天之骄子：石油和它的家—沉积盆地

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1、天之骄子：石油和它的家沉积盆地赵 重 远目 录 石油畅想曲它就是石油 1.沉积盆地是石油的家 2.石油聚集为矿藏的条件和过程 3.沉积盆地是一个自动化造油厂 4.油气勘探进程的3块里程碑 5.未来展望：后盆地期油气勘探走向石油畅想曲：它就是石油天上的太阳和地上的盆地交合繁衍的亿万小生灵劫后受冥府造物主点化完成了另类生命的转世脱胎成为一个被深埋在地下像它父亲一样光辉的太阳它就是石油这首畅想曲说的是石油是由太阳能转化而成的一种有机矿产和它的形成过程。地球表面有一种地质构造，叫做沉积盆地。通过太阳光和热的辐射，在盆地的水体中便生成和繁衍了许多难以计量的微生物。这些微生物死后便和盆地沉积物一起被埋藏在

2、盆地底部，并随着盆地的沉降愈积愈厚，成为一种特殊的地层：“生油层”。所谓劫后受冥府造物主点化，是指盆地的一种综合地质作用，当生油层被埋藏到一定深度后，这种作用便会使其转化成为另一种物质石油。石油蕴藏着由太阳能转化而来的极大能量，所以具有可和太阳相比拟的光辉。1. 沉积盆地是石油的家 沉积盆地原本是大陆地壳上的一种向壳内凹进的负向构造。初形成时常为一简单的地形洼陷。但洼陷一旦生成，在第一时间便会有水和它所携带的泥沙向其中倾注，遂成为一不断有水和沉积物填充和在水体中不断有生物有机体生长、繁衍和集聚的沉积盆地。沉积盆地的形成和演化常是一以百万或亿年计的地质过程。在这一过程中，它也并非一直处于沉降状态

3、。有时会短暂上升，水体退出，缺失一些地层沉积。有时也会上升一段时间后再行沉降。沉积盆地的规模有大有小，小者也许只有数十或数百平方公里，大者乃至数千或数十万平方公里。盆地内填充的地层厚度一般都有数百以至数千米，但厚者也可达万米以上。沉积盆地的形成和演化过程虽说是一种独立地壳活动，但应特别注意的是上文所说，盆地发生伊始就开始了生油母质生物有机体的生成和繁衍。当这些生物有机体随着盆地沉降被埋藏到一定深度后，将会在该环境出现的盆地综合作用下生物有机体完成向石油的转化。也就是说在盆地形成和演化之时，同时也伴生了油气的形成和转化过程。因此，沉积盆地就是石油的母体或沉积盆地就是石油的家。诚如法国石油地质学家

4、Perrodon所说“没有盆地便没有石油”。图1表示中国沉积盆地的分布状况，图2表示中国已发现油气的含油气盆地和油气田的分布及油气资源状况。图1 中国沉积盆地分布图（据翟光明等，1996）图中未署名的中小盆地名称：1-海拉尔；2-拉布达林；3-根河；5-漠河；6-大杨河；6-嘉阴；7-伊兰-伊通；8-三江；9-胶莱；10-沁水；11-南襄；12-伊宁；13-布尔津；14-福海；15-三塘湖；16-吐鲁番；17-焉耆；18-敦煌；19-喀喇昆仑； 20-库木库里；21-额济纳旗；22-银根；23-河套；24-酒西；25-酒东；26-潮水；27-巴彦浩特；28-武威；29-民和；30-共和；31-

5、陇西；32-西吉；33-六盘山；34-渭河；35-可可西里；36-温泉；37-洋湖；38-羌塘；39-羌塘南；40-昂拉；41-伦波拉；42-比如；43-象泉河；44-错勤；45-定日岗巴；46-江孜；47-昌都；48-苏北；49-江汉；50-洞庭；51-鄱阳；52-楚雄；53-思茅；54-百色；55-十万大山；56-三水；57-雷琼；58-阜新；59-北黄海；60-台西；61-台西南；62-北部湾；63-双峰南；64-笔架南；65-中越；66-郑和；67-礼乐滩；68-西巴拉望；69-万安西；70-安渡滩.图2 中国含油气盆地分布图（据邱中建 龚再升，1999）表示盆地的油气资源评价和油气田

