（地质资源与工程专业论文）东濮凹陷深层天然气成藏机理研究.pdf

摘要 本文立足于东濮凹陷勘探实践，以烃源岩生烃演化和气源对比研究为基础，以 典型深层天然气藏成臧动态过程解剖为主线，应用天然气成藏理论、高精度流体 包裹体分析、天然气成因判识、自生伊利石测年等一系列油气地质新理论、新技 术，研究深层气藏成藏机理，分析深层天然气藏成臧主控因素。 综合利用镜质体反射率法和声波时差法恢复了占近纪末期地层的剥蚀厚度。在 此基础上，恢复了东濮凹陷上古生界和古近系烃源岩热演化史与生烃史。研究表 明，东营组沉积末期各洼陷地层剥蚀量大小不一，且具有隆起一斜坡一凹陷中心 剥蚀量依次减小的特征，由此，烃源岩生烃得到不同程度的抑制甚至停止；新近 纪以来盆地整体沉降和不同程度的沉积补偿使得烃源岩进入二次生烃阶段，故两 套烃源岩埋藏和生烃演化具有时空分段性，生烃高峰期各异。 采用天然气组分、碳氢同位素、惰性气体同位素等方法进行气源对比。东濮凹 陷天然气按成因可分为煤成气、油型气和混合气三种类型。煤成气主要聚集在中 央隆起带早期形成的圈闭中；凝析气藏主要环绕濮城前梨园、葛岗集和柳屯海通 集洼陷三大生气中心分布；混合型凝析气藏分布在断穿基底的二、三级断层附近。 煤成气主要由烃源岩干酪根直接裂解而成，以游离相态运移为主，源岩内异常 高压是煤成气运聚的主要动力，输导体系以断裂为主，成藏时间为沙一段至东营 组剥蚀期，东营运动过程中，天然气边充注边散失，为一期连续充注动态成藏。 深层凝析气类型包括原生型、原油裂解型、气侵富化型、逆蒸发型和混合型，源 岩流体异常压力是油气运聚原始动力，以砂体输导、环洼分布为主，三期成藏： 沙一一东营沉积期、东营抬升剥蚀期和新近纪7 5 m a 以来。 煤成气成藏主控因素为烃源岩、输导体系和盖层。其中，烃源岩生气中心控制 气藏的分布范围，输导体系控制天然气运聚成藏系统，盖层条件控制天然气纵向 富集层位。深层凝析气成藏主控因素为烃源岩、成藏时间、输导体系、盖层。烃 源岩母质条件控制凝析气富集程度，埋藏深和晚期成藏有利于凝析气藏的形成和 保存，输导体系控制凝析气运聚成藏和分布，盖层条件控制天然气纵向富集层位。 关键词：天然气，输导体系，成藏机理，主控因素，东濮凹陷 d e e pg a sa c c u m u i a t i o nf o r m a t i o nm e c h a n i s m i nd o n g p ud e p r e s s i o n c h a n gz h e i l h e n g ( g e o l o g i c a lr e s o u r c e sa n dg e o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp m f j i a l l gy o u l u a b s t r a c t b a s e do ne x p l o r a t i o np r a c t i c e ，h y d r o c a f b o ne v o l u t i o no fs o u r c er o c ka n dg a s s o u r c ec o n l a t i o n ，t a k i n gd y l l 枷i cp r o c e s so fr e s e r v o i rf o n l l a t i o nf o rs p e c i a lg a sf i e l d ， t o g e t l l c r 、“血a p p l y i n gr e s c r v o i rf o m l a t i o n 也e o r yo fn 砒u r a lg a s ，i i l c l u s i o na 1 1 a l y s i so f n l l i d s 、v i mh i 曲a c c u r a c y n a t u r a lg a sg c n e s i sr c c o 鲥廿o n ，a u t o g c n i ci l l i t ea g ed a t 抽g ， m i sp a p e rh a ss t u d i e dg a sr e s e n ，o i rf o n n a t i o nm e c h a n i s ma 1 1 da n a l y z e dp r i i l c i p l ef a c t o r s c o n t m l l i n gg a sr e s e r v o i rf o m a t i o n i n t e g r a t i v e 印p l y i n go fv i 仃i n i t er e n e c 锄c e a t l di n t e r v a l 仃a n s i tt i m em e t h o d r e c o v e r e dd e n u d e dt l l i c k n e s so fl a t ed o n g y i i l gf o 】弧a t i o no fb a l e a o g c