油（气）—源对比及含油气系统划分

含油气系统研究方法~

沉积盆地（sedimentary basin）、含油气系统（petroleum system）、勘探层（play）和圈闭（trap）是现代油气地质研究与资源评价的四个不同级别的对象。含油气系统介于沉积盆地和勘探层之间。沉积盆地分析着重于地层层序、构造演化及构造样式研究，对油气生、运、聚、保的研究和资源评价是概略的。在含油气系统研究中，则是以系统论观点分析源岩和油气藏之间的成因联系。研究含油气系统，可以摸清生、储、盖层的空间展布及组合类型，了解生、运、聚过程，向我们展现大范围的油气分布景观，因此是十分重要的，近期日益受到地质学家的重视。含油气系统研究实际上不应是一种具体的研究方法，而是一种独特的资料处理与解释的方法学，即是应用系统论观点，按照从源岩到油气藏这一思路，以时间为主线将各地质过程联系起来，进行油气成因分析及资源评价。通常，含油气系统研究包括如下几个方面：
4.2.1 含油气系统研究的哲学思维体系
4.2.1.1 含油气系统是一个物质系统
含油气系统从本质上讲是由一套地层组成的物质系统，在其内部天然流体（主要是指油和气）曾发生了强烈运动（即通常所说的排烃、运移与聚集），但与系统外之流体运动不同，或相关性较小。因此系统具有整体性，在客观上具有较明确的界限，如在垂向上一般为区域性盖层所限定，而在侧向上则可能为生油岩和储层尖灭线、储层岩性侧向变化带、流体运动屏障（如致密岩层、断层）所限定。
4.2.1.2 含油气系统的结构特征
含油气系统生储盖组合类型可多种多样，主要受盆地演化及其充填型式所控制。上覆盖层展布特征对含油气系统也有影响。含油气系统的结构决定了成藏模式及所形成的油气藏类型。
4.2.1.3 含油气系统是一个有序次的作用系统
含油气系统无时无刻不处在温度场、压力场、应力场与流体场的控制之中，在四场的控制下，生油岩逐渐成熟生烃，并不时排烃，在渗透层、断层等通道中发生运移，并聚集成藏。上述各种成岩作用存在于含油气系统中，是含油气系统的灵魂。
4.2.1.4 含油气系统是一个开放系统
含油气系统存在于盆地乃至地壳这一更大的系统中，含油气系统有边界，但该边界绝非完全封闭的，系统内部的作用过程只是相对独立的，系统与环境之间往往存在物质交流，如油气渗漏、扩散即是系统内物质向环境（地表）流动，边底水也可能向系统流入或从系统流出，淡水渗入系统导致油气被氧化，底部热流对系统加温等，外力导致地层变形，油气藏形成、改造及破坏。
4.2.1.5 含油气系统随时间演化
正因为含油气系统是一个开放系统，所以含油气系统形成后，并非一成不变，而是由于受到与外界物质、能量交换的影响而不断演化发展，在每个时期处于变动或相对稳定状态。如在温、压作用下，有些含油气系统在大多数油气藏形成之后，仍有较多油气生成并运移聚集进入油气藏，而含油气系统中油气，特别是其中油气藏中油气或多或少在扩散或渗漏，故而油气藏处于动态平衡。另外，由于后期构造运动，往往也引起系统内油气藏遭调整、改造或破坏，油气再分配。
4.2.1.6 含油气系统认识观
含油气系统是一个客观实体，人们对其是可认识的，但该认识过程只能逐渐深化，逐渐逼近真实，永远存在不确定性。例如，对系统内成藏作用，油气资源分布等问题不能穷尽，只能逐渐明确。
4.2.2 含油气系统确定方法
含油气系统存在性的确定比较简单，按照Magoon和Dow（1994）的概念，“一个活跃的生烃洼陷”或“一套成熟的生油岩”就决定了一个含油气系统。据“生烃洼陷的数量”来确定含油气系统的个数。对于仅一个洼陷的地区（如半地堑，即通常所谓之箕状断陷），当其中没有任何生烃层达到成熟而生烃（图4-1A）时，该区不存在含油气系统；当其中有一套生烃层达到成熟而生烃（图4-1B）时，该区发育一个含油气系统；当其中有两套生烃层达到成熟而生烃（图4-1C）时，该区即发育两个含油气系统；依此类推。对于有两个洼陷的地区（如地堑，即通常所谓之双断式断陷），当其中没有任何生烃层达到成熟而生烃（图4-2A）时，该区不存在含油气系统；当其中一个洼陷有一套生烃层达到成熟而生烃（图4-2B）时，该区发育一个含油气系统；当其中两个洼陷都有一套生烃层达到成熟而生烃且两个洼陷生烃区不相连（图4-2C）时，该区即发育两个含油气系统；当其中两个洼陷都有一套生烃层达到成熟而生烃且两个洼陷生烃区相连（图4-2D）时，该区即发育一个含油气系统；依此类推。按照这种经典的概念和思路，我们就可首先分析一个盆地中是否存在一个或多个具有成熟生油岩的洼陷，若没有，则不存在含油气系统，若有几个洼陷，就存在几个含油气系统。

