周　波，金之鈞，云金表，白國平

[1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，100083；　2.中國石油大學(北京)，北京 102249]

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碳酸鹽巖油氣二次運移距離與成藏

周波1，金之鈞1，云金表1，白國平2

[1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，100083；2.中國石油大學(北京)，北京 102249]

通過統(tǒng)計全世界主要含油氣盆地229個碳酸鹽巖大油氣藏(田)，分析油氣藏(田)和油氣二次運移的距離，發(fā)現(xiàn)在碳酸鹽巖運移系統(tǒng)內(nèi)，油氣二次運移距離和油氣田個數(shù)之間的關(guān)系曲線并沒有碎屑巖中出現(xiàn)的指數(shù)衰減關(guān)系。其油氣藏總體以近源成藏為主，但對于非近源運移的油氣而言，油氣運移的距離對油氣成藏幾率的控制作用并不明顯。分析認為，對于碳酸鹽巖非近源運移，油氣往往受斷裂展布特征和孔洞類儲層的分布范圍所控制，只要在這個范圍內(nèi)，油源足夠的前提下，油氣成藏的幾率是相當?shù)?。因此，對于碳酸鹽巖系統(tǒng)而言，只要在斷裂和孔洞類儲層的延伸范圍內(nèi)，即使在較遠的距離條件下，仍然具有較高的大油氣藏成藏幾率。

運移距離；二次運移；碳酸鹽巖；油氣成藏

油氣二次運移是指油氣由烴源巖層進入運載層后的一切運移，是油氣成藏過程中最重要的部分[1-4]，同時也是目前石油地質(zhì)學研究的難點問題之一。

油氣二次運移按方向分為垂直運移和側(cè)向運移，運移距離在垂向上最大只有數(shù)千米，而側(cè)向運移的距離小到烴源巖和圈閉相鄰，大到幾百千米[5-10]。加拿大阿爾伯塔盆地泥盆系碳酸鹽巖和白堊系碎屑巖中油氣運移距離長達500 km[11]。

總體上來講，不管是碳酸鹽巖油氣藏還是碎屑巖油氣藏，只要控制油氣運移距離的因素適合[12]，油氣運移的距離都可近可遠。相對而言，碳酸鹽巖地層內(nèi)通道的非均質(zhì)性強[13-14]，從中國目前發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽巖油氣藏來看，二次運移的距離都不大，這說明在一定程度上非均質(zhì)性對油氣運移的距離和成藏幾率有影響[15]。然而前人研究沒有對油氣藏進行分類統(tǒng)計[15]，而建立在綜合統(tǒng)計基礎上的結(jié)果顯示油氣成藏幾率和油氣藏與烴源的距離成正相關(guān)，這種統(tǒng)計結(jié)果沒有考慮碳酸鹽巖這種二次運移通道非均質(zhì)性較強的情況。

因此，本文通過統(tǒng)計世界主要盆地的大型碳酸鹽巖油氣藏與烴源距離的數(shù)據(jù)，討論碳酸鹽巖油氣成藏與油氣二次運移的關(guān)系，以期為碳酸鹽巖油氣勘探提供參考。

1　碳酸鹽巖油氣二次運移距離與成藏幾率

胡朝元(2005)等人[16]，通過統(tǒng)計全世界200個地區(qū)和成油系統(tǒng)的油氣運移數(shù)據(jù)，對其運移距離分析發(fā)現(xiàn)(圖1)，大油氣田集中分布在0～50 km這個范圍內(nèi)，超過100 km油氣成藏的幾率非常小。油氣運移距離和油氣田的個數(shù)存在反比關(guān)系，隨著油氣二次運移距離的增加，油氣田的個數(shù)發(fā)生明顯的遞減?？傮w上油氣田個數(shù)曲線呈現(xiàn)一種類偏正態(tài)曲線。該統(tǒng)計中并沒有區(qū)分油氣成藏系統(tǒng)的巖性特征，沒有區(qū)分碎屑巖和碳酸鹽巖的差異。