n c b yb u r i a l l l i s t o r y 觚di n t e g m t i v et 1 1 e 咖a ll l i s t o r ys i m u l a l i o n ，t h e m a le v o l 砸o na i l dh y d r o c 缸b o n g e n e r a t i o no fu p p e rp a l e o z o i ca n db a l e a o g e n es o u r c er o c kh 龉b e e nr e c o v e r e di n d o n g p ud e p r e s s i o n s t i l d y s h o w sd e n u d a t i o no fl a t e d o n g y i n g f o m l a t i o ni s c l l a m c t e r i s t i c ：t l l i c k l l e s sd e c r e a s e sa l o n gu p l i r - s l 叩e c e m e rd e p r e s s i o n a sa l lt h eb a s i n s u b s i d e da i l dv a r y i n gd e g r e e ss e d i m e n t a r yc o m p e n s a t i o ns i i l c ee o g e n c ，s o u r c er o c k i n t a k es e c o n ( 1 a r yo i lg e n e r a t i o n s os o u r c em c kb i 】r i a la n dh y d f o c a r b o ng e n e r a t i o n e v o l m i o no fb a l e a o g e n ei nd o n g p ud 印r e s s i o na r eo ft i m e s p a c es u b s e c t i o na n d h 、，d r d c 盯b o ng e n e 洲o np e a ki so b v i o u s l yo f t i m es p a c ed i 任b r e n c e u s i l l gc o m p o n e i n so fn a t u m lg a s ，c 盯b o na n dh y d r o g c ni s o t o p ca n di i l c ng a s e s i s o t o p e ，a i rs o u r c ec o r r e l a t i o nf o rn a t 嘶lg a s1 1 a sb e e nc 枷e do u t n a t u 蹦g 髂i n d o i l g p ud e p r e s s i o nc a l lb ec l a s s m e di n t oc o a lb e dg a s ，o i lb e dg a s 肌dm i x e dg a sb yi t s g e i l c s i s c o a lb e dg 器m a i n l ya c c l l i n l l i a t e si l lt h et r a pd e v e l o p e de a r l yi l lc e n t m lu p i i r ； c o n d e n s a t eg a sr e s e r v o i rm a i l l l ys u r m m l d s3p r i n c i p l eg 船g e n e r a t i o nc e n t e ri n c l u d i n g p u c h e n g q i a n l i y 咖s u b d e p r e s s i o n ，g e g a i l 由is u b - d e p r e s s i o n a 1 1 dl i u t 哪一h a i t o n 西i s u b d e p r e s s i o n ；w l l i l em i x e dc o n d e 璐a t eg a sr c s e r v o i ra r ci l e a rt l l ef h l l l t sm m u g hm c b a s e m e n t c o a lb e dg a sd e r i v e df 硒mk e m g e nc r a c k i n go fs o i l r c er o c k ，m a i nm i g r a d n gi n d i s s o c i a t e dp l l a s e a b n o m a ll l i g hp r e s s u r ei nt b es o u r c em c ki sm em a i nd r i v ef o rg a s a c c u m