深层油气的分布及其成因理论.doc

中国石油论坛21世纪中国石油天然气聱源专题战略研讨套交流论文深层油气的分布及其成因理论王先彬段毅妥进才李春园姜峰陈晓东中国科学院兰州地质研究所2000年5月3日深层油气的分布及其成因理论 王先彬段麓妥连才 李鲞固姜峰陈晓东中国科学彘兰州地质研究所壤屡油气量突破传统油气成固理论面存在的一种新丑麓气赉漂 目内外深估、越界牯勘探研究和现壹嚼的探屡泊气分布情况来看。探层 油气责前景总好探层油气来蠢予早期浅屡形成的烃类的保存与改 童以及舞屡烃纛者中分散有机奠形成的烃类探屡抽气形成的控田 素除了传统生抽理论所考虑的鏖和时阿外主要受控于烃类的热力 学奄住、压力、外部董膏，僵化赫，生抽体系性爱辱中国探屡油气费 一量在全国油气总赉曩t中占有可羁的比饲研究相劫撵探层油气将 是扩大蠢目油气产储量的重薹逾径捧屡油气(dp o丑nd gH)在国外主要是指理探在蚰OQm以下的袖气赍糠，我国朋 主蔓量指现今主要勘探层位l：下的油气赍纛。探度上主要是指埋撵在强OOm以下这还 应谖包括目曹埋探虽嚣不大，但热演化程度却比较膏的古生代毒相破t盐岩烃岩所生 虞的油气费熏尽譬世界上曩过盔舔诂探的盆地还不刊lO，但己在程多沉积盘巾发现了埋撵大 于Ooom的工业油气目前已细曩蘩量罐的油簟位于美目百膏湾的开卢油田产层探度为6593m。量探的气蠢墨芙目西内的米尔新一兰奇气田产屡幕度为83m近十年 来的超撵姑探结暴裹碉深部鼍层的抽气前景良好世界上己在2l十盆地中发现了75个埋深好瑚帅m帕工业袖气囊囊曩对撵屡憎气进行有目的的簟彝工作虽靛起步较囊，但也B在许多抗积盆地中发理了埋探太予15米的工生性麓气t-其中在塔里术叠地、 四川盆地，囊中糟陷中均巴发现了埋舞大于5o米的工业性油气蠢由此可见研究和勘摄棒层油气将是扩大襄国泊气产储量的重要途径(壬先彬辱，l8)由于过去的探目标大都集中在盆地帕中茂层。医雨l：l精发瑰的油气田其埋撵大都 处在如OOm以内t近20众年来。奠着中浅屡赫探程度的不断撮膏人们巴艇运新地把 油气精舞的目标转向叠熄更撵的邦位(妥进方辱。1999)目曾开晨过4om以下深屡油 气簟探的蛋索有70多十，4Om以下发瑰的油气田敦量和蕾量也在与日俱增在芙囊西 内盐地胃蚺选辩四陷米尔斯兰奇气田76638083m的下典一统蕞盐岩内发囊了世界一l一”6上量椽的气一，储量选365亿m3，单井日产气6万m在美国西膏湾密西西比三奄溯的 列克一毕盛簟翻油田6540m深处发现了世界上量探的油藏我国于1998年初在塔里木 盆地塔中构造带上完钻的塔参1并为亚洲第一深并，完钻井撵为7200m并在5059693nm估遇12段泊气显然层段我胃量撵的工业油田为塔里术盆地时京河糖油田，其油 层埋探5758m在我国塔里木盆地目前E测试的156十油气层并段中，有58个油 气层的底界均超过了5000nI冀中坳陷从1977年开始连行探屡抽气囊的勘探，已钻探大 于400nm的探并176口(1992年以前)，平均井探452lm。在Om以下的探探井中，有37口并获得了工业性的油气流探井成功率选到了21，最操的油藏埋踩在520求淮凹陷仅在前犁田次凹陷(东溃凹陷j匕部)就打了lO多口探度超过d60nm的探探井，而 且取得了较明显的效果黄骅坳结近期首次在深层找到了亿吨级的古潜山构造，该亿吨级 的石油构遗名为。