成熟探区精细地质评价技术研究进展

刘克奇，郝雪峰

中国石化胜利油田地质科学研究院，山东 东营257015

引 言

经过近50 年勘探开发，以济阳拗陷为代表的中国东部成熟探区已达到中等—高勘探程度。油气勘探明显向深层、凹陷及主力含油气区带翼部、洼陷带等转移，面对勘探对象的转移，目前已有的地质认识已经不能完全适应今后勘探范围和精度上的需求[1-2]。在勘探程度越来越高、勘探难度越来越大的形势下，济阳拗陷面临以下几个亟待解决的制约勘探的地质问题：高精度层序地层分析、油气成藏期关键地质要素恢复、油气输导体系精细刻画及油气藏分布规律与控藏机理。

1 高精度层序地层学研究进展

层序地层学以层序地层单元边界的识别和划分为基础，通过露头、岩芯、古生物、地球化学、测井和地震资料的宏观和微观分析，建立盆地不同级别的等时地层格架，进而研究等时地层格架下有利储集体展布规律，预测勘探目标。层序地层学在经历了20 世纪70 年代的萌芽阶段、80 年代的发展阶段、90 年代的逐渐完善阶段，至今，在理论上形成了Vail 层序地层学、Galloway 成因层序地层学和Cross高分辨率层序地层学三大主流派系[3-5]，已经逐步形成了比较成熟的研究方法和研究流程，并且在指导石油勘探中取得了重大成就。随着近年来高分辨率地震的覆盖和地震数据处理新技术、新方法的实施，高精度层序地层及地震沉积学研究成为层序地层学分析的热点。

1.1 高精度层序地层学研究现状

为了减少日渐增加的隐蔽油藏的勘探风险，石油地质学家需要更加精确的技术，以提高储层预测的准确程度，高精度层序地层分析技术应运而生。高精度层序地层学是一项在成因地层格架内对地层进行评价和预测的理论和技术，它以露头、岩芯、测井、高分辨率三维地震资料为基础，以高精度层序地层理论为指导，通过含油气盆地精细地层对比和划分，建立高精度地层格架，进而达到为油气勘探服务的目的。

近20 年来，中国陆相层序地层学的研究不断深化，即从盆地规模的层序和沉积体系域分析转向沉积微相和储层规模的高精度层序地层分析。以Cross（1993）为代表的高分辨率层序地层学理论认为“在构造沉降、海平面升降、沉积物供给、沉积地形地貌等综合因素制约下，地层基准面是理解层序成因并进行层序划分的主要依据”，使得层序的划分和对比更加精细和精确。通过将层序地层学的基本原理与中国构造活动盆地的地域特色相结合，中国学者提出了陆相湖盆沉积层序划分方案[6-8]。林畅松等根据中国陆相断陷湖盆层序地层发育的特征发展和完善了高精度层序地层理论，把高精度层序地层单元定义为在三级层序-体系域基础上进一步划分的四、五级层序，并在中国东部高勘探程度油气区得到了广泛应用[6]。研究表明，随着时间分辨率增加，以高精度层序地层学为指导进行地层对比和砂体分布预测，提高了油气成藏体系中生、储、盖、运、圈、保等地质要素的研究精度，为寻找隐蔽油藏提供了有效的科学手段。同时，高精度层序地层学与油藏地球物理相结合开展储层物性预测，可以建立精确的三维油藏模型，并最终达到提高油气采收率的目的。

1.2 高精度层序地层学发展方向

勘探实践证明，高精度层序地层学的概念、理论和方法，为精细的地层对比、沉积微相和储层特征的研究提供了有效的分析方法和预测工具。尽管如此，层序地层学各学派的适应性问题、层序地层模式、层序地层和油气成藏的关系、层序地层格架的合理性、精度、沉积单元间及和其他沉积盆地间横向上的可对比性等问题，在中国东部成熟探区也不同程度地存在着。总之，针对陆相高精度层序地层学目前存在的问题及现今油气勘探需要，以下几个问题有待进一步的深入研究：

（1）在理论上要寻求突破，即充分考虑中国陆相湖盆的地貌特点、控盆因素、沉降作用、沉积特点及盆地环境等这些基础性问题，并进一步深化层序地层模拟以揭示层序形成过程与特定控制过程的成因联系，建立主控因素及其相互作用与层序构成样式及其分布的定量关系。

（2）在方法上要寻求完善，即除了传统的露头、岩芯、测井等资料以外，高密度三维地震资料的采集、处理及解释，地球化学分析方法的发展和完善，以及数值分析和计算机模拟等将会在层序地层学未来的研究中发挥更大的作用。

