天然气地球科学
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天然气地球科学 ›› 2022, Vol. 33 ›› Issue (1): 63–77.doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2021.06.001

• 天然气地质学 • 上一篇    下一篇

油气成藏定位研究进展

薛楠1,2(),吕修祥1,2(),朱光有3,韦佳启4,汪瑞1,2,李峰1,2,贺涛1,2,吴郑辉1,2,陈晓1,2,欧阳思琪1,2   

  1. 1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249
    2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249
    3.中国石油勘探开发研究院，北京 100083
    4.克拉玛依红山油田有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000
  • 收稿日期:2020-12-20 修回日期:2021-06-08 出版日期:2022-01-10 发布日期:2022-01-26
  • 通讯作者: 吕修祥 E-mail:18409185904@163.com;luxx@cup.edu.cn
  • 作者简介:薛楠（1995-），男，陕西渭南人，硕士研究生，主要从事油气藏形成机理及分布规律研究.E-mail：18409185904@163.com.
  • 基金资助:
    国家科技重大专项(2017ZX05008003-010)

Research progress of oil and gas reservoir positioning

Nan XUE1,2(),Xiuxiang LÜ1,2(),Guangyou ZHU3,Jiaqi WEI4,Rui WANG1,2,Feng LI1,2,Tao HE1,2,Zhenghui WU1,2,Xiao CHEN1,2,Siqi OUYANG1,2   

  1. 1.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China
    2.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China
    3.Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Beijing 100083，China
    4.Karamay Hongshan Oilfield Co. ，Ltd. ，Karamay 834000，China
  • Received:2020-12-20 Revised:2021-06-08 Online:2022-01-10 Published:2022-01-26
  • Contact: Xiuxiang Lü E-mail:18409185904@163.com;luxx@cup.edu.cn
  • Supported by:
    The China National Science and Technology Major Projects(2017ZX05008003-010)

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摘要：

在含油气盆地演化史研究中，油气运移是一个复杂的过程，由于遗留下的踪迹较少，难以对其进行模拟，又涉及多个学科，因此油气运移路径示踪一直是油气成藏研究中的难题。油气运聚成藏定位技术，即对油气运移的示踪以及聚集空间分布的预测，是研究油气从生烃、运移、聚集及保存等一系列过程中非常关键的技术，无论是对优选勘探目标、重建油气藏形成演化过程、预测油气富集区，还是对丰富与深化油气成藏理论都具有非常重要的实践意义和理论意义。近年来国内外学者在油气运移方面投入了大量研究工作，取得了丰硕的成果，但是其中部分示踪方法的研究仍是石油地质研究中的薄弱环节，有待进一步探索。基于前人的一些主要成果，对油气成藏定位进行系统梳理和综述，认为油气成藏定位主要经历2个阶段，从定性描述阶段发展到定量刻画阶段，并尝试将油气运移示踪的方法分为4个大类。

关键词: 含油气盆地, 成藏定位, 油气示踪, 定量刻画

Abstract:

In the evolution history of petroliferous basins， oil and gas migration is a complicated process. There are few traces left behind， and it is difficult to simulate them， and involves multiple disciplines， therefore， tracing oil and gas migration paths has always been a problem in the study of oil and gas accumulation. Oil and gas migration， accumulation and positioning technology， that is， the tracking of oil and gas migration and the prediction of the spatial distribution of accumulation， is a very critical technology in the study of oil and gas from a series of processes such as hydrocarbon generation， migration， accumulation， and preservation. Whether it is for optimizing exploration targets， reconstructing the formation and evolution process of oil and gas reservoirs， predicting oil and gas enrichment areas， or for enriching and deepening the theory of oil and gas accumulation， it has very important practical and theoretical significance. In recent years， scholars at home and abroad have invested a lot of research in oil and gas migration and achieved fruitful results， but it is still a weak link in petroleum geology research. Based on some of the main achievements of the predecessors， the paper systematically sorts out and summarizes the oil and gas accumulation and positioning， and believes that the oil and gas accumulation and positioning has mainly gone through two stages， from the qualitative description stage to the quantitative characterization stage， and attempts to classify the methods of oil and gas migration tracking into four major categories.

