Question

储油区与盖层的相

Answer 1

在研究相的形成条件时，人们更多地关注现代的相，因为通过现代的相可以直观地看到沉积物堆积的过程，尽管只是看到其中的一部分。但是在地质实践中必须面对潜入地下的处于埋藏状态的地质体的岩相。根据现实论的原则，对相的现代形态的研究有助于复原埋藏状态的岩相的堆积条件：“当下是理解历史的钥匙。”在此必须明确的是，前寒武纪时期广泛分布的岩相的某些形态在现代是无法形成的。这首先是巨厚的铁质石英岩层（碧玉铁质岩）、热液石灰岩、生物白云岩、碧玉等。

对埋藏状态的岩相的研究是一个多级过程。能够直接观察到的只是岩石组成、其结构构造特征、与毗连各种岩石的相互关系、有机体残存质、沉积成岩和变质的叠加过程及地质变形。不能直接观察沉积形成条件的原因是显而易见的，因为形成的过程在远古时期就过去了：几千万年、几亿年甚至几十亿年前所发生的。需要在可以观察到、可以计算的数据基础上建立条件模型。根据研究者的需要，构建这个模型的条件为：① 沉积堆积的自然地理条件；② 古构造；③ 古地理；④ 古地理化学等等。

岩性分析在找油找气方面的主要任务是划分岩相沉积岩剖面，这些岩相有利于石油母岩的堆积和埋藏，而且形成非构造圈闭和构造圈闭的储油层和盖层的岩石分布广泛。

根据沉积堆积形成的自然地理环境，将岩相分为海相、陆相和过渡相。界定这些概念时参考的是纳利夫金（Hаливкин）、克拉舍宁尼科夫、普罗什利亚科夫（Прошляков）、库兹涅佐娃（Кузнецова）、丘年（Кюнен）的资料，以及巴基罗夫（Бакиров）和马利采娃（Мальцева）的研究成果。

3.1.1 海相

根据沉积盆地深度的不同将岩相分为：沿海大陆架（滨海带）、大陆架浅海区域（浅海带）、大陆架深海过渡带（次深海带）、大陆架深海带（深海带）。

沿海大陆架的分布区域水深不超过30 m。该区域所受到的海浪和潮汐影响强烈。在地势平缓的区域沿海大陆架的宽度可以达到几千米。由于海水强大的机械能，碎屑物质被分选沉淀。该区域的砂岩具有典型的斜层理。泥沙颗粒混合物不明显。粉砂岩和泥砂岩沉积分选程度差，往往含有砂质。碳质沉积很少。最常见的是有机岩和次生石灰岩。

最有意义的是潮汐带形成的地质体，成因是碎屑物质从海洋向陆地的迁移。这样的砂质长垣被称作沙洲。沙洲的走向与海岸线平行，绵延很长，底部平缓，上部则呈凸起的椭圆形。由于海侵的作用，沙洲被埋藏后可能形成非构造圈闭，因为沙洲是由孔隙度高度有效的储油岩层叠加而成的。在埋藏盖层达到一定厚度的情况下，往往形成油气田。属于这类油田的有达科特岩系（美国）白垩纪沉积层的Little Beaver油田和梁赞-萨拉托夫凹陷图拉段的科洛托夫油气田。除了沙洲，储油岩层还出现在海滩沉积以及砂质长垣和海底山脉等处。这些厚层的展布通常是粘土层的交替出现，这些地层是从侧面包围储油区的天然岩性屏障。至于盖层，则是在有利的海侵条件下形成的，这些岩层被埋藏后形成抗流体的岩层。

在沉积变质和外力变质过程中，这类集储性岩石的有机质分解时可能形成补充的次生孔隙。孔隙型储集区的特点是有效孔隙度在20%～30%之间，并且具有高容纳性与高过滤性。

浅海大陆架岩相形成于深度小于100 m的浅水区域。这个区域也有很强的水动力能量，有大量的松散物质随之发生迁移，沉积物被翻卷起来随波逐流，海水融入了空气中丰富的氧气，有机质越来越丰富。沉积层的松散砂质物质不如滨海带分选得好，但是比在三角洲或者海洋的其他区域分选得好。陶土和蒙脱粘土与砂质混合物广泛分布。碳酸盐类岩石中占主要作用的是浅海各种礁石建造构成的有机岩。在大陆架浅水区堆积起巨厚的宽阔储油层。一些大矿区的石油和天然气的主要矿床都属于这类沉积，如西西伯利亚和前高加索-克里木油田。

当礁石建造的生长速度与凹陷底部构造下陷的速度一致时，形成礁石建造的有利条件是海水温暖、含盐量较低、岩石基底、底部的补偿凹陷。礁石建造的厚度从几米、几百米甚至上千米不等，长度可以达到几百千米。在区域上这些建造总是与大陆架浅水相交织混杂，形成一个不可分离的整体，包含岸礁、堡礁和环礁（图3.1）。

