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断陷盆地的叠加往往经历了多个沉积充填演化阶段,不同旋回、不同性质的原型盆地叠加复合的结果不仅使盆地的地质结构发生很大变化,也使盆地具有幕式排烃的特点。盆地早期充填的烃源岩首先形成低成熟度的原油,随着盆地进一步充填而形成高成熟度原油;晚期充填的烃源岩也可能演化为低成熟-成熟的烃源岩。随着盆地持续稳定发育,烃源岩成熟度增高,油气运聚效率增大,可出现早、晚两个关键时刻。东濮凹陷发育早期(ES4-Ed)和晚期(Ng-Q)两大成烃旋回,在早期成烃旋回ES4-ES3烃源岩形成低成熟-成熟原油;在晚期成烃旋回ES4-ES3烃源岩形成过成熟原油,ES1烃源岩生成油低成熟-成熟原油。
上述情况表明,东濮凹陷西斜坡油气藏具有复杂断裂输导系统、多套烃源岩与多生烃中心、多成藏期次等特点,这就要求我们在油源示踪研究中必须采用先进的、高精度的分析技术方法,来解决目前滚动勘探开发过程的难点问题。随着勘探程度的提高,油气勘探难度越来越大,传统的石油地质研究方法难以满足现今勘探的需要,因此有针对性地引入新理论、新方法和新思路,整体、动态、系统地分析东濮凹陷油气生成、运移、聚集的动力学机制和过程,追踪确定油气赋存的有利部位,是油气勘探实践的迫切需要。
含油气系统在油气勘探中的意义在于:①从源岩到圈闭的动态思路为油气勘探提供了新的研究和管理框架;②含油气系统概念将影响油气形成与分布的基本要素和成藏过程有机地结合起来,使可视化地表示这些单独事件的动态演化历史成为可能;③在油气勘探中,含油气系统这一油气地质单元十分合适区域勘探评价研究;④正如层序地层学能够提供预测地层分布的框架一样,含油气系统可以提供从油气生成、运移到圈闭、聚集的整体预测模型,减少勘探风险,提供工作效率,能更好地解决油气勘探中的复杂问题。含油气系统是油气勘探的一种思路和方法,要充分展示含油气系统评价在指导油气勘探方面的优越性,不能机械地套用“四图一表”,需要结合具体研究对象做扎实细致的基础研究工作,提出有效分析方法。
在将含油气系统理论用于含油气盆地的找油实践中发现,该理论还存在着缺陷和不足。田世澄等(2000)对这些缺陷和不足进行了总结:①该理论虽然正确地把油气从源岩到圈闭作为一个系统加以研究,但仅仅从有无活跃烃源岩来认识和划分“含油气系统”还不够,认为还必须从流体动力学角度去追索油气藏的形成和分布规律;②强调形成油气藏所必须的地质作用是正确的,但对如何研究上述地质作用却很少论述;③针对中国叠合陆相含油气盆地的特点,含油气系统概念还需要发展。中国陆相含油气盆地具有多凹多凸,多沉积中心的特点,每一个凹陷,甚至洼陷和次洼都可能是一个独立的油气生成、运移和聚集单元;盆地具有多旋回、多油源层、多类型的储层和圈闭的特点;含油气系统对这种复式油气藏的研究遇到了一定的困难。为了强调流体动力学研究在含油气系统分析中的重要性,田世澄等(1995,1996,1997,2000)提出了成藏动力学系统的概念,认为含油气盆地实质上不仅是一个“低温热化学反应器”,而且也是一个复杂的流体(油、气、水)动力学系统,而油气聚集和油气藏的形成则是各动力学要素综合作用的结果。郝芳等(2000)认为成藏动力学是综合利用地质、地球物理、地球化学手段和计算机模拟技术,在盆地演化历史和疏导格架下,通过能量场演化及其控制的化学动力学、流体动力学和运动学过程分析,研究沉积盆地油气形成、演化、运移过程和聚集规律的综合性学科,成藏动力学研究的基础是盆地演化历史和流体疏导格架,研究的核心是能量场(温度场、压力场和应力场)演化及其控制的化学动力学和流体动力学过程。
为了有效解决复杂断块带油气藏滚动勘探开发中的难点问题,论文在九五攻关项目“东濮凹陷油气藏发育机理研究”和中石化中原油田分公司重点项目“胡庆油田复杂断块带油气藏成藏条件与油气富集规律研究”等课题研究成果的基础上,结合当前国内外复杂断块带油气成藏机理研究的最新成果与先进的分析技术方法,全面解剖东濮凹陷西斜坡油气藏形成过程、动力学特征与分布规律,以深化含油气系统研究在我国断陷盆地中的应用,为复杂断块带油气藏勘探和我国东部老油区的油气挖潜提供有效的分析方法和理论依据。
