天然气运移的气体组分的地球化学示踪

本文通过我国不同含油气盆地典型地区岩石酸解气、罐顶气和天然气中化学组分分析,结合天然气的形成和盆地的地质演化,研究了天然气运移时组分的变化。结果表明,天然气通过地层孔隙系统运移时,组分会发生明显分馏,表现在甲烷相对重烃、异构丁烷相对正构丁烷的优先迁移。酸解气、罐顶气和成藏天然气中C₁/C₂+、iC₄/nC₄及总烃/非烃等比值,是天然气运移示踪的有效指标。     

鄂尔多斯盆地中部地区马家沟组断裂控制天然气运移方向的流体包裹体证据

为研究鄂尔多斯盆地中部地区马家沟组成藏期次和天然气运移方向与断裂活动的相关性,利用流体包裹体岩相学观察、激光拉曼光谱分析、均一温度和冰点温度的测定以及热力学PVT模拟方法对奥陶系马家沟组马五段储层的岩心样品进行了成分、温度和压力的测定与恢复.结果表明:构造裂缝脉体中充填的矿物为方解石、白云石和菱镁矿;脉体中共有4类流体包裹体,分别为富甲烷气体包裹体、含CO₂富甲烷气体包裹体、含甲烷盐水包裹体和盐水包裹体,这4类流体包裹体均存在于方解石脉体中;构造裂缝脉体和溶孔中含甲烷流体包裹体的均一温度在130.1~179.6 ℃之间,与含甲烷流体包裹体同期的盐水包裹体的均一温度范围为112.3~173.3 ℃.结合生排烃史和埋藏史,证明早白垩世是马家沟组天然气的主要成藏期.沿断裂分布的各井的捕获压力和压力系数呈现由西南向东北递减的趋势,早白垩世的构造运动在北东向的断层中产生大量构造裂缝,为天然气的运移提供了通道,证明含甲烷的流体沿北东向断裂运移并充注成藏.      

天然气运移的气体同位素地球化学示踪

本文通过鄂尔多斯等含油气盆地内岩石酸解烃、罐顶气和同源多产层天然气碳同位素组成的变化，从实例剖析出发，探讨了天然气运移时气体同位素组成的变化及其对天然气运移的示踪。天然气在通过沉积地层中孔隙系统和微裂隙运移时，天然气中的甲烷碳同位素会发生一定的分馏，而乙烷以上重烃碳同位素几乎不发生分馏；在天然气层所在深度，罐顶气甲烷碳同位素组成与天然气一致，在天然气层附近，罐顶气甲烷碳同位素则明显偏离了热演化趋势线；烃源岩酸解烃与其同源的天然气重烃碳同位素组成具有较好的一致性和可比性。由此，可利用气体组分碳同位素的上述变化特征，追索天然气的运移作用。     

断裂对川西坳陷致密砂岩气藏天然气运聚的控制作用

川西坳陷致密砂岩气藏的形成和分布受断裂控制作用明显。在对断裂的分布特征、断裂性质、断层几何特征、断裂形成时间等研究的基础上,结合研究区断裂与砂体的沟通关系、已发现气藏的开发情况和失利井的综合分析,揭示了断裂对陆相领域致密气藏天然气运聚的控制作用。研究结果表明,断裂影响和控制川西坳陷致密天然气藏有5种情况:断裂发育促使深层须家河组天然气富集成藏、断裂输导使深部须家河组天然气部分破坏、断裂输导深部须家河组天然气使中浅层侏罗系成藏、断裂破坏严重使中浅层侏罗系成藏效率低和断裂不发育的部位中浅层侏罗系含气性较差。单井与断裂距离的远近对单井产能具有一定的影响,且不同级别断裂影响规律存在较大差异:I级断裂(延伸长度L≥100 km)和II级断裂((10km2 000 m,单井产能低。     

