油氣輸導(dǎo)體系研究綜述

李天瑞，劉松超，馬佳明，吳遠華，何 輝

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；2.四川省西南大地集團有限公司，四川成都 610059）

油氣作為化石能源，相比較于煤類等固體礦物具有明顯的流動趨勢，其生成和聚集規(guī)律具有獨特性，基于此特性，油氣在生成后必須通過運移才能聚集于有利的圈閉中，而受到某些地質(zhì)因素的約束被迫停止運移的狀態(tài)是相對的，因此，輸導(dǎo)體系的研究對于油氣成藏具有重要作用。但是從油氣成藏過程的時空上來看，分別可能經(jīng)歷了幾十個百萬年，埋藏于地下幾千米處，無法直接觀察與辨別；從復(fù)雜性來看，經(jīng)歷多期地質(zhì)變化，涉及地球物理、地球化學(xué)等多個學(xué)科。因此，給油氣勘探帶來了很大的難度，但由于其在生產(chǎn)實踐中的重要作用，一直作為熱門課題被國內(nèi)外學(xué)者研究。隨著勘探程度以及地質(zhì)認識的深入，技術(shù)手段分辨率的提高，對輸導(dǎo)體系的認識精度有了更高的要求。國內(nèi)外眾多勘探已證明傳統(tǒng)的以尋找儲層和構(gòu)造圈閉為主的勘探對于成熟勘探區(qū)可能是適用的，而在新盆地的勘探通常是失敗的，只有位于油氣運移主干道上，而且與油氣運移時間相匹配的圈閉才能成藏，需要根據(jù)油氣運移路徑確定勘探策略[1]。如果忽略了輸導(dǎo)體系的作用將會導(dǎo)致鉆探失利，增加勘探的風(fēng)險。例如濟陽坳陷在“九五”和“十五”期間因為輸導(dǎo)體系的研究不深入導(dǎo)致失利的探井分別占失利探井總數(shù)的43%和28%[2]；在渤中次盆地，78%的油井和所有干井已通過三維運移建模成功預(yù)測，也不在預(yù)測的聚集區(qū)內(nèi)。事實上，迄今為止在渤中次盆地發(fā)現(xiàn)的幾乎所有商業(yè)油氣藏和迄今為止鉆取的所有干孔都已被相繼預(yù)測，這一事實令人鼓舞，表明分析清楚輸導(dǎo)體系可以有力降低勘探風(fēng)險[3]。近10 余年，輸導(dǎo)體系研究快速發(fā)展，并獲得了諸多成果。

1 輸導(dǎo)體系的概念、特征與分類

1.1 輸導(dǎo)體系的概念

為了便于描述油氣生成后在不同環(huán)境、不同階段的運移特點，Illing 首次把油氣運移分為初次運移和二次運移，分別是油氣從烴源巖向儲層的運移和油氣進入儲層后的一切運移。輸導(dǎo)體系在含油氣盆地二次運移中發(fā)揮作用并不是孤立的，往往會組合成多種形式，將烴源巖到圈閉的油氣運移通道的空間組合稱為油氣運移的輸導(dǎo)體系，包括斷裂、輸導(dǎo)層、不整合面及它們的組合形式。由于輸導(dǎo)體系在油氣運聚成藏中具有重要作用，許多學(xué)者在不同時期的盆地勘探中做出了大量研究。付廣等[4]認為輸導(dǎo)體系指連接烴源巖與圈閉的運移通道所組成的輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，是連接生烴與圈閉之間的“橋梁與紐帶”；張照錄等[5]指出輸導(dǎo)體系是泛指某一含油氣系統(tǒng)中所有的運移通道及相關(guān)圍巖的總和；張衛(wèi)海等[6]提出輸導(dǎo)體系為油氣從烴源巖運移到圈閉過程中所經(jīng)歷的所有路徑網(wǎng)；林玉祥等[7]認為輸導(dǎo)體系是指具有油氣輸導(dǎo)能力的空間及其形成這些空間的介質(zhì)所組成的空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

