hg东营凹陷深源热流体在油气形成中的作用

hg东营凹陷深源热流体在油气形成中的作用 西北大学学报(自然科学网络版) 2004年1月，第2卷，第1期 Science Journal of Northwest University Online Jan. 2004，Vol.2， No. 1 东营凹陷深源热流体在油气形成中的作用 1～2134 万丛礼,李元昊, 李继红, 赵密福 (1.长庆油田公司 勘探开发研究院， 陕西 西安 720021;2.中国科学院兰州地质研究所，甘肃 兰州 730000;3.西北大学 地质学系，陕西 西安 710069; 4.胜利油田公司 东辛采油厂，山东 东营 257062) 摘 要:通过有机碳、镜煤反射率和热解等分析～发现东营凹陷局部地区的烃源岩丰度和成熟度 出现异常。研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:这些地区发生了强烈的深源流体活动～深源流体是地下深部物质和热的重 要载体～流体的热作用加速了烃源岩的成熟,流体中的H对烃源岩起到加氢作用～扩大了其生烃2 量,流体产生的高压大大提高了烃源岩的排烃率。认为深源流体显著提高了其活动区的油气丰度。 关 键 词:东营凹陷,深源流体,油气生成,排烃作用 中图分类号:TE 112.1 文献标识码:A 文章编号:1000-274X(2004)0046-06 沉积盆地中的流体，按成因可分为沉积流体和深源流体两大类。前者来源于地球表层、赋存于沉积物孔隙中的流体(包括地层水、油和气等)，并且分布广泛，几乎无处不在。后者指来自于中地壳以下及地幔的流体(包括岩浆冷凝流体和地热流体)。其中，岩浆冷凝流体是岩浆在冷却过程中析出的流体，而地 林5热流体是地下深部流体沿深大断裂直接上涌的结果，分布很局限。深源流体与沉积流体的物理和化学性质都有很大差别，前者具有高温、高压和化学性质活泼之特点，成分以水为主，且含有大量的挥发组分和金滨18 属成矿元素。深源流体大大改变了其活动区域的温度场、压力场和化学场，而这三场正是烃源岩生烃演化、 里1油气运移的能量来源。所以，深源流体活动区的烃源岩生烃演化和油气成因必然具有特殊性。 东营凹陷是渤海湾盆地内的一个重要的富油凹陷，火成岩和深源流体较为发育。早第三纪时由于深大断裂活动加强，在沙三段主力生油层中形成了一些辉长岩体，主要有林南断层南缘的辉长岩群、石村断层纯104北缘的纯104井区辉长岩、博17井区辉长岩及高青断裂东部的通35井区辉长岩等(见图1)，为岩浆冷凝 断裂林南 利津洼陷 高41通85博9高81 村石裂断博17裂断青高 牛庄洼陷 通35 起高 青 凸 图1 东营凹陷沙三段辉长岩平面分布 通35 Fig.1 Distribution of gabbros in Dongying depression 金25 博兴洼陷起隆鲁 收稿日期:2003-09-11 01020km辉长岩基金项目:中国石油天然气总公司基金资助项目(EX-99-09) 西 审 稿 人:任战利，男，西北大学地质学系教授 流体的形成和活动奠定了基础。另外，通过气体地球化学、包裹体、古地温梯度、成岩矿物和重金属元素 [1]等分析，证实凹陷北部边缘郝1井一带(无火成岩)也发生过深源流体活动。本文通过深源流体对烃源岩生烃、排烃作用研究，以探讨东营凹陷深源流体活动区的油气成因机理。 1 深源流体对烃源岩生烃的热作用 深源流体是物质和热量的重要载体，当流体从岩浆中分离出来或从深源上涌时，也带来大量的热。不同类型岩浆的结晶温度不同，一般安山岩900~1 000?，辉长岩900~1 150?，闪长岩770~850?，花岗闪 [2]长岩700~800?，花岗岩700?左右，玄武岩1 000~1 250?。即基性程度越高，火成岩的结晶温度越高，当然它们分溢出的流体初始温度也越高。东营凹陷下第三系侵入岩绝大多数是基性辉长岩，所以它们分溢出的流体温度相对较高，主要在900~1 150?之间。由于这些流体的温度远远高于围岩温度，所以其热量不断传递给围岩，并对围岩的成岩和生烃起到重要影响。 