油气运移与成藏

油气聚集与油气藏的形成油气在生成后，沿着一定的孔隙或者裂缝发生运移。

在油气运移一定的距离之后，必然会因为某些地质因素聚集成藏。

本文将从油气聚集的场所-圈闭，油气聚集的机理以及油气聚集的条件等个方面对油气藏的形成进行阐述。

首先，油气聚集的场所-圈闭。

当油气在地下运移时，在一定条件下停止运移而集中聚集起来，而这样适合于油气聚集、形成油气藏的场所，我们称之为圈闭。

圈闭具备两个基本要素：一是储集层，二是封闭条件。

储集层是圈闭的主体部分，为油气的储存提供空间，其封闭条件主要包括盖层和遮挡物，主要作用是阻止油气的运移散失。

圈闭的大小，主要是由圈闭的有效容积确定的。

它表示能容纳油气的最大体积，是评价圈闭的重要参数之一，当储集层厚且平缓时，最大容积取决于：闭合面积，闭合高度和有效孔隙度。

溢出点是指圈闭容纳油气的最大限度的点位。

若低于该点高度，油气就溢向储集层的上倾方向。

闭合度是指圈闭顶点到溢出点的等势面垂直的最大高度。

闭合面积在静水条件下是通过溢出点的构造等高线所圈定的封闭区的面积，或者更确切地说，是通过溢出点的水平面与储集层顶面及其他封闭面（如断层面、不整图一圈闭参数示意图合面、尖灭带等）所交切构成的封闭区（面积）。

在动水条件下，是通过溢出点的油气等势面与储集层顶面非渗透性盖层联合封闭的闭合油气低势区。

当油气在单一圈闭中聚集后，就形成了一个油气藏，是地层中油气聚集的基本单位。

所谓单一圈闭，就是指由同一要素控制，具有单一储层，为统一压力系统和有同一油水界面的圈闭。

不同圈闭形式如图二所示。

如果圈闭中的油气聚集数量足够大，具有开采价值，则称为商业油气藏，如果油气聚集数量不够大，没有开采价值，就称为非商业性油气藏。

图二非单一圈闭示意图在一个油气藏内（图三），垂向上，由于流体比重的差异，重力分异结果使油、气、水的分布呈现：气在上，油居中，水在下的分布特征，它们之间的分界面为油-气界面和油-水界面。

