1.深部流體對盆地溫度場和壓力場的影響
溫壓場是盆地的基本特征之壹,對油氣的生成、運移和聚集有重要影響。溫度是油氣形成的主導因素,油氣往往聚集在盆地的高地溫梯度區或高壓帶。
正常情況下,盆地地溫在縱向上以約2.5 ~ 3.5℃/100 m的速度逐漸升高,平面上變化較小。這個地溫是壹個穩態地溫結構。例如,濟陽坳陷古地溫Tmax與埋深的回歸方程為:
h = 30019ln(Tmax)-179625
沾化凹陷Ro-H關系回歸方程(相關系數為0.82)為:
h = 2377.33 ln(Ro)+4442.11
濟陽坳陷和沾化坳陷的古地溫(或氣源巖成熟度)隨著埋深的增加而緩慢升高。然而,這些方程忽略了巖漿和深部流體對古地熱的影響。近年來發現濟陽坳陷部分地區(如陽新、高青、潘麟、羅家及濱南、惜春、孤北)巖漿或深部流體相對發育,使這些地區或部分井段的溫度、壓力場出現高異常。壹方面,深部流體從深部繼承了高溫高壓,深部流體的高溫進壹步使地層產生熱液增壓和生烴增壓。因此,深部流體的地溫梯度和壓力梯度將大大提高。如YA13-1氣田部分井的地溫剖面,可清晰地分為三段:上段和下段為正常地溫梯度(盆地背景地溫梯度,熱傳導起主要作用),中段為高地溫梯度、低地溫梯度甚至負地溫梯度,明顯低於正常地溫梯度[15]。
上述中段對應的單井孔隙流體壓力往往表現為異常高壓,而上部和下部多為正常壓力或壓力系數較小。在溫度和壓力的二維剖面上,沿著熱流體的活動範圍,通常存在高的均勻地層溫度和異常高的流體壓力區間。這是因為深部流體沿輸導系統運動,將深部的高溫高壓流體帶到淺層,不僅大大改變了溫度分布,也改變了地面壓力場。如鶯歌海盆地中央底辟帶的超壓界面深度直接受熱流體底辟的影響,即熱流體底辟活動越強,突破的地層越多,異常超壓頂界面埋深越淺。比如在LD14-1的流體底辟處,其底辟活動引起的混亂反射距離海底僅500米,LD14-1-1所鉆遇的高壓頂界面較淺(1480米),與底辟區的超壓頂界面並不相同。
2.深部流體對儲層成巖作用和孔隙度的影響。
研究發現,深部流體中的某些成分會使地層中巖石的成巖作用復雜化,可能導致同壹深度發育多期成巖產物。這是因為流體在原始熱傳導溫度場上疊加了橫向或縱向熱對流溫度場,淺部蒙脫石提前進入脫水帶,I/S混層R1帶不發育或變窄,如鶯-瓊盆地I/蒙脫石混層粘土礦物的演化。同時,淺層潛在烴巖受到加熱流體的烘烤,提前進入生油窗口,生成低熟油。此外,熱流體進入儲層,使大量長石骨架顆粒、CaCO3有孔蟲殼和部分碳酸鹽膠結物溶解沈澱,形成大量“熱液”次生溶蝕孔隙;如果熱流體富含Al2O3和SiO2,就會發生長石和應時的二次生長。壹般溶解發生在熱流體剛進入儲層的地方,沈澱發生在熱對流的頂部邊界或儲層上部,原因是溫度下降。隨著熱流體熱量的不斷損失,整個儲層都可能發生沈澱。但二次擴大對儲層物性並非不利,關鍵是發生擴大時儲層砂巖顆粒的壓實程度;次生擴大邊的體積百分比在0 ~ 6%範圍內有利於原生孔隙的保存[19,20]。此外,大量富含二氧化碳和硫化氫的酸性溶液進入儲層,可使部分長石發生地下風化,形成大量蠕蟲狀和頁狀高嶺石;同時,早期綠泥石部分溶解,含量減少或消失;高溫二氧化碳和鋁矽酸鹽經過水熱變質作用形成片狀片鈉鋁石礦物。在深埋階段,高溫熱流體進入儲層的新景象,烴類解離分異聚集,可形成大量草莓狀黃鐵礦、少量片狀片鈉鋁石和自生應時單晶。總之,高溫熱流體的上湧可以使淺層儲層進入晚成巖階段;多期熱流體活動使大量長石骨架顆粒、CaCO3有孔蟲殼、部分碳酸鹽膠結物和鋁矽酸鹽礦物溶解、蝕變、沈澱和改造儲層孔隙,形成大量原生+次生混合孔隙,大大改善了儲層物性。
