油氣成藏理論的研究進展及思考

張海玥，侯讀杰

(1.中國地質大學，北京 100083;2.海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室 中國地質大學，北京 100083)

1 油氣成藏理論的發展階段

油氣成藏研究主要是動態分析油氣藏的分布、特征及運移聚集規律，是石油地質理論的綜合運用與創新，它與單獨的沉積、儲層等分析的最大不同就是其整體性，是對各要素之間的有機聯系進行深入剖析。具體而言，包括靜態特征研究和成藏動態分析2個方面。靜態研究主要從“生、儲、蓋、聚、圈、保”這6個方面對油氣藏進行描述，動態分析主要是運用各種分析方法研究油氣成藏過程，如流體包裹體法，有機地球化學方法等，對三維地質格架中的油氣藏進行分析，再現其地質歷史時期中的成藏過程。

油氣成藏理論伴隨著勘探實踐的發展，大致經歷了3個階段:19世紀末至20世紀50年代初為第1階段;20世紀50年代中期至70年代末為第2階段;20世紀80年代至現在為第3階段。

1.1 第1階段(19世紀末至20世紀50年代初)

以沿背斜褶皺帶分布油氣藏的背斜說或重力說為代表，為油氣成藏研究的初始階段。White做了一個簡單的物理模擬實驗，然后在1861年提出這一影響深遠的理論。至今在世界石油和天然氣的產量及儲量統計中，背斜油氣藏仍居首位。中國依據這一理論，發現了位列世界十大特大背斜油田的大慶油田［1］。

在背斜學說的基礎上，Karl于1880年提出隱蔽油氣藏的概念，這是由于在尋找背斜油氣藏的過程中發現了不受背斜控制和未知成因的非背斜油氣藏。

M.K.Hubbert最早將流體勢的概念引入石油地質研究中，國外的油氣勘探基本都是在海相地層中展開的，中國的油氣勘探對世界油氣勘探的重要貢獻無疑是提出了“陸相生油說”。1941年潘鐘祥第1次明確提出陸相地層可以生油［2］。

總體而言，這一階段是油氣成藏研究的初始期，形成了一些理論模式，奠定了以后發展的基礎。

1.2 第2階段(20世紀50年代中期至70年代末)

這一時期是油氣成藏理論的重要發展時期，在第1階段對油氣藏基本形成條件研究的基礎上，本階段的發展主要體現在研究方向向成藏機理轉移，借助于先進的實驗手段，油氣成藏的研究逐漸將地球物理勘探、石油地質與油氣地球化學相結合進行綜合研究。

1978年，Tissot和Welte等建立了干酪根熱降解生烴模式，提出了干酪根晚期生油理論［1］。烴源巖評價、油氣源對比、烴源層生烴機理與生烴模式對當時的油氣勘探起到了很大作用。

關于油氣的二次運移，這一時期也有一定的研究。對二次運移的相態、動力、阻力、通道、距離及運移聚集效率也取得了很多成果［3-4］。

1.3 第3階段(20世紀80年代至現在)

這一時期是油氣成藏研究的飛速發展時期，隨著勘探領域的擴大，新的問題不斷出現，這也促進了成藏研究的迅速發展。

1.3.1 盆地模擬和數值模擬

對石油地質理論的模擬在這一時期迅速發展，分為實驗室模擬和數值模擬2種方式，后者主要是盆地模擬，包括油氣運聚，埋藏史，地熱史，生、排烴史，所采取的方式有一維、二維和三維。

Ungerer等建立了較完整的二維盆地模擬系統［5］。England等建立了油氣二次運移和聚集的二維盆地模擬系統，利用達西定律對兩相滲流進行計算［6］。近年來三維的盆地模擬已得到很大發展，與實際地質情況更加接近。

曾濺輝對孔隙尺度下均質和非均質砂層、斷層和不整合輸導系統、背斜和巖性圈閉地層溫壓條件下油氣的運聚進行了模擬［7］。李明誠通過模擬實驗，提出烴源巖的臨界運移飽和度或排烴飽和度的大小受多種因素的影響，對于一般泥巖該值為5%［8］。盆地模擬在中國東部的拉張型盆地、碎屑巖盆地及西部的擠壓型盆地、碳酸鹽巖盆地的應用都較為成功［10-12］。

