超深部油气藏的储存空间

2006-12-13 05:36:00

    摘 要

    具球拱结构的岩石圈,在地球运动过程中,必然产生许多空隙,由于密跃层的存在,同密度及不同密度的壳层、壳段会形成各自独立的裂缝、地热、地压系统。在地下几百万米甚至几千万米处,出现裂缝是不足为奇的,决不会被传统地质学提出的静岩压力压实封闭。深部油气藏有其必然的储存空间,传统的地球物化理论均受到了挑战,相应的地化参数,无疑需要修正。

    

    前苏联在科拉半岛打了一口超深钻井,发现在一万一千米深的岩层中,裂隙仍然很大,仍有盐液和气体流动,岩层并未被所谓的“高压(三千大气压)”压实,尽管修改一些物理参数,试图解释这种现象,终不能使人相信。近年来,大陆超深钻和高分辨率地球物理探测等方面研究成果,查明了地壳内存在着纵向和横向上的成份与结构的不均一性(测井资料表明地壳物质在纵向上存在千米级至米级的不均一性)。折射、反射地震和电磁探测资料显示,大陆岩石圈内部存在大量明显的反射界面,地壳深部存在大量自由流体。事实上,地壳上、下部的成份差异和岩石部分熔融现象早被地质学家所关注。

    

     1、前人认识

    

    目前经典的解释是:(1)地壳内存在不同级次的非均质性,上地壳强度较大,能传递驱动板块运动所需应力。(2)大陆块体的碰撞拼贴、深大断裂切割和岩浆上涌,也造成了岩石圈横向上的非均质性或界面间断。(3)高温高压实验表明,岩石粘性随着温度上升而急速降低。随着深度增大岩石圈的温度、压力、岩性、厚度、应变速率以及含水性都发生变化。有专家测算,在地壳中、下部(2040km,200400)分布的石英、长石等矿物可以发生重结晶,形成片理化带,岩石性质明显由脆性变成韧性,产生塑性流动。在高热流值地区,岩石圈力学强度低,壳/幔强度比值大,应力主要由地壳承担,地震活动性强;相反,低热流值地区的应力主要由地幔承受。

    地球空心说(李泰来)指出,地球是由许多固态、液态和气态球层套叠而成,全系球拱结构具有最好的分压作用,作用在球面上的静压力只能沿球面传递,不能向球体内部传递。因此,外压绝对不能传至地心。该理论符合四维世界的理论,是宇宙结构的间断性的具体反映。根据上述理论,岩石圈在随地球运动时(其动力机制及运转方式已另文详述)必然产生许多空隙,同密度及不同密度的壳层会形成各自独立的裂缝系统,那么地下深处几万米甚至几百万米处出现裂缝是不足为奇的。深部油气藏有其必然的储存空间,这并不神秘。

    

     2、多维及时-空分析

    

    笔者认为这可以从下面多维世界观点来探讨其深部油气的当然储存空间。2003年度最重大的科学突破是(1)发现暗能量,证实宇宙正在膨胀。(2)万物终极理论的提出。从爱因斯坦统一场理论的诞生,到格拉肖大一统场理论”(GUT)、超力、超对称、超弦、M理论,直到2003年,物理学家们在11维世界即将把引力、电磁力与原子核力用单一项数学定律来描述.。我们姑且不论11维当中除了4维之外的所有维是如何卷曲到小得肉眼不见?目前理论界认为,世界上发生的任何事件,都是由空间座标和时间座标来确定的,这个四维时-空连续区,亦即四维世界,它是我们宇宙的基本特征。同时,可以证明宇宙是物质、运动和时空的统一。在远离平衡状态的开放系统中,由于与外界不断地进行能量及分子的交换,有可能从“无序”走向“有序”。宇宙结构的间断性又告诉我们,任何事物在时间和空间上都有自己的界限,正是这个界限,使一事物成为自身与他物的联系中断,造成自然界各种事物的千差万别。随着地球原型的形成,部分无序的氢气源在被逐渐硬化的准有序的壳层结构隔绝在地球内部,它们不断地运动,具备了时间和空间的特征,并与外界进行能量、分子的交换,且逐渐在向“有序”过渡,因而它们的存在是无可非议的。

    实际上,这是当今最流行的传统地质学理论受到了挑战。八十年代初,李泰来(1980)否定了在地球中心有一个高温高压,高密度的固体内核,根据实验事实指出,通常所说的地球(狭义的)是个内寒外冷的空心体,核心处的温度(K)、压强和密度等十八个参量均趋近于零。这已被当今宇宙学研究的成果所证实,从而笔者认为,据此及上述元素-星系-生命起源与油气关系的讨论,我们可以推知,地核是由无序氢气在天文、地质时期,逐渐液化凝结或凝华而成的固态氢核,它们在地球发展过程中,又不断升华为氢气,沿构造裂缝逸散到岩石圈中,为烃类生成提供了丰富的氢源。美国的实验射电天文学家彭齐阿斯和威尔逊发现了在七点三五厘米波长存在有各向同性的微波辐射,它的温度约为3K左右,并且有黑体辐射谱。其后,又有许多科学家发现了3K的宇宙微波背景发射。

    我们知道,地球在不断地运动。在地球发展史中,自转和公转不断地改变轨迹和自转轴,即地球的晃动,这已被现代天文学和古地磁学的理论所证实(见图)。在地球运动过程中,放射能、化学能等内能熔融了大量岩石,组成软流层(局部),使其上部分地壳发生了热对流,产生了理想板块假说所提出的各类地质现象。同时,由于其内部物质成分分布不均匀,壳内不同密度层(密跃层)的产生,使地壳同一部位(包括纵向上和横向上)构造不吻合,断块运动、“波浪”运动等到丰富多彩。于是,山脉、盆地、各种断层等壮丽地质学景观就到处可见。

