深水重力流—富含能源矿产的宝藏

发布时间:2017-12-21

油气作为一种战略资源,在我国能源结构、应用范畴以及环境保护领域占据着十分重要的地位。目前,随着油气供应量远远不能满足国民经济高速增长与发展需求之间矛盾的深化,尽快拓展我国油气资源新的勘探领域,强化我国油气自给自足的能力,以付出更大的努力、集结更多的智慧、提升更强的科技手段,来不断取得油气勘探的新突破,将是解决该矛盾的一个关键性思路。纵观当今能源领域,人类对油气资源需求量的日益增长以及全球油气产业的蓬勃发展,油气勘探开发从陆地走向海洋、从浅海进军深海的步伐已成为时代发展的必然趋势。

全球深水油气勘探开发事业已经进行了近大半个世纪,近年来由于油气勘探理论和技术的不断发展,人们从根本上改变了以往对深水沉积的认识:在深海或半深海的环境中,并非全是所谓的细粒远洋沉积,而是存在着众多蕴藏着巨大油气资源量的大型粗碎屑沉积体。这些沉积体以重力流成因为主,发育于陆架坡折带、水深大约200m以下的深水或半深水的环境中,其成因机理和岩相组合与河流、三角洲、浅海等牵引流沉积均有很大的差异。更为可观的是,这些大型粗碎屑沉积体在油气勘探上所取得的丰硕成果,带动着油气产量节节攀升与日新月异,可谓为富含能源矿产的宝藏。

一、深水重力流概述

1、深水重力流的定义

深水重力流是一种由重力、密度等多种因素共同作用下而形成的流体,通常发生在海洋或湖泊的斜坡带上、弥散有大量沉积物、不服从内摩擦定律的非牛顿流体。在浓度较大的流体进入到浓度较小的流体中时发生,反之亦然。浮力的不平衡性会产生重力流,这种浮力的不平衡性源自由于温度、盐度和化学组分造成的密度差或者流体本身的差异。

2、深水浊积体的特征

Simpson1997)最先描述了重力流物理特征的平面示意图(图1)。当重力流进入,其特征的头部前部会在前缘部位形成,并伴随着强烈的混合作用和波浪破碎作用。头部的总高度Y近似是后面浓度较高流体高度y2倍。流体前缘部分最前端称之为重力流鼻,位于底部表面之上Y/8的位置。流体前缘和周围流体的强烈混合作用由两种不稳定性所导致。输送前端上方速度切变区域波浪被卷起,舌形体和裂缝复合体由地面摩擦力和前缘中捕获环境流体的浮力共同影响而形成。

3、深水重力流的发展历程

深水浊积体的兴起与发展,是沉积学史上的一次大革命。其研究至今已有130年左右的历史,期间经历了概念的提出、模式的建立以及问题的探讨等阶段,是无数学者不懈努力研究,并与传统观念进行了长期的争论后才建立的。其发展过程主要有:

11885Forel提出了深海浊流的概念,重力流概念开始形成;

21887年,瑞士学者Forel对当时流入日内瓦湖的罗纳河进行观察和研究后,首先提出比重流的概念;

31936年,Daly发现侵蚀作用很强的水下流,并利用密度底流来探讨海底的侵蚀作用;

41937年,KuenenBell利用水槽实验证实了密度流的搬运和侵蚀能力;

51938年,Johnson明确提出浊流和浊流岩的概念;

 

1  典型深水重力流沿水平面向前推进的平面示意图(据Simpson,1997,略改动)

61950年,KuenenMigliorini发表了具有里程碑意义的文章《浊流是形成递变层理的原因》;

71952年,海底侵蚀峡谷的发现以及HeezenEwing解释了1929年加拿大格兰德滩的海底电缆事件,促使人们对浊流的形成有了进一步了解;

820世纪50年代,许靖华等研究发现美国加利福利亚州文图拉盆地和洛杉矶盆地的油气储层为浊积砂岩;

91962年,Bouma通过对复理石沉积的研究后,概括总结出了著名的鲍马序列,以此作为鉴别古代浊流沉积的重要依据;

1020世纪70年代,以Vail等为首发现了全球海平面周期性变化,为大陆架以外的深水扇沉积找到了合理的解释;

111973年,MiddletonHampton将沉积重力流的概念引入地质界,用于描述沉积物的再次搬运过程中的各种主要流体作用,并可以根据主要的沉积物支撑机制和流变能力对流体进行描述和分类;

1280年代末90年代初,层序地层学理论的建立、高精度和三维地震技术的广泛应用以及数十年浅海大陆架的勘探经验,使得由已知推测未知、逐步认识深水沉积和油气成藏成为可能。

经过30多年的研究,深水重力流沉积已成为研究的热点。在很多从浅海到深海环境的区域重力流控制了沉积物的搬运和沉积,并且形成了很多地球上体积最为庞大的沉积体,个别沉积作用可以形成数十甚至数百平方公里的沉积体。

二、深水重力流的油气地质意义

近年来随着国际上有关深水重力流沉积体的油气勘探取得的巨大成功,极大地促进了深水重力流沉积体系统的研究热潮。30多年来的勘探实践证明,深水重力流沉积体系是油气蕴藏极为丰富的领域。尤其是近25年以来,在南美、西非大西洋沿岸、墨西哥湾、北海、巴伦支海、喀拉海以及东南亚、澳大利亚西北大陆架等海域相继发现了许多大型油气田,其勘探目的层均是以深水重力流沉积体系为主的储层。

