（矿产普查与勘探专业论文）鄂尔多斯盆地苏里格东区上古生界天然气成藏动力学研究.pdfVIP

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 鄂尔多斯盆地苏里格东区上古生界天然气成藏动力学研究 矿产普查与勘探 吴伟涛( 签名) 塞j 垫i 盘 赵靖舟( 签名)铀) 要 本文在综合前人研究成果和已有勘探资料的基础上，运用成藏动力学理论对苏里格 东区岩性气藏的成藏机理及控制因素进行了系统的研究。 研究区上古生界气源岩生气强度东南部高，西北部低，范围在8 1 0 8 3 0 x 1 0 8 m 3 k m 2 之间。储层为河流三角洲平原相沉积砂体，叠置厚度大，孔隙类型以溶孔，晶 间孔和粒间孔为主。上石盒子组和砂泥互层中的泥岩为天然气的保存提供了条件。 研究区所有气藏现今压力系数介于0 6 5 - - 1 0 0 之间，以异常低压系统为主。储层砂 体非均质特别强，多个压力系统共存，连通程度差。对太原一本溪组、山2 段、山1 段、 盒8 段和上石盒子组在最大埋深时期早白垩世的过剩压力和古压力进行恢复，认为最大 埋深时具有异常超压，且过剩压力和古压力分布具有一致性，总体表现为西南部高，东 北部低( 上石盒子组除外) 。温度的降低是压力由白垩世末期的超压系统转变为现今的低 压系统的主要原因。 苏里格东区气藏成藏有二期，晚侏罗世至早白垩世末为主要成藏时期。输导体系主 要为砂体型，盒8 砂体最为发育，山1 段的非均质性最强，山2 段居中。天然气运移动 力主要以浮力和异常压力为主。天然气运移方向为近南向北短距离的侧向运移。 研究区圈闭类型主要为岩性圈闭。研究区成藏组合分为源内式和源外式两种；晚侏 罗一早白垩世为主要成藏阶段；山2 气藏以垂向运移聚集成藏，盒8 和山1 气藏以近距 离侧向运移为主。 根据气源岩发育及分布情况、储集层特征、古今构造特征和最大埋深时期早白垩世 产生的异常压力特征等综合分析，可得出以下几点：( 1 ) 天然气藏的分布主要受生气强 度控制；( 2 ) 储层砂体展布控制气藏的规模，有利的生储盖组合为大规模岩性气藏的发 育提供了基本条件；( 3 ) 古隆起构造对现今气藏具有较强的控制作用；( 4 ) 异常压力为 大气田的形成提供足够的动力条件，有利天然气藏的形成。 关键词：苏里格东区成藏动力学压力系统成藏机理主控因素 论文类型：应用基础研究 i j s u b j e c t ：s t u d yo nt h ed y n a m i cp r o c e s so fu p p e r p a l e o z o i cn a t u r a lg a sa c c u m u l a t i o ni n t h ee a s t e r ns u l i g e ，t h eo r d o sb a s i n s p e c i a l i t y ：i n v e s t i g a t i o na n de x p l o r a t i o n o fm i n e r a lr e s o u r c e s n a m e ：w uw e i t a o i n s t r u c t o r ：z h a o j i n g z h o u ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) 汕蝴幻 a b s r l 。r a c t 0 nt h eb a s e do fp r o d u c t i o no ff o r e p a r t ，w i t ht h et h e o r yo fd y n a m i c so fg a sr e s e r v o i r i n g ， f 0 加1 i n gm e c h a n i s mo fl i t h o l o g i cp o o l sd u r i n gt h eu p p e r p a l e o z o i ci nt h ee a s to fs u l i g ea r e a ， c o n t r o l l i n gf a c t o ro fg a s p o o lh a v e b e e ns t u d i e d i nt h i sp a p e r t h eg a l sg e n e r a t i o ni n t e n s i t yo fh y d r o c a r b o ns o u r c er o c k si ns o u t h e a s to ft h es t u d ya r e a i s 1 1 i g h ，t h em e n s i t yi nn o r t h w e s to ft h es t u d ya r e ai sl o w , t h er a n g ei sb e t w e e n8 10 6 m i 【i t l 3 0 x10 8 m 3 胁2 1 1 1 e r ee x i s t ss a n d s t o n er e s e r v o i r so ff l u v i a l