u l a t i o na n dm i g r a t i o n m i g r a t i o np a 也w a y sg i v ep r i o r i t yt o 劬c t u s ，r e s e r v o i r f o m a t i n g i nd e n u d a t i o np h a s e 劬me s lt oe d i nt h e p r o c e s s o fd o n g y i n g t e c t o g e i l e s i s ，g a sd i s s i p a t e dw h e ni t si n f h s i n g ，d y n 锄i cr c s e r v o i rf o m l a t t i n g i so n e s e r i s e si n f u s i n g d e 印c o n d e n s a t eg a si n v o l v e sp r i m a r yt y p e ，c n l d eo i lc r a c k i n gt y p e ，g a s c u n i n ge i l r i c l l i n e mt y p e ，血v e r s ee v a p o r a t i o nt y p ea n dm i x e dt y p e a b i l o 衄a ll l i 曲 p r e s s l l r ei nt h es o u r c er o c kl i q u i di st l l em a i no r i g i n a l “v ef o ro i la i l dg a sa c c u m u l a t i o n a n dm i g r a t i o n ，g i v ep r i o r i t yt os 姐d b o d ym i 掣a t i o np a t h 、v a y s a 1 1 d s u i t o l l i l d i n g d i s 仃i b 嘶n g ，d i v i d i n gi m o 恤七er e s e o i rf - o m a t i o n ：e s l 一e d ，t l l et i m eo fd o n g y i n g t e c t o g e n e s i sa n d 7 5 m as i n c en e o c e n e t h e r ea r cm a i n l y3f a c t o r sc o n 缸o l l i n gc o a lb e dg a sr e s e r v o i rf 0 珊a t b nc o m p r i s i n g o fe f f t i v es o u r c er o c k ，t r 眦s p o ns y s t e ma n dc a pr o c k ，眦o n gw h i c hg a sg e n e r a t i o n c e n t e rc o m m l sg 懿r e s e n r o i rd i s 仃i b u t i o n ，协m s p o r ts y s t e mc o n s 舰i l l sg 嬲a c c u m l l l a t i o n a 1 1 dm i g r a t i o na 1 1 dc a pm c kl i m i t sv e n i c a le i l r i c m e n to ft h eg a s i ti ss u m m e du pt l l a t p r i n c i p l ef a c t o r sc o n t m l l i n gc o i l d e n s a t eg a sr e s e r v d i rf o m a t i o n 洒c l u d e ss o u r c er o c k ， r e s e r v o i rf o m l a t i o nt i m e ，咖s p o r ts y s t e ma n dc a pm c k p a r e mm a t e r i a lo fs o u r c em c k c o n 打o l sc o r l d e 璐a t eg a se n r i c h m e n t d e e pb 嘶a la l l d l a t er e s e o i rf o 珊a t i o na r c f h v o r a b l ef o rd e v e l o p m e n ta n dp r e s e a t i o no fd e e pc o n d e n s a t eg a s t s p o r ts y s t 锄 c o n 臼o l sc o n d e n s a t cg a sa c c 啪u l a t i o n ，m i 伊a t i o na l l da c c u m l l l a t i o na