原型控源、迭加控藏
——油氣盆地資源分級評價與有利勘探方向優(yōu)選思維及技術

徐旭輝，方成名，陸建林，江興歌，王保華，梁宇生

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫 214126)

“沒有盆地就沒有石油[1]”，概括說明了油氣資源與盆地的密切關系。這里指的盆地顯然與朱夏先生指出的那樣，具有歷史演化、全球聯(lián)系、深部根源、動力體制的系統(tǒng)和動態(tài)屬性[2-4]。朱夏先生強調的“盆地分析”，其基本思想是將盆地視作一個整體，全面分析其環(huán)境—作用—物質之間響應關系的全貌，進而準確預測石油天然氣賦存的位置并合理估算資源的量。

歷史經驗證明，油氣勘探必須遵循從盆地整體到局部的原則，要防止普查工作戰(zhàn)略的片面和失誤，首先要免于找油“哲學的貧困”[3]。含油氣盆地分析正是提供一種由整體到局部的系統(tǒng)性研究方法，通過把握盆地演化與油氣聚集響應的總體規(guī)律，由少量的已知現象去推測地下更為復雜而龐大的未知對象，從而指導油氣勘探活動并獲取資源。理論與實踐是相輔相成的統(tǒng)一辯證關系，油氣理論來源于勘探實踐的認識總結并指導實踐。早在1963年，朱夏先生就從系統(tǒng)論的觀點去研究盆地，提出了“運動體制”的概念，以期依變求本，逾越橫亙在已知和未知之間的鴻溝。先生出于對中國大陸地質的深刻認識與長期思考，認為中國含油氣盆地的演化經歷古全球板塊、新全球陸內和過渡運動體制，將全球板塊大地構造理論與中國油氣勘探的實踐結合起來，創(chuàng)新地提出油氣盆地分析的3T-4S-4M程式(圖1)。不同地質時期相繼出現不同類型的原型盆地，原型盆地是一個結構單元，是一種構造型式，也是一個沉積實體，是某一特定地史時期形成的沉積盆地。而盆地是不同時期原型盆地的并列迭加，且前期發(fā)育的原型盆地常常受到后期原型盆地迭加及改造。尋找油氣要根據盆地形成環(huán)境的三要素(時代、位置和熱體制)，恢復組成盆地各個時期原型及其沉降狀況，沉降狀況制約了沉積物的供應、沉積的環(huán)境和構造的變化等。而盆地原型的復雜迭加關系提供了油氣的生成、運移、聚集等效果。因而，3T-4S-4M之間有著緊密的聯(lián)系，反映了盆地系統(tǒng)中各要素之間的動態(tài)邏輯關系。

圖1 3T-4S-4M盆地分析程式據文獻[4]修改。Fig.1 3T-4S-4M basin analysis program

作為曾經是朱夏先生同事和晚輩，筆者曾有機會當面聆聽其關于油氣盆地動態(tài)分析思想與勘探實踐方面的思考。在先生思想指引下，筆者帶領的研究團隊曾將中國含油氣盆地劃分為古中國陸、古亞洲陸、新亞洲大陸3個大的形成演化階段，識別刻畫出12個關鍵時期的原型并列與迭加關系，支撐了油氣勘探戰(zhàn)略選區(qū)與風險領域評價。同時也深刻認識到，要窺探現今結構復雜盆地內的油氣成藏規(guī)律，必須首先恢復不同時代原型沉降結構及其約束下的油氣地質要素特征，然后依據原型更迭過程中的結構、要素、組合的動態(tài)演變，重建油氣藏形成演化過程，最終揭示油氣的分布。這一追本溯源式的研究思維與評價方法，筆者概括稱其為“原型控源、迭加控藏”，其與朱夏先生倡導的活動論構造歷史觀與3T-4S-4M分析思想一脈相承。本文通過原型內在涵義與其分類回顧，采用實例解析與例舉的方式，闡述“原型控源、迭加控藏”分析思維及其在油氣盆地資源分級評價與有利方向優(yōu)選中的應用，以此傳承和發(fā)展朱夏學術思想。

1 盆地的概念與分類

1.1 盆地的概念與變化

術語“盆地”一詞來源于地貌學，指地表低洼的泄水區(qū)域，但今天石油地質學引入的盆地概念已遠不能望文生義了。石油地質學的盆地包含了洼地充填沉積實體的概念，還包含了低洼地殼沉降的構造成因概念。“沉積盆地”的概念是沉積地質學提出的，術語起因于在沉積學研究中強調沉積巖相古地理分布受構造活動控制，遂引申以變質巖為基底沉降充填沉積的負向單元，并以此概念建立了沉積與構造之間的成因分析[5-7]，形成沉積盆地分析。因而，石油地質學上的沉積盆地概念，認為是地殼沉降提供了盆地沉積的空間，而這一沉降空間不僅充填了一切構成油氣藏形成的物質要素，又提供了烴類生成—運移—聚集事件發(fā)生的場所。

盆地作為全球構造沉降的單元，其沉降空間受全球板塊構造、深部根源與動力作用方式所控制，具有形成時代與運動體制的雙重屬性。朱夏先生當初為避免與現今沉積連續(xù)分布圈定地殼沉降整體而流行稱之為盆地的概念相混淆，他引申了KLEMME[8]提出的內含時代概念的“原型”一詞，用以表達“一個階段的結構單元是一種構造形式，也是一個沉積實體”，而盆地是不同階段多種結構的組合。