d e l t af a c i e sa n d t h es u p e r p o s i t i o n t h i c k n e s si sh i 幽，t h es o l u t i o no p e n i n g ，i n t e r c r y s t a lp o r ea n dr e l i cp o r e sa r e t h em a i nt y p e so f p o r e t h eu p p e rs h i h e z if o r m a t i o na n d t h em u d s t o n e so fs a n d s h a l ei n t e r b e da r ea d v a n t a g e o u s t ot h ep r e s e r v a t i o no fg a s t h eg a sp 0 0 1i nt h ee a s to fs u l i g ea r e ai sb e l o n gt ot h es y s t e mo f t h es u b n o r m a lp r e s s u r e ， t h ec u r r e n tr a t i oo ff o r m a t i o np r e s s u r ei sb e t w e e n0 6 5a n d1 0 0 ，t h er e s e r v o i rh e t e r o g e n e i t y 1 s i n t e n s e t h e r ee x i s tm u l t i p l ep r e s s u r es y s t e m e s ，t h ec o n n e c t i v i t yo f r e s e r v o i rs a n d s t o n e si s l o w 1 h r o u g ht h er e c o v e r yo ft h eh i g hp r e s s u r e a n d p a l e o p r e s s u r e o ft a i y u a n - b e n x i f o r m a t i o n , t h es e c o n dm e m b e ro fs h a n x if o r m a t i o n ( s h a n2 ) ，t h e f i r s tm e m b e ro fs h a n x i f o m a t i o n ( s h a l l1 ) ，t h ee i g h t hm e m b e r o fs h i h e z if o r m a t i o n ( h e8 ) ，u p p e rs h i h e z if o r m a t i o n d u r i n gd e e p e s tb u r i a ld e p t hi nt h ee a r l yc r e t a c e o u s ，i ts h o w e st h a tt h e r ee x i s t e da b n o r m a l o v e r p r e s s u r ea n dt h ed i s t r i b u t i o no fh i g hp r e s s u r ea n d p a l e o 。p r e s s u r eh a v et h ec o n s l s t e n c y ， t h ev a l u ei sh i 曲i ns o u t h w e s to ft h es t u d ya r e aa n dl o wi n n o r t h e a s t t h ed e c r e a s eo f t e m p e r a t u r ei st h em a i nc a u s eo ft h ec h a n g ef r o ma b n o r m a lo v e r p r e s s u r es y s t e m i nt h el a t e c r e t a c e o u st oc u r r e n ts u b n o r m a lp r e s s u r es y s t e m t h e r ee x i s tt w oi m p o r t a n ts t a g e sf o rg a sa c c u m u l a t i o n ，t h em a i nt i m eo fh y d r o c a r b o n r e s e r v o i r i n gw a sd u r i n gt h el a t ej u r a s s i ct o t h ee a r l yc r e t a c e o u s ，t h es a n d b o d yc a r e e rs y s t e m c o n s t i t u t e s 也em a i nc a r r i e rs y s t e m s ，t h em a i np