2020年08月14日 星期五
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科技創新提升地質調查硬實力

——中國地質調查局巖溶地質研究所古巖溶研究綜述

2020-4-27 7:03:16 來源:中國礦業報 本報記者:姜煥琴

時光追溯到1996年。彼時,地質行業正處于低谷時期,地質調查單位未來發展之路在哪里?地質職工的基本保障在哪里?一系列讓地質行業困惑的問題,同樣讓當時的自然資源部中國地質調查局巖溶地質研究所(以下簡稱“巖溶所”)領導頭疼不已。

變則通,通則達。在困境中,唯有求變,唯有不斷創新才能走出一片新天地。自1996年始,在歷屆所領導的支持下,巖溶所碳酸鹽巖油氣研究團隊以鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、塔里木盆地和四川盆地及南方下古生界碳酸鹽巖中發育的古巖溶為研究對象,積極開展古巖溶(碳酸鹽巖巖溶儲層)研究,基本查明了碳酸鹽巖油氣田古潛山或不同期次沉積間斷碳酸鹽巖古巖溶發育特征,初步揭示了碳酸鹽巖油氣田巖溶儲層形成控制因素,建立了不同成因的巖溶儲層地質模式,不僅為碳酸鹽巖油氣田勘探與開發提供了重要巖溶地質基礎,也為巖溶所指明了發展方向。

拓展研究領域 迎來發展曙光

上世紀90年代初,地質行業進入瓶頸期,時任巖溶所領導在求變中不僅為該所帶來了發展曙光,也為巖溶地質事業培養了一大批急需人才。

為了尋求發展機會,時任巖溶所領導積極與中石油、中石化等有關公司、研究單位聯系,爭取碳酸鹽巖型油藏古巖溶研究相關科研項目。上世紀90年代始,夏日元等人開展了“九五” 國家科技攻關項目專題“鄂爾多斯盆地中東部奧陶系鳳化殼儲層溶蝕孔洞研究”和“九五”國家科技攻關項目專題“鄂爾多斯盆地奧陶系古巖溶特征研究”等,初步解決了科研資金問題,揭示了鄂爾多斯盆地奧陶系古巖溶儲層形成機理,為長慶油田碳酸鹽巖型油藏勘探、開發提供了地質依據。

為培養巖溶地質發展急需人才,上世紀90年代末期,巖溶所分別對中石化西北局勘探開發研究院、中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院等單位的100多名技術人員進行了多期巖溶地質理論培訓,在不斷壯大巖溶研究力量的同時,也為巖溶所的發展帶來了新的契機。碳酸鹽巖古巖溶研究團隊于1999年~2001年分別實施了“黃驊坳陷周邊奧陶系巖溶發育模式及坳陷區巖溶儲層研究”“輪南潛山勘探目標區碳酸鹽巖縫洞預測及其連通性模擬研究”等項目,構建了黃驊坳陷周邊奧陶系巖溶發育模式,確定了輪南地區有利儲層分布規律。

2001年~2005年,巖溶所與中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院、中國石油長慶石油勘探局進一步加強合作,碳酸鹽巖古巖溶研究團隊在塔里木盆地、鄂爾多斯盆地分別實施了“干旱及潮濕環境下典型碳酸鹽巖露頭區縫洞系統特征研究”“鄂爾多斯盆地中央古隆起兩側下古生界巖溶古地貌及儲層研究”等項目,初步構建了不同古巖溶縫洞類型結構模式,為塔北地區碳酸鹽巖縫洞型油藏評價提供了巖溶地質理論依據。同時,巖溶所在桂林對中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院60多名技術人員進行了4期巖溶地質理論、野外巖溶地質描述培訓。