图4-1 含油气系统确定方法示意图（1）


图4-2 含油气系统确定方法示意图（2）

含油气系统的具体边界的确定是比较困难的，要根据实际地质情况，经过深入分析才能确定，一般而言，纵向边界，顶部以大的区域性盖层为界，底部以生油岩底界面、盆地基底、潜山层以下致密层为界；横向上，以储集岩尖灭线、区域封盖层尖灭线、大断层、隆起或下凹脊线、流体活动边界等为界。
一般而言，含油气系统的形成受控于盆地及其演化。不同类型的盆地，含油气系统的成因和特征不同。如裂谷型盆地，在高地温梯度条件下，烃源岩快速成熟，油气沿大量断层作垂向运移，而横向运移受到局限，向上向下进入储层聚集成藏，因此，含油气系统在垂向上地层跨越幅度大，但在横向上，分布面积一般不大，几乎与成熟生油岩分布区相同。不过，该类含油气系统往往油气富集，资源丰度高。地台型盆地，由于生储盖层横向稳定发育，展布广，油气也往往沿渗透层或不整合面作长距离侧向运移，因此，所形成的含油气系统呈扁平状分布，垂向地层跨度小，但横向分布面积广。
4.2.3 含油气系统划分及命名
L.B.Magoon（1992）认为，任何数量油气，一滴油或一股气，都是含油气系统存在的标志。在进行含油气系统划分时，首先要摸清研究区油气苗及油气藏分布，开展油（气）—源对比，划分生、储、盖组合，以确定含油气系统纵向展布，然后根据地化指标和演化史，确定有效源岩展布及生烃能力，分析排烃史及运移指向，分析储集岩展布，以确定含油气系统横向范围。
含油气系统是根据烃源岩及主要储集岩命名的，并加上表明该系统可靠性符号。即：烃源岩名称——主要储集岩名称（可靠性符号）
含油气系统可靠性分为已知（known）、假想（hypothetical）和推测（speculative）三级。在已知含油气系统中，源岩与油气藏间匹配关系是确定无疑的。在假想含油气系统中，据地化资料确定了一源岩，但源岩与油气藏之匹配关系不明确。在推测含油气系统中，源岩和油气藏的存在性极不确定，而都是根据地质和地化资料推测的。命名中，可靠性符号“！”表示已知，“·”表示假想，“?”表示推测。
4.2.4 含油气系统分类
目前，明确提出的含油气系统分类方案有两个。
4.2.4.1 Magoon方案
L.B.Magoon根据源岩中有机质类型（I、Ⅱ、Ⅲ型）、储集岩岩性（硅质碎屑岩、碳酸盐岩）以及含油气系统是单一的（purebred）还是复合的（hybrid），将含油气系统分为12类。单一的含油气系统是指在该系统形成时期内，构造格架没有发生重大变革；复合含油气系统形成过程中发生了大的构造变革，而且没有这种变革，就不能形成该含油气系统。显然，L.B.Magoon的分类方案侧重的是源岩和储层分析，对于划分和命名含油气系统非常方便。
4.2.4.2 成因分类
图4-3是Demaimn和Etuizinga（1991）提出的成因分类方案。他们主要根据充注因素（charging factor）（过充注、正常充注、欠充注）、运移排烃方式（migration style）（高阻抗、低阻抗）对含油气系统进行分类。这种分类为盆地分析勘探层评价人员提供了一种比静态地质格架更优越的方法。
4.2.5 含油气系统特征的确定
在含油气系统研究中，首先要分析已发现油气藏（苗）中油气的性质及成因；第二是分析油气源岩、储集岩、盖层及上覆岩层等地质要素；第三是分析圈闭的形成、油气生、运、聚、保过程等地质作用。整个分析应以时间为主线，放入多维空间中进行，侧重总结各因素和作用的相互关系。一般地说，应围绕上述研究内容，编制埋藏史曲线图以展示关键时刻（critical moment）及基本要素；关键时刻含油气系统展布平面图和剖面图以展示基本要素之间的空间联系；含油气系统事件图以展示基本要素间的时间关系、表示系统的持续时间（duration time）和保存时间（preservation time）。

