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2011-全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第 26 卷 第 11 期2011 年 11 月地球科学进展N 6 1, 2011朱如凯 , 邹才能 , 白斌 , 等 . 全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求 [ J] . 地球科学进展 , 2011, 26( 11) : 1 15061.[ et in in J] . 2011, 26( 11) : 1 15061.]全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求①朱如凯1, 2, 邹才能1, 2, 白 斌2, 苏 玲2, 高志勇2, 罗 忠2( 1. 提高石油采收率国家重点实验室 , 北京 100083; 2. 中国石油勘探开发研究院 , 北京 100083)摘 要 : 近年来 , 全球油气勘探的重大发现和突破主要集中在被动大陆边缘深水区 、岩性地层 、海相碳酸盐岩 、前陆盆地冲断带 、成熟勘探地区 、新勘探地区以及非常规油气等领域 。勘探对象既包括常规构造 、岩性地层 、构造 —岩性复合油气藏 , 也包括致密砂岩 、页岩等非常规油气 ; 勘探部位既包括被动大陆边缘 、克拉通 、前陆冲断带 、前陆斜坡等常规油气藏分布区 , 又包括深水斜坡 、湖盆中心等非常规油气聚集区 。油气勘探整体表现为勘探对象多样 , 勘探地区复杂 , 勘探难度增大的新特征 。因此 , 加强沉积储层研究 , 准确寻找有利储集体成为全球油气勘探的核心问题 。同时 , 全球油气勘探研究进展也对沉积储层未来研究方向提出了相应的需求 。特别是层序地层标准化与三维沉积体模式建立 , 海相碳酸盐岩与碎屑岩储层的沉积 、成岩 、改造一体化研究 , 深水沉积模式与储集体分布规律研究 , 深部储层有效孔隙发育与保持机理研究 , 致密砂岩 、页岩等非常规储层纳米级孔喉系统的定量表征 , 火山岩 、变质岩等特殊储层成因机理研究 , 沉积 、成岩物理模拟与数值模拟技术攻关等 , 都将为全球油气勘探进展提供理论支持 。关 键 词 : 油气勘探进展 ; 层序地层标准化 ; 三维沉积体模式 ; 非常规储层 ; 成岩物理模拟中图分类号 : 3 文献标志码 : A 文章编号 : 10012011) 11 言全球油气勘探已经历约 150 年的历史 ( 从 1859年 8 月 E. L. 美国宾夕法尼亚州泰物斯维尔成功发现世界近代史上第一个油田算起 ) 。早期油气勘探以寻找构造油气藏为主 。目前 , 无论从陆上至海域 , 从陆相至海相 , 从碎屑岩 、碳酸盐岩至火山岩 、变质岩 、泥页岩等领域 , 油气勘探对象已由单一构造油气藏勘探向构造油气藏 、岩性地层油气藏与非常规连续型油气藏勘探多元化转变 。近年来 ,全球剩余探明油气储量和产量持续增长 , 非常规天然气产量快速上升 。油气勘探成果的取得 , 一方面得益于石油地质理论的不断创新 ; 另一方面 , 得益于地震勘探开发技术的广泛应用 , 包括高精度大面积地震采集 、层序格架约束下地震储层预测等新技术[ 1, 2]。从油气藏分布样式上 , 可划分为单体型 、集群型 、连续型 3 种类型 。从单体型构造油气藏向集群型岩性地层油气藏转变 , 是第一次理论技术创新 , 核心是寻找圈闭油气藏 ; 从岩性地层油气藏向非常规油气藏的转变 , 是第二次理论技术创新 , 核心是寻找有利储集体 , 突破了常规储层物性下限与传统圈闭找油理念 。在油气勘探中的沉积储层方面 , 涌现出许多新问题 , 如新型储集体成因和分布规律 、沉积盆地高精度岩相古地理重建 、深部有利储集层的评价预测 、非常规储集层的成因机理和分布规律 、致密储① 收稿日期 : 2011修回日期 : 2011 基金项目 : 国家油气重大专项项目 “岩性地层油气藏成藏规律 、关键技术及目标评价 ”( 编号 : 2011; 中国石油股份公司重大科技项目 “岩性地层油气藏成藏规律研究与关键技术攻关 ”( 编号 : 2011资助 .