维普资讯 http://www.cqvip.com 油２００６年３月 气地质与采收率 第ｌ３卷第２期 ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＧＥＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＲＥＣＯＶＥＲＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ 原生岩性油藏形成机理新解 苏永进 ，蒋有录 ，房新娜 （１．中国石油大学（华东）地球资源与信息学院，山东东营２５７０６１；２．山东胜利职业学院，山东东营２５７０９７） 摘要：为了揭示原生岩性油藏的形成机理，对原生岩性油藏相邻烃源岩的岩心地球化学及地层异常压力进行了分 析，认为原生岩性油藏的形成包括烃源岩的排烃和砂岩储集体的聚烃２个相对但又彼此联系、相互协调的过 程。超压区内烃源岩的排烃方式主要有微裂缝排烃、差异突破压力排烃和断层排烃３种类型，它们具有不同的动 力学特征和排烃机制。聚烃过程包含烃类的充注和砂体中水的排出２个能量传递过程，且有各自的流动途径 和压力系统。只有当排烃过程与聚烃过程协调一致时，原生岩性油藏才能形成。 关键词：原生岩性油藏；排烃；聚烃；成藏机理 中图分类号：ＴＥｌ２２．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９６０３（２００６）０２—００３５—０４ 随着中国东部含油气盆地勘探程度的提高，构 造油藏的发现变得越来越困难，勘探的重点逐渐向 岩性或隐蔽油藏转移，而被生油岩所包围的原生岩 性砂岩油藏就是其中的一种重要类型。对这种类型 油藏成藏机理的深入认识，可以了解这种砂体成藏 径大的砂体有利于油气的聚集；郝芳等 认为连续 稳态流动和周期性（幕式）瞬态流动是沉积弦地流 体的２种流动方式，并以莺歌海弦地为例对幕式成 藏的机制及识别标志进行了重点研究；庞雄奇 的主控因素，有效地预测其分布层位和含油性，掌握 勘探的主动权。 原生岩性油藏的外形类似透镜体状，在空间上 等 ｑＪ贝Ｕ从“成藏门限”和“排烃门限”的角度对砂 岩透镜体的成藏控制条件进行了分析和研究。 无论是实验分析还是理论研究，都在一定程度 上提高了对原生岩性油藏成藏机理的认识，但也存 在着成藏微观机理认识不够或实验假设条件有误的 问题。国内外学者对透镜体砂岩成藏机理的认识还 多呈砂体状分布，周围被生油岩所包围。其油 气来源于相邻周围的烃源岩，具有自生、自储、自盖 的特点，油藏存在形式简单，成藏性质清晰。因此， 如果原生岩性砂体能够成藏必须具备：①砂体 周围的烃源岩已经生成足够量的烃类并排过烃；② 油气进入砂体的孑Ｌ隙中；③一定有与进入砂体 的油气相同体积的孑Ｌ隙水从砂体中排出。 关于原生岩性油藏的形成机制，前人从理论或 实验上都进行过探讨。Ｍａｒｇａｒａ…在研究初次运移 的机制时，提出毛细管压力是烃源岩中生成的油气 向储层中初次运移的动力；Ｍａｌｃｏｌｍ 指出压实作用 存在着很大分歧 Ｊ，其中争论的焦点主要集中在油 气的初次运移机制，即油气从烃源岩中排出有几种 形式，以什么相态进行初次运移，排烃的动力和阻力 是什么，砂岩透镜体要达到什么条件才能允许烃类 的聚集，砂岩中的水如何排出等问题。笔者在岩心 地球化学分析的基础上，重点探讨了原生岩性油藏 的形成过程和形成机理，分析认为烃源岩的排烃主 要有微裂缝排烃、差异突破压力排烃和断层排烃３ 种类型。