论油气成藏过程中的油气运移

论油气成藏过程中的油气运移

2006年，作者讨论了岩油气藏的勘探前景。随着油气勘探的不断深入,基岩油气藏也不断被发现,最近,大庆油田分公司在徐家围子庆深气田(储量1000×108m3)发现火山岩气藏便是一个十分典型的实例。松辽盆地南部长深1井在3488～3900m井段的火山岩储层中获日产天然气46×104m3,探明加预测储量达558×108m3。天然气中CH4含量71.43%,CO2含量22.69%,这是继徐家围子后又一突破性进展。新疆克拉玛依克—乌断裂带及准东石炭系火山岩油藏不断有新发现。所有这一切使我们觉得有必要深入讨论这个问题,因为这一方面与油气成藏机理有关,更涉及到勘探方向问题。早在1985年,中国石油学会石油地质专业委员会编篡的《基岩油气藏》一书前言中就指出,“勘探实践表明:基岩油藏在我国是一种重要的油藏类型,有着广阔的勘探前景,对于寻找新油田是一个重要的领域,应该给予高度的重视”。最近,赵政璋等撰文提出在渤海湾盆地可“强化潜山油气藏的勘探,力争大突破与大发现”,并认为,渤海湾潜山与火山岩勘探领域仍具有十分广阔的勘探前景。在第32届国际地质大会上,俄罗斯等国家的学者认为,包括结晶基岩在内的元古界将是21世纪油气勘探的潜在靶区。最近,刘嘉麒指出,从火山岩中寻找油气是中国石油界第三次创新。为了叙述方便,本文主要讨论与花岗岩和火山岩有关的油气藏,对目前流行于石油地质界的油气倒灌观点提出质疑,并提出花岗岩和火山岩油气藏可能的成藏模式。1油气藏田据资料,到目前为止,已发现的几百个工业性基岩油气田中大多属于花岗岩基岩油田。1.1阿乌特日拉奥基拉油田利比亚的锡尔特盆地,已发现100多个基岩油气田,包括:特大型的拿德拉(纳福拉)油田,地质储量10.1×108t;阿乌特日拉(奥基拉)油田,储量2.3×108t。还有委内瑞拉马拉开波盆地的拉—帕兹基油田(2×108t),马拉油田(1.04×108t);美国中陆(Mid-Continent)盆地潘汉德油气田(石油储量2.23×108t,天然气储量2×1012m3),越南南中国海巽他大陆架的白虎油田(5.13×108t)等。1.2太古宇大学种油气例如:在松辽盆地以中央隆起带海西期花岗岩风化壳为储层的肇州西气藏;在胜利油田桩10-3井4658～4771m段的花岗岩中曾自喷原油与天然气,产出原油49×104t,天然气4514×108m3;胜利油田埕岛地区埕北303井3590m进入太古宇花岗岩,井底3590m仍在花岗岩中,在3598.2～3950m井段花岗岩中获日产油184t(密度为0.77g/cm3),气33890m3;埕北302井4363m完钻,在花岗岩中日产油超过100m3,也是轻质油,未见底水,在这里花岗岩与沙河街组油源层根本碰不到面。1.3中国的松辽盆地目前在国内外还有一批基底为花岗岩的含油气盆地,这些盆地大多有大型、超大型油气田。在国外这种盆地是:俄罗斯、哈萨克斯坦的滨里海盆地,中东波斯湾油气区,利比亚的锡尔特盆地,苏丹的穆格莱特盆地,乌克兰的喀尔巴阡盆地及第聂伯—顿涅茨盆地,俄罗斯的伏尔加—乌拉尔盆地、蒂曼—伯朝拉盆地、东西伯利亚盆地、北高加索盆地,澳大利亚的吉普斯兰盆地,加拿大西部盆地,美国的洛杉矶盆地、落基山盆地群、威廉斯顿盆地、墨西哥湾油气区、阿巴拉契亚盆地,委内瑞拉的东委内瑞拉盆地,墨西哥的坎普斯盆地等等。