1.2 輸導(dǎo)體系的特征

單個含油氣盆地具有的含油氣系統(tǒng)不唯一，因此，輸導(dǎo)體系也不唯一，并且隨著時間變化，其性質(zhì)可能截然相反，因此，輸導(dǎo)體系具有獨特性與時空性的特點[7]。除此之外，油氣運移路徑也是需要判斷與取舍，不同時期連通或者封閉需要明確，所以輸導(dǎo)體系也具有復(fù)雜性與雙面性的特點[8]。沈樸等[9]強調(diào)了輸導(dǎo)體系的完整性，即都是始于烴源巖，終于圈閉。基于以上特征，可以將輸導(dǎo)體系定義為油氣運移過程中，從烴源巖到圈閉運移通道的空間組合。

1.3 輸導(dǎo)體系的分類

不同時期的學(xué)者，由于研究區(qū)地質(zhì)條件的不同，研究手段的差異，對輸導(dǎo)體系有著不同的分類。

GALEAZZI[10]在研究馬爾維納斯盆地時，根據(jù)其含油氣系統(tǒng)基本元素的特征及其構(gòu)造-地層格架樣式將該盆地含油氣系統(tǒng)輸導(dǎo)體系劃分為由輸導(dǎo)層構(gòu)成的主輸導(dǎo)體系和由斷層-輸導(dǎo)層構(gòu)成的次輸導(dǎo)體系。根據(jù)溫壓條件的不同，謝泰俊[11]將瓊東南盆地輸導(dǎo)體系分為受壓力場控制的低壓脊主通道和受浮力控制的構(gòu)造脊主運移通道。在蘇里格氣田的輸導(dǎo)體系研究中，朱筱敏等[12]根據(jù)砂體形態(tài)、斷裂發(fā)育狀況及烴源巖與儲層配置關(guān)系等因素，將其分為砂體型、砂體-斷裂型和斷裂型3 大類；又根據(jù)砂體厚度與空間展布，將砂體型次分為厚層帶狀砂體型、薄層帶狀砂體型與透鏡體型。武芳芳等[13]根據(jù)與油氣藏的配置關(guān)系將輸導(dǎo)體系分為斷層、不整合、滲透性輸導(dǎo)層、裂縫和火山刺穿體5 類來對塔里木盆地油氣藏分析。在海拉爾-塔木察格盆地輸導(dǎo)體系研究中，李明義等[14]根據(jù)該區(qū)發(fā)育的自生自儲式、下生上儲式和上生下儲式3 種生儲蓋組合類型，分別提出孔隙裂縫和梳狀輸導(dǎo)體系、花狀輸導(dǎo)體系、階梯狀或倒U 字型輸導(dǎo)體系。

2 優(yōu)勢運移通道的確定

優(yōu)勢運移通道僅占輸導(dǎo)體系的極少部分，但它輸導(dǎo)的油氣可能占輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)油氣總量的絕大部分[15]，因此，明確油氣優(yōu)勢運移通道是輸導(dǎo)體系研究的核心。

斷層對油氣輸導(dǎo)具有兩方面的作用，既可以遮擋，又可以作為優(yōu)勢運移通道。取決于斷層的狀態(tài)，如若斷層處于靜止閉合狀態(tài)，主要起遮擋作用，如若構(gòu)造活動強烈，導(dǎo)致斷層開啟，則起輸導(dǎo)油氣的作用[16]。目前斷層活動性評價方法有斷層生長指數(shù)和斷層落差法。斷層生長指數(shù)是評價斷層活動性的一種經(jīng)典方法，指的是同一地層在斷層上盤和下盤的厚度比，自從THORSEN[17]提出以來被廣泛地應(yīng)用于同生斷層的研究中。斷層落差法即是通過斷層兩盤同一地質(zhì)歷史時期的沉積地層厚度差來表示[18]。引入時間概念后，斷層落差可以轉(zhuǎn)化為斷層活動速率，即斷層落差與相應(yīng)地層沉積時間的比值[19]。因此，通過利用斷層生長指數(shù)、斷層落差、斷層活動速率和伸展變形強度等手段來明確斷層的活動期次，然后將其與油氣成藏時期相匹配，來定性分析出哪些斷裂在成藏期活動并作為油氣優(yōu)勢運移通道。