提出了原生岩性油藏的形成包括排烃和聚 是油气排驱的必要驱动力；陈章明等 用实验方法 模拟了处于不同位置的砂岩透镜体的油气充注过 ・烃２个相对但又彼此联系的过程，两者共同控 制着原生岩性油藏的形成。 程，并解释这种圈闭捕集油气成藏的油水交替机理 是砂一泥岩孑Ｌ喉的毛细管作用和烃源岩排烃压力的 综合作用结果；曾溅辉等＿４ 通过物理模拟实验指 出，砂岩透镜体的含油饱和度与砂岩的粒径有关，粒 １排烃机理 烃源岩排烃的根本原因在于烃源岩自身具备的 收稿１３期２００５—１１－２４；改回日期２００６－０１—１５。 作者简介：苏永进。男。副教授，１９９３年毕业于成都理工学院石油地质专业，２０００年获石油大学（华东）矿产普查与勘探专业硕士学位，现为 该校矿产普查与勘探专业在读博士研究生，主要从事石油地质教学和油气成藏科研工作。联系电话：（０５４６）８５２１４８１，Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｕｙｊｉｎ＠ １６３．ｃｏｍｏ 基金项目：中国石油化工集团公司科研项目“博兴洼陷下第三系沉积体系及成藏规律研究”（Ｆ０２０６０）部分成果 维普资讯 http://www.cqvip.com 油气地质与采收率 ２００６年３月 生烃能力以及随着压实作用的增强、生烃量的增加 或者由于构造运动造成的断层活动而打破了其自身 的相对封闭体系，开始向外通过排放烃类的方式进 行能量和物质的传递。根据研究，透镜状岩性油藏 多处于异常高压区内，由于生油母质、烃源岩结构、 异常高压分布以及断裂发育特征等的不同，烃源岩 的排烃主要分为微裂缝排烃、差异突破压力排烃和 断层排烃３种类型（图１）。 一…・一 ： ： ：：： ； ● ‘ ●一…一／…一‘一‘．．一一．．一一 ．：： ； 一一‘ 一● ． ．： ／ ．． 一 ．．． ： ： 一一 一・丁十 吒・ 时间 ‘ｂ 。 一一一： ： 一 一 ， ＿一 ＝一一．一夕 ‘ ．一一 － 飞 －●－， ，… ． 一 ． ． 。 卜ｒ．上． ．－丁 —， 时间 Ｃ ●－● …… ‘一一… 弋／ ，． 。一‘ ‘－－－ ， 一／＿ ．＿１ ＾ 工？＿－． ， 盯 ・即 时间 园圈日 团田园 泥岩破裂源岩毛细管断裂毛细管泥岩孔隙砂岩孔隙静水压 第ｉ次 压力曲线 压力曲线 压力曲线压力曲线压力曲线力曲线捧怿时期 图１ 欠压实区内烃源岩排烃的３种模式 １．１微裂缝排烃 位于洼陷较中心部位的烃源岩，常以富含藻类 的深灰色泥岩和页岩为主，有机质富集，并存在大量 水平微裂缝。当进入生烃门限值后，烃源岩开始生 烃，随着有机质成熟度的提高，生烃量进一步增大， 烃源岩中的流体压力逐渐增高；与此同时，随着压实 作用的增强、地热增压以及烃源岩的塑性增大使得 上覆压力作用在烃源岩流体上的有效压力增高，进 一步增加了烃源岩内的流体压力。这种复合流体压 力达到或超过烃源岩的破裂压力时，烃源岩内相对 封闭的系统就被打破，开始出现烃类流体的排出过 程。随着排烃的持续，烃源岩中的压力开始下降，直 到排烃过程带走了烃源岩过剩的能量，烃源岩的裂 缝开始闭合，一次排烃结束。但生烃过程并没有停 止，随着时间的延续，生烃量逐渐增多，烃源岩内的 流体压力又开始逐渐升高，当再次积累到破裂压力 时，微裂缝开启，发生二次排烃。随着排烃量的增 加，烃源岩的流体压力又开始下降，直到无法继续排 烃，微裂缝再次闭合，二次排烃结束（图ｌａ）。周而 复始，直到烃源岩生烃能力枯竭或生烃的物化条件 被改变而停止排烃。 微裂缝排烃的过程是幕式的，相态是混相的，即 幕式排烃、混相涌流。