评述异常压力研究中的石油地质学新思想

在对异常压力的认识不断深化的过程中,凝结出许多新的概念和思想,为现代石油地质学理论注入了新的内容。关于超压生成与有机质成熟-生烃的关系虽有争议,但大多数主张超压对有机质成熟和生烃起抑制作用;在超压的背景下,生烃、排烃以及烃类的运移和聚集常呈现出幕式的特征;压力驱动是流体活动和油气运移的重要动力;动态运移通道是油气运移的新型通道;通常压力过渡带是油气聚集的有利场所;在超压的含油气盆地中,可能发现的非传统油气聚集有异常压力的气饱和封存箱、水力破裂-泥岩裂缝油气藏、烃水倒置的油气藏等。异常压力的储层具有相对独立性。     

裂谷盆地生油层中火山岩及其矿物与有机质的相互作用——油气生成的催化和加氢作用研究进展及展望

我国裂谷盆地生油层中常有火山岩发育。在研究它们共生模式的基础上,利用地球化学和模拟实验等手段探索埋藏成岩期火山矿物与有机质的相互作用。初步成果表明,一些火山矿物对有机质生烃具有催化和加氢作用,可以使生油岩在较低温度和压力条件下生成较多的油气。但是不同火山矿物对油气生成的催化加氢效果及其动力学特征、这种成因类型的油气识别方法、成藏模式等,还需深入研究。因此,本研究对于丰富油气成因理论、提供新的找油领域具有重要意义。     

基于傅里叶变换质谱的烃源岩成熟度评价方法及地质意义

<正>伴随非常规油气资源的勘探开发,油气资源开采的广度和深度进一步扩大,一定程度上缓解了我国油气供需矛盾、保障了我国能源安全,同时有力推动了能源结构战略转型。但同时也对能源地质研究工作提出了新的挑战。有机质成熟度是油气评价的重要参数之一,不同成熟阶段的有机质会对应产出不同成因、不同性质、不同质量的油气,如何准确评价沉积有机质成熟度是当前油气资源勘探开发工作的关键问题之一。前人在科研实践工作中从光学、化学、谱学等角度提出了适用条件各异的成熟度评价方法,在部分地质环境中获得了良好的应用效果,但已有的成熟度指标多受测定方法原理的制约导致其适用性不同程度受限(肖贤明等,2020),制约了油气资源的高质量勘探开发。     

粘土矿物对有机质生烃的催化作用

烃源岩的有机质主要以有机粘土复合体的形式存在。有机质生烃是一种有机粘土化学反应。反应过程中,有机质与粘土之间存在质子和电子迁移,粘土通过对水分子的吸附和离解为有机质加氢裂解提供H+,而有机质生成的有机酸激活了粘土的催化活性,也为蒙皂石伊利石化反应创造了条件。烃源岩不同粘土矿物的选择性催化特征是影响油气组成的最重要因素。粘土的催化活性大小和发育时间是决定烃源岩生烃潜力大小的因素。由于烃源岩在蒙皂石伊利石化阶段具有最大的催化活性,而且与有机质生烃反应同步,因此富含伊$蒙混合层的烃源岩是世界含油气盆地的最有利烃源岩。不同地质时期的烃类地质储量与烃源岩膨胀性粘土的丰度有密切关系。     

有机质成熟史模拟探讨

基于有机质成熟作用方面研究的最新成果和系统动力５学的方法原理，建立了油气系统中有机质成熟中的模拟模型。将该模型应用于南海珠三坳陷的油气系统研究的结果表明，温度与压力是控制有机质成熟作用的两个关键因素，在温度促使有机质成熟的同时，过高的压力对有机质的成熟有抑制作用。压力的抑制作用使有机质达不到应有的成熟度，因而使烃源岩的油气生成量大大减小。     

岩石圈深部温压条件下萜烷演化的实验研究

在密闭体系中700℃、压力高达3 GPa条件下进行褐煤加水的模拟实验,分析实验产物中的萜烷的变化规律,进而对高压高温下有机质演化进行研究.实验结果表明,相同压力条件下,温度升高有利于有机质的成熟演化;压力增加会抑制或延迟油气的生成和有机质成熟;五环三萜烷ββ生物构型转化为αβ地质构型所需能量比烯烃双键加氢饱和更高.高温超高压条件下,研究样品中C24四环萜烷存在4种同分异构体,含量由高到低依次包括10β(H)-降A-羽扇烷、10p(H)-降A-奥利烷、C24-17,21-断藿烷和10β(H)-降A-乌散烷.高碳数烷烃在地幔高压力条件下仍可以存在,这为认识超压盆地的油气资源与深层油气成藏及保存提供了新的思路.     