n dc 印r o c k c o n t r o l sv e r t i c a le 血c l l i i l e n to f n a l 删g 船 k e ) rw o r d s ：n a t u m lg a s ，t r a n s p o r ts y s t e m ，f o 咖a t i o nm e c h a 正s m ，d o m i n a n tc o n t m l f k t o r s ，d o n g p ud e p r e s s i o n 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所 取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以 标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人 或他人为获得中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的 说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：虚纽日期：哆埠，月7 。日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其 印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部 门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论 文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作 指导教师签 日期：确肛月，。日 日期：柳年，占月。日 东濮凹陷深层天然气成藏机理研究 创新点摘要 1 综合利用烃源岩热演化史恢复技术、流体包裹体测温和g 0 1 分析技术，研 究了煤成气气源岩热演化史、主生烃期、成藏期次和后期保存过程，首次证实东 濮凹陷文2 3 气田煤成气主要成藏期为沙一段至东营组剥蚀期，且在东营运动过程 中，天然气一边充注成藏一边散失，散失量大于充注量，是一个聚集和散失的动 态成藏过程( 见第3 、5 章) 。 2 依据凝析气藏形成时的相态和过程可分为原生和次生两种成因，原生凝析 气藏有早期成烃旋回晚期高成熟一过成熟凝析气藏和晚期成烃旋回二次生气高成 熟一过成熟凝析气藏，次生凝析气藏分为运移分异型、气侵富化型和原油裂解成 因型，多成因混合决定了东濮凹陷凝析气藏的复杂性( 见第4 、6 章) 。 3 煤成气成藏主控因素为烃源岩、输导体系和盖层。其中，烃源岩生气中心 控制天然气藏的分布范围，输导体系控制天然气运聚成藏系统，盖层条件控制天 然气纵向富集层位。深层凝析气成藏主控因素概括为烃源岩、成藏时间、输导体 系、盖层。烃源岩母质条件控制凝析气富集程度，埋藏深和晚期成藏有利于深层 凝析气藏的形成和保存，输导体系控制凝析气运聚成藏和分布，盖层条件控制天 然气纵向富集层位( 见第6 章) 。 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 第l 章引言 1 1 选题依据及目的意义 东濮凹陷经过近半个世纪的油气勘探开发，先后经历了1 9 5 5 1 9 7 5 年早期区 域侦察阶段，1 9 7 6 1 9 8 7 年大规模油气勘探、开发阶段，1 9 8 8 1 9 9 9 年“三新”勘探 和外围盆地勘探阶段和2 0 0 0 2 0 0 6 年深化勘探阶段，累计探明石油地质储量 5 4 3 5 l 1 0 8 t ，天然气地质储量6 1 1 7 7 1 0 8 m 3 。从1 9 7 9 年7 月1 日投产至2 0 0 4 年底 累计开发了1 5 个油气田，累计生产原油1 1 1 1 5 1 0 8 t ，天然气3 9 9 9 1 0 8 m 3 ，成为 我国东部重要的石油和天然气生产基地。 东濮凹陷深层是指石炭一二叠系、中央隆起带e 妒一e s 4 、东西两洼e s 3 3 及 3 5 0 0 m 以下层位。据三次资源评价，东濮凹陷天然气总资源量3 6 7 5 1 0 8 m ，探明 地质储量4 7 9 8 8 1 0 8 m 3 。近占1 3 o 。据研究，剩余资源量7 4 分布在3 5 0 0 m 之下 的深层。该凹陷煤成气资源量十分丰富，达到l l l l 3 1 0 8 m 3 ，但目前找到的煤成气 藏( 田) 主要有文2 3 气田、户部寨气藏和马厂气藏。煤成气探明率仅为2 2 6 ，探 明程度还很低，仍蕴含着巨大的勘探潜力；同时该区油型气资源也很丰富。然而 自上世纪9 0 年代以来，随着东濮凹陷以古近系为主体的大、中型构造油气藏勘探 程度的逐渐提高，天然气勘探难度逐渐加大，储采比逐年下降，气田稳产的难度 不断增加，而中原及周边地区对天然气需求量不断增大，天然气产量与市场需求 的矛盾日益突出。因此，充分利用新理论和新方法，加快深层天然气勘探，满足 国民经济发展的需要已成为紧迫的任务。 