有机质地球化学方面表现为： 从开始排烃深度处到泥一砂岩交界面，有机质族组 成无显著变化，排烃效率高，排烃深度大。如济阳坳 陷东营凹陷营ｌｌ油藏是一个很典型的浊积岩单砂 体原生岩性油藏，扇体面积为２０．６ｋｍ ，沙三段砂岩 厚度为１０—１５ｍ。该砂体除在边缘部位由于砂岩厚 度减薄至１—２ｍ而变成干层外，几乎装满油，充满 系数达８０％以上。营６７井的营ｌｌ砂体，油层顶面 埋深为３ ０６６．２ｍ，根据研究¨引，上覆有效烃源岩的 起始排烃深度为３ ０５６．５ｍ，排烃厚度为９．７ｍ，压力 系数达１．６０以上，属微裂缝向下排烃。岩心地球化 学分析资料表明【】 ，在排烃过程中，饱和烃和芳烃 分别保持在４３％和１０％左右，变化不大，表明生成 的烃类是沿着压裂产生的微裂缝进入到储层中的。 ｌ＿２ 差异突破压力排烃 围绕微裂缝区分布的烃源岩常以灰色块状泥岩 为主，有机质较分散，裂缝较少或没有。此类烃源岩 的排烃过程与前一种相似，但排烃过程中的主要阻 力是烃源岩自身的毛细管压力¨¨。当烃源岩复合 流体压力达到或超过烃源岩的毛细管压力时，烃源 岩中的流体以相态的形式被排出。随着排烃的 持续，烃源岩中的压力开始下降，直到排烃过程带走 了烃源岩过剩的能量，一次排烃结束（图ｌｂ）。如此 反复，直到烃源岩排烃终结。 差异突破压力排烃的过程是阶段式的，相态是 单一油相的。有机质地球化学方面表现为：从开始 排烃深度处到泥一砂岩交界面，有机质族组成发生 显著变化，排烃效率低，排烃深度小。如济阳坳陷东 营凹陷梁家楼水下浊积扇体的梁２８井，油层底面埋 深为２ ８３８．４０ｍ，根据研究＿】引，下伏有效烃源岩的起 始排烃深度为２ ８４３．２５ｍ，排烃厚度仅为４．８５ｍ，压 力系数相对较小，只有１．４０，未达到泥岩的破裂压 力，属孔隙式向上排烃。岩心地球化学分析资料表 明，当埋深在２ ８４５．００ｍ以上时。有机碳丰度逐渐降 低，由２ ８４３．２５ｍ的２．４５％降至２ ８３９．００ｍ的 ０．３８％．】 。但从岩性和电性来观察，这段泥岩又 是比较均质的；干酪根镜检结果也表明，在２ ８５６．６０ ～２ ８３９．００ｍ区段，有机质组分虽稍有差别，但都为 Ｉ型干酪根。结合上述分析，可以判断２ ８４５．００ｍ 以上的泥岩有机碳降低，这是由于有机质的排出造 成的。在排烃过程中，饱和烃百分含量逐渐变小，而 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１３卷第２期 苏永进等：原生岩性油藏形成机理新解 非烃和沥青质百分含量逐渐变大，这反映通过泥岩 的孔隙网络向上排烃时，烃类发生了分异作用 （２ ８３９．ＯＯｍ处岩样的地球化学参数因受到相邻油 层的浸润而发生突变异常）。 １．３断层排烃 在有断层沟通烃源岩与砂岩透镜体的情况下， 断裂的开启和由此引起的流体流动受多种因素的影 响，郝芳等 将其分为超压主导型、超压一构造活 动联控型和突发性构造事件型。但无论何种类型的 断层排烃，都是受到断层开启门限压力（断裂带的 毛细管排替压力）的控制（图１ｃ），排出流体的过程 是幕式（脉动式）的，相态也是混相的。 超压主导型烃源岩的排烃过程主要受超压的控 制。当孔隙流体压力达到或超过断裂的开启压力 时，断裂及伴生裂隙开启，超压流体释放，流体向断 裂带汇聚；随着流体的释放和压力的降低，加之流体 运移过程中引起的矿物沉淀，断裂闭合，地层压力逐 渐恢复到断裂开启前的状态，而后。流体压力不断积 累，再重新引起断裂开启和超压流体排放。 超压一构造活动联控型烃源岩的排烃则受到超 压和断裂活动的共同控制。