第6章油气藏形成与破坏-已改.ppt

第六章油气藏的形成与破坏,油气藏是油气勘探开发的直接对象，油气藏的形成是本课程研究的核心内容。前面我们讲到“油气在二次运移过程中遇到圈闭就聚集起来形成油气藏”。那么，圈闭是如何聚集油气的呢有什么规律吗有圈闭就一定有油气聚集吗圈闭在什么情况下可以捕集油气它又是在什么时间、以什么方式捕获油气的一旦圈闭充满油气，它会被破坏吗是什么原因导致圈闭破坏使油气溢出为什么会发生三次运移圈闭破坏了，我们还能指望在附近找到其残余的油气吗这些就是本章所要讨论和回答的问题。,第六章油气藏的形成与破坏,第一节油气藏形成的基本条件第二节油气聚集与成藏第三节油气成藏年代学第四节油气藏破坏与油气再分布复习思考题,第一节油气藏形成的地质基本条件,油气藏的形成实际上是油气从分散到聚集的过程。地下能否形成储量丰富的油气藏并被保存下来，这主要取决于是否具备生油层、储集层、盖层、圈闭、运移和保存条件这六个要素。所以，我们把油气藏，特别是大型油气藏形成的基本地质条件概括为一、充足的油气源;二、良好的储集层和有利的生储盖组合;三、足够的运移动力和畅通的运移通道（良好的运移条件）四、大容积的有效圈闭。五、优越的保存条件六、优质的时空配置这六个大的基本条件，在油气藏形成过程中是相互联系，相互配合，缺一不可的。,P260,一、充足的油气源一个盆地或含油气区能否形成储量丰富的油气藏，充足的油气来源是十分重要的。而通常充足的油气源（生成并能提供形成油气藏的总油气量）主要取决于下列五个基本条件（1）有机质的丰度；（2）有机质类型；（3）有机质成熟度；（4）排烃效率或排烃系数；（5）生油岩体积。,,1、有机质的丰度即有机质的丰富程度，它是指生油岩单位体积的有机质含量与生油岩体积的乘积。决定有机质丰度的主要因素是生油岩体积和有机质的百分含量。生油岩的体积取决于生油凹陷面积大小和生油层系的厚度。据统计，从世界上61个特大油气田所在的12个含油气盆地的生油岩体积资料来看，绝大多数大油气田的生油凹陷面积在10万KM2以上，沉积岩体积在50万KM3以上；生油岩系的厚度最小的是200～300米，最大的在1000米以上，一般都在500米以上。,一、充足的油气源,但是需要指出的是，有些盆地面积虽然不大，但沉积速率较高，在不长的地质历史时期内，沉积了巨厚的生油岩系。加上其它有利条件的配合，中小型盆地亦可提供丰富的油源，形成可观的油气聚集。洛杉矶盆地就是一个典型例子。其面积仅3.9万km2，但在晚中新世到更新世的短短二千多万年时间内，沉积了厚达6000m以上的沉积岩系，其中生油岩系2000～3000m，油源丰富；再加上有多种有利条件的配合，在其中形成了4个大油田和50多个中小型油气田，单位面积产油率居世界首位。我国的酒泉西部及泌阳盆地等也是油气较丰富的小型沉积盆地（面积都小于5000km2）。,一、充足的油气源,2、有机质类型在生油岩一章我们已经讲过，Ⅰ型干酪根有利于生油，且其转化程度较高；Ⅲ型干酪根有利于成气，对生油不太有利；Ⅱ型干酪根介于上述两者之间。不同的干酪根类型生油气潜力不同。腐泥型有利于生油、腐殖型有利于生气3、有机质成熟度根据油气有机成因晚期成油的观点，生油岩埋藏到一定深度，达到门限温度才能大量生成油气，也才能为油气藏的形成提供充足的油气源，所以，生油岩有机质的成熟度也是评价生油岩能否提供充足油气源的重要指标。4、排烃效率或排烃系数是指生油岩中生成的油气有多少能被排出来。这主要与生油岩的厚度和与储集层的接触面积有关。排烃效率一般小于10％，聚集效率更低，为生油量的1％左右。若排烃效率太低是难以提供充足的油气源的。,一、充足的油气源,在上述基本要素中，既要涉及油气产率，也要涉及油气产量。要形成油气藏，充足的油气产量（总产量及排烃总量）是必要的保证。油气产量不仅与有机质的烃产率有关，还与生油岩体积有关，二者相互关联。归根到底，油气藏的形成就是要具备能提供充足油气源的地质条件。,一、充足的油气源,能提供充足油气源的地质条件，应当具有广阔的、有利于有机质大量繁殖和保存的、封闭或半封闭的沉积盆地；它们有较高的沉积速率和较长的持续沉积时间，有利于有机质在较短的时间内成熟，并排出油气。盆地内具备这些条件的沉积区，称为生油坳（凹）陷。一个含油气盆地至少要有一个生油凹陷。,一、充足的油气源,生油坳陷在盆地内的展布，可位于盆地中央地带，如松辽盆地图、西西伯利亚盆地、洛杉矶盆地、锡尔特盆地；也可偏于盆地一侧，如波斯湾盆地图、伏尔加－乌拉尔盆地、阿尔博塔盆地等；还可有多个生油凹陷，如渤海湾盆地图。