千米轿古潜山泊气藏构造，位于大港撵区千米桥东北约1000m的耨沸 上，在该构造上量近完钻的第一口探井。板探7井4完钻井铎5190m钴遇7十油气层，犀2多米，两次试产分别获日产泊l船m，气275万m3和日产油617m3，气18-9万m3的 膏产工韭澶滚据强测，谖拇造的耆油面积约吐m，油气当量约在13亿t左右我国量攘的四川老关庙古气构造产屡槔度达715357175al(藏盒基1989)国外在深屡漕气的勘探方面也取得了喜人的成果，前苏联的21个舍泊气盆地中，沉 积地层厚度超过6om的有18个。目前巳在其中的l十含油气盆地中发现了埋藏探度 大于6000m的工业泊气藏目前世界上己在21个盆地中发现了75十埋撵大于6000m的 工业谊气藏通过对世界范匮内量终可采储量不氍于6050万t(5亿捅)油的大油田和不 氍于踮。亿m(3亿立方英尺)天然气的大气田的统计袭明。世界上大油气田共计5十，面产层竦度在loonm以下的大油气田敦有29个它们主要分布在墨西哥挎的冒佛卡玛盆地(12十)，坎佩切盆培4个)，蚕内磺拉的东委内囊拉盆地(2十)、美目的二叠 量地(2个)、法目的阿基斯坦盆地(2十)、加拿大的斯科舍陆橱(1十)和马更些盆地(1 十)、荫苏联的滨里海盆地(1个)和库拉盆地(1个)、哥伦比亚的拉洛斯盆地(1十)、沙遵的渡黼盐地(1十)以及意大利的渡河盆地和利比亚的尔特盆地辱传统的擅气成因理论认为藏态烃的形成分布在60120c(以为o6l35“) 当地层蕾度在150200时，有机质带分懈转化为甲烷和石墨但是，铩层沼气的研究 发理分散有机质生成液志烃死亡线的以值可糍在L O8O(Prict1992)探层油气 可以来自早期浅层形成的烃类的保存与改造，也可以来自探层烃熏岩中分散有机羹形成 的烃类探层油气突破传统生油理论存在的原因是，传统生油理论主要考虑了蕾度和时闻 成烃因素。而来考虑到的其它内部和外部因素仍然在控翻着探屠油气的生噍1深层油气的热力学稳定性近年的研究结果表明，在深层高强情况下，油气仍柏氇定事在研究结果显示，液态烃(cl一)在开达到7o，刊8O，时还有存在CP曲，i992)，石油在加热至3条件下20天内也未改变其成分(JhJ如舯_，1985)t疆度选oo以上 时。烃类聚囊呈薰气状油气水摁合物存在当压力为100MPa时，分子潞膏距离与其自身 一2一大小比越，可皇发生相反的过程一聚合反应(PTAm，1985) 我们以厦油为实验对象，进行了油气在膏叠条件下的穗定性模拟实验，并在实验体系中分捌加A了毫蛉石、硅蕞土和石墨作为介质结果衰孵，原油在蚰o的麓拙实验条件下，其组成特征未发生显着变化15的模拟实lt产麴中仍有液态烃存在并且气体中以 乙烷以上的重烃气体为主，桔土矿麴(膏峙石)对石抽裂鼻具有五薯地促进作用，其次为石 墨，硅羹土甚纛对甲烷的保存下限认识不一，Dw(1990)和s“I雌(1982)认为具有商韭性价值的天 然气保存下融为巩一3，Hd等(1975)劐认为其慑存下限为巩一50近年来有关沉 积盆地甲靛热蠢定性研究表明，在盆地探部甲娩的稳定性与地层童度、压力、褚层的化学 特性、董层特征和地层孔睐流体特性有密切美系关于甲靛在膏下的化学穗定性，人们已基于化学热力学俸过理论计算(Ht，1975lT吐Ich，1987IBker，1992)T吐t吐(1987)认为在不活渡的僖层中地层沮度达到320时，大部分甲烷不会发生分解Ht(1975)通过计算认为。