第四章圈闭与油气藏

第四章圈闭与油气藏[内容提要]圈闭是储集层中能够阻止油气继续向前运移，并在其中聚集和保存的一种场所，是通过储、盖层与一定的遮挡条件在三维空间的构架形成的。当圈闭中聚集了一定数量的油气之后，就形成了油气藏。本章首先介绍了圈闭和油气藏的概念和度量参数，以圈闭的遮挡条件成因为主，将圈闭分为：构造、地层、岩性、水动力四个大类。然后结合大量实例，说明依次每一种主要圈闭的形成机制。§1概述一．圈闭和油气藏的概念1．圈闭圈闭是地下储集层中能够阻止油气继续向前运移，并且在其中聚集起来的一种场所。（它实际上只是表明其中能够有油气，但无论其中是否有油气，都可以称为圈闭）圈闭的形成必须具有三个必要条件：（1）储集层（2）盖层（3）一定的遮挡条件（封闭条件）。而遮挡条件的形成，即可以是背斜，也可以是断层、不整合或岩石的物性变化引起。这样，当组成圈闭的这三部分配合良好时，其中的储集层便处于上方或四周被不渗透岩层所包围或阻隔的状态。一旦油气通过这里，它便能够起到捕获油气的作用，从而在其中形成油气聚集。2．油气藏当圈闭中聚集了一定数量的油气之后，就形成了油气藏（油藏、气藏）。其定义为：油气藏是单一圈闭内具有独立压力系统和统一油水（气水）界面的油气聚集，是地壳中最基本的油气聚集单位。不具备以上两个条件，即使位于同一面积上的油气聚集也不能看作是同一油气藏。由此可见，圈闭是油气藏形成的不可缺少的基本条件。同时，圈闭的类型还决定着油气藏的类型及其勘探方法；圈闭的位置和埋藏深度是设计井位和井深的依据；圈闭容积的大小又直接影响其中油气的可能储量多少。这正是石油地质工作者十分重视寻找和研究圈闭的原因。二．圈闭和油气藏的度量参数1．圈闭的度量参数在评价一个圈闭时，它的规模或大小是一个很重要的因素，可以用圈闭的有效容积来评价。它主要决定于闭合面积、闭合度、储集层的有效厚度和有效孔隙度的分布等。（V=S×H×φ）这里重点介绍闭合度和闭合面积。当圈闭中容纳的流体量达到了最大容积，液体开始向外溢出时，最先从圈闭中溢出的点称为该圈闭的溢出点；从圈闭的最高点到溢出点之间的高度差，称为闭合度或闭合高；通过溢出点所在构造等高线所圈定的闭合区面积，称为这一圈闭的闭合面积。2．油气藏的度量参数（1）油气柱高度是油气藏顶点到油（气）水界面之间的高度差（油藏高度+气顶高度=油气藏高度）是指示油气藏大小的一个重要参数。（2）含油边界和含油面积油水界面和油层顶、底面的交线称为含油边界。（顶部交线称为外含油边界，底部交线称为内含油边界）气藏也与它相同。如果油气柱高度小于油层厚度时，则含油内边界就不存在。由油藏外含油边界（外边缘）所圈定的面积称含油面积。（3）气顶和油环气总是位于圈闭最高部位——气顶；油居于水和气之间，在平面上呈环带状分布称油环。（4）边水和底水位于油（气）藏外含油边界以外的水——边水；位于外含油边界以内从下面承托着油（气）的水——底水；三．圈闭和油气藏的分类㈠．分类的现状自然界存在着许许多多、各种各样的圈闭，目前全世界已经开发的油气藏约有几万个。如何从如此众多而又复杂多样的油气藏中寻找它们的共性，进行类型划分，从而为有关进一步发现和勘探油气服务，是石油地质学的一项十分重要的任务。据不完全统计，有关圈闭和油气藏的分类方案已有50多种，可大致归纳为三种分法：（1）形态分类布罗德的分类过去在我国流传很广，以储集层的形态为根据，将油气藏划分为层状、块状和不规则状。（2）成因分类以莱复生分类为代表，从圈闭的成因分出构造、地层和复合圈闭。（3）混合分类㈡．分类的原则准确性：应该充分反映各圈闭类型之间的区别和联系；概括性：即：①每一个类别都要包括尽可能多的圈闭和油气藏；②总的分类能基本上包括目前世界已经发现的油气藏；实用性：即分类能很好的指导油气勘探开发实践，寻找新的油气藏，并且便于学习应用。㈢．典型分类方案介绍现有的教科书上（陈荣书，1994；张厚福、张万选，1989），主要的分类的依据基本上是成因分类，但在对由于地层不整合与岩性两种因素引起的圈闭能否统归为“地层圈闭”，目前不仅在科学研究上，还是在油气生产中，仍有一定争议。