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我國(guó)含油氣盆地深層碳酸鹽巖經(jīng)歷復(fù)雜多期多類(lèi)型成巖流體溶蝕改造作用，流體活動(dòng)與構(gòu)造/斷裂作用密切相關(guān)，存在抬升-大氣水巖溶、斷裂-熱液、沉降埋藏-有機(jī)成巖流體溶蝕改造作用。依據(jù)野外和巖心觀察、室內(nèi)測(cè)試分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)值模擬等，開(kāi)展不同流體屬性類(lèi)型識(shí)別，厘定碳酸鹽巖儲(chǔ)層流體溶蝕改造動(dòng)態(tài)過(guò)程，明確深層-超深層儲(chǔ)層發(fā)育控制因素，提出有利相帶奠定基礎(chǔ)、斷裂-流體改造優(yōu)化拓展、深埋環(huán)境有效保持的儲(chǔ)層發(fā)育與保持機(jī)理，建立不同流體作用下儲(chǔ)層發(fā)育地質(zhì)模式，明確萬(wàn)米深層有效儲(chǔ)集體類(lèi)型。

叢書(shū)序

深層油氣是中國(guó)油氣資源戰(zhàn)略接替的三大領(lǐng)域(深層、海域、非常規(guī))之一。但深層高溫、高壓及復(fù)雜地應(yīng)力給油氣勘探實(shí)踐帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。首先，在油氣地質(zhì)方面，海相深層往往經(jīng)歷多期盆地原型疊合，發(fā)育了多套油氣成藏組合，具有多源、多期成藏和構(gòu)造改造調(diào)整過(guò)程，烴源巖成熟度高，油氣源對(duì)比及多途徑生氣氣源判識(shí)難度大。尤其是有機(jī)-無(wú)機(jī)相互作用貫穿了深層-超深層整個(gè)成烴-成藏過(guò)程，水的催化加氫究竟有何影響？深層油氣是淺成深埋還是深成，或者是連續(xù)過(guò)程?深層油氣相態(tài)、成藏動(dòng)力、富集機(jī)理與分布規(guī)律是什么？均是困擾學(xué)術(shù)界多年的難題。其次，在深層油氣領(lǐng)域方面，缺乏相應(yīng)的區(qū)帶、圈閉評(píng)價(jià)技術(shù)。然后，在地震勘探技術(shù)方面，由于埋深加大，普遍存在的多次波、縫洞繞射等導(dǎo)致成像不清、分辨率降低，使斷裂、裂縫預(yù)測(cè)精度低，有效儲(chǔ)集體表征和流體識(shí)別難度增大。最后，在工程技術(shù)方面，深層-超深層相關(guān)的隨鉆測(cè)量與地質(zhì)導(dǎo)向、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等關(guān)鍵技術(shù)受制于人，嚴(yán)重制約了深層油氣勘探進(jìn)程與成效。為此，中國(guó)科學(xué)院組織實(shí)施了A類(lèi)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)-智能導(dǎo)鉆技術(shù)裝備體系與相關(guān)理論研究（XDA14000000），“深層油氣形成與分布預(yù)測(cè)”（XDA14010000）是專(zhuān)項(xiàng)任務(wù)之一，主要攻關(guān)任務(wù)是通過(guò)深層油氣形成與分布預(yù)測(cè)研究，揭示深層油氣形成機(jī)理與分布規(guī)律，發(fā)展深層油氣成藏與富集理論和評(píng)價(jià)技術(shù)。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)6年的艱苦努力，取得了豐富的研究成果，主要進(jìn)展如下:

建立了克拉通裂谷/裂陷、被動(dòng)陸緣拗陷(陡坡與緩坡)和臺(tái)內(nèi)拗陷三類(lèi)四型烴源巖發(fā)育地質(zhì)模式，揭示了深層高溫高壓條件下全過(guò)程生烴及多元生氣途徑，擴(kuò)展了生烴門(mén)限，強(qiáng)調(diào)了裂解氣(于酪根及滯留油)、有機(jī)-無(wú)機(jī)相互作用是深層生烴的重要特點(diǎn)，擴(kuò)大了深層油氣資源規(guī)模。