纵观东濮凹陷天然气勘探历程，每次大发现都离不了勘探理论的指导，如 1 9 7 6 1 9 8 7 年，以圈闭( 背斜) 找油说，发现了一大批构造油气田，奠定了东濮凹 陷油气勘探开发资源的基础；2 0 0 0 2 0 0 4 年，以复式油气聚集带( 滚动勘探) 理论 深化老区勘探，并提出“煤成气早期成藏、中央高垒带富集，凝析气晚期成藏、环 洼富集”的认识，有效地指导了勘探，油气探明储量明显回升。但必须清醒地认识 到，该凹陷是一个极其复杂的富油气凹陷，随着该区勘探开发程度的日益提高， 寻求新的天然气勘探方向和勘探领域，需要新的、有别于油藏形成理论的气藏成 藏理论作为指导。相对于东濮凹陷油气勘探程度来说，该区深层天然气成藏理论 研究仍较为薄弱，还存在许多制约天然气勘探的成藏理论问题亟待研究，深层天 第l 章引言 然气成藏主控因素、成藏模式、分布规律有待于进一步明确。因此，研究东濮凹 陷深层天然气成藏机理，建立天然气富集成藏模式，已成为天然气勘探面临的急 迫问题。 目前，渤海湾盆地其它坳陷天然气勘探均有新的突破，均发现了煤成气和凝 析气两类天然气，但多为找油过程中偶然发现，迸一步勘探缺乏相应的理论指导， 特别是具渤海湾富油盆地特色的天然气成藏理论。东濮凹陷深层天然气资源丰富， 发育上古生界和古近系两套气源岩，可形成煤成气和油型气，是渤海湾盆地中唯 一的一个既富油又富气的凹陷，也是天然气成藏最有代表性的一个凹陷，上世纪 八十年代文留煤成气田发现和相关的理论研究，为渤海湾盆地其它坳( 凹) 陷寻 找煤成气藏( 田) 提供理论依据和研究实例，推动了富油盆地天然气勘探。因此， 研究并形成渤海湾盆地特色的天然气成藏理论，东濮凹陷具有得天独厚的条件， 研究成果对渤海湾盆地其它坳( 凹) 陷的天然气勘探有借鉴意义。 本论文有助于深化对东濮凹陷深层天然气成藏规律的认识，丰富我国陆相盆地 天然气成藏理论，具有重要的理论意义和较高的实用价值。 1 2 天然气成藏理论研究现状及进展 1 2 1 天然气成藏理论 天然气来源的广泛性和易于溶解、运移、散失的特性，决定了天然气比石油 具有更多的运聚成藏方式和时空分布的广泛性【m 】。天然气藏的复杂成藏过程一直 是天然气地质研究的难点和热点。近年来，随着天然气勘探和地质综合研究的不 断深入，提出了天然气成藏动平衡理论1 3 j 、天然气多期成藏、晚期成藏理论1 4 5 j ；建 立了不同类型大中型气田成藏模式删；初步建立了成藏过程中天然气聚散定量评 价方法【1 川和成藏期次的确定方法。同时，在非常规天然气藏( 如深盆气藏、煤层气藏) 形成机制研究方面也取得了重要进展。 ( 1 ) 天然气运聚动平衡理论 在天然气扩散和渗流作用下，烃源岩生成的天然气进入储集层运移聚集，也不 断从已形成的气藏中散失，此过程中同时存在气体散失和烃源岩生气补充，当地下 天然气的散失和补充达到某种程度的相对平衡时，即出现天然气运聚动平衡。天然 气运聚动平衡模型将天然气由烃源岩中生成并排出、在运载层中二次运移和聚集、 2 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 成藏后散失的过程描述为动态的连续过程。当天然气补充量大于散失量时，天然气 在气藏中不断富集；反之，圈闭中的天然气不断减少，乃至全部散失。气源充注强度 和时间以及封盖保存条件是气藏能否形成的重要因素。 ( 2 ) 天然气晚期成藏理论 天然气晚期成藏理论基于天然气成藏动平衡原理和气藏的保存要求而提出，即 天然气藏的成藏期晚和现今仍有气源供给是大中型气田形成的关键。通过对大量 已知气藏的解剖分析证明我国大多数气田都是在白垩纪以后形成的【1 1 d 2 1 。天然气 藏形成晚，有利于天然气的保存。我国主要含油气盆地被构造运动频繁改造，天然气 藏一般经历多期成藏过程，而早期形成的气藏受后期构造运动的改造和破坏难以保 存，只有最后一期较晚成藏的气藏才可能保存至今。 ( 3 ) 深盆气成藏理论 深盆气是非常规天然气。美国、加拿大等对深盆气的研究和勘探、开发居于 世界前列，取得了巨大的经济效益。我国在2 0 世纪9 0 年代初对鄂尔多斯盆地、四 川盆地川西地区深盆气成藏条件进行了研究和勘探实刚”4 4 】，在深盆气成藏机理研 究方面也取得了重要进展【1 5 1 6 1 。 ( 4 ) 大中型气田成藏条件 天然气成藏在“源控论”思想的基础上，进一步强调源( 岩) 盖( 层) 共控的地位和 作用。”源盖共控论”理论思想的核心认为，要形成有商业规模的天然气聚集，并保 存至今供我们开发利用，除了要有雄厚的优质气源岩发育，以保证高强度( 一般大 于2 0 1 0 8 m 3 k m 2 1 的生气能力以外，还需要优质而连续稳定分布的区域性盖层与之 共生发育，这是天然气形成和保存的关键【l ”。 戴金星等【埔1 1 9 9 6 年通过对国内外大气田成藏条件分析总结出天然气藏形成和 富集的主要地质因素如下：一定规模的气源岩是大、中型气田形成和富集的物 质基础；一定厚度的较好的储层是大、中型气田形成的必要条件；区域盖层 对天然气藏的形成和富集极为重要；古隆起和早期圈闭对天然气聚集甚为有利； 主要生气期和成藏期晚，天然气散失量小，有利于大、中型气田形成；断层 和不整合面在改善储层性能和天然气运聚成藏方面起重要作用；“古散失”严重 时，二次生气过程对天然气藏的形成起决定性作用；地层抬升或流体向上运移 3 第l 章引言 中的脱溶( 脱附) 作用是游离气藏形成和富集的一种重要地质因素。