[科普中国]-盆地流体输导系统

研究背景

20世纪90年代以来，含油气系统及成藏动力学理论风靡全球，并成为当今石油地质学领域研究的热点问题。长期以来，传统石油地质学家一直把研究重点放在生、储、盖、运、聚、保等单因素上，而含油气系统及成藏动力学理论则是把各项石油地质条件构成统一系统，追索油气生、排、运、聚的全过程。含油气盆地含烃热流体的运动及其运聚成藏的全过程都是在三维的输导系统中进行，因此识别及研究由沉积体、间断面、断裂网络等要素构成的输导体系是成藏动力学研究的前提和基础。1

输导体类型及输导能力盆地流体流动的通道由不同输导体在三维空间上组合而成。这些输导体包括骨架砂体、层序界面、断层及裂缝。输导体的输导能力取决于岩石的孔渗性及不整合界面、断裂和裂隙的渗透能力。

1.骨架沙体

沉积盆地不同岩性的输导能力的差异很大，一般而言随着地层埋深增大，孔隙度和渗透率逐渐降低。其输导能力也减弱。在相同深度条件下砂岩的输导能力大大好于泥岩。因此，骨架沙体构成盆地流体的良好输导通道。骨架沙体如河道骨架沙体、三角洲骨架沙体等具有良好的孔渗性能，是沉积盆地内发育的重要输导体系。当烃类从生油岩进入骨架沙体后，烃类流体就以两相流体的形式沿骨架砂岩输导体系向低势区的圈闭运移和聚集。

2.不整合界面

不整合界面的存在意味着一定时间的间断和暴露，所以，在不整合界面形成时期往往具有较强烈的风化氧化作用，这样大大改善了界面附近孔渗条件;另一方面不整合界面之上往往发育砂砾岩层，比如在层序界面上除存在冲刷不整合面以外，还有下切水道充填复合体，它们可以作为油气运移的输导体系。如下白垩统 Denver盆地北部 Muddy砂岩的压力资料和成岩资料研究表明：层序界面上发育的下切水道复合体作为沉积物开始埋藏以来流体流动的输导体系。发育于层序界面之上的低位扇体往往成为油气聚集的有利地区。烃类沿层序界面流动时当遇到断层或泥岩等的封堵时便可形成低位扇油气藏。

3.断层和裂缝

断层及裂缝是沉积盆地内最重要的流体输导体之一，也是油气运移聚集的最主要的输导体或封隔体。断层和裂隙的输导能力取决于：

① 断层两侧的岩性;

② 断层面上泥岩的涂抹和断层带角砾的胶结程度;

③ 断层力学性质的转换;

④ 地应力和流体压力的幕式变化等。

断层为盆地流体垂向运移的主要输导通道。Hooper(1991)认为流体沿断裂运移是个周期流动过程，它与断裂活动期次和性质密切相关。在断陷盆地，生长断层及其裂缝对油气的运移和聚集有着非常重要的意义。

据 Steven等(1999)对 Louisiana远滨南部 Eugene岛 330区块分析表明：生长断层在烃从深层向浅层运移的过程中起着非常重要的作用。断层活动期与油气生成和运移期相同，那么该断层有利油气沿断层和裂隙运移。进一步的研究表明：虽然沿断层走向聚集的流体量不同，但生长断层是流体(烃)上升的主要输导体系是无疑的。如产油气丰富的尼泊尔三角洲体系中发育大量的犁式正断层，构成了良好的垂向输导通道。在某些压扭性断层亦对油气的运聚产生影响，如洛杉矶盆地扭性断层对油气进行重新调整和再分配（右图）。1

输导网络盆地内流体输导体的三维配置是十分复杂的，而且各种输导体的输导能力也随着盆地演化而发生变化。同样，油气运聚也很复杂，作为烃源岩和储集岩之间的输导通道常常是由于多种输导体组合形成的复合的输导网络。构造脊是指由于岩层产状发生改变而形成的正向构造的脊线，如背斜的脊线、鼻状构造的脊线等。当油从源岩进入储层，油气就在浮力、水动力和毛细管力的作用下，顺储层顶面沿地层的上倾方向向构造脊运移。因此，构造脊就成为油气的主要输导通道，或称油气运移的“高速公路”。并非所有构造脊都是油气或流体的输导通道，如构造脊部位主要由泥岩所组成则不能作为输导通道，因此，还需要有输导层的配合。为了更好地描述油气运移中主要输导通道，提出“输导脊”概念。即由岩性或构造与岩性配合形成正向构造的脊线，沿脊线具有良好的输导能力。1

