輸導(dǎo)體系“三位一體”綜合評價(jià)的探討

羅正江，王睿，張快樂

(1中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京102249;2.中國石油新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院，新疆 克拉瑪依834000;3.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069)

流體輸導(dǎo)體系是目前油氣地質(zhì)學(xué)的前沿領(lǐng)域和熱點(diǎn)科學(xué)問題，輸導(dǎo)體系作為連接烴源巖和圈閉的“橋梁”，決定著油氣運(yùn)移的方向和路徑，同時(shí)油氣運(yùn)移的路徑和方向直接決定著油氣運(yùn)移聚集的部位。因此，對于輸導(dǎo)體系的研究顯得尤為重要［4，15］。深入剖析輸導(dǎo)體系與油氣成藏之間的關(guān)系，有助于為油氣勘探提供一定的重要信息，從而發(fā)現(xiàn)更多的油氣藏。

1 輸導(dǎo)體系的評價(jià)方法

輸導(dǎo)體一般包括三種類型:輸導(dǎo)層、斷層和不整合面。國內(nèi)外許多學(xué)者從宏觀的空間展布和微觀的滲流特征入手，對輸導(dǎo)體進(jìn)行了半定量-定量的描述。

1.1 砂巖輸導(dǎo)層

輸導(dǎo)層定義為:區(qū)域蓋層之下具有一定厚度的地層單元，為微觀上具有孔隙空間和滲透能力的輸導(dǎo)體的總和，這些輸導(dǎo)體在宏觀上幾何連接、油氣運(yùn)移發(fā)生時(shí)相互之間具有流體動力學(xué)連通性［18］。輸導(dǎo)層的厚度、孔滲性、連通性是影響其輸導(dǎo)性能的重要因素，同時(shí)，碎屑顆粒、膠結(jié)物、孔隙空間三種砂體結(jié)構(gòu)因素也影響輸導(dǎo)層的輸導(dǎo)能力。而物源條件、沉積環(huán)境與沉積過程以及成巖作用是影響輸導(dǎo)層結(jié)構(gòu)的重要因素［20］。

隨著各種實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，以及各種新思路、新方法和新理論不斷涌現(xiàn)。輸導(dǎo)層的研究從砂體的宏觀展布［1］，發(fā)展到根據(jù)砂體成巖作用及其與油氣充注的關(guān)系，定量恢復(fù)了砂巖在油氣成藏時(shí)的古物性［9，10］，并采用滲透率作為表征其輸導(dǎo)性能的重要參數(shù)［18，21］。

對于輸導(dǎo)層而言，流體壓力作為油氣運(yùn)移的動力，在一定范圍內(nèi)決定其輸導(dǎo)的性能，同時(shí)流體自身的粘度和輸導(dǎo)層的滲透率也決定著輸導(dǎo)能力的大小。綜合考慮油氣運(yùn)移動力、阻力和流體自身性質(zhì)有:

其中，A為地層砂地比，決定著砂體的聯(lián)通性;P為地層流體壓力;K為滲透率;μ為油氣的粘度;λs為微觀輸導(dǎo)因子主要取決于輸導(dǎo)層的成巖相;砂巖輸導(dǎo)系數(shù)Cs為一個無量綱的參數(shù)，Cs值越大輸導(dǎo)層的輸導(dǎo)能力越強(qiáng)。

1.2 斷層輸導(dǎo)體系

斷層既可以作為烴類和流體運(yùn)移的重要通道，也可以作為油氣成藏的遮擋條件。斷層作為一個內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的帶，包含大量的裂縫、破碎帶、膠結(jié)物和泥巖涂抹帶等［2，3］。斷層的封閉性取決于多種因素。斷面緊閉程度，反應(yīng)了斷面正應(yīng)力的大小，主要取決于斷面的走向、傾角、埋深，構(gòu)造應(yīng)力的大小和方向，以及地下巖石和流體的密度等因素。巖性對置，措斷地層砂地比，泥巖涂抹等，反應(yīng)了斷層在側(cè)向上的連通性。另外，斷裂活動與否也會影響它的輸導(dǎo)能力，在斷裂靜止期間，往往具有封閉的作用，而在斷裂活動期間則具有較強(qiáng)輸導(dǎo)能力，同一斷層在不同的時(shí)間點(diǎn)具有不同的封閉性。斷面優(yōu)勢運(yùn)移通道的提出改變了以往人們認(rèn)為開啟的斷裂都是油氣運(yùn)移通道的錯誤觀念，強(qiáng)調(diào)只有沿著斷面優(yōu)勢運(yùn)移通道尋找勘探目標(biāo)才可能發(fā)現(xiàn)油氣藏［5，17］。

斷裂是油氣運(yùn)移的三大輸導(dǎo)通道之一，油氣沿?cái)嗔褞н\(yùn)移機(jī)制研究逐步走向深入。斷層封閉性從單一參數(shù)表征，如Bouvier的 CSP(clay smear potential)、Lindsay的 SSF(shale smear factor)和Yielding的 SGR(shale gouge ratio)等，必然發(fā)展到綜合考慮所有可能關(guān)鍵因素定量評價(jià)，如 Zhang等［6，7］提出的斷層連通概率法。