作者简介 : 朱如凯 ( 1968-) , 男 , 湖南双峰人 , 博士 , 高级工程师 , 主要从事沉积储层综合地质研究 . 这些新问题都为人们指明了今后沉积储层研究的方向[ 2]。2 沉积 、储层基础地质研究进展在全球油气勘探进展中的作用近年来 , 全球油气勘探的许多重大发现主要集中在 : 被动大陆边缘深水地区 、岩性 —地层 、碳酸盐岩 、前陆盆地冲断带 、成熟勘探地区 、新勘探地区以及非常规油气等领域 。勘探对象既包括常规构造 、岩性地层 、构造 —岩性复合油气藏 , 也包括致密砂岩 、页岩等非常规油气 ; 勘探部位既包括被动大陆边缘 、克拉通 、前陆冲断带 、前陆斜坡等常规油气藏分布区 , 又包括深水斜坡 、湖盆中心等非常规油气聚集区[ 1 ~3]。2.1 层序地层学研究与岩性地层油气藏勘探层序地层是岩性地层油气藏勘探的 2 项核心技术之一[ 4, 5], 与高分辨率三维地震资料共同促成岩性地层油气藏的大发现 。目前 , 岩性地层大油气田主要集中在北美 、北非 、中东以及中国等地区 。圈闭类型以成岩作用型和地层尖灭型为主 , 层位自寒武系到第三系均有分布 , 单个圈闭规模较大 , 储层岩性以海相三角洲 、滨岸 、深海扇 、湖相三角洲及滨浅湖砂坝砂岩为主 。2002 年在中东地区马卡拉姆高地发现的哈赞( 大气田 , 是应用层序地层学原理指导勘探部署的一个典型实例 。哈赞气田位于阿曼北部加巴( 含盐盆地内 , 储层为寒武系巴瑞克 ( 辫状河三角洲砂体 , 埋深 4 000 ~ 5 000 m。储层孔隙度 8% ~10%, 渗透率 0.01 ~421 属低渗透气藏 , 圈闭类型为构造 —地层复合型 ( 图 1) 。哈赞气田圈闭面积超过 2 500 天然气可采储量达4 200 亿 6]。从 20 世纪 90 年代初开始 , 在马卡拉姆高地开展了针对深部新元古界碳酸盐岩储层的评价工作 ,部署了一系列探井 。在 1998 年钻探 井时 , 偶然发现相对较浅的巴瑞克砂岩段有强烈气显示 , 推断巴瑞克组可能有气藏存在 , 并开始有针对性地开展层序地层学研究工作 , 认为巴瑞克砂岩向上倾方向是逐渐变薄的 。根据多口探井的情况进一步推测发现 , 有可能在赛劳尔 ( 气田北部的鼻状构造处构成岩性尖灭圈闭 。在该思路指导下 ,于 2002 年在马卡拉姆高地的东南翼 、井下倾方向约 200 m 处专门钻探了哈赞 , 获得成功 。进一步的高精度层序地层学工作与详细的测井 、磁性地层及岩芯分析结合 , 不但发现巴瑞克组砂岩内部有明显的呈层性 , 还在平面上勾画出了各层砂体的尖灭范围以及区域性的尖灭带 。在此基础之上 , 建立了砂体沉积模式 , 预测了有利储集体分布 。2.2 深海沉积学研究进展与被动陆缘深水地区油气勘探目前 , 海洋深水扇 ( 海底扇 ) 已成为全球油气勘探的重要领域 。已在墨西哥湾 、南美 、西非大西洋沿岸 、喀拉海 、北海 、巴伦支海以及澳大利亚西北大陆架 、东南亚等海域发现了众多大型油气田 , 勘探水深达 3 000 m[ 1]。深水区油气的大发现不仅归功于自身蕴藏着巨大油气资源 , 而且得益于深海沉积学 、大规模砂质碎屑流 、大型三角洲等沉积储层地质方面的新认识[ 7 ~9], 三维和四维海洋地震勘探 、深水和超深水钻井船的进步 , 也是共同推动深水勘探不断突破的重要因素 。世界第三大含油气盆地 ———墨西哥湾盆地 , 其 89%的油气分布在深水区 , 在盆地被动大陆边缘分布的古近系砂质碎屑流成为油气富集的重点储集层[ 1]。2.3 湖盆中心储集体成因研究进展与湖盆中心区油气勘探领域的拓展长期以来 , 中国中新生代陆相地层油气勘探主要关注湖盆周缘储集体 , 认为湖盆深水区不发育砂岩储集层 , 是油气勘探的禁区 。