在无永的非活浚性储层 中，温震选550对甲烷仍不会分謦。僵如果有大量承和赢酸盐存在，捌甲靛将分鼻威 HlS和c01BHhr(1992)研究表明储层的矿钫组合特征和是否宥石墨的存在，对捧层气 的气体组分有覆大的髟响，在石墨存在的建层中甲烷捌可以保存到至少12，o米(相当 于地量235)。地壳撵部变质作用过程的研究表明。甲烷在地壳撵部量度达8，压力大于10千 巴(相当于深3融md咄m)仍墨鼍定的同时在变质作用过程中可以产生大量的甲靛气， 甲婉的产生量与体系中氧遗度有关，如果岩石吴较膏的氧遗度，月甲烷将氯化鹰二氧化 碳，反之，岩石巾具较氍的氯遣度划=氯化曩被还原虞甲烷2温度、压力甘深部有机质演化的稍约作用传统的生烃理论是以有机质的热演化摸疆为其理论依据深层泊气的抽撵结果表明， 热量影响有机羹演化的重要因素。但压力对油气的生成和演化也起着重要作用压力作用 主要表瑷为抑膏了有机质向烃类的演化和油气的裂解，并且探层抽气蠢还与异常压力有 关目前较多的实验证据表明，压力可廷迟或抑翻油气生废和有机质成熟(属世新等，1999)Pfi(1992)辱壕台分析各种不同有关压力效应的曩点，设计了封闰傩景下的古水 热鼻实奠来考察流体压力对油气生成和湃化的影响健幻的实奠样品为I墨舍赢有机蠢， 利用氯所作为压力介质在287、辐o和25进行一系科不两蠢体压力下实验实囊结 果表明，在287时的生烃酚畏，当釜内滚体压力从31Ol聃h增加身965x10lPl时 产生的气体、澶烃爰镥和烃的浓度槔大大蠢步。葡墨索氏抽摄进的残余者石产烃潜力 (s1)却大大增加在350时，实譬体系进入烃热破坏阶段产钧的组成特征表明压力升 高柏抑膏石油囊Prb(1口92)辱还进行详细的生物标毒暂特征厦成蕉度参数研究，表 明奠藏体压力加大，对有机质的变霞作用的延避也影响了生韵标悫钮我们对泥炭样品进行了高沮膏压模拟实验(羹蜂等，1997)模拟实验结果表明，在不同的压力条件下。幢质俸反射率扛与实验量度有良好的正相关关系。即随着量度的丹膏，一3一直?8置值变大例如，压力为lK蛔r，摸拟强度从21e升至8，罔甄值从o7升高蓟 lo00I压力为2哌b，豢担鼍度从2升至8，月值从o-32升膏瑚753 逮说碾在有机羹的热捷化过程中，度是控倒有机质成熟作用的重要因素但同时也可以 看出。不同压力基件下，不同温度赢凡值差嗣l摩不同也就是说，且童差剐变大与其所 处的压力条件有关相同量度务件下，坭炭样品的t质体反射事在压力变大对，反而藏小 报明曼，压力与镑震悻反射率呈负相关关系，说明在同一强度条件下，压力越六，昱值越小，压力抑制有机质向高成舫向液化麓烃类产暂的生成和演化来看，相同压力条件下，置度升高(26)，样品的氯 仿砸青。产率降低而在同一量度条件下，压力的升膏，样品的氯仿惦青。产率也明显_慨锶如，摸报度为4时，压力从lK栅升封2诹b口时，辑青。从105omgs阵列l&轴Il，B逮表明压力有抑制有机质向高成熟方向演化的作用t压力增大不利于 固体有机羹I匈藏鑫产钧的转化压力越大沥青。