o w e r o fp e t r o l e u mm i g r a t i o nw e r et h ef l o t a g e a n dt h es u b n o 咖a lp r e s s u r e t h eg a si ns t u d ya r e ah a st h ec h a r a c t e ro fm i g r a t i n gm a i n l y f r o m s o u t ht on o r t hi nc l o s eq u a r t e r s t h el i t h o l o g i ct r a p sa r et h em a i nt y p e so ft r a p si nt h es t u d ya r e a t h e r e a r et w om o d e l s o f h y d r o c a r b o n a c c u m u l a t i o na s s e m b l a g e s ： i n n e rs o u r c eh y d r o c a r b o n a c c u m u l a t l o n a s s e m b l a g ea n do u t e rs o u r c eh y d r o c a r b o n a c c u m u l a t i o na s s e m b l a g e i i i 英文摘要 a c c o r d i n gt ot h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s e s ，i n c l u d i n gs o u r c er o c kd i s t r i b u t i o n r e s e r v o i r c h a r a c t e r i s t i c ，p a l a e oa n dp m s e ms t r u c t u r a lp r o p e r t i e sa n da b n o r m a lp r e s s u r ed u r i n gd e e p e s t b u r i a ld e p t h ，i ti n d i c a t e st h a t ：( 1 ) t h eg a sr e s e r v o i r sd i s t r i b u t i o ni s m a i n l yc o n t r o l l e db yg a s g e n e r a t i o ni n t e n s i t y ：( 2 ) t h ed i s t r i b u t i o no fr e s e r v o i rs a n d s t o n e sc o n t r o l l e st h e p r o v i s i o n c a p a b i l i t yo fg a sr e s e r v o i r ，b e n e f i c i a ls o u r c e r e s e r v o i r - s e a la s s o c i a t i o n so 商玎t h eb a s i c c o n d i t i o no ft h ed e v e l o p m e n to fl i t h o l o g i c p o o l s ；( 3 ) p a l a e os t r u c t u r er i f th a st h eh i g h c o n t r o l l i n ge f f e c tf o rt h ec u r r e n tg a sr e s e r v o i r ；( 4 ) t h ea b n o r m a lo v e r p r e s s u r ep r o v i d e st h e p o w e ro fg a sm i g r a t i o n ，w h i c hi sf a v o r a b l ef o r t h eg e n e r a t i o no fg a sr e s e r v o i r st o o k e yw o r d s ：t h ee a s to fs u l i g ea r e a ，d y n a m i cp r o c e s so fr e s e r v o i r i n g ，p r e s s u r es y s t e m ， t h em o d eo fh y d r o c a r b o nr e s e r v o i r i n g , m a i nc o n t r o lf a c t o r so ft h ea c c u m u l a t i o n t h e s i s ：p r a c t i c a lf u n d a m e n ts t u d y i v 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 塑蒸盔 日期： 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 日期：迎旦里：臣：猡 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 篦一童绪诊 1 1 目的与意义 国家新一轮资源评价的结果表明，我国的天然气资源量为5 6 1 0 1 2 m 3 ，鄂尔多斯盆 地，塔里木盆地和四川盆地是最主要的三大天然气资源区【l 】。 