由于砂體具有非均質(zhì)性，砂巖的物性（滲透率和孔隙度）從根本上影響著油氣輸導(dǎo)的能力與效率[20]，所以運移通道內(nèi)孔滲相對較好的部分即為優(yōu)勢運移通道。在實際油氣田勘探中，通過取巖心測量孔滲數(shù)據(jù)往往由于數(shù)據(jù)量少而無法表示研究區(qū)的整體物性特征，通常通過砂地比數(shù)據(jù)，即儲層砂巖厚度和地層厚度之比來評價砂體的連通性。油氣以游離相的形式運移，運移動力以浮力為主，在浮力的驅(qū)動下，砂體輸導(dǎo)層的優(yōu)勢運移通道主要受高孔滲性層與構(gòu)造脊雙重影響，其中構(gòu)造脊又是控制的關(guān)鍵因素[21]。即油氣首先向砂體輸導(dǎo)層頂面運移，然后再向輸導(dǎo)脊匯聚，最終沿輸導(dǎo)脊作長距離的側(cè)向運移，經(jīng)由構(gòu)造脊與高孔滲性層相匹配的優(yōu)勢運移通道形成具有經(jīng)濟價值的油氣藏。

不整合在空間上具有三層結(jié)構(gòu)，居中為風(fēng)化黏土層，底礫巖作為不整合結(jié)構(gòu)的上層，風(fēng)化淋濾帶作為不整合結(jié)構(gòu)的下層[22]。其中風(fēng)化淋濾帶是不整合結(jié)構(gòu)的最主要部分[23]，常為有利的油氣運載層。有學(xué)者根據(jù)構(gòu)造應(yīng)力性質(zhì)及強度來對不整合面分類，提出斷褶不整合與褶皺不整合最有利于油氣運移，優(yōu)于超覆不整合，平行不整合運移通道質(zhì)量最差[24]。不整合面的傾角及交匯疊置程度也影響著油氣的運移規(guī)模與速率，不整合面傾角越大，交匯疊置程度越高，越是優(yōu)勢運移通道[25]。

綜上所述，研究各輸導(dǎo)體系的優(yōu)勢運移通道，對明確研究區(qū)的油氣優(yōu)勢運移方向具有重要意義，為下一步尋找有利勘探目標(biāo)作出貢獻。

3 輸導(dǎo)能力定量判斷

不同研究區(qū)甚至同一區(qū)域的不同層位輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力都有著巨大的差別，因此，對輸導(dǎo)能力的定量判斷能夠有效預(yù)測富油構(gòu)造帶差異成藏規(guī)律。

金光柱[26]用油氣沿斷層的相對運移速度（即在單位壓差下單位時間內(nèi)通過單位面積內(nèi)油氣沿斷層滲濾運移距離）大小來定量描述斷層本身輸導(dǎo)油氣能力。蔡宏興等[27]在陳官莊地區(qū)的研究中提出通過斷層砂的計算來反映斷層的輸導(dǎo)能力；劉峻橋等[28]綜合多種要素對斷層輸導(dǎo)能力的影響，總結(jié)出四個適合評價的地質(zhì)參數(shù)，分別為斷層活動強度、異常壓力、“中轉(zhuǎn)站”規(guī)模和斷層凸面脊規(guī)模，以此作為定量化指標(biāo)建立公式來對斷層垂向輸導(dǎo)油氣能力進行評價。評判連通砂體的輸導(dǎo)能力主要用砂體有效輸導(dǎo)空間系數(shù)來表征，即為油氣顯示厚度與砂體厚度的比值；而不整合面的運移能力取決于運移的油氣量、不整合類型、不整合交匯疊置程度、不整合體系的結(jié)構(gòu)特征、不整合的發(fā)育規(guī)模、形成時間和運移期的配置關(guān)系及與其他運移通道的時空配置關(guān)系[29-30]，其中主要受優(yōu)勢能場的空間分布控制，由高勢能區(qū)向低勢能區(qū)運移，可以通過計算勢能差的大小來反映其輸導(dǎo)能力，還可以對巖石風(fēng)化程度進行定量研究，來定性分析不整合的結(jié)構(gòu)層[31]。