在中国有松辽盆地,其基底面积的1/3以上由花岗岩组成。柴达木盆地西部的基底也是花岗岩,目前已在跃进2号东高点,切克里克,东柴山构造带的花岗岩风化壳中发现小规模的油藏和良好的油气显示。2与火山岩有关的油气藏田2.1克拉玛的油气在中国准噶尔盆地,石炭系火山岩油气藏广泛分布,例如盆地西北缘的克拉玛依油田、红山嘴油田、车排子油田,还有盆地腹部的石西油田,准东的五彩湾油气田等。松辽盆地徐家围子断陷火山岩气田已获天然气地质储量1000×108m3,并被命名为庆深气田。2.2中—盆内火山岩油气藏(田)在中国,盆内与火山岩有关的油气藏(田)多分布在东部地区,它们是:①二连盆地阿北中生界安山岩油气田;②黄骅坳陷风化店和五官屯中生界次火山岩—火山岩油气田;③辽河坳陷热河台、于楼、大平房、荣兴屯、油燕沟等地的中—新生界玄武岩和安山岩油气田,其中欧利坨系玄武岩油藏位于沙三段,地质储量1137×104t;④渤海海域石臼坨428构造、锦州20-2构造中生界玄武岩、安山岩油气田;⑤济阳坳陷滨南和昌潍等地区下第三系玄武岩、安山岩油气田;⑥苏北东台凹陷闵桥地区下第三系玄武岩油气田。在中国西部盆地中,这类油气藏有:①四川盆地周公山构造二叠纪玄武岩气藏;②塔里木盆地和4井808m段有含油玄武岩。3花岗岩和火山岩中的烃通常认为,岩浆岩是不含烃的。但是,随着测试方法技术的发展,科学家们已经在岩浆岩中获得了重要的关于烃存在的数据。3.1花岗岩中的烃(1)流体包裹体组分越南在南中国海的巽他大陆架发现了白虎油田与龙油田,其中白虎油田的石油地质储量约5.13×108t,油田的基底为花岗岩,上覆渐新统、中新统沉积岩。俄罗斯学者对花岗岩的流体包裹体做了成分分析,有He、H2、CH4,更有C2-C6以上的烃类气体,如白虎油田的442井,从4581m深处获得的花岗岩中,C4H10含量达到11.6cm3/kg岩石,C5H12含量达到11.2cm3/kg岩石,C6H14含量达到11.9cm3/kg岩石,对20个花岗岩的流体包裹体组分分析见表1。据参考文献,烃类气体平均含量为15cm3/kg岩石,按白虎油田所在的奎龙凹陷面积为2×104km2,花岗岩厚约10km来计算,那么该花岗岩体中被束缚在包裹体中的烃类气体可达10×1012km3(尚没有包括分散在裂缝中的烃)。越南石油地质学家认为,白虎油田为渐新统沉积岩生成,但对渐新统生烃量的计算表明,该统只能生成1.2×108t石油,大大小于白虎油田的探明地质储量(5.13×108t),从而排除了渐新统的油气向基岩运移的可能性。因此,俄罗斯学者认为,花岗岩中的烃是白虎油田、龙油田基岩油藏形成的基础。(2)天然气变形充填体四川威远气田产于震旦系藻白云岩中,上覆地层(∈、P、T)中也有工业气藏,在下伏峨眉山花岗岩中该气田探明天然气地质储量408.61×108m3。陈安福分析了威远花岗岩石英的流体包裹体组分,发现了C1-C4烃(表2),在4个样品中C1-C4平均含量为1.32μg/g。显然,如果有峨眉山花岗岩的面积、深度数据,我们便可以计算这个岩体中束缚于流体包裹体中的总烃量。张虎权等根据花岗岩裂隙气与灯影组白云岩储层天然气的碳同位素组成、灯影组天然气中的氦含量、3He/4He值、40Ar/36Ar值等特征指出,威远气田的天然气来源应是地壳深部,而不是寒武系生成的气体灌进去的。