1.2 主要的盆地分類概述

盆地分類，一直是地學領域研究的重要內容。通過盆地分類研究，建立盆地類型與油氣生成、運移、聚集過程之間的關系，為預測油氣分布服務。

自1950年代以來，國際上出現過多次盆地分類研究的熱潮。1950年代，按照盆地從沉積實體到構造成因的思路，WEEKS[9]以地槽說為基礎，將盆地劃分為地臺區(qū)(穩(wěn)定型)和地槽區(qū)(活動帶)兩類，強調依照大地構造的盆地分類是油氣資源評價的基礎，并深刻影響了我國早期盆地研究。1970—1980年代，隨著板塊構造理論的興起，盆地分類研究猶如雨后春筍一般，但由于采用的原則或分辨視角不同，盆地分類及其類型各擇其耳，流傳廣泛而具代表性的有：MAILL[10]以所處的巖石組成將盆地劃分為離散邊緣、會聚邊緣、轉換斷層、大陸碰撞、克拉通等5大類；ALLEN等[11]從力學機理上區(qū)分盆地，將盆地劃分為拉伸、撓曲、走滑3大類；PERRODON等[12]從油氣系統(tǒng)上分辨盆地，劃分大陸裂谷型、拗陷型、“造山”型3類。MAILL、ALLEN的分類主要從盆地所處構造位置或盆地沉降形成的動力學機制進行區(qū)分，屬于成因分類，而油氣系統(tǒng)分類則試圖建立盆地成因與油氣形成分布的約束關系。每一種分類在對盆地大類劃分時都有明確的劃分原則，然而在亞類劃分時或存在與其本身遵循的原則不符，或未考慮盆地類型之間的成因聯(lián)系，抑或是只考慮分類的端元類型。1990年代以來，盆地分類大都是在前人或本人研究基礎上的修改補充[13]，同時引導了一批國內學者的研究熱潮，提出諸多的動力學分類方案[14-15]，但多是在國外學者分類方案基礎上的修改完善。

復合的中國大陸和發(fā)育其上的盆地，尤其是前中生代海相盆地，經歷了多旋回演化和多期次強烈而不均勻的構造改造，致使盆地本身結構較原始面貌大為改觀。國外學者在研究盆地分類時無一例外地很少探究中國盆地，多數以“中國型盆地”稱之[16-17]。國內一些學者在對中國盆地類型進行厘定時，或直接引用國外盆地分類，或對國外盆地分類方案作進一步修改，提出諸多盆地分類方案。譬如，陸克政等在總結國內外學者的分類方案基礎上，基于地球動力學將盆地劃分為擠壓、拉張、扭動和沉降型盆地[18-19]。劉和甫從動力學系統(tǒng)將盆地分為裂陷、壓陷和走滑3大類[20]。劉池洋等根據盆地構造動力環(huán)境與沉降成因將盆地劃分8大類44種盆地類型[13]。國內關于盆地的分類至今仍沒有形成相對統(tǒng)一、大家普遍接受的方案，出現這種狀況的原因主要在于中國盆地本身的復雜性、劃分標準不一、理論研究較為缺欠、整體系統(tǒng)性研究較為薄弱[13]。

1.3 盆地原型的分類與主要類型例舉

前已述及，油氣盆地分類最終就是要建立盆地成因對油氣形成與分布的約束關系，提供推理未知的基礎。通過中國油氣勘探的實踐，朱夏先生率先提出按原型機制分類盆地，并從歷史的、系統(tǒng)的、動態(tài)的思想明確提出了盆地的觀念和定義及其分類原則[3]。所謂盆地原型就是一定巖石層組成在歷史階段地球動力環(huán)境特定構造—熱體制下所表現的沉降結構實體，現今盆地整體是由不同階段、不同世代原型沉降結構實體的并列迭加組合。原型作為“型”是原本體制運行表現為典型結構類型的抽象，它提供了從現今盆地整體解析歷史體制更迭復原的模板，以便于分析盆地形成的全過程，有利于在盆地體制變化過程中把握油氣形成和分布的變化規(guī)律。

究其本質，盆地原型既反映了沉降形成的特定動力機制(環(huán)境、熱體制)，又體現了其具有時代屬性。因而，盆地原型的識別需要從全球構造階段的環(huán)境中去考慮。依據朱夏先生的分類思想，張渝昌先生以環(huán)境、組成、構造—熱體制3種要素為分類原則，并依據運動體制的演化，劃分出離散陸內、離散陸緣、會聚陸緣、會聚陸內4種序列13種原型[21-23](圖2)。本文僅選幾類勘探實踐中常用但不同作者所理解、擬表達的認識差異頗大的原型術語進行分析，希望能對今后原型涵義的表述達成一些共識，以便交流。

圖2 盆地原型分類方案[23]Fig.2 Basin prototype classification

1.3.1 裂谷、拗拉槽、拉張斷陷

裂谷、拗拉槽、拉張斷陷具有現今結構形態(tài)相似的特點，因而在諸多研究文獻中存在術語混用的現象，然其所表達的術語涵義卻又差異較大。術語表現的內涵差異主要體現在沉降動力機制、沉積實體、深部熱結構不同(圖3)。

裂谷或稱裂陷，是在穩(wěn)定大陸巖石圈或克拉通上由于區(qū)域性拉張應力造成的沉降實體。裂谷形成于大陸離散的早期，位于陸內巖石圈減薄的部位，往往由于物質組成變化如巖石圈界面、先存裂谷或深部相變等軟弱帶因幔源物質上涌，誘發(fā)淺層地殼在熱隆起引張配合下產生受斷裂邊界控制的沉降，其拉伸量符合巖石層均勻拉伸純剪模型(圖3a)。因此，裂谷沉降的重要特征是熱機制作用強烈，熱上涌正對裂谷底面，熱梯度與巖石層減薄率有關，形成多米諾式自由拉伸下切軟流層的構造結構。當一個裂谷在初始隆起地方出現時，地貌起伏可達4 km，破裂縱貫巖石圈，深部基性物質噴溢，隨地殼進一步減薄，直到熱作用振蕩式回復正常，隆起逐步消失。

圖3 裂谷、拗拉槽、拉張斷陷的形成機制Fig.3 Formation mechanism of rift valley, depression trough and extensional fault depression