    自上个世纪起,根据上述地质景观,各种构造假说层出不穷。无论是漂移说、槽台说、地质力学、板块说、岩石圈循环说等都是建立在前人的经验教训之上,它们的产生和发展,是运用了科学的思维方法,严谨的逻辑推理而得到的。

    大千世界,庞杂无比,复杂的构造历史千差万别,这些假说并不彼此排斥,它们之间有着天然的联系,对一个共同的构造现象,作出了实质上是相互补充,而看上去却貌合神离的解释。它们共同构成了新的全球构造理论。在实际工作中,人们不应有派别之争,而是应该取长补短,共同前进,无论上述哪个假说都不能全面地解释地质历史中复杂地质现象的形成与变更,都没有涉及到地核的物质组成,仅仅是对地表地质现象的描述及其推理。“在地下深处岩石对同密度的岩石没有压力,不存在围压”(李泰来),因而裂缝的存在是理所当然的。

    

     3、讨论

    

    本文拟在探索盆地岩石圈结构与含油气性之间的关系,提出一些探索性看法,从另一种角度评价盆地的油气资源远景。面对能源危机的挑战,敢问路在何方?只有更新观念,突破老框框,在概念堆里来一次二次复查,实现理论思维的突破,剔除束缚思维的过时的概念,路子才会越走越宽,也才有可能打开油气勘查的新局面。

    国家重点基础研究发展规划项目“中国典型叠合盆地油气形成富集与分布预测”首席科学金之钧教授在近几年的文献中综述了大陆岩石圈研究现状和克拉通盆地、裂谷盆地和前陆盆地的岩石圈结构特征,指出在古裂谷、褶皱带或区域性深断裂等陆壳构造薄弱带上发育起来的多期叠合盆地,具有很好的含油气前景。近30年来,地球物理探测技术和实验技术的进步与完善,为研究盆地演化的深部动力学背景和从深部结构探索油气成藏和分布规律提供了条件。特别是俄罗斯石油地质学家提出无花岗岩地壳盆地更富含油气的观点以来,陆续对盆地壳幔结构与含油气性关系提出了多种看法,并逐渐认识到壳幔结构的多样性和与盆地含油气性关系的复杂性(金之钧等,19992002,2003)

    金之钧教授等(20012002)认为传统的油气勘探,是以研究形成油气藏的源岩、储层、盖层、圈闭、油气运移和保存等成藏条件为核心,将油气藏看作盆地演化的产物,油气成藏要素与成藏作用受盆地演化控制,对油气盆地的研究集中于沉积盖层埋藏史与构造变形史的恢复。而往往忽略了大型含油气盆地大多数存在地幔上隆、地壳减薄和地壳内低速层。适度的后期构造活动改造和岩浆活动有利于沉积盆地内油气生成与保存。

    没有盆地就没有油气。对作为全球构造次一级的构造单元-盆地的形成机制的探讨,不能一味地用哪一种观点譬如板块构造假说,推演所有盆地,而应该具体情况具体分析。从石油地质角度看,世界产油盆地显示出明显的地质差异。这就需要从石油体系(系统)整体出发(可分为开放体系、封闭体系、孤立体系三大类),各个科学协作研究,单靠哪一门学科就能发现油气藏的时代是不存在的。而只有综合考察研究,才能发挥各自的实用价值。油气资源评价系统结构应作相应调整,各类评价指标的实际意义受到了挑战(见图)

    勘探地下(尤其是超深部)油气藏,现今仍具有很大的盲目性。不过,大家知道,油气一旦形成就相应形成了地球化学平衡,在构造运动、岩浆活动、沉积成岩作用的影响下,油气的指示元素或指示矿物,要发生渗透作用、扩散作用和气相运移作用,亦即在油气盆地的周围产生地化异常,留下油气运聚的痕迹。通过一定的手段,依据地化异常的发育程度,寻根求源。也就是说石油地球化学的研究,应把油气化学与构造发育史、沉积发展史紧密联系起来,确定油气运聚封盖程度,那么勘探油气藏的盲目性显然会降低,这也正是历史石油地球化学所要研究的内容。所以,我们无需对油气藏的油气来源及有无储存空间作过多的研究,关键在于如何用历史石油地球化学的方法确定油气化学晕,指导勘探部署。

    

     结论

    

    总括全文,可以得到如下结论:

    (1)地下深处有巨大蕴藏量的氢源(另外,可能还有N2CO2He),为岩石圈内成烃用氢,提供了取之无尽,用之不渴的氢元素。

    (2)油气先驱物随着天体及生物形成演化而循环。前人提出的各种油气成因假说,并不互相排斥,恰恰是油气循环生成的各个不同条件下的反应途径的反映。

    (3)油气的生成及演化环境可分为三大系列:一是封闭系列,包括成岩(火成岩、沉积岩、变质岩)期及成岩后油气环境;二是开放系列,包括天文时期、地质时期乃至人文时期成岩前油气源环境;三是孤立体系,与外界无任何能量与物质交换,是一种盲矿体(油气藏)。

    (4)具球拱结构的岩石圈,在地球运动过程中,必然产生许多空隙,由于密跃层的存在,同密度及不同密度的壳层,壳段会形成各自独立的裂缝、地热、地压系统。实为当今流行的地体(块)说的又一理论佐证。在地下几百万米甚至几千万米处,出现裂缝是不足为奇的,决不会被传统地质学提出的静岩压力压实封闭。深部油气藏有其必然的储存空间,传统的地球物化理论均受到了挑战,相应的地化参数,无疑需要修正。

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