（3）在技术上要寻求创新，即提高定年技术，针对陆相盆地，尤其是陆相断陷盆地，构造复杂、物源多样、沉积多变的特点，层序界面年龄的确定将有助于区域性的高频层序地层对比。

（4）在应用上要寻求效益，即开展多学科综合研究，分析层序对油气生成、运移和聚集的控制作用，指导油气勘探实践，从而促进层序地层学在资源勘探开发等方面应用的发展。

2 油气成藏期关键地质要素研究进展

随着油气成藏理论的不断丰富，结合勘探实践的日益深入，油气成藏过程的方法研究越来越受到重视，即以富（含）油凹陷为对象，以时间为轴，以盆地演化过程为基础，以盆内流体动力演化为主线，恢复油气自烃源岩中排出之后，在何种动力作用下，以何种方式，通过哪些途径（断层、不整合、砂体），在哪里（有效储层）聚集成藏。

2.1 成藏期次研究进展

油气成藏期是油气藏形成和分布规律研究中的核心问题之一，对于一个油气系统，其关键时刻就是烃源岩生排烃期和成藏期。在中国，许多含油气盆地具有多套烃源岩、多期油气生成、多期油气成藏，同时又遭受多期破坏的显著特点，因此，仅仅通过烃源岩生烃史、圈闭形成期、油藏饱和压力等传统方法难以准确认识油气藏过程，从而导致油气成藏期次划分上存在争议，影响了成藏规律认识及勘探决策，其根本原因是缺乏能指示成藏期的有力证据。

成藏期次是油气成藏作用研究的基本内容之一，包括成藏的时间和次数：首先需要确定油气成藏的时间，然后确定该成藏期的各种其他成藏地质条件，最后分析不同成藏期，特别是主成藏期的成藏作用。流体历史分析是近年来发展起来的一种系统分析方法，它以烃类流体为主要研究对象，从储层或油气藏出发，追溯烃类流体运移、聚集、产生的过程：一方面，在沉积盆地演化过程中，尤其是在构造沉降、地下水流动和油气运移时期，都伴随着大量流体包裹体的形成和捕获作用，因此，利用储层流体包裹体可以研究油气成藏史确定油气成藏期；另一方面，当烃类流体充填到储集层后，随着含油饱和度的增高，储层自生矿物形成作用便停止了，即，砂岩储层中的自生伊利石是烃类流体充填储集层前最晚形成的，所以可以通过成岩矿物（自生伊利石）的同位素绝对年龄，确定油气藏的形成时期。总之，油气圈闭的形成时间是由盆地构造发育史决定的；沉积埋藏史控制烃源岩热演化史，当源岩排烃达到一定强度和规模，同时，又有油气运移通道与圈闭连通时即可形成油气藏；储层流体包裹体测温则直接反映油气充注成藏时的温压条件，根据古地温梯度和埋藏史就可以确定油气成藏时间。在实际工作中，以上几种方法相互关联，应该加以综合应用[9-12]。

2.2 古温压研究进展

油气是在特定的成藏地质条件下形成和演化的，（古）压力和（古）温度是控制油气生、排、运、聚的基本条件。磷灰石裂变径迹法、镜质体反射率法和流体包裹体测温方法近几年来发展迅速，在沉积盆地动态热体制的定量研究和模拟中发挥了重要作用。其中，镜质体反射率最为成熟和常用，Ro作为主要的反演指标，同时结合其他资料综合分析，对不同凹陷开展热史研究，包括Ro资料的选取和研究井的确立、受热史特征分析，从而建立Ro-T 关系式，最终求取古地温梯度和古地温等。同时，中国的地质工作者在利用流体包裹体研究沉积盆地古压力方面开展了大量探讨，并取得了一些研究成果[13-14]。应用流体包裹体恢复盆地古压力有多种方法，在实际工作中一定要注意各自的适用范围及条件。目前，利用流体包裹体来分析古流体压力的方法主要有以下几种：均一温度-盐度法、流体包裹体PVT 模拟方法、CO2容度法、CO2拉曼光谱法、利用NaCl-H2O 体系包裹体的密度式和等容式法、不混溶流体包裹体法以及沸腾流体包裹体法。研究表明，在适当的条件下，通过流体包裹体恢复的古温压场数值能够达到勘探实践的精度要求，因此具有广阔的发展空间。