1.3.2 “三場”研究

隨著油氣勘探的發展，很多學者注意到地溫場、地壓場、地應力場與油氣運移與成藏的關系，“三場”是控制油氣藏形成和分布的最根本因素。

地溫場是地球內部熱能通過導熱率不同的巖石在地殼上的表現，不同巖石的導熱率由其成分和結構決定。目前通過多種方法來確定古地溫，研究地史過程中沉積巖所經歷的最高溫度。這個最高溫度通常對應著油氣成藏的關鍵時間。地溫梯度的不同決定了生烴門限的不同，這從根本上決定了盆地的勘探領域。

地壓場是由地球重力產生的，對流體運移起著重要作用。由于多種原因，中國許多盆地存在壓力異常。現在研究認為異常高壓能夠抑制烴源巖的成熟，擴大“生油窗”的范圍。傳統的石油地質理論認為溫度是決定烴源巖成熟度的唯一因素，但現在認為壓力對烴源巖的演化也有不可忽視的作用。

地應力場對油氣的運聚及保存都極為重要。地應力場的性質控制著烴源巖的質量，影響儲層分布;地應力場的特征影響著油氣運移的方向、通道及強度;地應力場的形成、演化直接控制各類二級構造帶的形成與演化，影響油氣運移和聚集。如渤海東部新構造運動使得該區油氣藏普遍具有晚期成藏的特點，新構造運動控制了油氣成藏的各個方面:烴源巖、儲蓋組合、晚期圈閉、輸導體系等，并最終控制了油氣分布。總的來說，地應力場對油氣藏的各個方面都有著重要的影響。

“三場”研究雖然很重要，但現在研究程度較為薄弱，這是今后需要加強的一個方面。對一個油氣田進行綜合的“三場”研究，或許會對許多復雜問題起到意想不到的效果。

1.3.3 含油氣系統研究在中國的應用和發展

Wally Dow 1972年在AAPG年會上首次提出“石油系統”(Oil system)的概念［13-14］，現已演變為“含油氣系統”(Petroleum System)理論，在實際勘探中發揮了重要作用。含油氣系統包含2個方面的含義，即“基本要素”與“成藏作用”，前者包括烴源巖、儲集層、蓋層和上覆巖層，后者指的是圈閉的形成和石油的生成—運移—聚集的過程。這種研究方法在國外的油氣勘探中發揮了重要作用。

中國沉積盆地往往經歷了多期演化，多為疊合盆地，往往發育多個生烴灶，沉積多套烴源巖。張義杰、趙文智等結合實際提出了“復式含油氣系統”、“亞含油氣系統”、“復雜型含油氣系統”等概念，對含油氣系統理論進行了有益的補充［15-16］。田世澄結合中國東部盆地的勘探實際，提出成藏動力系統的概念［17］。他認為異常壓力分布對地下流體的運移起到分隔作用，除非斷層或不整合面將不同的異常壓力帶斷開或連通，否則流體只能在各自的異常壓力帶內進行側向運移。康永尚提出成藏流體動力系統的概念，將成藏流體動力系統分為重力驅動型、壓實驅動型、流體封存型及滯流型，不同成藏流體系統的研究重點應有所區別［18］。

1.3.4 “源控論”、“帶控論”和“相控論”

中國的含油氣盆地多經歷了多期構造運動，油氣藏經常具有“一源多層”、“一層多源”和“多源、多層、多藏”的特點，這種特點也使得勘探者不斷進行思考，促進了新理論的產生。

胡朝元［19］提出“源控論”。這一理論提出至今已有20多年，在中國的油氣勘探中發揮了重大作用。“源控論”并不排斥儲集層、圈閉或蓋層、水文地質等要素的作用，而是強調有效油源區是決定一個地區有無油氣藏的根本前提。

渤海灣盆地是一個多斷陷、多斷塊、多含油氣層系和多種油氣藏類型的含油氣盆地，其地質結構和成油規律具有自身特點。盆地內部斷塊發育，油水界面分布復雜。胡見義等依據勘探實際提出了“復式油氣聚集帶理論”，即“帶控論”，認為一個復式油氣聚集帶是由多個含油氣層系、多套油氣水系統、多種類型油氣藏組成的油氣藏群［20］。“帶控論”強調以二級構造帶背景為核心的勘探思路，這一理論在實際勘探中取得了很好的效果。

