疊合盆地油氣成藏體系研究方法探討

徐忠美

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083）

疊合盆地油氣成藏體系研究方法探討

徐忠美1，2

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083）

應(yīng)用三維模擬技術(shù)，強(qiáng)化油氣成藏體系動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，采用“正反演結(jié)合”的思路，探討疊合盆地油氣成藏體系的研究思路和方法。整個(gè)的研究過(guò)程分5步：通過(guò)成藏要素研究構(gòu)建地質(zhì)模型；通過(guò)正演烴源巖生烴過(guò)程與時(shí)空演化，分階段計(jì)算生烴量；通過(guò)輸導(dǎo)體系研究來(lái)調(diào)整油氣最終的分布；應(yīng)用油氣組分追蹤技術(shù)分析不同烴源巖層貢獻(xiàn)比例；根據(jù)三維模擬結(jié)果動(dòng)態(tài)分析資源空間分布及變化過(guò)程。

疊合盆地；油氣成藏體系；動(dòng)態(tài)演化；三維模擬；正反演

疊合盆地是指有2種或2種以上類(lèi)型的原型盆地疊加或復(fù)合在一起的盆地，它們均經(jīng)歷了多期構(gòu)造變革，具有復(fù)雜的盆地構(gòu)造［1］。疊合盆地往往表現(xiàn)為“多期成盆、多期構(gòu)造、多套烴源巖、多次生排烴、多期運(yùn)聚散”，油氣演化史復(fù)雜，對(duì)油氣藏分布規(guī)律的研究和預(yù)測(cè)困難。由金之鈞等提出了油氣成藏體系的概念及研究方法［2］，為疊合盆地復(fù)雜地質(zhì)條件下油氣藏分布規(guī)律與預(yù)測(cè)研究工作提供了一套較完善的理論體系。

1 油氣成藏體系

1.1 油氣成藏體系概念

油氣成藏體系是地表以下含油氣的自然系統(tǒng)，它包括了形成油氣藏的一切必要元素以及這些要素之間的有效配置結(jié)構(gòu)。其中要素是烴源巖、輸導(dǎo)體系和圈閉，要素之間的有效配置，能夠產(chǎn)生任何單一元素所不具備的功能-形成油氣藏。油氣成藏體系概念具有以下內(nèi)涵：1）“元素-結(jié)構(gòu)-功能”，體現(xiàn)了系統(tǒng)論思想與石油地質(zhì)研究的緊密結(jié)合，也是油氣成藏體系研究的主要內(nèi)容；2）3大油氣成藏要素中，烴源是物質(zhì)基礎(chǔ)，圈閉是勘探目標(biāo)，疏導(dǎo)體系是紐帶，強(qiáng)調(diào)了三者之間相互關(guān)聯(lián)、相互制約的“系統(tǒng)性”綜合方法；3）結(jié)構(gòu)研究采用“源位匹配”的思路，不同結(jié)構(gòu)的油氣成藏體系，其研究的內(nèi)容、重點(diǎn)和思路均有差異；4）功能（形成油氣藏）是油氣成藏體系研究的核心，是烴源、輸導(dǎo)、圈閉三者相互作用的結(jié)果，并隨時(shí)間在空間發(fā)生變化。

以上概念內(nèi)涵體現(xiàn)了4個(gè)方面的特點(diǎn)：突出 “系統(tǒng)”思想；強(qiáng)調(diào)以“藏”為核心；強(qiáng)化“功能”研究；重視“動(dòng)態(tài)演化”過(guò)程的研究。

1.2 油氣成藏體系研究方法

油氣成藏體系概念提出后，很多學(xué)者［3-9］結(jié)合勘探實(shí)踐對(duì)其研究思路和方法進(jìn)行了探討，對(duì)該理論體系的完善和發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。這些研究包括：對(duì)成藏體系的劃分，3大成藏要素的地質(zhì)特征研究，成藏要素組合關(guān)系分析，油氣藏成藏期次的確定方法，典型油氣成藏模式的建立。這里僅簡(jiǎn)要介紹具有特色的成藏體系成熟度定量評(píng)價(jià)方法［10］，并探討基于油氣成藏體系理論如何開(kāi)展其動(dòng)態(tài)演化過(guò)程研究。