拗拉槽或稱裂陷槽，是因為地幔上涌形成地殼三叉裂谷后發(fā)展為衰萎的一支。它代表了大陸裂解的過程，大陸性火山噴發(fā)活躍，在沉降上則具有更多的海洋性沉積特征。但隨著深部熱散失與遷移，拗拉槽的沉積逐步與臺地內的沉降合為一體，形成下部邊界斷裂控制沉降結構與上部拗陷式碟形沉降結構的垂向復合迭加(圖3b)。因此，拗拉槽實際是裂谷與臺內拗陷兩類原型的迭加組合。在我國中元古代—晚元古代大陸離散期即發(fā)育有拗拉槽，如賀蘭山拗拉槽。最新勘探實踐表明，元古代時期華北克拉通邊緣發(fā)育多條NE向展布的構造沉降帶，其走向分布、沉積結構均與拗拉槽成因模式相吻合。

拉張斷陷，主要是在大陸巖石圈受擠上隆的背景下，地殼因減薄拉張，深部物質墊入形成斷陷(圖3c)。這種斷陷因處在會聚環(huán)境陸內非均質塊體變格排斥的作用下，地幔蠕動上涌，巖石層下壓上張，誘發(fā)地殼脆韌性分層拆離，斷層順傾向重力滑動呈半地塹式沉降，其沉降符合WERNICKE的巖石層非對稱單剪切拉伸模式[24]。拉張斷陷由于會聚邊緣構造作用力的變化亦導致地幔蠕動上涌遷移，致使斷陷呈現多期性遷移演化的特點，而其主斷裂往往消失于巖石圈韌性分界面。原型沉降結構常為多個并列的半地塹，各半地塹地溫場的高低程度與斷層拆離面交切地幔的熱上涌位置有關。晚白堊世以來，中國大陸在印度大陸反旋向亞洲大陸會聚下，開始向東發(fā)生排斥運動，形成西擠東斥格局。由此，大陸巖石層地幔開始向東蠕散，并在太平洋斜向俯沖約束下，在東部形成下壓上張的犁式斷陷。

由上，從三元分類原則看，在會聚大陸拆離面上斷陷形成的熱上涌方式與離散大陸裂解形成裂谷的熱上涌方式不同，原型表現出的拉張斷陷，應當明確有別于裂谷，以便把握油氣形成和分布條件的不同，提供動態(tài)系統(tǒng)預測評價分析的基礎。

1.3.2 碰撞前淵與擠榨前淵

前陸盆地這一術語已被國內學者引進并廣泛應用，多將具有非對稱式撓曲沉降結構的盆地都歸為此類，而忽略了該術語所代表的內在涵義。為更為準確地表達形成于會聚碰撞與會聚變格2種環(huán)境，具有類似結構但實則差異較大的沉降類型，分別以“碰撞前淵”與“擠榨前淵”稱之，以示區(qū)別(表1)。

表1 碰撞前淵、擠榨前淵形成機制差異對比Table 1 Comparison of formation mechanism of impact and squeeze foregrounds

碰撞前淵是陸緣會聚陸—陸(弧)碰撞階段的沉降實體，位于陸緣碰撞造山帶前沿，由地殼沖斷楔多期的構造載荷形成半撓曲沉降結構，迭加在離散陸緣原型序列之上，也即典型前陸盆地這一術語所表達的真實內涵。陸—陸碰撞經歷冷卻洋殼俯沖消亡至重新融合為一個大陸巖石層的過程，標志陸緣地幔物質向洋蠕動阻滯，地球熱對流中斷。碰撞前淵撓曲沉降原型結構的地溫場，在陸緣從低地溫再回復到正常，陸緣彈性撓曲沉降控制的前緣隆起抬升具有明顯的遷移性。

擠榨前淵則是板塊會聚大陸持續(xù)受擠的環(huán)境下，在陸內熱對流中斷效應下，深部地幔蠕動下潛引起“陸內俯沖”，誘發(fā)大陸內古碰撞造山帶復蘇、古裂谷反轉和大陸基底拆離，致使擠榨造山隆起帶沖斷楔前沿陸殼因構造載荷而產生撓曲沉降。呈沖斷半撓曲沉降的原型結構的地溫場，在陸內從正常梯度經髙地溫再恢復到正常。

顯然，陸內變格擠榨前淵原型，雖然在形態(tài)上與碰撞前淵(陸緣前陸盆地)相似，結構同是構造載荷下地殼半撓曲沉降的產物。但是，它們所處的構造環(huán)境不同，組成物質受力形變反應不同，熱機制成因和效應不同。因此，應當從分類上明確區(qū)分開來。

2 原型的演化與油氣

2.1 動態(tài)成藏的研究方法

油氣盆地的分析就是復雜而動態(tài)的油氣系統(tǒng)分析，需要從原型更迭組合方式中具體地進行系統(tǒng)整合才能把握油氣分布。面對復雜的盆地系統(tǒng)進行油氣預測，應遵循理論建?！獙嵗ｒ灐獎討B(tài)模擬的工作程序進行研究，以滿足勘探需求(圖4)。

圖4 盆地動態(tài)成藏研究的工作流程框架Fig.4 Workflow framework of basin dynamic reservoir formation research

理論建模，就是建立盆地原型并列迭加及其地質作用控制下的油氣響應預測模式。首先要求在盆地地球動力學知識的基礎上，分析內生與外生動力作用關系，識別地殼沉降的基本結構及其控制下的沉積體系展布，明確控制沉降的熱體制及其可比擬的對象，建立盆地原型并列迭加的組合模式及其相關的油氣生儲蓋組合關系。進而，根據油氣的基本知識，推理分析原型地質作用，諸如容積(V)、溫度(T)、壓力(P)因素如何約束油氣響應，包括生烴、排烴、運移、圈閉，以及油氣聚集與保存的方式，最后建立原型地質作用與油氣響應模式。