鄒才能等指出在具備成藏基本地質條件的前提下，中國四類盆地及三大勘探領域中各類油氣藏的形成和分布普遍具有“相控”的規律性，在勘探實踐中應突出強調“定相”的勘探理念和思想［21］。這一理論的核心是尋找有利儲集相帶。

1.3.5 “富生烴凹陷”和“滿凹含油”理論

袁選俊、譙漢生等依據渤海灣盆地的研究實踐，認為資源豐度大于20×104t/km2，規模在3×108t以上的凹陷為“富油氣凹陷”［22］。趙文智等提出富油氣凹陷“滿凹含油”的概念，指出很多油氣藏分布在生烴凹陷的低部位，甚至是向斜的中心部位，但同時不同部位油氣豐度又有很大差別［23］。

“滿凹含油”理論是對油氣勘探理論的巨大補充，是一種新的勘探理念。在正向構造之外，勘探家將目光逐漸轉向負向構造帶。趙賢正等［24］在二連盆地與渤海灣盆地冀中坳陷的勘探實踐中提出了洼槽聚油理論，與“滿凹含油”理論在內涵上是一致的。

1.3.6 優勢運移通道理論

研究表明，大約70%的油氣藏位于優勢通道方向上［25-27］。因此如何確定優勢運移通道就成為了一個非常重要的問題。現在基本采用2種方法來確定油氣運移的優勢通道，分別為物理模擬和綜合分析。

侯平等通過物理模擬對石油二次運移優勢通道的影響因素及其形成的動力學條件進行了分析［28］，研究結果表明優勢路徑具有指進運移、運移路徑窄及運移量較大的基本特征。蔣有錄等通過構造脊和含氮化合物研究了東濮凹陷濮衛地區的油氣運移路徑［29］，結果表明構造脊分析與地球化學指標追蹤相結合可以較準確地識別油氣運移路徑。姜福杰等研究了松遼盆地濱北地區扶楊儲層的油氣優勢運移通道［30］，認為蓋層底面構造形態、砂體、斷裂及水動力是4種主控因素。劉景東等對斷面優勢運移通道的有效性及其對油氣的控制作用進行了研究［31］，結果表明斷裂內部結構差異控制優勢運移通道的發育，斷面傾角越大、彎度越少的層段，越有利于油氣的垂向運移。斷面優勢運移通道控制油氣的縱向分布層系和橫向分布范圍。

1.3.7 幕式成藏理論

傳統的油氣成藏模式認為油氣運移是漸進式的，是一個比較緩慢的過程。但近年來很多學者注意到了油氣的快速充注現象［32-38］，這與傳統的觀念有著很大不同。目前人們將這種快速充注稱為幕式成藏。

目前認為幕式成藏的成因主要有3種:構造幕和構造泵作用、斷層閥效應或地震泵作用以及超壓積聚效應等。幕式成藏是一種普遍存在的成藏方式，主要受控于區域構造運動、斷裂活動和異常壓力演化，具有快速、高效的特點。

2 關于油氣成藏研究的思考

2.1 烴源巖研究不足

不管哪種類型的油氣藏，烴源巖都是起點。烴源巖的質量在根本上控制了油氣藏的規模。現在中國對優質烴源巖的研究很薄弱，而要形成大油氣藏，優質烴源巖的作用是非常大的。侯讀杰等結合物探和測井等信息，對濟陽坳陷的優質烴源巖進行了研究，在實際勘探中效果良好［39-40］。盧雙舫等指出優質烴源巖的內涵是其排烴效率比普通烴源巖高很多，并利用生烴動力學的方法，將優質烴源巖的下限定為2%［41］。筆者認為，優質烴源巖的研究，下限雖然有一定的意義，但不是最重要的，關鍵還是看其排烴效率是否顯著高于普通烴源巖，這對于現階段地層-巖性油氣藏的勘探非常重要，可以說，一個地區沒有優質烴源巖，就可以放棄地層-巖性油氣藏的勘探。