2006年~2010年,夏日元等實施了國家自然科學基金項目“碳酸鹽巖儲層古巖溶模式及其對油氣藏的控制機制研究”、國家“973”項目“碳酸鹽巖縫洞型油藏開發基礎研究”第一課題“碳酸鹽巖縫洞系統模式及成因研究”等。期間,巖溶所進一步加強了與中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院合作,在桂林對中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院40多名技術人員進行了2期巖溶地質理論、野外巖溶地質描述培訓。同時,梁彬等在塔里木盆地實施了“輪古地區巖溶儲層分布規律研究”“輪古潛山+輪古7井區以東奧陶系古巖溶特征研究”等項目,初步形成了古巖溶地貌恢復與刻畫技術等,為建立塔北地區古潛山風化殼巖溶儲層形成地質模型提供了理論基礎。

2011年~2015年,在開展地質調查項目“雪峰山西側地區海相油氣地質調查”課題“雪峰山西側巖溶儲層的形成和分布規律研究”與“中上揚子重點地區巖溶儲層形成及分布研究”工作期間,碳酸鹽巖古巖溶研究團隊開展了原國土資源公益性行業科研專項“塔里木盆地古潛山奧陶系風化殼油藏巖溶儲層預測”、國家“973”項目“地表和近地表條件下巖溶縫洞充填過程及機理研究”“輪南-哈拉哈塘地區奧陶系巖溶地貌特征及巖溶儲層綜合評價”“哈拉哈塘地區巖溶地貌特征及巖溶儲層綜合評價”“麥蓋提斜坡巖溶體系與儲層建模研究”“塔中Ⅱ區鷹山組層間巖溶儲層展布規律研究”“塔河油田主體區碳酸鹽巖縫洞型油藏古巖溶儲集體發育特征研究”等,初步建立了一套適合碳酸鹽巖型油藏古巖溶研究方法,把巖溶垂向分帶理論及古巖溶縫洞結構模式應用了到古潛山井下古巖溶研究,指導了碳酸鹽巖型油藏勘探與開發。期間,巖溶所與中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院進一步加強合作,在桂林、貴州等地對中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院技術人員60多人進行3期巖溶地質理論、野外巖溶地質描述培訓。2014年,巖溶所與中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院簽訂了戰略聯盟合作備忘錄。

2015年~2019年,巖溶所分別與中石化西北分局勘探開發研究院、中石化勝利油田分公司勘探開發研究院、中石油西南油氣田分公司勘探開發研究院等單位合作,碳酸鹽巖古巖溶研究團隊在塔里木盆地、四川盆地、克拉瑪依盆地分別實施了“順北1井區奧陶系斷溶體油藏巖溶特征研究”“四川盆地二疊、三疊系巖溶特征研究”“四川盆地高石梯-磨溪地區震旦系燈影組巖溶特征研究”“蜀南地區茅口組巖溶儲層發育機理與分布規律研究”“勝利西部排66火成巖儲層巖溶作用研究”等項目,把在塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏古巖溶研究建立的研究方法、理論應用到了其他碳酸鹽巖油藏盆地巖溶儲層研究中,為建立碳酸鹽巖油藏古巖溶儲層地質模型提供了理論基礎。

同時,巖溶所在桂林等地對中石化西北分公司勘探開發研究院100多名技術人員進行了4期巖溶地質理論、野外巖溶地質描述培訓。2018年12月,該所與中石化西北局簽訂碳酸鹽巖巖溶儲層研究戰略聯盟。2019年與中石化西北局簽訂共建“巖溶地質實驗基地”協議,并落實了2019年~2021年碳酸鹽巖古巖溶儲層研究課題;與中石油塔里木油田分公司、中石化勝利油田分公司、中石化西北分公司達成合作意向,將開展“塔河奧陶系古暗河儲層發育特征及控因分析與測試”“勝利油田潛山油藏儲層巖溶作用研究”“塔北、塔中地區碳酸鹽巖斷控巖溶儲層形成機理與分布規律研究”等。

加強地質調查 摸清資源家底

隨著生態文明建設的深入推進,我國油氣資源需求日益增長,加強國家油氣基礎性、公益性地質調查,摸清資源家底,是時代發展的需要。自1996年起,巖溶所積極開展碳酸鹽巖油氣儲層(古巖溶)調查研究,開拓了巖溶研究新領域,進一步了解了碳酸鹽巖巖溶儲層資源狀況。