實例校驗，即在理論建模分析基礎上，通過勘探實例或物理實驗、化學測試實際結果進行檢驗，反復驗證類比推理，達到修正或消除理論模式中的錯誤，最終建立合理的理論模式。累積的大量油氣勘探實例和地質作用與油氣響應預測模式，可為不同原型迭加序列中系統(tǒng)整合分析，提供從實地少量已知信息優(yōu)化推理未知的知識案例。

動態(tài)模擬，即指運用計算機技術開展理論模式約束下的確定性數理演繹，模擬地質作用—油氣響應關系，揭示油氣聚集的位置和數量，從而考察盆地系統(tǒng)油氣形成和分布的動態(tài)規(guī)律。

面對盆地原型演化序列復雜的油氣系統(tǒng)整合，朱夏先生就從盆地T(環(huán)境)—S(作用)—M(響應)的程式，設想將原型結構看作是在一定環(huán)境下的作用—響應系統(tǒng)，并強調了盆地系統(tǒng)的、動態(tài)的、定量的研究方向[25]。這一思想至今閃爍著智慧的光芒，仍處在世界油氣勘探地質理論的前沿，是含油氣盆地“原型控源、迭加控藏”研究思維與評價技術的指導思想。

2.2 原型控源分析

原型控源分析是理論建模研究的重要內容。原型控源是指原型空間(V)邊界范疇內生儲蓋等諸要素形成與分布的特征。依據不同世代原型結構的構造—熱體制，可確立不同原型沉降空間內沉積充填及其油氣地質要素分布規(guī)律。不同構造體制、不同類型原型下的烴源巖、儲集巖發(fā)育及組合均有各自的特點。認識和總結這種特點為我們分析油氣形成條件及差異性提供了依據。

筆者通過對中國含油氣盆地原型演化及熱體制的區(qū)域對比，結合對各類盆地的沉積充填物分析，梳理了裂陷、拗陷、前淵、斷陷等4種原型的控“源”及組合，闡明了不同原型盆地烴源巖、儲層、蓋層發(fā)育的差異性及組合特點(表2)。

表2 不同體制下原型及控“源”與組合特征對比Table 2 Comparison of prototype, source control and combination characteristics under different systems

中元古代—早古生代板間構造體制的板塊裂離或碰撞形成克拉通內裂陷，在裂陷初期快速沉降、裂陷鼎盛期海侵體系域的凝縮層段，發(fā)育以硅質、鈣質泥巖為主的烴源巖，且深水環(huán)境具有有機質保存的有利條件。如綿陽—長寧震旦紀—早寒武世裂陷階段，裂陷初期發(fā)育了燈三段烴源巖，早寒武世早期裂陷強盛期發(fā)育了麥地坪組斜坡—盆地相(厚度100～200 m)和筇竹寺組深水陸棚相泥質烴源巖(厚度400～800 m)；同期在裂陷兩側構造高部位發(fā)育燈影組臺地邊緣礁灘高能相帶，利于儲層發(fā)育，這種疊置或側接構成了良好的生儲組合(圖5)。

圖5 裂陷和離散陸緣的原型控源模式Fig.5 Prototype source control model of rifting and discrete continental margin

早古生代陸緣體制下的拗陷，包括陸緣拗陷與臺內拗陷，前者主要發(fā)育于被動大陸邊緣(如四川盆地周緣筇竹寺組沉積期)，成烴生物受控于上升洋流，盆地—深水陸棚相滯留沉積環(huán)境則有利于有機質保存，海侵體系域凝縮層橫向上呈帶狀—連片分布，巖性以含硅質泥巖為主，鈣質與泥質次之。早寒武世末—中寒武世，伴隨巖相古地理的變遷和沉降—沉積中心遷移，從早期的離散陸緣拗陷逐步演變?yōu)榕_內拗陷，在龍王廟組發(fā)育高能淺灘，有利于儲層的發(fā)育；晚寒武世隨著海平面下降，發(fā)育局限臺地—潮坪相含膏巖系，構成良好的蓋層，并最終形成了川中地區(qū)寒武系生儲蓋組合。鄂爾多斯盆地的馬家溝組烴源巖形成與分布則主要受局限封閉高鹽/堿性環(huán)境控制，這種環(huán)境下生物種群單一，浮游生物生產力高，高鹽缺氧環(huán)境，水體分層，有利于有機質保存；旋回性海進海退構成白云質泥頁巖與膏鹽巖在縱向上疊置分布，烴源巖類型以鈣質泥巖為主。鹽盆封閉或半封閉的水環(huán)境為有機質堆積、保存提供了有利條件。

晚古生代過渡體制的克拉通內裂陷(如川東北梁平—開江)，在裂陷深水陸棚區(qū)是烴源巖發(fā)育的有利相區(qū)，在裂陷—臺緣肩部是礁灘相發(fā)育的有利區(qū)，兩者形成良好的生—儲組合。而在臺內拗陷區(qū)，如四川盆地晚二疊世，龍?zhí)督M沉積相為濱岸—沼澤—潮坪—半深水—深水陸棚，發(fā)育了含煤泥頁巖、暗色泥頁巖、含硅質泥頁巖等多種巖性的烴源巖，與濱岸相—沼澤相中的砂體，碳酸鹽巖臺地中的各種生屑灘、臺緣或臺內灘疊置或側接構成不同于裂陷區(qū)的生—儲組合。早中三疊世隨著大規(guī)模的海退，在四川盆地內形成廣泛分布的局限臺地—蒸發(fā)臺地相的含膏層系，構成上古生界成藏組合的區(qū)域蓋層。這種克拉通內裂陷和臺內拗陷的并列形成了四川盆地最重要的成藏組合。

中新生代陸內體制下的前淵，主要為發(fā)育陸相湖泊、三角洲、河流沉積體系，半深湖—深湖相富有機質暗色泥巖與三角洲和河流體系中的砂體平面上側接構成生儲組合，湖平面頻繁升降導致高位體系域和湖侵體系域的更迭，使得縱向上形成多套生儲蓋組合，以川西、塔北庫車坳陷為代表。