自2 0 世纪5 0 年代以来，在鄂尔多斯盆地多个地区和层系发现了天然气。1 9 9 0 年鄂 尔多斯盆地下古生界气田的发现，并随后在陕1 4 1 井区和陕2 3 1 井区上古生界天然气勘 探取得突破，标志着鄂尔多斯盆地天然气勘探进入一个新的阶段。相继在镇川堡、榆林、 乌审旗、苏里格、子洲一米脂等地区发现了一批大中型气藏( 田) ，取得了重大的突破。 近年来，在盆地东部和陕北斜坡西部等地区天然气勘探又不断取得新的突破，含气范围 进一步扩大，预示着该区具有良好的天然气勘探前景。 在含多个世界级气田的鄂尔多斯盆地中，苏里格气田是中国第一大气区。2 0 0 7 年1 1 月1 6 日，苏里格天然气日产量突破l0 0 0 1 0 4m 3 ，从而使该气田具备了年产4 0 1 0 8m 3 的生产能力。截至2 0 0 7 年1 0 月9 日，苏里格气田天然气生产量已累计达到1 0 1 0 8 m 3 ， 天然气总资源量3 8 1 0 1 2m 3 。随着勘探的不断进行，对苏里格气田成藏地质条件和资源 基础的分析表明，苏里格气田周边地区与苏里格气田成藏条件类似，天然气勘探仍有很 大的潜力1 2 。其中苏里格气田东区就是该气田外围的一个有利区块。 本研究区鄂尔多斯盆地苏里格气田东区是近几年天然气储量增长的有利目标区，但 是，在其上古生界发现的气藏类型大部分是岩性气藏，属于隐蔽性气藏，具有低压、低 孔、低渗、低丰度、大面积分布的特征。与构造气藏相比，隐蔽性气藏固有的复杂性， 现有的地质认识和勘探技术还远远满足不了精确勘探的要求。同时对该地区的低压气藏、 低渗致密砂岩气藏成藏机理和低压的成因等研究还缺乏深入认识【3 。5 j 。 另外，围绕鄂尔多斯盆地苏里格地区上古生界天然气成藏地质条件进行了大量的研 究工作，并在层序地层学、沉积岩石学、储层地质学、天然气地球化学等方面取得了可 喜的成果。然而，与天然气勘探关系更为密切的天然气成藏动力学，即天然气运移与聚 集的研究还十分薄弱，以致于目前对上古生界大中型气田的运移特征、成藏机制与分布 规律等还缺乏深入认识，从而必然影响到上古生界天然气勘探的进一步深化。 随着上古生界天然气勘探程度的不断提高，其勘探的难度也日益增大，特别是下一 步大中型气田的勘探方向与勘探目标的选择，已成为目前迫切需要解决的勘探问题，同 时也是一个难度较大的地质问题。为此，有必要全面深入细致地通过成藏动力学研究开 展对鄂尔多斯盆地苏里格气田东区上古生界隐蔽性气藏( 岩性油气藏) 的特征、成藏条 件、低压气藏的成因和成藏机理，特别是成因机理( 包括气藏地质条件、运移动力、方 式、方向、时间、运移通道和距离等) ，不仅具有重要的理论价值，而且对该区下一步天 然气勘探部署和有利勘探目标的选择具有重大的指导意义。 西安石油大学硕士学位论文 1 2 油气成藏动力学的研究概况 油气成藏理论是石油地质学的核心内容。探索含油气盆地中油气藏的成藏理论一直 是国内外石油地质家们油气成藏研究的目的。随着世界范围内石油和天然气需求量的不 断增加，油气勘探难度越来越大，油气勘探对象也在发生改变一由构造油气藏向隐蔽油 气藏的转变，新理论、新体系也随之而出。李德生院士【6 】在总结中国石油地质学的理论 和实践时指出，含油气系统理论的引进和油气成藏动力学的产生，反映了9 0 年代石油地 质学的主要进展。 成藏动力学是一门刚刚起步的新学科，是含油气系统的新发展，是含油气成藏理论 的补充。成藏动力学是研究烃类流体的运移、聚集、调整和破坏的速率、机制和过程的 一门学科【7 1 。油气成藏动力学研究的主要内容是通过对油藏的运移动力学、聚集动力学、 保存动力学和破坏动力学的综合的、动态的研究分析，来划分成藏动力学系统、恢复成 藏过程、重建成藏历史、搞清成藏机理、建立成藏模式，来指导油气勘探开发。对于特 定的沉积盆地，成藏流体的来源、运移动力、相态、路径、方式、充注过程和充注时间 就是油气成藏动力学研究的主要内容。 油气成藏动力学研究是石油地质学研究发展的必然i 引，也是石油地质学研究思想和 研究方法随整个科学技术的进步和地质科学的发展而呈现出的发展趋势。可是不同的学 者对于成藏动力学涵义的理解存在较大的差异，没有明确、统一的定义。然而动力学的 思想早已在国内形成。 金强等( 1 9 9 5 ) 1 9 从解释油气藏在沉积盆地中所受到的各种营力作用及其在多种营 力作用下形成、演化或消亡全过程及油气水分布模式出发，提出建立油气藏成藏动力学 和地质模型；以研究构造及营力场演化史、储集空间发育史、渗流物理演变史和油气运 移聚集史；以物理和数学拟相结合的方法，探讨油藏形成的控制因素，得出油藏形成机 理和成藏模式。对油气成藏动力学进行的设想和展望。 