6、分布图3 松辽盆地下白垩统青山口组沉积体系分布和结构图（据翟光明，1993） （表示湖盆从边缘到内部沉积体系相位的变化：冲积扇-冲积平原-三角洲-滨浅湖-深湖）图4 松辽盆地下白垩统青山组、姚家组和嫩江组层序地层剖面图（据薛良清，1990）2.石油聚集为矿藏的条件和过程 在一沉积盆地中要有油气聚集形成必须具备以下条件：（1）烃源岩：指具有生油能力、足够厚度的有效生油层；（2）输导层：输导层：指石油生成后从生油层向外运移所经的通道。这一通道由可使石油通行的孔隙地层，如砂岩和直接覆盖在其上的不透水层（区域盖层，如泥岩），除输导层外，还有同样可作油气运移通道的断层和裂缝等； （3）圈闭体圈闭体：圈闭

7、体由圈闭、储集层和直接盖层三位一体共同组成，缺一便不足以构成有效圈闭。所谓圈闭，就是可以阻止输导层中油气再行运移，并在那里集聚成为矿藏的一种地质空间。这种空间必须是向下敞开，以接受运移来的油气，向上拱起和周围密闭，以容纳和阻止油气再发生外流。 上述各项条件统称油气成藏要素。它们在生油层与圈闭体之间可织成 一种网络，叫做成藏要素格架。根据这种格架可以从宏观上分析和判断那些圈闭体有可能有油气聚集，那些却没有。图5表示圈闭在平面和剖面上的样式；图6表示区域倾斜面与圈闭闭合度的关系；图7表示油气成藏过程。 图5 背斜圈闭溢出点、圈闭高度和闭合面积示意图 图6 区域倾斜对背斜构造闭合度的影响 图7 油气

8、成藏过程示意图A-生油层、输导层和区域盖层侧向连续延伸并直接和圈闭体相接；B-区域盖层尖灭，油气沿尖灭线从下输导层向上输导层运移，然后：继续前进，并穿过断层聚集到前方的圈闭中；或沿断层向上进入断层上盘的砂岩尖灭体中；或继续沿断层向上直至不整合面，聚集在不整合面上超覆尖灭砂体中。1-生油层；2-输导层/储集层；3-区域盖层；4-运移路径；5-油气藏3.沉积盆地是一个自动化造油厂1沉积盆地，作为生成油气的母体，是一个天然具备孕育油气之能力，并使之聚集为矿藏的独立完整体系。它实际上就是大自然设在地下的一座自动化造油厂。它的运行程序一旦被地壳的沉降作用所启动即可自动进入运行状态。这个程序或可称为：含油

9、气盆地形成、演化和造油程序，或称：含油气盆地演化与油气成藏过程时间表 这个造油厂的兴建和运转可分3个时-空系统：成盆系统；成烃-成藏系统；自动保护与自我修复系统。 3.1 成盆系统以全球构造，即板块构造为基础，由板块运动所启动的沉积盆地形成作用：生成盆地并在盆地演化过程中建造作为含油气盆地所必备的所有基本条件，包括：（1）原料生产基地营造生油母质形成和保存的地质环境和条件；（2）建造烃源岩层系；（3）建造成品仓库营造产品储存的场所，即各类圈闭；（4）建造产品运输线营造连接造油车间和仓库间的运输线路，即由输导层、区域盖层和断裂系统构成的运输通道网络以及保障通道通畅性的建设。3.沉积盆地是一个自动

10、化造油厂23.2.成烃-成藏系统以沉积盆地为基础启动油气生成、运移和聚集作用和过程，包括：（1）建造生产车间营造烃源岩向烃转化的物理-化学环境和条件；（2）启动各种动力作用，对原料进行加工并生产油气（产品）；（3）启动运输线的各种动力作用，包括物理、化学和水动力等，将产品运往仓库；（人的作用是研究运输网络中的主流域和非主流域、主通道和非主通道位置、范围和与其直接连接的近处远处和低处高处仓库的组合结构关系和运输道路的通畅情况；分析运输途中最先遇到和最后到达的仓库位置；确定溢出点高低，判断充注程度、品种类型，以及保存条件和状况）；3.3 自动保护与自我修复系统：内容包括：（1）如果油气成藏过程被地

