油气成藏机理研究进展和前沿研究领域

随着地质工作者刻划和认识地下地质体构成、结构的能力及研究和预测沉积盆地能量场（温度场、压力场和应力场）及其演化能力的不断提高，以流体流动和油气运移为核心的油气成藏机理研究取得了重要进展：（1）证实了油气的优势通道运移并妆步提示了优势运移通道的微观和宏观控制机制，从而使基于油气运移路径三维预测的油气藏定位预测成为可能；（2）证实了幕式快速成藏过程并初步揭示了幕式成藏的驱动机制、有利场所和地球化学识别标志，突破了油气成藏是一个缓慢渗流过程的传统模式；（3）深盆气勘探和成藏机理研究取得了进展，从而突破了背斜成藏的传统观念，使“向斜”（盆地凹陷区）成为一些盆地寻找大型天然气藏的重要场所。沉积盆地深层油气成藏过程和保存条件、活动构造背景下油气晚期快速成藏过程是油气成藏机理研究的重要前沿研究领域。     

异常压力环境下流体活动及其油气运移主通道分析

沉积盆地的油气生成、运移和成藏过程与盆地流体作用密切相关, 而异常压力环境下流体活动有其特殊性, 因而与之相关的油气运移和成藏也有其特殊性.对于异常压力体系(包括高压和低压)而言, 存在2类流体系统, 即半开放型和封闭型流体系统.前者由于封闭层的间歇开启导致流体幕式释放, 后者以封闭层内热对流作用为主.按照封闭层开启的成因机制可划分为3类, 即水力破裂或流体压裂型、断裂型、断-压双控型.封闭层的间歇开启构成异常压力环境下油气运移的主通道.这些流体活动和油气运移在海底以及盆地的浅层和深层显示不同地球物理特征, 如气苗、麻坑、气烟囱和流体底辟带等.同样, 还可以利用岩石中残留的一些标记或异常现象示踪盆地流体活动, 如流体包裹体、地层水化学、有机地球化学异常、成岩作用异常、流体场动态模拟等.这些特征和标志为流体和油气运移主通道的识别, 同时也为异常压力环境下油气勘探提供重要的依据.      

论成藏动力系统中的流体动力学机制

介绍了成藏动力系统中流体的 3个来源 ,即沉积流体、自源流体和深源流体 ;推动流体运动的五种动力 ,即盆地深部的热动力、自源动力、重力流、浮力和毛细管力叠加产生的作用力、构造动力。分析了在成藏动力系统中这几种动力的作用机制。指出深部热动力控制了成藏动力系统的温压场和成藏作用的时空展布 ,沉积盆地中自源动力控制烃源岩生排烃过程 ,而油气在自源动力的压实流、重力流、浮力以及毛细管阻力叠加形成的流体势控制下进行二次运移、聚集和成藏。构造动力既是圈闭形成分布和油气运移聚集的控制因素 ,又是导致油气藏破坏、油气再次运移、聚集的重要作用力     

断裂带油气幕式运移:来自物理模拟实验的启示

断裂结构对油气运移的影响是当前油气输导体系研究的前沿与薄弱环节。本文在调研断裂结构及其流体流动机制的基础上,利用物理模拟实验研究断裂带油气幕式运移过程,探讨断裂带油气运移机理及相关问题。实验结果表明,断裂内部结构控制着油气运移的路径和方式,含油饱和度在一定程度上影响油气运移的路径;破碎带是油气幕式运移的优势通道,且油气聚集成藏的潜在圈闭为位于油源断裂主动盘一侧的圈闭。单次幕式充注过程中运移量与时间之间的对数型关系表明,流体沿断裂幕式运移具有非线性流的特征,且流动速率可能介于一个相对固定的范围,其数量级约为10~2~10~3m/a;流体沿断裂幕式流动过程包含高速非线性流、过渡流动机制和线性达西流3种流体流动机制,其间的相互转换是一个多物理场相互作用的复杂过程。此外,断层体油气藏的形成条件为油气沿断裂运移时,运移动力与阻力在断裂带内达成平衡状态。     