其中，P為泥巖地層流體壓力;δ為斷面正應(yīng)力;SGR為斷層帶泥巖涂抹因子;C為一個無量綱的參數(shù)，一般來說Cf值越大斷層開啟的可能性越高。

1.3 不整合面輸導(dǎo)體系

在一定時(shí)間內(nèi)暴露于地表的不整合面在形成時(shí)期往往具有較強(qiáng)烈的風(fēng)化作用，使得孔隙度、滲透率得到很大的改善;同時(shí)不整合界面之上往往發(fā)育砂礫巖層，比如在層序界面上除存在沖刷不整合面以外，還有下切水道充填復(fù)合體，它們可以作為油氣運(yùn)移的輸導(dǎo)體系。不整合面受構(gòu)造運(yùn)動的控制，在平面上表現(xiàn)出非均質(zhì)性［11］。許多學(xué)者［8，12，19］從不整合面的宏觀構(gòu)造樣式與微觀巖性結(jié)構(gòu)入手，研究不整合的非均質(zhì)性及其與油氣成藏的關(guān)系。微觀上，不整合面的非均質(zhì)性體現(xiàn)在不同井區(qū)其巖性配置特征有著不同特點(diǎn)，從而對油氣產(chǎn)生不同的運(yùn)聚及圈閉作用，造成油氣的局部分布的差異性;宏觀上，在不同地區(qū)、不同層系分布有不同類型的不整合面，從而對油氣的區(qū)域分布產(chǎn)生影響。另有一些學(xué)者［14，16］從地球化學(xué)示蹤方法半定量的刻畫了不整合面的輸導(dǎo)性能，認(rèn)為QGF指數(shù)在0～4 pc之間、QGF-E值在0～40之間是油氣運(yùn)移的通道。然而，不整合面輸導(dǎo)體的定量化是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢。

因此，在研究不整合輸導(dǎo)時(shí)，需要從不整合的宏觀構(gòu)造樣式與微觀巖性組合模式入手，進(jìn)一步分析其輸導(dǎo)模式(圖1)，斷皺不整合、褶皺不整合、超覆不整合、截超不整合、削截不整合、平行不整合的輸導(dǎo)能力依次降低，粗-細(xì)-粗和粗-粗型巖型組合模式的輸導(dǎo)能力明顯好于粗-細(xì)、細(xì)-細(xì)-粗、細(xì)-粗型巖型組合模式。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合地球化學(xué)示蹤研究，半定量的刻畫不整合輸導(dǎo)能力。如準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起白堊系底部不整合面，超覆與截超不整合的粗-細(xì)-粗和粗-粗型不整合面熒光顯示發(fā)育，而細(xì)-細(xì)-粗和細(xì)-粗型的平行不整合熒光顯示不發(fā)育。

圖1 不整合面輸導(dǎo)模式圖

2 輸導(dǎo)體系三維空間格架

在輸導(dǎo)體系研究中，識別與總結(jié)不同類型的運(yùn)移通道是進(jìn)行綜合評價(jià)的前提。砂體、斷裂、不整合面之間的相互交叉、疊置、連通，可以形成四種復(fù)合輸導(dǎo)系統(tǒng)，分別為斷裂-不整合輸導(dǎo)體系、不整合-砂體輸導(dǎo)體系、砂體-斷裂輸導(dǎo)體系與砂體-斷裂-不整合輸導(dǎo)體系［12］。因其所處的盆地屬性與構(gòu)造單元的不同，擁有的復(fù)合輸導(dǎo)體系也不同，以準(zhǔn)噶爾盆地車排子地區(qū)白堊系輸導(dǎo)體系為例(圖2):車排子凸起為與多個生烴灶(沙灣和四棵樹凹陷)的潛在匯聚區(qū)，油氣顯示豐富。四棵樹凹陷深大斷裂溝通侏羅系烴源巖，油氣沿著斷裂快速向淺層運(yùn)移，隨后進(jìn)入不整合輸導(dǎo)體系，組成斷裂-不整合輸導(dǎo)體系;進(jìn)一步油氣經(jīng)不整合運(yùn)移至車排子凸起，其清水河組連通砂體發(fā)育，組成砂體-不整合輸導(dǎo)體系;沙灣凹陷二疊系油氣經(jīng)不整合運(yùn)移至紅車斷裂帶，隨后與清水河組砂體相溝通，共同組合砂體-不整合-斷裂輸導(dǎo)體系;油氣進(jìn)入車排子凸起之后，沿砂體運(yùn)移，白堊系內(nèi)部的斷裂進(jìn)一步對油氣進(jìn)行調(diào)整，組成砂體-斷裂輸導(dǎo)體系。

圖2 車排子地區(qū)輸導(dǎo)模式(據(jù)王震亮，2014)

3 輸導(dǎo)體系“三位一體”綜合評價(jià)