本文搜集整理了USGS(1995年,2000年,2012年)、IHS商業(yè)數(shù)據(jù)庫(資料截至2013年6月)、C&C(資料截至2013年底)、ExxonMobil和StatoilHydro石油公司等多方面的數(shù)據(jù)資料。統(tǒng)計了全世界主要碳酸鹽巖盆地總共229個大油氣藏(田)(表1)。由于資料來源較多，故沒有對其油氣藏運移距離的定義方式進行嚴格區(qū)分。由于統(tǒng)計范圍內(nèi)沒有統(tǒng)計到二次運移距離大于100 km的油氣藏，因此，圖中沒有大于100 km的油氣藏數(shù)據(jù)。所有油氣藏均為碳酸鹽巖油氣藏(田)。

通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽巖油氣藏個數(shù)分布曲線(圖2)和圖1的曲線差異明顯，主要的164個油氣藏(田)的二次運移距離都局限在0～10 km。可以說碳酸鹽巖油氣運移的距離更近，更趨向于近源成藏。然而，當進一步分析二次運移距離大于10 km的油氣田個數(shù)，則發(fā)現(xiàn)，隨著二次運移距離的增大，油氣藏(田)的個數(shù)并沒有出現(xiàn)明顯的減少，從10～100 km范圍內(nèi)，每10 km為一個單位，油氣藏的個數(shù)基本上在一個量級范圍內(nèi)波動，沒有出現(xiàn)油氣藏個數(shù)隨油氣運移距離快速衰減的顯著規(guī)律。

為了進一步確定造成這種結(jié)果的原因是否和油氣藏規(guī)模有關(guān)聯(lián)，文章進一步把上述229個大油氣藏(田)的油氣當量(探明儲量)和油氣二次運移距離關(guān)系繪制成直方圖(圖3)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，油氣當量和二次運移距離之間的關(guān)系和圖2的曲線近似，絕大多數(shù)的油氣儲量集中在0～10 km范圍內(nèi)，但離開10 km這個范圍，油氣藏的儲量也沒有出現(xiàn)明顯的衰減變化。需要說明的是，由于圖3縱坐標是以億桶為單位，因此距離較遠的油氣藏規(guī)模也不小。

按照England[8](1987)的分析，假設在一個不受空間限制的理想圓形盆地內(nèi)，油氣二次運移距離和油氣藏數(shù)量應該成指數(shù)關(guān)系，油氣藏數(shù)量隨距離呈指數(shù)衰減，圖1的統(tǒng)計特征和這種推理近似。而從圖2和圖3的特征來看，不管是油氣油氣藏(田)個數(shù)還是油氣的儲量數(shù)據(jù)，在100 km范圍內(nèi)，油氣二次運移出現(xiàn)一個階梯狀特征，即在小于10 km范圍內(nèi)，油氣成藏的幾率非常大，其成藏的數(shù)量和規(guī)模都占統(tǒng)計數(shù)據(jù)的大多數(shù)。而當運移距離大于10 km時，油氣成藏的幾率和運移距離則沒有明顯關(guān)系。

本文把0～10 km的運移距離看作近源運移，而大于10 km的距離則為非近源運移。故在碳酸鹽巖系統(tǒng)內(nèi)，油氣成藏機會和油氣運移距離成階梯狀特征，油氣藏的大多數(shù)存在于近源范圍內(nèi)，屬于近源運移；而在非近源運移范圍內(nèi)，油氣運移距離對成藏幾率的制約并不明顯。

2　運移模式

前文通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在碳酸鹽巖油氣藏內(nèi)，對于非近源運移而言，碳酸鹽巖油氣成藏幾率和油氣運移距離的關(guān)系不明顯。而前人的研究認為，即使在非近源范圍內(nèi)，油氣成藏的幾率也是隨著距離發(fā)生遞減的[8，16]。到底這種統(tǒng)計結(jié)果是否有其合理性呢？本文通過幾個運移的模型分析一下油氣成藏幾率和距離的關(guān)系，進而論證上述形成上述結(jié)論的可行性。