陸內體制下的斷陷盆地生儲蓋的發(fā)育及組合受控于斷陷結構及演化。對于箕狀斷陷，整個斷陷幾乎為斜坡所占據，烴源巖一般發(fā)育于靠近邊界正斷層一側倒三角形底角的深湖相區(qū)，巖性以暗色泥巖為主，而儲層(砂體)主要發(fā)育在斜坡一側濱淺湖、三角洲、河流相環(huán)境中，在控盆正斷層陡坡一側也發(fā)育有扇三角洲體系的砂體。斷—拗轉換期則有利于區(qū)域泥巖蓋層的發(fā)育。

2.3 迭加控藏分析

迭加控藏，是指原型在歷史演化中發(fā)生更迭引起地質作用變化，最終其組合的盆地必然關聯(lián)著地質作用(PVT)與油氣響應的聯(lián)動關系。原型更迭形成統(tǒng)一盆地實體過程中，由于盆地結構、構造體制發(fā)生改變，導致油氣生成條件的變化和成藏要素重新組合，而最終影響到油氣藏的分布。

從我國東部(中)新生代斷陷盆地油氣發(fā)現看，比如松遼、渤海灣盆地，此類原型盆地均具有雙層結構，即早期斷陷和晚期拗陷，盆地往往具有高熱流和高地溫梯度，沉積范圍小但厚度大，沉降和沉積速率快，生油巖巨厚，短期內快速成熟，油氣資源豐富。而在我國中西部中(新)生代—古生代疊合盆地中，比如塔里木、鄂爾多斯、四川盆地，中生代前淵疊覆在古生代地臺原型盆地之上，這類盆地發(fā)育多套烴源巖層系，往往具有中—低的熱流和地溫梯度，烴源巖生烴早、持續(xù)時間長，具有多期生烴多期成藏的特點，油氣資源非常豐富，但分布和富集規(guī)律遠較前一類盆地復雜。這2類盆地基本上代表了我國油氣盆地“風格”。表3概括了這2類盆地迭加改造作用及油氣響應。

表3 兩類典型盆地迭加與油氣響應Table 3 Superposition and hydrocarbon response of two typical basins

對于東部(中)新生代斷陷盆地，比如渤海灣盆地，始新世和漸新世繼承性斷陷湖盆奠定了油氣生、儲要素，新近紀拗陷區(qū)域性的地層覆蓋，提供了烴源巖生烴、油氣運移的溫壓條件，同時構成了有效的蓋層，斷—拗轉換期的擠壓導致了圈閉的形成。這樣的原型和迭加配置成就了濟陽坳陷為代表的富油坳陷。但對于冀中廊固凹陷，早期斷陷盆地繼承性差，上迭拗陷層厚度也小，致使烴源巖未能大量生油，且保存條件也差，油氣規(guī)模較小。因此，原型的發(fā)育程度和雙層結構的配置好壞直接影響了油氣生成和富集程度。

對于以四川盆地為代表的中(新)生代—古生代疊合盆地，原型的期次多、迭加改造方式復雜，對這類盆地油氣成藏過程的分析及分布預測更需在“原型控源、迭加控藏”原則下進行。對于下伏的古生代盆地，烴源巖演化具有“形式轉換、位置遷移”的特點，經歷長期演化后，現今多已達到過成熟階段(特別是下古生界烴源巖)，已不具有供烴能力，早期形成的古氣藏構成晚期成藏的有效烴源；碳酸鹽巖儲層，經歷了復雜成巖作用(包括巖溶、白云巖化、構造裂縫)改造后，有效儲層的展布需根據成儲主控因素的分析而綜合預測；不同時期的古構造(古隆起、古斜坡)控制了不同階段的油氣運聚，輸導系統(tǒng)類別決定了源—圈—儲的配置。所以，只有把成藏過程的分析和現今成藏要素在時間和空間上進行關聯(lián)，才能對油氣藏進行定位。

3 評價預測方法建立

3.1 “3342”分析方法

盆地分析的目的最終要為尋找油氣目標和勘探實踐服務。以3T-4S-4M盆地分析思想為指導，以“原型控源、迭加控藏”為研究思路，提出了針對盆地研究的分析流程和“3個控制、3個演化、4個有效、2個中心”的研究方法(圖6)。

圖6 “原型控源、迭加控藏”下的“3342”分析方法Fig.6 “3342” analysis method under “prototype controlled sources and superposition controlled accumulation”

3.1.1 三個控制

前文對“原型控源”的內涵進行了闡述，盆地在形成發(fā)育過程中，伴隨著沉積實體的充填，這種沉積實體的性質、組成和形態(tài)本身受到原型形成的控制。具體表現為：(1)區(qū)域大地構造背景控制了盆地的形成及其原型特征，如不同構造體制下裂谷、斷陷、拗陷的形成；(2)原型盆地對沉積實體的控制作用，不同的原型結構具有不同的沉積體系組成特征；(3)沉積體系包含了組成烴源巖、儲集巖、蓋層等成藏關鍵要素的物質，也即控制了油氣成藏的物質基礎、組成特征及其類型和特性，如表2中不同原型下“控源”的巖性及組合特征，這是開展油氣成藏研究的基礎和前提。通過對這3個控制的研究，來落實油氣勘探目標的生、儲、蓋特征及其組合方式。