威远气田的可采地质储量147.82×108m3,至2001年底已累计采出天然气145.94×108m3,是一个快枯竭的气田。近来,有消息表明,威93井、威52井有日产天然气5×104m3和6.7×104m3的新发现,使已开发40多年的威远气田焕发青春,表明天然气是可以再生的,更表明了天然气源是无机成因的。事实上,如果峨眉山花岗岩有风化壳的话,应有更多更大发现。(3)异构烷烃检测曾贻善等报道了北京延庆碓臼峪花岗岩中存在可溶有机质,而且发现了C15-C35的饱和烃,主峰碳为C25,除正构烷烃外,还有异构烷烃,Ph/Pr=0.44～0.63。该项检测所用试剂及操作流程均排除了岩石表面及实验过程的有机质污染,其认为不排除烃的无机成因。曾贻善等还报道了北京延庆大庄科乡水泉沟和洋麻地花岗伟晶岩流体中存在短链羧酸。3.2火山岩热解气烃含量的地层特征郭占谦等对松辽裂谷盆地不同类型火山岩做了热解气中的烃的测量,结果表明:不同类型火山岩的热解气中的总烃含量趋势为玄武岩>安山岩>流纹岩(表3)。3.3无机成因石油日本名古屋大学的Sugisaki和Mimura在全世界50个地区的227块地幔岩石(蛇绿岩带的构造橄榄岩及碱性玄武岩中的橄榄岩捕虏体)中发现有重烃(正构-烷烃),而辉长岩、花岗岩中则没有。这些地幔烃有以下特点:主要沿颗粒边界分布和在矿物流体包裹体中;有类异戊二烯,为姥鲛烷、植烷;地幔烃的δ13C均一,为-27‰。地幔烃的可能成因为:地幔费-托合成反应所生成(无机的);陨石、彗星发送到地球上的;俯冲带再循环的(生物成因)。之后,俄罗斯科学院地球物理研究所的Kenney评价了日本科学家的这些研究结果,同时认为石油是无机成因的,并讨论了无机成因石油的热力学稳定性,kenney还指出,地幔烃的色谱特征在瑞典锡利扬的Gravherg1井中也被观察到,烃的无机成因研究不仅有科学价值,而且在石油勘探中有实际意义。Sugasaki和Mimura承认由于语言的关系不了解俄罗斯、乌克兰学者在这方面的成果,并谈了陨石的冲积合成作用(Shocksynthesis)在烃的生成中的作用。中国学者杜乐天等也在橄榄石气液包裹体中发现了大量形成石油天然气的基本组分,如烷、烯、炔、H2等。3.4含锆靶层(1)吉林石材中的烃吉林陨石的测定表明,除正构烷烃(C17-C30)外,还有芳烃、姥鲛烷、植烷、卟啉化合物,有机色素、氨基酸等。(2)碳球、固碳玉石中的烃色质分析表明有正构烷烃、烯烃、异构烷烃、芳香烃、酮等,还有被认为是典型的生物成因的姥鲛烷和植烷。(3)烷。它是北极石材中的一种南极陨石中也检测出了烃类化合物,主要是正构烷烃、有少量芳烃,还有氨基酸。3.5月岩中的有机物质阿波罗11号、12号带回来的月岩样品中也检测到氨基酸、脱氧核糖核酸之类的有机化合物。4由油气运移特性看自潘钟祥在1982年于AAPG发表“基岩油藏”(PetroleuminBasementRocks)一文以来,“新生古储”、油气“倒灌”的观点有以下实例:①酒西盆地鸭儿峡志留系变质岩基岩油田原油来自下白垩统;②华北任丘冀中坳陷震旦系雾迷山白云岩基岩油田被认为是下第三系沙河街组所生成;③辽河油田兴隆岩基岩油气藏(有太古界花岗岩、中生界火山岩)与沙三段暗色泥岩有关;④松辽盆地扶余、杨大城子油层为青山口组生成,并有U形运移模式,徐家围子火山岩天然气则与侏罗系、白垩系有关;⑤四川威远气田震旦系白云岩及基底花岗岩中的天然气为寒武系倒灌生成;⑥鄂尔多斯奥陶系风化壳的天然气为石炭—二叠系地层生成的气倒灌,三叠系长8、长9的石油则是长7所生成等等。