逆断层中天然气运移特征的物理模拟

逆断层在活动期时易形成断层空腔,该空腔为天然气的穿层运移提供了畅通的通道,天然气在其中运移具涌流特征。如果断层空腔连通地表,天然气则大部分沿其逸出地表,仅有少量的天然气能注入断层两侧的相邻储层中。进入储层的天然气具有明显的选择性,气体首先向物性好、倾角陡和埋藏浅的储层中注入。如果没有其它动力,仅靠天然气自身浮力作用,断层下盘储层不能或很少能有天然气的注入。当断层处于静止期时,断层空腔消亡,天然气穿塑性层段的运移通道是破碎带中的岩石孔隙,天然气在其中的运移遵循达西渗流规律。天然气在断层带中的运移速度随断层充填物颗粒粒度的增加而呈指数关系增大,随断层倾角的增大呈指数关系增大,随断层充填物中泥质含量的增加呈幂函数关系减小。     

砂岩孔隙介质内天然气运移的微观物理模拟实验研究

采用真实的砂岩微观模型,通过与实际地质状况较为相似条件下的气驱水运移实验模拟天然气在砂岩孔隙内的二次运移,直接观察了天然气在砂岩孔隙、喉道内运移的过程和特征,在此基础上,分析和探讨了真实砂岩孔隙介质中天然气的微观运移机理。研究发现,天然气运移路径的形态通常迂回曲折,表现复杂的分支状特征,而且气体只沿毛细管阻力最小的运移路径向前运移;受真实砂岩孔隙结构的非均质性和运移动力变化的影响,天然气运移的速率不均一,呈现出跳跃式的运移方式;在孔喉比相差较大的亲水介质中,气体的卡断现象较为普遍,卡断增加了气体运移的阻力,对天然气运移十分不利;外界突发性的振动能够增加天然气运移的有效性。     

塔里木东北部英南2气藏天然气运移和聚集

基于大量的地质和地球化学证据,本文详细论述了塔里木盆地塔东北地区英吉苏凹陷英南2气藏的天然气运移和聚集.研究指出:英南2气藏天然气主要来源于寒武系烃源岩,为早期聚集的寒武系来源油的裂解气.该气藏的成藏期主要为燕山末期,天然气的运移通道主要为沟通寒武系古油藏与上覆侏罗系圈闭的断裂.英南2气藏的聚集过程导致了其与邻近构造油气聚集的差异,也导致了其天然气地球化学特征上的差异.     

鄂尔多斯盆地上古生界天然气运移特征及成藏过程分析

运用石油地质动态分析及综合研究方法,以鄂尔多斯盆地上古生界砂泥岩压实特征、古压力恢复、包裹体、成岩作用资料为基础,对上古生界天然气运移的地质背景、天然气运移特征进行详细分析,对储层致密化、古高压异常对天然气运移、成藏的影响等方面进行研究,认为上古生界砂岩致密化发生于中三叠世一晚三叠世,早于大规模油气运移时期,天然气呈连续相运移需要的临界气柱高度远大于砂岩的单层厚度,受压力封存箱的封闭以及封存箱内不均匀分布的高压泥质岩阻隔,天然气难以沿构造上倾方向作大规模运移,主要为就近垂向运移聚集成藏;成藏特征研究显示,只有毛管中值压力平均值小于6.21 MPa、厚度大于4 m以上的优质储层段能够允许天然气成藏,而且气水分布主要受构造部位、储层非均质控制.故此,上古生界气藏主要为致密储层条件下的岩性和构造-岩性气藏类型;根据各时期、各地区、各层段不同的天然气运移、成藏特征,将上古生界压力封存箱划分为非烃源岩和烃源岩两个成藏子系统,前者具自生自储、短距离运移、早期(J2-K1)源内成藏特点,形成原生气藏,而后者属近-远距离运移、晚期(K1-K2,K2末-Q)源外成藏特点.     