Key words: Petroliferous basin, Reservoir positioning, Oil and gas tracing, Quantitative characterization

中图分类号: 

  • TE122.2

表1

油气成藏定位发展阶段"

发展阶段主要定位技术适用范围意义
20世纪80年代—90年代末（定性描述阶段）随着对石油的依存度加大，地质背景简单、易于开采的油气已无法满足人们的需求，因此复杂盆地、深部层系无疑增加了勘探难度。为了达到最佳勘探效果，油气运移已成为油气成藏的核心问题，国内外主要依靠盆地流体势、油气的物理化学性质以及地层水的矿化度对油气的运移路径作以大致判断只能够定性地指示油气运移的大致方向，无法进行一些细节刻画，在构造稳定、烃源岩单一的油气藏中应用较好。由于多套烃源岩、多期成藏的叠合盆地可能油气物理性质错综复杂，也可能没有一个统一的压力系统，会导致错误判断开启地质学家对地下流体矿产运移路径研究的大门，为后来定位技术的发展奠定了基础
20世纪90年代末至今（定量精细刻画阶段）随着地球化学与同位素技术的发展，测试水平和分析手段的提高，形成了一批精准的定位方法，主要依据生物标志化合物、原油微量元素、含氮含硫化合物以及碳、锶、碘同位素等，铅同位素目前也探索性的用于油气示踪通过测试数据，能够准确地对油气进行定位，但是有的参数提取成本高、时间长，而且需要与盆地实际地质背景紧密结合定位技术得到空前发展，丰富了油气成藏动力学的理论，也提高了油气勘探的成功率

表2

盆地流体势示踪油气运移"

示踪定位方法具体实例适用范围资料来源
流体势法通过对准噶尔盆地东部流体势的恢复，研究了对油气运聚的控制作用。根据现今流体势和古流体势显示，二叠系、中下侏罗统的油气均有从高势区向相对低势区运移聚集的趋势，从而形成现今的油气藏适用于盆地、区带尺度上的含油气评价，油气基本上都是从高势区向低势区运移聚集成藏。但不同类型的油气藏在流体势场内的分布规律有所差异，因此该法具有一定的局限性，对于封闭性好的岩性油气藏、源岩内或者碳酸盐岩储层中的裂缝型油气藏而言，则聚集在高势区［18］
根据惠民凹陷的流体包裹体数据和热力学计算，结合地质资料，恢复了古流体势分布，根据油气充注期的流体势分布，判断该区油气运移时期的低势区（钱502及曲斜8）是有利的油气聚集区［19］
将海拉尔盆地贝西地区的流体势值与该区的油藏叠合发现，成藏期流体高势区（贝西北、贝西南次凹）为贝西地区埋藏最深、烃源岩最发育的凹陷沉积中心，低势区（正向构造带）为洼槽区周缘的构造高部位，油气运移的总方向为凹陷沉积中心至构造高部位［20］
基于柴西地区地层的孔隙演化，计算出古埋深、古压力，进而恢复研究区的古流体势，发现除了封闭及保存条件好的岩性等原生油气藏，其余油气藏都分布在低流体势区域（跃进一号、跃进二号及跃东地区）［21］

表3

传统地球化学方法示踪油气"

示踪定位方法具体实例适用范围

传

统

地

球

化

学

分

析

油气组成与物理性质的变化陈建平等［28］根据原油物性，探讨了酒西盆地油气运移规律。沿着油气运移方向，极性小的烷烃相对含量增加，极性大、分子量大的芳烃和非烃与沥青质的相对含量降低，因此反映油气由西向东运移，即从柳沟庄油田到石油沟油田。此外，原油的密度、凝固点和含蜡量由高到低变化也指示了运移方向，与烷烃、芳烃等示踪结果一致主要适用于单一油源的油气运移示踪，因为混源的油气，其物理性质沿着运移路径，可能不具备高低变化的规律
生物标志化合物

1、黄继文［29］基于三环萜烷/17α（H）-藿烷、Ts/（Ts+Tm）等值，分析了塔里木盆地塔河油区下奥陶统油气的运移，结合数据表，由成熟度梯度图和平面等值线图可以看出，油气沿2个通道运移，运移方向上，比值逐渐减小，即沿着成熟度降低的方向运移