田世澄等( 1 9 9 6 、1 9 9 7 、2 0 0 0 、2 0 0 7 ) 1 1 0 - 1 4 】根据我国东部陆相盆地多旋回、多油气 层、多凹陷、多类型储层和复式油气聚集带的特点，提出了“成藏动力学系统”的概念。 他认为成藏动力学系统包括两个最基本的部分：一是成藏动力学条件；二是动力学过程 和结果。又扩充了他们原来的概念，提出“成藏动力学系统是盆地内流体运移的一个客观 存在的复杂天然系统，它包括了两个最基本的条件：一个是若干个成藏动力学的子系统； 二是联系这些子系统的连通体系。他正确指出成藏动力学系统是含油气盆地内一种客观 存在的复杂天然系统。指出成藏动力系统的构造要素包括排液( 烃) 单元、排液( 液) 组合、 成藏动力子系统、连通体系等。 张树林等( 1 9 9 7 ) 1 5 】认为成藏动力系统是指具有统一油气运移和聚集动力源的地质 单元，指出含油气盆地一般存在多个成藏动力系统，彼此成为相互独立或半独立的油气 运移聚集单元。随后又提出“复式成藏动力学”，存在于复式油气聚集带内，实际上是一 2 第一章绪论 个油气藏组合和空间分布的概念，复式油气聚集带中的油气可以是同一油源( 区或层) 的 产物，也可以是不同油源的混合物，将之定义为“由不同储油层系和不同圈闭类型叠合连 片”的含油气( 区) 带。 康永尚等( 1 9 9 7 、1 9 9 8 、1 9 9 9 ) 1 6 - 2 0 】认为一个油气成藏流体动力系统是由固体格架 和其中的流体( 油、气、水) 组成的一个统一整体，它具有特定的功能和相对稳定的边界， 其中的流体构成一个流动单元，受控于一个统一的压力系统。并将成藏流体动力学系统 分为重力驱动型、压实驱动型、流体封存型和滞流型等4 种类型，认为成藏流体动力学 系统可以是跨油气系统的。 赵文智、何登发( 2 0 0 0 ) 【2 lj 运用了“运聚单元”的概念，指出运聚单元是含油气系统 内部有一组汇聚流确定的、并由油气运移分割槽与油气运移最大空间外边界圈定的可供 油气聚集的三维地质单元。 郝芳( 2 0 0 0 ) 2 2 】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，在盆地演化历史中和输导格架下，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、演化和运移过程和聚集规律的 综合性学科。研究的基础是盆地演化历史和流体输导格架，研究的核心是能量场( 包括温 度场、压力场、应力场) 演化及其控制的化学动力学和流体动力学过程。 杨甲明等( 2 0 0 2 ) 2 3 1 认为油气成藏动力学研究是指在某一特定的地质单元内，在相 应的烃源体和流体输导体系发育的格架下，通过对温度、压力( 势) 、应力、含烃流体等 各种物理、化学场的综合定量研究，在古构造发育的背景上历史再现油气生、排、运、 聚乃至成藏全过程的多学科综合研究，其目的是由油气成藏的动力学机理出发，进行区 带和勘探目标的评价，并形成一套可操作的方法。 张厚福，方朝亮( 2 0 0 2 ) 【2 4 】认为盆地油气成藏动力学是石油地质学与地球动力学相 结合的一个新兴边缘学科，是以盆地为背景、以油气为对象、以油气系统为单元，研究 油气生成、运移、聚集、保存的成藏动力学过程及其控制因素的学科。它的内涵包括油 气生成动力学、油气运聚动力学，以及油气藏保存与破坏动力学。 褚庆忠和张树林( 2 0 0 2 ) 【2 5 】成认为成藏动力学就是以地球动力学为基础，以油气运 聚的动力学系统和过程为核心，把油气的生、储、运、聚、散连结成为一个统一的整体， 探讨盆地油气的生成、运移、聚集和分布规律，进而指导油气勘探的- i - j 科学。 姜建群( 2 0 0 2 ) 2 6 】认为油气成藏动力学是在盆地动力学研究的基础上，在某一特定 的地质单元内，在相应的烃源体和流体输导体系发育的格架下，通过对温度场、压力场、 能量场( 流体势) ，应力场等各种物理、化学场综合定量研究，以流体动力学和化学动力 学为核心，在古构造发育的背景上历史再现油气生、排、运、聚乃至成藏全过程的多学 科综合研究体系。 赵靖舟( 2 0 0 2 、2 0 0 3 ) 2 7 2 s 】认为成藏动力系统又可称为成藏系统、运聚系统或运聚单 元，是含油气系统内一个相对独立的油气运移一聚集系统，它与相邻成藏动力系统之问 西安石油大学硕士学位论文 存在着不同的油气成藏条件、成藏动力以及成藏特征，其在盆地中的位置介于含油气系 统与区带之间。随后指出成藏动力系统研究的核心是成藏动力系统的划分，正确的成藏 动力系统划分对于勘探评价具有十分重要的指导意义。 罗晓容( 2 0 0 3 、2 0 0 8 ) 2 9 , s 】认为成藏动力学是对油气成藏过程和机理进行定量研究的思 想和方法。成藏动力学研究的前提是对沉积盆地演化的地质背景充分了解；对盆地石油 地质条件的清楚认识；对不同区块主要的油气成藏期的准确划分。成藏动力学研究应该 以一期油气成藏过程中从油气源到油气藏的统一动力环境系统为单元，定量研究油气供 源、运移、聚集的机理、控制因素和动力学过程；应重点关注油气成藏的时间、油气运 聚的动力特征、背景及其演化、油气运聚的通道格架及其演化，实现运聚动力和通道的 耦合，展现油气运移的路径特征、运移方向及运移量。 