在超压发育和构造活动 较强烈地区，烃源岩的排烃多受超压和构造活动的 双重控制。 突发性构造事件型烃源岩的排烃主要受断裂活 动的控制，构造活动期即有效烃源岩的排烃期。随 着构造活动的增强，降低了断裂开启的门限压力，断 裂开启的次数增多，油气充注成藏的期次也随之增 多。 ２聚烃机理 砂岩体的聚烃是先前能量较低的平衡系统被打 破，外界能量开始进入（充注）该系统内，同时砂岩 体中的水在压力的作用下开始排到烃源岩中。直到 形成新的平衡系统的过程。实际上，它包含了烃类 的充注和水的排出２个能量传递过程。 烃类充注的动力主要来自欠压实烃源岩与砂岩 体之间产生的压力差、由于生烃量的增加而引起烃 源岩内部流体压力的升高以及烃源岩的毛细管压力 等。充注的阻力主要来自砂岩体的毛细管排驱压 力，当烃类充注的动力大于毛细管排驱压力时，就满 足了砂岩体的聚烃条件。由于透镜状砂岩体是非均 质的，油气首先进入砂岩体中毛细管排驱压力最小、 孔喉最大的部位，随着烃类充注动力的增大，再进入 次一级的孔隙和吼道中，油气占据孔喉的大小与烃 类充注的动力大小是相对应的。 ３成藏机理 砂岩体能否被充注成藏，还要看排烃过程与聚 烃过程的配置关系，只有当两者协调一致，既达到聚 烃门限，又达到排烃门限时，才能完成透镜状砂岩体 油藏的成藏过程（图２）。图２ａ中的非重叠区解释 了烃源岩内个别物性较好（甚至比已成藏砂体物性 更好）的砂体由于没达到排烃门限而没有充注成 藏；而图２ｂ中的非重叠区则表示了烃源岩内物性较 差的砂体因为没达到聚烃门限而没有充注成藏。 压力 压力 聚＼ 烃＼ｆ １限 ｌ １限 ．． Ｔ１Ｔ丌Ｔ 讳烃ｆ１陋一 Ｉ ／ ） 排烃ｆ．． ．＿／ ：｛） 聚烃门限＼ ；） 。‘ ．…。广～ ‘意 一 。 排（≯ 压。（ 烃 …．排 排 ．． 烃 烃 动＼’ 阳 烃＼ 阻 魍Ｉ 魍 动＼！力 动 ．阻 ．力ｔ 力＼ ，Ｉ 力＼ ｌ： 叩刀皿排烃窗 聚烃窗 图２ 原生岩性油藏排烃一聚烃的２个 相对阶段示意图 烃类的充注与砂岩中水的排出这２个过程可用 毛细管压力曲线进行解释，烃类充注过程与毛细管 压力曲线中非润湿相饱和度增加的注入曲线是一致 的，而砂岩中的水向外排出过程与毛细管压力曲线 中润湿相饱和度增加的退出曲线相同；而且，注入压 力（Ｐ。注）大于退出压力（Ｐ。遇）（图３）。因此，当烃类 润湿相饱和度。 图３ 毛细管压力曲线解释的烃类充注与 砂体中水排出的现象 维普资讯 http://www.cqvip.com ・３８・ 油气地质与采收率 ２００６年３月 向砂岩体开始充注后，砂岩体中的流体压力会随着 烃源岩排烃的继续和能量的传递而增大，当砂岩体 中的流体压力大于退出压力时，砂体中的水就开始 沿着较小的、不同于烃类充注的通道进入烃源岩中。 ａｂｎｏｒｍａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡＡＰＧ，１９７５，５９ （２）：２９２—３０２． ［２］ Ｍａｌｃｏｌｍ Ｋ Ｊｅｎｙｏｎ．Ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｔｒａｐｓ。ａｓｐ￣ｔａ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｓｃｉｓｍｏｓｔｒａｔｉｇ． ａｒｐｈｙ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｍ］．