Ⅰ 勘探領域技術有哪些
目前我國已形成了以我國陸相沉積盆地為特色的石油、天然氣地質理論及研究方法,居世界領先水平,其具體內容包括如下幾方面。
(1)中國裂谷盆地有機地球化學和成烴理論,包括成烴母質類型及豐度、熱演化機理與成烴門限、排驅條件及生烴資源定量評價等。近年來提出了低熟油、未熟油和煤成油的成烴理論,研究發展了有機演化實驗與計算機技術相結合的烴源岩快速定量評價技術,把陸相生油機理發展為系列化理論。
(2)天然氣形成理論,包括煤成氣理論以及生物氣、無機氣形成理論,發展了天然氣蓋層綜合評價及封存箱、深盆氣等氣藏理論。
(3)陸相地層學、沉積及儲層評價方法與理論。運用層序地層學、古生物學與地球化學、地質事件學相結合,現代沉積、古代沉積與岩相古地理學相結合,與沉積作用和成岩與後生作用相結合的理論和方法,研究地層劃分對比、沉積類型和結構以及油氣儲層定量評價。
(4)沉積盆地構造演化理論,把大陸板塊構造理論與盆地演化理論相結合,形成了我國東部拉張型裂谷盆地、西部擠壓型克拉通盆地與前陸盆地形成的理論和應用方法。
(5)油氣藏形成與油氣系統理論,綜合油氣地質各學科、專業以及成果,形成了中國陸相沉積盆地復式油氣藏形成理論、隱蔽油藏形成理論,探索了海相剋拉通多旋迴盆地成藏理論,初步形成定量、動態成藏模型及油氣系統的研究方法。
但是,在成盆研究方面,國外從全球板塊構造的演化,分析盆地的形成時間(定時)和所處古緯度的位置(定位),來評價盆地的油氣資源潛力方面較先進。而國內以盆地為油氣生成、運移、聚集的基本地質單元,多年來僅限於研究盆地內的建造與改造,缺乏從全球板塊演化角度研究盆地形成的定時定位問題。另外,盆地分析的基本方法我們都已掌握,差距主要表現在進行項目研究的人員組織和配合上,即缺乏綜合研究的管理能力。
在成烴方面,我國和國外的研究側重點不一樣,國外以海相地層為主,研究較系統,對陸相烴源岩和海相交互相烴源岩(煤系地層)及低—未熟油研究相對較少。而我國以陸相烴源岩為主,研究較系統,對煤成烴和低—未熟油研究也具特色。在海相烴源岩的研究起步較晚,與國外有差距。
在成藏方面,國外主要以含油氣系統、封存箱和異常壓力帶理論研究成藏機理,對成藏條件和過程的綜合評價還處於起步階段。我國在利用先進的模擬實驗裝置,進行油氣成藏物理模擬綜合研究方面取得了重大進展,已居於國際先進水平。
在含油氣系統方面,國外對含油氣系統的研究正在向動態描述和定量化方向發展,國外大油公司已開始建立全球含油氣系統資料庫,用於全球范圍的類比和評價。而我國與國外對比,差距是對油氣系統理解的深度、工作的規范化和創新不夠。
地質理論領域的發展趨勢包括如下幾個方面,即深化研究盆地演化與資源評價技術,發展油氣藏成藏機理及預測技術,其發展趨勢不僅僅局限於海洋石油或者陸地石油,對於我國的石油工業具有重要意義。
一、盆地演化與資源評價方面
沉積盆地作為油氣聚集的重要單元,從早期關注盆地類型到後期探討盆地形成的動力學機制,都取得了明顯進展。由於盆地的形成與其周緣造山帶的演化具有內在關聯性,因此,盆地-山脈耦合作用的研究成為更深層次探討盆地發育演化的重要內容並取得新的認識。對於經過多期成盆改造的疊合盆地優質烴源岩的分布及其在復雜演化過程中的生烴機理及評價指標體系,資源評價方法等方面都有實質性進展。該方面需要發展的技術包括:(1)含油氣沉積盆地形成的動力學機制研究;(2)復雜地質條件下的生烴機理及熱演化史研究;(3)油氣資源分布及潛力評價。