沉积盆地超压系统内油气的生成与保存

沉积盆地内的超压系统是一个相对独立的封闭-半封闭体系,与油气生成、保存关系密切.超压系统内矿物介质、有机质、水相互作用过程以及有效应力对有机质演化的作用机理研究揭示了超压对有机质演化具有显著的阶段性和差异性,具体表现在:(1)压力的影响程度是有机质演化程度的函数;(2)超压/压力效应对有机质演化发生显著影响需要达到某一最小值,即门限值;(3)在有机质演化不同阶段发育的超压对生烃的影响不同;(4)同一超压系统内,不同类型有机质对超压的响应具有差异性.迄今,已经建立了超压/压力对有机质演化影响程度的定量化模型,包括化学动力学模型和热力学模型两类.化学动力学模型仍有许多需要改进的地方,如压力影响的阀值、指前因子和活化能随反应时间的变化规律等,相对而言,热力学模型似乎更简单、易用,但其可靠性和普适性还有待时间的检验.由于异常高压对超压系统储层内原油的热裂解反应具有抑制效应,有利于深部高温高压储层内液态烃的保存,因此,含油气盆地深部高温高压地层已成为一个较为有利的石油勘探领域.     

门限控烃作用及其在有效烃源岩判别研究中的应用

油气在生排运聚成藏过程中需经历生烃门限、排烃门限、成藏门限和资源门限。某一确定的油气运聚成藏系统进入任一门限都将损耗一部分烃量，实际地质条件下源岩生成的烃量只有超过进入各个门限时损耗烃量之和后才能大规模聚集成藏，构成油气勘探的远景区；只有提供的油气满足成藏过程中各种油气损耗形成工业油气聚集的源岩才称为有效烃源岩。阐明了各门限地质含义、判别标准和控油气作用机理，并将门限控烃作用在塔里木盆地台盆区古生界碳酸盐岩源岩评价中进行了应用。研究表明，不存在一个放之四海而皆准的最小有机质丰度下限，最小有机质丰度下限受源岩自身条件及成藏地质条件的共同影响。     

辽西-冀北坳陷中-上元古界油源及成藏期分析

利用有机地球化学分析技术,研究了辽西-冀北坳陷中-上元古界沥青、油苗显示相对集中的地层(雾迷山组、铁岭组和下马岭组)油气的来源、成熟程度与成藏期次。研究表明,区内中-上元古界部分地层有机质丰度较高,具备油气生成的物质基础,源岩多达到成熟-高成熟的演化阶段,是中-上元古界油气的主要贡献者。中-上元古界储层中存在大量类型各异的油气包裹体,根据油气包裹体的产状与光学特征可以判定它们分属不同地质时期储层流体活动的产物,指出中-上元古界经历了三到四期的油气成藏过程,中晚期油气成藏意义较大。     

生烃热模拟研究进展及对非常规油气成藏研究约束

生烃热模拟实验是烃源岩成烃潜力与资源评价的重要手段,也是揭示页岩油气等非常规能源成藏序列的重要正演方法。生烃热模拟实验可以根据体系的开放性分为开放体系、封闭体系和半开放体系热模拟实验,选择不同的模拟实验方法应用于不同的研究目的。开放体系是与干酪根初始裂解反应最相近的热模拟方法,半开放体系是最为接近实际地质体中烃源岩热演化的热模拟体系,封闭体系更适用于Ⅲ型干酪根生烃模拟的研究,是认识重烃二次裂解的重要方法。在有机质热演化过程中,生成油气会受温度、压力、水介质、催化剂等条件的影响,这些外界因素也会对热模拟实验产生重要影响。热模拟实验在非常规资源中应用较广泛,既可以研究烃源岩的生排烃特征、成烃潜力及油气滞留特征;也可以分析作为储层的泥页岩的储集物性及孔隙类型演化特征等。目前热模拟实验在碳酸盐岩烃源岩热模拟实验、页岩热演化过程中的微米-纳米孔隙结构变化特征,有机质生排烃与泥页岩储集物性的协同演化关系这三个方面取得重要进展,也是未来的主攻方向。     