生油坳陷可能仅产生于某一演化阶段，形成单一的生油岩系；也可能存在于多个演化阶段，形成多旋回、多套生油岩系（其间要有主次之分）。只有多种有利因素叠合的生油岩系才能成为盆地的主力生油岩系。,,一、充足的油气源,生油凹陷在盆地内的位置，在盆地发展和演化中可以保持基本一致，亦可能发生某种程度甚至是较大范围的转移。生油凹陷的面积大多与盆地的规模有密切关系。一般大中型盆地的生油凹陷面积较大。生油凹陷内形成的生油岩体积，是不同层位成熟的生油岩体积的总和。世界上已知大油气田都比较集中分布在沉积速率高、沉降历史较长的大中型盆地中。,,一、充足的油气源,据克莱米（H.D.Klemme，1997）的统计，世界上有334个大油气田（最终可采储量达68106t以上的大油田222个，最终可采储量为1000亿方的大气田112个），分布于60多个含油气盆地中。其中有16个盆地含有5个以上的大油气田，这16个盆地的大油气田总数为249个，占所有大油气田总数的71.5；储量则可达90以上。这说明我们应首先立足寻找大中型油气田。部分盆地的统计（见表）。,,一、充足的油气源,此外，与油源岩及油源区相比较，气源岩及气源区形成的地质环境具有更大的广泛性。除前述所讲的地质环境外，广大的滨海含煤岩系发育区和含煤盆地都可能是良好的气源区。但要使含煤岩系中生成的天然气聚集成巨大的气藏，还必须有良好的储、盖条件的配合才行。对天然气来说，有足够的埋深及良好的封闭条件尤为重要。,,一、充足的油气源,二、良好的储集层和有利的生储盖组合（一）良好的储集层具有较高的孔隙度、渗透率是良好储集层的基本条件。所谓良好的储集层是指储集层分布广、厚度较大，孔渗性能良好。一个盆地即使有良好的生油层，但如果没有良好的储集层与之配合，也很难形成大规模的油气聚集。国内外的许多大油气田的形成，一般都具有孔渗性能良好的储集层。所以，良好的储集层是形成大油气田的重要条件。,P80,（二）有利的生储盖组合所谓生储盖组合是指生油层、储集层和盖层三者组合的型式。其实质是它们以怎样的关系组合在一起才能使生油层中生成的油气有效地驱向储集层，而储集层中储存的油气不致向上逸散。据此，在研究生、储、盖组合关系时，需着重解决两个实质性问题1.生油层中生成的油气向储集层输导的通道及输导能力；2.盖层的质量和厚度。,,P85,二、良好的储集层和生储盖组合,前面谈到，多数情况下，初次运移的排烃效率一般很低，大概为生烃量的5～10。油气初次运移的方向以垂向为主，指向储集层的。大量实际资料表明生油岩排烃效率与生油层和储集层的接触方式及本身特征有关。一般来说，生油层和储集层垂向直接接触比侧向相邻接触，初次运移的输导能力强，更有利于排烃；接触面积愈大排烃效率愈高。盖层的质量和厚度是保证储集层具有良好封闭性的基本条件。盖层的质量主要取决于孔径大小、渗透率高低和裂缝发育程度（本质上是排驱压力）。地质上对盖层的要求是“厚、密、稳”,二、良好的储集层和生储盖组合,与生储层间油气输导能力相比，盖层是从属因素。在成油条件相似的情况下，输导能力强的组合，生油层能相对高效率地排出生成的油气，成为有效的烃源；反之，如果缺乏排烃能力，即使已生成大量的烃类，也只能被“闷死”在生油层中，不能成为有效的油气源。因此，在进行生储盖组合分类时，首先必须考虑生油层与储集层的接触关系以及通道的型式和特征。据此，按生、储层接触关系，可将生储盖组合分为两大类，即连续的组合和不连续的组合（间断的）。然后再根据接触方式及通道形式进一步划分。具体划分方案（见模式图）。,二、良好的储集层和生储盖组合,1．连续的生储盖组合这类组合的特点是三者同时存在于连续沉积的地层剖面之中。生、储层产出状态或垂向交替，或侧向互变；其间接触方式可以是面接触（上覆和下伏型）、带接触（侧变型）和体接触（封闭型）；无论哪一种接触方式，都是生、储层直接接触，生油岩排烃都是直接进入储集层。本类组合的几种油气输导方式（见图，图和图）。不难看出，由于生、储层接触方式和接触面积的不同，输导能力也各有差异。一般互层型（上覆-下伏复合型式）最佳，侧变型、上覆-下伏型次之；封闭型虽然接触面积广、输导能力较强，但明显地受到透镜状储集体大小的限制（相对较差）。,P85,二、良好的储集层和生储盖组合,2．