在2 0 0 6 年8 月西安召开的“油气成藏动力学会议”中，把油气成藏动力学所研究的内 容定为油气的运移( - - 次运移) 、聚集和保存，定量的研究油气成藏过程中油气运移和聚 集的机理、控制因素和动力学过程。 赵靖舟( 2 0 0 7 ) t 3 0 】进一步认为成藏动力系统研究重点是研究油气运移聚集的动力学特 点，划分成藏动力学系统、恢复成藏过程、重建成藏历史、搞清成藏机理、建立成藏模 式。并对成藏动力学在石油地质学进行了定位。 除了上述这些专家学者对油气成藏动力学提出了自己的看法，还有好多专家从其他 不同的角度对油气成藏动力学发表了自己的观点，有费琪( 1 9 9 5 、1 9 9 9 ) 3 1 - 3 2 1 、e r i c ( 1 9 8 4 ) 【3 3 1 、吴冲龙( 2 0 0 1 ) 【3 4 1 、李思田( 2 0 0 0 ) 1 3 5 1 、叶加仁3 6 。7 1 、刘和甫( 1 9 9 7 ) 3 s 】、柳广弟( 2 0 0 0 ) 1 3 9 、 宋岩【4 0 】等。 1 3 成藏动力学的研究内容 成藏动力学是研究烃类流体的运移、聚集、调整和破坏的速率、机制和过程的- f - j 学科，即对运移动力学、聚集动力学、保存和散失动力学综合研究的- - f - j 学科。天然气 从烃源岩排出以后，在输导层中运移、圈闭中聚集和最终的散失、破坏这一自然过程中， 运移是贯穿全过程的纽带【4 1 1 。那么，在天然气运移过程中，天然气的动力、输导体系、 油气充注过程和充注史、成藏时间、油气聚集、保存和散失将是成藏动力学研究的主要 内容。 1 3 1 天然气运移相态、动力 初次运移的发生是整个天然气运移的开始，对它的研究和认识，决定了对以后二次 运移整个过程的把握，是天然气地质研究的重点之一。 国外对于初次运移的研究开展的很早，对于石油，在1 9 0 3 年，g i a d m a s 首先提出 水溶相运移的观点，而对于天然气来说，初次运移的研究要比石油晚几十年。p r i c e 认为 水溶相是天然气运移的机制。s o k o l o v ( 1 9 5 6 ) 认为天然气呈油溶相运移。l e v o r s e n ( 1 9 6 7 ) 4 第一章绪论 认为游离相才是天然气运移的主要方式。h i n c h ( 1 9 7 8 ) 、l e y t h a e s u e r ( 1 9 8 2 ) 认为天然 气运移的相态为扩散相j 。 自h u b b e r t ( 1 9 5 3 ) 开始将流体势引入烃类的运移研究以来，流体势概念已得到广泛 重视。t i s s o t 和w e l t e ( 1 9 7 8 ) 认为，油气运移的动力为温度和压力。c h a p m a n ( 1 9 8 3 ) 认为不论初次运移或二次运移，运移方向均为能量较高处指向能量较低处，能量大多来 自烃源岩的压实作用。u n g e r e r 等( 1 9 8 6 ) 认为油气的排出主要是由于埋藏过程中沉积物 的压实作用，二次运移则受浮力控制，而e n g l a n d 等( 1 9 8 7 ) 年则认为烃类运移的排驱 力为流体势【4 2 ，4 3 。 曾有人将构造压力、孔隙流体的热膨胀、有机质的热裂解等作为油气运移的动力， 然而，所有这些作用都是通过改变了流体的压力和压力在烃源岩中的分布状态，然后由 压力推动油气与其它孔隙流体一道发生流动。因此，地层孔隙中的异常流体压力才是流 体流动原动力。而目前大多数人认为异常流体压力的产生是因为：泥质沉积岩的压实作 用、构造应力的挤压作用、有机质裂解所产生的孔隙流体体积的剧烈膨胀以及由于开启 断裂所造成的不同压力系统的地层之间的水动力连通( s m i t h ，1 9 7 1 ；m a g a r a ，1 9 7 8 ； b e t h k e ，1 9 8 6 1l u oa n dv a s s e u r ，1 9 9 6 ) 。 ! ：一 我国学者李明诚( 1 9 9 9 ) 认为初次运移的动力主要是在平衡压实过程中的瞬时剩余 压力和不平衡压实过程中的异常高压力，二次运移的动力主要是流体势差。罗晓容( 1 9 9 9 ) 认为油气初次运移的有利动力学条件为：( 1 ) 烃源岩中形成较高的异常压力；( 2 ) 在油 气运移发生时，位于烃源岩两侧的疏导层内的压力相对较低，柳广弟等( 2 0 0 5 ) 称之为 在关键成藏期必须有足够大的源储剩余压力差脚】。 1 3 2 天然气运移路径和通道 有效的预测各种输导体的流体行为和输导能力是成藏动力学研究的基础，输导系统 研究进展主要表现在砂体分布及输导能力预测和断裂流体行为的深入研究两个方面。 近年来，国内外学者对油气二次运移过程进行了大量的模拟实验和数值模拟研究， 研究证明：天然气二次运移只通过局限的通道进行，油气运移空间可能只占据整个输 导层的1 1 0 ，输导层天然气运移路径受控于输导层顶面或封闭层底面的三维几何 形态，各期二次运移的动力是浮力和水动力【4 5 1 。 