新书出版：沉积盆地流体活动与成储效应

我国含油气盆地深层碳酸盐岩经历复杂多期多类型成岩流体溶蚀改造作用，流体活动与构造/断裂作用密切相关，存在抬升-大气水岩溶、断裂-热液、沉降埋藏-有机成岩流体溶蚀改造作用。依据野外和岩心观察、室内测试分析、实验数值模拟等，开展不同流体属性类型识别，厘定碳酸盐岩储层流体溶蚀改造动态过程，明确深层-超深层储层发育控制因素，提出有利相带奠定基础、断裂-流体改造优化拓展、深埋环境有效保持的储层发育与保持机理，建立不同流体作用下储层发育地质模式，明确万米深层有效储集体类型。

丛书序

深层油气是中国油气资源战略接替的三大领域(深层、海域、非常规)之一。但深层高温、高压及复杂地应力给油气勘探实践带来了巨大挑战。首先，在油气地质方面，海相深层往往经历多期盆地原型叠合，发育了多套油气成藏组合，具有多源、多期成藏和构造改造调整过程，烃源岩成熟度高，油气源对比及多途径生气气源判识难度大。尤其是有机-无机相互作用贯穿了深层-超深层整个成烃-成藏过程，水的催化加氢究竟有何影响？深层油气是浅成深埋还是深成，或者是连续过程?深层油气相态、成藏动力、富集机理与分布规律是什么？均是困扰学术界多年的难题。其次，在深层油气领域方面，缺乏相应的区带、圈闭评价技术。然后，在地震勘探技术方面，由于埋深加大，普遍存在的多次波、缝洞绕射等导致成像不清、分辨率降低，使断裂、裂缝预测精度低，有效储集体表征和流体识别难度增大。最后，在工程技术方面，深层-超深层相关的随钻测量与地质导向、旋转导向等关键技术受制于人，严重制约了深层油气勘探进程与成效。为此，中国科学院组织实施了A类战略性先导科技专项-智能导钻技术装备体系与相关理论研究（XDA14000000），“深层油气形成与分布预测”（XDA14010000）是专项任务之一，主要攻关任务是通过深层油气形成与分布预测研究，揭示深层油气形成机理与分布规律，发展深层油气成藏与富集理论和评价技术。

项目团队经过6年的艰苦努力，取得了丰富的研究成果，主要进展如下:

建立了克拉通裂谷/裂陷、被动陆缘拗陷(陡坡与缓坡)和台内拗陷三类四型烃源岩发育地质模式，揭示了深层高温高压条件下全过程生烃及多元生气途径，扩展了生烃门限，强调了裂解气(于酪根及滞留油)、有机-无机相互作用是深层生烃的重要特点，扩大了深层油气资源规模。

基于控制深层-超深层优质规模储层发育和保持的岩相-不整合面-断裂三个关键要素的分析，提出了储层分类新方案，明确了早期有利岩相是基础，后期抬升剥蚀及断裂改造是关键，深埋条件下的特殊流体环境决定了储集空间的长期保持。建立了深层-超深层强非均质性储层地质模式与地球物理预测方法，形成了基于知识库的智能储层钻前精细建模与随钻快速动态建模方法。

建立了深层油气跨尺度非线性渗流模型，实现了从微纳米孔隙到储层的跨尺度非线性渗流模拟，揭示了不同类型致密储层空间内的油气运聚动力条件和运聚机理差异，明确了油气在高渗透层、洞-缝型储层以浮力运移为主，超压在致密储层中规模运移起关键作用。

明确了深层油气具有“多期充注、浅成油藏、相态转化、改造调整、晚期定位”的成藏特征和“多层叠合、有序分布、源位控效、优储控富”的富集与分布规律。

针对含油气系统理论对中国叠合盆地的不适应性，发展和完善了油气成藏体系理论，提出了成藏体系的烃源体、聚集体、输导体三要素及结构功能动态评价思路，形成深层盆地-区带-圈闭评价技术体系和行业规范，搭建了沉积-成岩-成藏一体化模拟软件平台，优选了战略突破区带和勘探目标，支撑了油气新领域的重大发现与突破。

该套丛书是对深层油气理论技术的一次较系统的总结，相信它们的出版将对深层海相油气未来的深入研究与勘探实践产生重要的指导作用。

谨此作序。

朱日祥

2023年8月16日

前言

近年来，我国油气勘探逐渐由中浅层向深层-超深层拓展，无论是在中西部盆地还是在东部盆地都陆续获得了一系列重大油气勘探发现，包括塔里木盆地塔河和轮南岩溶缝洞型油气田、顺北和富满超深断控缝洞型油气田、天山南北致密砂岩气田、四川盆地普光和元坝礁滩型气田、磨溪和安岳震旦系一寒武系台缘丘滩相大型气田、川东南志留系页岩气田、渤海湾盆地渤中潜山凝析气田、琼东南盆地乐东-陵水凹陷中新统海底扇油气田等。

随着勘探技术日益提高，越来越多的超深钻井在8000m甚至超过9000m的超深层碳酸盐岩中发现规模性油气资源。顺北油气田是我国目前平均埋藏深度最深的断控缝洞型碳酸盐岩油气田，最大钻井深度超过9000m，油藏中部平均深度超过7761m，油柱高度超过900m。轮探1井在震旦系奇格布拉克组8737~8750m段微生物岩中发现气层，塔深5井在奇格布拉克组8780~8840m段微生物岩储层中测试获日产气38957m。这些勘探成果不仅为科学研究提供了第一手资料，也坚定了向超万米特深层系油气勘探的信心。