基于控制深層-超深層優(yōu)質(zhì)規(guī)模儲(chǔ)層發(fā)育和保持的巖相-不整合面-斷裂三個(gè)關(guān)鍵要素的分析，提出了儲(chǔ)層分類(lèi)新方案，明確了早期有利巖相是基礎(chǔ)，后期抬升剝蝕及斷裂改造是關(guān)鍵，深埋條件下的特殊流體環(huán)境決定了儲(chǔ)集空間的長(zhǎng)期保持。建立了深層-超深層強(qiáng)非均質(zhì)性?xún)?chǔ)層地質(zhì)模式與地球物理預(yù)測(cè)方法，形成了基于知識(shí)庫(kù)的智能儲(chǔ)層鉆前精細(xì)建模與隨鉆快速動(dòng)態(tài)建模方法。

建立了深層油氣跨尺度非線性滲流模型，實(shí)現(xiàn)了從微納米孔隙到儲(chǔ)層的跨尺度非線性滲流模擬，揭示了不同類(lèi)型致密儲(chǔ)層空間內(nèi)的油氣運(yùn)聚動(dòng)力條件和運(yùn)聚機(jī)理差異，明確了油氣在高滲透層、洞-縫型儲(chǔ)層以浮力運(yùn)移為主，超壓在致密儲(chǔ)層中規(guī)模運(yùn)移起關(guān)鍵作用。

明確了深層油氣具有“多期充注、淺成油藏、相態(tài)轉(zhuǎn)化、改造調(diào)整、晚期定位”的成藏特征和“多層疊合、有序分布、源位控效、優(yōu)儲(chǔ)控富”的富集與分布規(guī)律。

針對(duì)含油氣系統(tǒng)理論對(duì)中國(guó)疊合盆地的不適應(yīng)性，發(fā)展和完善了油氣成藏體系理論，提出了成藏體系的烴源體、聚集體、輸導(dǎo)體三要素及結(jié)構(gòu)功能動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)思路，形成深層盆地-區(qū)帶-圈閉評(píng)價(jià)技術(shù)體系和行業(yè)規(guī)范，搭建了沉積-成巖-成藏一體化模擬軟件平臺(tái)，優(yōu)選了戰(zhàn)略突破區(qū)帶和勘探目標(biāo)，支撐了油氣新領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)與突破。

該套叢書(shū)是對(duì)深層油氣理論技術(shù)的一次較系統(tǒng)的總結(jié)，相信它們的出版將對(duì)深層海相油氣未來(lái)的深入研究與勘探實(shí)踐產(chǎn)生重要的指導(dǎo)作用。

謹(jǐn)此作序。

朱日祥

2023年8月16日

前言

近年來(lái)，我國(guó)油氣勘探逐漸由中淺層向深層-超深層拓展，無(wú)論是在中西部盆地還是在東部盆地都陸續(xù)獲得了一系列重大油氣勘探發(fā)現(xiàn)，包括塔里木盆地塔河和輪南巖溶縫洞型油氣田、順北和富滿超深斷控縫洞型油氣田、天山南北致密砂巖氣田、四川盆地普光和元壩礁灘型氣田、磨溪和安岳震旦系一寒武系臺(tái)緣丘灘相大型氣田、川東南志留系頁(yè)巖氣田、渤海灣盆地渤中潛山凝析氣田、瓊東南盆地樂(lè)東-陵水凹陷中新統(tǒng)海底扇油氣田等。

隨著勘探技術(shù)日益提高，越來(lái)越多的超深鉆井在8000m甚至超過(guò)9000m的超深層碳酸鹽巖中發(fā)現(xiàn)規(guī)模性油氣資源。順北油氣田是我國(guó)目前平均埋藏深度最深的斷控縫洞型碳酸鹽巖油氣田，最大鉆井深度超過(guò)9000m，油藏中部平均深度超過(guò)7761m，油柱高度超過(guò)900m。輪探1井在震旦系奇格布拉克組8737~8750m段微生物巖中發(fā)現(xiàn)氣層，塔深5井在奇格布拉克組8780~8840m段微生物巖儲(chǔ)層中測(cè)試獲日產(chǎn)氣38957m。這些勘探成果不僅為科學(xué)研究提供了第一手資料，也堅(jiān)定了向超萬(wàn)米特深層系油氣勘探的信心。

