二、充分条件
油气藏形成的充分条件是指上述基本要素在时空上的良好匹配,即有充足的油气源、有利的生储盖组合和大容积的有效圈闭。
(一)充足的油气源
充足的油气源表现为盆地或含油气区的油气丰度高,即生成并提供形成油气藏的总油气量高。它取决有机质的丰度、有机质类型、有机质成熟度和排烃效率或排烃系数等。成熟并能提供形成工业油气藏所需烃量的有效烃源岩的存在是具备充足的油气源前提。而成烃坳陷(凹陷、洼陷)的存在是满足上述条件的前提,它是指盆地中分布成熟烃岩源的深坳区,应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环境;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。
成烃坳陷内烃源岩系发育状况受制于盆地构造旋回。成烃坳陷可能仅存在于盆地某一演化阶段,形成单一的烃源岩系;也可能存在于若干演化阶段,形成多旋回、多层烃源岩系。成烃坳陷在盆地内的展布,归纳起来大致有以下三种基本型式(图7-19):位于盆地中央地带,如松辽、西西伯利亚、洛杉矶、锡尔特等盆地;位于盆地一侧,如波斯湾、伏尔加-乌拉尔、阿尔伯达盆地;多个成烃坳陷并存,即统一的含油气盆地中存在多个成烃坳陷,如渤海湾盆地。
图7-19 成烃坳陷与油气分布关系图(转引自陈荣书,1994)
A—松辽盆地;B—准噶尔盆地;C—酒西盆地;D—黄骅坳陷1—生油中心;2—生油凹陷;3—油气聚集带;4—储油岩区;5—油田;6—盆地边界;7—油气运移方向;8—海陆界线
成烃坳陷在盆地内的位置,在盆地发展和演化过程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。成烃坳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。
成烃坳陷内形成的烃源岩体积,是不同层位成熟的烃源岩体积的总和。这样就不难解释:世界上已知的大油气田比较集中分布在沉积速率高、沉降历史较长的大中型盆地里。
据克莱米(H.D.Klemme,1997)的统计,世界上共有334个大油气田(最终可采储量达68×106t以上的大油田222个,最终可采储量为1011m3的大气田112个),分布于60多个油气盆地中。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。
但不能因此就认为中型的或小型盆地就不可能形成丰富的油源。有些盆地虽然面积较小,沉积历史也不长,但沉积岩系和烃源岩层的厚度却很大,这在一定程度上弥补了面积小的缺陷。若有其他有利条件的配合,中小型盆地亦可为形成巨大的油气聚集提供丰富的油源。例如,洛杉矶盆地面积仅39000km2,但在晚中新世到更新世的短短二千多万年内沉积的沉积岩系厚达6000m以上,其中烃源岩系厚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,单位面积的产油率居世界首位(图7-20中1)。
图7-20 盆地大小与油气丰度图(据Perodown,1972)
此外,罗马尼亚的普洛耶什蒂和美国的文图拉(图7-20中2和6),以及我国的酒泉西部及泌阳等盆地,都是面积小于5000km2的小型盆地,但也产出较丰富的油气。
(二)有利的生储盖组合
生储盖组合系指烃源岩、储集层和盖层三者组合的型式。油气勘探的实践证明,烃源岩、储集层和盖层在时间和空间上的密切配合,也是形成大油气藏不可缺少的基本条件。
1.概念
有利的生储盖组合是指烃源岩、储集层和盖层三者本身具有良好的性能,同时它们在时空上具有良好的匹配,有利于油气的高效输导、富集和保存,形成大油气藏,有利于勘探和开发。其实质是以怎样的关系组合在一起才能使烃源岩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。因此,在研究生储盖组合关系时,需着重解决两个实质性问题,即烃源岩中生成的油气向储集层输导的通道及输导能力和盖层的质量和厚度。
孔隙-裂缝系、不整合面和断层是沟通烃源岩和储集层通道(或输导层)的三种基本形式,前者为烃源岩和储集层直接接触带的主通道,后两者可以把时间上不连续,甚至空间上也不相邻的烃源岩和储集层组合在一起,构成生储盖组合。输导层的输导油气能力与烃源岩和储集层的接触方式及本身特征有关。一般来说,烃源岩和储集层垂向直接接触比侧向相邻的输导能力大;接触面积愈大输导能力愈强;通道孔隙直径粗大,两端压差大、形状简单、输导能力强。
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隙直径大小和裂缝发育程度(或可塑性)。盖层封闭性能的好坏,可以用盖层和储集层之间的排替压力来确定。
与输导油气的能力相比,盖层是从属的因素。在成油条件相似的情况下,输导能力强的组合中,烃源岩能高效率地驱出其中生成的烃,成为有效的烃源岩;反之如果缺乏排烃能力,即使已生成大量烃类,也只能被“闷死”在烃源岩中,不能提供有效烃源。因此,在进行生储盖组合分类时,必须首先考虑烃源岩与储集层的接触关系以及通道的型式和特征。
2.生储盖组合类型
图7-21 生储盖组合分类模式图
1—盖层;2—储集层;3—烃源岩;4—断层;5—不整合
根据烃源岩、储集层接触关系将生储盖组合分为两大类,即连续的组合和不连续的组合。然后再根据接触方式及通道型式,将各类组合进一步划分(图7-21)。
连续的生储盖组合的基本特点是三者同存在于连续沉积的地层单位中。烃源岩、储集层或者垂向交替,或者侧向互变,但均属不同方式的直接接触;接触方式可以是面接触(上覆型和下伏型)、带接触(侧变型)和体接触(封闭型);无论哪一种接触方式,输导油气的通道都是以孔隙-裂缝系统为主。由于该类组合中烃源岩与储集层直接相接触,且界面的排替压力差极大,到达烃源岩界面上的油气可以无阻地流向储集层。