——西南地區海相碳酸鹽巖油氣巖溶儲層地質調查面積約30×104平方千米,對碳酸鹽巖油氣巖溶儲層發育特征進行了調查,初步圈定4個碳酸鹽巖油氣有利遠景區塊。巖溶所對西南地區下古生界碳酸鹽巖古巖溶作用背景、西南地區下古生界海相碳酸鹽巖巖性組合特征及巖溶作用強度、西南地區下古生界海相碳酸鹽巖古巖溶縫洞系統發育特征、西南地區下古生界海相碳酸鹽巖巖溶儲層特征、西南地區下古生界海相碳酸鹽巖巖溶儲層形成機制與控制因素等進行了系統調查與分析,初步確定了西南地區下古生界碳酸鹽巖巖溶儲層有利層系及有利區塊。

——在厘定碳酸鹽巖型油藏古潛山界面沉積間斷的基礎上,進行了不同沉積間斷類型的古巖溶地貌恢復,建立了不同地貌單元巖溶儲層發育模型,為建立碳酸鹽巖型油藏勘探與開發巖溶儲層形成地質模型提供了理論依據。針對塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地碳酸鹽巖型油藏的儲油構造特點,在厘定碳酸鹽巖型油藏古潛山面沉積間斷的基礎上,根據沉積間斷面上覆、下伏地層特點,利用地震構造層位數據,采用印模法、殘厚趨勢面方法、構造趨勢面方法或殘厚趨勢面與印模殘差組合法等恢復了不同沉積間斷類型的古潛山巖溶地貌,提出了相對應的古巖溶地貌類型劃分指標體系,進行了二級地貌單元、三級地貌單元劃分及巖溶古流域、古水動力條件刻畫;建立了巖溶古地貌、地表河流、地下暗河等地震響應模式,提出了古濱海巖溶、古島嶼巖溶的概念,并在古巖溶地貌特征、古巖溶作用條件分析的基礎上,建立了不同地貌單元巖溶縫洞(或巖溶儲層)發育及控制機制。

——探索塔里木盆地三大隆起奧陶系風化殼古巖溶作用機制,建立了多旋回古巖溶發育演化模式,為巖溶儲層空間分布分析提供了理論依據。塔里木盆地三大隆起存在早表生巖溶、裸露風化殼巖溶和埋藏巖溶三大類型,早表生巖溶發育于碳酸鹽巖沉積成巖早期,是碳酸鹽巖沉積初期由于海平面振蕩式升降,巖層面短期暴露,發生脫水干裂,受雨水沖刷和入滲、淋濾溶蝕產生的巖溶;裸露風化殼巖溶包括加里東中期和海西期兩個期次,其中海西早期古巖溶作用最為強烈;埋藏巖溶為侏羅紀時期,阿克庫勒地區進入拉張斷陷盆地發育階段,由于塔北隆起的整體沉降,巖溶系統轉入埋藏、封閉環境,加上處于封閉環境,巖溶作用強度及規模遠不及裸露階段。

——初步查明了碳酸鹽巖型油藏巖溶儲層形成控制因素與巖溶儲層分布規律,建立了不同巖溶垂向分帶與油氣關系,特別是利用表層巖溶帶理論改變了開發井鉆探方式,為碳酸鹽巖油氣勘探與開采提供了地質依據。以塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、四川盆地碳酸鹽巖型油藏巖溶儲層研究為對象,在鉆井巖性描述、測井錄井分析及地震解譯的基礎上,結合野外露頭巖溶縫洞結構模式研究,利用古巖溶形成條件、古巖溶地貌類型、古巖溶形態特征及深巖溶作用機制等現代巖溶理論,研究古巖溶發育分布對油氣儲層的控制規律、古巖溶區域上分區差異性、垂向上分帶性、時代分期性,對井下巖溶縫洞進行了垂向分帶劃分,即表層巖溶帶、垂向滲濾溶蝕帶、徑流溶蝕帶、潛流溶蝕帶。同時,對各帶巖溶縫洞形成機理及控制因素進行了深入研究,認為巖溶層組、古巖溶地貌、古水系及古斷裂構造共同控制巖溶儲層的發育,建立了巖溶古地貌、地表河流、地下暗河、濱岸巖溶帶及巖溶島嶼巖溶縫洞地震響應模式。

