盆地流體輸導系統是指石油生成之後經過聚集而成藏的這一過程所需要的輸導格架。
盆地流體流動的通道由不同輸導體在三維空間上組合而成。這些輸導體包括骨架砂體、層序界面、斷層及裂縫。輸導體的輸導能力取決於岩石的孔滲性及不整合界面、斷裂和裂隙的滲透能力。
基本介紹
- 中文名：盆地流體輸導系統
- 外文名：Basin fluid transport system
- 學科：沉積學
- 釋義：所需要的輸導格架
- 輸導網路：烴源岩和儲集岩
- 油氣運移：從高勢區向低勢區
研究背景,輸導體類型及輸導能力,輸導網路,油氣運移,
研究背景
20世紀90年代以來，含油氣系統及成藏動力學理論風靡全球，並成為當今石油地質學領域研究的熱點問題。長期以來，傳統石油地質學家一直把研究重點放在生、儲、蓋、運、聚、保等單因素上，而含油氣系統及成藏動力學理論則是把各項石油地質條件構成統一系統，追索油氣生、排、運、聚的全過程。含油氣盆地含烴熱流體的運動及其運聚成藏的全過程都是在三維的輸導系統中進行，因此識別及研究由沉積體、間斷面、斷裂網路等要素構成的輸導體系是成藏動力學研究的前提和基礎。
輸導體類型及輸導能力
盆地流體流動的通道由不同輸導體在三維空間上組合而成。這些輸導體包括骨架砂體、層序界面、斷層及裂縫。輸導體的輸導能力取決於岩石的孔滲性及不整合界面、斷裂和裂隙的滲透能力。
1.骨架沙體
沉積盆地不同岩性的輸導能力的差異很大，一般而言隨著地層埋深增大，孔隙度和滲透率逐漸降低。其輸導能力也減弱。在相同深度條件下砂岩的輸導能力大大好於泥岩。因此，骨架沙體構成盆地流體的良好輸導通道。骨架沙體如河道骨架沙體、三角洲骨架沙體等具有良好的孔滲性能，是沉積盆地內發育的重要輸導體系。當烴類從生油岩進入骨架沙體後，烴類流體就以兩相流體的形式沿骨架砂岩輸導體系向低勢區的圈閉運移和聚集。
2.不整合界面
不整合界面的存在意味著一定時間的間斷和暴露，所以，在不整合界面形成時期往往具有較強烈的風化氧化作用，這樣大大改善了界面附近孔滲條件;另一方面不整合界面之上往往發育砂礫岩層，比如在層序界面上除存在沖刷不整合面以外，還有下切水道充填複合體，它們可以作為油氣運移的輸導體系。如下白堊統 Denver盆地北部 Muddy砂岩的壓力資料和成岩資料研究表明：層序界面上發育的下切水道複合體作為沉積物開始埋藏以來流體流動的輸導體系。發育於層序界面之上的低位扇體往往成為油氣聚集的有利地區。烴類沿層序界面流動時當遇到斷層或泥岩等的封堵時便可形成低位扇油氣藏。
3.斷層和裂縫
斷層及裂縫是沉積盆地內最重要的流體輸導體之一，也是油氣運移聚集的最主要的輸導體或封隔體。斷層和裂隙的輸導能力取決於：
① 斷層兩側的岩性;
② 斷層面上泥岩的塗抹和斷層帶角礫的膠結程度;
③ 斷層力學性質的轉換;
④ 地應力和流體壓力的幕式變化等。
斷層為盆地流體垂向運移的主要輸導通道。Hooper(1991)認為流體沿斷裂運移是個周期流動過程，它與斷裂活動期次和性質密切相關。在斷陷盆地，生長斷層及其裂縫對油氣的運移和聚集有著非常重要的意義。
據 Steven等(1999)對 Louisiana遠濱南部 Eugene島 330區塊分析表明：生長斷層在烴從深層向淺層運移的過程中起著非常重要的作用。斷層活動期與油氣生成和運移期相同，那么該斷層有利油氣沿斷層和裂隙運移。進一步的研究表明：雖然沿斷層走向聚集的流體量不同，但生長斷層是流體(烴)上升的主要輸導體系是無疑的。如產油氣豐富的尼泊爾三角洲體系中發育大量的犁式正斷層，構成了良好的垂向輸導通道。在某些壓扭性斷層亦對油氣的運聚產生影響，如洛杉磯盆地扭性斷層對油氣進行重新調整和再分配（右圖）。
輸導網路