2.3 储层物性恢复研究进展

储层物性的演化历史是一个复杂的过程，其变化规律受到多种因素的影响，储层岩性、埋藏深度、沉积类型、储层内部的地层流体性质、沉积盆地的地温梯度和构造埋藏史都是重要的影响条件。近期，围绕储层物性恢复开展了大量的研究工作，将低渗透储层的致密史研究与构造演化史、埋藏史、生排烃史等研究相结合，探讨低渗透储层致密化的成因机制和主控因素，认为地温场在加快砂岩的化学成岩作用的同时，也大大加速了砂岩的成岩压实作用，并在此基础上建立了岩屑砂岩类的定量预测模型；在对塔里木东河砂岩研究过程中，提出古构造格局与演化共同控制了酸性流体运移的路径和方向，进而控制了优质储层的分布位置；通过室内实验建立了时间、温度与储层之间的关系；探讨了成岩相的形成机理、划分方案及定量评价方法；在济阳拗陷，古近系深部碎屑岩储层主要受其所处构造背景、地层压力和流体环境的影响，发育6 种成岩演化模式[15-16]。此外，研究低渗透原因（压实作用还是胶结作用）及低渗透时间（成藏前低渗还是成藏后低渗），分析流体活动过程中水岩作用对孔隙结构演化的控制作用，有助于认识现今的超低渗透储层在石油充注期的储层面貌以及流体在储层运移过程中的难易程度，对分析油气成藏过程、总结油气成藏规律具有重大意义。

总之，对于碎屑岩储层的研究内容和方法多样，人们多是按照储层成岩过程中的主导成岩作用来划分成岩相带，或者依据不同的地质条件（地温场、异常压力等）来划分成岩模式。但是对于储层在整个地质历史时期物性演化的轨迹，学者们均没有提出一套完整的演化模式。研究表明，沉积盆地不同沉积类型储层物性有一定的差异，但这种差异主要是受到储层发育位置、层位、时期和埋藏深度的影响。因此，不同的构造位置、不同的储层类型，其储层物性演化模式是不同的。

3 油气输导体系研究进展

20 世纪末到21 世纪初，在含油气系统和成藏动力学研究的推动下，为了揭示油气从烃源岩到圈闭的动态过程、认识油气优势运移通道和油气差异分布的关系，中国学者提出了油气输导体系的概念：连接烃源岩与圈闭的运移通道所组成的输导网络。作为油气成藏体系中连接烃源岩与圈闭的“桥梁与纽带”，输导体系在某种程度上决定着含油气盆地内油气在地下向何处运移、在何处成藏及成藏类型，其核心问题是输导网络的三维空间展布及其输导能力。

3.1 输导体系研究现状

近二十几年来，油气输导体系的研究取得了一系列进展[17-20]。油气运移是油气成藏过程中最为活跃的因素，输导体系主要研究油气自烃源岩中排出之后运移、聚集和成藏的动态过程，最终目的是建立流体发生运移的输导网络，从而确定油气聚集成藏的具体位置。目前，输导系统的研究思路如下：针对不同输导要素，研究油气从源岩到圈闭的优势运移通道；利用地质、地球物理、动态分析资料以及地球化学研究技术方法，研究油气运移特征；三维地质建模并进行输导能力和效率评价；利用油藏地球化学方法或流体示踪技术证实油气运移的路径；结合盆地流体动力场、应力场分析，最终确定油气运移聚集的方向及特征。

油气在孔隙介质（骨架砂体）中的输导一般以横向为主，且具明显的非均一性，是沟通烃源岩与油气圈闭的桥梁之一[21]。由于发育大量孔隙空间，烃类可以轻松从烃源岩进入骨架砂体，然后沿骨架砂体输导体系向低势区圈闭运移聚集。地下油气运移方向明显受石油运移时所通过岩石的水平渗透率控制，从而断陷湖盆主力沉积体系的主流向就成为骨架砂体输导体系的优势方向[22]。在实际盆地中，骨架砂体往往是非均质的，在宏观上表现为岩性、岩相在盆地范围内的频繁变化，在微观上则主要受粒度大小、胶结物含量、成岩作用等的影响。砂体毛细管力是油气在骨架砂体运移的主要阻力，油气在浮力的驱动下必须克服砂体本身的毛细管力才能一直运移下去。当一定高度的油气上浮过程中形成的浮力不足以克服毛细管阻力时，就要等后续的油气的补充使油柱高度得以积累，从而增大浮力，当油柱高度积累到一定程度后，浮力足以克服毛细管力，油气就可以继续向前运移。由此可见，油气运移的动力、阻力受控于砂体产状和物性，所以砂体的产状和物性是控制油气在砂体中输导能力和运移优势方向的主控因素，这两个主控因素致使油气在砂体中的运移具有选择性，即，砂体的产状和物性的耦合共同控制了油气的优势运移路径。