——開展了碳酸鹽巖油藏巖溶儲層巖溶縫洞精細刻畫,對巖溶縫洞充填及演變進行了深入研究,認為巖溶縫洞發育規模、縫洞聯通性及充填演變特征對巖溶油氣成藏具有明顯控制作用。對碳酸鹽巖巖溶縫洞的研究主要包括4個方面:一是巖溶縫洞類型特征與成因研究;二是巖溶縫洞發育分布規律研究;三是巖溶縫洞型儲層物性關系研究;四是碳酸鹽巖巖溶儲層建模(即巖溶縫洞模式研究)。對巖溶儲層巖溶縫洞精細刻畫主要包括以下幾個層次:一是巖溶縫洞特征的觀察與描述,主要是通過露頭區與巖芯觀察,研究縫洞的產狀、組系特征、發育程度、成因表征、充填狀況與發育規律等;二是巖溶縫洞識別,利用鉆、錄井資料、常規測井資料、常規地震資料以及裂縫測井資料等識別裂縫;三是巖溶縫洞系統預測,利用地震、測井、構造應力場模擬等方法均可以進行縫洞預測。

——通過露頭區巖溶縫洞調查、井下巖芯地質描述以及測井和地震資料綜合分析,建立了六大類10種縫洞系統發育模式,為巖溶儲層形成地質模型的建立提供了理論依據。根據塔里木盆地潛山海相碳酸鹽巖縫洞系統發育特征及其與油氣儲集關系的差異,將縫洞系統分為地下河系統型、巖溶洞穴型、溶蝕孔洞型、溶蝕縫型、礁灘溶孔型和白云巖孔洞型六大類型,其中,地下河系統型又劃分為單支管道、管道網絡和構造廊道3個亞類;巖溶洞穴型又劃分為廳堂型、豎井型和溶洞型3個亞類。

——建立了鄂爾多斯盆地奧陶系風化殼古巖溶與油氣富集關系。鄂爾多斯盆地古巖溶成因類型可分為表生和埋藏兩大時期,在古巖溶地貌恢復的基礎上,不僅分別建立了古風化殼垂向巖溶發育模式、埋藏期壓釋水巖溶發育模式,還建立了鄂爾多斯盆地奧陶系風化殼古巖溶與油氣富集關系:巖溶臺地區發育的垂向型巖溶規模較大,風化殼的厚度中等,以溶洞型、斷裂型和埋藏熱水巖溶型儲層為主,非均一性較強;巖溶坡地處于地下水強徑流帶,以穩定性較好的層狀溶蝕孔洞型儲層為主,風化殼的厚度較大,是天然氣富集的最有利區;巖溶盆地為地下水排泄區,垂向滲濾帶和深循環帶的厚度較薄,水平徑流帶的厚度相對較大,儲層物性總體變差。巖溶盆地中的殘丘部位巖溶發育的條件較好,主力氣層保存完整,仍有較好的儲層區塊;巖溶坡地與巖溶盆地的接觸部位為水動力轉換帶,巖溶作用強烈,為儲層有利分布帶;樹枝狀溝槽網絡的發育控制了氣藏的分布和天然氣的富集區帶。