在該方面的發展趨勢為:從大陸動力學的角度探討殼-幔相互作用、盆地-山脈耦合作用,恢復復雜演化盆地的原型;烴源岩的分布及其生烴機理,熱演化史恢復為資源評價提供更為可靠的基礎;在利用定量盆地模擬和油氣資源評價的方法確定了油氣資源分布、明確可採油氣資源、評價油氣資源有效性的基礎上,明確圈閉發育的地質規律,通過油氣成藏要素的綜合研究來勘探油氣資源是今後開發利用油氣資源的方向。
二、油氣成藏機理與預測方面
油氣成藏機理一直是石油與天然氣地質學研究的核心和難點。近年來,油氣成藏從宏觀上溫度場、壓力場、應力場(三場)對油氣分布的控製作用,到微觀上油氣成藏的動力、油氣運移的輸導體系等方面的研究都有顯著進展,特別是發現有別於傳統油氣成藏概念的突發式成藏的發現,豐富了油氣成藏理論。隨著油氣勘探向復雜條件拓展,成藏機理研究出現了下列發展趨勢。
(1)隱蔽油氣藏的成藏機理受到高度重視並建立了不同類型盆地隱蔽圈閉分布模式:隨著構造油氣藏勘探程度的提高,隱蔽油氣藏成為很多盆地的主要勘探領域。隱蔽圈閉的研究是隱蔽油氣藏成藏機理研究的基礎,研究的方向包括層序地層學方法及其拓展應用,地層岩性圈閉的油氣成藏條件綜合研究,針對不同沉積盆地類型建立層序地層模型和隱蔽圈閉預測模型,工業化的地層岩性圈閉綜合評價及其應用等方面的技術將得到深入研究與發展。
(2)海相碳酸鹽岩層系復雜介質(基質孔隙—裂隙網路—溶洞復雜體系)的油氣運移聚集機理成為國際研究前沿:近年來,砂岩孔隙介質中油氣和流體的運移過程和機理得到高度重視,國內外學者進行了大量模擬實驗、數值模擬和實例分析,目前,碳酸鹽岩層系復雜輸導介質條件下流體流動和油氣運移的研究尚十分薄弱,其關鍵科學問題包括不同復雜程度的輸導介質中流體和油氣的運移方式(線性、非線性)和速率、碳酸鹽岩層系油氣的優勢運移通道及其控制因素和示蹤技術。
(3)油氣藏的調整改造和保存機理成為制約復雜疊合盆地油氣勘探的重大難題:隨著油氣勘探由單旋迴盆地向復雜疊合盆地拓展,「定凹探邊」的傳統勘探思路已難以有效地指導疊合盆地的油氣勘探。多期構造疊加、多套源岩多期生排烴、多期成藏、多期調整、改造甚至破壞是疊合盆地油氣成藏的最重要特徵。從多期構造的疊加、干涉特別是晚期構造對早期構造的疊加改造入手,以多元多期生烴作用和輸導體系的演化研究為基礎,以油氣藏的調整改造過程為核心,研究疊合盆地油氣成藏機理和分布規律並發展相應的預測、評價技術,是疊合盆地油氣勘探迫切需要解決的重大難題,也是油氣成藏機理研究的又一重要前沿研究領域。
(4)強化系統論思想和歷史分析方法在油氣成藏與分布預測研究中的應用:含油氣系統是與一個有效的生烴灶相聯系的烴類流體系統,包括了油氣藏形成所必需的一切地質要素與地質過程及在成因上相關的所有油氣。含油氣系統理論實際上體現了對油氣成藏規律進行動力學綜合分析的思想和研究方法。通過對油氣成藏條件和成藏作用相關學科的深入研究,含油氣系統及理論和方法逐步完善,主要表現在盆地動力學過程與含油氣系統演化、油氣運移機理、油氣成藏年代學及流體歷史分析、盆地熱體制及熱流體活動、斷層對流體的封閉和疏導作用、盆地流體流動樣式與成藏效應、成藏動力機制分析等方面。
(5)從盆地動力學背景分析油氣藏形成條件:1990年代以來,國際上含油氣盆地的研究進入動力學研究階段,對盆地演化、大陸造山與深部過程及三者之間耦合關系的動力學研究構成了地球動力學研究的前沿領域。其中,岩石圈深部過程與近地表構造過程耦合的精細描述更是成為近年的研究熱點和難點。
(6)開展烴源灶形成演化與油氣成藏期次研究:烴源灶(source kitchen)是含油氣系統的核心,它是油氣藏形成過程中實際提供烴源的區域。混源油氣識別及油氣的成因是解析復雜油氣藏最基本的問題。對於復雜疊合盆地多期混源油氣成藏,開展混源油氣對比、釐定油氣成藏期次,進而開展有利富集區預測,依然是今後研究的重點。
