系。四川盆地海相天然气藏储层岩类页岩、致密砂岩、碳酸盐岩均有分布,多期生烃、多期构造调整导致天然气与古油藏耦合关系复杂。总体上讲,四川盆地海相天然气气藏构建了一个原生与次生兼备、原油裂解气藏占主导、页岩气藏和致密砂岩气藏为辅的复式成藏系统。储层沥青分布特征可揭示古油藏和气藏成藏调整过程。

四川盆地海相层系天然气成因类型与TSR改造沥青证据

通过对四川盆地海相层系天然气组分和碳同位素以及储层固体沥青元素分析,四川盆地海相层系天然气地球化学特征不同于我国典型煤成气,而与油型气相似,热演化程度普遍很高,已处于油气裂解阶段。烷烃气碳同位素组成普遍存在局部倒转现象,即δ13C1>δ13C2<δ13C3。造成烷烃气碳同位素倒转的原因可能是后期热化学硫酸盐还原反应(TSR)改造;四川盆地海相层系储层沥青元素与陆相碎屑岩明显不同;在川东北地区非海相砂岩中储层固体沥青贫S并具有较低反射率;而海相层系固体沥青中富S。海相层系固体沥青主要为原油热裂解和TSR共同作用产生的,而陆相则仅为原油裂解产生。

鄂西渝东地区石柱复向斜海相层系烃源研究

为研究石柱复向斜海相层系烃源条件,对该区钻井及露头样品进行了系统的有机地化分析。石柱复向斜海相层系发育多套烃源岩,各层位烃源岩TOC值差异大,其中下志留统龙马溪组下部,茅口组四段、上二叠统龙潭组TOC含量最高;各层位烃源岩有机质类型从Ⅰ型至Ⅲ型阶皆有,现今主要处于高成熟—过成熟晚期。石柱复向斜海相层系烃源条件优越,其中龙潭组、茅口组、韩家店组、龙马溪组为该区几套主力烃源层,而长兴组、栖霞组、凉山组、小河坝组、牛蹄塘组为次要烃源岩。龙潭组、龙马溪组高有机质丰度泥页岩除可为常规气藏提供充足烃源,同时自身也是页岩气的有利勘探层位。

湘中拗陷海相页岩层系岩相古地理特征

湘中拗陷是一个以下古生界浅变质岩系为基底发展起来的晚古生代沉积拗陷区,发育有机质丰度高的海相页岩层系,具有形成页岩气藏的基本地质条件。以现代沉积学和层序地层学理论为指导,结合湘中拗陷区域构造背景,分析页岩层系沉积环境,恢复页岩层系的岩相古地理,确定富有机质页岩层系发育层段。湘中拗陷的泥页岩主要发育于下石炭统及中上泥盆统和上二叠统,分布在海侵体系域上部和高水位体系域下部,平面上多与凹槽台地相的发育和分布有关。最有利于泥页岩发育的主要沉积相带是台地海盆相和滨海(海湾)沼泽相。

川东北地区海相深层多源生烃动态转化机制--以普光气田为例

海相碳酸盐岩层系深层-超深层油气形成机制是石油地质学研究的热点和难点。以川东北普光气田为例,通过烃源(岩)评价及其与原油、储层沥青和天然气之间的地球化学对比、油气藏形成演化与保存过程分析,结合不同类型天然气组分、流体包裹体以及多种烃源生烃模拟等实验数据,对油气来源和成烃成藏过程进行了系统分析。结果表明,在多期沉积构造活动背景下,海相深层烃源岩系和主力产层均经历过高温高压环境与高热演化,形成了不同类型的干酪根、以分散和富集状态赋存的可溶有机质,以及以有机酸盐形式存在的不溶有机质等多种形式烃源,并普遍存在不同类型烃源、不同成因油气的连续或叠置动态相态转化,及其对油气成藏贡献的接替过程,呈现出"来源的多样性、转化的接替性、过程的多期性和成因的复合性"之油气形成演化特点,提出"多源生烃动态转化"是深层油气形成演化的主要机制,将烃源生气过程延续到更高的演化阶段,有利于深层-超深层条件下油气藏的再充注和聚集保存。

中国前中生代海相烃源岩发育的构造—沉积条件

中国前中生代主要发育海相沉积,发育多层系、多沉积类型的烃源岩,展示了中国海相层系广阔的油气资源前景。但受构造背景和沉积环境的差异性控制,这些烃源岩的品质和分布规律也存在很大差异。震旦纪—早古生代早期(Z-O2),中国主要板块处于洋盆扩张、陆块离散的构造—沉积阶段,围绕华北、扬子、塔里木等主要陆块周围,发育被动大陆边缘斜坡相烃源岩,这类烃源岩具有宽带状分布、范围广、品质优、长期继承性发育的特点。早古生代晚期(O3-S),为洋盆俯冲消减、古中国陆汇聚形成阶段,受板块边缘隆起围限,主要发育台内坳陷烃源岩,这类烃源岩具有面状分布、持续时间较短的特点。晚古生代—中生代早期(D-T),华北以相对的稳定构造背景为主,主要发育海陆过渡相煤系烃源岩,此类烃源岩具有面状分布、分布面积大、以生气为主的特点;南方以离散构造背景为主,华南台地裂解成"盆包台"格局,在深裂陷内部发育深水盆地相烃源岩,此类烃源岩具有窄带状分布、品质优、分布面积较小的特点。

中国前中生代海相储层发育的构造-沉积条件

构造、沉积两大要素共同控制着海相储层的形成与分布。震旦纪—早古生代早期(Z—O_2),中国主要板块处于洋盆扩张、陆块离散的构造-沉积阶段,围绕华北、扬子、塔里木等主要陆块长期发育稳定台地-被动大陆边缘斜坡沉积体系。此期台地相碳酸盐岩异常发育,主要的岩性有灰岩、颗粒灰岩和白云岩,其中位于高位期的奥陶系是我国海相油气发现的重要层位之一。早古生代晚期(O_3—S),为洋盆俯冲消减、古中国陆汇聚形成阶段。伴随着海水退却,各主要陆块核部隆升为隆起剥蚀区,围绕其周边发育海相碎屑岩储层,如塔里木北部和鄂西渝东的志留系。加里东期岩溶作用对下古生界碳酸盐岩储层的早期成岩演化具有重要的影响。晚古生代—中生代早期(D—T),此期北方以汇聚作用为主,主要发育碎屑岩储层沉积,如华北和准噶尔的石炭系和二叠系、塔里木的泥盆系等,同时海西期是塔里木盆地下古生界碳酸盐岩的主要岩溶期;南方以离散作用为主,华南台地裂解成"盆包台"格局,台地边缘发育礁滩相储层。在长期、多期次的构造作用下,在原生孔隙丧失的同时,古岩溶、热液溶蚀、白云化和裂缝的复合作用使海相储层经历建设性改造,从而形成优质储层。