還發現深部流體使方王地區淺層蒙脫石提前進入脫水帶,從而I/S混層R1帶缺失,並形成相應的次生礦物。例如,強應時的次生擴大邊出現在方王地區埋深1500米(東營凹陷最淺深度),比勝坨油田部分井的最淺深度淺600米。同時,深部流體也使淺層烴源巖進入成熟窗口。其次,沙河街組四段上部儲層——礁灰巖和部分碳酸鹽膠結物溶解,形成大量次生溶孔,孔隙度可高達35% ~ 42%。據分析,該區地層水中有機酸含量較少,因此引起儲層溶解的溶劑主要是深部流體中的H2S、SO2和CO2。大量富含二氧化碳的酸性溶液進入儲層,使部分長石發生變化或溶解,形成大量蠕蟲狀和頁狀高嶺石。此外,東營凹陷東辛、草橋、羊角溝等油田淺層氣為生物熱成因的混合,淺層成巖礦物異常,但影響程度小於方王油田[15]。
3.深部流體對油氣生成的影響
由於深部流體攜帶大量熱能,侵入地層時,必然使流經地層的溫度升高,明顯改變地熱結構,使盆地正常溫度場疊加熱對流溫度場,形成局部高溫異常,從而促進有機質熱演化和生烴。如鶯-瓊盆地,無深部流體影響區的有機質生烴門限深度為3000 ~ 3100 m,而深部流體活動區的有機質生烴門限深度僅為2500 ~ 2700 m,即深部流體使生烴門限降低了400 ~ 500 m..
通過地球化學分析和動態模擬發現,深部流體明顯提高了鶯-瓊盆地T40不整合面附近的地溫,有機質熱演化程度明顯增強,導致不整合面上方地層有機質成熟度明顯高於其下方地層,即不整合面附近有機質成熟度明顯倒置。單井的鏡質體反射率(Ro)曲線(半對數坐標)和熱解峰值溫度(Tmax)曲線呈扭曲的“Z”形。總之,深部流體使單壹傳導背景下不可能成熟的烴源巖提前進入生烴門限,增加了成熟烴源巖的層位和體積;此外,其超壓抑制作用使油氣裂解下限向深部延伸[16]。
此外,由於含有少量的H2和CH4,深部流體可以為源巖的生烴增加H2和CH4,最終增加源巖的生烴速度和數量。再者,深部流體中的Ni、Co等金屬對烴源巖的生烴具有催化作用,使未成熟的烴源巖在正常條件下進入生烴門限,既擴大了烴源巖的有效體積,又提高了生烴速度,最終促進了烴源巖的生烴演化。
4.深部流體對油氣運移的影響
由於深部流體的密度、擴散系數和粘度介於氣體和液體之間,即具有很強的輸導性,因此可以成為油氣運移的重要載體。此外,各種烴類在水中的溶解度隨溫度的升高而迅速增加,即深部流體的高溫也能提高油氣的溶解度;氣體溶於水,增加了油的溶解度。研究表明,油氣以水溶性相或混合相作為深部流體的壹部分橫向或縱向運移,烴源巖排烴不壹定受“烴飽和度”制約,而是在卸壓帶或相對低勢帶隨著溫度、壓力條件的降低而“解離”或“分異”,遇到好的儲層和圈閉時聚集成藏。
此外,由於深部流體中的酸性成分對運移通道和圍巖的溶蝕作用,形成了大量的次生孔隙,為油氣運聚提供了良好的空間。活動熱流體底辟形成的大量裂縫和微裂縫網絡可以成為油氣運移的“高速公路”。
深部流體為油氣二次運移提供動力。油氣運移總是沿著阻力最小的路徑從高勢能區向低勢能區運移,直到遇到有利的圈閉聚集成藏或消散到地表。主動熱流體具有高溫高壓,在向上運移過程中可形成異常高壓,為油氣二次運移提供動力,控制油氣運移方向。
綜上所述,深部流體大大提高了盆地的古溫度,加速了烴源巖的生烴演化,增加了有效烴源巖的體積,提高了油氣運聚效率,改善了儲層物性。因此,深部流體在油氣生成、運移和聚集的全過程中起著重要作用。
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