Dynamics Analysis of the Baiyun Sag in the Pearl River Mouth Basin,North of the South China Sea

The Baiyun sag is a deep one developing on the slope of the Pearl River Mouth Basin. It occurs as a composite graben horizontally, and is composed of two sub-sags versus one low uplift. Vertically, the sedimentary architecture could be divided into three layers, i.e. the faulted layer on the bottom, the faulted-ductile stretching layer in the middle and the draping layer on the top. The main rifting stage of the sag is supposed to be characterized by ductile extension and thinning of the crust. The special deformation pattern is probably attributed to the fact that the Baiyun sag is located in the transfer zone of the pre-existing weak zone, which made the sag a strongly deformed area, characterized by the greatly thinned lithosphere and active magmatism. The highly rising mantle under the Baiyun sag should be an important mechanism responsible for the ductile deformation, which caused partial melting of the upper mantle. Upweiling to the upper crust and the sedimentary layers, the partial melting materials accommodated extensional strain and caused non-faulted vertical subsidence. Magma was collected under the transfer zone after the first stage of rifting, and transferred laterally in a direction perpendicular to the extension to the ENE and WSW parts of the sag and upwelled along the NW-trending basal faults, where WNW-trending shear faults developed in swarms. The faulting activity and sedimentation history of the Baiyun sag may have been affected by the ocean ridge jump around 24 Ma and the cessation of sea floor spreading around 16 Ma.     

Pressure evolution and hydrocarbon migration in the Baiyun sag, Pearl River Mouth basin, China

The Pearl River Mouth basin is one of the most important offshore basins in China. Petroleum exploration in the deep-water area is to start in the Baiyun sag in the basin. Due to the high cost of exploration in deep-water areas, the hydrocarbon migration and pressure evolution needs to be thoroughly probed before any actual exploration is to be done. Drilling results have indicated that the pore pressure is hydrostatic in shallow-water area. The mud diapirs found in the Baiyun sag indicate that there may be overpressure in the deep-water area. At present, little is known about hydrocarbon migration and pressure distribution in deep-water areas. On the basis of geological data from wells and basin modeling, the research comes to the following conclusions. (1) At least three episodic accumulations and releases of pressure had happened in the Cenozoic, which were closely related to the three regional tectonic movements: the Zhu-Qiong movement in the Late Eocene, the Nanhai movement in the Middle Oligocene and the Dongsha movement between the latest Middle Miocene and Late Miocene. The pressure release and associated hydrocarbon migration occurred primarily during the Dongsha movement, when most of the overpressure was released to hydrostatic pressure except for some overpressure in the deep-water area. (2) Both the measured pressure and the modeling results indicate that the pore pressure is hydrostatic pressure in the shallow-water area. Abnormally high pressure in the deep-water area is noted to be present. The difference of pressure distribution is caused by the lithologies, facies and faults. (3) The diapirs in the deep water cannot be driven by the overpressure because the maximum pressure is less than 9.0 MPa in the course of pressure evolution. (4) The fluids migrated to the shallow-water area and deep-water area along faults. Some faults connected the deep-water fans with the hydrocarbon source. Huge oil and gas fields may be formed in the deep-water area more favourably than in the shallow-water area. Translated from Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 2006, 31(2): 229–236 [译自: 地球科学—中国地质大学学报]     

