杰青基金资助《深部流体作用下油气成藏机理》

ISBN 978-7-03-072848-7

作者：刘全有 等 责任编辑：焦健（jiaojian@mail.cspm.com.cn）

自地球自形成开始，地球各圈层之间便发生广泛的相互作用，尤其是板块俯冲、深大断裂发育、岩浆火山活动等深部地质作用过程会触发广泛的深部流体活动。深部流体是指沉积盆地基底以下幔源挥发性的流体以及板块俯冲过程中岩石脱水所产生的流体、深变质过程中脱水作用形成的流体或者受幔源热源驱动的深循环流体。深部流体的温度一般高于其穿越沉积盆地围岩地层温度；富含C、H、O、N、S、P、Si等生命元素，Al、Fe、Mn、Mg、Cu、Mo、V、Cr等金属元素，也包含He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn稀有气体。因此，深部流体是深部能量和物质的重要载体，是联系盆地内、外因素的纽带。全球范围内，深部流体源源不断的向浅表盆地传输物质和能量，与盆地围岩介质发生广泛有机-无机相互作用，从而对盆内油气形成和聚集成藏全过程施加显著影响。

深部流体携带的C、H组分可以在盆地圈闭中直接富集成藏。世界范围内前寒武层系中H2生成量高达2.27×1011mol/a（Lollar et al., 2014）。自从1980年代起，美国地质调查局在Kansas盆地发现H2藏，日产H2约370m3，持续时间超过30年（Newell et al., 2007）。我国东部郯庐断裂带附近亦富含H2，仅济阳坳陷夏38井区一个侵入岩体可带来8600×108m3 H2 (孟庆强等, 2011)，金之钧等(2007) 计算东营-惠民凹陷H2量约441×108m3。目前已证实松辽盆地甲烷具有深部幔源和费托合成非生物成因来源的贡献，其中庆深气田非生物甲烷的探明储量超过500亿方，对气藏贡献率大于25%（Liu et al., 2016a）。金之钧院士从圈层相互作用的视角，首次提出壳幔有机-无机复合生烃理论，并得到了实验证实(Jin et al., 2004)。干酪根生烃是一个逐渐富碳贫氢的过程，深部流体能通过提供额外C、H 组分补偿盆地深层高演化烃源岩生烃潜力的不足，大幅提高盆地深部油气资源潜力（Jin et al., 2001）。

图 2.10　深部热液流体影响下微生物繁盛与有机质保存模式图

深部流体携带的物质和能量也影响盆地中石油的形成演化和聚集成藏。在加拿大前寒武结晶地盾中除发现非生物烷烃气(Lollar et al., 2002)之外，还发现无机元素参与下石油的形成(Seewald, 2003)。深部流体携带的能量还能够引起烃源岩热催熟生烃(Schimmelmann et al., 2009)、富含芳烃的热液石油的形成(Kvenvolden and Simoneit, 1990)、液态烃热裂解气、含膏层系TSR、烃源岩二次生烃以及储层沥青（含分散有机质）二次裂解。同时，深部富CO2热液流体能对深层碳酸盐岩、碎屑岩和火山岩储集体也具有建设性改造作用，尤其是对深层碳酸盐岩储层溶蚀改造作用尤为显著(Jin et al., 2006)，也对泥岩盖层溶蚀或充填等（Kaszuba et al., 2005；Kohler et al., 2009）。在对石油运移成藏方面，富CO2等不同类型深部流体自深部向上运移过程可以有效地将深层烃源岩中残留烃类和致密储层中烃类携带，从而提高烃类聚集效率。2012 年中国石油科技部把深部油气“补给”作为当年石油勘探十大科技进展之一，凸显出深部流体活动对油气补给已经引起石油工业界的高度关注，但深部流体对油气补给机制尚存争议。

图 3.91　典型含油气盆地天然气 δ13C1与R/Ra相关

我国许多含油气盆地，包括东部中新生代新构造体制影响盆地和中西部古老克拉通盆地，都经历了多期次深大断裂、岩浆火山活动等深部地质作用，所触发的强烈的深部流体活动也在不同盆地中对油气成藏产生了不同的影响。在松辽盆地庆深气田发现非生物烷烃富集，而松南气田则主要发现非生物CO2富集；渤海湾盆地济阳坳陷发现丰富H2、CO2等。苏北盆地黄桥地区多口钻井发现CO2天然气与原油共生，其中华泰3井产油1.3t/d，产气2.5×104m3/d；溪3井产油1.4t/d，产气3.76×104m3/d；溪平1井产油5.51t/d，产气5.56×104m3/d；溪平5井产油3.0t/d，产气1.1×104m3/d，产水18m3/d。原油密度介于0.7933～0.8255g/cm3，为轻质油或凝析油；而临近的句容油藏无深部CO2，只有少量稠油产出。同时，随着塔中北坡勘探不断取得进展，顺托1、顺南5等井油气无阻流量大于100×104m3/d。塔北北坡为稠油（艾丁、英买2等）、塔北南坡与塔中北坡（跃进、顺北、顺托等）为正常-凝析油，而紧邻环满加尔凹陷西斜坡（吉拉克、顺南、古城等）为天然气，甚至干气。由此可知，不同地区油气成藏有着显著的差异。广泛活跃的深部流体是否对这些不同区域油气形成和成藏过程施加影响，发生何种物理化学作用，如何鉴别，如何开展油源评价和成藏过程示踪等，有待深入探索。

图 4.33　黄桥地区二叠系龙潭组砂岩储层溶蚀与上覆大隆组泥岩盖层中的裂缝被方解石脉充填的自封闭模式图

针对上述科学问题，以深部流体携带物质与能量为主线，开展深部流体作用下富有机质烃源岩发育、油气形成以及聚集成藏的研究，探讨深部流体携带物质与能量对沉积盆地油气形成与后期改造机理，阐明深部流体作用下油气成藏过程，建立深部流体作用下深层油气形成、运移、聚集的地球化学示踪指标体系。

本文节选自《深部流体作用下油气成藏机理》

本书/本文编辑：焦 健

jiaojian@mail.cspm.com.cn

010-64011867

地球为你而转！

欢迎关注：赛杰奥（sci_geo）

科学出版社地球科学订阅号