油氣成藏體系成熟度指油氣成藏體系中油氣從生成到聚集成藏的演化程度，是定量描述油氣成藏體系發(fā)育演化程度和過(guò)程的參數(shù)［4］。根據(jù)成熟度指數(shù)把油氣成藏體系劃分為未成熟油氣成藏體系、成熟油氣成藏體系、過(guò)成熟油氣成藏體系，具體指標(biāo)為：未熟油氣成藏體系（UMPS）PSMI：0～0.75+；（UMPS1）PSMI：0.75+～0.5+；（UMPS2）PSMI：0.5+～0.25+；（UMPS3）PSMI：0～0.25+。成熟油氣成藏體系 （MPS）PSMI：0.75+～1+，1-～0.75；（MPS1）PSMI：0.75+～1+；（MPS2）PSMI：1-～0.75-。過(guò)熟油氣成藏體系 （OMPS）PSMI：0.75-～0；（OMPS1）PSMI：0.75-～0.5-；（OMPS2）PSMI：0.5-～0.25-；（OMPS3）PSMI：0.25-～0。油氣成藏體系成熟度指數(shù)用烴源體、輸導(dǎo)體和圈閉體3要素發(fā)生概率的乘積來(lái)表示［5］，該指數(shù)的計(jì)算采用層次分析法來(lái)評(píng)價(jià)。

該方法基于對(duì)現(xiàn)今成藏要素及特征參數(shù)的分析，通過(guò)定量計(jì)算成熟度參數(shù)，來(lái)分析油氣成藏體系所處的演化階段。但是，油氣成藏體系中油氣從生成到聚集成藏的這一動(dòng)態(tài)過(guò)程的研究相對(duì)較薄弱，缺乏有效的分析技術(shù)和手段。

2 “動(dòng)態(tài)演化”研究方法

基于成藏體系理論，針對(duì)疊合盆地油氣演化的復(fù)雜性，應(yīng)用斯倫貝謝公司最新釋放的PetroMod 11.0三維模擬軟件，強(qiáng)調(diào)采用“正反演結(jié)合”的“動(dòng)態(tài)演化”研究思路，對(duì)塔里木疊合盆地海相碳酸鹽巖層系進(jìn)行了研究，分析了其動(dòng)態(tài)演化過(guò)程。該研究思路和方法較為合理有效，并分階段再現(xiàn)了油氣成藏的演化過(guò)程，把油氣成藏體系成熟度靜態(tài)定量分析推向了動(dòng)態(tài)演化評(píng)價(jià)。這里以前人劃分的塔里木盆地巴楚油氣成藏體系為例，重點(diǎn)介紹其研究思路、流程和方法。

2.1 根據(jù)成藏要素研究構(gòu)造地質(zhì)模型

模擬的基礎(chǔ)是地質(zhì)模型的構(gòu)建，“垃圾輸入—垃圾輸出”是計(jì)算機(jī)模擬研究中一條著名的原理，這句話準(zhǔn)確地闡釋了地質(zhì)模型構(gòu)建的重要性。烴源體、疏導(dǎo)體、圈閉體3大要素是油氣成藏體系的基本組成，也是地質(zhì)模型構(gòu)建的核心內(nèi)容。

烴源巖是油氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過(guò)分析，巴楚地區(qū)主要發(fā)育寒武—奧陶系、石炭—二疊系2套烴源巖，寒武—奧陶系烴源巖巖石類(lèi)型為碳酸鹽巖，石炭—二疊系烴源巖巖石類(lèi)型以泥質(zhì)巖為主，碳酸鹽巖次之。烴源巖的分布、厚度、有機(jī)質(zhì)豐度決定了油氣成藏體系的資源潛力，寒武—奧陶系烴源巖是本區(qū)最主要的烴源巖，其厚度大、分布廣，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅰ型，有機(jī)質(zhì)豐度高。

輸導(dǎo)體系是油氣運(yùn)移的通道，輸導(dǎo)體系的類(lèi)型、組合和開(kāi)啟時(shí)間決定了油氣的運(yùn)移方向和路徑。巴楚隆起輸導(dǎo)體系包括斷裂、不整合面以及儲(chǔ)層3種類(lèi)型。