深水重力流沉积体系通常包括块体流、碎屑流、砂质碎屑流以及浊流等四大类,其中深水浊积体是现今油气勘探上最为关注的焦点与热点,它是重力流中深水浊流的结果和产物,是一种含有大量的砂质、粉砂质及泥质等悬移物质的高密度水下沉积体。目前从深水浊积体及其相关体系中已知的油气田(包括新发现的和在生产作业的)约有1200-1300个(Stow et al.2000),这还不包括一些未公布的数据。在Pettingill1998)关于世界主要深水浊积体油气藏的简略回顾中,列举了54个盆地中925个油气田的文献,其中43个油气田可以划分为巨型油气田(大于50亿桶原油当量)。

深水浊积体被认为是油气的储集层,随着全世界对海洋能源的探索,深水油气勘探成为了热门的油气勘探领域。深水浊积体分为细粒泥质浊积体和粗粒砂质浊积体两种。细粒泥质浊积体盆地一般位于洋壳,陆上搬运距离长,物质来源主要为三角洲供给,是良好的油气储层。粗粒砂质浊积体受构造作用影响强,盆地一般位于陆壳,陆上搬运距离很短,物质来源主要为峡谷供给,是极好的储层。

1粗粒砂质深水浊积体及其资源

砂质深水浊积体有着良好的捕油和储油条件,并且在湖盆以及海相海槽深部形成圈闭,这些圈闭与油气形成、运移相协调,具有良好的聚油性。因此认为砂质深水浊积体具有巨大的含油气潜力,是一个重要的找油找气方向。此外,粒度较粗的砂质深水浊积体是油气成藏的有效烃源岩,通过有机质的生物标志化合物的分析确定有机质来源为陆源高等植物碎屑。陆生植物碎屑通过浊流搬运是向陆坡和深海平原输入陆源有机质的重要方式之一。有资料表明,Makassar峡谷北部的浊积砂体中总有机碳质量分数可高达4.99%,比深水远洋或半远洋沉积页岩的总有机碳质量分数要高很多,且大部分有机质为叶片化石和其它植物碎屑,并认为类似的富有机质砂岩为深水区油气系统的主要烃源岩。例如:巴西坎坡斯盆地的Marlim油田,可采储量为41.54×108桶,Albacora油田可采储量为18.09×108桶;而在西非安哥拉的下刚果盆地发现的Girssol油田与Dalia油田,其储量均在(7-15×108桶。据不完全统计,西非地区石油总储量为桶,其中28.6×108桶来源于深水区域。这些大型油气田中约一半以上油气产出于以粗粒砂质深水浊积体为主的储层中。

2细粒泥质深水浊积体及其资源

细粒泥质浊积体主要发育于大型河流注入的盆地,常与远洋泥岩和半远洋泥岩互层,具有非常有利的生储盖组合。细粒浊积体由于是二次搬运沉积形成的,且搬运距离一般较远,河流的坡降很小,粗粒沉积物早早沉积下来,所以其分选好、结构成熟度和成分成熟度高、孔隙度也较高,是良好的储集体。细粒浊积体通常是在被动边缘环境下形成的,以低泥沙比为特征。与细粒浊积体有关的油气藏常为岩性油气藏,其储层类型主要是块状细砂岩或粉砂岩,其总体沉积厚度大、分布时空范围广,就连其中薄砂层的展布范围也很大,因此其含油性应该较好。以墨西哥湾盆地为例,2000年美国在大于310m水深的区域,石油产量达到2.71×108桶,天然气产量为277.5×108m320063月,在Veracruz州海岸以南110km处发现的Noxal大油田,预计储量为100亿桶;同年9月初,由Chevron公司所发现的Jack油田,其储量150亿桶。这些大型油气田的主要产层,大部分为以细粒泥质浊积体为主的薄层天然堤和漫滩沉积。近年来的勘探实践表明,在我国南海北部的莺歌海和琼东南等盆地也发现有细粒浊积体。

3与浊积体油气藏相伴生的次生油气藏

浊积岩原生油气藏往往与非生油岩中的次生油气藏相伴生。其伴生条件是一条沟通深浅层的大断裂,二是有新、老地层之间的不整合接触关系。为此,利用它们之间相伴生的相关特点,便可以在原生油气藏的浅层或是周围勘探次生油气藏。反过来,在次生油气藏的深部或凹陷内部寻找原生油气藏,也会取得更好的效果。

4与深水浊积体相关的金矿

浊积体与金矿有关,洋底的活动性断裂带形成了海底流并且运移了大量的沉积物,同时使富含金的硅质胶状物进入洋底的通道,通过水柱上升并且在海盆底流散。世界上典型的浊积岩型金矿床位于加拿大新斯科舍省的麦格玛地区和澳大利亚的维多利亚地区,我国在贵州省东南部也发现了浊积岩型的大型金矿。

、结论

深水重力流的研究与勘探对能源矿产行业的发展有着重要的意义与强大的推动力。其中的深水浊积体(粗粒砂质、细粒泥质)因其既可以作为有效的烃源岩,也具有良好的连通性与聚油性作为优质储层,而拥有巨大的油气勘探潜力。同时深水浊积体与周围地层之间的不整合关系在次生油气藏勘探中也起到重要作用,并且深水浊积体也是富含金的硅质胶状物进入洋底的通道,使得世界上不少金矿的发现与之相关。由此可见,深水重力流是富含能源矿产的宝藏,极其值得我们在现在和未来对其进行更深入的探索和开发,使人类在海洋中的勘探得到更多的收获。

我国尚有相当大面积的深海海域完全为进行油气勘探,其中根据南海北部陆坡深水区勘探实例可知,在这些海域中发育有大量深水重力流沉积体,国外深水重力流沉积体油气勘探的巨大成功,将预示着我国深海海域油气勘探的巨大潜力。

(骆帅兵)

 

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