11、壳上升作用所打断，它便自动转换为另一过程：生产车间停止运转；已在运输途中的产品或者仍可沿旧线继续前进，或者被改道；原库存产品因溢出点变化或遭破坏，部分产品或被转移到新仓库，或部分或全部流失；（2）如果过程被盆地的再沉降作用再启动，前已停滞的生烃作用可以接续进行，也可因埋深的增大由产油而改为产气；（3）如果二次启动后，在旧厂原址上又有新一代工厂建成和运行（多旋回叠合盆地），老厂运输线也可能延入新厂，并与新运输线连接和并网，在新仓库中，新老产品也可并储，也可分储。（人的作用是以沉积盆地为基础，研究成藏期后盆地因上升而遭致的改造和破坏，以及由此产生的油气逸散和次生成藏作用。4.油气勘探进程的3块里程

12、碑14.1 第一块里程碑跟踪油气苗找油 人类在地表发现石油已有两三千年历史。但确认石油是在沉积盆地中生成，却延迟到了20世纪50年代。这是人类认识和开采利用石油的一个艰辛过程。其发展大致经历了三个阶段，并树立下了三块里程碑，即：跟踪油气苗找油、根据背斜说原理找油和根据含油气盆地油气聚集原理找油。据成书于公元前1066771年的周易和成书于公元3292年的汉书地理志关于天然气和石油的记载看，人们发现天然气和石油至今至少已分别有三千年和一两千多年历史。 周易曾以“泽中有火”记录了天然气在水面上的燃烧；汉书地理志曾以“高奴有洧水肥可燃”记录了石油漂于水面流动并可燃烧的现象。四川邛崃县可能是在气苗附近

13、掘井找气最早的地方。并用从井中采来的气熬煮从井中产出的卤水制盐。而在陕西延长和甘肃酒泉则是跟踪油苗凿井采油。如在陕西延长、延川、宜君所钻的采油井在公元十二、十三世纪已经出现。这也是我国历史上所钻凿的第一批油井。世界上跟踪油气苗找油或找气的记载不多。如1859年美国人杜拉克（Drake）在该国钻下的被称为世界第一油井的杜拉克井（Drake Well）也是根踪油苗钻的。4.油气勘探进程的3块里程碑24.2 第二块里程碑根据背斜说原理找油 背斜说是1861-1892年由加拿大地质学家 Hunt和美国地质学家White等提出的。背斜说的提出源于在当时各地钻井中出现了一种共有的地质现象被有心计的地质家所

14、注意，从而总结和发现了背斜构造聚集石油的原理。那就是凡是找到石油的钻井，井位都在背斜构造之上。例如，1842年，加拿大的Logan就曾明确指出，在加斯佩半岛发现的油苗都是位于背斜脊上的。1861年，还是加拿大地质学家Hunt也明确提出了背斜学说。1860年，Rogers称，杜拉克于1859 年钻的那口井正好位于他于1858年出版的地质图上的一个背斜构造之上。1892年，美国地质学家White，根据他18841889五年间在华盛顿、宾夕法尼亚和西弗吉亚等州按背斜钻井发现的许多油气田的经验，进一步总结了石油聚集的背斜构造原理。 由此可见，在Hunt之前，可能是一些人只注意到了某些见油的井是打在背斜

15、构造之上，而Hunt将这种现象提升到了一种理性认识，建立了“背斜学说”。White则是通过自己亲身的勘探实践，证明背斜构造是油气聚集的一种场所，并论述了石油聚集的构造原理。这样，他们一起树立起了石油勘探史上的第二块里程碑背斜学说。4.油气勘探进程的3块里程碑3 背斜学说确立的意义在于：第一，确认背斜构造，包括20世纪30年代由Wilson（1934）提出的比背斜构造含义更广的“圈闭说”，是石油和天然气聚集的唯一场所；第二，找寻圈闭，以圈闭为对象在其上直接钻井找油，成了一条最为便捷的找油途径。由于无论在地表或者后来靠地震勘探寻找地下的背斜和其它有构造形体的圈闭比之于研究和判别油气在地下运行和积聚