不连续的（或间断性的）生储盖组合这类组合的基本特征是生油层和储集层在时间上是不连续的；在空间上可以相邻，也可以不相邻；两者之间是由不整合面或断层面所沟通。根据通道的特点，可以分为不整合型和断裂型（图）。不整合型这种组合中的生油层和储集层是由不整合面所沟通。它可以分别存在于不整合面的两侧，或同时存在于一侧。输导能力较强的不整合面对油气聚集起着重要作用。断裂型在断裂型组合中，生油层总是位于储集层下方，两者可位于断层的一侧或两侧，以断层作通道（图）。这种组合在断层构造较发育的断陷盆地和三角洲发育区较为普遍。,补充,二、良好的储集层和生储盖组合,（三）生储盖组合的评价1．有利于油气聚集的最佳组合型式所谓最佳的组合型式，就是输导能力和排烃效率最高的组合型式。一般来说，互层型、侧变型和不整合型是较好的组合；断裂型、上覆和下伏型次之；封闭型组合因大多数透镜状聚集体的容积较小，聚集油气量有限，很难形成大的油气藏。但必须指出各种组合型式（包括通道）很少是单一的。有时可以某一种为主，但常常是多种组合的复合。只有这样，通过多种输导系统，才能把较大范围的油气汇集起来，形成油气藏。这对于那些在时、空上不连续的生储盖组合尤其重要。注意一切未成熟的生油岩，不能构成有效的生储盖组合。,补充,二、良好的储集层和生储盖组合,2．生油层的最佳厚度一般来说，生油层厚度大，生油潜量也大。这里所指的生油层最佳厚度是从生储盖组合这一角度，考虑单层连续沉积的生油层，在多大的厚度范围内具有最高的排烃效率。据真柄钦次（1978）对世界各油区泥岩中流体压力在垂向上的分布分析认为巨厚泥质生油层向储集层排出油气，主要是紧靠储集层的30m100ft左右厚度的部分，其余部分的效率很低（图。据此得出，单层厚度为30-50m的生油层具有最高的排烃效率。随着连续厚度增大，排烃效率降低。连续厚度大于200m以上，排烃效率明显降低。,补充,二、良好的储集层和生储盖组合,3．砂岩的最佳百分率克鲁宾和纳格尔在研究了落基山区上白垩统中油气分布与砂岩百分率关系的基础上，推测大多数油田分布在砂/页比率为0.25～1.0的地带，相当于砂岩含量为20～50的地带。迪基和罗恩对两个不同地区及层位的砂/页岩比率与油气分布关系进行了统计，结果为砂岩百分率在1967之间。对世界上不同地区砂岩中油气藏分布与砂岩百分率之间的关系统计结果表明，砂岩百分率为20-60（中值为30-40）区间，是油气分布的有利地带。对生储盖组合的定性评价（综合见表）。,补充,二、良好的储集层和生储盖组合,,三、足够的油气运移动力及良好的运移通道－－－－良好的运移条件在此“动力”和“通道”都主要是针对二次运移。一油气运移动力经初次运移进入储集层的油气仍是分散的，大多需经区域性侧向运移（二次运移）才能到达圈闭以形成聚集。以浮力和水动力为主要驱动力的二次运移，需要适当的地层构造背景（地层倾斜），才能产生足够的动力以实现区域性侧向运移；因此，在油源区与圈闭之间需有适当的地层倾斜或适当倾斜的区域构造背景圈闭位于上倾方向。以便产生水动力和浮力的上倾方向的分力。,,二油气运移通道特别是距离油源区（生油凹陷）较远的圈闭，运移通道显得尤为重要，通道包括储集层的孔隙系统、断层和不整合面。储层孔隙系统是最广泛最基本的二次运移通道。在渗透性储层（如砂岩）中，以孔隙型通道为主；在致密岩层（如致密碳酸盐岩）中以裂缝型通道为主。断层或裂缝系统在穿层和垂向运移中具有独特的作用。（断层也可成为运移的屏障-取决于断层面的封堵情况）不整合面是旁侧运移的重要通道，它可将不同时代的母岩（烃源岩）与储层联系起来。,三、足够的运移动力和通道,四、大容积的有效圈闭圈闭是形成油气藏的基本条件。形成大油气藏，必须要有大容积的有效圈闭。一圈闭容积的大小，主要取决于闭合面积、闭合高度、储集层的有效厚度和有效孔隙度等参数（前已述及）。一个大容积的圈闭，通常具有较大的闭合面积，较厚的储集层，较高的孔隙度，但闭合度的变化范围可能较大。,,P80-84,根据对全球17个储量在13.9108t（或13.9108t当量的天然气）的特大油气田的不完全统计，含油气面积最小的为340km2，最大达1万多km2（霍戈登-潘汉斗油气田），中值约2000km2；油气藏高度最小为50m，最大达2100m（伊朗的加奇萨兰裂缝性油气藏），一般在100-400m（油气藏高度、含油气面积与圈闭的闭合高度、闭合面积有关）；油层的有效孔隙度大多在20以上，少数裂缝性储层岩样的有效孔隙度可能较低，但裂缝带的实际“有效”的孔隙度和渗透率却相当大。