论于油气聚集有关的几种构造圈蔽.docx
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论于油气聚集有关的几种构造圈蔽
论与油气聚集有关的几种构造圈闭
论文提要
油气在生油层形成以后,在各种因素的影响下离开母体-生油层,以各种形式进行运移。
如果运移的途中畅通无阻,他们甚至可以流出地面,氧化散失于地表成为油气苗,如果遇到遮挡条件可以聚集起来,逐步富集成油气藏。
能够捕获分散油气并形成油气聚集的天然场所称为圈闭。
运移着的油气如果遇到阻止其继续运移的遮挡物,便停止运移,并且在遮挡物附近聚集起来,并形成油气藏。
圈闭可以说是捕获并聚集油气的地下天然容器
圈闭有不同的类型,但基本形成条件是一致的,都必须由储集层、盖层和遮挡物相互配置组成。
遮挡条件也称遮挡物,他的作用就是阻止油气继续运移,它可以是盖层的弯曲也可以是封闭的断层面、不整合面、岩性或沥青封闭等。
储集层、盖层和遮挡条件成为组成圈闭的三个要素,只有这三个要素具备时,油气才有可能在其中聚集,缺少任何一个条件都不能构成圈闭,当然也就不能聚集油气。
在油气勘探中,所谓找“构造”,实际上就是找“圈闭”
正文
一、圈闭参数
衡量圈闭的规模是以圈闭的容积为基础的。
圈闭的容积除了与构造圈闭的储积层
的有效厚度、孔隙度有关外,还决定于以下几个参数
(一)溢出点
溢出点是指圈闭能够容纳油气的最大限度的位置。
若低于该点高度,油气就溢向储集层的上倾方向。
该点是油气溢出的起始点,又叫最高溢出点。
意即若在比该点稍高的圈闭内油气就不会溢出。
确定圈闭的溢出应在储集层顶面平面构造图上展开。
由于受剖面的位置、方向的限制,剖面图有时难于真实地揭示溢出点的特征,尽管同时过溢出点和圈闭顶点的剖面图看起来很直观。
静水条件下圈闭的溢出点(Y)、闭合面积(斜线部分)、闭合度(H)
及其中油气藏的油水和油气界面、油柱高度(Ho)、油环举例
(二)闭合高
在静水条件下闭合高(或闭合度)是指闭合顶点到通过溢出点等势面的距离。
在动水条件下,闭合高情况是复杂的,不宜下一个简单的定义。
但如果通过溢出点的等势面是平面,或者非渗透层面是平面,可以分别定义为:
通过非渗透层面各点到通过溢出点等势平面的垂直距离中最大值,或者溢出点的等势面各点到非渗透平面的垂直距离中最大值。
(三)闭合面积
闭合面积一般是指通过溢出点等势平面与非渗透面交线所围限面积在水平面上的投影面积。
在静水条件下,因为等势平面与非渗透面交线与构造等高线平行,闭合面积就是溢出点构造等高线所限的面积。
如:
下图中三个圈闭面积为三个划细实线部分:
圈闭A面积为通过溢出点SA的储集层顶面等高线与断层面(走向线)围限的面积;圈闭B面积为通过溢出点SBC的储集层顶面等高线与断层面和储集层尖灭线共同围限的面积;圈闭C面积为通过溢出点SBC的储集层顶面等高线与储集层尖灭线共同围限的面积。
图中通过溢出点SD的储集层顶面等高线(点线)与断层面和储集层尖灭线也共同围限的“复式圈闭”面积,但不是单一圈闭面积。
显然,当圈闭的闭合高度、闭合面积、储集层有效厚度和孔隙度大时,圈闭的容积就大,可容纳的油气数量就多。
二、圈闭的分类
按着遮挡条件的成因,可将圈闭分为构造圈闭、地层圈闭、岩性圈闭三种基本类型。
(一)构造圈闭
构造圈闭是以地质构造为遮挡条件所形成的圈闭。
这类圈闭的遮挡物是构造运动形成的,因而,构造圈闭是构造运动的直接产物。
构造圈闭主要包括背斜圈闭和断层圈闭。
1.背斜圈闭
(1)背斜圈闭的成因背斜圈闭是由于储集层发生褶皱变形(顶面向上拱起),其上部又为非渗透性岩层(盖层)所覆盖遮挡而形成。
按其成因,背斜圈闭的种类很多,其中最主要的是岩层受侧向挤压力而成(老君庙背斜);或差异性升降运动而造成(大庆长垣);也可以与断层有关,如拖曳褶皱喝滚动背斜。
此外,刺穿构造发育过程中由于地下塑性物质的上升活动,也可形成背斜(盐丘背斜)。