静水条件下，这些分界面近于水平，而动水条件下，这些分界面发生倾斜，倾斜程度取决于水动力的强弱。

第28卷第1期 中国矿业大学学报 Vo l.28　N o.1 1999年1月 Jour na l o f China U niver sity of M ining&T echno lo gy Jan.1999煤成油生成、运移与油气藏形成*赵长毅(石油勘探开发科学研究院　北京100083)摘要　建立了沼泽相泥岩作为烃源岩的评价标准;指出下三角洲平原分流间湾沼泽是煤成油源岩发育的有利场所;煤成油有两个阶段,早期成烃特征明显;煤成油的排驱具有较湖相泥岩更大的地质色层效应,低成熟时期有利于煤成油的排驱和运移,烃类通过相互连通的孔隙网络和裂隙与疏导层相连,构成煤成油排驱运移的主要通道.煤成油藏的形成是特定地质条件下的产物.关键词　煤成油,源岩评价,生烃模式,排驱,油气藏中图分类号　P618.11作者简介　赵长毅,男,1962年生,高级工程师,工学博士1　含煤有机质丰度评价煤成油系指煤及含煤分散有机质(形成于沼泽相的泥岩)在热成熟作用过程中生成的液态烃类物质.煤及含煤有机质形成的地质条件与湖相生油岩存在显著的差异性.煤及含煤有机质形成于沼泽相与河流相沉积体系中,生物群落以陆源高等植物为主,伴以少量的藻类等低等水生生物,植物的木质纤维组织以富含芳香族结构为特征.植物残体氧化分解合成以腐殖型为主的Ⅲ型有机质,有机岩石学组成以镜质组和惰质组为主,富氧高碳贫氢.目前用来评价生油岩有机质丰度的常用指标主要是有机碳、氯仿沥青A、总烃和热解生烃潜力四项.考虑到生油岩质量主要是生烃潜力的差异,沼泽相泥岩中形成油气的有效有机碳含量又比较低,故对含煤有机质的评价标准只能是以生烃潜力参数为基准,参考湖相泥岩有机质丰度评价标准确定其生油评价界限[1](表1).由表1可见,相同热解潜量对沼泽相源岩有机碳分级界线较一般湖相泥岩高一个级别以上.这一规律对含煤有机质来说具有普遍意义,因为含煤有机质以陆生植物为主要来源,与水生有机质相比类脂组含量低,相对富碳贫氢,虽然有机碳含量高,但生油潜力相对较低,以有机碳来评价含煤有机质丰度必须提高相应的评价标准.表1　煤系沼泽相泥岩有机质丰度评价标准Table1　Evaluation standards of abundance of organic material in mudstone f ormed in swamp phase of coal measures 生油岩级别好生油岩中等生油岩差生油岩非生油岩w(C org)/%>3.0 3.0～1.5 1.5～0.75<0.75w(A)/%>0.060.06～0.030.03～0.015<0.015w(HC)/10-6>300300～120120～50　<50w(S1+S2)/%>0.600.60～0.200.20～0.05<0.052　富氢煤形成条件2.1　成煤沼泽氧化还原条件与成煤植物的差异煤的前身物即泥炭的形成条件与环境,决定了煤的富氢程度.泥炭化作用实质是沼泽中有微生物参与下植物残体的复杂的生物化学作用过程[2].该过程中沼泽水愈还原,厌氧细菌愈发育,并对有机质的改造愈强烈,氢的富集程度亦愈高,因此,生物化学作用过程中,沼泽水介质的还原程度决定了煤收稿日期　1998　*国家自然科学基金资助项目石油天然气总公司“石油科技中青年创新基金(科字138)的富氢性.另一方面,成煤植物的不同也可以造成煤富氢程度差异.在有水参与下的高压釜模拟实验表明,由纤维素产生的腐殖酸几倍于木质素产生的腐殖酸,而且在一定压力下,纤维素受热可形成沥青,而木质素则转变为芳香酸和酚类化合物.同时,纤维素转化为腐殖组所需的温度只需200℃,而木质素则需300℃的高温[2].不同门类的植物其纤维素与木质素含量比例不尽相同,因此便造成煤的富氢程度有异.2.2　下三角洲平原分流间湾沼泽和流水沼泽有机质高度富集的煤可以形成于各种沉积体系中.辫状河及辫状河三角洲体系发育于构造活动期中的相对宁静期,沉积环境不稳定,泥炭沼泽表面常出露于潜水面之上,泥炭层常处于氧化环境,因此煤中惰质组分含量常常很高(可达35%～40%以上),富氢组分含量相对较低,属于干燥森林沼泽相,成烃性很差;下三角洲平原由于河道显著分叉,因而分流间湾发育,如沉积物供给充分,间湾逐渐充填、变浅,充填至一定程度后,其上植物生长发育,逐渐形成泥炭沼泽,为流水沼泽相.此种类型煤层一般厚度大且层数多,分布亦较稳定,含煤性较好.成煤植物中林下蕨类植物含量较河漫沼泽中升高.一方面河流和溪流所携带的上游中未被分解的富氢组分在此堆积,另一个方面,由于此类沼泽水体相对较深,泥炭表层常在潜水面以下,沼泽水介质更加还原,厌氧细菌繁育,泥炭沼泽菌解作用强烈,因而所形成的煤氢含量较高,成烃性较好;湖泊沉积体系因常处于水下,因此聚煤作用较差,只是在湖湾处有时可发育一些碳质泥岩和薄煤层,该环境下形成的煤其成烃性最好.曲流河三角洲体系中,河流-上三角洲平原以河流作用为主,河道边缘沼泽是最重要的聚煤场所.