1 3 3 天然气成藏的能量配置 一些超压盆地具有良好的储盖层组合的构造，由于能量配制不利而引起盖层破裂和 天然气的溢散，未形成有效的油气聚集。超压条件下的天然气成藏机理是有待深化的研 究领域。超压带天然气运移聚集及保存等理论问题还需要进一步攻关。 1 3 4 油气充注过程和充注史 长期以来，传统的观点认为油气在地下主要是通过储层、断层、不整合面等通道做 西安石油大学硕士学位论文 缓慢运移的，是循序渐进的一种充填方式。然而，在事实上，地下油气流体脉动式快速 充注运移是一种客观存在的。宏观上，油气流体的脉动式运动，可由地震观测记录下来 ( a n d e r s o n 等，1 9 9 5 ) 。微观上，通过观测流体包裹体的性质，发现沸腾包裹体证实了 这种地下流体沸腾作用的存在，从而证明油气流体在地质条件突发变化的情况下的脉动 式运移油气充注的“突发式 模式【4 引。 1 3 5 天然气成藏期次 目前，国内外在成藏年代学研究方面已形成了包括构造演化史、圈闭形成时间法、 烃源岩生排烃史法、油藏地球化学、包裹体测温法、同位素测年法、有机岩石学方法、 饱和压力露点压力法等多种研究方法( 赵文智等，1 9 9 9 ；姜振学等，2 0 0 0 ；赵靖舟，2 0 0 2 ) 。 这些方法对构造演化史简单、成藏期次单一的盆地而言，已取得了较好的应用效果。但 对于油气藏形成演化较复杂的叠合盆地而言，上述方法或多或少都存在一定的缺陷或不 足。因此，关于复杂叠合盆地的成藏年代研究方法问题，必须采取多种方法综合判州47 1 。 1 4 研究区成藏研究情况 对鄂尔多斯盆地及苏里格东区的上古生界天然气的成藏调研如下： 杨俊杰( 2 0 0 2 ) 、何自新( 2 0 0 3 ) 分别出版专著对其进行论述 4 8 , 4 9 。姚泾利( 2 0 0 9 ) 通过气源岩成烃史、古构造演化特征及天然气成藏组合、成藏期次及气藏类型的分析研 究，认为鄂尔多斯东部成藏模式分为3 个阶段，并在此基础上分析了气藏控制因素及分 布规律【5 。 闵琪、付金华、席胜利( 2 0 0 0 ) 等论述了上古生界天然气运移聚集特征，认为上古 生界气源岩以石炭一二叠系腐植型干酪根为主，夹有石炭系偏腐泥型干酪根，晚三叠世， 气源岩进入生气门限，早中侏罗世有少量气态烃排出，晚侏罗世一早白垩世末，达到生 排气高峰期。气源岩在晚侏罗世早白垩世末具有高的异常压力值，该异常高压为天然气 的初次运移提供了动力，促使气源岩产生微裂缝，形成以微裂缝排气和扩散排气为主要 排气机理的初次运移方式1 5 。 刘成林( 2 0 0 4 ) 和朱筱敏( 2 0 0 5 ) 认为苏里格输导体系类型受控于盆地的构造类型、 地层格架特点、沉积充填特征、流体活动方式等诸多因素。并根据砂体形态、断裂发育 状况及烃源岩与储层配置关系等因素，对苏里格气田输导体系类型和输导性能进行了研 究。苏里格气田输导体系类型分为砂体型、砂体一断裂型、断裂型等三大类型。又根据 砂体厚度与空间展布，将砂体型又分为厚层带状砂体、薄层带状砂体与透镜状砂体【5 2 1 。 王震亮等( 2 0 0 4 ) 通过砂岩古地层压力测试和最大埋深状态下的泥岩压实研究，证 实盆地东部上石盒子组一石千峰组在历史上曾出现过非常明显的异常高压，压力梯度可 达1 3 4 - - 1 6 m p a 1 0 0 m 。数值模拟结果显示，该地区在晚三叠世末和早白垩世末形成两 个过剩压力高峰，压力随时间的演化呈现旋回性1 53 。朱蓉等( 2 0 0 3 ) 认为由于储层十分 6 第一章绪论 致密，地下水的流动补给十分缓慢，随着天然气的不断漏失，逐渐形成低压【5 4 。袁际华 等( 2 0 0 5 ) 认为气藏压力的降低主要与构造抬升、天然气散失和气水密度差等因素有关 【5 引。冯乔( 2 0 0 7 ) 等认为鄂尔多斯盆地上古生界气藏的低压特征的主要原因是剥蚀期间 的温度下降和后期理深的增加。并对苏里格地区早白垩世的超压和现今的低压进行了分 析对比【5 6 1 。 在盆地古地温及热史方面，任战利( 1 9 9 4 ，1 9 9 5 ，1 9 9 6 ) 利用磷灰石裂变径迹法对 盆地的热史进行了恢复，认为上古生界最大古地温在1 5 0 2 4 0 ，最高可达2 7 0 。c 5 7 】。 在油气充注成藏期次方面，肖贤明、米敬奎( 2 0 0 2 ) 将上古生界储层中流体包裹体 的均一温度与盆地古地温史结合起来，推算出鄂尔多斯盆地晚古生代气藏的成藏时间为 1 5 0 - - - - 1 2 5 m a 鲻j 。刘德良( 2 0 0 2 ) 初步研究了鄂尔多斯石炭一二叠系石英砂岩中的流体包 裹体，发现包裹体的均一温度形成于不同的三个范围，结合有机包裹体丰度和镜质体反 射率，得出三个不同的温度范围对应油气演化的低成熟一高成熟一过成熟阶段【5 9 1 。刘建 章( 2 0 0 5 ) 认为早侏罗世中期一中侏罗世末期、中侏罗世末期一早白垩世末期是鄂尔多 斯盆地上古生界天然气的成藏时期【鲫。 。 