3.1.2 三個演化

盆地及其沉積充填實體在形成以后，因地球動力學體制的變化，會隨之發(fā)生烴源巖的熱演化、儲蓋層的演化、運聚成藏的演化。這個變化和演化是連續(xù)性的。除了會被后期新的原型取代而迭置形成原型迭加關系外，其自身也會隨著動力學條件的變化而發(fā)生或沉降或隆升等運動和變化。特別是這種迭加不僅是沉積的上疊，更重要的則是運動的迭加[22]。這種運動體制的變化導致盆地的地質作用特征相應發(fā)生一系列的變化，在本質上就是在構造—熱體制制約下，對沉積實體所處環(huán)境的PVT(壓力、體積、溫度)特征的控制。這種控制作用到生、儲、蓋等沉積物質產生一系列的物理化學變化，包括烴源巖的熱演化、儲—蓋層的成巖演化等。烴源巖中有機質的組構、化學組成及生成的產物會發(fā)生相應的變化，其演化是一個逐漸變化的連續(xù)過程并具有明顯的階段性，在不同的演化階段，有機質生烴演化具有不同的演化模式，生成石油、天然氣等階段性的烴類物質，張厚福等[26]對它們在有機質轉化過程中的作用機理進行了比較系統(tǒng)的概括。同時，盆地沉積物在構造—熱體制的作用下，受壓力、溫度的影響，由松散的沉積物轉變?yōu)槌练e巖，伴隨其中的有多種成巖作用類型，包括壓實作用、膠結作用、重結晶作用和新礦物的生長等，其成巖作用一般也可劃分為4個階段：同生階段、成巖階段、后生階段和表生成巖階段等。這種成巖演化決定了各類沉積巖最終的巖石物理性質特別是滲流特性。在所處的應力場的作用下，這種演化形成的油氣物質，會沿著可能的滲流通道，由高勢區(qū)向低勢區(qū)發(fā)生運移、聚集或散失等變化，可能遇圈閉成藏，也可能運移至地表散失。對非常規(guī)頁巖油氣而言，更多的則是生、儲、聚一體化，若保存條件有利則原地成藏；和常規(guī)油氣相比其較大的差異就是運聚方式的差異，而油氣成藏的本質則是一樣的。因此，這3個演化的動態(tài)變化過程是運動體制下油氣響應的主要研究內容。

3.1.3 四個有效

構造—熱體制對這種油氣響應的控制而產生的結果，表現在4個方面，即：烴源巖的有效性、儲層的有效性、保存條件的有效性以及它們形成的成藏組合的有效性，這種有效性決定了原生的生、儲、蓋及其組合是否最終成為有效的成藏組合。在烴源巖生烴演化初期，成熟度低時(Ro<0.7%)不能生成足夠量的烴類物質，難以供烴到儲層成藏；而當Ro過大時(Ro>2.0%)，烴源巖處于過成熟階段，生烴作用逐漸衰竭，烴源巖難以繼續(xù)有效供烴。烴源巖這種生烴的階段性和模式在盆地構造演化過程中決定了什么時間、什么環(huán)境下能夠對成藏組合有效供烴，而生成的量的多少和運聚的特征可以通過埋藏史、熱史、生烴史、運聚史的模擬和資源評價計算得到。不同的成巖作用階段、類型對儲集巖、蓋層起到不同的改造作用，有建設性改造作用和破壞性改造作用，其結果是形成好的儲層或差的儲層及非儲層、蓋層等。對有利儲集巖體的預測以及對其在構造—熱體制作用下成巖作用的研究，是評價確定是否是有效儲層的主要研究內容，是對有效儲層進行預測的關鍵?；趯ε璧亍八氖贰毖芯康耐瑫r，結合成巖作用的分析，可以開展孔隙度演化史的研究，深化對儲、蓋層特征和有效性的認識，是確定有效的生儲蓋組合、評價和預測有利油氣聚集區(qū)的重要內容。

3.1.4 二個中心

基于烴源巖演化及有效性的研究，結合應用TSM盆地模擬資源評價系統(tǒng)，可以開展資源量及其在成藏體系中分布的研究，這是成藏體系中油氣物質的來源和存在的關鍵。生成的油氣物質的存在狀態(tài)直接受到成藏體系中各成藏要素的影響，特別是貫穿油氣成藏過程中盆地的構造運動，動態(tài)地影響著油氣的存在狀態(tài)和運移路徑、聚集位置，并決定著油氣藏的最終存在狀態(tài)，這也是勘探的目標所在。因此，無論對常規(guī)油氣藏和非常規(guī)油氣藏而言，烴源和后期改造是確定油氣藏(田)目標的中心，也是在“迭加控藏”研究中“4個有效”研究基礎上，確定油氣富集區(qū)帶和目標的關鍵研究內容。

3.2 TSM盆地模擬方法

TSM盆地模擬就是在實際盆地構造環(huán)境演化(T)分析類比建立不同世代原型的基礎上，利用現代信息技術對原型地質作用(S)和油氣物質響應(M)之間可能的各種組合關系方案進行確定性數值模擬實驗，進而研究原型并列迭加演化、盆地系統(tǒng)整合和油氣動態(tài)成藏的模擬方法，最終確定盆地油氣資源的量和分布位置[27]。這是經過探索實踐，逐步形成了具有原創(chuàng)特色的方法，稱之為“TSM

盆地模擬方法”[28-31]。

3.2.1 思路

根據朱夏先生提出的3T-4S-4M盆地系統(tǒng)評價的思路(圖1，圖4)，把盆地油氣評價方法的系統(tǒng)性和動態(tài)性融匯在一起，形成了盆地定量模擬評價方法的指導思想，按照盆地理論建?！獙嵗ｒ灐獎討B(tài)模擬的程序著手實施。盆地模擬要求在盆地原型地質建模的基礎上，通過模擬來洞察原型并列迭加效果，檢驗概念、揭示過程、預測未知，以期在勘探進程中從盆地整體上進行分級評價，預測油氣的所在位置和數量，提高勘探命中率。