,四、大容积的有效圈闭,（二）有效圈闭勘探实践表明并非所有圈闭都有油气聚集。我们曾经谈到圈闭≠油气藏。也就是说，对于聚集油气来说，并非所有圈闭都是有效圈闭。那么有效圈闭应具备什么条件呢1、距油源区近所谓距油源区近，是指圈闭不仅在空间位置上距油源区近，更重要的是与生油层之间有良好的输导层（即通道），圈闭位于油气运移的路径上。只有在上述意义上距油源区近的圈闭，才有机会聚集油气。在油气运移路径上的圈闭，距油源区近的可优先聚集。圈闭不在油气运移路径上，或者距油源区较远（油气源不够丰富），都可能成为空圈闭。研究表明在国外很多盆地中大部分油气藏都集中分布在油气的主要运移路径上。,P265,四、大容积的有效圈闭,2、形成时间早圈闭是油气聚集的场所，先有圈闭存在，后有油气的聚集。因此，圈闭形成的时间必须早于油气运移（主指区域性油气运移）的时间，或两者同步，才能有效地聚集油气。凡是最后一次区域性油气运移之前或同步形成的圈闭，都可能成为有效圈闭。这并不是说所有形成早的圈闭都能聚集油气，只有那些形成时间早，又在油气运移路线上的圈闭，才能聚集油气。形成时间早的圈闭，包括同沉积背斜、差异压实背斜及与之伴生的上倾尖灭型岩性圈闭、逆牵引背斜、透镜型岩性圈闭等。其次是沉积后第一次构造运动形成的圈闭。,P84,四、大容积的有效圈闭,3、圈闭的闭合度高在有水动力存在的条件下，要发生油水界面倾斜，如果沿水流方向油～水（气～水）界面两端的高程差（△Z）大于闭合度（hc），或油～水（气～水）界面的倾角大于圈闭中顺水流方向储集层顶面的倾角，则该圈闭就不可能聚集油、气，不能聚集天然气的圈闭就不再是有效圈闭（不能聚集油还可能聚集气）。此外，如果圈闭的闭合度（hc）小于油水过渡带的厚度，则该圈闭即使有油聚集，也不能产出纯油，因而也就不能算作有效圈闭。,四、大容积的有效圈闭,4、封盖条件好油气藏的封盖条件，即圈闭的封闭条件。圈闭的封闭条件包括盖层和其它遮挡条件。圈闭的封闭条件遭受不同程度的破坏，都会影响圈闭的有效性。这一点对天然气来说尤为重要。因为，天然气分子直径小、活动性强，没有良好的保存条件是很难形成大气藏的。圈闭封闭条件中最难把握的就是断层的封闭性（关系到断层的两重性和影响断层封闭性因素的多样性和复杂性）。,P83-84,四、大容积的有效圈闭,通过对不同圈闭聚集油气条件的分析对比，归结起来，一个有效的圈闭应具有1圈闭容积大；2距油源区近；3形成时间早；4闭合度高；5封盖条件好。综上所述，形成大油气藏的有效圈闭，必须具备大（大容积）、近（距油源近，在运移路线上）、早（形成时间早）、高（闭合度高）及封（封盖条件好）这五个基本条件。,,四、大容积的有效圈闭,,综上所述，形成大油气藏的有效圈闭，必须具备大（大容积）近（距油源近，在运移路线上）五个基本条件早（形成时间早）高（闭合度高）封（封盖条件好）,,四、大容积的有效圈闭,五、优越的保存条件盆地中油气藏能否形成能否最终保留下来这与盆地的保存条件关系密切。如果保存条件不好，油气在运移过程中就会散失，不利于形成油气藏（特别是大型油气藏）；另一方面，如果保存条件不好，即使已经形成的油气藏也会遭到破坏和改造。因此，保存条件不仅对于油气藏的形成非常重要，而且也是油气藏能否保留的重要前提。盆地中油气藏的保存条件，主要与盆地区域性盖层的条件、构造运动以及水动力活动等有关。,,（一）分布稳定的区域性盖层区域性盖层是保护盆地中的油气免遭散失的重要屏障，对一个盆地能否形成丰富的油气资源至关重要。在油气丰富的盆地中都有一套甚至是多套良好的区域性盖层（下表7-4）。区域性盖层条件的优劣，主要与盖层的岩性、厚度和区域分布的稳定性有关。可作为区域性盖层的岩石类型有泥岩、膏盐岩和致密碳酸盐岩。膏盐可塑性好，不易发生断裂，且孔渗性差，天然气在其中的扩散系数极低，是最适合作为区域性盖层的岩石类型。泥岩作盖层比膏盐稍差，但泥岩分布广泛，只要具有足够的厚度和分布上的稳定性，仍然是良好的区域性盖层。世界上许多盆地都是以泥岩地层作为区域性盖层的。,,五、优越的保存条件,,虽然理论上讲，几米厚的泥岩或膏岩盐就可以封盖住油气藏。但实际上要保证区域性盖层在横向上的稳定和连续性，其厚度一般都在100米以上下表。只有这样，才能保证区域性盖层在盆地内的稳定性，对盆地的油气起到纵、横向上的保护作用。,五、优越的保存条件,（二）相对稳定的大地构造环境大地构造条件对油气藏的形成与保存具有重要影响。