Ｏｋｌａｈｏｍａ：Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆Ｓｏｎｓ ｌｎｃ．１９９４． ［３］ 陈章明，张云峰，韩有信，等．凸镜状砂体聚油模拟实验及其机 ４结论 通过对济阳坳陷东营凹陷营６７井和梁２８井原 生岩性油藏相邻烃源岩的岩心地球化学和异常压力 理分析［Ｊ］．石油实验地质，１９９８，２０（２）：１６６—１７０． ［４］曾溅辉，张善文，邱楠生，等．济阳坳陷砂岩透镜体油气藏充满 度大小及其主控因素［Ｊ］．地球科学：中国地质大学学报， ２００２，２７（６）：７２９—７３２． ［５］ 郝芳，邹华耀，杨旭升，等．油气幕式成藏及其驱动机制和识别 标志［Ｊ］．地质科学，２００３，３８（３）：４０３—４１２． ［６］庞雄奇．排烃门限控油气理论与应用［Ｍ］．北京：石油工业出 版社，１９９５． 分析，认为原生岩性油藏的形成包括烃源岩的排烃 和砂岩体的聚烃２个相对又彼此联系、相互协 调的过程，两者共同控制着原生岩性油藏的形成，只 有排烃过程与聚烃过程协调一致，即同时满足聚烃 条件和排烃条件时，才能完成砂体原生岩性油 藏的成藏过程。 在前人研究的基础上，阐述了有效烃源岩排烃 的３种模式以及原生岩性油藏成藏的２个过程，有 ［７］庞雄奇。陈冬霞，李丕龙，等．砂岩透镜体成藏门限及控油气作 用机理［Ｊ］．石油学报，２００３。２４（３）：３８—４５． ［８］庞雄奇，李素梅，金之钧，等．排烃门限存在的地质地球化学证 据及其应用［Ｊ］．地球科学：中国地质大学学报．２００４，２９（４）： ３８４—３９０． ［９］ 陈冬霞，庞雄奇，姜振学．透镜体油气成藏机理研究现状与发 展趋势［Ｊ］．地球科学进展，２００２。１７（６）：８７１—８７６． ［１Ｏ］李春光．东营盆地浊积岩原生油气藏［Ｊ］．石油勘探与开发， １９９２，１９（１）：７一ｌ２． 助于分类揭示原生岩性油藏的形成机制和形成条 件，能有效指导原生岩性油藏的勘探工作，但对排烃 和聚烃临界门限的定量研究尚须进一步深化。 ［１１］王志欣．毛细管力是油（气）初次运移的动力吗？［Ｊ］．石油实 验地质，２０００，２２（３）：１９５—２００． 致谢：在本文构思、酝酿过程中，曾与中国石化 胜利油田博士后工作站解和闫长辉博士进行过 探讨，受到不少启发；在资料收集过程中，得到了胜 利油田有限公司纯梁、东辛采油厂地质所同志们的 ［１２］张敦祥，张方吼，骆光华．梁家楼湖相烃类从泥岩向浊积岩的 初次运移［Ｊ］．石油与天然气地质，１９９０，ｌｌ（３）：３３４—３４４． ［１３］郝芳，蔡东升，邹华耀，等．渤中坳陷超压一构造活动联控型流 体流动与油气快速成藏［Ｊ］．地球科学：中国地质大学学报， ２００４，２９（５）：５ｌ８—５２４． 大力帮助，在此一并表示感谢。 参考文献： ［１］Ｍａｇａｒａ Ｋ．Ｒｃｅｖａｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｍｔｍｏｒｉｌｌｏｎｔｉｌｅ ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ∞ｃａＤｓｅ ｏｆ 编辑刘 ０： ≥ ＿ ｒ ．． ．－ ０ ０ ｌ ｆ ０ 、０Ｉ ｜ ｜ ！ ；■ ｉ＿ －ｒＩ ｉ０ｉ 江０Ｉ ｊ≯ ｐ ｒ ：ｔ ｉ｝ 套 毫 ｔ｜ 。 ｜ ｜ ｜ａ 测 Ｉ＿ “ ｝ ： ≥ｌ≮ ０＿＿ ： ｌｌ｜ ０｜ ＇ ０：叠 ｂＩｌ ｜＿ ｚ 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