2现以纯西地区为例。纯西地区沙三段主力烃源岩(暗色泥岩)中发育一面积达28 km，厚度4~39m(平均为17.4m)的辉长岩体。分析发现，辉长岩下伏泥岩具有深部成熟度低，而浅部成熟度高的反常现象，且CY14和CY23两样品之间仅相差16.5m，但它们的R竟相差7.77倍，T相差63?(见表1，图2)。omax 这表明辉长岩及其热流体对烃源岩生烃起到了强大的促进作用，且主要是热流体作用的结果。尽管岩浆冷 [2]凝流体只有岩浆的5%~10%(质量比)，但由于其密度低、粘度小、化学性质活泼，能够轻易进入到烃源岩内部，因此对其生烃起作用。然而，由于辉长体易于固结，对烃源岩的作用只有借助于其分溢的流体加以实现。 表1 纯102井辉长岩下伏泥质烃源岩地化特征 Tab. 1 Geochemical characteristics of the source rocks under gabbro in well Chun 102 R样品 距 辉 深 度 有机碳氯仿沥青“A”热 解 o岩 性 /% /m /% /% 编号 长岩/m S/% S/% T/? 12max CY14 0.1 2 388.0 0.17 502 0.02 0.01 4.74 堇青石角岩 很少，检不到 CY16 10.2 2 398.1 0.15 0.00 0.00 堇青石角岩 很少，检不到 检不出 CY19 15.8 2 403.7 0.22 0.009 2 464 0.02 0.01 泥质板岩 CY23 16.6 2 404.5 6.27 0.578 5 439 1.05 32.78 0.61 正常泥岩 深源流体还可通过深大断裂直接上涌而成。如凹陷北部的郝科1井一带并无火成岩，但3 900 m处烃源岩成熟度却发生突变，R由0.7%猛增至1.6%，而在5 200 m处又回落到区域变化线上。另外，包裹体o 温度和实测井温表明，3 800~4 800m井段有高异常，而且镍、钴等元素丰度也非常高，反映该段地层曾发 [1]生过强烈的深源热流体活动。 温度是烃源岩生烃演化或油气形成的决定性因素，温度与反应速度呈指数关系，温度每升高10度， [3]反应速度就增加2~4倍。据岩石化学法计算，纯西地区岩浆冷凝流体的初始温度高达1 210?(即辉长岩的结晶温度)，而埋藏史分析表明辉长岩侵入前该地层的温度只有100?左右。这说明深源流体大大提高了流经区域烃源岩的温度，从而导致烃源岩早熟、高熟或过熟。 2 有机质丰度TmaxRo热解烃可溶烃岩mΩ电阻率/自然电位 深度辉长岩及围-1-1油层/?/%mg.gTOC/%“A”/%性mg.g /mV0 20 /m 岩相带划分0 3.5 70 0.35 0.70 35300 600 00.62.551.20柱-0 425+正常泥岩 变余泥岩 板岩 堇青石角岩 辉长岩边缘相 辉长岩中心相 辉长岩边缘相堇青石角岩 板岩 变余泥岩 正常泥岩 辉长岩堇青石角岩板岩变余泥岩正常泥岩油层 图2 纯102井辉长岩及周围烃源岩综合柱状图 Fig.2 Geological column in the Chun-102 well where are gabbro 2 深源流体的成藏作用及其对烃源岩的加氢作用 近一二十年以来，通过探测和观察证实，地球深部存在丰富的无机天然气。如唐山大地震、宁河6.9级地震和塔吉克斯坦6.7级地震都观察到大量CO，CH，H等气体的排放以及地震时出现的地光。另外，242 。北纬21东太平洋隆脊热液喷口喷出的气体中含有丰富的CO，CO，CH，CH，H，HS，N，He等气2426222 [4]体，而东非裂谷带上的基伍湖在水深300 m含1.51 mg/g的CO、0.4 mg/g的CH及高丰度的HS，N。24 22当构造活动或地震发生时，深部流体往往沿深大断裂上涌，遇到合适的圈闭时可形成无机气藏，如松辽盆 [5]地的万金塔CO气藏，肇州西和昌德的烷烃气藏，渤海湾盆地的平方王、平南和花沟CO气藏，以及世22 [6]界上其他油气藏等均与深源流体有关。