在油气藏的形成与保存过程中，盆地的构造运动具有双重性。适度的构造运动有利于油气藏的形成，而强烈的构造运动则会造成油气藏的破坏。因此，相对稳定的大地构造环境对油气藏的形成与保存都是有利的。实践表明稳定的构造环境有利于形成大型油气田。例如波斯湾盆地油气资源主要分布于具有稳定大地构造背景的阿拉伯台地；世界上天然气资源最丰富的西西伯利亚盆地也属于稳定构造环境的克拉通盆地；我国松辽盆地在白垩纪以后进入坳陷发展阶段，地壳运动相对平稳，形成了大型油气田。,,五、优越的保存条件,强烈的地壳运动是油气藏破坏的主要原因。因为①地壳运动可以造成地层抬升，储层遭到风化剥蚀，油气会大量散失，油气不能聚集成藏或造成原有油气藏的破坏。②地壳运动可以产生一系列的断层，破坏圈闭的完整性，油气沿断层流失，油气藏被破坏。③地壳运动会伴随岩浆活动，大规模岩浆活动对油气藏的保存是不利的，最终导致油气藏的破坏。构造运动对油气藏的影响还应具体问题具体分析。如果一次构造运动没有造成盆地区域性盖层的破坏，则对油气保存可能不会有太大影响；如果盆地的区域性盖层主要为厚层的膏盐层，即使构造运动较强烈，油气一般也能够保存下来。如扎格罗斯前陆坳陷和我国的库车坳陷；如果盆地的构造运动和岩浆活动发生在油气藏形成之前，也不会对油气藏造成破坏。因此，一般情况下稳定的构造环境对油气藏的形成与保存有利；较强烈的构造运动对油气藏形成与保存的影响，要具体情况具体分析。,,五、优越的保存条件,（三）相对稳定的水动力环境水动力环境对油气藏的形成与保存也有重要影响。水动力可以成为油气运移的驱动力之一，但活跃的水动力环境可以造成油气的水洗、氧化，导致油气藏破坏；相对稳定的水动力环境对油气藏保存有利。例如渤海湾盆地的潜山油气藏主要分布在水动力环境相对较弱的稳定地区。相反，在该盆地的水动力活跃区，油气藏的保存条件就差，油气被水冲走，油气藏遭到破坏。因此，渤海湾盆地一些坳陷的边缘山区或凸起区水动力活跃，对油气藏保存不利，含油气远景也差。,,五、优越的保存条件,六、优质的时空配置关系成藏要素生、储、盖、圈、通道和成藏过程生、排、运、聚、保的良好的时、空配置结构，对形成油气藏也是十分重要的。优质的成藏结构是形成大型油气藏的必要条件，其中烃源岩与区域盖层的空间跨度、成烃期与聚集期的时间跨度，对油气富集的影响最为明显。所谓时空跨度是指生、储、盖地层在时间上的间隔和剖面位置上的间隔李明诚,2002）。勘探实践表明，大型油气藏多属于近成烃期近源油气藏。近成烃期近源油气藏是指与烃源岩在时、空的间隔跨度较小的油气聚集，即成藏期与成烃期相近、平面上邻近烃灶区形成的油气藏周兴熙，1997。,,保存条件也是油气聚集成藏的基本条件之一。尤其是对中国南方海相碳酸盐岩的油气勘探至关重要。马永生（2006）指出中国南方油气保存条件的评价需要有一套全新的理论和方法。要从系统、全面、动态和演化的角度，分析构造演化、有机质演化、油气运移聚集与油气保存条件演变之间的时空四维配置关系，研究构造运动主要包括剥蚀作用、断裂-破碎作用、大气水下渗作用、深埋热变质作用等对油气藏破坏的时期、程度、方式，综合评价油气成藏、保存条件的演变规律，本质上也是研究各成藏要素之间配置和时空演变。,,六、优质的时空配置,综上所述，油气藏形成的地质条件包括①充足的油气来源；②良好的储集层；③有利的生储盖组合；④大容积的有效圈闭；⑤较好的运移条件；⑥优越的保存条件；⑦成藏要素和成藏过程的优质时空配置关系等7个方面。只有同时具备了这7个成藏条件，油气藏才可能形成并被保存下来。,,本节小结,第二节油气聚集与成藏,油气在储集层中从高势区向低势区运移的过程中，遇到圈闭就在其中聚集起来，形成油气藏。油气在圈闭中积聚形成油气藏的过程，称为油气聚集与成藏。油气聚集是二次运移的归宿之一，也是油气二次运移的最后阶段，且是特别重要的阶段。没有油气聚集，就没有油气藏的形成成藏是我们所希望的二次运移的归宿。油气聚集的动力学机制可分为两类①在势差或压差作用下的浮力、水动力聚集机制；②在浓度差或盐度差作用下的渗透力-扩散力机制李明诚,2004。前者是油气在圈闭中聚集的主要动力学机制，包括渗滤作用和排替作用；后者主要是对低分子的天然气起重要作用。,,一、油气在圈闭中聚集的机理1、渗虑作用这种机理最早由Cordell，1977；Roberts，1980等人提出，他们认为含烃的水或游离烃进入圈闭后，因为一般亲水的、由毛细管封闭的盖层对水不起封闭作用，水可以通过盖层而继续运移（由水分子置换），烃类则因盖层的毛细管封闭而过滤下来在圈闭中聚集。