珠江口盆地白云凹陷陆坡限制型海底峡谷群成因机制探讨

珠江口盆地白云凹陷北部陆坡发育着17条近似NNW-SSE走向的海底峡谷,构成了区域内的陆坡限制型海底峡谷群。基于研究区内高密度覆盖的2D地震资料,通过外部形态、内部结构等反射特征的描述和刻画,建立了第四纪以来的高精度层序地层格架,将沉积充填序列划分为三个体系域,即低位体系域（LST）、海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）。根据陆坡进积特征、垂向地层叠加样式、侵蚀特征变化、连续性强振幅同相轴的识别和空间追踪,将高位体系域进一步划分为两个沉积旋回单元,HST-I和HST-II。研究表明,白云凹陷陆坡限制型海底峡谷群发育在高位体系域晚期沉积旋回（HST-II）中。在此基础上,分别讨论了沉积物供给、沉积物失稳作用、限制型地形和流体渗漏作用对峡谷群形成和演化的影响。第四纪以来珠江水系携带的大量沉积物经由陆架进入到陆坡区域,为海底峡谷群的发育和演化提供了充足的沉积物来源。在第四纪高位体系域早期水道形成的限制型“负地形”基础上,大量的沉积物在沿着陆坡坡降方向自北向南的输送过程中发生向下的侵蚀、沉积物失稳,导致了陆坡限制型海底峡谷群的发育。研究区内广泛分布的气烟囱构造,暗示了含气流体的垂向运移和渗漏,可能促进了海底峡谷群的进一步演化。     

珠江口盆地白云凹陷东沙25凸起构造演化

隆起带的形成和演化分析对于油气勘探具有重要的指导意义。通过对比生长地层法、沉降史回剥技术和剩余构造沉降3种构造演化的手段,旨在全面揭示东沙（DS）25凸起的演化历史。依据生长地层的厚度、地层反射终端等特征划分出白云凹陷DS25凸起演化的主要阶段;运用回剥法恢复DS25凸起的沉降历史和与周缘地区的沉降差异;结合剩余构造沉降分析,定量判断隆起的抬升、沉降和差异沉降作用及发育时期。在对以上3种方法对比综合的基础上,综合生长地层指示的重要构造变革界面、沉降史恢复和剩余构造沉降精细划分的沉降阶段和构造运动形式,重建DS25凸起演化过程,并提出以下5个演化阶段：65～30 Ma,凸起顶部遭受强烈剥蚀;30 Ma左右,凸起发生大规模抬升;30～23.8 Ma,发生微弱沉降;23.8～10.5 Ma,发生差异沉降,并出现三幕强烈沉降;10.5 Ma至今,凸起经历持续抬升。     

珠江口盆地白云凹陷底辟构造类型及其成因

珠江口盆地位于中国南海北部, 是中国近海含油气盆地中一个重要的盆地.盆地内发育众多形态各异的底辟构造, 目前仅有少量的文章对其进行过分类研究, 缺少系统地论述.底辟构造是流体穿层流动的一种特殊形式, 对其展开分类及成因分析有助于洞察白云凹陷内流体的活动信息和油气运移特征.本文针对珠江口盆地白云凹陷地震剖面上所显示的大量而且种类丰富的底辟构造, 开展了底辟构造识别、分类及其内涵流体活动信息的研究, 依据盆地模拟结果和区域构造特征讨论了底辟构造的成因特征, 得出如下两个结论: (1) 珠江口盆地发育多种类型的底辟构造, 有底辟初期的龟背上拱、泥底辟、气体泄流通道、裂缝带这4种类型, 不同的底辟构造类型内涵有不同的地质信息; (2) 底辟构造的成因与构造活动密切相关, 超压对底辟构造的形成与活动影响较小, 不起主要的作用.      