成煤环境可分为岸后沼泽和泛滥盆地沼泽.这种环境下形成的煤层厚度较大,分布稳定,但煤层层数较少.此环境形成的煤,由于厌氧细菌改造程度和成煤植物中蕨类植物相对含量,均介于河漫沼泽和下三角洲间湾沼泽之间,因此成烃性好于河漫沼泽而差于下三角洲间湾沼泽.图1概括反映了河成沼泽与湖成沼泽环境下形成的煤之生烃性差异.图1　吐哈盆地侏罗系不同成煤沼泽的煤成烃性比较Fig.1　Co mpar iso n o f po ssibility o f coal-g enerating hydr ocarbo n fo r differ ent swa mps in Jurassic in T ur pa n-Ha mi Ba sin3　煤成油主要贡献组分与成烃模式3.1　煤成油地球化学特征1)与湖相油相比,煤成油的族组分富含饱和烃贫非烃与沥青质.煤成油族组成饱和烃质量分数一般为75%～85%,平均80%;芳烃质量分数8%～16%,平均12%;非烃与沥青质质量分数4%～12%,平均8%.2)煤成油富重碳同位素　研究表明,煤的 13C 分布范围-21.5‰～-27.6‰,平均-24.47‰.根据同位素继承效应原理,煤成油碳同位素应该小于-28‰,吐哈盆地煤成油 13C分布范围为-25.09‰～-27.8‰,平均为-26.6‰.3)煤成油具有明显的姥鲛烷优势(w(Pr)∶w(Ph)=4～6).4)煤成油贫17 ()-三降藿烷而富含C24四环萜烷,C24四环萜烷/C23三环萜烷为5～9;C29降藿烷/C30藿烷为0.50～0.85.5)煤成油具明显的C29甾烷优势.66 中国矿业大学学报 第28卷3.2　煤源岩主要生烃贡献组分与成烃模式一般地,湖相与海相烃源岩主要生烃贡献组分为富氢的腐泥组和壳质组,而对于煤油源岩,在地质历史中腐泥煤与残殖煤所占比例甚少,而以腐殖煤为主,其中组分组成以高含量的凝胶化组分和丝炭化组分为特征,因此腐殖煤中主要生烃贡献组分的确定对煤油源岩的厘定更为重要.一般而言,由高等植物木质纤维组织在正常凝胶化作用条件下形成的典型镜质体,其化学结构主要由具短脂肪链与含氧官能团联结的芳香网络结构组成,不是成油的主要母质.但吐哈盆地煤中基质镜质体由于生物化学阶段细菌等微生物的强烈改造作用,使得其先质得以“改良”,形成富氢镜质体,使其结构中具有氢化芳香结构,比较富含烃基团,有生成液态烃的能力[3],虽然单位体积的基质镜质体生成液态烃能力较壳质组低约1～2倍,但其在煤中的高含量则大大弥补了单位生烃量低的不足,而成为煤成烃贡献最主要组分.结合显微组分荧光演化性质、13C NM R 特征及Py -GC 油气演化性质,建立了煤成油演化模式(图2).从图2可以看出,煤成油具两个阶段,其成油主峰在R o =0.5%～0.8%期间,具有早期成烃特征.图2　吐哈盆地煤成烃演化模式图Fig.2　Ev olutio n mo del of co al-gener ating hy dr o car bon in T ur pa n-Ha mi Basin4　煤成油排驱的基本特征4.1　煤成油排驱的地质色层效应煤中生成烃类依次被煤中微孔—过渡孔—中孔—大孔各级孔隙所吸附,然后是溶解和游离析出.研究表明,煤中过渡孔隙体积分数从低成熟的60%下降至高成熟的40%[4],该类孔隙对于煤中烃类具有双重效应,即对于烃类中低分子量的链烷烃和环烷烃及芳烃等已不表现为微孔效应,而对于非烃和沥青质等仍然表现为微孔效应,这意味着过渡孔内烷烃和芳烃易于排驱出母体,而非烃和沥青质则不易排出.不同级别的孔隙对于不同孔径尺寸的烃类分子所表现的微孔特性是具选择性的.一定级别孔径分子与不同级别孔隙间的相互作用不同;同样,一定级别孔隙对于不同孔径烃类分子所表现的效应也存在差异,从而产生色层效应.同系物中,分子量越大,越易被吸附;极性化合物中,极性越大越易被吸附.相应吸附顺序为:极性化合物>芳烃>异构烷烃>正构烷烃.也正缘于此,煤成油常常以轻质油产出.4.2　煤成油排驱的有利时期从煤的孔隙度、孔隙分布特征及其演化规律可以看出,低中成熟阶段,煤中<2nm 的孔隙体积含量较低,大孔隙含量相应较高,孔隙度可达10%以上;而在气煤晚期至焦煤阶段,煤中<2nm 的微孔孔隙体积可达50%左右,大孔隙体积降至40%以下,孔隙度降至10%以下.具相同生烃量的煤而言,低中演化阶段生成的烃类易于满足微孔对烃类吸附所需的阈值,多余的烃类易于排出母体;而烃类主要形成于中高成熟阶段时,由于微孔增加因而消耗于孔隙吸附的烃类较低演化阶段相应要多,因67第1期 赵长毅:煤成油生成、运移与油气藏形成 此不易满足微孔对烃类吸附所需的阈值.换句话说,当达到煤孔隙吸附饱和阈值时,低煤阶煤所需的生烃量较高煤阶煤所需的生烃量要小,因此,低成熟时期R o<0.9%有利于煤成油的排驱与运移.4.3　煤成油排驱的主要通道烃类在煤中赋存方式主要有4种,其一是以游离状态贮存于煤的孔隙尤其是大孔隙和裂隙中;其二是以吸附方式与煤的各级孔隙相互作用;第3种是以置换式固溶方式存在于煤晶体的芳香层缺陷处;第4种则以渗入式固溶方式赋存于芳香碳晶体内部.4种赋存状态中以第2种即吸附状态赋存为主要形式.