3.2.2 流程

TSM 盆地模擬是在地質研究人員對盆地進行原型分析后，根據盆地的原型迭加序列，選擇合適的地質模型來完成模擬計算。不同的原型用不同的地質模型來完成模擬計算，而且埋藏史、熱史、生烴史、運聚史等模擬過程中，每個模擬過程都要選擇與原型相適應的計算模塊來執(zhí)行。盆地模擬為了反映盆地的地質演化過程，計算的模型必須適應這種不同原型并列迭加的作用。根據盆地原型分析的結果，針對各演化史分別選擇模擬計算的方法，組成一個完整的模擬流程。

3.2.3 模型庫

TSM 盆地模擬涉及廣泛的地質模型，從盆地沉降與沉積—構造作用到油氣生成和油氣成藏及其這些模型之間的關系。實現這一龐大的、復雜的油氣盆地模擬，需要一個代表各類盆地原型并按照埋藏史、熱史、生烴史和運聚史建立的一套TSM 盆地模擬資源評價系統(tǒng)模型庫(圖7)。隨著油氣盆地模擬研究工作的不斷深化，不斷地充實、更新庫中的模型。

圖7 TSM盆地模擬資源評價系統(tǒng)模型庫Fig.7 Model base of TSM basin simulation and resource evaluation system

3.2.4 特點

該系統(tǒng)具有明顯的特點，主要包括：TSM盆地模擬技術強調了原型地質作用約束下的油氣預測模擬，強調盆地原型并列迭加分析，恢復盆地演化過程，據此確定盆地模擬流程；模擬采取了確定性的數值模擬方法；TSM盆地模擬是盆地系統(tǒng)整合的有效方法；實現含油氣盆地資源的分級評價，適用于不同勘探程度的盆地；在地質作用模擬的控制下，開展油氣響應的動態(tài)模擬，達到定量模擬盆地資源及分布、定量評價有利區(qū)帶以及預測目標的目的。該系統(tǒng)的研究思路和功能特色能更有效地滿足我國多旋回疊合盆地模擬和資源評價工作的需要。

基于TSM盆地模擬方法在以往研究的基礎上，研發(fā)形成了TSM盆地模擬資源評價系統(tǒng)(v2.0)。軟件分為一維單井模擬、二維剖面模擬、三維模擬、資源評價，以及一個“系統(tǒng)管理”模塊和幫助模塊，系統(tǒng)管理負責處理一些參數管理和軟件系統(tǒng)相關的管理工作。單井模擬可以對研究區(qū)進行快速的模擬評價，起到初步認識規(guī)律和指導部署的作用。剖面模擬可以對研究區(qū)進行快速的二維模擬評價，起到對成盆、成烴、成藏規(guī)律的初步認識和指導部署的作用。三維模擬是針對三維數據體的埋藏史、熱史、生烴史、運聚史模擬。三維模擬可以對研究區(qū)進行系統(tǒng)模擬，深化對成盆、成烴、成藏規(guī)律的認識和有利區(qū)帶的評價，從而指導部署。資源評價模塊在三維模擬的基礎上對研究區(qū)開展油氣資源評價。

3.3 “TSM盆地系統(tǒng)模擬方法”應用簡述

TSM盆地模擬資源評價系統(tǒng)本著邊研發(fā)邊應用的原則，不斷在實踐應用中得到發(fā)展和完善，在我國不同類型、不同勘探程度盆地都得到較廣泛的應用，在戰(zhàn)略準備領域、風險突破領域評價優(yōu)選和勘探部署中發(fā)揮了重要作用。本文以海相疊合盆地、陸相拉張斷陷盆地以及非常規(guī)領域的資源評價為例做簡要論述。

3.3.1 海相疊合盆地——四川盆地TSM盆地模擬及勘探方向優(yōu)選

四川盆地從晚震旦世到現今經歷了晚震旦世—中奧陶世的離散陸緣拗陷+克拉通內拗陷、晚奧陶世—中二疊世克拉通內拗陷與碰撞前淵、晚二疊世—中三疊世的克拉通內裂陷與拗陷、晚三疊世—晚白堊世的擠榨前淵、古近紀—第四紀的盆地萎縮與隆升改造等演化階段，不同時期的原型并列迭加形成了盆地差異演化特征。盆地及鄰區(qū)海相建造發(fā)育下寒武統(tǒng)筇竹寺組、上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組下部、上二疊統(tǒng)吳家坪組/龍?zhí)督M3套優(yōu)質泥質烴源巖和中二疊統(tǒng)棲霞組—茅口組一套中等豐度碳酸鹽巖烴源巖；陸相建造發(fā)育上三疊統(tǒng)須一、三、五段和下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)千佛崖組多套烴源巖。不同時期的盆地原型直接控制了烴源巖的展布及品質。以中二疊統(tǒng)茅口組為例，烴源巖發(fā)育與分布受陸緣(內)裂陷控制，優(yōu)質烴源巖主要分布在臺內拗陷和陸內裂陷內。

基于“原型控源、迭加控藏”的思路，在TSM盆地模擬整體框架約束下，分區(qū)開展盆地原型演化序列研究，建立不同地區(qū)模擬流程。以川東南地區(qū)原型演化為例，川東南地區(qū)從早寒武世至今經歷了離散陸緣拗陷—克拉通內拗陷—碰撞前淵—克拉通內拗陷—擠榨前淵等演化階段，構造演化復雜，在模擬過程中依據不同世代原型演化特征，分區(qū)域建立相應的熱演化模型，形成盆地的差異演化(圖8)。不同時期的盆地演化及原型疊加控制了油氣成藏地質條件，直接決定了有利油氣運聚位置及資源規(guī)模。在此基礎上，開展四川盆地TSM盆地模擬及資源量計算。在完成盆地埋藏史—熱史—成熟度史—生烴史模擬后，綜合考慮烴源巖層在關鍵地質時期的烴源灶展布、古構造圖、流體運移趨勢與運聚單元劃分，開展油氣排烴及運聚模擬。模擬結果顯示，中二疊統(tǒng)烴源巖主排烴期為早燕山期。早燕山末期的上三疊統(tǒng)頂部古構造形態(tài)，進一步控制了油氣運聚優(yōu)勢方向。從油氣運聚結果看，該時期川中及川西南地區(qū)是早期油氣藏形成的主要地區(qū)。