目前 , 通过现代沉积考察 、标准露头剖面建立 、典型油气区砂体成因分析等大量综合研究工作 , 建立了陆相敞流湖盆大型浅水三角洲 、湖盆中心砂质碎屑流与湖相碳酸盐岩 3种储集体成因模式[ 2, 10 ~13], 认为湖盆中心也发育分布面积广 、成因类型丰富的砂体 , 突破了湖盆中心储集体不发育的传统认识 , 拓展了在湖盆中心部位大规模勘探的新领域 , 湖盆中心砂体已成为中国陆相盆地岩性地层油气藏重要的勘探目标 。四川盆地上三叠统须家河组大气区勘探 , 是应用大型浅水三角洲模式指导沉积相编图 , 进而指导油气勘探部署的一个典型实例 。在前期大量资料研究基础上 , 提出四川盆地须家河组沉积时为敞流型湖盆 , 存在西面与东南两大开口 , 发育五大物源大型浅水三角洲体系 , 湖盆中心分布有大面积砂体 , 为大川中油气勘探部署提供了重要理论指导[ 12, 14, 15]。2.4 海相层系沉积储层研究进展与海相油气勘探海相碳酸盐岩 、碎屑岩仍是全球发现大型 、特大型油气田的重要领域 , 剩余资源潜力大 。全球海相碳酸盐岩以大型 、特大型油气田为主 , 大油气田中海1511第 11 期 朱如凯等 : 全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求相碳酸盐岩所占的油气储量约为 60%, 近年仍不断有重大发现 , 如在滨里海盆地和中东波斯湾地区[ 1]。近年来 , 全球共发现 12 个大型碳酸盐岩油气田 , 主要分布在中东 、滨里海 、中国等地区 。储层类型包括台地边缘 、台地边缘生物礁和内部颗粒滩等 。圈闭类型主要为构造和构造 —岩性 、盐下地层圈闭 。沉积模式的改变与礁滩体的准确预测在碳酸盐岩大油气田发现中起了关键作用 。如美国得克萨斯田 , 早期据二维地震资料解释为位于台地边缘 ; 但应用三维地震资料并结合高分辨率层序地层学对该地区进行精细刻画后 , 建立了新的沉积模式( 图 2) , 田位于台内高地迎风滩脊 , 真正台缘向其东南方向前积 5 , 新发现了长 40 4.8 台缘有利区带 。田的发现是应用沉积模式 , 利用三维地震资料准确预测礁滩体位置的另一个典型实例 。滨里海盆地泥盆系 —二叠系地层发育大规模生物礁体 , 厚度 1 000 ~3 000 m, 平均孔隙度为 8% ~14%, 渗透率为 10 ~1000 圈闭类型为发育在盐下层的大型隆起与生物礁和发育在盐上层的盐丘构造 。20 世纪 60 ~ 80 年代初 , 油气勘探已在环滨里海礁带 ( 陆上 ) 发现 气田和 气田 ; 自 80 年代开始对陆上进行油气勘探 ,但仅找到一些中小型礁体油气田 , 如 田和2511 地球科学进展 第 26 卷田等 ; 90 年代提出研究区大型礁体向海域延伸 , 经过海域二维地震勘探分析 , 初步在该海域中发现了大型礁体 ; 90 年代末期 , 对海域开展三维地震勘探 , 进行礁滩体和储层精细刻画 , 识别出长 75宽 45 礁体 ( 图 3) , 确定了发现 井 , 并 于 2000 年 发 现 了田 。我国海相储层分布广泛 , 时代从前寒武系到中图 3 田 3D 地震成像图 3D 海相碳酸盐岩发育岩溶 、白云岩与礁滩 3 类主要储集体 , 油气沿隆起斜坡 、台缘带等大面积分布[ 2]。近年来 , 中国海相碳酸盐岩正处于油气勘探的大发现时期 , 台缘礁滩复合体 、台缘礁与鲕粒滩 、岩溶勘探领域成果显著 , 如轮南 —塔河奥陶系油田 、普光三叠系飞仙关组气田 、塔中奥陶系油气田 、鄂尔多斯中央气田等碳酸盐岩大油气田 , 已形成了塔里木 、四川 、鄂尔多斯三大碳酸盐岩大油气区 。另一方面 , 海相碎屑岩分布范围也较广 , 古生代发育4 期海相碎屑岩 , 现今盆内仍保存滨 、浅海两大沉积体系 。海相碎屑岩大面积储层砂体发育于三角洲 、海滩等 5 种沉积类型 , 油气藏主要为地层 、岩性油气藏 , 储量规模较大 。在塔里木盆地发现了我国第一个亿吨级海相碎屑岩大油田 ———哈得逊油田 。据最新资源评价结果 , 我国海相可采油气资源量约为 95×108t。2.5 前陆盆地沉积储层研究进展与油气勘探进展前陆冲断带是发现构造油气藏的主要领域 。