图4-3 含油气系统成因分类

关于含油气系统特征的表述，Magoon和Dow（1994）提出“结构图解法”。即通常所说的四图一表法。
（1）埋藏史图，在含油气系统范围内选择某一点（一般是发育地层较全的深凹区中某一点），以时间为主线，作出各套地层埋藏深度随时间的变化曲线，并根据古地温场（主要是古地温梯度）变化标出各套烃源岩生油窗和生气窗（一般以地温曲线或Ro曲线标注）。以此图表明烃源岩生烃史。烃源岩生烃期代表了含油气系统形成时间，其中大部分油气生、排、运、聚期为所谓的“关键时刻”。
（2）关键时刻含油气系统的平面图，显示出烃源岩成熟生烃区平面分布范围、油气藏及油气显示分布状况、油气运移的主要方向。有时，这种油气生、运、聚概念模式是很不清楚的，是根据盆地演化和凹陷地质结构推断的。
（3）关键时刻含油气系统横剖面图，即含油气系统在剖面上的展布范围，包括生、储、盖层及上覆岩层。
（4）成藏事件图，以简明的图表方式反映基本成藏要素的空间配置、成藏过程（生、排、运、聚）的时间组合，总之强调各要素、各过程的组合关系，勾绘出含油气系统形成的地质环境。
（5）含油气系统中已知油气田等特征表。
4.2.6 含油气系统评价
评价含油气系统是把整个含油气系统作为对象，进行快速的半定量的区域油气资源评价，指出主要勘探层在含油气系统中的空间位置。L.B.Magoon（1992）指出，通过研究含油气系统之间及其各自内部不同源岩，并与烃类可采储量和类型比较，以便更好地评估一个含油气系统的最终烃类储量。Demaison和Huizinga（1991）将含油气系统分为油气生成子系统和运移圈闭子系统（图4-3），并认为，前者决定了油气区域充注量，后者决定了保存量。分别对二子系统进行评价，就可定性—半定量地判断一个含油气系统最终的含油气丰度。
4.2.7 含油气系统的半定量、定量表征
含油气系统的第一个表征，即是对系统内各地质要素形成保持期、各成藏作用的活跃时间及相互组合关系进行定量刻画，弄清成藏史、演化史和关键时刻。第二个表征即是对含油气系统的空间分布及其内部结构进行精细刻画。第三个表征即是应用油气充注程度（可用油气潜力指数SPI代表）、运聚样式（分垂向运移、侧向运移）、油气捕集样式或圈闭样式（根据阻抗油气散失程度分为高阻抗与低阻抗）来刻画含油气系统成藏作用及效果。

正确地确定和划分含油气系统，对于合理地进行资源评价与勘探决策尤为重要。一滴油或油气显示就足以证实含油气系统的存在，但将其划分出来就较为复杂。Magoon（1992）认为一个活跃的生烃洼陷就有一个含油气系统。这种简单的划分只适合于单型盆地。
查干凹陷是一个断坳叠置的复合型盆地。能否根据这一方案划分查干凹陷的含油气系统?勘探表明，查干凹陷的油气显示只发现于下白垩统断陷盆地中；并证实在断陷盆地下部存在一套活跃的烃源岩。说明苏红图组二段区域性盖层限定了含油气系统的地理范围。由于只发现一个含油气系统，不可能有多个含油气系统的组合关系。含油气系统形成后，坳陷时期的改造作用仅发生于盆地南部海力素构造带，对下白垩统含油气系统并未造成大的改造作用。油气的生成、运移与聚集主要发生于断陷盆地中。所以，查干凹陷含油气系统实际是一个单型断陷盆地含油气系统，可以用Magoon的含油气系统的划分方案和研究方法进行查干凹陷的分类和命名。
查干凹陷含油气系统按其凹陷的动力学背景属于断陷型含油气系统。由于只有一套活跃的烃源岩，且以凹陷为单元，应该是一个独立的含油气系统。
含油气系统的命名是根据烃源岩及构成该系统的主要储层而命名的。在此复合名称之后加上一个表明与该系统有关的可靠程度的符号，即烃源岩名称——主要储集岩名称（可靠程度符号）。可靠程度符号有（！）已知的、（·）可能的、（?）推测的3种。
根据查参l井、毛1井原油产状，查干凹陷可以识别出一个含油气系统。已确定出下白垩统巴音戈壁组（K1 b）为凹陷主力烃源岩；下白垩统苏红图组（K1 s）为主力储集岩段。它们在凹陷南北都有分布。该含油气系统可用巴音戈壁组-苏红图组（！）命名，简写K1 b-K1 s（！），是一个已知的含油气系统。
含油气系统特征的解剖对于有效认识油气成藏规律极其重要。如何能更有效地解剖含油气系统特征是一项值得探讨和研究的重大课题。不同学者有不同的研究思路和方法。本文提出一套基于层序框架中静态地质要素与动态地质作用过程研究思路和分析方法。用该思路和方法深入分析了查干凹陷 K1 b-K1 s（！）含油气系统的基本特征，进一步提出了有利勘探目标，并取得了良好的效果。