深層-超深層發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是實(shí)現(xiàn)商業(yè)性油氣勘探的關(guān)鍵因素。結(jié)合近些年的油氣勘探實(shí)踐，針對(duì)深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育控制因素已經(jīng)取得共識(shí)。馬永生等提出三元控儲(chǔ)理論，認(rèn)為沉積和成巖環(huán)境控制早期孔隙發(fā)育，構(gòu)造-壓力耦合控制裂縫與溶蝕，流體與巖石相互作用控制深部溶蝕與孔隙的保存。趙文智等提出沉積礁/灘及白云巖、后生溶蝕-溶濾和深層埋藏-熱液等是碳酸鹽巖儲(chǔ)層大型化發(fā)育的關(guān)鍵地質(zhì)條件。沈安江等認(rèn)為規(guī)模性?xún)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體大多在沉積成巖早期形成。何治亮等提出構(gòu)造、層序、巖相、流體和時(shí)間五個(gè)因素控儲(chǔ)的地質(zhì)成因模型。這些學(xué)者普遍認(rèn)為早期有利高能相帶發(fā)育形成的丘灘相碳酸鹽巖再經(jīng)歷早期白云巖化作用和淺表?xiàng)l件下的規(guī)模性巖溶作用，是儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)。后期構(gòu)造/斷裂與流體耦合改造作用促使儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間進(jìn)一步改造優(yōu)化，長(zhǎng)期深埋藏過(guò)程中有利的流體保持環(huán)境促使優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層保持至今。

由此可以看出，深層-超深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育和長(zhǎng)期保持的一個(gè)重要因素是流體的溶蝕改造作用。不同流體改造類(lèi)型和改造方式與構(gòu)造和斷裂活動(dòng)密切相關(guān)，如構(gòu)造抬升過(guò)程中會(huì)伴隨大氣降水的巖溶改造作用，走滑斷裂成為上行熱液等多種流體活動(dòng)的通道，沉降埋藏過(guò)程中存在有機(jī)成巖流體、熱化學(xué)硫酸鹽還原作用等。構(gòu)造/斷裂與流體溶蝕改造作用在碳酸鹽巖沉積和成巖過(guò)程中始終具有一定的影響，對(duì)深層-超深層儲(chǔ)層發(fā)育和保持起到了重要作用。

在深層-超深層儲(chǔ)層研究中，明確成巖改造流體作用類(lèi)型、控制流體活動(dòng)的構(gòu)造/斷裂條件、構(gòu)造/斷裂-流體活動(dòng)期次和時(shí)代，是深入開(kāi)展儲(chǔ)層形成和保持、儲(chǔ)層發(fā)育地質(zhì)模式并分布預(yù)測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是研究油氣成藏和富集規(guī)律的基礎(chǔ)。

針對(duì)流體作用類(lèi)型識(shí)別、流體溶蝕改造機(jī)制等方面的研究，許多學(xué)者采用了多種地質(zhì)與地球化學(xué)測(cè)試分析，開(kāi)展了多種數(shù)值模擬和物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M，對(duì)研究流體屬性類(lèi)型、流體溶蝕改造作用機(jī)理有重要的借鑒作用。這些技術(shù)方法包括從宏觀到微觀的地質(zhì)描述表征與分析技術(shù)、沉積成巖流體環(huán)境原位微區(qū)定性-定量-定時(shí)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)、儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)理與過(guò)程物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值定量模擬分析技術(shù)等。