——提出了黃驊坳陷奧陶系古巖溶發育演化模式及其與油氣富集關系。黃驊坳陷奧陶系古巖溶經歷了3個演化階段,具有7種發育模式,每個階段古巖溶均強烈發育的疊合區為最有利儲層的發育區。第一階段為加里東晚期-海西早期,發育了向斜翼部侵蝕洼地排泄型和向斜軸部山間洼地排泄型古巖溶,建立了加里東晚期-海西早期古巖溶發育模式,即向斜翼部侵蝕洼地排泄型模式;第二階段為印支-燕山早期,具有溶丘洼地裸露型和斷陷盆地淺埋藏型兩類古巖溶,建立了印支-燕山期古巖溶發育模式,即裸露溶丘洼地型模式、淺埋藏斷陷盆地型模式;第三階段為燕山晚期-喜山期,發育了傾斜壘式斷塊壓釋水巖溶、深埋褶斷凸起壓釋水巖溶和深大斷裂帶高位掀斜斷塊熱水巖溶,建立了燕山晚期-喜山期古巖溶發育模式,即傾斜壘式斷塊壓釋水巖溶模式、埋褶斷凸起壓釋水巖溶模式、深大斷裂帶高位掀斜斷塊熱水巖溶模式。

——初步建立西南地區碳酸鹽巖與頁巖氣成藏關系,為解決南方頁巖氣勘探與開發中的頁巖氣成藏碳酸鹽巖巖溶控制問題提供了地質理論依據。我國南方古生界暗色頁巖與碳酸鹽巖間互發育是南方地區古生界的基本地質特征,因此在南方古生界開展頁巖氣勘探開發,既要考慮碳酸鹽巖對頁巖氣成藏、開采、鉆井施工等的影響,又要考慮碳酸鹽巖本身成藏條件。2019年,巖溶所地質調查項目“南方重點地區1∶5萬頁巖氣地質調查(巖溶所)”“貴州凱里-都勻地區頁巖氣地質調查(巖溶所)” 實施了貴都地1井、鄂陽地3井頁巖氣-巖溶地質條件勘探工作,調查、勘探工作均取得重要成果,基本查明研究區近地表碳酸鹽巖分布特征及巖溶發育特征、頁巖氣目的層與目的層底板碳酸鹽巖成藏條件,專報《雪峰山西緣頁巖氣調查取得重要進展》(第10期)得到中國地調局的肯定。

斬獲豐碩成果 保障能源安全

自上世紀90年代,巖溶所先后完成國家973項目課題、國家基金項目、原國土資源部行業專項及中石油、中石化科技項目共計30多項。該所始終堅持地質調查工作公益性、基礎性、戰略性的定位,不斷提高資源勘查與開發科研創新,積極將現代巖溶理論應用于碳酸鹽巖油氣藏古巖溶儲層研究,支撐和服務于碳酸鹽巖油氣藏勘探與開發,取得了一系列重要成果。

——建立一套碳酸鹽巖油氣田古巖溶儲層研究方法,對碳酸鹽巖油氣藏勘探與開發具有重要指導意義。以鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地和塔里木盆地、四川盆地及南方下古生界碳酸鹽巖中發育的古巖溶為研究對象,采用古地貌成因組合分析法、古水動力相關分析法、地球化學分析、類比分析法、綜合地球物理探測方法以及巖溶儲層介質結構定量評價和預測等技術手段,建立了一套適合碳酸鹽巖油氣藏的古巖溶研究方法-巖溶成因組合分析方法,掌握了古巖溶的形成條件、影響控制因素及其與油氣富集關系,識別出了多種巖溶儲層成因類型,建立了碳酸鹽巖巖溶儲層形成與演化地質模式,實現了對油氣聚集有利巖溶儲層的預測,在巖溶型儲層成因機理和空間分布規律研究方面取得了重要新進展。