中国大陆岩石圈结构、盆地构造和油气运移探讨

文中在研究了中国大陆壳内与上地幔高导层的分布和成因的基础上 (由于篇幅所限 ,中国大陆壳内与上地幔高导层分布及其成因在另文给出 ) ,首先对中国大陆岩石圈热状态和地壳热状态进行了定量分析 ,提出了冷、热岩石圈 ,冷、热地壳和冷、热盆地的概念 ,根据岩石圈的变形、热状态和构造活动性 ,提出了刚性岩石圈和塑性岩石圈的概念 ,根据岩石圈的动力学特征对中国大陆盆地进行了分类研究。在此基础上 ,对处于不同地区的大型盆地的构造特征和油气运移规律进行了分析。阐述了前人各种油气模式及其存在的问题后 ,探讨了地壳深部热流体对油气的生成和运移的作用。最后 ,认为在有壳内高导层的盆地中 ,深部流体可向上地壳中的生油和储油层提供大量的热流体 ,并产生高流体压力 ,对油气运移起了主导作用。     

断陷盆地多层次幕式裂隙作用与沉积充填响应：以…

应用盆地充填记录，盆地构造格架，盆地沉降史及岩浆活动史等信息，论证了南堡第敏感纪断陷盆地存在大尺度，中尺度及小尺度三个级别的构造作用。多级别幕式裂陷作用控制了盆地内部的沉积充填，其中一级沉积旋回，二级沉积旋回和三级沉积旋回分别对应于裂隙期，裂陷幕和幕式盆缘正断事件。     

构造控制的油气晚期快速成藏：松辽盆地大庆长垣流体包裹体和自生伊利石证据

松辽盆地大庆长垣存在两期流体活动,第一期流体包裹体均一温度流体活动代表了受成岩作用控制的储层流体活动,只存在小规模的油气运移,可以根据流体包裹体均一温度结合埋藏史分析限定其流体活动年龄在白垩纪末期-古近纪初期;第二期代表了受构造控制的流体活动,并与油气大规模运聚密切相关,流体包裹体均一温度超过了取样点地层所经历的最大埋藏温度,不能通过埋藏史确定其形成时间,显示了部分幕式流体活动的特点。在此基础上根据储层自生伊利石是油气充注最晚期形成的矿物的基本假设,在系统自生伊利石钾氩测年的基础上,进一步限定第一期流体活动在白垩纪末期之前,代表了储层埋藏成岩期的流体活动,而第二期流体活动在古近纪,是伴随着燕山期强烈构造活动的油气充注作用。大庆长垣的自生伊利石年龄随深度的演化关系表现出两种模式,即正斜率模式和负斜率模式。其中正斜率模式下部储层油气充注时间晚,而上部储层油气充注时间早,主要分布在大庆长垣的核部;负斜率模式与正斜率模式相反,主要分布在大庆长垣的翼部,两者的分界线大致沿大庆长垣的-900m高程展布。油气成藏年龄模式阐明了大庆长垣的油气成藏过程是典型的背斜型油气充注过程,在大庆长垣的周缘（海拔<-900m）是油气在浮力的控制下向输导层顶面的运移过程,表现为下部储层油气成藏时间早,上部储层油气成藏时间晚;而大庆长垣的主体（海拔>-900m）是背斜油气的充注过程和油气的脊运移阶段,上部储层油气成藏时间早,下部储层油气成藏时间晚。测年数据表明大庆长垣-900m高程的油气在晚白垩世-古近纪初期（59~69Ma）的10Ma中已经充注完成,在此范围内已开采的油气约为7×109t左右,据此即可推算平均每天油气的注入量约2t。可见油气充注是高效的幕式注入,而不是传统所认为的稳态成藏。由于第二期流体活动与燕山期主幕构造活动密切相关,而松辽盆地的储层中不存在明显的幕式流体活动的证据（气烟筒现象）,因此文章认为大庆长垣的油气高效快速充注主要受控于构造作用,即存在受构造作用控制的幕式油气运移和成藏作用。     