盆地內流體輸導體的三維配置是十分複雜的，而且各種輸導體的輸導能力也隨著盆地演化而發生變化。同樣，油氣運聚也很複雜，作為烴源岩和儲集岩之間的輸導通道常常是由於多種輸導體組合形成的複合的輸導網路。構造脊是指由於岩層產狀發生改變而形成的正向構造的脊線，如背斜的脊線、鼻狀構造的脊線等。當油從源岩進入儲層，油氣就在浮力、水動力和毛細管力的作用下，順儲層頂面沿地層的上傾方向向構造脊運移。因此，構造脊就成為油氣的主要輸導通道，或稱油氣運移的“高速公路”。並非所有構造脊都是油氣或流體的輸導通道，如構造脊部位主要由泥岩所組成則不能作為輸導通道，因此，還需要有輸導層的配合。為了更好地描述油氣運移中主要輸導通道，提出“輸導脊”概念。即由岩性或構造與岩性配合形成正向構造的脊線，沿脊線具有良好的輸導能力。
油氣運移
1、油氣運移方式
不同盆地具有不同的構造環境和水動力學特徵，因而油氣的運移方式及聚集規律具有很大差異。
（1）運移相態
烴類運移相態包括兩類：水溶相和游離相。水溶相是指石油、天然氣溶解於水中，並隨水一起運移，這種運移方式是直接通過水的運移或者是通過在水中的擴散作用來實現。溶解於水中的烴類以真溶液和膠溶液形式存在。真溶液或稱水溶液，是指石油或天然氣分子完全溶解於水中。
（2）烴類運移的優勢通道
一般而言，烴類運移總是從高勢區向低勢區，並沿著毛細管阻力最小的位置進行運移。如前所述，作為油氣運移通道的輸導單元主要有：高孔滲砂體、不整合面、斷層或裂縫體系。
滲透性岩石的孔隙是烴類最廣泛、最基本的二次運移通道。當油氣通過初次運移進入滲透性岩石後，首先在滲透性岩石孔隙內開始二次運移。在靜水條件下，油氣微滴在浮力的作用下可能從滲透性岩層底部向頂部運移並聚集，當聚集到一定數量後，便可在層內發生側向的順層運移。當原油達到圈閉時，便開始了聚集的過程，隨著原油的不斷充注，儲集層逐漸被石油飽和，油柱高度也增中。
2、控制烴類運移的因素
從理論上講，油氣總是沿著流體勢降低阻力最小的通道運移，而實際上，控制烴類運移的因素是非常複雜的，它既包括烴類 運移的受力情況 （動力和 阻力）、運移通道組構特徵，還包括烴類運移相態以及吸附作用等。這些因素決定了運移的途徑是從高勢區向低勢區的方向，從而起到聚集或散失烴類的作用。
（1）烴類運移的動力
孔隙流體的剩餘壓力差決定了流體流動的勢、方向和速率，對於烴類還要加上浮力。
在烴類二次運移中，浮力、重力和水動力的合力構成烴類運移的動力。剩餘壓力差的空間分布與滲透性能、毛細管力相互作用決定了各個運移通道中的流動速率。
幾乎不存在從不滲透的極好的蓋層。壓力的最小限度能起到極好的封閉作用。當所有作用於烴類物質的力被分解且出現最小的局部梯度，烴類就會呈遞減方式保留下來直至該梯度消失。在壓力最小限度內運移不會發生。
（3）烴類運移的阻力
烴類二次運移的阻力就是孔隙介質對油氣的毛細管力。毛細管力取決於儲集層孔隙半徑、烴和水界面張力、潤濕角。毛細管力發生在通過受限孔時兩相之間的界面上。毛細管壓力是不相溶流體相的界面張力和孔隙喉道大小的函式。隨著穿過毛細管壓力約束的壓差不斷增大，界面就會發生變形最終非濕潤相就會突破毛細管力的限制。毛細管壓力只是發生在不相溶兩相的接觸面上。溶液的運移和連續相不受毛細管壓力的影響。優先濕潤顆粒表面的相（通常是水）是連續的。當非濕潤相的含量超過孔隙體積的4.5%~17%時，非濕潤相一般可形成一個或多個穿過地層的連續網路。
（3）運移通道組構特徵
岩石組構特徵，如孔隙喉道大小、分布和連通性，影響流體運移速率和對烴類成分的分異作用。
（4）吸附作用
烴類能在（濕）礦物的表面優先吸附，吸附作用控制了不同分子量烴類的運移速率。較高沸點的大分子對飽和汽油烴類具有最大的吸附作用，芳香烴與其相似但吸附程度更強。超過吸附門限的烴類才能自由地從烴源岩中運移出來。乾酪根的吸附作用大於礦物相的吸附作用。
（5）相分異或混合作用
自然界儲集層孔隙中的油、氣和水的運移往往不是呈單相的，而是兩相甚至三相同時存在。孔隙體系中不混溶多相的存在使各相的滲透率都降低，並且低於各單相存在時的滲透率。因此，多相流體的存在影響流體的運移速率，同時在輸導層內由於浮力作用導致各相流體的分異。此外，溶解於地層水的烴類在隨流運移過程中，由於流體的溫度、壓力及化學特徵發生明顯變化，而使得烴類從溶液中出溶形成自由相態。導致烴類從溶液中出溶的主要因素包括：增加鹽度、降低壓力和降低溫度。