深层-超深层发育优质储层是实现商业性油气勘探的关键因素。结合近些年的油气勘探实践，针对深层-超深层碳酸盐岩储层发育控制因素已经取得共识。马永生等提出三元控储理论，认为沉积和成岩环境控制早期孔隙发育，构造-压力耦合控制裂缝与溶蚀，流体与岩石相互作用控制深部溶蚀与孔隙的保存。赵文智等提出沉积礁/滩及白云岩、后生溶蚀-溶滤和深层埋藏-热液等是碳酸盐岩储层大型化发育的关键地质条件。沈安江等认为规模性优质储集体大多在沉积成岩早期形成。何治亮等提出构造、层序、岩相、流体和时间五个因素控储的地质成因模型。这些学者普遍认为早期有利高能相带发育形成的丘滩相碳酸盐岩再经历早期白云岩化作用和浅表条件下的规模性岩溶作用，是储层发育的基础。后期构造/断裂与流体耦合改造作用促使储层储集空间进一步改造优化，长期深埋藏过程中有利的流体保持环境促使优质储层保持至今。

由此可以看出，深层-超深层优质碳酸盐岩储层发育和长期保持的一个重要因素是流体的溶蚀改造作用。不同流体改造类型和改造方式与构造和断裂活动密切相关，如构造抬升过程中会伴随大气降水的岩溶改造作用，走滑断裂成为上行热液等多种流体活动的通道，沉降埋藏过程中存在有机成岩流体、热化学硫酸盐还原作用等。构造/断裂与流体溶蚀改造作用在碳酸盐岩沉积和成岩过程中始终具有一定的影响，对深层-超深层储层发育和保持起到了重要作用。

在深层-超深层储层研究中，明确成岩改造流体作用类型、控制流体活动的构造/断裂条件、构造/断裂-流体活动期次和时代，是深入开展储层形成和保持、储层发育地质模式并分布预测的关键环节，也是研究油气成藏和富集规律的基础。

针对流体作用类型识别、流体溶蚀改造机制等方面的研究，许多学者采用了多种地质与地球化学测试分析，开展了多种数值模拟和物理实验模拟，对研究流体属性类型、流体溶蚀改造作用机理有重要的借鉴作用。这些技术方法包括从宏观到微观的地质描述表征与分析技术、沉积成岩流体环境原位微区定性-定量-定时动态分析技术、储层发育机理与过程物理实验和数值定量模拟分析技术等。

从宏观到微观的地质描述表征与分析技术方面，近年来逐步发展完善与系统应用的技术包括野外露头无人机观测、激光点云扫描、薄片图像数字化自动化处理、场发射扫描电镜、核磁和计算机断层扫描孔隙结构分析等。通过这一系列技术应用，针对不同类型储集体的宏观形态与展布、规模与尺度大小、岩石与矿物组成、孔隙结构、孔隙连通性与非均质性等开展宏观至微观多尺度刻画与表征。

沉积成岩流体环境原位微区定性-定量-定时分析方面,近年来发展起来的技术主要包括原位微区主量、微量、稀土元素，原位微区碳、氧和锶同位素、镁同位素、硫同位素、团簇同位素、U-Pb同位素测年等技术。传统的溶样分析方法需要挑选方解石、白云石单矿物或选择单一组构的碳酸盐岩，不但需要的量较多，而且不能对毫米-微米级的成岩矿物进行精细分析。近年来，激光剥蚀与高精度质谱仪的联合应用逐步实现了元素（特别是稀土元素）和多种同位素的原位微区分析,使得沉积成岩环境识别、示踪和动态演化过程分析更加精确。

在储层发育机理与过程物理实验和数值定量模拟分析技术方面，主要根据研究目标所处的地质环境，提取流体-岩石体系的关键反应参数，如温度、压力、流体、岩石组分、流体岩石比、孔隙几何形状等，在此基础上开展物理实验以及数值定量模拟计算，可以厘清不同地质与成岩流体环境下碳酸盐岩储层储集空间形成过程的控制因素，进而明确优势储集体的成因机制。模拟实验主要借助高温高压反应釜、混合流反应器、旋转盘反应装置、金刚石压腔反应釜、毛细硅管反应装置等设备查明矿物溶解-沉淀过程中的反应速率常数、反应速率等;同时，结合微观观测手段如扫描电子显微镜、原位拉曼光谱、垂直干涉扫描仪、纳微米计算机断层扫描等，研究矿物溶蚀-沉淀界面形貌的变化、孔隙几何形态的变化等。数值模拟是计算和预测流动与反应进程、溶质输运、矿物分布、孔隙分布的有力工具，可包括的参数全面、计算范围广、便于考察无法实时或直接观测的物理实验过程。常用的流体岩石相互作用相关的数值模拟工具包括TOUGHREACT、格子波尔兹曼方法、Crunch方法等。

本书立足我国主要含油气盆地深层-超深层多类型储层中所揭示的多种复杂流体溶蚀改造作用，通过多种技术方法与手段，明确构造/断裂活动对流体属性类型的控制作用，厘定断裂-流体耦合作用期次、时代和动态过程，揭示复杂断裂-流体作用下储层溶蚀发育和保持机理，并对重点油气勘探区域和层系开展应用。

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本书适合从事碳酸盐岩油气勘探研究人员和研究生阅读参考。