——實現5項古巖溶儲層研究科技與理論創新,為碳酸鹽巖油氣田勘探、開發提供技術與地質理論依據。一是古巖溶地貌恢復與刻畫技術。利用多種古地貌恢復方法,恢復了不同沉積間斷類型的古巖溶地貌,提出了相對應的古巖溶地貌類型劃分指標體系,進行了巖溶地貌單元劃分及古水文條件刻畫,建立了不同地貌單元巖溶發育模式。二是建立了古巖溶垂向分帶理論。以現代巖溶理論為指導,根據巖溶垂向發育特征與巖溶地下水運動方式,建立了巖溶垂向分帶,即表層巖溶帶、垂向滲濾溶蝕帶、徑流溶蝕帶、潛流溶蝕帶。不同巖溶帶巖溶縫洞發育特征與充填演變具有明顯差異,表層巖溶帶、徑流溶蝕帶巖溶儲層相對發育。三是巖溶儲層古巖溶縫洞結構模式建模技術。通過現代巖溶縫洞及古巖溶縫洞發育特征調查與描述,結合井下巖溶縫洞巖溶縫洞發育特征,建立了古巖溶縫洞結構模式,即縫洞主體、縫洞頂破碎帶、縫洞邊破碎帶、縫洞間破碎帶、縫洞底破碎帶,并對各結構帶進行了描述。四是巖溶儲層形成地質模型建模技術。通過現代巖溶地質野外調查與井下古巖溶對比,以巖溶動力學理論為指導,提供了古巖溶地貌恢復與水動力條件刻畫,分析了巖溶儲層形成控制因素,建立了不同古地貌條件下巖溶發育結構模式及巖溶儲層形成地質模型。五是巖溶儲層有利區塊評價與預測理論。初步查明了碳酸鹽巖油氣藏盆地巖溶儲層分布規律,建立了巖溶儲層評價指標體系,并對各碳酸鹽巖油氣田有效區塊進行了預測與評價。

——揭示碳酸鹽巖儲層古巖溶演變規律,支撐和服務碳酸鹽巖型油藏勘探與開發。掌握了古巖溶型油氣儲層發育與分布規律,建立了塔里木盆地、鄂爾多斯盆地和黃驊坳陷奧陶系古巖溶發育演化模式。特別是塔里木盆地碳酸鹽巖古巖溶儲層研究,以埋深5000米~6000米的奧陶系古巖溶地貌、巖溶儲層研究成果為指導,指導部署10余口油氣高產井,為塔河油田二次開采增產提供了技術支撐。

——建立了一支優秀的碳酸鹽巖油氣田巖溶儲層研究團隊。通過20多年的碳酸鹽巖古巖溶儲層研究,建立了一支優秀的碳酸鹽巖油氣儲層研究團隊,培養博士研究生8人、碩士研究生10人、油氣地質科技骨干12人。同時,為中石化西北局分公司、中石油塔里木油田分公司、中石油西南油氣田分公司勘探開發研究院培訓了200多名技術人員,提高了我國碳酸鹽巖油氣藏勘探與開發技術水平。

經過20多年的探索,巖溶所掌握了巖溶型油氣儲層發育與分布規律,為巖溶研究開拓了新領域,分別建立了塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、黃驊坳陷奧陶系古巖溶發育演化模式;探索了碳酸鹽巖古巖溶識別方法,揭示了古巖溶對油氣聚集的控制規律;2015年獲“一種地貌恢復方法和裝置”專利、“一種碳酸鹽巖溶蝕過程模擬試驗裝置” 專利;“碳酸鹽巖縫洞系統模式與成因研究”獲2013年國土資源科學技術獎二等獎;“塔里木盆地古潛山奧陶系風化殼油藏巖溶儲層預測”被評為2017年度部行業專項十大優秀成果。

在談到下一步工作時,巖溶所有關負責人表示,將積極申請國家科研項目,加強與中石油、中石化有關科研單位的合作,選擇不同類型大中型含油氣盆地,開展古巖溶和油氣資源綜合調查和研究,進行碳酸鹽巖儲層古巖溶控制機制與儲層潛力評價,為國家油氣戰略決策提供科學依據,指導油氣勘探部署。

世上沒有絕望的處境,只有對處境絕望的人。面對發展之艱,巖溶所一步一個腳印地走, 一棒接著一棒地干,堅持業務發展與人才發展同步,最終創造了屬于自己的精彩!□

網站編輯:宮莉

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