三、地震技術發展趨勢
油氣藏地球物理探測理論與技術發展經歷了不同階段:(1)地質構造成像;(2)岩性及物性參數識別;(3)儲層中流體類型識別。
由於地球物理場對地質目標性質的反應能力差異,地球物理探測理論與技術最廣泛的用途是地質構造成像,其次是儲層識別,再者是流體識別。理論與技術發展成熟度、結果置信度的次序也是如此。所以油氣藏地球物理探測總體發展趨勢是從構造成像向儲層識別和流體性質識別發展。
同時,復雜地區油氣勘探的地球物理技術和地球物理信息在油氣田開發中的應用是油氣地球物理探測理論與技術發展急需解決的兩個根本問題,前者是如何尋找新的油氣田;後者是解決如何在已經投入開發的油氣田中盡量經濟有效地提高油氣採收率問題。地球物理探測技術的發展依賴於三個基本科學問題的解決,也反映了地球物理探測理論的發展方向。
(1)揭示復雜勘探目標的地球物理場響應特徵:地球物理場響應特徵是探測和識別地質體空間展布、物理參數和所含流體類型的基礎。現行地球物理勘探理論是以均勻介質或水平層狀介質等簡單地質模型的地球物理響應特徵為基礎所建立發展起來的,顯然已無法適應目前復雜地表、復雜構造、復雜儲層油氣勘探開發的需要。剖析復雜地表、復雜構造、復雜儲層的地質特徵可歸納為幾何尺度與地球物理探測波長相當的基本地質單元,以基本地質單元為塊體,構建地球介質的塊體地質模型,以期突破現行地球物理所依託的均勻介質或水平層狀介質模型的理論范疇(K.M.Hock,1996)。對於遠小於地球物理探測波長的地質目標可用統計方法研究其響應特徵,如岩心分析與模擬等,對於遠大於地球物理探測波長的地質目標可用漸近解理論研究,如地震波和電磁波的射線理論,對於近於地球物理探測波長量級的地質目標尚缺乏成熟的理論,且缺乏對該量級地質目標的地球物理場響應特徵的系統認識。通過物理和數值模擬的深化研究,認識該尺度下復雜地質體的地球物理響應特徵,揭示含流體岩石的地球物理場變化規律,為復雜勘探目標的識別奠定基礎(Nur等,1995)。
(2)復雜地表和復雜地質條件下地震波傳播與成像理論:地震成像是利用在地面觀測到的地震波場數據,藉助於波場的反向傳播,實現波場向地下延拓,來推斷地下地質體的空間展布與物理屬性。描述波場反向傳播的單程波動方程是地震波成像的基礎,單程方程描述波場沿特定方向的傳播規律,是波動方程的近似解。現行單程波動方程的構建和解法可分為兩類,其一是波動方程的差分解,其二是波動方程的積分解。波動方程差分解的差分格式構建是以多種域內波動方程的單點泰勒展開為基礎的,僅能准確描述泰勒展開點周圍塊體中地震波的傳播規律,波動方程積分解是以高頻漸近解為基礎而實現的,僅能描述遠大於波長尺度的塊體中地震波的傳播規律。因此,兩類方法對近於波長尺度的塊體均無法准確成像。借鑒辛幾何和黎曼幾何的研究成果,構建准確描述整個空間內波傳播規律的單程波動方程,以此為基礎,深化雜訊壓制理論研究,發展復雜地質體地震波成像理論與技術,已成為油氣地球物理勘探的重要發展趨勢。
(3)由單一地球物理方法向綜合地球物理方法發展:不同的地球物理信息從不同側面反映了地質體特徵,為實現地下地質目標的完整刻畫,需綜合多種信息。不同地球物理信息在反映地質體時存在著尺度和物理屬性的內在差異,如何利用不同尺度、不同類型信息實現同一地質體物理屬性的最佳一致性估計,是地球物理信息融合的基礎,是實現地質目標綜合地球物理研究的途徑。地球物理探測作為反問題,多種信息的綜合利用,可大幅度減弱其不適定性、降低其多解程度。以復雜地質目標的地球物理場響應特徵為基礎,借鑒信息融合理論的研究成果,研究地球物理數據融合的實現途徑,為復雜油氣藏的綜合地球物理解譯奠定理論基礎。