1）斷裂主要發(fā)育于巴楚隆起西段，斷裂數(shù)量多，總體上以北西向斷裂為主，具有一定規(guī)模，多成組出現(xiàn)，且多具派生斷裂，在平面上呈帶狀分布。這些斷裂經(jīng)歷多期構(gòu)造活動(dòng)，可以作為烴類(lèi)垂向運(yùn)移的主要通道。

2）巴楚地區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的鳥(niǎo)山氣藏和馬扎塔格氣田均與不整合面密切相關(guān)。區(qū)內(nèi)古生界主要的不整合面為T(mén)74反射波界面 （中下奧陶統(tǒng)底）、T70反射波界面（奧陶系頂）、T60反射波界面（石炭系底）和T54反射波界面（二疊系底）。

3）巴楚地區(qū)古生界儲(chǔ)集層以碳酸鹽巖儲(chǔ)層為主，碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間主要溶洞、裂縫及次生孔隙等，巴楚地區(qū)油氣分布與碳酸鹽巖儲(chǔ)層密切相關(guān)。該類(lèi)儲(chǔ)層在區(qū)內(nèi)廣泛分布，縱向上賦存于寒武—奧陶系、石炭—二疊系。區(qū)內(nèi)古生界碎屑巖儲(chǔ)層主要賦存于志留—泥盆系，其次分布于石炭—二疊系，碎屑巖儲(chǔ)層物性均較差，僅局部因溶蝕孔或者裂縫發(fā)育而使儲(chǔ)集物性變好。

圈閉的有效性是最終油氣藏能否形成的關(guān)鍵。巴楚地區(qū)既發(fā)育構(gòu)造圈閉又發(fā)育非構(gòu)造圈閉。構(gòu)造圈閉類(lèi)型主要為斷背斜、單斷背斜、斷鼻、斷塊等，其分布受斷裂分布的控制，主要發(fā)育在海西晚期和喜山期，構(gòu)造圈閉顯示層位均為古生界；非構(gòu)造圈閉主要有地層圈閉、巖性圈閉及復(fù)合圈閉，其中對(duì)巴楚地區(qū)具實(shí)際意義的是下奧陶統(tǒng)頂部地貌殘丘圈閉，及石炭—二疊系頂部削截圈閉、砂巖透鏡體和復(fù)合圈閉。

2.2 重塑烴源巖演化歷史，分階段計(jì)算生烴量

重塑烴源巖演化歷史是成藏研究的關(guān)鍵。按照“成盆-成烴-成藏”的思路，首先對(duì)盆地沉積演化歷史和熱體制進(jìn)行分析；然后依據(jù)烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)，針對(duì)不同的二級(jí)構(gòu)造單元，模擬典型單井的生烴過(guò)程，并用實(shí)測(cè)Ro數(shù)據(jù)來(lái)約束模擬結(jié)果，求取能反映該構(gòu)造單元的關(guān)鍵模擬參數(shù)變化趨勢(shì)，包括古水深、古地溫、古熱流；最后針對(duì)已建立的三維地質(zhì)模型，應(yīng)用各評(píng)價(jià)單元已求得的古水深、古地溫、古熱流變化趨勢(shì)，來(lái)模擬烴源巖在三維空間的演化過(guò)程。

由于塔里木盆地經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造，不同烴源巖的主要生烴期不同，同一烴源巖在不同地區(qū)因埋藏歷史的不同也表現(xiàn)出了不同的生烴高峰期。根據(jù)塔里木盆地成藏旋回的劃分（見(jiàn)圖1），計(jì)算巴楚地區(qū)寒武系烴源巖在各成藏旋回的生烴量（見(jiàn)圖2），為綜合評(píng)價(jià)提供更為可信、合理的資源依據(jù)。模擬結(jié)果顯示出，巴楚隆起寒武系烴源巖現(xiàn)今總生烴量1 086.56× 108t，其中總生油量為603.47×108t，總生氣量483.09×108t。其中成藏旋回Ⅰ（寒武紀(jì)—中泥盆世末）貢獻(xiàn)388.7×108t，成藏旋回Ⅱ（晚泥盆世—侏羅紀(jì)末）貢獻(xiàn)464.12×108t。