除了上述所列出的公开文献以外，我们科研项目组也对鄂尔多斯盆地上古生界天然 气的相关内容做过研究：鄂尔多斯盆地东部上古生界多层系含气组合压力系统( 2 0 0 5 ) 【6 1 1 、鄂尔多斯盆地东部上古生界多层系天然气成藏机理与有利目标优选( 2 0 0 6 ) 1 6 2 】、鄂 尔多斯盆地东北部天然气运移特征研究( 2 0 0 7 ) 6 3 】、鄂尔多斯盆地东胜伊金霍洛旗地区 天然气成藏条件综合评价( 2 0 0 7 ) 畔】、苏里格地区盒8 、山1 段气水分布规律及控制因 素研究( 2 0 0 8 ) 6 5 j 、苏里格东地区天然气探明储量综合地质研究( 2 0 0 8 ) 【删。 虽然不同学者从各自的研究角度对鄂尔多斯盆地上古生界的天然气形成演化及油 气富集规律进行了大量的探讨，有了大量的研究进展，也取得了可喜的成果，但他们还 是有一些缺陷和不足：( 1 ) 他们都是从单方面片面、静态地考虑天然气成藏的形成演化， 没有从系统，动力学的观点研究盆地天然气的成藏规律问题；( 2 ) 前人的研究多是把重 点放在沉积相的研究和储层特征上，相带变化只是提供了圈闭形成的条件。低压气藏成 藏机理及成藏模式研究还很薄弱；( 3 ) 前人在古今构造对油气成藏控制方面的研究比较 少，也没有重视盆地构造演化对油气运聚的作用；( 4 ) 对于压力的研究尤其是古今压力 特征及压力系统的演化很薄弱，还有储盖组合之间的能量配置问题也应重视。 1 5 研究内容、方法及技术路线 1 5 1 研究内容与方法 首先，调研前人在该论文涉及的领域和地区的研究成果及研究现状；其次，通过对 前人研究成果的分析和总结，结合自己收集的基础资料，完成研究区烃源岩评价研究； 古今压力分布特征与低压成因；天然气运移时间、运移动力及运移方式方向研究；气藏 圈闭类型与低压致密砂岩气藏成藏机理及控制因素。 西安石油大学硕士学位论文 1 、烃源岩评价 不同的气源条件及烃源岩生烃的强弱程度，其天然气运移的机理与气藏分布当不相 同。因此，需要开展对研究区烃源岩评价研究。根据烃源岩实验室化验分析资料，对研 究区烃源岩岩石类型、组合特征及有机质丰度、干酪根类型、成熟度、生烃潜力等进行 全面分析评价，以便明确研究区内烃源岩的有效性及其潜力。 2 、古今压力分布特征及低压成因 根据研究区实测地层压力分析该区现今压力的分布特征，确定现今压力系统；通过 泥岩欠压实计算结果，分析过剩压力和古压力场的平面分布情况；最后研究该区压力系 统的成因及演化。 3 、天然气运移特征研究 根据生排烃史法和流体包裹体测温法综合判定该区天然气运移时间；通过天然气的 浮力、异常压力和源储压力差研究天然气运移的动力；最后用地化资料分析该区天然气 运移方式与方向。 4 、气藏圈闭类型与砂岩气藏成藏机理 通过气藏的封闭机理及储盖组合确定研究区气藏圈闭类型；通过研究区沉积演化史 划分气藏成藏组合、成藏过程，并最终确定成藏机理。 5 、气藏分布规律及控制因素 通过对研究区上古生界烃源岩供气条件、储层条件、构造条件和压力场综合分析气 藏分布规律及主要控制因素。 1 5 2 研究技术路线 通过对前人研究成果的分析和总结，结合自己收集的钻井、录井、分析化验静态资 料和试气、试采、温压等动态资料，完成对苏里格东区天然气藏地质研究，从现今压力 分布特征、现今压力系统成因分析、古压力场特征及压力系统及演化特征四个方面来对 气藏压力特征与成因进行分析，由天然气成藏动力学的观点出发，进行油气运移研究( 运 移的动力、方式、时间等) ，最终得出气藏成藏机理和成藏主控因素。具体技术路线流程 图如图1 1 。 8 第一章绪论 图1 - 1 鄂尔多斯盆地苏里格东区上古生界天然气成藏动力学研究流程图 1 6 完成的主要工作量 该论文是在对大量翔实的收集资料和各种分析化验数据进行深入研究，并收集和消 化前人研究成果的基础上，通过室内各种分析测试和计算机处理等手段完成的。完成的 主要工作量如下表1 1 ： 表1 1 论文主要工作量完成表 项目内容数量项目内容数量 观察及描述井 岩心观 数 2 l 口 测井数据 1 3 5 口 察及采照片3 8 0 余张收集资料物性数据1 0 2 口 集样品 生产试气数 采集样品4 0 块9 5 口 据 烃源岩厚度统 7 5 口 剥蚀厚度恢 4 5 口 计 复 砂体厚度统计 1 3 5 口 制表3 0 张 基础数渗砂岩顶部深 9 5 口 室内工作查阅文献1 5 0 篇 据统计度统计 声波时差数据绘制各种图 统计 5 5 口5 0 幅 件 压力数据7 2 口论文 l 份 9 两安i i 油人学硕七学位论文 第二章地质概况 2 1 构造特征 鄂尔多斯盆地位于中国中部地区横跨陕、甘、宁、晋和内蒙古五省区的2 0 个地( 市) ， 面积约2 5 x 1 0 4k m 2 ，是我国第二大含油气盆地，具有极其丰富的石油发天然气资源，盆 地南部中生界富古石油、中北部古生界富集天然气的特征。该盆地的天然气勘探始于2 0 世纪5 0 年代，当时勘探的目标主要是盆地周边的构造气藏。进入8 0 年代，在油气勘探 新理论指导下，尤其是勘探新技术的推广应用以盐地中部为主要战场的岩性油气藏勘 探取得了重大突破先后发现了靖边、子洲一米脂、乌审旗、榆林、神木和苏旱格气田。 苏里格气田从1 9 9 9 年发现到2 0 0 1 年短短的3 年时间，探明为一大型的岩性气藏。然而， 随着石油天然气勘探的不断深入，勘探难度也越来越大。 鄂尔多斯盆地为一人型多旋回克拉通盐地