压力对有机质生烃演化作用的研究进展

在研究压力对有机质热演化作用的影响过程中,模拟实验主要采用金管热解的方法,所得结果大多没有发现压力对有机质演化存在明显影响。而采用定体积高水压反应釜含水热解实验通常得出压力抑制有机质成熟度的结论。超压盆地的研究结果认为,采用定体积高水压反应釜含水热解实验比较接近实际地质条件,但考虑静岩压力的WYMN-3型温-压生烃模拟仪（兰州油气资源研究中心）或地层孔隙热压生排烃模拟实验仪（无锡石油地质研究所）更具优势。实验与理论相结合的分析认为,高水压通过增大PV来增大反应活化能（E_a）,通过减小熵变（ΔS）来减小反应频率因子（A）。现阶段研究超压盆地比较适用的是PreRoTM模型和T-P-R_o模型,但两者都只考虑了超压而非孔隙流体压力。因此需要进一步对含流体压力的动力学模型进行研究。另外,目前学界采用的研究方法并不统一,这掣肘了同类实验间的对比,需要一套标准实验体系进行系统性研究。此外,高过成熟度页岩气的勘探与开发为研究压力对高过成熟有机质生气作用的影响提供了宝贵地质资料,但亟需解决海相页岩成熟度的精确测定问题。     

豫西煤田新密矿区中间相碳沥青的发现及其地质意义

新密矿区晚古生代含煤岩系热液方解石,石英晶洞中产出一种中间相碳沥青,由不同生长状态的中间相组成,包括5种光学结构:中间相基质、中间相小球体、中间相复合小球体、片状体及流动型。笔者认为这种碳沥青的原始物质来源于煤层本身,它与煤层中出现的各向异性体具有密切的戍因联系,是热变员作用时期煤中富氢壳质组排出的液态烃类（煤成油）运移出煤层,聚集于晶洞中逐步转变而成。由于中间相是一种过渡相态,作为一种特殊地质现象保存下来具有一定的地质意义。它的发现表明了地质时间的作用在有机质热成熟作用过程中是重要的,但是是有限的;同时亦证明了腐植煤只有一定产出液态烃类的能力,在其变质作用过程中,也存在烃类产出、运移与聚集的过程。     

高温超高压模拟实验研究Ⅰ.温压条件对有机质成熟作用的影响

对不成熟泥炭样品进行了高压（0.1～2GPa）、高温（200℃～400℃）模拟实验,并对实验后样品的成熟度指标--镜质体反射率（Ro）进行了测定。结果显示,同一压力条件下,温度与镜质体反射率呈正相关;相同温度条件下,样品Ro值与压力呈负相关,说明压力同温度一样,是影响有机质成熟作用的一个重要因素,其存在会抑制有机质向高成熟演化。压力的这种作用有其内在的化学动力学机理。实验结果及实际地质现象都说明,压力作用在有机质演化过程中不可忽视。用模拟实验手段探讨压力的作用和影响,具有重要的理论及实际意义。     

影响海相烃源岩热解生烃过程的地质条件

热解生烃实验是研究油气生成机理与定量评价烃源岩生烃潜力的重要方法.烃源岩热解生烃模拟结果不仅与温度、压力和时间等因素有关,而且与地层孔隙水及压实成岩作用等地质因素密切相关.采用高压流体和高压釜(低压水蒸气)两种生烃热模拟方法对低成熟海相二叠统大隆组(P₂d)黑色泥岩进行了热解生烃实验模拟.对比分析两组实验结果表明地层孔隙热解实验有利于液态油的生成,不利于液态油向气态烃的转化,并极大地提高了干酪根的生油气潜力,显示了高压液态水、流体压力和孔隙空间等地质因素对烃源岩中有机质热成熟生烃反应的重要影响.这种影响可能与高压液态水的近临界特性有关,近临界特性地层水的参与改变了干酪根热力生烃反应的物理化学行为.推断在实际地质温压(100~200 ℃,30~120 MPa)条件下,烃源岩孔隙中的地层水是一种相对低温高压液态水,具有水的近临界物理化学特性,因此高压流体生烃热模拟实验与实际地层情况更为接近,能更有效地评价烃源岩生烃潜力.      

