1.背斜理论的产生
众所周知,1859年Drake在美国宾夕法尼亚州所钻的油井,是近代油气勘探的开始。当时的油气勘探主要依靠地表油气显示。将油气苗与背斜理论联系在一起思考问题的地质学家是威廉·劳根。1842年劳根发现加拿大圣劳伦斯河的油气苗是产生在背斜上(W.E.Logan,1985)。然而,真正用背斜理论指导勘探的第一人是E.L.狄拉克。“1839年狄拉克在宾夕法尼亚西部,用钻井发现了石油……”I.C.怀特在狄氏的基础上,将油气在背斜顶上的分异现象进行了具体的描述(I.C.White,1885,1899)。在“背斜学说”指导下,逐步开展以地质测量为基本手段的找油工作,大大加快了新油气田的发现。1934年,McCollough首先提出“圈闭”这一术语,用来表示不同性质的油贮。从此,“圈闭学说”就逐渐取代“背斜学说”,极大地扩展了油气勘探的视野和领域。
2.非背斜圈闭的历史沿革
在圈闭学说的提出之前,卡尔(1880)已知除了背斜外,还有非构造圈闭。1936年,Levorsen在研究美国大量非构造油气藏的基础上,提出“地层圈闭(Stratigraphic trap)”的概念。他指出:地层变化是储集层形成圈闭的主要因素。地层变化包括“砂或多孔储集层的楔入或尖灭,砂层侧向变为渗透性差的岩层,地层被削蚀与超覆,或地层层序类似的变化等”。
1954年,Levorsen将地层圈闭分成两大类,一类称为原生地层圈闭,即我们后来所称的岩性圈闭;一类称为次生地层圈闭,即不整合圈闭。
1966年,即在Levorsen辞世后的第二年,AAPG为纪念这位地层圈闭的提出者,发表了Levorsen最后一篇论文《The Obscure and Subtle Traps》。用朱夏的话说“obscure”是不明显之意,“subtle”有“捉摸不定”的内容(朱夏,1983)。这就是“隐蔽油气藏”一词的由来。
20世纪70~80年代,对地层圈闭的认识又有不同内容与划分
G.Rittenhouse主张将地层圈闭分为5类:①岩相圈闭;②成岩圈闭;③不整合之下的圈闭;④不整合面之上的圈闭;⑤不整合上下的圈闭。在这一分类中,不整合圈闭占了3类。
潘钟祥在其所著《石油地质学》一书中,将地层圈闭油气藏分成岩性、不整合及礁三类。潘先生晚年对不整合油气藏给予极大关注。在潘先生辞世后的第二年所发表的论文题目就是《不整合对油气运移聚集的重要性以及寻找不整合面下的某些油气藏》(地质论评,1983)。
3.不整合圈闭的定义
R.E.Chapman(1989):“不整合圈闭是储集岩遭受削蚀,随后其隐伏露头被相对非渗透的细粒岩层不整合覆盖所形成的圈闭。”……“形成不整合圈闭必须具备以下条件:在不整合面以上沉积的是广泛的细粒沉积物,这就要求具有极低能量的海水漫过地形高差很小的不整合面,并且还需要有泥质物供应”。
包茨(1986):“后期强烈的构造运动,使盆地斜坡边缘或古隆起带储集层遭受不同程度剥蚀,早期圈闭或古油藏遭受不同程度破坏,后来又被不渗透岩层不整合所覆盖,且不整合线与储层顶部构造等深线相交切时,则可形成不整合遮挡圈闭,其储层可以是碎屑岩和碳酸盐岩”。
田在艺(1984):“对于削蚀不整合油藏,盖层是一个重要条件,要求不整合面直接和上面的不渗透地层接触。如渤海湾盆地馆陶组底部有一层砂砾岩,在它不发育的地方,如东营凹陷馆陶组底部厚泥岩盖在沙河街组之上,因而形成金家、草桥、尚西、高青、义和庄等地层圈闭油藏”。
4.不整合削截圈闭在寻找油气方面的意义及国外油(气)田实例
寻找油气方面的意义
我想用Ь.П卡彼采夫根据世界上60个盆地和170个非背斜资料的统计,发表在俄罗斯《油气地质》1995年第2期上一篇文章的以下9点来说明这个问题:
在圈闭类型方面,构造或构造地层复合性的占66%,纯地层或岩性(非背斜)为34%。
大多数盆地都有构造和地层两类油藏类型存在,但也有例外。有的盆地只发育非背斜圈闭,如西加前陆盆地(见本书前一部分),有的仅发育构造圈闭,如费尔干纳、滨里海及波斯湾……
在储层时代方面,非背斜圈闭在古生代地层中占有重要位置。在160个非背斜油(气)田中,古生代的占47%,中生代的31%,新生代的22%。