目前全球发现的大型油气田基本分布在安第斯 、扎格罗斯与塔里木等大型前陆盆地造山带中 , 圈闭以断块和大型背斜为主 , 如中东伊朗 田的发现 、中国中西部前陆盆地如库车前陆盆地克拉苏构造带的重大发现[ 1]。国外前陆盆地具有典型双层结构特征 , 下部被动大陆边缘多发育海相优质烃源岩 , 上部多发育有利储盖组合 , 构造圈闭成排成带分布 。国外周缘和弧后前陆盆地油气地质认识和勘探程度较高 , 且已形成较成熟的技术系列 。就构造 —沉积充填响应方面 , 国外开展了构造 —沉积物理模拟技术研究 , 将前陆盆地构造模拟 、沉积物理模拟有机结合 , 探讨前陆盆地沉积充填的构造成因机理与主控因素 。中国前陆盆地以陆内前陆盆地为主 , 形成于中新生代 。烃源岩以陆相煤系 、湖相泥页岩为主 , 冲断带构造圈闭类型多样 , 常见盖层滑脱型 、断背斜和基底卷入型背斜 ; 是寻找大油气田的重要地区 , 盆地内冲断带 、前陆冲断带下盘 、前陆盆地深层地区都是油气勘探的重点领域 。目前 , 已在塔西南前陆冲断带获得突破 , 发现柯克亚油气田和阿克莫木气田 ; 塔里木盆地库车西秋构造带 、克拉苏构造带的下盘和深层地区 、准噶尔盆地南缘霍玛吐背斜带深层地区以及四川盆地米仓山 —大巴山前中深层地层都将成为未来油气突破的重要地区 。前陆盆地斜坡区地形坡度较缓 , 大规模沉积体系发育 , 呈大范围广泛展布 , 是大面积连续型岩性地层与大型地层油气藏形成的重要地质基础 , 如中国四川盆地前陆斜坡地区须家河组发育连续型特低孔3511第 11 期 朱如凯等 : 全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求渗 ( 致密 ) 砂岩气藏 。北美与南美等广泛发育前陆斜坡的加拿大阿尔伯达省天然沥青和委内瑞拉 重油的地层油藏 。2.6 非常规储层成因机理研究与非常规油气勘探非常规油气包括致密砂岩气 、页岩气 、煤层气 、天然气水合物 、天然沥青砂和重油 , 其中天然沥青砂达 1 067 ×108t、重油资源 658 ×1012t, 资源潜力巨大 。近年来 , 全球非常规油气以北美地台区致密砂岩气与页岩气藏的发现为主要突破 。中国已在四川盆地下寒武统 —下志留统发现了非常规连续型页岩气 、鄂尔多斯盆地中生界华庆地区发现了大规模分布的连续型致密油 。页岩气藏在北美地台区自2000 年发现的 5 个盆地 ( 阿帕拉契亚 、伊利诺斯 、密西根 、沃斯堡和圣胡安盆地 ) 发展到 2008 年的 30 个盆地以上 , 页岩气产层涵盖了北美地台区所有的海相页岩烃源岩 , 美国页岩气藏钻探深度由 600 ~2 000 m 增加到 2 500 ~4 000 m。北美致密砂岩气发现可采储量已达 13 ×1012目前美国年产量达到 1 775 ×1081]。近年来 , 我们建立了综合应用压汞 、场发射扫描电镜 、微米 —纳米 究孔隙结构的表征方法 , 揭示了非常规储层的纳米级孔喉系统 , 首次在鄂尔多斯盆地致密砂岩 、四川盆地页岩等非常规储层中发现了广泛分布的纳米级孔隙 , 建立了致密砂岩气地质评价方法行业标准 , 有力地推动了我国致密砂岩气和页岩气的勘探进程 。中国致密砂岩气勘探对象主要为古生界海相地层和中新生代陆相地层 , 具有多数与煤系伴生 , 大范围分布 , 源储共生的特征 。古生界海相致密砂岩气重点勘探层系包括塔里木地台的志留系 、扬子地台的泥盆 —志留系和华北地台的石炭 —二叠系 , 勘探面积约 260 ×104累计砂岩厚度达 500 ~2 700m; 中国中新生代陆相致密砂岩气勘探地区涵盖了鄂尔多斯 、四川 、吐哈 、准噶尔 、柴达木 、塔里木 、渤海湾与松辽等主要陆相盆地 , 远景资源量已大于 30 ×1012国包括海相与陆相 2 类页岩气资源 。重点领域包括三大海相地区和五大陆相盆地 , 三大海相地区是扬子地台古生界海相页岩 、华北地台 —河西走廊古生界海相页岩与塔里木盆地寒武 —奥陶系海相页岩 ; 五大陆相盆地有松辽盆地白垩系 、渤海湾盆地古近系 、陕甘宁盆地上三叠统 、准噶尔盆地石炭 —侏罗系和吐哈盆地中 —下侏罗统 ; 页岩气有利勘探面积 ( 83 ~120) ×104初步预测远景资源量 ( 80 ~100) ×101216]。