油气幕式成藏及其驱动机制和识别标志

连续稳态流动和周期性(幕式)瞬态流动是沉积盆地流体的 2种流动方式。幕式流体流动是压力和应力的作用引起地层周期性破裂或断裂、先存裂隙周期性开启的结果。幕式成藏是沉积盆地中油气与地层水组成的混相、不连续流体的多期次充注/聚集过程,超压顶界面附近、底辟和深断裂附近是幕式成藏的有利场所。与油气稳态连续聚集过程相比,幕式成藏更快,大 中型油气田可在较短的时间内形成,根据传统模式难以成藏的年轻圈闭可成为有效的勘探目标。幕式流体流动的主要特征是流体成份和流动过程的不连续性、流体流动过程中温度、压力的快速变化及流体流动的多期性和周期性。流体的时空非均质性、流体流动的瞬态温度响应和运移相态分异及其揭示的多期流体相互作用是幕式成藏的有效识别标志。     

断陷盆地多层次幕式裂陷作用与沉积充填响应——以南堡老第三纪断陷盆地为例

应用盆地充填记录、盆地构造格架、盆地沉降史及岩浆活动史等信息，论证了南堡老第三纪断陷盆地存在大尺度（裂陷期）、中尺度（裂陷幕）及小尺度（幕式盆缘正断事件）三个级别的构造作用。多级别幕式裂陷作用控制了盆地内部的沉积充填，其中一级沉积旋回、二级沉积旋回和三级沉积旋回分别对应于裂陷期、裂陷幕和幕式盆缘正断事件。构造与沉积的良好响应为进行层序地层单元划分奠定了基础，构造层序、亚构造层序及层序分别对应于裂陷期、裂陷幕和幕式盆缘正断事件控制下的沉积充填实体。     

沉积盆地热流体活动及其成藏动力学意义

在分析、总结国内外一些含油气盆地的典型资料的基础上，论述了热流体活动的若干重要表现形式及主要研究方法，强调了热流体活动对有机质热演化和油气生成的强化作用。根据控制热流体活动的主要因素之一--流体活动通道，将沉积盆地内的热流体活动类型划分为岩性型、不整合型、断裂型和复合型四大类。最后，探讨了热流体活动对成藏动力学研究的重要意义，认为其可为有机质演化异常提供新的成因解释途径，扩大油气勘探领域；为油气运移的研究提供线索，优化勘探目标选择；为成岩-孔隙演化的动态研究提供依据，预测深部储层发育层段。     

沉积盆地深部流体活动及油气成藏效应

沉积盆地深部流体包括幔源深部流体和壳源岩浆等,它们对成矿和油气成藏具有广泛而明显的影响。深部流体的油气成藏效应主要表现在四个方面:(1)形成与深部流体活动有关的无机成因气藏;(2)通过物质和能量交换,参与烃源岩的干酪根热解生烃;(3)通过溶蚀或交代,改变储层的岩石成分或孔渗结构进而改善其储集性能;(4)通过增温,驱动油气快速运移。论述了沉积盆地深部流体对油气成藏效应的研究进展及对油气勘探的重要意义。     

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。     

深部流体中氢的油气成藏效应初探

深部流体对含油气盆地内油气成藏的影响已不断得到认识 ,人们在越来越多的油气田中发现了深部流体参与油气成藏的证据。氢是深部流体中重要的还原组分 ,许多沉积盆地都有氢异常的报道。深部来源的氢至少可能通过两种途径进入沉积盆地内 :一种是地球深部的氢直接通过深部脱气进入沉积盆地 ,通道为切穿盆地基底的深大断裂或伴随的火山活动 ;另一种来源是超基性岩的次生蚀变 ,如橄榄岩的蛇纹石化也可以放出氢。氢与沉积盆地内的有机质发生作用将会大大提高烃类的产率。加氢反应和合成反应是两种不同的机制。模拟实验表明在沉积盆地中存在加氢反应的条件 ,加氢反应可能是含油气盆地中广泛存在的一种生烃机制。在中国东部地区裂谷型盆地广泛地分布 ,并具有众多切穿基底的深大断裂 ,研究证实存在相当多的无机成因天然气 ,这预示着研究深部流体中氢的成藏效应不仅具有理论意义 ,而且也具有重要的现实意义。     