圖4是根據(jù)Ledoc油氣田油氣成藏結(jié)果繪制的一張剖面模式圖，烴源在圖的左下方。根據(jù)該油氣田的成藏結(jié)果，可以看出，靠近烴源的圈閉，油氣成藏的幾率明顯大于遠源的圈閉。具體分析該油氣藏通道組成特征可以發(fā)現(xiàn)，有效蓋層直接覆蓋于有效儲層之上，油氣運移的通道就是有效儲層本身，也就是說，整個儲層可以粗略的看作一個通道，其運移輸導體系的組合方式是頂面構(gòu)造和有效儲層，有效儲層在縱向上沒有明顯的非均一性。

圖1　油氣運移距離頻率直方圖(據(jù)胡朝元修改，2005[16])Fig.1　Frequency histogram of oil and gas migration distance (modified from Hu Chaoyuan,2005[16])表1　世界碳酸鹽巖油氣田運移距離統(tǒng)計Table 1　Migration distance statistics of the carbonate oil and gas fields in the world

序號油田名稱儲集層側(cè)向運移距離/km油當量/(108bbl)序號油田名稱儲集層側(cè)向運移距離/km油當量/(108bbl)1Samin1J2/J3052GomezO053PuckettO054CowdenNorthP1055ChemchemalE2,E3,K2/N1056Qasab02K2/N12057Blinebry-DrinkardP5458Faridah1J2,J3059SandHillsP24510SitioGrandeK2,K165511IrideK2,K1,J360512VacuumP29513BadrahK10514MenderK10515AmatitlanJ3,J2127516SamandepeJ2,J30517RafidainK1/K20518Sahba1J30519GiraldasK250520AbuGhirabE3/K20521CactusK2,K1,J352522Bahi(032-A)E1/K222623MiranWest1J1/J2/J3/K1/K20624KeystoneO0625FullertonP23626NargesiE3/N126627BagajaJ2,J30628Jana1J3/P30629McElroy(Dune)P2630AzarK20631ChucE1,K2,K140632CowdenSouthP3633MansurabadE3/K2/N10634TubaK1,K20635KhashmAlAhmar1N10636UrtabulakJ2,J34637LekhwairK143638ShadeganE3,K2,N10639HumapaK2,K1,J3,J2110640CoyolK2-K1106641TawkeE2/K10642ParanjE3/N10643NatihK1,K20644MalehKuhK20745NaftSafidE3/K2/N10746JariaPikaE2/E3/N10747CardenasK1,J316748SatahJ2/J3/P3/T10749Magarib1J30750Lab-E-SafidE3/K2/N10751KhorMorE3/N10752Suhul1J30753PolE1,K2,K1,J337754Dibdibah1J30755PamukJanubiyJ2,J316756UmmLulu/AlMu'taridK10757GashuSouthE2/E3/J3/K1/K2/N184858UmmGudairSouthJ3,K10859RamshirE3/K2/K10860KabirKuhJ1/P30861KhabbazK1/K2/N10862Sadawi1J30863ZaapE2,J320864Jawb1J30865Rimthan1J2,J30866MansuriyahE3/K2/N10867SeminoleS-D15868QaiyarahK2/N118969Goldsmith(Andector)P26970Hail3J2/J3/K1/P3/T10971HoutK1/K20972QalehNarE3/K2/N10973SouthSandBeltP4974KandymJ2,J324975QirdiJ30976NajmahK2/N125977ArousElBaharE2144978TecominoacanK215979KerpichliJ2,J301080MarghamK1271081SajaaJ1/J3/K1551082DehluranE3/K2/N101083Noura1J1,J201084Suban1J301085JawanK2/N1451086Shaikan1J1,K1,T301087FallujahK201088IddElShargiNorthDomeJ2/J3/K1/P3/T101089MaloobJ3251090SaathAlRaazBootJ2/J3/P3/T101091Lughfah1J301192Susangerd1E3/K1/K2/N1641193CunduacanK2,K1,J3551194RaminE3/K2/N101195AlanJ2,J321196AhdabK2011

續(xù)表1　世界碳酸鹽巖油氣田運移距離統(tǒng)計Table 1(continued)　Migration distance statistics of the carbonate oil and gas fields in the world

續(xù)表

圖2　世界油氣田個數(shù)和運移距離關(guān)系Fig.2　Relationship between hydrocarbon migration distances and number of oil and gas fields in the world