16、的规律要容易得多，所以那时以后便很快引发了世界各地竞相以背斜说为指导勘探石油的热潮，特别是引发了与油气分布有密切关系的地质构造的研究，如20世纪初美国在全国开展的各种背斜隆起的地质研究；俄罗斯对高加索、中亚和滨里海地区可能育背斜型油气田分布的研究，以及罗马尼亚对喀尔巴阡山前褶皱区构造与含油地层组合关系的研究等。以致在较短时间以北美为主，在世界各地纷纷发现了一大批新的油气田。 但从另一方面看，背斜构造只是提供了一个可供油气储集的空间，并不是一条定律。因为虽然背斜或圈闭是油气聚集的唯一场所，但却不是凡背斜或圈闭皆含油气。因此，背斜说指引找油一百多年虽已取得了辉煌成就，而到如今，当含有油气的背斜或圈

17、闭已钻探殆尽的时候，人们面对当前所有已经找到油气和未曾找到油气的背斜和圈闭，从宏观上思忖它们为甚么有的含有油气，而有的却不含油气，未免还不存在诸多茫然。4.油气勘探进程的3块里程碑44.3 第三块里程碑第三块里程碑根据含油气盆地油气聚集原理找油根据含油气盆地油气聚集原理找油 在运用背斜说或圈闭说找油的一百多年勘探历史中，人们不仅找到了大量石油，而且也积累了大量地质资料。到20世纪50年代终于发现了另一种油气聚集原理沉积盆地论。沉积盆地论的内涵用一句最简单的话概括就是：沉积盆地是油气生成、运移和聚集的基本单位。而且还有可能与传统的石油地质学相延续，另形成一门新学科含油气盆地地质学。传统找油原理以

18、石油地质学为规范，直接以生油岩、储集岩、盖层和圈闭等成藏要素为对象；用油气生成、运移和聚集作用将它们联系了起来。然后通过时-空过程分析，预测和确认油气聚集可能分布的地区和可能被充注油气的圈闭。盆地说找油原理则以含油气盆地地质学为基础，以盆地为对象，从盆地整体出发，编制主成烃期生油层或区域盖层的古构造图和成藏要素格架图，分析油气的流向和可能遇到的圈闭体。按圈闭体的优劣施行钻探。同时，对主成烃期后遭受改造的盆地则应编制生油层的今构造图和成藏要素格架图，分析油气三次运移的流向和和可能形成的次生油气藏的位置和圈闭体。由此可见，传统石油地质学的找油思想是以固定论为基础。不论何时形成的油气藏，都认为是可一

19、直保持至今而不变。即使未受到明显后期改造的盆地，在以百万年或亿年计盆地演化历史中，盆地难免不有或升或降的变化，尤其是受喜马拉雅运动波及范围十分广大的中国。而后者的找油思想不仅是从盆地的全局出发，而且是动态的，即充分考虑到了成藏期后的变化。其方法就是编制生油层或区域盖层今构造等高线图二与其主成藏期古构造图进行比较。 图8 A盆地主成烃期古油气流域系统示意图1-主成烃期烃源岩埋深等值线（m）;2-油气流域分流线；3-油气流域主流方向；4-油气流域次流方向；5烃源岩生气门限范围；6-烃源岩生油门限范围；7-主成藏区； 8-次成藏区；9-不利成藏区；10-区域盖层尖灭线；11-圈闭体编号。图9 A盆地