圖8 川東南地區(qū)寒武紀以來盆地原型演化序列Fig.8 Basin prototype evolution sequence since Cambrian in southeastern Sichuan Basin

3.3.2 拉張斷陷盆地——南襄盆地泌陽凹陷TSM盆地模擬及有利勘探方向

泌陽凹陷新生代以來經歷了2個原型演化階段，古近紀漸新世期間發(fā)育拉張斷陷，形成斷陷層核桃園組近千米主力優(yōu)質烴源巖層，至新近紀轉換為拗陷。據此盆地原型演化序列，建立了泌陽凹陷盆地模擬流程，針對不同時期演化，采用拉張斷陷、拗陷模型開展模擬。

模擬表明，核桃園組烴源巖主體在漸新世末進入生油高峰期，中新世末達到高成熟，最大生油層位核三3，主要生油期為持續(xù)沉降階段。利用源—儲壓差特征進一步模擬了斷陷層排烴特征，其中以核三4烴源巖的排油量最大。在排烴史模擬基礎上，開展斷陷層油氣運移模擬，結合關鍵排烴期古構造形態(tài)，將泌陽凹陷劃分為4個主要油氣聚集區(qū)帶，其中雙河—趙凹地區(qū)石油資源潛力最大。

3.3.3 非常規(guī)——川東南五峰組—龍馬溪組頁巖氣TSM盆地模擬及有利勘探方向

川東南地區(qū)從早寒武世至現今經歷了多個盆地原型演化階段(圖8)，構造演化復雜，造成五峰組—龍馬溪組泥頁巖地質演化差異大，泥頁巖分布非均質性強，保存條件差異大。采用常規(guī)方法(體積法、類比法、測井擬合法等)預測頁巖氣資源量效果不理想，頁巖氣資源的空間展布特征預測缺乏有效的邊界條件約束，因而制約了頁巖氣目標優(yōu)選和勘探開發(fā)部署。

針對頁巖氣資評和選區(qū)中的這些問題，確定了在TSM盆地模擬整體框架約束下，地質—實驗—測井相結合的頁巖氣資源評價方法。在完成盆地埋藏史—熱史—生排烴史模擬后，可獲得源內生成天然氣(理論最大滯留氣)量及分布。一部分源內生成氣排出烴源巖體系外，形成常規(guī)氣的一部分或散失掉；另外一部分仍保留在泥頁巖層系內，形成頁巖氣。經歷一系列地質演化后仍殘留在泥頁巖層系的天然氣占源內生氣量的比值即為頁巖氣“存滯系數”，該系數是盆地模擬法計算頁巖氣資源量中關鍵參數之一。對于已有較多頁巖氣專探井的地區(qū)，可以在單井理論最大滯留氣量精細模擬計算的基礎上，結合實測含氣量反推頁巖氣“存滯系數”。通過對涪陵、丁山、彭水典型頁巖氣井開展解剖和應用，得到頁巖氣“存滯系數”。涪陵地區(qū)JY1井五峰組—龍馬溪組頁巖氣“存滯系數”為32.44%，丁山地區(qū)DY1井為23.26%，彭水地區(qū)PY1井為15.97%，表明不同地區(qū)頁巖氣“存滯系數”存在較大差異。

采用上述方法，結合川東南不同地區(qū)8口典型頁巖氣井215項實測含氣量數據，結合神經網絡等新算法的應用和研究區(qū)關鍵地質參數評價，獲得了川東南五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源量及其分布情況。結合甜點區(qū)預測，確定了頁巖氣勘探的有利方向。

4 主要結論

(1)盆地分類的目的是獲取盆地形成演化對油氣成藏控制的規(guī)律性認識，從而可推理預測油氣分布。按原型機制分類是朱夏先生的見解，反映了盆地沉降的動力背景與構造—熱體制變化對油氣行為的約束。盆地原型是一定巖石層組成在歷史階段地球動力環(huán)境特定構造—熱體制所表現的沉降結構實體，現今盆地是由不同階段、不同世代原型沉降結構實體的并列迭加組合。盆地原型分類提供了從現今盆地解析歷史體制更迭復原的路徑，以便于分析盆地形成的全過程，有利于在盆地體制變化過程中把握油氣形成和分布的變化規(guī)律。

(2)“原型控源、迭加控藏”是在傳承朱夏先生提出的3T-4S-4M盆地分析程式基礎上的創(chuàng)新實踐，既是一種針對復雜盆地油氣系統(tǒng)動態(tài)分析的思維方式，也是提供盆地油氣資源定量分布預測的有效方法。原型控源即依據不同世代原型結構的構造熱體制，確立原型空間邊界范疇內生儲蓋等諸要素形成與分布的規(guī)律。迭加控藏即指原型在歷史演化中發(fā)生更迭過程會引起地質作用變化，最終其組合的盆地必然關聯(lián)著地質作用與油氣響應的聯(lián)動關系。

(3)基于“原型控源、迭加控藏”研究思路下的“3342”分析方法，是進行盆地油氣成藏系統(tǒng)分析和確定勘探方向、目標的有效途徑，適合針對我國多旋回、多成因迭加改造盆地的評價研究。

(4)TSM盆地模擬資源評價系統(tǒng)能適用不同勘探階段、不同盆地原型及其組合的盆地模擬和資源評價的需要，達到定量模擬盆地資源及分布、定量評價有利區(qū)帶以及預測目標的目的；能有效地滿足我國多旋回、多期改造疊合盆地勘探評價部署的需要。

致謝：本文研究過程中得到了中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質研究所盆地研究中心的大力支持，并得到了教授級高工張渝昌先生生前的指導和幫助，在此向廣大支持盆地分析研究的學者專家一并表示感謝！