在水动力和浮力的作用下，水和烃可以源源不断地补充并最终导致在圈闭中形成油气藏（下图7-1。,,图7-1圈闭中油气的聚集（据Roberts，1980）,,2、排替作用（油气排替地层中的可动水）Chapman（1982）认为泥质岩盖层中的流体压力一般比相邻砂岩层中的大，因此圈闭中的水难以通过盖层排出。而进入圈闭的烃类首先在底部聚集，随着烃类的增多，逐渐形成具有一定高度的连续烃相，此时在油-水界面上，油和水的压力相等，而在油～水界面以上任一高度上，由于油气水的密度差，造成油（或气）的压力都比水的压力大（下图7-2），因此产生了一个向下的流体势梯度，使油气在圈闭中向上运移，同时把水向下排替，直到束缚水饱和度。随着油或气不断进入圈闭，油-水界面或气-水界面不断向下移动，直至烃类充满圈闭为止，这一过程主要是排替作用。,,图7-2圈闭中油、水的压力及含水饱和度的垂向分布据Chapman,1982,,实际上，当上覆盖层只有毛细管封闭时，油气在圈闭中的聚集，大多是这两种作用都存在的混合机制。因为任何储集层都是非均质的，而油气的充注也是渐进的。在最早被油气占据的连续空间可能发生排替作用，被油排替的水向下排到储集层的含水部分；而仍被水占据的连续空间可能发生渗滤作用，水从上覆盖层中排出。根据两相运移的原理，当储集层中或油～水界面处含油饱和度达到60以上时，水很难透过油（气）层向上覆盖层继续运移，只能向下方排出（李明诚，2004）（从相对渗透率去理解）因此，在油气聚集的初期，水可以通过上覆亲水盖层而发生渗流，以渗滤作用占优势；当油气聚集到一定程度之后，水就很难通过上覆盖层，因而主要是被油气排替到圈闭的下方，以排替作用占优势。如果盖层是异常高压段或优质的膏岩和盐岩，则圈闭中的水不能通过上覆盖层发生渗流，只能发生向下的排替作用。,,3、扩散作用在静止系统中，由于浓度梯度而产生的质量传递称为分子扩散。分子扩散是物质传递的一种方式。天然气不同于石油，特点是天然气的扩散渗透能力强，在天然气运移、聚集和散失中的扩散作用应给予重视。天然气在地下的扩散是一种普遍存在的地质过程，只要有浓度差存在，天然气就会发生由高浓度区向低浓度区的扩散迁移，直至二者浓度平衡为止。大量的计算结果表明，尽管天然气在地下的扩散速度十分缓慢，但在漫长的地质历史时期中，其累积扩散量是十分可观的。天然气的扩散不仅可以促进油气藏的形成，而且可以破坏掉一个具有工业开采价值的气藏。天然气分子在地质体中的扩散作用受分子浓度、岩层结构、地下温度-压力条件等诸多因素的影响，但主要影响因素是烃浓度差和扩散系数。,,郝石生（1995）总结了天然气在地层剖面中的六种扩散模式。1）烃源岩烃气扩散分为烃源岩两侧渗透层烃浓度为零和烃源岩烃气浓度不为零的两种扩散模式；2）气藏中天然气通过盖层的扩散模式具体可以分为四种扩散模式a.烃源岩两侧渗透层浓度不为零；b.盖层为非源岩，盖层上侧渗透层浓度为零；c.盖层为烃源岩，盖层上侧渗透层烃浓度为零，盖层具有一定烃浓度；d.盖层为烃源岩，盖层上侧渗透层烃浓度不为零。含气层上覆岩层的岩性状况是复杂的，它们的扩散系数，含烃浓度是多样的。再加上它们对烃气的吸附作用造成的气体分异现象，都将造成烃气在地层剖面上扩散运移的复杂现象。上述六种模式基本上概况了在漫长的地质时代中的天然气的扩散作用。,,二、油气在不同圈闭中的聚集模式油气聚集成藏，包括单一圈闭和系列圈闭的油气聚集成藏。油气聚集是在一个个圈闭中发生的，单一圈闭的油气聚集成藏最简单，也是最基本的。因此，认识油气成藏先从单一圈闭的油气聚集开始。一）单一圈闭的油气聚集与成藏1、背斜圈闭的油气聚集与成藏单一圈闭中最简单、最常见的是背斜圈闭。其基本特点是储集层顶面呈拱形、四周向下倾伏；其上方被非渗透性岩层所封闭，下方被水体所封闭；闭合区由通过溢出点的构造等高线所圈定。现以背斜面圈闭为例，来认识单一圈闭中油气的聚集成藏过程。,（1）在静水条件下，储集层中运移的油气到达背斜圈闭位置时，首先占据最高部位，继后由高部位向低部位聚集；由于气～油间存在显著的密度差，气的浮力远大于油，在聚集过程中，油气在圈闭中的位置不断随之调整，气占居圈闭最高部位，直到油充满整个圈闭。此时，圈闭聚油过程完成（不能再聚油）。这时该圈闭的聚油作用已完成；若再有油气运移进入，油只能通过溢出点向上倾方向继续运移，天然气则可以继续进入圈闭，并将其中的油排出。