在古生代地层中的非背斜,按与不整合关系而言,分布在不整合面以下者居多数,而且主要与海西期不整合面有关。含有古生代不整合圈闭的盆地有美国的二叠、西内、俄罗斯的第聂伯-顿涅茨及阿尔及利亚-利比亚。
在油和气结构中,非背斜圈闭以含油为主,占75%,气田仅占12%,油气田占13%。
这些非背斜圈闭油(气)田常具有较低的含气饱和度,但有中等或较高的密度及非烃含量。
与背斜油气藏一样,非背斜油气田在规模方面,有大型的,也有小型的。据124个圈闭统计,巨型(可采储量>1亿吨)占11%;大型(0.3亿~1亿吨)29%;中型(0.1亿~0.3亿吨)24%;小型(<0.1亿吨)46%。大中型以上占64%。
据含油气性与不整合面的强度(储层裸露的时间长短)统计,间断时间超过40Ma的占44%,5~40Ma占24%,<5Ma占32%。显然,大而长的不整合间断反而有利于形成不整合圈闭。
“必须注意的是,在具有剥蚀强度大的不整合面以下的大多数圈闭中,都发现有大型油气藏”。作者认为这种现象是“……与原生油气的再分配及晚期二次油气生成有关”。
不整合油气田实例(巨型和大型油气田)
(1)美国前世界第一个大油田,东得克萨斯油田(不整合面之下)(图5-6)。
图5-6 东得克萨斯油田
(2)当前美国最大油气田——阿拉斯加北坡前陆盆地巴罗隆起上的普罗德霍湾油田(不整合面之下)(图5-7)。
(3)美国俄克拉何马城油田(不整合面之下)。
(4)加拿大最大的油砂矿阿萨巴斯卡地层不整合重要储集带(前陆隆起)(不整合面之下)(图5-8)。
图5-7 普罗德霍湾油田
(a)图引自Leighton,1992
图5-8 西加盆地阿尔伯达油砂矿及其相关地层剖面图
(5)东委内瑞拉前陆盆地南部隆起上的Orinoco重油带(不整合面之下)(图5-9)。
图5-9 Orinoco重油带
(据B.P.蒂索等,1989资料,有补充)
(6)海西不整合面之下的哈西迈萨乌德大油田(以寒武系砂岩为储层,三叠系盐层作盖层)及不整合面以上的储量达6万亿立方米的哈西鲁迈勒大气田(图5-10)。
(7)东西伯利亚文德系不整合面之下以里菲系作储层(碳酸盐岩溶蚀孔洞)的尤鲁布欣-扎霍姆油田(图5-11)。
(8)鄂尔多斯盆地中东部的石炭系不整合面之下的陕北大气田(图5-12)。
图5-10 阿尔及利亚哈西-迈萨乌德油田剖面图
(据Шахноскии等,1999)
油田位于中生代(T)不整合面以下的寒武系砂岩中,油田本身是一个构造隆起的顶部,可采储量50亿吨,单井平均产量300~350m3,不整合面之上,是三叠系含盐泥质岩。图左的哈西-梅尔穹窿为一气田,储层为不整合面之上的三叠系,其下为受侵蚀的 —O。储量6×104亿m3
图5-11 东西伯利亚尤鲁布欣-扎霍姆油田
(据Шахноскии等,1999)
文德系不整合面之下的里菲系储层(碳酸盐岩溶蚀孔洞)(Pt2-3)顶部风化壳,其上角度不整合覆盖文德系(相当于震旦系)的泥质板岩和寒武系。该不整合面面积达8300km2,地质储量>100亿吨
图5-12 陕北(长庆)大气田
(据杨俊杰,1997)
储层是O1顶部风化壳,不整合之上的盖层是C2—3底部的铁铝质岩组,杨俊杰(1966)强调的圈闭条件是东部(上倾方向)“潜沟”中的C2—3
(9)澳大利亚吉普斯兰盆地中的渐新统不整合面之下哈利布特油田(图5-13)。
(10)冀中任丘油田、东营凹陷义和庄、金家油田及青海的冷湖3号油田(图5-14a、b)。
图5-13 澳大利亚哈利布特油田
这是一个真正的“潜山”。不整合面之上的渐新统以上地层与始新统大角度不整合,储层位于不整合面之下的始新统受削蚀地层的上倾顶部
图5-14a 金家油田(华北)
(据包茨等,1986)
由沙河街组(E3s)与馆陶组之间不整合及馆陶组底泥岩形成的不整合圈闭
图5-14b 冷湖3号油田
(据包茨等,1986)
储层是J2,倾角达48°~68°,盖层是倾角<20°~25°的古新统红层
(11)陕西铜川上石节煤矿坑道出油情况(1972)示意图(图5-15)。
图5-15 陕西铜川上石节煤矿坑道出油情况示意图
(一个不整合圈闭的最浅油藏)
印支期不整合面上属于J1f(富县组)的彩色粘土层,由于在出油点上,坑道越过煤层及不整合面深及T3y顶部,有大量油气涌出