油气运移1、油气运移方式

不同盆地具有不同的构造环境和水动力学特征，因而油气的运移方式及聚集规律具有很大差异。

（1）运移相态

烃类运移相态包括两类：水溶相和游离相。水溶相是指石油、天然气溶解于水中，并随水一起运移，这种运移方式是直接通过水的运移或者是通过在水中的扩散作用来实现。溶解于水中的烃类以真溶液和胶溶液形式存在。真溶液或称水溶液，是指石油或天然气分子完全溶解于水中。

（2）烃类运移的优势通道

一般而言，烃类运移总是从高势区向低势区，并沿着毛细管阻力最小的位置进行运移。如前所述，作为油气运移通道的输导单元主要有：高孔渗砂体、不整合面、断层或裂缝体系。

渗透性岩石的孔隙是烃类最广泛、最基本的二次运移通道。当油气通过初次运移进入渗透性岩石后，首先在渗透性岩石孔隙内开始二次运移。在静水条件下，油气微滴在浮力的作用下可能从渗透性岩层底部向顶部运移并聚集，当聚集到一定数量后，便可在层内发生侧向的顺层运移。当原油达到圈闭时，便开始了聚集的过程，随着原油的不断充注，储集层逐渐被石油饱和，油柱高度也增中。

2、控制烃类运移的因素

从理论上讲，油气总是沿着流体势降低阻力最小的通道运移，而实际上，控制烃类运移的因素是非常复杂的，它既包括烃类 运移的受力情况 （动力和 阻力）、运移通道组构特征，还包括烃类运移相态以及吸附作用等。这些因素决定了运移的途径是从高势区向低势区的方向，从而起到聚集或散失烃类的作用。

（1）烃类运移的动力

孔隙流体的剩余压力差决定了流体流动的势、方向和速率，对于烃类还要加上浮力。

在烃类二次运移中，浮力、重力和水动力的合力构成烃类运移的动力。剩余压力差的空间分布与渗透性能、毛细管力相互作用决定了各个运移通道中的流动速率。

几乎不存在从不渗透的极好的盖层。压力的最小限度能起到极好的封闭作用。当所有作用于烃类物质的力被分解且出现最小的局部梯度，烃类就会呈递减方式保留下来直至该梯度消失。在压力最小限度内运移不会发生。

（3）烃类运移的阻力

烃类二次运移的阻力就是孔隙介质对油气的毛细管力。毛细管力取决于储集层孔隙半径、烃和水界面张力、润湿角。毛细管力发生在通过受限孔时两相之间的界面上。毛细管压力是不相溶流体相的界面张力和孔隙喉道大小的函数。随着穿过毛细管压力约束的压差不断增大，界面就会发生变形最终非湿润相就会突破毛细管力的限制。毛细管压力只是发生在不相溶两相的接触面上。溶液的运移和连续相不受毛细管压力的影响。优先湿润颗粒表面的相（通常是水）是连续的。当非湿润相的含量超过孔隙体积的4.5%~17%时，非湿润相一般可形成一个或多个穿过地层的连续网络。

（3）运移通道组构特征

岩石组构特征，如孔隙喉道大小、分布和连通性，影响流体运移速率和对烃类成分的分异作用。

（4）吸附作用

烃类能在（湿）矿物的表面优先吸附，吸附作用控制了不同分子量烃类的运移速率。较高沸点的大分子对饱和汽油烃类具有最大的吸附作用，芳香烃与其相似但吸附程度更强。超过吸附门限的烃类才能自由地从烃源岩中运移出来。干酪根的吸附作用大于矿物相的吸附作用。

（5）相分异或混合作用

自然界储集层孔隙中的油、气和水的运移往往不是呈单相的，而是两相甚至三相同时存在。孔隙体系中不混溶多相的存在使各相的渗透率都降低，并且低于各单相存在时的渗透率。因此，多相流体的存在影响流体的运移速率，同时在输导层内由于浮力作用导致各相流体的分异。此外，溶解于地层水的烃类在随流运移过程中，由于流体的温度、压力及化学特征发生明显变化，而使得烃类从溶液中出溶形成自由相态。导致烃类从溶液中出溶的主要因素包括：增加盐度、降低压力和降低温度。1