|
|||||
|
|||||
|
|
|||||
王国建
, 汤玉平
WANG Guo-Jian, TANG Yu-Ping
中图分类号: P632
文献标识码: A
文章编号: 1000-8918(2018)01-0021-07
责任编辑:
收稿日期: 2016-11-30
修回日期: 2017-05-25
网络出版日期: 2018-01-20
版权声明: 2018 物探与化探编辑部 《物探与化探》编辑部 所有
基金资助:
作者简介:
作者简介: 王国建(1972-),男,博士,高级工程师,主要从事油气地球化学勘探与石油实验地质研究工作。Email:wanggj.syky@sinopec.com
展开
摘要
在油气化探中,传统观点认为断层是优势通道,烃类沿断层渗漏形成的化探异常将偏离实际油气藏位置在近地表的垂向投影,这引起了地质界对化探技术预测地下油气藏的质疑。针对上述质疑,以断块油气藏的简化地质模型为基础,研制实验装置,开展断块油气藏烃类通过盖层及上覆地层垂向微渗漏模拟实验,研究了地下断层对烃类垂向微渗漏的影响。结果表明,受断层控制的油气藏,断层不是烃类微渗漏的唯一优势通道,油藏上覆盖层及地层中广泛发育的裂隙或微裂隙系统等都是决定地表化探异常分布的重要因素,烃类垂向微渗漏是客观存的;断层是否是微渗漏的优势通道,取决于断层的封闭性;另外实验结果也证实了圈定油气靶区的最好采样方法是高密度的网格采样。
关键词：
Abstract
Hydrocarbons in the oil/gas accumulations can seep vertically along the pores, joints, microfractures, fractures, and faults to the surface and form geochemical anomalies, which is the theoretical basis of surface geochemical exploration technique. Most of faults underground have big inclination angle, and are not vertically distributed. It is thought that faults are the dominant pathways for microseepage, the geochemical anomalies formed through faults may deviate from the vertical projection of actual hydrocarbon accumulation on the surface. Such a point of view will arouse doubt among geologists about the role of surface geochemistry exploration technique in predicting hydrocarbon accumulations underground. Based on a theoretical model of fault block hydrocarbon accumulation, the authors developed an experimental apparatus to simulate the phenomena of hydrocarbon microseepage of the fault block hydrocarbon accumulations. The effect of faults on vertical hydrocarbon microseepage was studied. The results of the simulation experiments show that faults are not the only dominant pathways of hydrocarbon microseepage from the fault block hydrocarbon accumulations, the fractures and micro-fractures system developed widely in the strata are also the