20、今油气流域系统示意图1-今构造等高线；2-油气流域分流线；3-烃源岩生气门限范围；4-烃源岩生油门限范围；5-新生油气流域主流方向；6-被改造或破坏圈闭体泄漏油气流域方向；7-油气流域次流方向；8-被改造或破坏的油气藏；9-新生油气藏；10-新生或再充注油气藏；11-逆冲断层；12-圈闭体编号4.油气勘探进程的3块里程碑5图8表示A含油气盆地成烃期油气流域的形成和与其它成藏要素组合的关系。从中可见，以横亘于盆地南部生烃中心的分流线为界，可将盆地分成两个油气流域系统。南部系统以一褶曲舒缓的单斜为依托，仅在西部鼻褶明显的地区有比较强势油气流向。北部系统则以一南倾角度较大的单斜为背景，在其上发育了三

21、个向生烃中心倾伏的鼻状褶曲。相应形成了三条油气主流向，以及其它一些较分散的次流向。它们共同构成了一个油气流域场。流域场的北部边缘，在区域盖层行将尖灭的边部，发育了一排背斜圈闭体，成了主油气流充注成藏的首选对象（图4中的A、D和B）。 图9是图8 A盆地的今构造图。用以表示再沉降型盆地新生油气和被改造圈闭体泄漏油气共同构成的今油气流域系统。与图4相比，可见今油气流域的烃源岩因埋深增加而向南扩大了进入气窗的范围。北侧生油区原向北依托的单斜构造（见图4），现在被分别从东、西两侧伸入的向斜构造复杂化（见图7）。新生油气流只能通过二者之间的鞍形褶皱而向北流动，并在前方遇见的新圈闭体H，形成新油气藏（原生

22、油气藏）。H圈闭体充满后，受当地构造条件影响，流域分成两支：一支向西进入新圈闭体G；另一支向东北进入新圈闭体I。而那里的原有油气藏D，现在遭到了断层破坏，剩余油气亦就近入住圈闭体I（原生和次生混合油气藏）。在图4，那里原在西北部东侧形成过两处聚集A和B。现在因圈闭体消失（见图7），油气亦有可能向东流入新形成的圈闭体G，形成混合油气藏。 由上述可见，这个今油气流域场主要是由盆地的后期再沉降引起的。同时，盆地北部也遭到了逆冲断层的破坏。因此，今油气流域系统的形成既由于原烃源岩的再生烃作用，也由于老油气藏的被破坏。5.未来展望：后盆地期油气勘探走向100多年来，用背斜原理找油虽已取得辉煌成就，但终因

23、不是凡背斜皆含油，日益走向了衰落。 1965年，朱夏鉴于泛用背斜原理找油招致不必要损失而呼吁油气勘探要把盆地作为一个整体率先考察其全貌，然后择优选取勘探区的找油思想和勘探方针。 1978年，Tissot和Walte在所著石油的形成和赋存一书中，提出了一个按石油生成和运移原理找油的油气勘探新途径。指出井位选择在很大程度上是根据构造（泛指背斜或其它圈闭构造）的有效性来认定，而构造的选择则是根据人的直觉和经验。至于构造内是否含有石油，资料却很少。若用该书所说，系统地运用石油生成和运移的综合知识去预测构造，就将会提高钻探构造的成功率。 1983年，Levy在为Perrodon油气聚集动力学一书写的序言

24、中指出，油气勘探应重新考虑某些概念，特别是综合利用沉积动力学的地质特征，使我们勘探的主导思想朝更广的方面发展，如研究沉积盆地以至石油的形成、运移和聚集成藏的动力学。并说油气形成和保存的历史是贯穿盆地自沉降开始的整个演化过程的始终的。 1997年，Welte,Horsfield 和Baker鉴于Magoog和Dow于1994年出版的石油系统 从源岩到圈闭文集，把含油气盆地看得过于简单，特编写了一部专著石油与盆地演化。 该书认为，沉积地质盆地是整个地质历史时期，所有地球物理和地球化学作用对其组成分子作用的总结果。只有将石油生成、运移和聚集的相关作用置于盆地演化的地质格架之中方能最终揭示油气在沉积盆地形成和聚集的原理。 综上所述可见，后盆地时期油气勘探思想的总走向是一致的。其最终目标是如何按沉积盆地的油气聚集原理预测可以找到有油气充注的背斜或其他圈闭。