不整合与油气藏的关系研究早在20 世纪30 年代就得到重视，不整合是指岩石地层之间接触上的构造关系，沉积上具有新、老地层沉积时间不连续、产状不一致的接触特征[23]，它对地下油气的运聚成藏具有重要意义，世界上有大量油气资源聚集在不整合面附近。研究表明，不整合面是油气侧向运移的良好通道，控制油气藏的形成：不整合面作为油气运移的通道应属于裂缝与孔隙形成的网络系统，可作为油气侧向运移的输导层；但值得注意的是，陆相断陷盆地以碎屑岩沉积为主，砂、泥空间上变化快，无论是不整合顶部的底砾岩，还是半风化带，其渗透性结构层都难以大规模连续分布，导致其油气运移能力和距离均比较有限。不整合面和烃源岩直接接触，在海（湖）侵过程中，新沉积的富含有机质的泥岩直接超覆在不整合之上，形成烃源岩和储层的理想配置（新生古储）。不整合面直接连接源岩与圈闭的特点，控制着油气藏的形成。当前，地质工作者认识到了不整合三层结构存在的普遍性，但对其控制机制尚不十分清楚，通过对不整合结构及其变化特征的系统对比，有望建立特定条件下不整合结构的变化模式，进而有效预测地层油气藏的分布规律。

油气勘探实践表明，在断陷盆地中，油气的运移、聚集和分布与断裂关系密切，断层使得油气纵向分布层系多、复杂多变，尤其在以非生烃层系为油气富集层系的凹陷，断裂是油气成藏的关键因素，往往决定着油气的富集与分布。近二十年来，国内外学者对断层活动性、断层开启性与封闭性、断裂带结构及其对油气运聚的作用，开展了大量研究，发现断层多以断裂带的形式出现，将断裂带划分为滑动破碎带和诱导裂缝带等主要结构单元[24]。国内外学者从断面形态、断层性质、断裂活动强度、断面两侧岩性配置、断层埋深、断距大小、黏土涂抹势（CSP）、泥岩涂抹因子（SSF）及断层泥比率（SGR）等方面，不同程度地阐述了断层封堵的可能性和封闭机制[25-26]总的来看，国内外对断层封闭性的研究，在研究内容上侧重于断层的几何形态及断层面的涂抹作用；在研究的方法上侧重于应用现代测试和数学分析的方法，从单一学科和单一手段研究向多学科、多角度方向发展，逐步实现了从定性研究到定量研究。此外，油气沿断裂的输导方式、过程及模式还缺乏深入研究。

3.2 输导体系研究展望

油气输导体系研究具有以下几个特点：它是油气成藏体系研究的一个热点（输导体系是油气成藏体系中连接烃源岩与圈闭的桥梁与纽带），但也是一个难点（油气输导体系研究的核心问题是输导网络的三维空间展布及其输导能力）；单一输导体系构成要素研究比较多（断裂输导油气能力讨论最多、骨架砂体次之，不整合讨论最少），而输导体系作为一个整体研究较少；油气输导体系二维描述较多，而三维表征较少（建立油气运移三维输导格架是研究的最终目的）；油气输导体系研究定性描述较多，而定量表征较少（输导体系构成要素油气输导能力的定量表征是研究的方向）；油气输导体系研究涉及学科多（地质学、地球物理学、地球化学等），制约了各种方法（野外地质观测、地震地质综合解释、流体历史分析、物理实验模拟、数值模拟等）的综合应用；油气输导体系的成藏效应（油气向何处运移，在哪里成藏）研究方法还有待发展和完善。

总之，油气输导体系应在以下几方面加强研究：利用地震地质综合解释技术建立输导体系三维格架是输导体系研究的一项重要内容；油气在输导体系中运移的优势通道研究、以及影响油气运移通道的物理化学条件、地质因素和数值模拟方法的探索为油气运移领域研究的主要发展方向；作为输导体系构成要素之一，断层启闭性评价方法研究，尤其是断裂带三维空间的输导特征和启闭史研究是油气运移路径研究的关键；输导体系构成要素（断裂、骨架砂体）输导能力的定量表征是输导体系研究的发展方向。

4 油气成藏定量研究进展

从“源控论”到现今的百家争鸣，油气勘探指导性理论的发展经历多个轮回，在实践中不断上升和完善。同时，从“凸起和背斜”、“正向构造带”到“洼陷带”，油气勘探的战略也随之而不断地演化和更新。相应地，油气成藏研究也由定性评价向定量表征推进。