圖3　世界油氣田儲量和運移距離關(guān)系Fig.3　Relationship between reserves and migration distances of the oil and gas fields in the world

圖4　油氣側(cè)向運移模式(據(jù)Ledoc油田剖面修改)Fig.4　Model of lateral oil and gas migration (modified from Ledoc reservoir section)

然而，曾濺輝[17]等人對非均質(zhì)性的儲蓋組合開展運移模擬實驗，得到圖5的實驗結(jié)果，實驗中，不同砂層儲層滲透率關(guān)系為：砂層4>砂層3>砂層1>砂層2。圖中，可以將砂層4近似看作一個具有高滲透率的斷裂通道。運移結(jié)果發(fā)現(xiàn)，油氣并沒有優(yōu)先進入滲透率最好，且距離油源(注油進口)最近的砂層3，而是優(yōu)選了距離最遠的砂層1。產(chǎn)生這個結(jié)果的原因是砂層4作為高速運移通道，油氣優(yōu)先選擇其運移，進而組成了以砂層4作為高速運移通道體系的運移聚集體系，顯然，在高速運移通道體系內(nèi)，頂部是最優(yōu)先成藏的部位，因此造成了距離油源遠的砂層優(yōu)先成藏的結(jié)果。

圖5　非均質(zhì)儲層油氣運移過程示意圖(據(jù)曾濺輝等，2000[17])Fig.5　Schematic diagram showing oil migration process in heterogeneous reservoirs (from Zeng Jianhui, 2000[17])

因此，筆者認為，在非均質(zhì)儲層中，如果存在一個高速運移的通道，最終控制油氣運移成藏距離的核心因素是這個高速運移通道的展布特征和高速通道內(nèi)油氣運移特征，和烴源與圈閉的距離關(guān)系并不明顯。為此本文繪制了一個碳酸鹽巖內(nèi)存在高速運移通道情況下的油氣運移模型，用于解釋油氣運移距離和成藏幾率的關(guān)系。

碳酸鹽巖內(nèi)的斷裂和孔洞類巖溶通道往往是油氣運移的高速公路，這種通道是普遍存在的，把二者抽象成一個帶狀的高速通道，得到圖6。在圖中，油氣二次運移高速通道的滲透率參數(shù)相對圈閉內(nèi)的儲層較高，這時候，當油氣從烴源巖出發(fā)開始運移時，油氣優(yōu)先進入綠色的高速通道，并且優(yōu)先在高速通道頂部的圈閉內(nèi)成藏，直接蓋層下的圈閉成藏順序按照圖中的數(shù)字，從1號運移路徑到3號運移路徑依次成藏，如果油氣足夠充足的前提下，油氣繼續(xù)往下方的圈閉內(nèi)依次充注。很顯然，在這種高速通道存在的前提下，離烴源巖較近的圈閉由于處于低勢區(qū)，反倒成了最后成藏的位置。

而在碎屑巖(砂巖)地層中，油氣運移往往沿著儲集層頂面蓋層底面發(fā)生運移，運移的特點表現(xiàn)為以油氣源為中心，油氣成藏幾率和運移距離成反比。

3　分析討論

按照前人對世界上主要碳酸鹽巖油氣藏儲層類型的總結(jié)[18]，把目前的儲層類型分為以下幾類：不整合下儲層、白云巖儲層、鮞粒和團粒灘儲層、生物礁儲層、微孔隙儲層及微裂縫儲層。如果從運移通道的角度來看，可以看作顆粒狀通道(白云巖儲層、鮞粒和團粒灘儲層)，孔洞類通道(生物礁儲層、不整合)和裂縫類通道(微孔隙及裂縫)三大類別。其中白云巖和灘類儲層的基質(zhì)孔隙度比較低，因此油氣運移的距離應該非常有限。而孔洞類通道和裂縫類通道的滲透率通常比較高，可以構(gòu)成油氣二次運移的高速運移通道。

圖6　碳酸鹽巖高速通道運移通道存在下的油氣運移模式Fig.6　Oil and gas migration model in the existence of the high speed migration pathway in carbonate rocks