優質烴源巖的研究現在還亟待加強，主要有以下幾個方面:①烴源巖評價普遍以殘余碳進行評價，沒有進行有機碳的恢復。在排烴之后，殘余碳如何反映烴源巖的原始狀態，這個從原理上講就是錯誤的。②沒有充分考慮有機質的非均質性。現在的烴源巖評價大多為按不同烴源巖層段進行取樣，然后取平均值。這種方法完全忽略了有機質的非均質性，而正是由于非均質性，才會有優質烴源巖和一般烴源巖的區別。要解決這個問題，一種方法是進行密集采樣，但筆者認為最好的方法是與測井相結合，這樣才能最大程度消除非均質性的影響。③有機質類型的研究很粗淺。現在大多是利用幾種方法分別研究，最后對比得出結論，但事實上，II型有機質有很多是由I型有機質和III型有機質混合而成的［42］，這個問題的解決方法是采用PGC技術，來有效區分不同類型的烴源巖，對勘探做出有效指導。

2.2 油氣運移研究相對薄弱

現階段油氣運移研究集中于對二次運移的研究，大致有如下幾類:①以構造為基礎，泛泛指出油氣沿斷裂、不整合運移的路徑，沒有進行詳細的油源對比;②單純利用含氮化合物研究油氣運移，簡單與地質相結合，指出油氣運移的方向、距離;③利用流體勢和盆地模擬研究油氣運移;④利用原油物性、成熟度參數進行運移路徑識別。

油氣的二次運移是發生于儲層中的，因此儲層在空間的展布和儲層物性(如孔隙度、滲透率)都會對運移產生重要影響。油氣二次運移的方式一般有斷裂、不整合、砂體等，這些運移載體的時空展布必須搞清楚。徐波等對二次運移現狀進行了總結，指出應該加強宏觀與微觀的結合［43］。張立寬等對油氣運移過程中斷層的開啟與閉合進行了定量研究［44］，指出泥巖涂抹因子、斷層面正壓力、斷層開啟系數與斷層開啟閉合關系最密切，將以往對斷層研究的模糊性減小了很多。而現在有很多成藏模式圖、油氣運移圖沒有考慮這些問題。

油氣運移是發生在儲層之中的，發生油氣運移的儲層是有效儲層。而現在很多研究不注意這個問題。要確定有效儲層，筆者認為可以利用錄井數據確定儲層含油性，然后再考慮運移通道與烴源巖區的關系，得出客觀的結論。

利用含氮化合物進行油氣運移的研究已經取得成功，但含氮化合物同樣受到成熟度和沉積環境的影響［45-49］，不同的沉積環境和成熟度對含氮化合物的豐度及相關運移參數的計算影響很大，而現在的研究者對此基本沒有考慮。

利用原油物性、成熟度參數進行運移路徑識別需要考慮生物降解的影響，因為生物降解達到一定程度會對原油物性及成熟度參數產生很大影響，使參數失真，這一點在渤中坳陷PL19-3油田油氣地球化學研究中已經得到證實，而現在很多研究者沒有注意這個問題。

流體連通性在油氣勘探和開發階段都是一個很重要的問題，在油氣運移中也很重要，目前主要用砂地比、砂巖密度、油氣地球化學、流體示蹤劑等方法進行判別［50-53］。但多數研究者并未將其歸入油氣運移研究的一環，這是以后需要加強的方面。

總之，油氣運移是一個很復雜的問題，但又在實際研究中非常重要，因為油氣運移具有非均質性，大部分是通過主運移通道進入圈閉的，因此對主運移通道的識別對于油氣勘探具有重大意義，是今后研究特別需要加強的一個方面。

2.3 與水文地質研究結合薄弱

地下水與油氣生成、運移、聚集有著密切的聯系，水動力對油氣運聚有重要影響。對含油氣盆地的水文地質研究對于油氣成藏是非常重要的。目前，多數研究者只是簡單的對地層水的礦化度、水型和各種化學特性系數等進行研究［54-56］，并未將其納入含油氣盆地研究的一部分。今后應將地層水、油氣與固體礦床進行一體化研究。

2.4 “三場”研究薄弱

“三場”是油氣生成、運移、聚集的根本原因，對其進行細致研究會對許多成藏中的焦點問題起到決定性的作用。田在藝等指出古地溫場對油氣演化起重要作用，控制了生、排烴門限［57］。崔軍平等研究了海拉爾盆地現今地溫場的影響因素，討論了其對油氣藏的控制作用［58］。肖煥欽等研究了濟陽坳陷地溫場-地壓場對油氣藏在縱向和橫向上的控制作用，探討了異常壓力形成的原因［59］。關于地應力場的研究多是從地球物理的角度進行的，與油氣成藏的聯系不大。迄今為止，很少有學者對一個成藏體系的“三場”進行綜合研究，這也許是現今油氣成藏研究進入瓶頸期的一個原因。今后需要在“三場”的基礎上，對成藏系統進行劃分，進行成因性研究。