2、LI等［30］通过分析Ts/（Ts+Tm）等值线图，对顺北地区的油气运移进行了分析，其比值随着运移距离的增加而减小，油最初沿顺北1号断裂由西南向东北运移，运移过程中会受到分支断裂的影响，油气产生分流，最终油的剩余部分继续沿顺北1号断裂迁移，到达富源。因此YM6-YM5-YM2-RP3-RP1-（JY2）通道被认为是油气运移的粗通道

①三环萜烷/17α（H）-藿烷、Ts/（Ts+Tm）、C29ααα20S/（20S+20R）等值可作为油气运移指标，主要基于这些比值可以反映油气成熟度这一原理。但这些比值仅适用于判断未熟—低熟油，受次生作用等的影响，无法判断高—过成熟阶段油气的成熟度。因此，不能作为高—过成熟油气的示踪指标。②不同来源的混源油以及同源不同期次的混源油，上述参数不再适用

含氮

化合物

1、王铁冠等［31］根据新站油田原油中吡咯类化合物的丰度、异构体参数的绝对大小与相对变化情况，发现研究区原油间的运移分馏效应不显著，指示该油田油源具有原地或近源性。结合分析结果指出油气首先沿断裂垂向运移，之后侧向运移，与断层走向一致

2、黎茂稳［32］基于对阿尔伯塔盆地地质—地球化学的综合研究，采用苯并咔唑类分子参数证实了盆地南部的原油自西向东运移。

3、田涛等［34］对南堡凹陷原油中含氮化合物的分布和组成特征进行了系统分析。研究表明随着油气运移距离的增加，含氮化合物绝对浓度下降，“屏蔽”型与“暴露”型化合物的比值增大，据此判断出油气沿着1号断层外侧的砂体向构造的高部位运移

①苯并咔唑类分子参数可能基于油气在初次排烃时的均一化，导致其生油区内外差异明显，即在烃源岩中其浓度和相对组成复杂多变，聚集成藏的原油中却极具规律。因此，运用苯并咔唑类分子参数示踪生油区内的二次运移需要注意［33］。②在轻质油和凝析油等高成熟度原油中，咔唑类含氮化合物含量低，分离和定量过程中不准确会增大参数值存在的误差。③在不同来源的混源油以及同源不同期次的混源油，上述参数不再适用

含硫

化合物

1、FANG等［35］基于热力学稳定性和分子模拟，通过对噻吩类化合物分析，提出了地下油气运移方向和充填途径的追踪方法。2，4，6-/（1，4，6+1，4，8+3，4，6）-TMDBT和（2，4，7+2，4，8）-/（1，4，6+1，4，8 +3，4，6）–TMDBT值减少的方向可以反映出油气运移方向，等高线的投影轨迹可以指示油气优势运移路径。托甫台地区总体充注方向为南北向，充注点在TP38井和TP313H井附近；在TP20井附近也有一个小的运移方向，显示油从西向东运移。

2、LI等［30］通过对4-MDBT/1-MDBT的等值线图分析，其比值随着运移距离的增加而减小，这与上述生物标志化合物判断的运移方向一致，具有一定的可信度

①与咔唑类含氮化合物相比，噻吩类化合物在原油中含量高，特别是在轻质油和凝析油等高成熟度原油中，从而降低在分离、定量过程中的参数误差。②不同来源的混源油以及同源不同期次的混源油，不再适用
碳同位素

1、天然气运移距离与δ13C1值呈负相关，刘全有等［36］通过对苏格里气田天然气进行分析，天然气碳同位素（δ13C1，δ13C2）从西南向东北方向变重，反映了天然气从东北向西南方向运移

2、朱扬明等［37］根据鄂尔多斯盆地含气砂岩储层中自生方解石与天然气中CO2的碳同位素之间的关系，结合该盆地上古生界天然气的运聚特点，确定了米脂气田石盒子组天然气由南向北运移

主要适用于天然气藏以及裂解后的古老油气藏，可能只适用于碎屑岩储层

表4

原油微量元素示踪油气运移"