迄今为止，十屋-德惠含气带已勘探发现了后五家户气田、小五家子油气田、万金塔CO₂气田及农安、八屋和艾家窝堡三个含（油）气构造，另有一批非工业油气流井和油气显示井。产层和显示层多达几十个，分布于泉头组至沙河子组中。据陈孔全、刘厚仁等（1994）分析资料可以看出，本区天然气成因类型主要为煤型气，其次为油型气、无机成因气（CO₂气）及混合气（煤型气与油型混合，有机气与无机气混合），而油与油型气当然属同一成因类型。

通过油（气）-源岩地化特征分析与对比，证实本区油和煤型气、油型气均来自深部沙河子组和营城组，而万金塔气田中CO₂和He主要来源于上地幔岩浆在向上侵位和喷发过程中的脱气作用。

由于研究区盆地演化复杂，沉积环境多变，加之地处松辽盆地边缘，受物源区变化、物源方向更替和构造运动等影响极大，故小层横向变化大，很难对比，而只能开展砂层组分析，这就使得开展生、储、盖组合分析十分重要。

通常，生、储、盖组合可按其组合特征和对油气控制作用等因素划分为三级：一级组合控制含油气领域的时空范围，实际上控制含油气系统的展布；二级组合控制含油气层系的空间分布；三级组合控制产油气层或油气藏的分布特征，是最基本的聚油气单元。

十屋-德惠含气带的生、储、盖组合划分见图6—2。一级组合只有一个：主要烃源层为沙河子组、营城组及部分登娄库组；储层主要为泉头组和登娄库组砂岩，其次为沙河子组和营城组中砂岩；青山口组半深—浅湖相暗色泥岩为区域性盖层。二级储、盖组合大致有六个：泉头组四段砂岩储层—青山口组泥岩盖层组合，泉头组三段中下部砂岩储层—上部泥岩盖层组合，泉头组二段内部砂岩储层与泥岩盖层组合，泉头组一段内部砂岩储层与泥岩盖层组合，营城组—登娄库组砂岩储层与泥岩盖层组合，沙河子组上部形成的储、盖组合。其中，泉头组四个储、盖组合与下部烃源岩形成跨越式关系，而后两个储、盖组合与烃源岩的关系为自生自储式。三级组合指各气层组与上覆盖层组成的储、盖组合，研究区多达十几个，具体见图6—2，在此不一一论述。

根据上述油（气）—源岩对比和生、储、盖组合划分，笔者划分出一个含油气系统：沙河子组和营城组为主要烃源层，泉头组为主要储集层，油（气）—源岩对比具有可靠的地球化学证据。故命名为：K₁sh、K₁yc—K₁q（!）（即：沙河子组、营城组—泉头组已知含油气系统，下同）。

由于该含油气系统的源岩为沙河子组和营城组煤层和泥页岩，有机质类型以Ⅲ型为主，储集岩为泉头组、登娄库组以及沙河子组、营城组砂岩，且泉头组为坳陷型沉积，与下伏地层沉积时构造面貌相比，发生了重大变革，故按L.B.Magoon的分类方案，该含油气系统是复合的Ⅲ型硅质碎屑岩含油气系统。

图6—2　生储盖组合及油气层示意图（据赵庆吉等，1995）

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