就构造的发育历史来看,有的可能经过一次褶皱变动形成,有的则可能经过多次变动而成,褶皱一次比一次强烈,岩层受到褶皱的强度越来越大。
背斜的成因虽然不同,但作为油气圈闭的遮挡作用来说都是一样的。
(2)背斜圈闭的特点由于成因的不同,形态也也各不相同,有低矮圆丘状的穹窿;也有狭长的背斜,它们可以是对称的,也可以是不对称的,甚至是倒转的。
背斜闭合度和闭合面积的差别也很悬殊。
背斜圈闭可以是简单完整的,也可以是被其它地质因素复杂化了的多种因素控制的圈闭。
背斜圈闭的另一个特点,是圈闭向下往往垂直延伸穿过厚度相当大的沉积岩层。
所以,在较深的储集岩层中也能形成圈闭。
露头区,背斜褶皱在地表有清楚的显露,可以用地质测量的方法直接确定背斜构造的特点。
在覆盖区,背斜深埋地下,但利用地球物理勘探法(如地震等)也是比较容易发现的。
因此,背斜圈闭是人们最早认识,也是最重要的储油圈闭之一。
典型背斜圈闭和油气藏的理想构造图及剖面图
(据莱复生1954)
(紫色代表石油;箭头指区域倾斜方向
背斜圈闭的面积也十分悬殊,小的不到一平方公里,大的可达数千平方公里。
背斜圈闭的形态可以是完整的,也可以被断层复杂化。
但必须注意,如果断层将背斜圈闭切割成彼此不连通的若干部分,各部分都有独立的压力系统和油(气)水界面时,我们就不再将它看成统一的背斜圈闭和油气藏,而是根据各部分圈闭形成的主导因素,分别重新命名。
以老君庙油田为例,油田南部L、M层油气藏主要受背斜控制,为背斜油气藏;而北翼逆掩断层下的L层油藏,主要受逆掩断层控制,故称逆掩断层油藏。
背斜圈闭可以是单一的背斜形态,但也可以是由若干呈线状排列的背斜组成的背斜带,如世界上最大的加瓦尔油田,我国最大的大庆油田等。
、
沙特阿拉伯加瓦尔油田综合图
(据У.Груяенд等,1968引自潘钟祥,1986)
大庆油田构造和剖面示意图
(据大庆油田科学研究设计院,1977,转引自潘钟祥,1986)
还可以是统一的大型隆起背景上若干排列不规则的穹窿群,如前苏联的罗马什金油田。
苏联罗马什金油田综合图
(据Малинберг等,1967,转引自潘钟祥,1986)
1-砂岩;2-粘土岩;3-泥岩;4-粉砂岩;5-灰岩;6-白云岩;7-无水石膏;8-洁晶基岩;9-帕什层顶面等高线(米);10-油层;11-油水界面
值得注意的是背斜圈闭向下虽然可以延伸很深,但由于各种原因,背斜圈闭的形态随深度增加可能会发生变化,而且构造高点也可发生侧向位移;一些浅部背斜在深部可能不存在,或与之相反的情况也可能发生。
造成上述情况的原因很多,莱复生(1954)曾总结出多种可能出现的情况:
①中间地层垂距变化;②重复褶皱;③平行褶皱;④不协调褶皱;⑤刺穿和隐刺穿褶皱;⑥不对称褶皱;⑦礁和沉积差异压实;⑧多种假构造(溶蚀、坍塌造成的);⑨不整合前的变形;⑩逆掩断层(或推覆体)下的背斜。
1中间地层垂距变化
2重复褶皱
3平行褶皱
4不协调褶皱
5刺穿和隐刺穿褶皱
6不对称褶皱
7礁和沉积差异压实
8多种假构造(溶蚀、坍塌造成的);
9不整合前的变形
10逆掩断层(或推覆体)下的背斜
2.断层圈闭:
断层圈闭就是以不渗透的断层面为遮挡物所形成的圈闭,地壳运动把地层断开,断层一侧的储集层,碰到另一侧的致密层,形成了断层遮挡。
断层圈闭包括正断层遮挡圈闭和逆断层遮挡圈闭。
(1)断层圈闭的形成机理凡是储集层上倾或各个方向由断层封闭而形成的圈闭称断层圈闭。
虽然储集层上方非渗透性盖层存在对断层圈闭来说,也是不可少的,但这对任一圈闭来说,都是一个基本条件。
因此,这里特别强调断层对储层上倾方向的封闭作用。
对储层上倾方向起完全封闭作用的断层圈闭来说,圈闭的位置由通过溢出点的构造等高线和上倾方向断层线构成的闭合区加以确定。
断层对储集层上倾方向能否起封闭作用,主要取决于:
断层使岩层位移与其相接的岩层是否具有渗透性。