4.1 油气成藏研究现状

油气藏成藏机制、预测评价技术一直是国内外研究的焦点内容。总的看来，在20 世纪80 年代之前，研究的重点在于构造控制为主的油气藏和油气分布状态的静态描述，没有从成因机制上开展系统的研究工作。20 世纪80 年代后期发展成熟起来的“低熟油”、“含油气系统”、“超压体系及压力封存箱”、“幕式排烃”等理论为隐蔽油气藏的成藏分析提供了新的依据。一些地质、地球物理预测描述技术迅速发展，取得了较好的勘探效果。20 世纪90 年代以来，隐蔽油气成藏逐渐成为油气勘探技术研究中的重要内容。油气生成、排出和进入隐蔽圈闭的动态过程，已经成为隐蔽油气藏研究的关键问题，实验室分析技术的发展为研究工作提供了重要支撑。

顺应勘探形势的要求，胜利油区自20 世纪80年代开始有目的地研究和勘探隐蔽油气藏，进入20世纪90 年代以来，以储层预测为主要内容的隐蔽油气藏勘探技术得到了长足发展，同时形成了“构造岩相带”、“低位扇、坡折带”等为代表的一些理论认识。“十五”以来，胜利油田加强了隐蔽油气藏成藏的研究和勘探理论的总结，逐渐形成了以“断-坡控砂”、“复式输导”、“相-势控藏”等认识为主体的隐蔽油气藏勘探理论框架和配套的勘探技术。“断坡控砂”阐述了断裂坡折带对沉积储层的控制作用，断陷盆地不同时期，在不同的构造部位发育的不同断坡类型控制了不同的沉积体系；“复式输导”提出了“网毯式”、“T 型”、“阶梯型”和“裂隙型”输导体系及其空间构成的复式输导关系，断陷盆地不同阶段、不同的构造部位发育不同类型的输导体系，它们共同组成了断陷盆地“复式输导”体系网络；“相-势控藏”揭示了“相”、“势”在油气成藏中的作用及耦合关系，在富油盆地中，运移条件（流体势）、接受条件（岩相）是控藏的主要因素，无论何种储集体类型，只有当其“相-势”耦合有利时，才能成藏。隐蔽油气藏成藏理论的发展为陆相断陷盆地隐蔽油气藏研究和勘探开辟了新的空间[27-28]。

4.2 油气成藏定量表征发展方向

从定性分析到定量模拟，从要素表征描述到过程的历史恢复，从静态研究到动态解剖，是油气成藏研究发展的必然趋势。近期，油藏研究的主要方向也可归结为3 个方面：成藏动态过程和主要机制的研究、油气藏成藏过程的定量研究以及物理和数值模拟试验技术[29-30]。油气成藏研究的主要目的就是力求找到准确预测油藏的科学方法，面对今后越来越复杂的勘探对象，相关的理论认识和技术方法需要不断地完善和发展。结合国内外油气成藏研究进展和胜利油区油气勘探实际，通过成藏要素量化关系的探索，逐渐建立量化的油气藏预测和评价的技术，是胜利油区油藏研究和勘探的主要努力方向。因此，成藏过程及要素的量化研究既是油藏研究的关键所在，也是今后勘探的必然要求。

陆相断陷盆地特有的复杂性造成了油气藏形成、分布的复杂和多样特点，决定了油藏预测与评价的难度。目前成藏研究当中存在的主要问题同样有以下3 个方面：其一，“相-势”研究的片面性；其二，物理模拟实验手段的局限性；其三，“相-势”耦合缺乏量化表征。为了刻画隐蔽油藏成藏规律，开展有效的勘探目标预测，先后提出了“三元”成藏、“相-势”控藏理论，但是观点的表述仅限于油气成藏与诸要素之间统计规律基础上的定性描述，无法揭示成藏过程内在的必然联系[31-32]。成藏动力学模型基础上的“相-势”耦合控藏量化表征是实现油气成藏真正意义上的定量评价与预测的必由之路。

5 结 论

现有的油气藏研究缺乏动态的、历史的、定量的分析，因而对勘探目标的预测评价的精度不够。从定性分析到定量模拟，从静态要素表征到动态过程的历史恢复，是油气成藏研究发展的必然趋势。为此，面对新的勘探形势和制约因素，通过积极探索实践，总结形成一套适合成熟探区勘探的精细地质评价思路及方法：高精度层序地层分析、油气成藏期关键地质要素恢复、油气输导体系精细刻画及油气成藏定量表征等，是当务之急。这些理论和方法必将在不断深化济阳拗陷隐蔽油气勘探、实现中国东部成熟探区持续稳定发展的目标方面发挥积极作用。

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