珠江口盆地白云凹陷深层砂岩储层中碳酸盐胶结作用及成因探讨

通过各类薄片显微镜下鉴定与定量统计,阴极发光、扫描电镜、电子探针、碳、氧及锶同位素、流体包裹体均一温度测试等分析,开展了白云凹陷深水区珠江组和珠海组砂岩储层中碳酸盐胶结物的类型与期次、地球化学特征、成因机制研究。结果显示,存在三期碳酸盐胶结作用,早期主要为方解石,以高Ca、低Fe、低Mg为特征。但珠江组早期碳酸盐胶结物的同位素组成(δ~(13)C_(PDB):-2.43‰~0.29‰,δ~(18)OPDB:-9.79‰~-3.08‰,87 Sr/86Sr:0.7084~0.7109)与珠海组(δ~(13)C_(PDB):-9.37‰~-8.13‰,δ~(18)OPDB:-7.11‰~-7.09‰,87Sr/86Sr:0.7138~0.7142)有一定差异,前者是在浅埋藏阶段从碳酸盐过饱和碱性海水介质中沉淀出的产物;后者与碳酸盐过饱和的碱性淡水有关。中期主要为铁方解石,以高Ca、较高Fe、低Mg、碳和锶同位素组成变化范围较大(δ~(13)C_(PDB):-20.88‰~-5.29‰,δ~(18)OPDB:-11.1‰~-8.99‰,87Sr/86Sr:0.7093~0.7151)为特征,其部分碳源与有机酸脱羧作用产生的CO_2有关,另一部分碳源(δ~(13)C_(PDB):-5.38‰~-5.29‰)可能与深部物质有关。形成碳酸盐胶结物所需的Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子来源于砂岩中长石等碎屑的溶蚀、黏土矿物的转化以及深部热液流体。晚期主要为铁白云石(δ~(13)C_(PDB):-2.83‰~-1.83‰,δ~(18)OPDB:-9.45‰~-5.77‰,87Sr/86Sr:0.7101~0.7162),以高Fe、高Mg、较低Ca、碳同位素组成与同期海水基本一致为特征,87Sr/86Sr值低于正常成岩演化形成的碳酸盐,该期碳酸盐胶结物的形成与砂岩中生物碎屑以及先期碳酸盐胶结物的溶蚀再沉淀有关,部分可能受到深部热液流体的影响。     

珠江口盆地白云凹陷中新世水道发育的主控因素

珠江口盆地白云凹陷在中新世21~18.5 Ma、13.8~12.5 Ma和10.5~8.5 Ma三个时期均发育有大型水道。不同时期水道的形态和内部结构均不相同。21~18.5 Ma时期水道内部结构简单,水道延伸距离远,搬运的沉积物在白云凹陷远端沉积下来;13.8~12.5 Ma水道逐渐向北退却迁移,早期水道在凹陷南部地区发育,随后逐渐向北溯源迁移。10.5~8.5 Ma水道逐渐变窄变深,具有典型汇聚水道的特点。上述水道迁移和形态特征的变化是由于各时期水道发育的控制因素不同造成的。21~18.5 Ma时期水道的发育与来自于陆架边缘三角洲的充足物源供给有关;13.8~12.5 Ma时期水道的主控因素是13.8 Ma时期海平面的大幅度下降;10.5~8.5 Ma水道的迁移与东沙运动造成白云凹陷相对隆升以及古地貌密切相关。对不同时期水道控制因素的分析为中新世以来白云凹陷水道的形态及演化过程分析提供了新的地质信息。     

热动力条件对白云凹陷深水区珠海组砂岩成岩演化过程的影响

珠江口盆地白云凹陷位于中国南海北部,是目前我国深水油气勘探研究的重要区域.盆地现今大地热流值为24.2～121.0mW/m^2,单井现今地温梯度(Gra)最高可达6.64℃/100m,具"热盆"属性.白云凹陷裂后沉降阶段,特别是白云运动(23.8Ma)发生之后,盆地由断裂控盆转变为断裂、热作用共同控盆,热作用及热动力条件成为控制研究区储层成岩演化过程的重要因素,珠海组地层的镜质体反射率值、砂岩中次生流体包裹体均一温度、热液成因自生矿物等热流背景及岩石学记录为这一观点提供了有力证据.通过铸体薄片显微镜下观察与定量统计、电镜扫描观察、X-射线衍射分析等,发现白云凹陷北部中-低地温梯度(LGR,Gra≤4.5℃/100m)和南部高地温梯度(HGR,Gra>4.5℃/100m)两个地区珠海组砂岩的成岩作用特征、成岩演化过程存在以下差异:(1)中-低地温梯度地区珠海组砂岩的压实作用主要是静岩压实作用;高地温梯度地区珠海组砂岩的原生孔隙受静岩压实作用和热压实作用的共同控制,压实减孔速率高,等孔隙度埋深显著变浅;(2)地层升温速率的增大加快了储层中粘土矿物转化的速率,高地温梯度地区高岭石消失的埋深界限较中-低地温梯度地区浅,I/S(伊利石/蒙皂石混层)有序化进程较中-低地温梯度地区有所加快;(3)中-低地温梯度地区珠海组砂岩成岩演化过程属正常有序演变,高地温梯度地区受构造热事件的影响明显,深部流体参与了高地温梯度地区珠海组砂岩的成岩演化过程,地层孔隙水物质交换过程复杂,成岩演化进程加快,改变了碳酸盐矿物溶解-沉淀热平衡状态,各成岩作用过程活跃并出现一些典型的热液成因自生矿物组合.     