2.7 火山岩油气储层评价与火山岩储层油气勘探火山岩储集层研究进展主要包括 : 建立火山岩岩性岩相模式 、分析火山岩发育构造背景 、恢复火山岩岩相古地理 、重磁电震联合预测火山岩储集层 、分析储集层形成主控因素以及有利储集层分布等方面 , 对火山岩发育区油气资源潜力评价和有利区带评价的研究提供了理论依据 , 使火山岩油气勘探突破成为可能[ 17]。火山岩储层油气藏已有 120 多年勘探历史 , 全球范围内 , 已发现的火山岩油气藏数百个 , 主要分布在环太平洋与中亚地区 , 如美国 、墨西哥 、委内瑞拉 、阿根廷 、中国 、日本 、印度尼西亚 、格鲁吉亚 、阿塞拜疆 、俄罗斯等地区 。其中较为著名的是格鲁吉亚的萨姆戈里 —帕塔尔祖里凝灰岩油藏 , 阿塞拜疆的穆拉哈雷喷发岩 ( 安山岩 、玄武岩 ) 油藏 , 印度尼西亚贾蒂巴朗安山岩油藏 , 日本的吉井 —东柏峙流纹岩油气藏等 。我国自 1957 年首次在准噶尔盆地西北缘石炭系发现火山岩油藏以来 , 相继在渤海湾等 11个盆地发现了一批火山岩油气藏 。特别是 2000 年以来 , 相继在松辽 、准噶尔 、三塘湖等盆地 , 取得了火山岩油气勘探重大突破 。我国目前在火山岩油气藏领域 , 累计探明储量已达数亿吨油和数万亿立方米天然气 , 几乎所有的含油气盆地内都有不同程度的火山岩油气发现和开发 。如松辽盆地兴城气田营城组一段火山岩气藏 , 徐深 1 区块营一段火山岩含气面积 34. 9 徐深 1 区块已探明天然气地质储量413.4 ×108图 4) 。我国火山岩分布面积广 , 总面积达 215. 7 ×104预测有利勘探面积为 36 ×104火山岩中剩余资源丰富 , 勘探潜力大 , 初步预测火山岩总的石油资源量超过 60 亿 t 当量 , 是未来油气勘探开发的重要领域 。据测算 , 在今后几年内中国内地火山岩油气藏将进入快速发现和开发阶段 。2.8 深层 —超深层有效储集层成因研究与深层油气勘探随着油气勘探程度的不断深入 , 油气勘探向深层发展势在必行 。近年来 , 关于深层油气的科学研究和勘探实践日益增多 。如美国贾伊费尔德气田寒武 —奥陶系碳酸盐岩储层埋深 8 088 m, 储层中次生孔 、洞 、缝大量发育 , 孔隙度为 25%, 渗透率为 1 020×10-3μ外 , 美国西内盆地阿纳达科凹陷米尔斯兰奇气田带 7 663 ~8 083 m 深度也发现了好的下奥陶统碳酸盐岩储层 。4511 地球科学进展 第 26 卷图 4 兴城气田徐深 1 构造 —岩性气藏剖面图 ( 据中国石油大庆油田分公司 ) , 国塔里木盆地 , 塔参 1 井在 7 100 m 进入上震旦系花岗闪长岩 , 其上白云岩缝洞非常发育 , 录井 、取芯 、气测均有油气显示 ; 轮东 1 井在 6 785 ~6 805 m 的奥陶系累产原油 28. 61 在 7 141 ~7 180 m 的深度发现低产天然气 , 哈拉哈塘地区多口井在接近 7 000 m 的奥陶系有工业油气流产出 。塔深 1 井在寒武系见到了良好的油气显示 , 在埋深 8 400 m、温度 160 ℃、压力 80 上寒武统白云岩溶洞储集层中发现了褐黄色液态烃 , 根据甲基菲指数换算的原油成熟度在 1. 08% ~ 1. 2% 之间 , 为高成熟轻质油或凝析油 。对下奥陶统 —上寒武统 6 800 ~7 538 m 进行测试时 , 有少量天然气产出 , 天然气以烃类气体为主 , 占 97%; 干燥系数为0.97, 甲烷碳同位素组成 - 37. 9‰, 对应的气源岩.65% ~1. 91%, 气的成熟度高于原油 , 属于典型的高演化油型干气 。塔深 1 井寒武系位于轮南台缘带 , 白云岩储层储集空间类型以晶间孔 、晶间溶孔及裂 ( 溶 ) 缝为主 。塔深 1 井岩芯测试孔隙度 0.6% ~9.1%, 渗透率 ( 0.001 ~34.4) ×10-3μ井解释储层 44 层 641 m, 其中 I 类储层 66 m/7 层 ,孔隙度 4. 