研究表明,第1吸附层烃类分子与煤孔壁表面作用力最强,随后逐渐减弱,直至烃类以游离状态存在[4].因此,烃类与煤孔隙相互作用导致烃类网络的形成.网络中的烃类通过相互连通的孔隙网络和裂隙与输导层如断层相连,构成排驱运移的主要通道.5　煤成油形成的地质地球化学条件煤成油藏的形成是特定地质条件下的产物.1)盆地构造演化控制了煤系生储油岩系发育;2)存在低成熟成烃母质以利于烃类排出;3)成煤沼泽氧化还原环境与成煤植物差异造成了煤原始富氢程度的不同.下三角洲平原沼泽及分流间湾沼泽是煤成烃发育的有利场所,流水沼泽相是煤成烃最有利的相带;4)适宜古地温梯度及后续盆地继承发展以保持源岩熟化,上覆湖相沉积发育以利于烃类的保存.控制烃源岩烃类生成并排出母体的重要因素之一是源岩的热演化程度.只有源岩成熟度达到大量烃类生成所需的成熟度,即生烃高峰所对应的成熟度,所生的烃类方可克服煤及含煤有机质对其吸附并运移出母体.盖层发育程度与封闭性能的优劣,是已运移聚集的油气得以保存而成藏的重要条件之一.煤的物性特征及烃类与煤孔隙相互作用机理[4],决定了煤成油以轻质油为主.与正常湖相油比较,煤成油对盖层的质量要求相应提高,因而烃源岩上覆区域湖相沉积的发育,是已运移的油气得以保存的重要条件;5)适宜的构造挤压条件以利于煤成油的排驱与运移.煤系油气田应该在符合上述几个条件的构造挤压不强不弱,能产生圈闭而又不破坏构造的完整性,油源断层发育而又不通至地表的区带上去寻找.参考文献1　胡见义,黄第藩.中国陆相石油地质理论基础.北京:石油工业出版社,1991.18～252　杨　起.煤地质学进展.北京:科学出版社,1987.121～1303　赵长毅,金奎励.吐哈盆地煤中基质镜质体生烃潜力和特征.科学通报,1994,39(21):1979～19814　赵长毅,程克明.煤成油排驱主要制约因素.科学通报,1997,42(16):1755～17575　赵长毅,赵文智,程克明等.吐哈盆地煤成油形成的地质条件.沉积学报,1997,15(增刊):16～23Generation,Expulsion and Accumulation of Oil Derived from CoalZhao Changy i(Resear ch Institut e of P etro leum Ex plo rat ion and Development,CN PC,Beijing100083)Abstract　The assessment standard acted as source ro ck fo r coaly organic matter is established;it points out that low er delta plain and interdistributary bay sw am ps ar e favorable for the development of co al-de-rived hydrocar bon,and the running w ater sw am p facies is the m ost fav orable facies zone fo r hy dro carbon generation from coal.The ex pulsion of oil der iv ed from coal has gr eater geochromatog raphic effect than that from mudsto ne;the low mature stage(R o<0.9%)is adv entag eous to the coal-formed oil ex pulsion and primary mig ration.The hydrocarbo ns in its netw ork are linked w ith carrier beds,through the po re netw ork and fissure w hich are connected w ith each o ther,this constitutes the major pathway o f expul-sion.The co al-derived oil pool is considered to be form ed under a specially g eolog ical conditio n.Key words　coal-form ed o il,source rock assessment,hydrocar bon gener ation model,oil ex pulsio n, petroleum reser voir68 中国矿业大学学报 第28卷。