珠江口盆地白云凹陷地层压力演化与油气运移模拟

珠江口盆地位于中国南海北部, 是中国近海含油气盆地中一个重要的盆地.珠江口盆地勘探逐渐由浅水区向深水区推进, 浅水区钻井揭示地层为正常压力, 但对深水区的油气运移指向和地层压力分布认识不清楚.应用钻井测试资料, 地震资料和盆地模拟技术对珠江口盆地白云凹陷深水区的地层压力演化和油气运移进行了研究.模拟结果显示地层压力的聚集与释放以及流体运移与构造运动的发生有密切的关系.从模拟结果的分析中可以得出如下结论: (1) 珠二坳陷经历了3次幕式地层压力的聚集与释放.这3次压力的释放与晚始新世珠琼运动二幕、渐新世中期南海运动、中中新世末至晚中新世末东沙运动有关, 其中东沙运动期间是本区油气运移的主要期次, 现在浅水区的常压是由于东沙运动时超压释放后的结果. (2) 钻井测试与模拟结果显示, 现今地层压力在浅水区为常压, 在深水区有弱超压存在.引起地层压力分布的差异主要是由于浅水区和深水区沉积的岩相和岩性的不同. (3) 油气运移有2个指向, 一个运移指向浅水区域, 另一个指向深水区域.由于浅水区砂岩百分比含量高, 砂体连通性好, 油气聚集比较分散, 比较而言深水区油气在扇体里富集程度较高, 更有利于形成大油气田.      

珠江口盆地白云凹陷新生代构造演化动力学

白云凹陷构造演化史的研究对在白云凹陷开展油气勘探和深水沉积研究具有重要的意义。通过对断裂与沉积结构平面和剖面特点的分析,结合岩浆活动特点,文中提出白云凹陷是一个复式地堑,推测这种结构特点与凹陷下地壳的强烈韧性减薄和颈缩变形有关,表现为热岩石圈的伸展。其发育机制推测与白云凹陷位于构造转换带上有关,特殊的构造位置使白云凹陷成为强烈构造变形区,岩石圈地壳强烈减薄,伴随伸展过程和地幔上涌,脆性地壳或上地幔中部分熔融物质的出现导致岩石圈强度的急剧降低,在区域伸展应力场下以韧性流变方式减薄。岩浆在构造转换带下聚集并发育主岩浆房,由于白云凹陷南北边缘没有发育正断裂系统,岩浆主要沿垂直伸展的方向运移,因此在珠琼运动一幕和二幕南南东向伸展应力作用下,岩浆向白云凹陷的东部和西部运移至北西向基底深大断裂处,那里由于北西向断裂表现为左行张剪性质而成为压力较低的地区,从而成为岩浆上涌和侵位的地方。在岩浆聚集的地区,活动岩浆体附近的脆性变形被分散的韧性变形所取代,因此在凹陷的东北和西南两个角上,发育了张性和张剪性小断裂群,由于热岩石圈弹性较差,白云凹陷长期持续沉降。白云凹陷的断裂活动和沉积演化史还受到南海海盆扩张活动的影响。