圖1 巴楚地區(qū)成藏旋回劃分

圖2 巴楚隆起中下寒武統(tǒng)各階段生烴量

2.3 反演模擬結(jié)果

模擬的結(jié)果往往具有不確定性和預(yù)測(cè)性，通過(guò)油氣成藏體系中油氣存在的直接證據(jù)來(lái)反演模擬結(jié)果是一種有效的手段。例如通過(guò)油源對(duì)比，建立起烴源和儲(chǔ)層間的聯(lián)系，通過(guò)已有油氣藏的發(fā)現(xiàn)、油氣井的分布、瀝青證據(jù)等來(lái)驗(yàn)證模擬中油氣運(yùn)移方向和路徑。而目前在巴楚的油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在石炭系和奧陶系的地層中，有4口井獲得了工業(yè)油氣流，17口井見(jiàn)到油氣顯示，通過(guò)這21口油氣顯示井的展布來(lái)分析模擬結(jié)果是否符合。

2.4 通過(guò)輸導(dǎo)體系研究調(diào)整油氣分布

油氣成藏體系強(qiáng)調(diào)了輸導(dǎo)體系研究的重要性，按其成因不同可分構(gòu)造成因、沉積成因和成巖作用成因3種類(lèi)型的輸導(dǎo)體系。在油氣成藏體系研究中，既要重視對(duì)單一輸導(dǎo)體系本身的研究，也要重視對(duì)各種輸導(dǎo)體系空間組合的研究。

油氣輸導(dǎo)體系作為烴源巖與圈閉的紐帶，其空間展布和組合方式?jīng)Q定了油氣運(yùn)移的方向和路徑。針對(duì)模擬結(jié)果與實(shí)際油氣顯示證據(jù)矛盾的情況，可以反思地質(zhì)模型構(gòu)造中輸導(dǎo)體系的設(shè)置是否合適，從而促使對(duì)油氣成藏體系中輸導(dǎo)體系研究的深入。

2.5 應(yīng)用油氣組分追蹤技術(shù)分析烴源巖層貢獻(xiàn)比例

疊合盆地中往往存在多套烴源層，已經(jīng)聚集油氣藏中的油氣主要來(lái)自那套烴源層的問(wèn)題。傳統(tǒng)油源對(duì)比研究常采用有機(jī)地化定性的方法，而這種烴源巖示蹤分析技術(shù)在IES的含油氣系統(tǒng)模擬中同樣可以實(shí)現(xiàn)，人們可以對(duì)地質(zhì)模型中的多套烴源巖體系分別予以指定，每套烴源層都有自己獨(dú)立的化學(xué)動(dòng)力生烴模型，能夠生成各自的多烴源組分。在整個(gè)油氣運(yùn)移和二次裂解過(guò)程中，這些生成的組分能分別被模擬追蹤每套烴源巖體系或二次裂解對(duì)含油氣系統(tǒng)中每個(gè)油氣藏的最終貢獻(xiàn)程度都能得到定量評(píng)價(jià)。

由于在本次的研究中，只模擬了中下寒武系烴源巖，未具體計(jì)算其不同烴源巖層貢獻(xiàn)比例，但是針對(duì)不同的烴源巖類(lèi)型應(yīng)用了不同的化學(xué)動(dòng)力學(xué)生烴模型，計(jì)算了中下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖烴源巖和泥質(zhì)烴源巖貢獻(xiàn)比例，這也充分證明了油氣組分追蹤技術(shù)的可行性。

2.6 據(jù)模擬動(dòng)態(tài)分析資源空間分布及變化

油氣成藏體系分析主要目的之一就是油氣藏分布規(guī)律的預(yù)測(cè)，以便為勘探?jīng)Q策提供有利區(qū)和指明勘探方向。三維模擬的結(jié)果之一就是油氣資源在現(xiàn)今地層格架中的可能分布。從圖1中可以看出，油氣成藏體系的邊界在不同的成藏旋回階段是變化的，其油氣的有利聚集區(qū)也是在不斷調(diào)整，且復(fù)雜化。

針對(duì)塔里木這樣的疊合盆地，由于發(fā)生了多期且復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，油氣藏經(jīng)歷了形成、破壞、調(diào)整再聚集的復(fù)雜過(guò)程，動(dòng)態(tài)演化分析有助于還原油氣藏的這一復(fù)雜形成過(guò)程。