这一过程将一直进行到整个圈闭完全被天然气占据为止（图）。至此单一圈闭的油气聚集才最后完成。若条件不变，油气在圈闭中建立起相对稳定的平衡状态。规律高部位优先，低密度优先，轻排驱重终结。,补充,二、聚集模式,（2）在动水条件下在动水压力盆地中，因水动力冲刷，油～水（气～水）界面要发生倾斜，其倾斜方向与水流方向一致，当地层倾角α、水压梯度角β、油水界面倾角γ处于什么关系时，石油才能保存呢（讲义P3）结论①背斜圈闭内油气欲保存且达到平衡，则必须满足γβ；②相同水动力条件下，气比油更容易保存；③地层倾角α与γ的关系是必须αγ，油气才能保存；综上所述，在动水条件下，油气在背斜中聚集的条件是αγβ。（见下图）,补充,二、聚集模式,,二、聚集模式,在水动力作用下油气在圈闭中聚集的条件,,,2、断层圈闭中的油气聚集模式压实流体从生油岩进入砂岩体，开始了二次运移，在运移的上倾方向由于断层的遮挡而形成断层圈闭，压实流体进入断层圈闭后，流体中的水可以通过遮挡面沿断层或砂岩层继续向上运移，油气则在圈闭处聚集。当达到断层圈闭的溢出点后，油气就开始溢出。图7-4表示在三角洲沉积体系的断层圈闭中油气的运移和聚集情况。在美国墨西哥湾、加拿大西北麦肯齐、尼日利亚海岸等地区均有这种情况。虽然这些地区含油气量丰富，但由于单个圈闭的面积不大，所以很少能形成特大的油田。,二、聚集模式,,,图7-4断层圈闭中油气聚集模式（据Cordell,1977）,二、聚集模式,,,3、地层岩性圈闭中的油气聚集模式由于地层圈闭和岩性圈闭透镜体圈闭出外都存在溢出点，所以，油气在这些圈闭中的聚集情况与前面所讲的背斜圈闭和断层圈闭的情况一样，这里不再赘述。图7-5中所表示的是夹于上、下两层烃源岩中的上倾尖灭型岩性圈闭的油气聚集情况。储层与烃源岩有大面积的接触，而圈闭本身未遭破坏。美国东得克萨斯油田、阿拉斯加北坡普鲁德霍湾油田等与这种情况类似。,二、聚集模式,,,图7-5地层圈闭中油气聚集模式（据Cordell,1977）,二、聚集模式,,,4、透镜型岩性圈闭中的油气聚集模式由于透镜型岩性圈闭没有溢出点，所以其油气聚集与成藏模式有一定的特殊性。生物礁、三角洲前缘砂坝、深水浊积扇都可以形成这种圈闭类型。其油气聚集过程如下。压实流体从周围的生油岩中进入透镜状砂岩体，并从其下倾部分往上凸部分进行二次运移，在砂岩体上倾方向的油气低势区聚集，流体中的水可以通过泥岩的层理面或微裂隙继续向上流动，而油气则滞留下来在圈闭中聚集成藏图7-6，直至充满整个圈闭。美国得克萨斯州北部和中西部的透镜状砂岩中、堪萨斯州东南部和俄克拉荷马州东北部的带状砂岩中的油气聚集就可能是这种模式。,二、聚集模式,,,图7-6岩性圈闭中油气聚集模式（据Cordell,1977）,二、聚集模式,总之。凡是存在溢出点的圈闭（包括背斜圈闭、断层圈闭、地层不整合圈闭、尖灭型岩性圈闭等），其油气聚集成藏模式与背斜圈闭没有本质差别。当液态石油溢出时，天然气还可以在该圈闭中聚集，当天然气聚集开始溢出时，该圈闭的油气聚集作用就结束了。透镜体岩性圈闭因为没有溢出点，其油气聚集情况有所不同。,,,二、聚集模式,,,三、油气在圈闭中的聚集过程从时间序列来说，油气在圈闭中的聚集过程，可分为油气充注过程和混合过程。这两个过程是连续的，有时快速，有时缓慢。1、冲注过程现代油气运移、聚集理论认为油气运移既有以浮力作用为主的缓慢～渐进式运移，又有以异常高压为动力的快速～幕式运移。这两种运移方式，使油气在圈闭中的充注也表现为两种情况，即渐进式充注和幕式充注。,三、聚集过程,,,W.A.England（1987）从地球化学角度，提出了背斜圈闭中石油的充注过程（图7-7）。在石油注入圈闭、聚集成藏过程中，石油最初呈树枝状，优先通过储集层中那些较粗的孔喉系统进入圈闭，当进入圈闭的石油范围增大时，浮力也随之增大，致使石油向较小的孔隙充注并把残余的地层水排出来。如果新生成的石油从烃源岩中源源不断地排出，并从圈闭的一侧注入，则它如同一系列波阵面那样，向圈闭内部推进，从而在横向上和垂向上取代以前生成的石油，并阻止石油柱的广泛混合。即一个油藏的充注是以一种顺序方式充注，石油将首先进入孔渗性能良好的渗透层，并且接着以一组向前推进的石油波阵面方式充注油藏。