完全与非渗透性岩层相接则为完全封闭;上倾方向的上方部分与非渗透性岩层相接,则为部分封闭,与渗透性岩层相接,则为不封闭。
层圈闭来说,其此外,断层的性质对封闭也起一定作用。
一般压性断层的封闭性好,张性断层的封闭性差。
断层形成的时间对封闭性亦有影响,刚断开时,即使压性断层,也有一定的开启性;时间较久后,即使是张性断层,在重力作用下张开的断面可以闭合,或被粘滞性物质填充堵塞。
这就不难理解,为什么许多非压性断层同样可形成断层圈闭和油气藏。
断层在形成断层圈闭中所以能起重要作用,除上述封闭作用外,还表现在下列两个方向:
①对原有构造进行不同程度的改造,使之与断层结合形成圈闭;②断层使岩层发生倾斜、反向倾斜或逆牵引,形成新圈闭。
(1)正断层遮挡圈闭这种类型的圈闭分布在断层的下降盘,也可分布在上升盘,前者多出现在断层倾向于断层面倾向相同的正断层中,此时正断层的上倾方向与上升盘的不渗透层接触。
但是与正断层有关的圈闭更常见的情况是位于地层倾向与断层倾向相反的反向断层的上升盘中。
在同生断层的发育区,这是分布比较普遍的一种圈闭形式
(2)逆断层遮挡圈闭逆断层遮挡圈闭可以分布在断层面之上,也可以分布在断层面之下。
酒泉盆地白杨河油田位于南倾单斜的挠曲带上,地层向南急剧下降,倾角增大到40~50度,并伴随有逆断层,断面北倾,北盘上升,断距80~100m,
油气聚集在被逆断层遮挡的下盘中。
①弯曲或交错断层与单斜地层结合形成的圈闭和油气藏(图中A);
②三个或更多断层与单斜或弯曲地层结合形成的断层或断块圈闭和油气藏(图中B);
③单-断层与褶皱(或背斜一部分)结合形成的断层圈闭和油气藏(图中C);
④逆和逆掩断层与背斜的一部分结合形成的断层圈闭和油气藏(图中D)。
不同类型沉积盆地,甚至在同一沉积盆地的不同构造带,断层发育情况和特点各不相同。
因此,不同油区的断层圈闭和油气藏都具有自己的特点。
我国新疆克拉玛依油田可作为断裂斜坡带上断层油气藏群体的典型实例之一。
该油田除西北侧靠近盆地边缘地区外,在断裂带主要断层发育区,都以断层油气藏为主,各断块油气藏都具有独立的压力系统、油气产量和油气边界,甚至产油层的层数都各不相同。
近来的研究表明,北东向克—乌主断裂带具有明显的逆掩断层性质,断面倾角向下变缓,呈犁式,在古生界之下逆掩断层可形成“帽檐”式逆掩断层圈闭和油气藏,开辟了寻找新油气藏类型的前景。
克拉玛依油区构造图和剖面图
1.构造等高线;2.断层;3.砾岩;4.裂隙;5.地质分区编号;6.侵蚀区7.砂岩发育区
①岩性油藏;②地层超覆;③基岩油藏;④断层遮挡油藏
(二)地层圈闭
地层圈闭是指在地壳运动所引起的沉积间断、剥蚀、超覆沉积作用下,储集层、不整合面或侵蚀面被不渗透岩层覆盖遮挡而形成的圈闭。
地层圈闭的形成与b区域不整合面密切相关。
水平状或小角度的致密层,覆盖在角度较大的储集层和盖层上,构成了地层遮挡。
根据储集层、盖层和不整合面之间的关系划分为:
地层不整合圈闭,地层超覆圈闭、古潜山圈闭。
1.地层不整合圈闭当储集层位于不整合面之上,盖层位于不整合面之上,在平面上储集层顶面构造等高线与不整合面想交切时则形成地层不整合圈闭。
这类圈闭多分布于凹陷斜坡或水下隆起翼部,油源来自不整合面以上的生油岩系,也可以来自不整合面以下的老地层
2.地层超覆圈闭在盆地边缘斜坡或古隆起翼部,当水进时,在不整合面上形成了超覆沉积,当储集层为不渗透层超覆,而不整合面又具遮挡作用时,地层超覆线与储层顶面构造等高线相切,即可形成地层超覆圈闭
3.古潜山圈闭由于风化差异或断块运动形成的基岩突起被上覆不渗透层覆盖遮挡而形成的圈闭,称为古潜山圈闭。
这类圈闭的储集层是一个侵蚀岩突起,其岩性可以是沉积岩,岩浆岩或变质岩,储集空间的形成也与风化作用有关。
目前发现的这类圈闭所聚集的油气,多是来自上覆年轻的生油岩系,即“新生古储”。
油气运移的通道是不整合面和断裂面。