5% ~10. 4%, 孔隙类型为裂缝 —孔洞型 ,主要发育于中寒武统 ; 储层 127 m/9 层 , 孔隙度3% ~5.7%, 孔隙类型为孔洞型 , 主要发育于下寒武统 、中寒武统和上寒武统底部 ; Ⅲ类储层 456. 5 m/28 层 , 孔隙度 0.63% ~5%, 孔隙类型为溶孔型或裂缝型 , 主要发育于上寒武统 。塔深 1 井证明轮南寒武系台缘带具备油气运移成藏条件 , 是下一步勘探重要领域 。库车坳陷大北 3 井勘探证实 , 大于 7 000 m 仍有好的碎屑岩储集层发育 。3 沉积 、储层研究重点发展方向沉积 、储层研究是油气勘探部署 、油气发现 、储量增长的重要内容 。沉积 、储层研究的不断深入 , 必将推进油气勘探开发的深入 。同样 , 伴随着油气勘探领域的逐渐深入和拓展 , 也将有助于沉积学理论的创新和技术进步 。全球剩余油气资源潜力表明 ,常规油气资源总量尽管仍然巨大 , 但采收率较低 ; 非常规资源将随着油气地质理论的不断创新和技术的进步 , 逐渐扩潜增产[ 2, 18, 19]。因此 , 沉积储集层研究重点发展方向主要包括以下几个方面 :3.1 层序地层标准化与三维沉积体模式层序地层学研究的核心内容是层序地层划分与界面追踪 、层序地层与沉积环境关系 、沉积体系与层序地层关系 、等时格架内储集体分布模式 。应加强高精度层序标准化 、全盆地三维沉积体系 、储集体沉积动力机理 、储集体分布规模等方面的研究[ 20, 21]。3.1.1 层序地层标准化研究始于 20 世纪 70 年代的层序地层学 , 目前已经发展成为了解和预测沉积体分布的最基本方法 , 这5511第 11 期 朱如凯等 : 全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求种方法是在时间框架内研究地层叠置样式 。地层堆积样式的演变能反应可容纳空间和沉积作用之间的相互影响以及沉积趋势组合 , 主要包括进积作用 、退积作用 、加积作用和下切作用 。2009—2010 年 , 加拿大 [ 22, 23]著名北美沉积学家在 , 发表了 《走向层序地层的标准化 》和 《层序地层学 : 三十年发展后的共性 》2 篇重要文章 , 指出层序地层标准化可能成为未来层序地层研究的重要领域 , 层序成因模式 、标准建立 、工业化应用是核心 , 结论是向共同方法迈进[ 22 ~24]。国内 , 自 20 世纪 80 年代引进层序地层学概念以来 , 针对中国沉积地质特征 , 创造性地发展和完善了层序地层学研究 , 特别是陆相层序地层学的研究 ,在油气勘探生产中起到了重要的促进作用 。但现阶段 , 面临露头 、钻井和地震层序划分不统一 , 导致工业化应用难 ; 不同研究者对同一地区层序划分结果差异大 、同一研究者对同盆地不同区块层序划分不一致等层序标准统一难的问题 , 如据相关资料 , 针对柴达木盆地第三系层序地层的划分 , 三级层序划分的个数可以为 6 -7 -25 -45 -56 个不等 , 给生产部门的应用带来了很大的问题 。目前 , 我们主要利用野外露头伽马仪 、元素捕获仪 、探地雷达以及元素地球化学等多种手段建立露头层序地层格架 , 识别三级层序界面与洪泛面 , 进行高精度层序划分研究 , 初步建立了鄂尔多斯晚三叠世坳陷湖盆 、四川晚三叠世前陆湖盆及滦平早白垩世断陷湖盆等 3 类湖盆典型露头层序地层标准剖面 , 并尝试开展露头 —井下对比模式研究[ 25, 26]。据此建立了坳陷湖盆及断陷湖盆三级基准面旋回格架内砂体分布模型 , 得出三级基准面旋回界面之上叠置连片三角洲平原砂体富集油气藏的初步认识 。并在层序地层格架内研究成岩作用特征 , 预测有利储集体分布 , 根据上倾方向成岩作用特征预测下倾方向的沉积层序 , 或者根据下倾方向的层序地层预测上倾方向成岩作用特征 。这对湖盆沉积地质研究起到了积极推动作用 。3.1.2 沉积体系的 分析方法应用与三维沉积模式建立 是指从源 ( 到汇( , 开展古气候 、地貌参数 、沉积过路区 、沉积面积以及沉积物供给等方面的定量评价 。