西北大学分类方案（1979，1989）有两个基本特点：一是以遮挡的成因进行分类；二是将地层不整合与岩性因素引起的圈闭分开，因为二者成因上还是有一定差别的。§2构造圈闭由于地壳运动促使储集层变形和变位而形成的圈闭称构造圈闭；其中形成的油气藏称为构造油气藏。包括背斜、断层和刺穿接触三个亚类。一．背斜圈闭背斜圈闭形成于背斜构造内。它的封闭机制是：上方为非渗透性盖层或压力盖层，下方为水体或非渗透层联合形成封闭。其闭合面积即为通过溢出点的构造等高线所圈定的闭合区，油柱高度主要决定于背斜圈闭的闭合度和上覆岩层的封盖能力。因为油气柱最大高度不可能超过圈闭闭合度或盖层封盖能力所允许的高度。表4–1本教材采用的圈闭分类方案大类亚类类型示意图大类亚类类型示意图构造圈闭背斜圈闭褶皱背斜圈闭岩性圈闭原生岩性圈闭透镜状岩性圈闭与基底隆起有关的背斜圈闭上倾尖灭状岩性圈闭生长断层与逆牵引背斜圈闭不规则状岩性圈闭与底辟作用有关的背斜圈闭次生岩性圈闭与淋滤、溶解及交代作用有关的圈闭与古地形突起和差异压实有关的背斜圈闭裂缝型圈闭断层圈闭正断层圈闭水动力圈闭单独的水动力圈闭逆断层圈闭与其它因素有关的水动力圈闭与单斜有关的水动力油气藏刺穿接触圈闭与构造鼻、挠曲有关的水动力油气藏地层圈闭不整合面以下的地层圈闭与地层产状有关的地层圈闭古潜山圈闭不整合面以上的地层圈闭与地层超覆有关的地层圈闭背斜的形态多种多样，但从圈闭的成因来看，主要可分为以下几类：㈠．褶皱背斜圈闭主要是在压应力作用下挤压形成，在褶皱区较为多见，背斜长轴方向一般与区域构造线平行。这种背斜圈闭一般两翼倾角较大，不对称（倾角不等），靠近褶皱山脉一侧比另一侧倾角要缓（小），闭合高度较大，但闭合面积一般不是很大，常常有逆断层与之相伴生。酒泉西部盆地老君庙油田和前苏联乌克蒂尔气田可以作为其中代表（图4–3、4–4）。在酒西盆地南侧祁连山山前地带，从西向东南分布有鸭儿峡、老君庙、石油沟等一系列背斜构造，其中以老君庙背斜产油最丰。老君庙油田为一不对称短轴背斜，构造轴向105°，东西长约7Km，南北宽约3Km，闭合度约800m，北翼为一逆断层遮挡，南翼为边水封闭。受构造高部位放射性断层的影响，南翼油水边界参差不齐，含油层位为上第三系白杨河组，分K、L、M三套油层组，其间均为泥岩所分隔。L油层组为油田的主力油层，岩性为桔红色钙质中—细—粉砂岩夹红色泥岩，油层有效厚度11.9m，有效孔隙度23%，有效渗透率38.5×10-3—236.9×10-3μm2，含油饱和度77%，为层状孔隙型油层，油层深度790m，原始地层压力9.585MPa，压力系数约1.18±。乌克蒂尔气田位于俄罗斯地台东北部与乌拉尔地槽的过渡带上，发现于1964年，储集层主要是二叠系的碳酸盐岩，气层有效厚度170m，含气面积356Km2，天然气最终可采储量5009亿m3，凝析油1.8亿吨。气田为南北向的不对称背斜，长85Km，宽3～5Km，构造两翼东缓西陡，西翼发育一大型逆断层，构造闭合度1500m。产层为高孔-渗性碳酸盐岩与很致密的岩石呈交互层状，存在多种类型的孔隙，另外在褶皱的顶部和西翼产层还十分发育裂缝。㈡．与基底隆起作用有关的背斜圈闭沉积基底具有刚性～半刚性性质，形成断裂以后，由于各基底断层上升的幅度不一样，使上覆地层发育为背斜构造。通常紧挨着基底的地层弯曲较明显，有时可见基底断层的继承性发育，向上则地层弯曲逐渐趋于平缓，直至消失。当这些背斜呈带分布时，则称背斜带或长垣。大庆长垣即是如此，它构成了大庆油田的主体。这种成因的圈闭与褶皱成因的背斜相比，具有两翼倾角较小，断层较小，闭合度小，但闭合面积大的特征。由于这类背斜一般形成时间，面积大，故常可成为极其有利的油气聚集场所。大庆的喇嘛甸（图4–4）和萨尔图等油田，四川的威远气田，就是以这类圈闭为主形成的。