3 結(jié)論

疊合盆地復(fù)雜的地質(zhì)特點(diǎn)導(dǎo)致了油氣分布規(guī)律的復(fù)雜性。油氣的分布不僅受生烴中心控制，也與后期的調(diào)整關(guān)系密切，要弄清其油氣藏的分布規(guī)律，需要加強(qiáng)成藏動(dòng)態(tài)過(guò)程的研究。通過(guò)油氣成藏體系成藏要素的研究構(gòu)建地質(zhì)模型，采用“正反演”結(jié)合的“動(dòng)態(tài)演化”研究方法，這是一種有效嘗試，也被證明其是可行的。

同時(shí)，油氣成藏體系動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果的可靠性，一部分取決于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，更重要的還是依賴(lài)于地質(zhì)工作者對(duì)研究工區(qū)成藏要素的認(rèn)識(shí)，以及其它相關(guān)模擬參數(shù)的研究，特別是對(duì)輸導(dǎo)體系的研究是重點(diǎn)。

［1］金之鈞.中國(guó)典型疊合盆地與油氣成藏研究新進(jìn)展：以塔里木盆地為例［J］.中國(guó)科學(xué)D輯：地球科學(xué)，2004，34（增刊1）：1-12. Jin Zhijun.New advancementin research ofChinese typical superimposed basins and reservoiring：taking Tarim Basin as an example［J］.Science in China Ser.D，2004，34（S1）：1-12.

［2］金之鈞.中國(guó)典型疊合盆地油氣形成富集與分布預(yù)測(cè)［M］.北京：科學(xué)出版社，2007：236. Jin Zhijun.Petroleum accumulation and distribution of Chinese typical superimposed basins［M］.Beijing：Science Press，2007：236.

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［7］金之鈞.中國(guó)典型疊合盆地及其油氣成藏研究新進(jìn)展（之一）：疊合盆地劃分與研究方法［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2005，26（5）：553-560. Jin Zhijun.New advancementin research ofChinese typical superimposed basins and reservoiring （PartⅠ）:classification and research methods of superimposed basins［J］.Oil&Gas Geology，2005，26（5）：553-560.

［8］金之鈞.中國(guó)典型疊合盆地油氣成藏研究新進(jìn)展（之二）：以塔里木盆地為例［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2006，27（3）：281-288. Jin Zhijun.New advancementin research ofChinese typical superimposed basins and reservoiring（PartⅡ）：taking Tarim Basin as an example［J］.Oil&Gas Geology，2006，27（3）：281-288.

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Discussion on research method of hydrocarbon accumulation system in superimposed basin

Xu Zhongmei1，2
(1.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China；2.Research Institute of Exploration and Development,SINOPEC,Beijing 100083,China)

Dynamic evolution process of hydrocarbon accumulation system is strengthened through the use of three-dimensional modeling.The study method of hydrocarbon accumulation system is discussed by adopting the thinking of forward-inversion combination.Entire study process can be divided into five steps,i.e.establishing geological model according to the accumulation factors,calculating the hydrocarbon generation amount by stages through the forward of hydrocarbon generation process of source rock and the time-space evolution,adjusting the ultimate hydrocarbon distribution by the study of transporting system,analyzing the contribution proportion of different source rocks in terms of the tracing technique of oil and gas component,analyzing the spatial distribution and change process of resource on the basis of the three-dimensional modeling result.

superimposed basin;hydrocarbon accumulation system;dynamic evolution;3D modeling;forward-inversion

國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)“海相碳酸鹽巖層系大中型油氣田分布規(guī)律及勘探評(píng)價(jià)”（2008ZX05005-001）

TE121.2

：A

1005-8907（2011）02-154-04

2010-08-09；改回日期：2011-01-14。

徐忠美，男，1980年生，在讀博士研究生，研究方向?yàn)楹蜌庀到y(tǒng)模擬、資源評(píng)價(jià)、油氣成藏。E-mail：xzm-79@163.com。

（編輯趙旭亞）

徐忠美.疊合盆地油氣成藏體系研究方法探討［J］.斷塊油氣田，2011，18（2）：154-157. Xu Zhongmei.Discussion on research method of hydrocarbon accumulation system in superimposed basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2011，18（2）：154-157.