许多大型油气田往往发育于裂谷带，其原因是这些裂谷、断陷就 [4]是地球上规模最大的地球内部流体排放带。 除直接形成无机气藏外，深源流体还与烃源岩发生相互作用，形成无机与有机混合的油气藏。流体中的无机H，CH就会在沉积物颗粒边缘同自由价相互作用，生成一系列甲基化合物，进而形成烃类组分。24 研究发现，现代沉积物内游离基(游离氢、甲烷基和双基CHCH等)相互作用的速度多半取决于来自流体224 [7,8]中H，CH的数量及沉积层的厚度和性质。有机质与烃类相比主要是贫氢，即烃源岩的生烃演化是一24 个加氢过程，外来氢的加入可以显著促进含氧基团化合物向烃类的转化，如脂肪酸在还原条件下通过加氢作用生成烃类。 CH(CH)COOH+3H?CH-(CH)-CH+2HO 32n232n-132 根据上式，1 t H通过加氢反应可以生成2.67 t CH(或5 t CH，7.3 t CH或更多的其他烃类)，即随着碳242638 3 原子数的增大，生成烃的数量也急剧升高。包裹体分析发现，东营凹陷高青、纯西等地区玄武岩中含有丰富的无机烃类和氢气(见表2)。其中:CH含量在不同的相态中差别较大，液相中含量虽然相对较低，却4 稳定(0~15.2%)，而气相中变化较大，最高达28.2%;H仅存在于气相中，含量为0~28%。当这些深源流2 体上涌进入沉积层以后，与烃源岩发生加氢反应，从而促进其生烃演化，并提高区域上油气的丰度。如:纯西辉长岩周围发育大卢湖、博兴、纯梁和小营等多个油田;郝科1井一带也发育著名的胜陀油田，这些油田与深源流体对烃源岩加氢生烃作用不无关系。 表2 东营凹陷及邻区玄武岩和辉长岩流体包裹体成分 Tab. 2 Inclusion compositions of basalts and gabbros in the Dongying depression and its adjacent region 寄主 气相/% 液相/% 地区 样号 井号 层位 矿物 CO N HS CH CO SO HO H HO CO HS CH SO 222422222242 高气2 辉石 S2 K 34.4 14.6 28.2 22.8 72.2 13.7 14.1 高气41-1 辉石 S4-1 K 39.4 44.1 11.1 5.4 56.7 16.5 15.2 11.6 高青 高气41-1 辉石 S4-2 K 54.3 10.9 32.0 28 81.9 11.2 6.9 高56 高56 橄榄石 K 58.2 19.3 13.8 8.7 42 43 6 9 高41 高41 橄榄石 Ek 57.5 14.7 13.6 14.2 66 22 8 6 阳25 辉石 S17 Es 72.7 12.7 9.7 4.9 28.4 43.1 6.7 11.9 9.9 3 阳25 阳25 Es 辉石 364.5 6.4 20.9 8.2 48 32 9 11 阳25-B 阳25 Es 辉石 356.8 26 10 7.2 45 26 12 8 9 阳20 Es 辉石 S15-1 366.3 14.9 6.9 7.2 4.8 55.2 33.1 11.7 阳信 Es 阳20 3辉石 S15-2 47.9 11.7 29 11.4 80 20 Es 阳20 3辉石 S15-3 60.6 9.4 5.5 19.6 4.9 35.5 50.3 14.2 阳20 阳20 Es 橄榄石 460.8 13.8 6.0 19.4 42 49 9 Es 3阳16 阳16 辉石 68.7 10.8 14.4 6.1 55 34 11 Es 纯西 纯103 纯103 3辉石 67.5 12.4 20.1 36 53 11 *除纯西地区外，其他样品均引自文献[9] 3 深源流体对烃源岩排烃作用 3.1 深源流体对烃源岩排烃的影响 深源流体对烃源岩排烃具有重要的影响，其作用主要表现在两个方面，一是高压导致烃源岩大量裂隙的形成，为排烃提供了通道;二是高压为排烃直接提供动力。