important factors to decide the distribution of surface geochemical anomalies, and vertical hydrocarbon microseepage exists objectively. Whether faults are the dominant pathways of hydrocarbon microseepage or not depends on the sealing capability of faults. The study also shows that the sampling method which is most suitable for delineating the oil and gas target is the highest density grid.
Keywords：
断层是构造运动的产物,对于油气一次、二次运移而言,断层可以作为油气纵向、侧向运移的主要通道,储集层可以作为侧向运移通道。油气藏形成后,断层带本身经黏土涂层、颗粒碎裂、成岩愈合又对油气藏起到了封闭作用[1-5]。油气垂向微渗漏(也称微运移)是油气成藏后,烃类在地下各种驱动力的作用下,以微弱但可检出的量沿地层中的孔隙、节理、微裂隙、裂隙、断层等通道近似垂直地向地表渗漏,在油气藏上方近地表的各种介质中,由于垂向微渗漏烃类的加入,形成了相对比油气藏外围背景烃浓度要高的烃类异常。利用运移烃在地表留下的异常标志可以预测地下含油气远景,这也是地表油气化探的理论基础[6-8],其中断层对油气垂向微渗漏形成的地表化探异常到底产生什么样的影响,也有一些相关的讨论[2,9-12]。总的来说,地质界主要有以下两种普遍观点:一种观点认为,对于微渗漏来说,不管断层封闭性如何,都是烃类微渗漏的优势通道,烃类不会再从其他地方发生微渗漏,化探异常只反映断层异常;另一种观点认为,受断层控制的油气藏,虽然断层封闭性好对石油天然气保存较为有利,但对于微渗漏而言可能为优势通道,但不是唯一通道,地层中还存在广泛发育的微裂隙系统,是烃类微渗漏形成化探异常的主要通道,断层异常可以通过其形态(如线性、串珠状)识别。由上述两种观点引起的对化探技术的争议在当今地质界仍然存在,如不给出实验的、实测的证据和合理的解释,将导致地质界对化探技术的质疑,影响该项技术的发展和在油气勘探中的广泛应用。
针对断层对油气垂向微渗漏影响研究薄弱的现状,首次实验模拟了断层对油气藏烃类垂向微渗漏的影响,同时将实验结果与对已知油气藏上方化探异常的观测数据进行对比分析,验证了烃类垂向微渗漏理论,对近地表烃类异常受断层的影响有了进一步的了解和认识。
因为主要考虑油气藏烃类微渗漏如何受断层影响,为了使研究具有普遍意义,本次选择广义的断块油气藏地质模型[13],并将其简化为只考虑油气藏、断层、盖层及上覆地层、第四系沉积层(图1)。一般认为断层对油气成藏起封堵作用,对微渗漏则起到了优势通道的作用,因此,考虑在地层中有两个断块油藏,一个受顺向断层控制,一个受反向断层控制,通过模拟实验研究断层对烃类微渗漏及近地表化探异常的影响。
根据上述简化的地质模型,考虑相似性原则,建立了相应的物理模型(图2)。模型为箱状,长100 cm,宽100 cm,高130 cm,用水泥和石英砂按照一定的比例混合浇铸来模拟直接盖层和上覆地层介质,物性接近于地质条件下天然气五类盖层[14],地层介质之上是30 cm厚的土壤层。地层介质底部设置了两个气源(两种轻烃混合气,分别加入了一定量的惰性气体He、Ne作为示踪剂)和相应的顺向断层、反向断层。模拟实验过程中,参照油田伴生气组份[15]配制的天然气可以由气源注入,模拟断块油藏的烃类通过盖层及上覆地层的垂向微渗漏。在模拟地层中布置了5层规则网格的采样探头,每层37个样点;土壤层布置了一层规则网格的采样探头49个。模拟实验过程中可以从取气口抽取微渗漏气体样品进入气相色谱仪进行分析。
已有实验研究结果表明[16-17],温度差对烃类垂向微渗漏的速度、强度作用很小,不是影响烃类微渗漏的主要因素,压力驱动(浮力、水动力、压力梯度等)才是烃类微渗漏的主要动力。因此,本次实验未采取在模拟柱体底部加热的升温措施,保持模拟柱体温度随室温自然变化。对于气源压力的选择,底部模拟盖层的突破压力较高(压汞法测定为5.22 MPa),为了模拟烃类通过盖层的微渗漏现象,尽量选用较小的通气压力,同时又要考虑地质时间不可模拟,本次实验气源压力从较小压力开始,配合检测气源中的示踪剂He、Ne在上覆模拟地层中的变化,以期选取既能表现烃类微渗漏现象,又能控制实验周期的压力。从0.5 MPa开始调节,根据检测结果最终选择通气压力为2.5 MPa。底部水压控制为 0.05 MPa,采用恒压恒流泵进行注水,模拟油气藏底水的作用,并可保持模拟柱体处于一个湿体系。