3 油氣成藏研究的發展趨勢

隨著勘探的深入，油氣成藏研究的作用越來越大。現在的油氣成藏研究多為單項研究，整體性明顯不足。未來的油氣成藏研究應以油氣運移為中心，以沉積、構造對油氣藏的控制作用為基礎，加強“三場”研究及與水文地質研究的結合，對油氣藏的形成進行動態和靜態的綜合研究，探討油氣藏的主控因素。國內外已有一些這樣的研究。

Samil Sen利用地震、沉積、巖石熱解、有機巖石學和盆地模擬等手段對中央黑海盆地進行了研究，指出其現在未發現工業規模油氣流的原因為鉆井未鉆至儲層，只在局部蓋層剝蝕處獲取少量油氣流，并指出了潛在的有利勘探區［60］。

Pang Xiongqi等通過一種油氣聚集系數(HAC)的方法對渤海灣盆地黃河口凹陷進行了研究，先在濟陽凹陷和遼河西部凹陷通過研究該參數與油氣運移距離、平均排烴強度、泥巖含量、斷層長度、斷層位移速率、最大斷層移距/蓋層厚度、排烴高峰期/蓋層形成時間的相關性，結果表明斷層位移速率、最大斷層移距/蓋層厚度、排烴高峰期/蓋層形成時間為油氣聚集量的主要控制因素。之后通過多元回歸分析的方法將這一方法應用于黃河口凹陷，所得資源量預測結果與實際一致，表明該方法具有較好的實用性。實際上，現在油氣成藏的主控因素分析已經成為非常重要的一個研究方向，對中國的油氣勘探將起到越來越重要的作用［61］。

J.Qiang等對中國東部裂陷盆地的26個大型油氣田進行了研究，指出富含有機質的烴源巖是形成油氣藏的首要條件，但由于多期構造運動控制了其他成藏要素，因此凹中隆是最有利的勘探區，斜坡區次之，最后為源巖區的隱蔽圈閉［62］。

李軍生等研究了烴源巖對古潛山油氣藏的控制作用［63］，指出烴源巖為其成藏主控因素。

烴源巖的研究雖然已經取得很大進展，但仍需加強研究。現在的研究手段存在一定的缺陷，應將其與地震、測井結合，最好以小層進行研究，最大程度降低非均質性對烴源巖的影響，同時可以加大發現優質烴源巖的概率，為地層-巖性油氣藏的研究打下堅實的基礎。

地質現象是非常復雜的，理論雖然對實踐具有重要的指導作用，但在實踐中也會不斷出現現有理論無法解釋的現象，這時就需要研究者打破思維定勢，客觀對待新現象，從新的角度進行思考，而不能墨守成規。

4 結論

(1)油氣成藏研究至今經過了3個發展階段，分別為初始期(19世紀末至20世紀50年代初)、重要發展期(20世紀50年代中期至70年代末)和高速發展期(20世紀80年代至現在)。在高速發展期，由于研究內容的復雜性，新理論不斷出現，對實際勘探開發起到了指導作用。

(2)目前油氣成藏研究中主要存在以下問題:①烴源巖研究不足，優質烴源巖研究薄弱，烴源巖評價方法存在很多問題;②油氣運移研究相對薄弱，現在多是單種方法研究，沒有考慮影響油氣運移的因素，地質方法與地球化學方法結合不足，多種資料沒有充分應用;③與水文地質研究結合薄弱，現在多集中于地層水的礦化度、水型、各種化學特性系數等，未將其納入含油氣盆地研究的一部分;④“三場”研究薄弱，“三場”是油氣生成、運移、聚集的根本原因，對其進行細致研究會對許多成藏中的焦點問題起到決定性的作用，現在多數學者沒有進行“三場”研究，這方面亟待加強。

(3)現在的油氣成藏研究多為單項研究，有一定作用，但整體性明顯不足。未來的油氣成藏研究應以油氣運移為中心，以沉積、構造對油氣藏的控制作用為基礎，加強“三場”研究及與水文地質研究的結合，對油氣藏的形成進行動態和靜態的綜合研究，開放思維，探討油氣藏的主控因素。

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