川西新场地区须五段泥页岩超压成因及其对含气性的影响

页岩气储集层中往往发育异常高的地层压力,其压力的大小不仅直接影响了泥页岩中有机质的热演化生烃作用,而且还决定着页岩气的保存和富集程度。为了研究川西新场地区须五段泥页岩的异常高压成因及其对含气性的影响,选取该地区3口井的页岩岩心样品进行现场解吸、X衍射矿物分析和等温吸附等一系列分析测试来辅助说明超压产生的原因。然后结合前人研究成果和测试数据,对泥页岩的异常高压成因进行了定性分析,初步探讨了泥页岩异常高压发育与含气量之间的关系。分析表明：造成川西新场地区须五段泥页岩异常高压现象的原因主要有欠压实作用、生烃作用、粘土矿物脱水作用和构造挤压作用。页岩含气量与异常高压的发育程度呈正相关关系,页岩异常高压越发育,其含气量越大,产气量也越高。同时压力系数可以作为保存条件的综合判别指标,川西新场地区须五段泥页岩压力系数较高,保存条件较好。     

The Georges Bank Basin: a quantitative basin analysis study

Using a one-dimensional (1D) fluid flow/compaction model applied to wells of the Georges Bank Basin, east coast, USA, has enabled a simulation to be made of the history of the sedimentation, basement subsidence, tectonic activity, geoheat flux evolution, maturation of organic matter, hydrocarbon generation, and migration tendency.
Based on the analysis of the basement tectonic activity, the basin's development is related to the formation and the evolution of the east edge of the North American plate. Through the simulation of geoheat flux variation, maturation of organic material and hydrocarbon generation at different positions in the basin at different time periods are analysed. Additionally, from the modelling of excess fluid pressure, porosity and permeability variations in the strata, the potential hydrocarbon migration tendency and stratigraphic traps in the basin are discussed.     

准噶尔盆地腹部超压地层烃源岩热演化史研究

以往的研究认为准噶尔盆地腹部二叠系烃源岩成熟生烃时期较早,与油气晚期成藏的认识不一致。因此,本文通过盆地热历史恢复和超压对烃源岩抑制作用的详细分析,重新厘定了准噶尔盆地腹部主要烃源岩的成熟度演化史。结果表明,因二叠纪盆地构造热体制的转变,准噶尔盆地中二叠世-早侏罗世经历了快速降温的过程,超压全面抑制了准噶尔盆地腹部主要烃源岩的热演化过程,且抑制程度随压力系数增大而增大,当压力系数达到最大值后抑制程度也达到极限（Ro偏低0.6%左右）,利用与压力系数相关联的超压因子调节 Easy% Ro模型中的化学反应频率因子能够有效地反映Ro值受抑制的特征,采用改进模型模拟的烃源岩成熟度演化史表明,盆1井西凹陷和沙湾凹陷中-上二叠统烃源岩主要生油期为白垩纪,侏罗系八道湾组烃源岩目前仍处于生油高峰期,明显滞后于传统生烃模式的预测结果,为深源油气晚期快速成藏提供了有利的烃源条件。     

Analysis of the Kodiak Shelf Basin using 1D and 2D fluid flow/compaction models

The Kodiak Shelf Basin is one of the undeveloped basins in Alaska. In surrounding areas, hydrocarbon accumulations have been found. It is of interest to investigate whether there might also be hydrocarbons generated in the Kodiak Shelf Basin. Using both one- and two-dimensional fluid flow/compaction models, together with geological, geophysical and geochemical data from the Kodiak Shelf Basin, we simulate the development with time and depth of sedimentary compaction, porosity, permeability, pressure, palaeoheat flux variation and palaeotemperature variation. We then evaluate quantitatively the maturation of organic matter in the basin. The model results indicate that there was only a low likelihood of hydrocarbon generation in the basin due mainly to the combined effects of a cool palaeothermal history and low organic carbon content.     

黑色岩系中海底热液SEDEX矿床的研究概况

黑色岩系是含硫化物和有机质较高的暗色泥质岩、硅岩、碳酸盐岩组合,黑色岩系中以海底热液喷流作用形成的矿床是国际研究热点。因为海陆变化、壳幔作用以及全球构造变动均导致黑色岩系和SEDEX矿床的演化,所以研究湘黔张家界—遵义地区有机物从保存、埋藏、生烃、排气到过成熟,均与微生物的生命代谢、内生地质作用、成矿机制同步谐动,地球化学影响和生物成矿作用与全球性的气候变迁、缺氧事件相关联,而且以上研究集中体现在事件地质学的成因解释、热水喷流沉积作用、生物矿化与金属矿化、矿物成因与环境影响、铂族元素矿物、黑色页岩石煤与金属矿化、元素地球化学影响等方面。研究数据充分显示了特定的地质背景、成矿环境、生物作用机制在黑色岩系SEDEX矿床成岩成矿中的作用。