由于形成这类圈闭的关键是基岩突起,故又称基岩圈闭
(一)岩性圈闭
岩性圈闭是指在同一层内,由于沉积作用,成岩或后生作用导致岩性或物性发生突变,并被不渗透层所包围或侧向遮挡而形成的圈闭。
这类圈闭的特点是盖层和遮挡物均属统一层不渗透岩石。
岩性突变的形成条件主要于水下高能沉积环境有关;物性突变的形成条件和构造裂隙有关。
按成因与遮挡的差异,可将岩性圈闭分为:
储集层上倾尖灭圈闭、河床砂岩体圈闭、透镜状岩性圈闭、生物礁快圈闭、裂隙层间隙圈闭等
1.储集层上倾尖灭圈闭储集层延其上倾方向发生尖灭,并被不渗透层所围限,从而形成圈闭。
这类圈闭往往穿插尖灭在生油岩系中,油源条件好,多形成原生油藏。
构成这种圈闭的储层以碎屑岩为主,碳酸盐岩少见。
形成尖灭圈闭的遮挡条件是尖灭线或岩性交替线与构造等高线在平面上以不同的方式组合相交。
如尖灭线为弧形,构造线为直线,构造线为弧线,尖灭线为直线等等。
这类圈闭出现于水下隆起翼部。
端部或凹陷斜坡,海、湖沿岸几盆中古地貌变化带
2.河床砂岩体圈闭又称古河道砂岩圈闭。
河道砂岩是河流割切的河道中充填的的一套陆源碎屑为主的冲击沉积物。
他们是由砾岩、砂砾岩、粉细砂岩和泥岩间或组成。
与起下覆老地层呈不整合接触。
而上部为泛滥平原相粉沙质泥岩和泥岩沉积,组成良好的生储盖组合,他们的圈闭条件主要受岩性变化带、河岸侧翼遮挡等因素控制。
常见的有边滩、心滩、三角洲分流河道的“鞋带砂“以及海湖水下峡谷的浊流砂等圈闭类型。
他们的油源可以来自同期生油岩,也可以来自下覆地层的生油岩,分属于原生性和次生性两种不同成因油气藏。
河床砂岩圈闭的形态在平面上多呈长条状,剖面上顶秃底平。
沉积物下粗上细,再某些情况下储层可以有娇好的孔隙性和渗透性。
美国南谢列斯古河道砂岩油气田是一个呈马蹄形的古河道中的鞋带状砂岩,古河道宽km,砂岩厚10m,岩长40km.
3.透镜状岩性圈闭是指四周被不渗透层所包围的各中透镜状、条带状、不规则形状的圈闭。
储集层包括三角洲支流或前缘和滨海砂坝、砂洲、沙滩等砂体及深水浊积砂体等。
多形成原生油气藏,规模大小决定于当时的古地理环境。
大者上千平方公里,小者数平方公里不等。
鄂尔多斯盆地西北部红井子油田即为区域性西倾单斜的背景上,中朱罗统砂岩透镜状岩性油藏。
储层属三角洲前缘断续带。
4.裂隙、层间缝圈闭在致密而性脆的非渗透性岩层中,由于成岩作用、后生作用、构造力的作用可以出现裂缝特别发育而使孔隙性和渗透性变化的局部地区,周围则为不渗透的围岩所限,从而形成裂隙、层间缝圈闭。
构成这种圈闭的储层多为泥岩、薄层状碳酸盐岩。
生油层可能就是裂隙层本身,也可以是相邻的生油岩系。
青海柴达木盆地油泉子油田是泥岩裂隙圈闭的例子,该油田为一不对称的背斜,北翼倾角为60~80,南翼25左右。
储层为中新统底部裂缝性泥岩夹缝层石灰岩。
石油主要聚集在一定深度范围的泥岩垂直裂缝带,与层位没有明确关系,而与断裂有关
三、总结
当储集层、盖层和遮挡条件同时存在时,就会形成圈闭。
一旦有足够数量的油气进入圈闭,充满圈闭,或占据圈闭的一部分,便可形成油气藏。
油气藏是单一圈闭内具有独立压力系统和统一油水(或气水)界面的油气聚集,是地壳中最基本的油气聚集单元。
若圈闭中只聚集了石油,则称油藏;只聚集了天然气,则称气藏;二者同时聚集,则称为油气藏。
可见,圈闭是油气聚集的场所,是油气藏形成的基础。
圈闭的形成条件决定着油气藏的基本特征,圈闭的类型决定着油气藏的类型及其勘探方法。
因此,正确识别和评选有利于油气聚集的圈闭,对油气勘探具有十分重要的意义,是打开地下油气藏宝库,发现油气藏的关键所在
参考书目
陆基孟主编:
《地震勘探原理》上、下,石油大学出版社。
长春地质学院等合编:
《地震勘探──原理和方法》,地质出版社,北京,1980
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