产率越低在相同的度条件下(柏O)，正构惋烃主峰蕞由15l【bn时的nc后移到2魄blr 时的nc。，说明压力抑捌了重烃的裂囊膏压有利于长健烷烃的合成，同时在同一墨崖 条件下，oEP值奠压力增大而增大，说明压力升高成接度降低，压力对有机质的成I岛旗 化具有抑作用从Pr，nc”和Ph虻”两嘎参散的壹亿来说在相同的汪崖条件下，压力增大pr，nc，瘌Ph，nc两项参数值均变大，说明压力增大，样品有机质的成格度降低t再次表明压力抻了有机质的成熟作用凑层糟气的形成也与异常压力密切相关在我国末部的冀坳陷，己经发现的第三系 深屡抽气簟巾几乎都与异常压力有关I我国西部的疆一尔盆地7500m处仍为藏蠢烃的赋 存带，譬里木的泊瞢童较探这些都是由于存在鼻常压力带故高压蕾鼙避豌抑抽 气生戚和有机震成格，因此在撵层可B有高压油气存在3外部直源对烃类形成的制约作用传统的抽气成因理论，遗书把勘探的重点放在有机碳的事度上，面对外部量源的重要 性未奠培予足够的重视但近年来的研究结果表明，地壳沉积者中烃类的形成必需有外部 氲的参与h西“(1991)辱在氢气环境中从奠尔蚋冯翻沉积铀中成功的获得人工油气1H喀0h在190薯度的氲气，F境中用岩石与正十八胬作实验，获稃了clc组分的摁合铂，面缺步井都曩纛的对比实验期投宥形成如此大量的烃类m忡GJI(1990)认为外部氲在沉积岩中活化对沉积物有机质及岩石的演变产暂起氢化作用从雨促进烃类 的形虞I喊中H，可以有多种来曩途径但墨剞为关注的量商沮岩浆怍用、趣基性岩的蛇坟石化作用和鼍曩的脱气作用产生氯气的机理和规攥 水也是有机震成烃演亿的重要氢漂，有机质在经濠岩中受热变质并生成烃类的各个演化旰段基本上都有水的参与因此，加水模拟实验也是近年来有机地球化学界比较汽行 的燕鬟报方甚我们通过加水的热模拟实验研究袭明爆爰曩羹泥齿量大气态烃产量分别可以达到 一1574mt(煤)和9301m。(碳质泥岩)，液态烃产量则分别可以达到494魄g，t(煤)和1701kt(硪质泥岩) 煤和曩质掘岩气态烃主要生成蜂蕾具有双峰特征(350和50055D)面液态烃的主要产生蜂温删以单峰为特征，且与岩性有关煤、碳质泥岩、泥岩的最大藏杰烃产生峰 量分捌为350、300和250此井，热模拟实验中气杰产物与天然组分极为相叛，气态产物中的舍谈物种主要为甲 烷和二氯化硪，并含有少量的一氧化碳、乙烷、丙烷和丁烷，基奉不含烯烃甲烷和二氯化 硪的百分含量之河呈明显相反的负相关关系，可以意味着它t丁束自相同的碳曩永参与了烃源岩成烃演化过程。烃漂岩中有机质的大量生成豫与量度、压力等因素有 关外，还取决于环境水提供氢的艏力，主要证据有：(1)除300以外，各热模拟沮度点均有一定量的水擐失，因此，可以定性的说明承参 与了烃漂岩的成烃演化反应面300时出现水过捌，可能与烃豫岩中的莱些矿物如牯土矿钧的大量脱水有关 (2)随热模拟量度的升高产橱中氢气的绝对含量增加，氢气绝对古量的增加与烃类的大量生成具有同步性和良好的正相关性 (3)气态烃中甲烷的古量与水涪蒗的砬碱性有关当水藩藏的碱性量强时，气态烃中甲烷的古量量高 (4)热模拟实验中注入水的pH值由反应前的弱酸性(约6o)转变为反应后的弱碱性(8o9o)这可能意味着烃源岩在成烃演化过程中请耗了水介质中的部分氢离子的 