整个实验时间历时近11个月,在此期间,每月对模拟柱中的烃类及示踪剂非烃浓度变化全面检测一次,直至烃类浓度达到平衡。
实验后期,模拟地层中的烃类浓度达到平衡状态后,对模拟地层中234个采样探头中的微渗漏烃类、非烃示踪剂进行全面检测。由于两个气源烃类同时微渗漏到上覆地层中形成的空间分散晕混为一体,难以厘清断层上方或附近烃浓度变化是否由断层引起,但是每个气源中都分别加入了不同的非烃示踪剂,通过观测断层上方或附近与远离断层部位的非烃气体浓度变化,就可以刻画断层对烃类微渗漏的影响。
图3是实验后期模拟地层中深部气源1的示踪He浓度等值线垂向剖面。选取深气源1上方两对等深度检测点(样号C-2-2-2—C-2-3-3,样号C-3-2-2—C-3-3-3)的He浓度分别对比,发现处于顺向断层附近的测点C-2-2-2的He浓度小于气源正上方的等深度点C-2-3-3,而处于断层上方附近的测点C-3-2-2和处于气源上方的测点C-3-3-3均未检测出He;这一结果说明与气源正上方的微渗漏通道相比,人造断层由于封闭性好,并没有体现出预期的优势通道作用。而He浓度前峰则有向右偏移的趋势,说明除了断层外,地层中只要有合适的通道,如裂隙、微裂隙网络等,气体就会沿优势通道近垂向微渗漏。从He浓度在土壤层平面赋存的浓度异常部位来看(图4,模拟地层6),左下角的异常似乎与下伏断层较为相关,但是从垂向剖面看(图3),该异常并不能确定是由断层引起的,因为下伏的模拟地层第五层中C-5-3-3点也检测出He浓度异常,气源上方发育的其他微裂隙也有可能是该异常形成的重要因素。
图5是实验后期模拟地层底部气源2的示踪Ne浓度等值线垂向剖面。可以明显看到断层向上延伸的端部出现了最高浓度Ne气异常且有向右偏移的趋势,体现了断层对烃类垂向微渗漏具有一定的遮挡作用。上述现象说明了该反向断层是烃类微渗漏的优势通道,可以一定程度上改变烃类垂向微渗漏的路径。从Ne浓度在土壤层平面赋存的浓度异常部位来看(图6,模拟地层6),中上部的异常与下伏反向断层并不是垂向对应,说明断层虽然一定程度上改变了烃类垂向微渗漏的路径,但是油藏上覆盖层及地层中广泛发育的裂隙或微裂隙系统都是决定地表化探异常分布的重要因素。
另外,气源1的示踪剂He在气源上方模拟地层中沿着近垂向曲折路径微渗漏(见图4),模拟地层中每一层检测点的He气浓度峰值分布不尽一致:第一层、第二层峰值位置相同,第三层、第四层峰值位置相同,第五层峰值又与第一层和第二层相同;土壤层中He浓度则分为不同位置的3个峰值(图4,模拟地层6)。气源2的示踪剂Ne在气源上方模拟地层中沿近垂向路径微渗漏(图6),Ne气浓度峰值在模拟地层一至三层基本一致,第四层、第五层采样探点则未检出Ne,推测是所布探点未能捕捉微渗漏Ne的优势路径所致,类比到实际地表油气化探中,说明圈定靶区的最好采样方法应该是高密度的网格采样。在土壤层平面中上部位则检测出了一定量浓度Ne的存在(图6,模拟地层6),说明在模拟地层第四层、第五层到土壤层的这段空间内,存在优势微渗漏路径,使Ne浓度异常出现在土壤层平面中上部。
下二门油田位于泌阳凹陷东缘,凹陷边缘断裂的左侧[18]。主要产层为古近系核桃园组第二段(Eh2)、第三段(Eh3),埋深800~2 400 m[19],油藏明显受断层控制。图7展示了一条穿过下二门油田联井油藏剖面的地表地球化学测量结果。可以看到,在X3-11井油藏尽管没有明显的南倾断层,其上方仍然出现了地球化学指标甲烷和苯的高浓度异常(测点556),说明这些地球化学异常可能是烃类以油藏上覆盖层及地层中广泛发育的裂隙或微裂隙系统为通道渗漏到地表而形成的。测点551下伏虽然存在控藏的断层,但其上方地球化学指标并没出现高浓度异常,说明该处的控藏断层封闭性较好,不利于烃类的垂向微渗漏。测点540~566位置,不仅在油藏正上方地表出现甲烷的弱异常和苯的强异常,而且在控藏断层向上延伸的端部上方地表出现甲烷的弱异常和苯的强异常,说明除了油藏上覆盖层及地层中存在裂隙或微裂隙系统外,该处的控藏断层封闭性相对较差,有利于烃类的微渗漏。上述地球化学实测结果表明,断层是否是微渗漏的优势通道,取决于断层的封闭性。