一般，烃源岩中残余的有机质比较高，一是由于烃源岩成熟度低，其中的大部分有机质不能成烃，另外已生成的烃往往由于排烃动力小和粘土矿物吸附等而不能排出，影响了生烃量和排烃率。纯西辉长岩周围烃源岩除成熟度异常高之外，残余有机质含量非常低，并且距辉长岩越近烃源岩有机质丰度越低，辉长岩下伏15.8 m内烃源岩中的可溶烃(S)、热解1烃(S)、氯仿沥青“A”和有机碳少得几乎检测不出来，在距辉长岩16.6 m处(CY23)有机质丰度发生突2 变，可溶烃(S)、热解烃(S)、氯仿沥青“A”和有机碳分别达1.05%，32.78%，0.578%和6.27%，而该12 点的成熟度也基本恢复正常(R0.61%，T439?)。例如，虽然CY19和CY23两样品相距仅有0.8 m，但o max 氯仿沥青“A”相差62.88倍，有机碳相差27.5倍。再者，通过岩心和镜下鉴定发现CY14，CY16，CY19 4 三样品的热变质程度依次减弱，并在CY23处恢复正常(见表1，图2)，说明热流体在提高烃源岩成熟度的同时还大大促进了排烃作用。 3.2 流体对烃源岩的排烃作用机理 首先，流体从岩浆中分溢出来时能够产生“水力断裂”现象，从而导致周围烃源岩形成大量裂隙。研究发现，如果初始含水2.0%(质量分数)的岩浆侵位于2 km深处，当约33%的岩浆发生结晶时会被水饱和。此后，熔体的进一步冷却与结晶将导致“后退沸腾”(或“二次沸腾”)，发生后退沸腾时岩浆熔体的体积膨胀，内积增大。体积的增大与熔体饱和水的含量成正比，与压力成反比。当含水2.7%的花岗岩熔体在2 2km深处全部结晶时，体积将膨胀50%，所积聚的内压可高达n×100 MPa(n×1 000 kg/cm)，而最坚韧围岩的抗张强度仅有n×10 MPa。因此，多数刚性围岩难以借塑性形变适应如此巨大的体积改变，因而必将 [10]发生脆性断裂(水力断裂)，导致围岩大量放射状和同心圆状裂隙的形成。纯西辉长岩周围烃源岩中发育大量的裂隙，并为原油充填，已经成为特殊的储集层，表明这些裂隙也曾经是排烃的重要通道。 再者，热流体对烃源岩排烃作用还与其化学性质有关。深源流体中的CO，CO，N化学性质比较稳22定，但都能够溶于原油中，大大降低原油的粘度、密度和凝固点，从而降低了排烃阻力。虽然CO开始与2原油接触时一般不能混相，但它可形成一个类似于气驱过程的混相前缘。当CO萃取了大量的重烃组分2 C,C)后，便产生了可混性。由于CO和N的这种性质，所以它们成为油气开采中的重要驱油剂。 (53022 4 结 论 深源流体对油气生成具有重要的促进作用，主要表现在以下3个方面。 1)热作用。深源流体携带的热能使烃源岩早熟、高熟甚至过熟。 2)加氢作用。深源流体中的甲烷和氢气对烃源岩起到显著的加氢作用，加大了生烃量。 3)排烃作用。深源流体的异常高压导致烃源岩大量裂隙(排烃通道)的形成，为排烃提供通道和动力，从而提高了排烃率。 深源流体活动区的烃源岩具有早熟、高熟及油气丰富等特点，这一认识对该地区油气勘探具有重要指导意义。因此，深源流体活动区的油气研究应引起石油工作者的足够重视。 参考文献: [1]曾溅辉. 东营凹陷热流体活动及其对水-岩相互作用的影响[J]. 地球科学，2000，25(2):133-136. [2]袁见齐，朱上庆，翟裕生. 矿床学[M] . 北京:地质出版社，1993. 96-98. [3]曾国寿，徐梦虹，石油地球化学[M]. 北京:石油工业出版社，1990. 64. [4]欧阳自远，倪集众，项仁杰，等. 地球化学、历史、现状与发展趋势[M]. 北京:原子能出版社，1996. 27-29. [5]郭占谦，杨步增，李星军,等. 松辽盆地无机气藏模式[J]. 天然气工业，2000，6(20):30-33. [6]戴金星，裴锡古，戚厚发. 中国天然气地质学. 卷2[M]. 北京:石油工业出版社，1996. 189. [7]冯秀芳. 烃类形成过程中的热液脱气作用[J]. 石油地质信息，1997，18(4):222-227. 5 [8]单金榜. 外部氢源对沉积岩中烃类形成的必要性]J]. 石油地质信息，1997, 18(1):13-15. [9]赫 英，王定一，冯有良，等. 