缘故4催化音畸对深层油气形成的作用地贡体中存在的化学反应僵化剂，它们对探层油气的形成起着重要作用，其袁现为不 仅促进了深层油气的形成，而且能改变深层油气的组成Mn坫o(1994)认为过挂金属元素广琵地存在于台硪的沉襁岩中，探层天热气的形 成正是在这些金属元素作僵化荆的作用下由董和烯烃分子的反应形成他的研究首次在 实验塞用合适的温度(1752)模拟了天撼气的形成tHt+原油一漫气一千气反应 的产暂的组成与探层天然气的组成非常一致l催化气的同位素组成特征也f霹天然气中的一襄因此，他认为所谓的热謦气事实上是值化形成的我t】使用高过成热烃诹岩(露=196258“)，在hIo催化剂的存在下进行了高 温模拟实验(陈晓东，1999)结果发现，由于Felo。的存在，样品产气率大大增加，表明 F屯o。促进了气体的形成从添加P归前后。热解气中各组分含量和产率的变化对比。我霄认为在高量热 模拟中，h。o。的作用主要是促使有机质的破坏，有机质破坏程度增加，从而加大热解气 的产出，并改变有机质热破坏的机貊，使稃有相对多的烃气产出，氢气的产出舅藏步我们在对煤系烃探岩进行高温膏压模拟实验耐。加入FeI+作为僵化剂(李春田等，1998)，结果是未加Fe”原样品在550时，cH产量最青为1538m3，而加入F一+后， 样品在500时，cH产量最高，为4574mt，相比之下，由于h”僵化荆的存在，使cH 一5一伽产量增加了近3倍 在加F。”和不加Fe”实t中气体产物组成有明显豹差别在成烃高峰期，加FeI+实奠中舍t气体中甲烷占9鹋，=氯化曩仅约为5左右丽不加F”实鼍中古曩气体中甲靛占56诒K二氯化蕞高选劓左右两者相比，置纛墨加F蚪后的有机质热分鲁 气态产物组成特征更接近实际天然气组分特征5生油体来性质甘深层油气形成的影响生泊体系量封目系统戚是开放系统，对有机质向烃类转化具有重要的髟响(段教等，19姻)分散有机羹J句烃赛转化，可以用下面方程式表示。分t有机质曩叠化学反应动力掌最理-当生油体系是一个开放系坑时。分散有机质生成的烃类麓会不 听鼻开生油体系，这捧t有利于分散有机质向烃类的转化反之，当生泊体系是一十封闭 幕统耐，径赛棍步或未运移的情况下则反应达翻乎穗分散有机质难以向烃类转化，同时 还接巳经生成的烃类保存下来该反应式中的正反应也墨一个体积增大反应，封闭系统 挺压力增大同样阻膏了夏应向烃类方向进行置燕青辱(1996)进行了一次有意义的热模 越实t住使用幅煤样品，分两十系科进行模拟实验。Y系列则是每个量度点采用熏样面 z系列月是辱十量度赢果甩同-幸筝晶并且巳将生成的气态和藏态产物蠢穆去结果表 啊，z囊列中藏盔烃产在蚰O时就结柬，而Y系列中液态产钧延长裔550轴柚p等 (1986)使用开鼓和准封闭两种实验系统，进行热模拟实验，其结果两样显示了封闭系统 对有机质成热度和长链烷烃的生成都有抻矗作用在言油气叠地中绝对的封闭系统似乎难以存在但是当地质构造相对鼍定，生油层 为单一的、细粒的、巨犀的生油岩构成，其生成的烃类赡以运移出去，这样的生油层可以视 为封闭生抽系统三、深层油气资源量和我国昀深层油气资潮a景世界509十大油气田仅占世界油气田总散的17，但其油气储量(2032亿t油当 量，包括12船亿t石油，9