图3.1 各种礁石地貌示意图（a）和各种礁石岩石-地貌剖面（b）

岸礁向海岸延伸，呈断断续续的垄岗，在距离海岸线几十米的区域与海岸线平行排列。通常，滨海相的陆源岩石往往具有丰富的毁损的礁石建造碎屑物质，从两个方向向岸礁接近。

堡礁沿浅水边缘延伸，将浅水大陆架与更深水域的大陆架隔离开来。由此得到这些礁石的称谓。珊瑚礁岩相沿近海岸走向更替为潟湖建造，向海洋的一方是岩质或者碎屑质的礁石前沉积，继续延伸变为更深的深水沉积，包括次深海的淤泥。

环礁向大陆斜坡的阶地区域发展，分布在大陆架与开阔深海的交界地带。在环礁周围，典型的堡礁型礁石前与礁石后岩相混杂交错。它们外围通常是种类单一的碳质陆源沉积。

粘土沉积通常覆盖浅海大陆架储油岩石，其中也包括珊瑚建造。稳定的盖层没有形成，因为含有大量的泥沙混合物。稳定的盖层岩石在长期的海侵条件下才可以累积形成。

生物礁岩相是活性极高的储油岩石。其中的有效孔隙度达35%，渗透率达1 μm²，油气饱和度系数达0.9，甚至更高。

海洋中非礁石带大陆架次深海及深海区域岩相出现的深度达200 m，个别地方达 400 m。这些区域最典型的特点就是海水的机械动能小，因此底部不存在拖曳运移至此的沉积物。该区域沉积物的运移是悬浮状态的形式，这有利于颗粒微小的陆源物质的沉积，这类物质是次深海及深海大陆架典型的沉积物质，分布极为广泛。剖面中主要是水云母和蒙脱石岩相，它们存在于沉淀极好的粘土中，其中含有少量的粉砂质混合物。有机质沉积中只是被发现有各种浮游生物体：碳酸多孔石灰岩、硅酸盐和蛋白土。所有这些岩石都属于坚实稳定的盖层。大陆架的这一区域引人关注的是水下暗流的沉积物，与之相关的是储油岩石的积聚和良好圈闭构造的形成。正如古谢伊诺夫等（Гусейнов и др.，1978）所证实的，洋流沉积物的成分按颗粒组成来说完全接近于河流沉积物。哈都木斯克（斯塔夫罗波尔区）矿层的含气砂岩是典型的洋流沉积层，绵延上百千米，是高产沉积岩的实例。

根据古谢伊诺夫等学者的数据，在伏尔加河流域的韦雷斯基沉积层，由同样的成因形成了分选良好的砂岩。该区域有大型的构造矿床和构造岩石矿床（图3.2）。

由于碳酸盐类岩石的低孔隙度，其储油区的特点是低储集性。如果岩层有各种缝隙出现的情况则属例外，原始的孔隙会在因缝隙极度增大时扩大的程度更明显，尤其是在缝隙处有孔洞时。同时，在大陆架次深海区域形成巨厚的岩石盖层，厚度可达几百米，这种状况在西伯利亚油田更为典型。

在非礁岩带剖面，浮游生物分布广泛、具有沥青质岩石和油页岩都可以断定为该区域的高生油条件。

次深海和深海区域的深水相形成于沉积物厚度超过400 m的盆地底部。水的波浪运移仅仅发生在水体的上部。水的透气性能差。物质的运移只能在溶液或者悬浮液中进行。洋流、切割大陆斜坡峡谷处的浑浊泥沙流以及陡坡滑脱都会产生机械运移。这些沉积物质中粘土的60%以上是陆源物质。砂岩和更少量的砾石物质只是在大陆架的外围聚积。但是在峡谷的滑脱处也可能会涌入很深的区域。因此在深海峡谷沉积中的砾石及泥沙可能占沉积物总量的25%～30%（Вассоевичa，1983）。不管形成于次深海区域，还是形成于深海区域，高生油区域的特点是要有高质量的盖层。总的看来，这些都不是形成石油母岩的优良条件。

3.1.2 海陆过渡相

属于这类岩相的是潟湖沉积、溺谷沉积、港湾沉积及三角洲沉积。其特征是呈花纹状、连续性和展延性差，剖面显示有大量的动植物有机残存质。

图3.2 伏尔加河流域中部早中韦雷斯基时期古水流示意图及石油天然气分布概况

潟湖与溺谷岩相形成于浅海沿岸区域，有沙洲与大海相隔离。河流半封闭河口处形成的溺谷沉积埋藏在冲积三角洲或者冲积河道中，即河流的陆地沉积。潟湖沉积被埋藏在海相沉积岩层之下。在这些凹陷区域，潮汐对于沉积岩影响较小。