在这8 项地 质因素，气源、储层、盖层和圈闭等前4 项为先决或基本条件，缺一不可；后4 项为充分条件，它们的存在有利于天然气更大规模的聚集。 综上所述，油气成藏理论是随着勘探的发展而深入的，油气勘探实践不断为 油气成藏理论提出新的问题，勘探实践及相关技术的发展又推动了油气成藏理论 的发展，不断发展的油气成藏理论又指导了油气勘探。天然气成藏理论的发展极 大地推进了我国天然气勘探的发展。现代油气成藏理论正朝着多学科、定量化发 展。 1 2 2 煤成气成藏理论 煤成气是指主要由腐殖型和腐泥腐殖型有机质进入热演化阶段生成的天然 气，烃源岩多为煤系地层。上个世纪四十年代，德国学者创立了煤成气理论，但 是未注意煤成油问题；六十年代澳大利亚学者确定煤系也能生油，成为煤成油理 论的开拓者，但对煤成油气的关系缺乏认识；七十年末，我国学者研究指出煤成 烃总体上以生气为主成油为辅，明确了煤成油气的辩证关系；进入9 0 年代以后， 人们在研究煤系生烃作用的同时，将更多的注意力集中于对煤系烃源岩的排烃能 力和煤成烃运移、聚集和成藏系统的综合研究。 煤成气理论的出现开辟了天然气勘探的一个新领域，开始了以“两元论”理论指 导找气的新局面，大规模地勘探与腐殖型源岩和腐泥型源岩有关的煤成气田和油 型气田，从而促进了我国天然气工业大好局面的形成和发展。我国学者提出煤系 是最有潜力的天然气勘探领域，对煤系生气机理、煤成气地化特征、鉴别指标及 富集规律进行了系统的研究。近二十年来在煤成气理论研究方面取得了一系列重 大成果。 ( 1 ) 煤系烃源岩演化及二次生烃 煤系烃源岩的分子结构决定了煤的演化过程中不断生成和释放小分子的煤成 气，但是不同演化阶段煤的生气能力不同。王涛将热力为主的煤的演化分为两个 主要区带热解作用带和高温裂解带【1 9 1 。戴金星等综合前人研究成果和煤系地 球化学分析资料数据的基础上，进一步将煤系有机质的演化生气过程划分为三个 阶段，即未成熟阶段( 泥炭一褐煤阶段r o o 5 ) 、成熟阶段( 长焰煤一焦煤阶段 4 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 o 5 2 。5 烃源岩形成的气田存在但 是比例很小) ，6 c l 3 0 是煤成气，5 5 - 2 5 1 ，6 1 3 c 3 2 3 2 是煤成气，凡是6 1 3 c 2 2 5 1 ， 6 ”c 3 - 2 5 5 是油型气，可以直接用于判别煤成气与油型气； ( 萤屹8 ，8 1 乜2 5 1 和乞5 5 1 3 c 3 1 2 3 2 区间内，大部分为煤成气，部 5 第l 章引言 分为混合气。 ( 3 ) 煤化作用早、中期( r d 为o 5 一1 3 5 ) 以成气作用为主、成油作用为辅是 煤成气的标志。 ( 4 ) 在与r o 为o 4 v 1 o 烃源岩有机成因关系的气中，如果伴有少量凝析油， 这种气是煤成气。 局部性指标很多，主要的有以下几个方面： 油气及其源岩氯仿沥青a ”族组分的碳同位素系列对比：同一烃源岩衍生物 的碳同位素组成的正常序列是：天然气 饱和烃 石油 芳香烃 非烃 沥青质 3 5 0 0 m ) 的e s 3 3 、e s 3 4 以湖底扇、三角洲及轴向 重力流沉积为特征。 ( 2 ) 储层物性特征 东濮凹陷天然气储层主要为砂岩储层，包括多套含气层系，其中沙四段和沙 三段为最主要含气层系，岩性主要以粉、细砂岩为主。深层主要以次生孔隙和微 裂缝为主，砂岩基本上都处于致密段，表现为低孔、低渗和小喉道特点，但在局 部地段孔隙结构出现异常，形成深层高异常孔隙带，这些异常孔隙带对天然气的 聚集和分布至关重要。 ( 1 ) 孔隙类型与孔隙结构特征 东濮凹陷砂岩储层孔隙主要有原生孔隙、次生孔隙和裂缝三大类，而在深层 主要以次生孔隙和微裂缝为主。砂岩孔隙纵向上划分为四个特征段，在中央隆起 带与洼陷带中，各孔隙演化特征段的深度有一定差异( 表2 一1 ) 。 表2 一i东濮凹陷中央隆起带与洼陷带孔隙演化阶段深度对比表 孔隙演化阶段洼陷带中央隆起带 原生孔隙段 3 8 0 0 m ( 2 ) 储层分类 常规( 低渗透) 储层 岩性为细砂岩一细粉砂岩，沉积相与高渗透储层相似，杂基含量小于l o ， 胶结物含量较高( 9 一1 5 ) ，主要成份灰质5 6 、白云质4 7 。石英次生加 大强烈，高岭石、伊利石等粘土矿物发育。孔隙类型以残余粒间孔隙、粒问溶蚀 孔隙和粒内溶蚀孔隙及微孔隙共生为特征。孔隙直径o 0 2 o 0 8 伽，平均喉道半径 为o 5 1 2 岬，孔喉连通性尚好，渗透率1 - 1 0 1 0 - 3 叫1 2 ，i 跏值0 1 o 5 ，声波时差 一般2 3 0 2 5 0 u s ，m 。 致密储层 根据东濮凹陷砂岩储层分类标准多属致密储层。