胜利油田火山岩中的流体包裹体成分及其意义[J] . 地球化学，1996, 25 (5):468-474. [10]涂光炽，刘英俊，祁思敬，等. 矿床地球化学[M]. 北京:地质出版社，1996. 246. (编辑 张银玲) Hydrothermal fluid’ effect on generating of oil and gas in Dongying Depression 1,2134WAN Cong-li, LI Yuan-hao, LI Ji-hong, ZHAO Mi-fu (1.Research Institute of Exploration and Development, Changqing Oilfield Company, Xi’an 710021, China; 2.The Geology Institute of China, Lanzhou 730000, China; 3.Department of Geology, Northwest University, Xi’an 710069, China; 4. Dongxin Oil Extraction Factory, Shengli Oilfield Company, Dongying 250162, China) Abstract: On the basis of organic carbon, Ro and pyrogenation, it was found that violent hydrothermal fluid happened in the main source rocks in part areas of the Dongying depression. The hydrothermal fluid is important medium of matter and energy, which played an important role in hydrocarbon generating and eliminating of the source rocks. On the one hand, the fluid raised layer temperature and made the source rocks mature. On the other hand, H from the hydrothermal fluid could enlarge and quicken hydrocarbons generating of the source rocks. 2 High pressure generated by the fluid improved prominently hydrocarbon eliminating ratio. Finally, the hydrothermal fluid increased greatly the abundance of oil and gas in the areas. Key words: Dongying depression; hydrothermal fluid; hydrocarbons generating; hydrocarbons eliminating. 作 者 简 介 万丛礼～男～吉林抚松人～生于1966年7月。1984,1986年就读于长春冶金地 质专科学校矿产普查与勘探专业,1986,1995年在中国建筑材料工业地质勘查中心吉 林总队工作～先后参加了“吉林省通化市石膏矿床普查与勘探”等8个矿床的野外地 质普查与勘探及综合研究工作,1995年进入吉林大学地球科学学院学习～1998年获 硕士学位,1998,2002年在石油大学,华东,攻读博士学位～现为长庆油田公司在站 博士后。先后在《石油大学学报》、《地质地球化学》等期刊上发表 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 9篇。 6 7