结合复杂断块带油气藏发育特点,本文运用近年油气成藏动力学的分析思路与研究方法,综合钻井、地震、地层测试、生物标志化合物、含氮化合物分析、芳烃化合物分析、三维荧光分析、激光拉曼与卫星定位人工裂缝实时监测分析等,以复杂断块带油气运移示踪与油气分布规律为核心,全面解剖复杂断块油气成藏规律。首先分析典型断块油气藏的基本地质特要素与圈闭类型,包括断裂活动时间、砂体空间展布、含油层段的原油特性、圈闭类型、埋藏深度、生储盖组合、构造位置等,宏观上探讨不同类型油气藏的平面分布规律、形成时间,以及勘探潜力;分析深原油与烃源岩地球化学特征,原油与烃源岩成熟度、烷烃、环烷烃、芳香烃、环烷芳香烃、含氮化合物、胶质、沥青质含量变化等,烃源岩的时空分布、有机相类型、有机质丰度与类型、有机质的结构与化学组成;挑选研究区代表性油井与烃源岩,系统采集沙一段、沙三段原油与烃源岩样品,明确其芳烃组成,分析芳烃组成与有机质成熟度与三维荧光间的对应关系,在此基础上进行三维荧光“指纹图”分析,更加明确沙三段、沙一段典型烃源岩的三维荧光光谱差异,以及不同原油的油源问题等;流体动力场是成藏动力学研究的核心,通过详细分析研究区温度场、压力场特征,明确研究区油气成藏条件,为确定勘探领域提供依据,并结合有机质热演化与断裂活动分析的成果,明确不同充填演化阶段油气运移的主要路径;复杂断块带内油气分布的不均一性往往与次级断裂的封堵性有关,通过断裂展布、断裂活动规律、人工裂缝实时监测与精细油源示踪分析,明确次级断裂封堵性,可以为复杂断块带滚动勘探部署提供可靠依据;根据甾烷、芳烃化合物组成、极性含氮化合物综合分析,确定胡庆油田不同断块油气藏的形成时间、油源通道与烃类注入方向,分析不同断块油气藏原油性质差异的原因,总结典型成藏模式;根据研究区油气成藏特征与油气分布规律,分析潜在勘探方向,并结合重点地区目的层段构造图、砂岩展布图等,分析典型地区地层—岩性体或构造的成藏条件,指出有利的勘探目标。
上述研究思路和分析成果在渤海湾海域、东濮凹陷等进行了广泛的应用和检验,在生产实验中不断完善,并被证明是有效的,其特色和创新点主要体现在以下几个方面:①拓宽了复杂断块带油气藏的研究思路,即“断块—断块”的研究尺度和断块油气藏研究只关心断块带本身的研究方法,把各断块油气藏置于统一的成藏动力学体系之中,有利于从历史的角度阐明断块油气藏的形成过程,建立不同断块油气藏之间的成因联系,有利于发现在油气运移全过程中形成的所有油气藏,达到“顺藤摸瓜”的效果;②在沉降史和构造史回剥分析基础上,分析了盆地的沉积构造演化和主要断裂的活动规律,认为断裂的活动具有明显的幕式和区段式活动特征,单条断裂一般从南向北沿走向活动性逐渐变新,而不同断裂的活动具有由早到晚,由盆地边缘(西部)向盆地内部迁移的特征;③卫星定位人工裂缝实时监测分析表明,东濮凹陷西斜坡人工裂缝与应力展布存在明显规律,人工裂缝方向基本上与主应力方向垂直,为断裂的开启性分析提供直接证据;④通过烃源岩与原油饱和烃、芳烃、含氮化合物色质分析,从分子水平明确了烃源岩生烃期次与含烃流体充注期次,建立了不同断块带原油性质与油气藏形成过程之间的成因联系;⑤明确了“残余油层”的地质含义,“残余油层”是指测井解释与岩心观察均为油层,但其中可动烃类流体已经逸散,或仅作为油气运移的过道,“残余油层”中的可动烃类流体已运移到相邻断块中聚集成藏,据此可以预测相邻断块中的油气藏;⑥提出了滚动勘探的新思路与新领域,生烃洼陷生成的含烃流体一般通过油源断裂运移到中浅层断裂带中聚集成藏,但如果在生烃期间或之后油源断裂停止活动,生烃洼陷生成的烃类流体就会在洼陷带内或油源断裂下降盘附近成藏,如胡96井凝析油气藏就是由于东濮凹陷晚期生烃阶段长垣断裂停止活动而在洼陷内形成的油气藏,是东濮凹陷新的勘探目标;⑦建立了复杂断块带油气成藏模式:远离生烃洼陷断块中的原油为早期生烃旋回早期形成的低成熟原油,原油密度较高,有的己发生生物降解,靠近生烃洼陷断块中的原油为早期生烃旋回晚期形成的成熟原油,原油密度较低,生烃洼陷内的原油为晚期生烃旋回形成的高成熟原油或凝析油;⑧形成了一套系统研究和预测复杂断块带油气藏的理论与方法,结合构造演化史与油源断裂活动规律,通过成藏动力学分析、精细的油源示踪研究与不同断块带油气藏之间的成因联系可以有效预测和评价潜在勘探目标,在复杂断块带外侧着重寻找“残余油层”调整后新形成的油气藏,在复杂断块带内侧着重寻找高成熟原油与凝析油气藏。
精细的油源示踪分析是复杂断块带成藏动力学研究的关键,可以理清不同断块带间油源关系,有效指导复杂断块带的滚动勘探与开发,但具体勘探目标的确定还需要做细致的微构造解释工作。对于我国断陷盆地来说,断裂的输导与分隔作用是复杂断块带油气勘探的难点问题,要解决这个问题就必须获得高分辨率的钻井和地球物理资料,而这与钻井工艺、勘探程度和地球物理勘探的技术水平密切相关。目前,国内外对复杂断块带进行了专门的地球物理试验研究,但在微构造解释与薄层预测方面还存在不确定性,这些问题有待于实际资料的积累与技术方法的进步而不断解决。可以认为,加强复杂断块带成藏动力学研究与相应技术方法攻关,对于我国东部新老油区油气勘探开发,乃至我国整个能源战略都具有重要意义。