致密砂岩储层物性很差，孔 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 隙度 1 2 ，渗透率 l l o 一3 m 2 ，阶 5 【m 2 g 】却) 。致密砂岩是东濮凹陷深层气最主要的储层类型，常规储层中的低渗透 层虽有，但分布零星、少见，形成规律不易认识，而高渗透层几乎不存在。 2 4 2 前第三系储层特征 ( 1 ) 储层构成 东濮凹陷前第三系储层自下而上由下古生界奥陶系灰岩、上古生界c p 碎屑 岩和中生界碎屑岩，这些储层在东濮凹陷的东侧断阶带、西部斜坡带及中央隆起 带部位构成8 个古潜山带，即胡状集一庆祖集潜山带、长垣潜山带、中央隆起潜 山带、徐集一马厂潜山带、龙王庄潜山带、毛岗一高庄集潜山带、东明集潜山带 和三春集潜山带。在古近系沉积前，潜山长期遭受风化、淋滤及构造断裂活动， 形成较有利的风化壳储层，储层中裂缝发育，并有溶蚀现象，裂缝构成了风化壳 储层的主要储集空间。泥浆漏失表明，风化壳储层存在裂缝性及溶洞性储集空间。 奥陶系 奥陶系地层为海相碳酸盐岩沉积，分布稳定，后期受到一定程度的剥蚀。峰 峰组上段厚度为6 叽8 0 m ，岩性为灰一深灰色灰岩夹少量薄层深灰色、灰白色泥岩 和石膏。峰峰组下段厚度为6 5 7 5 m ，上部为深灰色、褐灰色灰岩与泥灰岩不等厚 互层夹薄层白云岩，顶部见肉红色泥灰岩；中下部为深灰、褐灰色白云岩与泥质 白云岩、泥质灰岩不等厚互层；底部夹薄层膏质自云岩、砾屑云岩和石膏。上马 家沟组厚度为1 5 0 3 5 0 m ，上部为砾屑灰岩和薄层石膏；中部夹竹叶灰岩、结晶灰 岩；下部为云岩、泥云岩和石膏。 奥陶系灰岩裂缝分布普通。在与该潜山带相邻地区的奥陶系也见到了发育不 等的裂缝。 石炭一二叠系 石炭一二叠系地层厚3 5 0 巧0 0 m ，且自北向南有减小趋势。与邻区相比，地层 厚度较小。例如西北侧的范县，厚度达8 8 0 m ，龙王庄地区厚度小于5 0 0 m 。c p 下部为太原一山西组海陆交互相的含煤沉积，煤层厚度为1 5 砣o m ，暗色泥岩厚度 1 2 0 1 4 0 m 肉上过渡为河流相的碎屑岩沉积。 第2 章天然气成藏地质背景 石盒子组、石千峰组砂岩发育，裂缝分布较广，储层物性较好，可以作为有 效的油气储层，是潜山勘探重要的目的层之一。 中生界 中生界碎屑岩风化壳储层主要是砂岩跏。中生界碎屑岩风化壳储层最大厚度 累计达3 8 0 m ，沉积厚度由北往南减薄，黄河南地区厚度不足l o o m 。岩性为一套 红色陆相碎屑岩，砂岩百分含量为5 0 ，扣7 0 。砂岩的成分成熟度较低，镜下观 察多为孔隙式胶结，胶结物为泥质和灰质，其次为白云质和高岭石。高岭石的出 现是砂岩遭受大气淡水淋滤的重要标志之一。 中生界碎屑岩风化壳储层裂缝也很发育，砂岩本身的孔隙度和渗透率很低， 裂缝对整套储层的物性起着至关重要的作用。 ( 2 ) 储集空间类型 储层储集空间除本身孔渗条件外，发育大量裂缝、溶洞等，改善了储层储集 性能。 裂缝 按成因裂缝分为构造网状缝、树枝状淋滤缝、构造溶蚀缝、垂直溶蚀缝和水 平状沉积成岩收缩缝。奥陶系碳酸盐岩裂缝以构造缝占绝对优势，裂缝的发育除 受构造应力影响外，还受岩性、层厚等因素的影响。奥陶系灰岩岩性致密、性脆、 时代老，经历的构造运动次数多，裂缝发育。中生界和c p 为碎屑岩，其强度变 化大，块状砂岩和具平行层理的砂岩胶结作用强，岩性致密，构造裂缝发育，裂 缝被铁方解石、硬石膏充填或半充填。 溶洞和溶孔 在第三纪始新世以前，东濮凹陷西部斜坡带文明寨、卫城、胡状集、庆祖集 及高平集地区，中央隆起带的文留、马厂、徐集、葛岗集地区的中生界、c p 、 奥陶系地层处于隆起地区经风化、淋滤、剥蚀，形成溶洞溶孔。古近纪始新世 早期盆地发生裂陷、断裂，在隆起地区形成大量裂缝性储集空间，地表水和浅层 地层水可沿断裂及裂缝下渗，对地层发生溶蚀，形成溶孔、溶缝和溶洞。 由于大气淡水的淋滤作用，在不整合面附近及溶蚀淋滤缝附近形成少量溶洞 及溶孔，溶洞主要发育于奥陶系峰峰组灰岩中。风化淋滤作用使缝、洞、孔沿风 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 化壳表层分布，在东濮凹陷南部，奥陶系灰岩与古近系呈不整合接触，而北部地 区，为中生界与古近系成角度不整合接触。因此，南部地区溶洞、溶孔和裂缝主 要分布于奥陶系灰岩中，而北部地区溶缝、溶孔主要分布于古生界碎屑岩中。 2 。5 盖层特征 盖层是气藏形成的关键因素之一，盖层的质量和分布范围对东濮凹陷天然气 的分布范围和富集程度有重要影响。盖层岩石类型及其宏观分布，是盖层评价的 重要方面，客观存在受控于沉积环境和成岩演化。 2 5 1 盐岩盖层 东濮凹陷膏盐岩层分布在盆地北部，纵向上发育有六套盐岩，由下至上有： 文2 3 盐( e s 4 2 ) 、e s 3 4 盐、卫城下盐( e s 3 3 ) 、文9 盐( e s 3 2 ) 、e s 2 1 盐、e s i 盐，主 要分布在以文留、卫城构造为中心的区域，各套盐岩的厚度和分布范围有较大差 别，除受凹陷边缘碎屑补给影响外，还明显受成盐期的同沉积大断层控制，而其 中后四套盐岩与天然气的聚集成藏密切相关。