李传亮根据固体力学和流体力学的有关理论,研究了岩石在压缩阶段的体积变化关系后,指出:岩石在压缩阶段(compression)(即传统理论的所谓欠压实阶段)不能排水,当然也不能排烃。最近,李传亮等又进一步指出:油气“倒灌”缺少动力驱动,泥岩在生烃之前即成岩之前压缩性强,但在成岩之后即大规模生烃时却压缩性很弱,不可能进行大规模排烃,碳酸盐岩则几乎没有压实排烃的可能性,压实作用对油气运移的影响被夸大了,靠源岩宏观流动机制排烃聚集成藏的可能性几乎是不存在的。因此,油气“倒灌”是不存在的,因为迄今为止还没有看到真正的“顶生式”油气藏(即上生下储的油气藏)。事实上,潘钟祥所用的Mcnaughton和Holmques的例子今天看来都需要修正。我们认为,油气总是在浮力作用下向上运移的。5岩浆岩地层中的甲烷和重烃如前所述,花岗岩油气藏、火山岩油气藏在油气勘探中已引起了勘探家们的高度重视。近代分析表明:花岗岩、火山岩等岩浆岩中不仅存在甲烷,而且有重烃,这样,油气倒灌的假说不能不受到质疑。以下我们讨论一下花岗岩油气藏与火山岩油气藏的可能的成藏模式。5.1岩石学和轻烃俄罗斯国立古勃金石油天然气大学的加弗里洛夫根据越南白虎油田的实际资料指出:在俯冲作用下,沉积岩发生花岗岩化形成花岗岩的过程中,分散沉积有机质转变为石油烃,在花岗岩化的高温、高压条件下形成轻烃组分,这些轻烃是形成越南白虎油田的物质基础。如前所述,被束缚到花岗岩的流体包裹体中的烃达到10×1012m3,还有分散在花岗岩裂隙及矿物颗粒间的大量的烃。加弗里洛夫还认为:在200～300℃条件下,铁橄榄石与大洋水及其溶解的CO2气体发生化学反应而生成甲烷和蛇纹岩,经计算这个反应所生成的甲烷大约每年900×108t。烃类流体与地层水一起从逆冲断裂带排出,向上运移,由于温压变化,它们便储集在花岗岩和沉积岩,并形成油气藏。5.2与油气的关系通常认为火山活动加速了有机质向烃的转化。事实上火山在岩浆喷发时还会喷发CO2、CH4、H2等气体,并形成气藏。前面谈到的不同火山岩中烃的分析数据也表明了这点。但如何形成油藏(如准噶尔盆地的石炭系火山岩油藏)则是需深入探讨的问题。近年来,大火成岩省、地幔柱与油气的关系也开始引起了一些学者的注意,国外有人认为中东石油可能与德干—留尼汪等地的地幔柱有关,北大西洋石油与第三纪地幔柱火山岩有关,墨西哥湾石油与新生代岩浆作用有关。另外,最著名的例子如西西伯利亚暗色岩系(玄武岩)与超巨型油气区,利比亚的玄武岩与大型油气区和印度德干玄武岩与孟买高大油田的关系等。在中国,李德生最早注意到渤海湾盆地大油田与第三纪地幔柱的关系,罗志立注意到四川二叠纪峨眉山玄武岩喷溢事件,命名为“峨嵋地裂运动”,并认为与地幔热液作用有关。罗志立进一步论述了峨嵋地幔柱不仅与金属矿床有关,还与油气有关。塔里木盆地二叠系玄武岩与油气的关系已被勘探实践所证实。夏林圻等揭示了中国北疆地区石炭纪—早二叠世喷发的天山裂谷火山岩系构成了一个大火成岩省,该火山岩系以玄武岩为主。夏林圻等认为,天山玄武岩可能与地幔柱有关。这一研究为北疆油气勘探指明了方向,如准噶尔盆地的西北缘、腹部和准东地区、吐哈盆地的油气均与这一大火成