东营凹陷流体超压封存箱与油气运聚

东营凹陷古近系由于压实不均衡和生烃作用导致超压的广泛发育,这些发育程度不同的超压体系可以构成不同级别的超压封存箱系统,控制着油气的运移和聚集。东营凹陷超压封存箱中的地质地球化学特征显示封存箱可以划分为三部分:箱缘成岩地带(封隔层),对油气起着封闭作用;烃类的有利释放带,其中超压得到一定程度释放,烃类较大程度上排出,可以称为排烃的高峰带;烃类滞留带,该带中超压未能得到很好释放,烃类也多滞留于其中,为排烃的不利地带。幕式排放是超压封存箱排液的一种重要排液方式,存在“压力幕”和“构造幕”两类方式。“构造幕”的机制是外部构造活动的破坏,其排烃方式主要是沿着断裂面及构造裂缝运移;“压力幕”的机制是超压体系内部“剩余”能量的积累和释放,其排烃方式主要是沿着压裂形成的微裂缝排放。在发生幕式排烃作用的超压体系内,排烃效率、烃指数分别较上下层段明显增大和减小。幕式排烃具有的高能量、快运移的特征,使得其在油气勘探中具有重要的意义。东营凹陷可以划分为浅层的常压开放性流体动力学系统和中部的超压封存箱流体动力学系统两类流体动力学系统(排除深层滞留系统),分别对应常压开放性它源油气成藏动力学及超压封存箱型自源油气成藏动力学两类不同成藏机制。     

储层超压流体系统的成因机制述评

储层超压流体系统的基本要素包括压力封闭层、超压流体、岩石骨架和输导通道；由于储层超压系统所处环境的差异，其超压强度可以大于、等于和小于环境的超压强度；超压传递、不均衡压实、裂解气的生成和浮力作用是储层超压形成的重要机制；大多数储层超压是油气聚集的结果；超压释放是超压流体系统内部油气成藏的必要条件，研究储层超压流体系统将更直接地揭示超压盆地中油气运移和聚集的过程。     

Dynamic Field Division of Hydrocarbon Migration,Accumulation and Hydrocarbon Enrichment Rules in Sedimentary Basins

Hydrocarbon distribution rules in the deep and shallow parts of sedimentary basins are considerably different, particularly in the following four aspects. First, the critical porosity for hydrocarbon migration is much lower in the deep parts of basins: at a depth of 7000 m, hydrocarbons can accumulate only in rocks with porosity less than 5%. However, in the shallow parts of basins (i.e., depths of around 1000 m), hydrocarbon can accumulate in rocks only when porosity is over 20%. Second, hydrocarbon reservoirs tend to exhibit negative pressures after hydrocarbon accumulation at depth, with a pressure coefficient less than 0.7. However, hydrocarbon reservoirs at shallow depths tend to exhibit high pressure after hydrocarbon accumulation. Third, deep reservoirs tend to exhibit characteristics of oil (–gas)–water inversion, indicating that the oil (gas) accumulated under the water. However, the oil (gas) tends to accumulate over water in shallow reservoirs. Fourth, continuous unconventional tight hydrocarbon reservoirs are distributed widely in deep reservoirs, where the buoyancy force is not the primary dynamic force and the caprock is not involved during the process of hydrocarbon accumulation. Conversely, the majority of hydrocarbons in shallow regions accumulate in traps with complex structures. The results of this study indicate that two dynamic boundary conditions are primarily responsible for the above phenomena: a lower limit to the buoyancy force and the lower limit of hydrocarbon accumulation overall, corresponding to about 10%–12% porosity and irreducible water saturation of 100%, respectively.     

