东营凹陷深部流体对油气生成的影响

东营凹陷深部流体对油气生成的影响

深部活动在地质过程中的作用日益受到重视，并成为近年来地质调查的热点领域。随着流体包裹体、水岩反应、超深钻探等研究手段的发展,流体与岩石的相互作用、流体运动与元素迁移以及流体作用与地壳演化等问题得到了不断深入的研究。目前对深部流体的含义还没有统一的标准和明确的认识,本文针对沉积盆地的研究对象,将基底以下的流体统称为深部流体,主要包括地幔流体和深部地壳流体。盆地深部流体的活动近年有不少报道,人们在越来越多的油气田中找到了深部流体参与成藏的证据。尤其是天然气藏,如济阳坳陷、莺-琼盆地、三水盆地、四川威远、塔里木柯克亚和雅克拉气田、松辽盆地,乃至东海某些钻井,都钻获了深部来源天然气。在一些深部流体活动强烈地区,例如济阳和苏北等地,还形成了壳幔复合型He气藏和CO2气藏。如济阳坳陷有十余个He异常,有些异常比地壳平均He丰度高出好几个数量级,其中幔源He达20%～40%,仅在东营凹陷就发现了4个具有商业价值的CO2气藏,均分布在切穿基底的高青一平南断裂带一线。国外也在许多天然气藏中发现有深源气体的加入。1下第三系油源层和储集层东营凹陷是一个北断南超、西陡东缓的中、新生代断陷盆地,下第三系是凹陷最主要的油源层和储集层,新生代比较活跃的构造地质背景为深部流体的活动提供了条件。已有的地球化学和地质资料研究表明,东营凹陷存在过比较强烈的深部流体活动。1.1深部地壳和地表土体东营凹陷已证实存在的无机成因二氧化碳和氦气藏均被认为来自深部地壳和地幔,表1列出的部分深部来源气体的地球化学参数(其中有些据火山岩中的流体包裹体测定)显示了深部流体的原始特征。1.2多案例分析对话1.0.0.0东营凹陷的一些油田水、原油及下第三系砂泥岩中发现重金属元素异常富集,其质量分数大大超过了该地区背景值。如部分原油中Au含量为0.0009～0.001μg/g,Ag含量为0.096～0.639μg/g,Ni含量为0.02～0.344μg/g,有些已经达到了可以开采利用的品位。这些金属元素很可能是深部流体带来的。1.3营养方面的深地震测深技术东营凹陷南部和西部沿主要断裂广泛分布第三纪基性火山喷出岩,岩浆活动与主要构造运动相匹配,一方面对地温场构成影响,另一方面使深部流体沿多期活动的张性正断裂上升至浅部。徐观学等(1995)采用宽角反射/折射法深地震测深技术研究东营凹陷深部构造,结果表明东营凹陷中地壳内部发育低速体。低速体的成因可能与壳内岩石部分熔融及气化水或气体的存在有关。在东营凹陷,高青—平南断裂带一直延伸到中地壳的低速体中,该断裂带火山活动和二氧化碳气藏最为发育,表明低速体中的挥发分和岩浆通过深大断裂进入了凹陷内部。1.4均一温度差别东营凹陷第三系流体包裹体均一温度存在畸变现象,同一口井或同一地区在同一埋藏深度或埋藏深度差别不大的地层中,均一温度差别较大。例如坨76井埋深2898m处的沙三段砂岩SiO2胶结物中就出现了110℃、140℃、158℃、165℃、170℃和173℃几组不同的均一化温度。类似现象在东营凹陷多有出现,可能也与深部流体的热活动有关。2东平川的深部液体活动与生烃作用2.1有机质反应的模拟贫氢干酪根转化为富氢烃类需要大量氢的富集,如果有深部来源的氢,对提高烃产率无疑有重要的贡献。由表1可见,东营凹陷深部流体中存在相当数量的氢气,如滨552井气体氢含量超过1%,而由于氢的活动性非常强,推测绝大部分氢可能已参与各种还原反应消耗掉了。这样看来,东营凹陷应该发生过大规模氢的活动,流体包裹体内的氢含量远高出天然气中的含量就是明证。金强、熊寿生等探讨了火山岩与有机质的相互作用发生加氢反应的可能性。他们根据基性火山岩的喷溢-喷流活动可以产生无机成因氢气,对有机质进行加氢的模拟实验,反应方程为:6(Mg1.5Fe0.5)SiO4+13H2O→3Mg3SiO2O5(OH)4+Fe3O4+7H2个。实验中氢由橄榄石的蚀变作用产生,选取高硅氟石作为催化剂,分别采用油页岩和褐煤作为生油气母质,温度控制在250～500℃,在耐压试管中放入不同的实验材料进行对比实验。实验结果表明,有机质在达到一定温度后发生了加氢反应,加入橄榄石和氟石后获得的甲烷与相同条件下不加氢相比,产率增加了2～3倍。当反应达到一定温度后,由于橄榄石的生氢反应,模拟实验产物中甲烷的含量迅速增加。值得注意的是,橄榄石的生氢曲线在400℃时迅速下降(见图1),表明生成的氢已经被补充进新生成的烃当中了。笔者开展了直接对烃源岩加氢的热模拟实验,采用的烃源岩为东营凹陷面16井沙四段含Ⅰ型干酪根的优质低熟烃源岩。实验样品质量100g,在450℃温度下平衡48h,加氢量为100mL,结果气态产物显著增加,总气体和甲烷的产量均增加了20%以上,其中甲烷产率由12.95mL/g增加到16.76mL/g,增幅达29.4%。这表明深部流体中氢对烃源岩生烃的贡献是显著的,在合适的地质条件下,加氢反应是一种可能的生烃辅助机制。2.2深部流体的热深部流体进入沉积盆地后往往成为高温高压的超临界流体,热能传输往往要比岩层快得多也大得多。许多观测资料表明,壳幔流体沿深大断裂运移往往会形成线状热异常。根据徐永昌(1998)研究资料,反映深部来源的3He/4He值大的区域,地热场相对较高。深部流体带来的大量热会使经过的烃源岩中有机质更快地热降解。如郝科1井存在的镜质体反射率明显异常(见图2),很有可能与深部热流体的活动有关。毫无疑问,深部流体带来的热能对促进有机质的成烃有积极的影响。但过高的地热梯度也可能会使有机质很快达到过成熟,从而降低了烃源岩的生烃潜力。2.3热液流体对有机碳的氧化金属元素对生烃的催化作用日益受到重视。Simoneit等研究了Fe、Mn、Zn、Cu等在加里福尼亚湾古亚依玛斯盆地不成熟硅藻土沉积物中热液石油的贡献,发现来自岩浆房的热液通过厚约400～500m富含有机质的沉积物后,形成了C1—C40的烃类,热流体中的Fe、Mn、Zn、Cu等含量降低了2%～20%。郭占谦等认为热液流体除了为有机质补给热能和分解能之外,其中含有的Fe、Mn、Zn、Cu等金属元素还具备催化作用,加大了有机碳向烃类物质转化的程度。如前所述,东营凹陷存在显著的重金属异常,根据这种催化机制,深部流体带来的大量金属元素无疑对于烃的形成具有重要意义。3地球化学特征地球物理和地球化学的研究表明,东营凹陷大规模的深部流体活动对于烃类的形成有重要的影响。目前这方面的研究还仅仅处于起步阶段,许多问题亟需解决,主要表现在:①东营凹陷深部流体的类型及地球化学特征还不十分清楚,活动范围和强度也难以确定;②深部流体的加氢反应研究还处于模拟实验和定性研究阶段,需要开