從宏觀到微觀的地質(zhì)描述表征與分析技術(shù)方面，近年來(lái)逐步發(fā)展完善與系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)包括野外露頭無(wú)人機(jī)觀測(cè)、激光點(diǎn)云掃描、薄片圖像數(shù)字化自動(dòng)化處理、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、核磁和計(jì)算機(jī)斷層掃描孔隙結(jié)構(gòu)分析等。通過(guò)這一系列技術(shù)應(yīng)用，針對(duì)不同類(lèi)型儲(chǔ)集體的宏觀形態(tài)與展布、規(guī)模與尺度大小、巖石與礦物組成、孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙連通性與非均質(zhì)性等開(kāi)展宏觀至微觀多尺度刻畫(huà)與表征。

沉積成巖流體環(huán)境原位微區(qū)定性-定量-定時(shí)分析方面,近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的技術(shù)主要包括原位微區(qū)主量、微量、稀土元素，原位微區(qū)碳、氧和鍶同位素、鎂同位素、硫同位素、團(tuán)簇同位素、U-Pb同位素測(cè)年等技術(shù)。傳統(tǒng)的溶樣分析方法需要挑選方解石、白云石單礦物或選擇單一組構(gòu)的碳酸鹽巖，不但需要的量較多，而且不能對(duì)毫米-微米級(jí)的成巖礦物進(jìn)行精細(xì)分析。近年來(lái)，激光剝蝕與高精度質(zhì)譜儀的聯(lián)合應(yīng)用逐步實(shí)現(xiàn)了元素（特別是稀土元素）和多種同位素的原位微區(qū)分析,使得沉積成巖環(huán)境識(shí)別、示蹤和動(dòng)態(tài)演化過(guò)程分析更加精確。

在儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)理與過(guò)程物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值定量模擬分析技術(shù)方面，主要根據(jù)研究目標(biāo)所處的地質(zhì)環(huán)境，提取流體-巖石體系的關(guān)鍵反應(yīng)參數(shù)，如溫度、壓力、流體、巖石組分、流體巖石比、孔隙幾何形狀等，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值定量模擬計(jì)算，可以厘清不同地質(zhì)與成巖流體環(huán)境下碳酸鹽巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間形成過(guò)程的控制因素，進(jìn)而明確優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)集體的成因機(jī)制。模擬實(shí)驗(yàn)主要借助高溫高壓反應(yīng)釜、混合流反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)盤(pán)反應(yīng)裝置、金剛石壓腔反應(yīng)釜、毛細(xì)硅管反應(yīng)裝置等設(shè)備查明礦物溶解-沉淀過(guò)程中的反應(yīng)速率常數(shù)、反應(yīng)速率等;同時(shí)，結(jié)合微觀觀測(cè)手段如掃描電子顯微鏡、原位拉曼光譜、垂直干涉掃描儀、納微米計(jì)算機(jī)斷層掃描等，研究礦物溶蝕-沉淀界面形貌的變化、孔隙幾何形態(tài)的變化等。數(shù)值模擬是計(jì)算和預(yù)測(cè)流動(dòng)與反應(yīng)進(jìn)程、溶質(zhì)輸運(yùn)、礦物分布、孔隙分布的有力工具，可包括的參數(shù)全面、計(jì)算范圍廣、便于考察無(wú)法實(shí)時(shí)或直接觀測(cè)的物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程。常用的流體巖石相互作用相關(guān)的數(shù)值模擬工具包括TOUGHREACT、格子波爾茲曼方法、Crunch方法等。

本書(shū)立足我國(guó)主要含油氣盆地深層-超深層多類(lèi)型儲(chǔ)層中所揭示的多種復(fù)雜流體溶蝕改造作用，通過(guò)多種技術(shù)方法與手段，明確構(gòu)造/斷裂活動(dòng)對(duì)流體屬性類(lèi)型的控制作用，厘定斷裂-流體耦合作用期次、時(shí)代和動(dòng)態(tài)過(guò)程，揭示復(fù)雜斷裂-流體作用下儲(chǔ)層溶蝕發(fā)育和保持機(jī)理，并對(duì)重點(diǎn)油氣勘探區(qū)域和層系開(kāi)展應(yīng)用。