从沙四上盐岩沉积开始，成盐中心 逐渐北移，e s 3 4 时期，盐岩主要沉积在前梨园一文留一柳屯的方向，盐岩之外的其 它沉积区则为碎屑岩沉积。而到了e s 3 3 沉积时期，盐岩的沉积中心转移到了户部 寨一卫城一文明寨一带，于是在文明寨一卫城一户部寨这样的地区内，e s 3 4 及其以 下地层的砂岩( 储集层) 就被e s 3 3 的盐岩所覆盖从而形成东濮凹陷油气最富集的储 盖组合之一。到e s 3 2 沉积期，成盐中心又逐渐南移。e s 3 2 沉积时期盐岩的沉积中心 再度从户部寨一卫城一文明寨一带转移到了户部寨一文留一带。盐岩构成油气富 集的优良盖层，文留、卫城、濮城油气田是东濮凹陷最大、最富的三个油气田， 己发现油气储量及油气产量就占了5 5 以上，发育多套厚层膏盐岩是重要原因之 一。e s l 盐岩分布范围大，虽然e s l 盐岩的厚度远不如e s 3 的那样厚，但盐岩的性 质良好，分布范围大。 2 5 2 泥岩盖层 ( 1 ) 泥岩盖层分布 东濮凹陷深层系( e s 3 2 - e s 21 ) 分布范围较大的厚层泥岩或泥岩集中发育段， 对油气的纵向分布有比较明显的控制作用。 有代表性的泥岩盖层有e 匈2 底部、e s 3 3 底部及e s 3 4 顶部的稳定暗色泥岩段， 第2 章天然气成藏地质背景 也是东濮凹陷的三个最大湖泛面，所形成的暗色泥岩段( 凹陷边缘颜色变浅) 分 布在凹陷大部分区域。不同区域泥岩段的厚度变化较大，主要受碎屑物源的补给 和同沉积断层控制。 e s 3 2 底部泥岩 以柳屯次洼和濮卫次洼南部最厚，达1 5 0 m 以上，白庙构造主体也达到8 0 m 以上，凹陷南北两边缘由于碎屑物源补给充足，这套泥岩已相变成砂岩。 e s 3 3 底部泥岩 凹陷北部的柳屯一海通集洼陷厚度大，介于6 0 9 0 m 之间，向东逐渐减薄，凹 陷南部的东部洼陷带这套泥岩厚度大约7 0 m 左右，向西逐渐减薄，凹陷南北边缘 泥岩已相变为砂岩。 e s 4 顶部泥岩 分布特征与e s 3 3 底的泥岩类似，凹陷北部的西部洼陷泥岩厚度达1 4 0 m 以上， 向东逐渐减薄，凹陷南部的东部洼陷带泥岩厚度在5 0 m 左右，向西逐渐减薄；凹 陷南北两边缘泥岩厚度值为零。 总之，针对各个湖泛时期沉积的泥岩，北部厚于南部，且北部泥岩最厚的区 域在西次洼，向东逐渐减薄；南部泥岩厚的区域在东次洼，向西逐渐减薄。另一 方面也反映了凹陷北部的盖层条件总体好于南部，同时烃源岩也比南部发育，这 也是凹陷北部成油气条件好于南部的一个方面。 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 第3 章气源岩热演化史与生烃史 烃源岩热演化史与生烃史研究是分析含油气盆地油气成藏过程的基础，其手 段是通过分析含油气盆地关键时期的热演化史和烃源岩埋藏史，明确烃源岩受热 演化进程，从面确定烃源岩生、排烃高峰期。 3 1 东濮凹陷热演化史 3 1 1 盆地古地温恢复思路与方法 沉积盆地的热演化史就是指盆地形成至今的地热流史、地温史和地温梯度史。 因为温度是烃类形成的主要控制因素，所以只有弄清盆地内各生烃层序所经历的 地温历史才能有效地评价成烃过程和计算产烃潜力。沉积地层及其有机物质的受 热历史与其所在盆地的构造发育史及地层埋藏史密切相关，因此热史分析是建立 在地史分析的基础之上。 盆地热历史的重建可以在岩石圈和盆地两种不同的尺度上进行。在岩石圈尺 度上，盆地热史可根据盆地成因、盆地构造一热演化模拟来恢复。在盆地尺度上， 热史则是利用各种古温标来重建。古温标的种类繁多，但利用古温标进行热史恢 复的基本方法不外乎以下三种：随机反演法、古地温梯度法和古热流法。 由于每种热演化史研究方法都有其局限性，因此，本次研究将构造演化与热 演化史相结合，应用多种古地温恢复方法进行综合研究。首先根据盆地不同时期 构造背景、类型，采用将今论古的方法，推断盆地不同演化阶段的古地温梯度， 并对多种地温计( 如镜质体反射率、包裹体测温) 资料综合分析、互相补充、验证， 以期得到对盆地地热史的合理解释。 3 1 2 东濮凹陷热演化特征 地温场与盆地类型及其构造活动、岩浆活动密切相关，中原地区自古生代以 来，经历了古生代一中生代早期地台沉积、中生代中期整体抬升、中生代晚期差 异沉降、新生代古近纪断陷沉积、新近纪拗陷沉积等阶段，不同地质时期的盆地 性质、构造活动、岩浆活动、沉积速率各不相同，因而具有不同的热体制和地温 场。 ( 1 ) 古生代中生代早期地温场特征 古生代盆地地温场多已被改造，不能应用古地温温标直接恢复。任战利等通 第3 章气源岩热演化史与生烃史 过与国内外相似盆地性质的对比认为，鄂尔多斯盆地早古生代地温梯度为 2 5 3 o 1 0 0 | m ，晚古生代一中生代三叠纪地温梯度可能为2 2 2 4 1 0 0 m 【5 3 1 。李 荣西等利用b a r k e r 公式计算济阳坳陷晚古生代地温梯度为3 4 9 3 9 2 1 0 0 m 【5 ”。 本区古生代一中生代早期属于华北