第六章高青油田北区油气运聚规律油气运移作为油气成藏中连接生烃与圈闭之间的“桥梁和纽带”，一直是石油地质工作者研究的热点，同时也是研究的难点。

油气运移通道类型及其空间组合形式是决定油气在地下向何处运移、在何处成藏以及成藏类型的重要因素。

从烃源岩排出的油气运移途径有三种：（1）进入与烃源岩直接相邻的不整合面进行斜侧向运移；（2）沿断入烃源岩的开启性断层进行斜侧向或垂向运移；（3）进入与烃源岩直接相邻的砂体，即烃源岩上下的储层。

因此，油气的运移通道主要有三种：储层、断裂和不整合。

上述三种运移途径在地质空间中的存在并非总是以单一形式存在，而往往是以相互组合的形式形成一个立体的油气运移通道网络，砂体、不整合的通道性能相对较稳定，而断层在油气运聚中所起的作用在不同地质时期可以由通道变成封堵面。

在前面分别就本区砂体分布特征、断层、不整合面与油气运聚关系进行探讨的基础上，本项目综合考虑三种油气运移通道的时空匹配，建立起本区综合运聚模型，并就其油气藏分布规律进行了探讨（图5－1，5－2）。

图5－1 高青油田油气运聚成藏平面模式图一、高青油田北区油气运聚模式前人研究结果表明，高青油田北区的油气来源于高青断裂东侧的博兴洼陷，烃源岩为沙四、沙三段的黑色泥、页岩，馆陶期开始排烃，油气向洼陷四周的髙部位运移、聚集（图5－1），形成了樊家油田、博兴油田、金家油田、正理庄油田等油气田，油气向西运移至高青断裂带时，此时该断裂带依然处于活动状态，成为油气垂向运移的良好通道；在垂向运移过程中，遭遇高青断层西盘的砂体及由于不整合面发育而形成的风化壳，加之断裂两盘良好的砂体对接关系，油气开始进入西盘，并沿地层上倾方向进行垂侧向运移。

图5－2 高青油田油气运聚模式剖面图在高青油田北区，中生界顶部的风化壳、孔店组、沙河街组及N/E不整合面的上倾方向均为SSW，油气在各通道中由NNE向SSW朝构造高部位运移，由于泥岩、断层的封堵、以及岩性尖灭等因素，形成了不同类型的油气藏，主要有：（1）地层不整合油气藏：由于储层上倾方向或上方受不整合面遮挡而形成，油气层可以存在于不整合面之上，也可在其下。

碳酸盐岩油气二次运移距离与成藏周波;金之钧;云金表;白国平【摘要】通过统计全世界主要含油气盆地229个碳酸盐岩大油气藏（田），分析油气藏（田）和油气二次运移的距离，发现在碳酸盐岩运移系统内，油气二次运移距离和油气田个数之间的关系曲线并没有碎屑岩中出现的指数衰减关系。

其油气藏总体以近源成藏为主，但对于非近源运移的油气而言，油气运移的距离对油气成藏几率的控制作用并不明显。

分析认为，对于碳酸盐岩非近源运移，油气往往受断裂展布特征和孔洞类储层的分布范围所控制，只要在这个范围内，油源足够的前提下，油气成藏的几率是相当的。

因此，对于碳酸盐岩系统而言，只要在断裂和孔洞类储层的延伸范围内，即使在较远的距离条件下，仍然具有较高的大油气藏成藏几率。

%In this paper,we statistically analyzed the secondary hydrocarbon migration distances of 229 large carbonate oil and gas fields within the major petroliferous basins in the world.It is found that the secondary hydrocarbon migration dis-tances and number of oil/gas fields within carbonate migration systesms show no exponential decay relationship as the clastic migration systems.Carbonate reservoirs are generally proximalto source rocks.However, for reservoirs distal to source rocks,the migration distance has no obvious control on the probability of hydrocarbon accumulation.For reservoirs distal to source rocks,oil and gas distribution are generally controlled by the distribution pattern of faults and the distribu-tion range of carbonate reservoirs of vuggy-cavernous type.Given sufficient hydrocarbon supply,the possibility of hydro-carbon accumulation remains almost consistent with such a range.Therefore,even at a longdistance,as long as it is within the distribution range of faults and reservoir rocks of the vuggy-cavernous type,the probability of hydrocarbon accumula-tion can be relatively high.【期刊名称】《石油与天然气地质》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】7页(P457-463)【关键词】运移距离;二次运移;碳酸盐岩;油气成藏【作者】周波;金之钧;云金表;白国平【作者单位】中国石化石油勘探开发研究院，100083;中国石化石油勘探开发研究院，100083;中国石化石油勘探开发研究院，100083;中国石油大学北京，北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE122.3油气二次运移是指油气由烃源岩层进入运载层后的一切运移，是油气成藏过程中最重要的部分[1-4]，同时也是目前石油地质学研究的难点问题之一。