不连续的生储盖组合的基本特征是烃源岩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。不整合型的烃源岩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。由于不整合面具有较强的输导能力,对油气聚集起着重要作用,特别当烃源岩和储集层分别紧靠不整合面两侧时,可以形成良好的输导层。断裂型烃源岩总是位于储集层下方,但两者可以位于断层的一侧或两侧,以断层作通道。
3.评价
作为有利的生储盖组合应该具有有利于油气聚集的最佳组合型式、烃源岩的最佳厚度和最佳生储比率。
所谓最佳的组合型式,就是输导能力和效率最高的组合型式,表现为生储盖的时空跨距和生运聚作用的连续性。时空跨距是指在一个生储盖组合中,烃源岩层、储集层和盖层彼此在地质时代和空间剖面上的间隔距离。很明显时空跨距越小,油气运移散失的时间和空间就越小,也就越有利于油气的运聚成藏。通常情况下,油气在本层系内的自生自储比跨层系储聚的散失较少,因而成藏条件也较好。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;封闭型组合中因大多数透镜状聚集体的容积较小,一般不能形成巨大的油气聚集。
烃源岩最佳厚度是从生储盖组合这一角度,考虑单层连续沉积的烃源岩在多大的厚度范围内具有最高的排烃效率。
最佳生储比率是指烃源岩与储集层在地层单元中厚度的最佳比率。如果在一个盆地或凹陷的地层剖面中都是泥质烃源岩,即所谓“满盆皆泥”的情况,那么生成的烃类绝大部分将滞留和分散在巨厚的泥质烃源岩层中,而不利于油气的排出和运聚成藏。如果地层剖面上绝大部分都是砂岩储集层,烃源岩很少,那么生成的烃类又很难满足在巨厚砂岩储集层中二次运移的消耗,结果很难有多余的烃类聚集成藏。从我国目前的研究来看,生、储集层在地层单元中所占厚度的比例以6∶4或7∶3为宜,这样的比例有利于油气的运聚成藏。
对生储盖组合的定性评价可综合如表7-1所示。
表7-1 生储盖组合定性评价表
(三)大容积的有效圈闭
大容积的圈闭是大油气藏形成的前提,有效圈闭是形成油气藏的基本条件。但并非所有大容积圈闭都能有效地聚集油气,只有那些距油源区近、形成时间早、闭合度高和保存条件好的大容积圈闭,才是有效圈闭。有效圈闭可定义为曾经聚集并保存具有工业价值油气藏的圈闭。
1.圈闭容积大
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。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。
据对17个储量在13.9×108t(或13.9×108t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,最大的(霍戈登-潘汉斗油气田)达一万多平方公里,中值约2000km2;油层的有效厚度最小为50m,最厚的达2100m(裂缝性灰岩裂缝带的垂直厚度),一般在100~400m;油层的有效孔隙度大多在20%以上,少数裂缝性储集层岩样的有效孔隙度可能较低,但裂缝带的实际孔隙度和渗透率均相当大。
2.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,更重要的是与烃源岩之间有良好的输导层(即通道),圈闭位于油气运移的路线上。只有在上述意义上距油源区近的圈闭,才具有优先捕获油气的能力。
根据油气差异聚集原理,在油气运移路线上的圈闭,距油源区近的最先聚集油气,充满后才向储集层上倾方向较远、较高的圈闭中继续聚集。在油源较充分的条件下油气运移的路线和距离可以不断向远处延伸。但是,任一个含油气盆地,即使油源非常充足,也不可能把所有圈闭都充满油气。在一般情况下,空圈闭总是在油气运移路线之外,其中有些距油源区较远,有些距油源区在空间位置上并不远,但不在油气运移路线上或缺乏良好的通道,因此不能有效地聚集油气(图7-22)。
3.形成时间早
油气聚集必须先有圈闭存在。圈闭形成的时间必须早于油气运移和聚集,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、聚集以前或同步形成的圈闭,都可能成为有效的聚集油气的圈闭。这并不是说所有形成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,才能有效聚集油气。
在形成时间早的圈闭中,以与烃源岩系沉积同时开始形成的构造圈闭,包括同沉积背斜和同沉积断层圈闭,具有最佳的聚集条件和机会。这类构造圈闭不仅形成时间早,且常同时具有距油源区近、生储盖组合良好、位于运移路线上等条件,最有利于油气聚集。这也是为什么在油气勘探中很注意研究同沉积构造的根本原因。
图7-22 位于成烃灶边缘上的圈闭聚集效率示意图(据Hindle,1977)
4.圈闭的闭合度高
当油水界面在水动力作用下发生倾斜时,如果两端的高程差大于闭合度,或油水界面的倾角大于圈闭中储集层顶面的倾角,则该圈闭就不可能聚集石油,即不再是有效圈闭。
同样,如果圈闭的闭合度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,只能同时产油水,因而也就不能算做有效圈闭。
圈闭封闭烃柱的最大高度,与盖层封闭能力及闭合度有关。圈闭封闭烃柱的最大高度(即临界烃柱高度),如图7-3所示。
5.保存条件好
任一圈闭的储集层上方都有封闭性良好的盖层。没有盖层或其封闭性遭到不同程度的破坏,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、活动强,没有良好的保存条件是很难形成大气藏的。
综上所述,能形成巨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)及保(保存条件好)这五个基本条件。