在地質(zhì)空間中，上述四種輸導(dǎo)系統(tǒng)是最基本的形式，它們之間的每一個構(gòu)成要素都可以多次與另一構(gòu)成要素進(jìn)行更為復(fù)雜的組合，形成更加復(fù)雜的油氣運(yùn)移的立體網(wǎng)絡(luò)輸導(dǎo)系統(tǒng)，使油氣在地層中能向不同方向、以不同距離進(jìn)行立體運(yùn)移聚集成藏。

在綜合研究復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力時(shí)，應(yīng)將斷裂、砂體、不整合面的輸導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行歸一化。將其歸一化到0和1之間，獲得相對輸導(dǎo)系數(shù);然后按照不同地區(qū)斷裂、砂體、不整合面輸導(dǎo)能力的差異，賦予不同的權(quán)重系數(shù)，最終得出斷層砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的相對輸導(dǎo)系數(shù)。

3.1 砂巖輸導(dǎo)層相對輸導(dǎo)系數(shù)

統(tǒng)計(jì)分析錄井資料的油氣顯示和鑄體薄片熒光測試等，確定砂巖輸導(dǎo)系數(shù)的臨界值，即當(dāng)砂巖輸導(dǎo)系數(shù)為多大時(shí)可以作為良好的輸導(dǎo)層。用Rs表示砂巖輸導(dǎo)層相對輸導(dǎo)系數(shù):

Rs=f(Cs)(當(dāng)Cs＜C0，其中C0表示砂巖輸導(dǎo)層的臨界輸導(dǎo)系數(shù));

或Rs=1(當(dāng)Cs＞C0，其中C0表示砂巖輸導(dǎo)層的臨界輸導(dǎo)系數(shù))。

3.2 斷層相對輸導(dǎo)系數(shù)

統(tǒng)計(jì)各區(qū)間對應(yīng)的能夠確定油氣在縱向上流過斷層的樣本在總樣本中所占的百分比，即可獲得斷層啟閉系數(shù)與對應(yīng)的斷層連通概率間的相關(guān)關(guān)系。用Rf表示斷層相對輸導(dǎo)系數(shù):

Rf=f(Cf)(當(dāng)Cf＜C0，其中C0表示曾開啟斷層的啟閉系數(shù))

或Rf=1(當(dāng)Cf＞C0，其中C0表示曾開啟斷層的啟閉系數(shù))。

3.3 不整合面相對輸導(dǎo)系數(shù)

根據(jù)不整合面的宏觀類型與微觀巖石配置定量賦予Ru不同的值，如斷皺不整合且其上下界面都為砂巖，具有良好的側(cè)向運(yùn)移能力Ru=1。

權(quán)重主要反映斷裂、砂體、不整合面對油氣運(yùn)移的相對貢獻(xiàn)量，根據(jù)不同構(gòu)造帶斷裂、砂體和不整合面輸導(dǎo)體系的發(fā)育特征及其對運(yùn)移的貢獻(xiàn)能力的差異性 賦予不同的權(quán)重系數(shù)，斷裂、砂體和不整合面復(fù)合輸導(dǎo)體系總的權(quán)重系數(shù)為:

在此基礎(chǔ)上綜合評價(jià)復(fù)合輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)性能:

4 綜合評價(jià)中存在的問題和發(fā)展趨勢

輸導(dǎo)體系研究是油氣成藏的主要環(huán)節(jié)，而輸導(dǎo)體系的綜合評價(jià)是其發(fā)展的必然趨勢，但由于技術(shù)和方法等原因的限制，致使綜合評價(jià)存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)不整合面輸導(dǎo)體系多為定性的評價(jià)，文中提出的從宏觀構(gòu)造樣式與微觀巖性組合入手，結(jié)合地球化學(xué)資料的方法，縱然可以對不整合面進(jìn)行細(xì)致的劃分，但依舊處于半定量階段。

(2)斷裂作為一個復(fù)雜的三維構(gòu)造體，非均質(zhì)性強(qiáng)烈，不同的斷裂位置對油氣的輸導(dǎo)或者遮擋不一而論。

(3)輸導(dǎo)體系應(yīng)是一個時(shí)空范圍內(nèi)的概念，在不同的地質(zhì)歷史時(shí)期，其輸導(dǎo)能力，甚至其輸導(dǎo)模式都存在著變化，研究中更需將輸導(dǎo)體系放入地質(zhì)的時(shí)空演化中，分析其在油氣成藏史上的演化特征。

輸導(dǎo)體系的綜合評價(jià)是一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的工作，就其上述存在的問題，發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)深化不整合面輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)特征，從根本上認(rèn)識不整合面的輸導(dǎo)機(jī)理，從而對其進(jìn)行精細(xì)的定量評價(jià)。

(2)深入輸導(dǎo)體系的時(shí)空展布，在構(gòu)造、沉積、成巖與流體活動等條件的制約下，研究輸導(dǎo)體系的時(shí)空配置以及其輸導(dǎo)能力。

(3)利用多種資料，將石油地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等多學(xué)科進(jìn)行綜合，進(jìn)一步，將地質(zhì)與物理模擬、計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合，不斷提高綜合評價(jià)的精度。

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