大庆喇嘛甸油田为具气顶的短轴不对称背斜，储层为白垩系中部含油组合，属青山口组、姚家组和嫩江组，含油气层段厚390m，自上而下包括萨尔图（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）、葡萄花（Ⅰ、Ⅱ）及高台子（Ⅰ、Ⅱ）油层组，储层岩性以长石砂岩为主，颗粒分选中等，以点接触式胶结为主，盖层为与砂岩互层的泥岩。油层有效厚度72m，有效孔隙度一般为23.7—26.7%，有效渗透率为100×10-3μm2—500×10-3μm2，油气水的分布主要受构造控制，流体垂向上的分异明显，具有统一的油气界面和油水界面。㈢．生长断层与逆牵引背斜圈闭断层逆牵引是常出现在同生正断层下降盘的一种重力下跌构造。逆牵引背斜多为小型宽缓不对称短轴背斜，临近断层一翼陡，远离断层一翼缓，平面上轴线与断层线近于平行，常沿断层成串珠状分布。逆牵引构造幅度由浅向深处增大。高点线距断层0.5—1.5km，且向深处偏移。偏移轨迹大体与断层面平行。国外三角洲沉积发育地区这种类型油气藏更为集中。如美国的墨西哥湾盆地和尼日尔三角洲沉积中。我国渤海湾盆地胜坨—永安镇逆牵引背斜油气聚集带位于济阳坳陷东营凹陷北部，受胜北、永北两条渐新世强烈活动的断层所控制，形成了5个逆牵引背斜。图4–5中的胜坨沙二段（E3s2）油藏为一个面积大、幅度广的逆牵引背斜油气藏。㈣．与底辟作用有关的背斜圈闭底辟作用——指地壳深部的某些物质以塑性或流体状态（具流变性）从深部向浅部的侵入和刺穿，因此引起负载层的褶皱变形形成底辟构造。研究说明某些岩层在地应力的作用下将象流体或粘性固体一样流动。这些岩层主要是盐岩（与其伴生的石膏）和粘土岩（特别是高压粘土岩）。通常称之为底辟核。如果底辟物质没有刺穿围岩，其顶部形态与围岩保持一致，上方岩层形成为背斜。底辟的生长是盐岩或粘土岩在高温、高压下塑性变形的结果。另外塑性变形还取决于外力，后者可是沉积负荷差、密度差或构造应力引起。对于重力盐丘来说，它的发育必须具备三个基本条件：一是盐的密度必须低于上覆沉积物的密度；二是盐层要有足够的厚度；三是盐层以上的负荷压力分布不均匀或者是盐层表面有足够大的起伏。另外，由于盐丘的上拱作用，在背斜的顶部往往伴生有正断层。江汉盆地王场油田就是一个盐背斜。王场油田位于潜江凹陷北部，该构造是一NW—SE向的长轴背斜，由上向下两翼倾角变陡，储集层为下第三系潜江组，物性浅层好，深层差，如潜一段孔隙度23—28.5%，渗透率为1880×10-3μm2，潜四段孔隙度则为14—20%，渗透率19×10-3—156×10-3μm2。地层水矿化度高达280—320g/L，反映与岩盐关系紧密。研究表明，该背斜是由于潜四段下的盐岩因塑性上拱形成的。㈤．与古地形突起和差异压实作用有关的背斜在古侵蚀面上常常存在各种古地形突起，在地壳下陷接受沉积时，起初只在突起周围的低洼地带接受沉积，后期因填平补齐作用，突起部位才开始接受沉积，但因沉积较薄，而周围沉积逐渐加厚，且逐层、逐次地向突起方向超覆。由于突起与其周围地区的沉积厚度不同，沉积负荷悬殊，在突起顶部沉积物薄，压实程度小，而周围沉积物较厚，可压实程度大，引起二者之间的差异压实作用，结果在突起处的上覆岩层中，形成了背斜构造，通常称为披盖构造。披盖构造常可直接反映下伏古地形突起的分布范围和起伏，但它的闭合度总小于古地形突起的高度，随着地层向上构造幅度递减直至消失，地层倾角向上也逐渐变小，构成所谓“顶薄翼厚”的现象。济阳坳陷的埕北油气田即以此类圈闭为主（图4-7）。二．断层圈闭储集层沿上倾方向被断层切割，并被另一侧的不渗透层或断层泥遮挡形成的圈闭，即为断层圈闭。但是，断层即可作为油气聚集的遮挡，同时也可作为油气运移的通道。因此，断层形成圈闭是有一定条件的。㈠．断层的封闭性评价一般应从以下四个方面加以分析：1．断裂带的封闭性①．力学性质上，压性和压扭性断层，断面较紧密，常具封闭性而张性断层相反。②．断层面倾角较缓，使上盘紧贴下盘，断裂破碎带变窄，增强其封闭性；③．断开地层岩石较软时，可产生大量断层泥，阻塞断裂带；④.断裂带中流体的活动，也可影响封闭性。如循环的地下水中溶解物质的