4 輸導(dǎo)體系的研究方法

常規(guī)的研究方法主要為地質(zhì)分析：對于斷層來說，以浮力為主要動力，通過斷層核及兩側(cè)的裂縫網(wǎng)絡(luò)輸導(dǎo)；此外還有地震泵的運移機制也較為常見[32]。對于砂體來說，常用掃描電鏡法測得孔喉的大小與數(shù)量來反映砂巖的滲透性，或者根據(jù)壓汞法測得排替壓力來間接計算孔喉的體積及含量[33]。對于不整合面，一般進行詳細分類與結(jié)構(gòu)分析來研究其輸導(dǎo)。此外物理模擬和數(shù)值模擬也是不可缺少的：實驗室條件下設(shè)立不同的溫度、壓力和巖性等條件，通過控制變量法來分析不同條件下對斷層的影響作用[34-35]；對于砂體，建立模型進行模擬實驗，通過實驗結(jié)果來分析油氣運移的主要通道以及對油氣運移速率的影響因素[36]；不整合面的物理模擬與數(shù)值模擬較少，有學(xué)者分別設(shè)定不整合面上中下三部分的巖性組成與沉積時間，用模擬軟件建立三維格架來對油氣沿不整合面運移進行模擬[37]。

5 輸導(dǎo)體系控藏作用

處在優(yōu)勢運移通道上的圈閉容易富集油氣形成油氣藏，而處在優(yōu)勢運移通道之外的圈閉即便離油氣源很近也很難成藏或形成的油氣藏充滿度較低[38]。

斷層對油氣運移成藏起著關(guān)鍵性的作用，有研究表明，70%以上的油氣成藏都與斷層有關(guān)[39]。油氣沿斷層垂向輸導(dǎo)最為常見，在該情況下油氣成藏在斷層上下盤往往具有“互為消張”的關(guān)系[40]，此外由于超壓的間歇釋放，會導(dǎo)致油氣沿斷層向下長距離倒灌運移成藏[41]，油氣橫穿斷裂面輸導(dǎo)是油氣沿斷層輸導(dǎo)的最終形式，往往會形成階梯狀成藏規(guī)模。砂體對油氣成藏的控制往往與砂體優(yōu)勢運移通道緊密相連，通常受輸導(dǎo)脊控制，沿輸導(dǎo)脊富集成藏；不整合面不僅可以作為油氣輸導(dǎo)的通道，還可以作為高品質(zhì)蓋層對油藏起到封閉的作用，形成遮擋油藏。綜上所述，有三個原因影響著輸導(dǎo)體系的控藏作用：（1）輸導(dǎo)體系與烴源巖時空上匹配，是輸導(dǎo)體系控藏的前提；（2）輸導(dǎo)體系良好的連通性與輸導(dǎo)效率，影響著油藏的成藏規(guī)模；（3）油氣輸導(dǎo)動力越大，會導(dǎo)致成藏距離越遠。

6 存在問題與研究重點

對于輸導(dǎo)體系的研究成果頗多，但是也存在一些問題需要解決，在此作出四點總結(jié)：（1）由于地質(zhì)活動是從不間斷的，但生產(chǎn)中獲得的數(shù)據(jù)為現(xiàn)階段參數(shù)，與油氣成藏運移時期有所差別，若能模擬恢復(fù)到當(dāng)時的真實參數(shù)，結(jié)果分析會更精確；（2）輸導(dǎo)體系的效率研究也較為缺乏，進行定量的判斷有利于評價輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力，從而高效地進行資源評價；（3）油氣輸導(dǎo)是在三維空間內(nèi)進行的，但研究常局限于一維和二維手段，運用三維動態(tài)來展示油氣的生成、運移、聚集和成藏，這樣的話能夠極大降低研究工作的難度；（4）不僅要將多個輸導(dǎo)要素綜合起來考量，還要將輸導(dǎo)體系研究與地球化學(xué)、地球物理和計算機等多學(xué)科進行綜合分析。