析方法还强调分析物源区及其与沉积区的相互联系 。在此基础上 , 通过典型储集体的三维精细解释 , 特别是地震沉积学的应用 , 建立不同类型储集体的三维沉积学模式 , 指导储层评价预测[ 20, 27 ~30]。3.1.3 深水页岩层序地层学开展深水页岩层序地层学研究是沉积储层学重要的研究热点与难点之一 , 海相页岩更是页岩气勘探生产的重要层系[ 16]。近年来 , 我们探索了综合应用地层岩性描述 、古生物分析 、特殊沉积层识别 、元素捕获仪测量 、元素伽马仪测量 、元素地球化学分析进行深水页岩地层剖面层序地层学分析的新方法 。以四川盆地长宁剖面为例 , 龙马溪组总体发育由深水到浅水的完整沉积旋回 , 早期整体为深水陆棚沉积 , 富有机质黑色页岩厚度稳定 。 以划分出 3 个层序 。其中五峰组划分为 龙马溪组划分 个三级层序 ( 图 5, 表 1) 。序以炭质 、硅质页岩为主 , 以叉笔石为特色 , 斑脱岩出现频次高 , 22. 5 ~33. 6。黑色炭质 、页岩和粉砂质页岩为主 , 以尖 、锯笔石为主 , 上部笔石个体变大且出现半耙笔石 , 斑脱岩出现频次较高 , 21. 9 ~ 56。粉砂质页岩为主 , 笔石个体变长 , 数量变少 , 斑脱岩出现频次降低 , 18~42。总体上 , 水深变浅 , 钙质增加 。3.2 海相碳酸盐岩与碎屑岩储层中国海相碳酸盐岩和碎屑岩地层时代老 、埋深大 、储集层成岩作用复杂 , 非均质性强 , 油气勘探面临一系列重大科学问题 。针对海相储层的沉积相类型与模式 、沉积体系分布 、储层形成机理等问题 , 国内外学者从不同方面 、不同地区已做过多方面的研究和探讨 。如海相储层成岩作用和次生孔隙的形成与演化关系 ; 海相碎屑岩优质储层形成的主控因素 ,包括沉积环境 、地温场 、早期油气充注 、绿泥石包膜 、微晶石英包膜 、异常高压和次生孔隙发育等 。海相碳酸盐岩储层形成的主控因素复杂 , 包括有利的沉积相带 、白云石化作用 、不同期次溶蚀作用 、构造破裂作用 、硫酸盐热化学还原反应作用 、烃类的早期注入等 。特别是在碳酸盐台地精细刻画 、岩溶储集层成因分类 、岩相古地理恢复 、碳酸盐岩储集层多期叠加改造机理等方面的研究不断取得新进展 。3.3 深水沉积模式与储集体分布目前 , 海洋沉积学学派与层序地层学学派是深水沉积理论的主要学派 , 研究学者包括了 著名沉积学家 。其中 , 重于研究 ( 砂质 ) 滑塌 、( 砂质 ) 碎屑流 为主的相 、底流再作用 、海底扇模式 、分类等内6511 地球科学进展 第 26 卷7511第 11 期 朱如凯等 : 全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求表 1 四川长宁剖面五峰组 —龙马溪组层序地层划分特征表 序统 组 层序 体系域岩性 化石特征特殊沉积( 出现频次 )古水深( a)钙质 厚下志留统灵溪桥组龙马溪组深 ) 灰 色 粉 砂 质页岩25 m,五斑脱岩层66 m,6 层斑脱岩层浅较浅高高相对低值相对较低值厚层黑色页岩 、含钙质页岩 、84.1 m,8 层斑脱岩较深 较高相 对 较 高值 , 相 对 低值中厚 —厚层72.1 m,9 层斑脱岩层深 →较深 较低相对 低 值 ,相对较高值中厚 —厚层炭质页岩夹斑脱岩薄层 6个带74.4 m,8 层斑脱岩深 低值相 对 较 高值 , 相 对 高值薄层 —中厚层上奥陶统观音桥段五峰组宝塔组笔石页岩顶部产笔石中下富产腕足化石1 层介壳灰岩 较浅 高 相对较低值 中厚层粉砂质 、钙质页岩 , 夹斑脱岩薄层6.3 m,4 层斑脱岩较深 较低 相对中高值 厚层黑色页岩 、炭质页岩夹斑脱岩薄层3.2 m,7 层斑脱岩深 低 相对高值 薄层浅灰色泥晶灰岩夹深灰色瘤状灰岩产角石 浅 高 低值 厚层容[ 7 ~9]; 研究多涉及深海细粒沉积物 。总之 ,深水沉积研究内容多样 , 总体包括了深水沉积中各类沉积类型实例 ( 浊流 、碎屑流 ) 、深水砂岩沉积特征以及三维地震技术刻画深水沉积地貌特征等方面 。