孔洞類通道通常和孔洞類儲層的分布面積有關(guān)，只要孔洞是連通的，油氣會充滿(油源充足的前提下)所有連通范圍內(nèi)的孔洞。因此，在儲層連通范圍內(nèi)，成藏和距離的關(guān)系不大，主要和孔洞類儲層的分布范圍和連通特征有關(guān)。

裂縫類通道發(fā)生的運移主要和斷裂相關(guān)，通常，斷裂在開啟階段，斷裂范圍內(nèi)具有高效的連通性，斷裂本身具有匯聚油氣運移通道的特征[19-22]，可以作為高速運移的通道，因而油氣的運移往往被斷裂通道所控制，所有的油氣成藏都和斷裂相關(guān)，只要在斷裂控制范圍內(nèi)(微孔隙及裂縫連通)，油氣成藏的幾率也和距離的關(guān)系也不明顯。

因此本文認為，對于碳酸鹽巖油氣藏，運移范圍處于非近源條件下，如果存在高速運移通道，油氣往往受斷裂展布特征和孔洞類儲層的分布范圍所控制，只要在這個范圍內(nèi)，油源足夠的前提下，油氣成藏的幾率是相當?shù)摹Ｒ虼?，對于碳酸鹽巖系統(tǒng)而言，只要在斷裂和孔洞類儲層的延伸范圍內(nèi)，即使在較遠的距離條件下，仍然具有較高的大油氣藏成藏幾率。而碳酸鹽巖內(nèi)普遍存在高速運移通道，故可以認為，在高速運移通道的展布范圍內(nèi)(可近可遠)，油氣成藏的幾率主要受控于高速通道和圈閉的組合特征，和距離的關(guān)系并不明顯。

4　結(jié)論

1) 通過分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，本文認為，在碳酸鹽巖系統(tǒng)內(nèi)，油氣成藏幾率和運移距離具有階梯狀特征。油氣成藏仍然以近源運移為主，但對于非近源運移的油氣而言，油氣運移的距離對油氣成藏幾率的控制作用并不明顯。

2) 對于非近源運移，碳酸鹽巖往往存在一個由斷裂或者孔洞組成的高速運移通道，油氣藏的分布往往受斷裂展布特征和孔洞類儲層的分布范圍所控制，只要在這個通道范圍內(nèi)，油源足夠的前提下，油氣成藏的幾率是相當?shù)?。因此，對于碳酸鹽巖系統(tǒng)而言，只要在斷裂和孔洞類儲層的延伸范圍內(nèi)，即使在較遠的距離條件下，仍然具有較高的大油氣藏成藏幾率。

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(編輯張亞雄)

Secondary oil migration distance and hydrocarbon accumulation in carbonate rocks

Zhou Bo1,Jin Zhijun1,Yun Jinbiao1,Bai Guoping2

[1.Exploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,Chian;2.ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China]

In this paper,we statistically analyzed the secondary hydrocarbon migration distances of 229 large carbonate oil and gas fields within the major petroliferous basins in the world.It is found that the secondary hydrocarbon migration distances and number of oil/gas fields within carbonate migration systesms show no exponential decay relationship as the clastic migration systems.Carbonate reservoirs are generally proximal to source rocks.However,for reservoirs distal to source rocks,the migration distance has no obvious control on the probability of hydrocarbon accumulation.For reservoirs distal to source rocks,oil and gas distribution are generally controlled by the distribution pattern of faults and the distribution range of carbonate reservoirs of vuggy-cavernous type.Given sufficient hydrocarbon supply,the possibility of hydrocarbon accumulation remains almost consistent with such a range.Therefore,even at a long distance,as long as it is within the distribution range of faults and reservoir rocks of the vuggy-cavernous type,the probability of hydrocarbon accumulation can be relatively high.

migration distance,secondary migration,carbonate rock,reservoir accumulation

2015-02-03;

2016-06-20。

周波(1976—)，男，博士，高級工程師，油氣成藏動力學與油氣富集規(guī)律。E-mail:zhoutmp@163.com。

國家科技重大專項(2011ZX05005-01-03)；國家基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2012CB412800)。

0253-9985(2016)04-0457-07

10.11743/ogg20160401

TE122.3

A