Question

与异常压力有关的油气成藏模式

Answer 1

随着含油气盆地勘探程度的提高与研究工作的日益深化，人们发现越来越多的油气藏其圈闭机制是完全不同于传统的油气圈闭模式的，即这些圈闭没有常见的地层、构造、断层等轮廓明显的边界，而是一种叫做压力封存箱体系（Pressure compartment）。地压场的作用除了能促进油气、水的运移，还控制着压实背斜圈闭、泥底辟型、热流体底辟型气烟囱构造的形成与分布。同时，温压场共同的作用可改变气在油、水中的溶解度，影响烃类物质的相态变化，导致流体压力封存箱的形成，从而控制和影响油气藏形成与分布。

早在1975年，布得利（Bradley）就研究过这种与某些地质界限不相一致的圈闭体系，并指出它是一种能在相当长的地质时期内阻止所有孔隙流体运移的圈闭体系。亨特（Hunt）在总结前人工作的基础上于1990年发表了一篇关于地层压力圈闭的文章，指出世界上许多含油气盆地都存在一个穿时、穿层的压力分隔层，Hunt 对区域性的穿时、穿层的压力系统的确认引起了人们的关注，这种观点是非常有价值的，它把不同的压力分隔带之间定义为水平的统一压力封闭体（即封存箱，根据 DST、RFT等实测数据），并指出油气藏可位于封闭体内、封闭体边界或封闭体之外，并提出压力圈闭会不时地形成、破坏、再形成的模式。

图5-40 压力过渡带与岩性组合的关系图

（1）箱内成藏：亨特（Hunt）指出，许多盆地中深部封存箱顶部的封闭层，在盆地下沉期间，均出现在平均深度3048m左右的位置，该深度相当于地温梯度为2.40℃/100m，地温95℃左右，是大部分石油生成的温度区间。在深部封存箱内的高温使烃源岩迅速熟化形成烃类，流体膨胀，箱内压力升高，是快速沉降盆地的重要特点。因此，在具超压的盆地中，绝大多数油气生成于流体封存箱内。这也是以自生自储式为主的油气藏普遍具有超压的重要原因。在温度、压力相对较低的箱顶和构造位置较高的部位，成藏条件最好。

（2）箱缘成藏：由于封闭层是由多层致密层夹多孔储层组成，当箱缘破裂时，若未全部突破，油气涌流形成箱缘成藏，如美国加州萨克拉门盆地，天然气主要产自封闭层中未矿化的厚18m的砂岩中。成藏最好部位应该是封闭层的突破口附近。

（3）箱外成藏：流体封存箱缘被全部突破后，油气涌流出箱外，若箱外存在适合的圈闭，可在正常压力系统中形成箱外成藏。若无圈闭存在或圈闭幅度不大时，油气则会向压力低的侧向上倾部位运移，在适合的圈闭中成藏。但箱外成藏的油气数量小于箱内成藏。

焦尊生和沙达姆（Surdam，1994）在对 Laramide前陆盆地的研究中发现，那里的气藏与传统圈闭类型的气藏是完全不一致的。圈闭的形成是由于储层内流体流动系统的改变造成的。即由单相流（水）变为多相流（气/油/水）而降低了地层的渗透性从而在三维空间上形成了一个不规则的毛细压力圈闭。这种压力边界是与地质边界不一致的且油气藏无油水界面。此外，一些学者还从成岩作用的角度探讨了地层压力圈闭的形成对油气的分隔与运聚的影响。综上所述，地层压力圈闭的形成是地质成岩作用、流体动力学、烃类生成化学动力学等共同作用的结果。对它的评价需要综合研究含油气盆地的流体性质、地球化学特征、地热史和沉积成岩过程。

异常压力对油气藏的形成和分布起着控制性的作用，制约着油气的生、储、盖、运移、聚集和圈闭。①超压抑制了烃源岩的热演化，加大了液态烃存在的深度，扩展了深层石油的勘探领域；②超压减小了作用于岩石格架上的有效应力，减小因压实导致的孔隙度损失，有利于储层孔隙的保存；③异常高压的盖层使其封闭性能更好，形成压力封闭体系，压力封闭与毛细管压力封闭相比是一种更有效的封闭机制；④异常高压对油气运移是一种重要的动力，无论是初次排烃和二次运移过程；⑤异常高压与裂缝性泥岩和碳酸盐岩油气藏形成有密切关系；⑥异常高压和异常低压与深部高压气藏和深盆气的形成有密切关系。

与异常压力有关的油气成藏模式可概括为3种。

1.层状成藏模式

如美国怀俄明州绿河盆地深部气藏（图5-41），天然气在盆地凹陷中心形成后，未经长距离的运移驻留在凹陷中心或构造斜坡带。天然气在凹陷深部形成后，运移至低孔渗储层，驱替出其中饱和度低的自由水而占据盆地深部的储层，由于浮力对低孔渗储层中饱和的气不起作用，所以气停留在盆地深部，而在储层上倾方向仍然为水占据，出现气在下、水在上，气、水倒置的现象。另外，由于深部具有一定的水力封闭条件或天然气补充速度超过其渗透或扩散速度，从而出现天然气饱和带异常高压的特点。

图5-41 北美绿河盆地深部高压气藏剖面图

2.巢状成藏模式

巢状成藏模式是在一个巨型压力封存箱（一级封存箱）内部，又存在不同级别小的封存箱（二级和三级），一级封存箱出现在盆地规模上，二级和三级封存箱分别对应区带和气藏的规模。一级压力封存箱受成岩作用带控制，二级压力封存箱受沉积层序控制，而三级压力封存箱受沉积相控制。阿纳达科盆地存在一个盆地规模的一级超压封存箱，长约241km，宽113km，最大厚度为4877m，称为巨型封存箱复合体（图5-42）。其中天然气储量达566×10⁸m³。

3.透镜状成藏模式

盆地内一定深度的泥岩中存在异常高压，在异常高压泥岩中的砂岩透镜体中可出现异常高压（但弱于泥岩中的异常高压）或正常压力，后一种情况和砂岩体与外界水力连通有关，油气一般充填异常高压砂岩透镜体中。在成藏之前砂岩透镜体中充满水，泥岩生烃增压使泥岩和砂岩中出现压差，泥岩生成的油气在该压差的作用下进入砂岩储集体并驱替出其中的水而成藏。北美粉河盆地即为一例（图5-43）。

图5-42 北美阿纳达科盆地深部高压气藏巢状成藏模式图

图5-43 北美粉河盆地深部高压气藏透镜体状成藏模式图