三角湾是河口开阔的河湾处。该处的拍岸浪、涨潮、落潮活动能量巨大，且积聚了粗屑物质。在可靠屏障下面河湾、河口湾的古潜伏沉积层，也就是河口的冲积沉积物，是潜在的大规模的圈闭层。在早白垩世这种类型的冲积沉积物质中已经探明的矿床长度达 5 km，宽度超过1 km，厚度达15 m。

三角洲相形成于河流的近河口处，或者毗邻海洋的地带。沉积层的上部，即向陆地延伸的部分叫做水上三角洲，下部叫做水下三角洲，或者前三角洲。如果松散沉积物的运移很明显，那么底部的构造沉降就会非常缓慢——三角洲的水上部分聚积形成。当沉积物的聚积速度与沿海区域底部沉降速度相当时，就会在水上、河口处、三角洲以及前三角洲区域聚积形成巨厚的沉积物。海侵活动频繁时，凹陷底部的沉降速度大大超过沉积物的聚积速度，就会形成深深嵌入大陆的三角湾。在这种情形下，三角洲非常狭长或者完全消失。

三角洲沉积层总的积聚性能很高，尽管从剖面和平面来看是变化莫测的。在三角洲水上部分形成的优良储油构造向河床延展（河床冲积），而在水下则是河滩、沙洲、沙咀。盖层岩石是三角洲的粘土沉积层。

三角洲面积辽阔，从几十平方千米到几百平方千米。如，中国长江和黄河三角洲的总面积超过了50万km²。在远古时期的潜伏三角洲（古三角洲）已经探明的油田有西西伯利亚、伏尔加-乌拉尔油气田、美国的阿拉斯加和得克萨斯州等地的油田，石油、天然气总储量分别超过53亿t和2兆亿t。

3.1.3 陆相

陆相沉积主要是碎屑岩、风化壳和植物残存物质，主要存在于山间坳陷、斜坡、河谷、河床、湖泊、沼泽等地带。受外生变形作用的影响，地层不断遭到破坏，地势逐渐趋于平缓。其主要破坏作用是化学、物理风化作用（残积相）和流水的机械破坏（冲积相）。

沉积地层的风化壳，是沉积物积聚发生较长阶段停滞时，由于海侵出现陆地干燥失水并因此带来破坏。破坏的过程引起地势趋缓，总的形式就是陆地的剥蚀和夷平。这类夷平陆地的典型就是古地台的基底。程度稍次的就是年轻地台的基底。这种地台被沉积岩或者火山沉积岩建造覆盖。经过风化作用的表层特点是具有残留的构造，也就是其构造纹理特征依然存在，而矿物成分被置换为表生矿物（高岭石、蒙脱石、水云母、氢氧化铁等）。被破坏的表层以及岩石裂隙的泥质矿物经过冲刷，一部分被从松散的碎屑物质中带走。因此风化壳的集聚区具有极强的渗透性。

风化壳圈闭的构造一般是岩层式的，因为风化壳总是沿着地层不整合（沉积间断）分布。盖层使岩层封闭。

根据茹拉夫廖夫（Журавлев）和拉宾斯基（Лапинский）的资料，西西伯利亚有大约四十多个大型油田都与前侏罗纪基底风化壳有关系。已经探明这些油田位于西伯利亚地台里菲组风化壳（玄武岩油气层），而且很少在勒那-通古斯克油气田的前里菲基底。

冲积相的特点是陆源物质通过地表流水聚积，这些物质聚积的主要区域是大陆架。根据屈内（Кюнена）的数据，进入海洋的99%的陆源物质是通过河流输入的。大部分沉积到河床或者河道底部（河床沉积）及河谷（冲刷沉积）。沿河谷两侧自河坡处迁移来大量的坡积物，形状各异，大小不等，与冲积物互相混杂，形成雉堞形的封闭围栏，进而从两侧围护着冲积物。河床冲积物是冲刷极好的粘土质物质，具有极高的赋存性质（孔隙度在5%～20%之间）；渗透率在每平方微米千分之几到百分之几之间，这可以充分保证古河道会有很高的出油量。美国肯塔基州宾夕法尼亚砂岩油井的出油量达到每昼夜140 t。已经探明的这类矿床还有伏尔加河流域、西西伯利亚、季曼-佩乔雷等。这类矿床被认为是次生矿。在这种情况下，石油天然气母岩是下伏岩层。

首先在古河道砂岩发现石油天然气矿床的是古布金，于1913年在希尔万斯克石油产区发现的。他把这些矿床称之为河成油藏或者条带状油藏。