临南油田位于济阳坳陷惠民凹陷南坡,主要产层为古近系沙河街组二段(Es2)和三段(Es3)[20]。临南油田位于夏口断层断鼻背景上,部分油藏直接与夏口断层接触,显示这一地段的夏口断层的封闭性明显(图8)。在该地区进行了油气化探精查(采样密度为16点/km2),以地表热释烃甲烷浓度等值线图为例(图8),可以看到热释烃甲烷浓度呈斑块状顶端异常覆盖油区范围,从平面上看,连续的浓度异常向夏口大断层南部延伸或偏移,主要与这个正断层向北西倾有关,夏口断层以铲形或平面式为主,上部倾角在50°~52°,向下变缓[21]。临南油田上方地表的热释烃浓度异常富集区,一方面体现了断层是油气渗漏的优势通道,另一方面体现了在油藏正上方断裂不发育区域,烃类仍可以上覆盖层及地层中发育的裂隙或微裂隙系统为通道,渗漏到地表而形成高浓度异常。
为了研究不同采样密度条件下的油田上方化探异常变化情况,考虑数据网点的均匀分布,将采样密度抽稀为1 点/km2。图9是采样密度抽稀后地表热释烃甲烷浓度等值线,可以看到,异常与油区的关系已经不是唯一的了,异常的分布、大小、位置都因部署不同而发生很大的变化,该种采样密度所获得的浓度异常无法对断层以及油田范围进行有效地勾勒。
1) 首次通过模拟实验证实了断层对化探异常影响的作用,即受断层控制的油气藏,断层不是烃类微渗漏的唯一优势通道,油藏上覆盖层及地层中广泛发育的裂隙或微裂隙系统都是决定地表化探异常分布的重要因素。烃类垂向微渗漏是客观存在的,油气化探技术用于油气勘探有坚实理论基础。
2) 断层是否是微渗漏的优势通道,取决于断层的封闭性,与断层的产状无关。封闭性好,烃类无法沿断层优先渗漏;封闭性差,烃类将沿断层优先渗漏;断层优先微渗漏对油气藏在地表垂向投影的地表化探异常影响有限。
3) 模拟实验和已知区油气化探实例都揭示了圈定油气靶区的最好采样方法是高密度的网格采样。化探在油气勘探中可采用两步走:在一个大区域远景区先低密度采样确定含油气区带,然后采用高密度网格采样勘查以发现油气田。
(本文编辑:蒋实,沈效群)
The authors have declared that no competing interests exist.
| [1] |
断层封闭机理及主要影响因素研究 [J]. |
| [2] |
烃类垂向微渗漏近地表显示与运移通道的关系——以苏北盆地盐城凹陷朱家墩气田为例 [J]. |
| [3] |
断层封闭与油气运移和聚集 [J].
|
| [4] |
断层成岩封闭及其应用 [J].
|
| [5] |
断层封闭能力的有限性研究及模拟实验 [J]. |
| [6] |
|
| [7] |
Model for hydrocarbon microseepage and related near-surface alterations [J].
|
| [8] |
晕-源对比暨油气化探基础原理研究思考 [J]. |
| [9] |
松辽盆地南部十屋断陷地表烃类异常特征及油气指示意义 [J]. |
| [10] |
Migration—a view from the top [C]//
|
| [11] |
已知油气藏上方油气化探指标的有效性分析——以渤海湾盆地临南地区某断块隐蔽油藏为例 [J].
|
| [12] |
地表化探异常立体解释模型的建立及其意义——以库车坳陷米斯布拉克地区为例 [J]. |
| [13] |
|
| [14] |
天然气盖层评价方法探讨 [J]. |
| [15] |
多源烃类垂向微渗漏机理及应用研究[R] . |
| [16] |
Laboratory simulation of vertical hydrocarbon microseepage. |
| [17] |
油气藏烃类垂向微渗漏的实验模拟 [J]. |
| [18] |
泌阳凹陷下二门油田油气成藏机制探讨 [J]. |
| [19] |
泌阳凹陷下二门油田油气成藏机理研究 [J]. |
| [20] |
临南油田沉积微相模式及剩余油分布 [J]. |
| [21] |
夏口断层对惠民南部地区油气成藏的控制作用 [J]. |
| 京ICP备05055290号-3 版权所有 © 2021《物探与化探》编辑部 通讯地址：北京市学院路29号航遥中心 邮编：100083 电话：010-62060192；62060193 E-mail：whtbjb@sina.com |
/
| 〈 |
|
〉 |