,三、聚集过程,,,图7-7一个典型油藏的充注过程（据W.A.England,1989）,三、聚集过程,,,2、混合过程在油气充注过程中，由于储层的非均质性及充注过程的差异性（即不即同充注方式（横向或纵向）、不同充注时间、以及不同来源的烃类），造成圈闭中充注的油气在纵向上和平面上具有很强的非均质性。这种流体分布的非均质性是不稳定的，因此必然发生流体的混合。圈闭中油气发生的混合作用的结果，最终达到相对均质的、符合重力分异作用的稳定状态。W.A.England（1989）认为，圈闭中石油发生混合的机制主要有3种密度差异混合、浓度差异混合和热对流混合，其中前两种作用占绝对优势。,三、聚集过程,,,密度差异混合的原因是圈闭中高部位与低部位石油密度差引起的，不同时期充注的石油成熟度不同，密度也不同。早期充注的成熟度低、密度较大的石油占据圈闭的顶部，而靠近圈闭充注点的翼部或底部的石油成熟度较高，密度较低，形成不稳定的“上重下轻”的密度倒置。因此，发生较重的石油下沉，较轻的石油上浮。浓度差异混合的原因是圈闭中石油组分的浓度差异引起的，实质是扩散混合作用。扩散混合的效率取决于浓度差大小、烃类分子的大小和储集层的物性。,三、聚集过程,,,混合程度取决于储层的非均质性和混合时间，若储层中存在泥质条带或碳酸盐胶结条带时，将严重影响石油的混合程度。储集层物性越好，非均质程度越低，充注后经历的时间越长，密度差异混合作用进行得越充分，石油物性的均质程度越高，最终建立起由重力分异作用形成的浓度梯度。实际上，圈闭中的油气充注和混合过程是几乎同时进行的两个过程。作用的结果是油-水界面或油-气界面不断从圈闭顶部下移，直至达到圈闭的溢出点为止。同时油气逐渐从高孔渗部分向低孔渗部分充注，含油饱和度增大，直至达到占据所有的孔隙空间束缚水出外为止。,三、聚集过程,四、油气在系列圈闭中的差异聚集在含油气盆地中，圈闭通常是成群、成带分布的，即存在一系列的圈闭。不同系列，甚至是同一系列的不同圈闭，由于与生油区的相对位置、圈闭形成条件和历史的不同，各个圈闭聚集油气的机会是有差异的。（广义的差异聚集）在含油气盆地中，当存在多个相互连通的圈闭、且来圈闭自下倾方向的油气充足时，油气在这一系列圈闭中聚集，沿运移方向各圈闭中将发生烃类相态及性质的规律性的变化，这种现象称为油气差异聚集。下面着重分析与油源区相垂直或斜交的系列圈闭的油气聚集（即差异聚集）的基本特点。,1、问题的提出在含油气盆地中，从盆地中心低部位向盆地边缘，圈闭中的油气相态出现了两种截然不同的分布模式即“油心气环”模式和“气心油环”模式。油心气环模式－－指油气水按比重分异聚集，使得天然气占据盆地中心周围较高位置的构造圈闭，而石油则占据其下倾方向较低位置的构造圈闭，且比较接近盆地中心的分布模式。用重力分异聚集理论，比较满意地解释了世界上许多含油气盆地的这种油气分布规律。例如美国东部的阿巴拉契亚盆地的油气藏分布，就是这种模式的典型的实例，如图7-8所示。,四、差异聚集,但随着油气勘探的深入，人们也发现了许多与上述情况相反的实例，即“气心油环”模式。气心油环模式－－是指在盆地中心较低处的构造圈闭中充满着天然气，而在较高处的构造圈闭中却充满着石油。最初人们把它当着“特例”来处理，后来这种特例越来越多，也就不再是特例了。如俄罗斯地台斯大林格勒地区北部构造群的李涅夫圈闭、日尔诺夫圈闭和巴赫麦其耶夫圈闭中的油气分布（图7-9）。同时也引起了人们的注意和思考。经过分析研究，加拿大石油地质学家格索（Gussow,1953）提出了“油气差异聚集原理”。实际上，这两种模式都是正常的，只不过它们出现的地质条件不同。可将“气心油环”模式称为溢出型油气差异聚集图11；“油心气环”模式称为渗漏型油气差异聚集（图16）。,四、差异聚集,返回69,四、差异聚集,图7-11在相连通的一系列圈闭中油气差异聚集的情况示意图,返回70,四、差异聚集,图7-16断层渗漏型油气差异聚集示意图,返回70,四、差异聚集,2、油气差异聚集的形成过程油气差异聚集的基本原理，最早是由加拿大石油地质学家格索（W.C.Gussow，1951-1954）所阐明的。对发育于区域均斜背景上（即与油源区垂直或斜交）的系列圈闭，格索首先分析了静水压力条件下单一圈闭中的油气聚集过程。之后，他将单一圈闭中油气聚集的原理应用于系列圈闭中，就形成了油气差异聚集的情况（图）。如果油气源不足时，其上倾方向的圈闭（即距油源区较远）则没有油气聚集，只产水，称之空圈闭。在系列背斜圈闭中自上倾方向的空圈闭，向下倾方向依次变为纯油藏→油气藏→纯气藏的油气分布现象，就是所谓油