中国海域油气勘探已取得了很多重大突破 , 相对国外墨西哥湾 、巴西海岸 、西非大陆架 、澳大利亚西北陆架等 “黄金海岸 ”油气勘探成果 , 仍有较大差距 。加快开展大陆架及深水沉积体系和储集层特征的研究将成为海域油气勘探突破的重点 。3.4 深部储层发育机理研究油气勘探正不断向深部层系拓展 , 埋藏深度在6 000 ~7 000 m 的深部储层仍有勘探新发现 。深层油气勘探研究的关键内容是深部储集层保持和发育机理 、深层油气成藏条件等方面 。因此 , 应开展沉积盆地中深部有效储集层形成机理的研究 , 如粘土膜保护作用 、埋藏方式 、烃类早期充注 、次生溶蚀作用 、构造裂缝作用对深部储层发育的贡献大小 。3.5 致密砂岩 、页岩等非常规储层纳米级孔喉系统的定量表征随着非常规油气勘探的不断深入 , 发现致密砂岩 、页岩中也可储存有丰富的油气资源 。作为衡量和评价储层优劣重要指标 , 孔喉特征研究一直受到国内外石油地质学家的广泛关注[ 31 ~35]。近期 , 我们利用场发射扫描电镜技术与 术对四川盆地须家河组 、鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩油气储层与四川盆地志留系页岩气储层孔喉结构的研究中 , 首次发现了小于 1 μm 的纳米级孔喉[ 36]。将储层中微孔划分为微米孔与纳米孔两大类型 。纳米级孔喉系统的发现改变了微米级孔喉是油气储层唯一微观孔喉的传统认识 , 为解决非常规储层孔喉特征与油气聚集机理提供了重要研究思路与方法 。下一步 , 重点是提取定量表征纳米孔喉特征的参数值 , 为非常规油气资源评价提供参数 。3.6 火山岩 、变质岩等特殊储层目前 , 针对火山岩 、变质岩等特殊储层研究已开8511 地球科学进展 第 26 卷展了相应的研究工作 。初步将火山岩储集空间按照成因划分为原生孔隙 ( 气孔 、粒间孔 、晶间孔等 ) 、次生孔隙 ( 溶孔 、溶洞等 ) 和裂缝 ( 冷凝收缩缝 、炸裂缝等 ) 三大类 。研究表明 , 成岩作用在火山岩储层演化具有双重作用 , 充填与溶蚀作用共同改造着储集性能 。其中风化淋滤作用对储集层的改善具有至关重要的地位 , 火山岩相 、岩石类型等方面也控制储集层的发育 。总之 , 火山作用 、构造运动 、风化淋滤作用以及流体作用共同影响和控制着火山岩储集层的发育程度[ 37]。近年来 , 火山岩野外标准露头及建模方面也开展了一系列的研究工作 , 利用大量实测资料进行分析 , 分析了不同地质环境喷发的火山岩储层模型 。但对露头与地下火山岩储层对比 、成因及控制因素等方面的研究涉及甚少 , 而该方面的研究却是油气勘探急需之处 。下一步重点是 , 研究火山岩 、变质岩储层成岩改造作用机理 , 包括成岩作用类型 、成岩演化阶段 , 定量表征成岩改造程度对储集空间的影响 。3.7 沉积储层实验分析技术沉积储层实验分析技术是沉积学发展的重要手段 , 第一 , 需持续推进多学科技术手段在油气储集层研究中的应用 , 如纳米 子力显微镜等 ; 第二 ,需加强沉积 、成岩物理模拟和数值模拟 , 提供沉积动力与成岩过程和动力学的定量参数 ; 第三 , 需加强在一定沉积模式指导下的测井评价技术和地球物理预测技术研究 , 提高勘探开发准确性 。参考文献 ( :[ 1] et J] . 2010, 37( 2) : 129 邹才能 , 张光亚 , 陶士振 ,等 . 全球油气勘探领域地质特征 、重大发现及其非常规石油地质 [ J] . 石油勘探与开发 , 2010, 37( 2) : 129[ 2] et develo
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本文标题:2011-全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求
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