示踪定位方法具体实例适用范围
原油微量金属元素及同位素法微量金属元素

1、JIAO等［105］通过对塔中地区原油的微量金属元素分析，对中古5区块进行了仔细研究，由于中古5区块地质构造复杂、油水关系复杂，各井原油的物理性质相近，无法判断油气运移路径，而且传统的地球化学指标也不能有效地跟踪油气运移。但根据V/Ni比值精确地恢复了原油的运移路径，与野外地质学家基于油气生产和构造发育的认识相一致，运移方向为中古5—中古501，中古5—中古9，中古7—中古9

2、ESCOBAR等［109］根据Lake Maracaibo盆地Alturitas油田的油样，对其遭受的生物降解、发生的油气运移进行了深入的研究，其中样品中的Ni浓度为（65.0~90.5）×10-6，V浓度为（422~619）×10-6，V、Ni浓度图都显示从南到北具有降低的趋势，结合地质背景，表明极有可能是沿东南—西北方向优先进行二次运移，分析卟啉所得到的结果一致。这也与TALUKDAR等［110］提出的Lake Maracaibo盆地西部二次运移模型一致

主要适用于单一油源的油气运移示踪，因为混源的油气，其原油的微量金属元素浓度、比值等沿着运移路径，可能不具备高低变化的规律
Pb同位素NADEGE等［108］通过对来自北海侏罗系黑色页岩产生的原油进行分析得出：Pb同位素不会在原油和地层水之间发生分馏作用，因此Pb同位素具有指示生烃和运移的独特性质。Pb同位素在油气运移过程中相对于其他的稳定同位素C，N，S，V来说变化幅度小1~2个数量级
稀有气体同位素

1.刘全有等［36］基于苏里格气田天然气3He/4He比值，发现从西南向东北方向，比值略微增加，反映了天然气具有从东北向西南运移的趋势

2.樊然学［111］根据川西坳陷中段孝泉、新场、合兴场气藏的4He/40Ar值，由于4He的质量较40Ar轻。因此在天然气运移过程中，值逐渐增大，表明该地区的天然气携带基底地壳的4He、40Ar以扩散方式垂直向上覆储层运移

3、WANG等［112］通过对川西坳陷中段天然气中稀有气体分析，4He/40Ar值表明侏罗系天然气有向上运移的趋势。从须家河组到侏罗系，3He/4He值和δ13C1值呈递减趋势，表明天然气从须家河组向侏罗系运移

主要应用于天然气藏，3He/4He值适用于壳源天然气

表5

地层水示踪油气运移"

示踪定位方法具体实例适用范围、局限性
地层 水法总矿化度

1、渠芳等［124］以济阳坳陷孤岛油田西南缘的油气为例，对研究区的地层水进行分析测试，垂向来看，高矿化度区总是位于断裂和不整合面附近，从而指示油气沿这些输导体系从深部运移并聚集至此；平面来看，油气总是在砂体中沿着低矿化度向高矿化度地区运移

2、斯扬等［125］分析了姬塬地区长9油层组地层水化学特征与油藏的关系，研究发现地层水矿化度与其对应的地球化学参数呈较好的正相关性，表明地层水矿化度随着油气运移的方向有增大的趋势。以CH78－CH70油藏剖面为例，F12矿化度最低，油气主要从F12井西部的通源断裂向构造高部位（CH78、CH70）运移，指示油气由低矿化度区域向高矿化度区域运移

3、梅啸寒等［126］基于松辽盆地扶新隆起带扶杨油层的资料，对其地层水化学特征和油气运聚关系进行了探讨，发现在平面上，扶新隆起带新北和新立鼻状构造带是两大离心流发生集中越流泄水的区域，高矿化度、高钠氯系数区域与油气富集区具有高度的一致性

运用总矿化度示踪，需要与各种离子比值系数相结合。钠氯系数、脱硫系数、碳酸岩平衡系数越低，变质系数越大，越有利于烃类的保存
碘同位素等CHEN等［127］基于塔中奥陶系地层水中129I和I数据，推断出原油和干气的运移路径。志留纪—泥盆纪，原油和孔隙水从塔中I号断坡带东南侧侵入奥陶系储层，侧向运移至其他奥陶系储层，向上运移至志留系和石炭系储层。在晚新生代沉积时期，干酪根发育过成熟，被孔隙水驱出，由东南地区多个注入点向奥陶系储层运移。塔中I号断坡带是主要的天然气通道
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