沉积盆地超深层有机- 无机复合生烃机理及地质模式

全球范围内超深层油气的不断发现,对经典的生烃理论提出了挑战,外源氢加入的有机-无机复合生烃过程引起了广泛关注。基于地质观察统计数据,分子氢在沉积盆地中分布广泛,形成机制复杂。在地质环境中,水和水-岩反应、深部流体等途径产生的无机氢是最主要的外部氢源。可控加氢模拟实验揭示了沉积盆地的氢逸度水平是调控烃类产物生成的重要因素之一,并且干酪根的加氢裂解是沉积盆地中易于发生的生烃过程。外源氢介入生烃过程的前提是环境氢逸度大于沉积有机质本身的氢逸度,其有效范围受生烃母质化学组成和结构的制约,约起始于生油高峰之后,约终止于沉积有机质H/C=0.3之时。亦即,有机-无机复合生烃作用是沉积盆地超深层生烃的有效途径。在其有效发生的范围内,油气资源类型依然由生烃母质类型(化学组成和结构)、成熟度和受热历史等因素决定,具有明显的阶段性和不同于经典理论的生烃模式。外源氢的参与,在成熟阶段可小幅度提升生油产率;在高—过成熟阶段可显著增加天然气产率;在高成熟阶段,加氢脱烷基作用最大可增加50%的轻质油/凝析油产率;在过成熟阶段,加氢脱甲基-开环作用最大可增加约5倍甲烷产率。有机-无机复合生烃模式的确立,丰富了传统生...     

盆地形成及成矿与地幔流体间的成因联系

文中共讨论以下5个问题:(1)盆地起源于幔壳溃变和膨隆,后者是地幔流体(超临界态(>375℃)HACONS流体,简称幔汁)上涌、渗入、交代、富化、致熔的产物。地幔流体造成油气盆地深部的高热流、异常超高压、伊利水云母化、硅化和地层有机碳的加氢成油作用。(2)盆地成矿可分两大阶段,先是沉积时的同生成矿;地层沉积后还有众多的后生成矿。两者组成“盆地矿套”(杜乐天,2002)。成矿无论同生还是后生,其分布均受断裂控制,都和地幔流体活动有关。(3)黑色页岩的实质是碳-硅-泥三元岩系,和热液成矿中的碳酸盐-硅质-泥质蚀变三元完全相当。此类岩系中总是有几十种亲壳亲幔亲气元素的特殊富集。奇异的是,石油、油页岩、沥青及砂岩型铀矿彼此有完全类似的继承性元素特殊富集。此等元素群不可能都是来自盆地之外蚀源区岩体的风化。研究证明,相当多的元素是地幔流体携带上来的。(4)盆地地层中广泛发育由地幔流体衍生的热液作用。(5)盆地实质上是气盆,全盆地排气。许多气田是地幔流体排气形成的。沙漠(原地型)和天然气田的共生很值得注意,两者皆源于地球强烈排气,导致地下和大气增温,过度蒸发,不易降雨,长期干旱而形成沙漠。     

超压盆地中泥岩的流体压裂与幕式排烃作用

流体压裂是在异常高流体压力体系的低渗泥岩中流体活动的主要输导通道。流体压裂不仅导致低渗泥岩的幕式压实作用,而且为油气运移,储集的研究提供了新的理论模式。超压盆地泥岩的压实演化可划分为两个阶段,即连续压实和幕式压实阶段,其中幕式压实阶段又可根据导致流体压裂的主控因素进一步划分为两个亚阶段,即水力压裂和生烃压裂,前者主要由于泥岩欠压实和新生流体源的增压所致,后者则主要由于泥岩中有机质生烃及烃类裂解后增