水溶液-油氣遙感信息形成的主導因素

1、石油與天然氣地質第18卷第1期OIL &GA S GEO L OG Y 1997年3月*本文系國家“八五”項目(85925a 080205的部分成果收稿日期:19950607改回日期:19951225水溶液油氣遙感信息形成的主導因素*劉燕君金麗芳(北京大學遙感研究所,北京100871地下水液液是傳遞深部油氣信息的媒體,壓差和溫差是傳遞深部信息的動力,地表的土壤是深部信息的載體。油氣地球化學和含水量的分析表明,油氣微滲漏蝕變暈的遙感信息是油氣相關組份和無機組份的綜合反映,其中含水量較背景值顯著增高的現(xiàn)象具有普遍意義。導油導氣構造,以張性破碎帶為主,遙感圖像上呈現(xiàn)為一條貧水的淺色帶;以壓性

2、或壓扭性構造或粘土層為主要封閉型的含油氣構造,遙感圖像上呈現(xiàn)為一條富水的深色帶。因此,提取油氣信息必須選擇地面濕度適中的時相,同時注意氣象因素。關鍵詞水溶液遙感信息傳導媒體蝕變暈第一作者簡介劉燕君女62歲教授遙感地質與找礦現(xiàn)今盆地的面貌,是盆地內、外地質應力綜合作用的結果,也就是說,盆地中的地面要素(自然的和人工的,受深部地質構造的控制,故記錄地面要素信息的遙感信息是能夠間接地反映出深部的地質狀況。但是,遙感界對于遙感信息中是否包含隱伏地質信息尚未取得共識,原因之一是,不同時相的圖像,對隱伏地質信息的解譯效果存在較大的差異1;原因之二是形成遙感信息的主導因素是什么?油氣信息是如何自下而上傳導的

3、等理論問題尚未解決。而這些問題正是解譯和提取油氣遙感信息,并有效地用于油氣預測工作的關鍵所在。1隱伏地質信息的傳導和地表載體通過深部油氣的擴散作用和水溶液的循環(huán)作用,對原沉積物的物質組份和結構進行改造,使之帶有深部組份的特色。這個后期改造作用的過程,就是深部隱伏地質信息的傳導過程。由于復雜的地質構造影響,地下深處不同部位之間存在壓力差、溫度差,以及地下潛水的動力差異。在這些差異的影響下,水溶液由高壓、高溫區(qū)向低壓、低溫區(qū)移動,由高濃度油氣藏向低濃度的四周擴散2,引起地下水溶液沿裂隙和孔隙自下而上運動。當?shù)叵滤芤毫鹘?jīng)某些地質體時,可以將溶液中的某些組份淀積下來,或溶解并攜帶走某些組份,結果改變

4、了溶液的性質,并使原沉積物中的礦物和化學組份被改造,使其或多或少地帶有下部物質的特征。當?shù)叵滤芤涸鰷睾?其溶解能力或攜帶金屬元素的能力均大大提高,溶液將具有更鮮明的深部地質信息特征。就油氣而言,帶有飽和的甲烷、輕烴和二氧化碳的水溶液,對液態(tài)烴具有較高的容載能力3,故水溶液是傳遞深部油氣信息的主要媒體。深部油氣不斷以液態(tài)或氣態(tài)形式擴散出易揮發(fā)的組份,并向上滲漏,結果引起了土壤或第四紀沉積物中油氣相關組份、某些無機組份,以及含水量等形成異常。也就是說隱伏信息主要是通過土壤或第四紀沉積物的有機和無機組份和含水量的特征變化及相關的植被生態(tài)異常而體現(xiàn)的。油氣組份向上滲漏的過程是復雜多變的,滲漏量的多少

5、受上覆巖石的巖性、產(chǎn)狀、破碎程度和斷裂構造的影響。大部分淺埋的油氣田地表蝕變暈較明顯,多分布在斷層的交匯部位,或沿控油、氣構造分布,但地表部位與油氣田之間并非垂直對應;埋藏深或上覆巖層致密、少破碎的油氣田,地表則往往缺乏蝕變暈或不明顯。無論那種情況,都說明單一依據(jù)油氣異常暈難以正確預測油氣田,還必須配合地表或深部其它資料綜合分析。反映油氣信息的“化學組份”和“水分”是T M 遙感波段反映敏感而又千差萬別的因子。地域性的化學組份和水分的特征性信息,以及由此引起的土壤質地、性狀及植被種屬、生態(tài)和覆蓋度等區(qū)域性特征,既包含油氣信息(或綜合地質信息,也包括地表信息。就衛(wèi)星遙感TM 各波段的波譜特征而言

6、,水分、土壤、植被的單項波譜曲線差別明顯,易于識別4,但綜合的遙感信息則遠比各單項的和復雜得多。遙感圖像上的信息往往是多變的,原因在于土壤(或第四系沉積物和植物中含水量隨季節(jié)、降雨量而變化;土壤中可溶性化學組份,隨含水量的多寡而變化。一般而言,遙感圖像上的色調線、色調環(huán)形影像和不同色調的界面,凡是非人工或外力地質作用形成者,都是隱伏地質構造或油氣信息的反映5,但到達地表已較微弱,因此遙感信息具有很強的模糊性,且受遙感時相的左右,較難反映深部巖層的性質;但對于受構造控制的,向上滲透性較強的油氣信息,大多是可以顯示和識別的。2油氣遙感信息的綜合性和地域性烴類微滲漏造成地表的“蝕變”(暈,并能被遙感

7、器接收的有紅層退色、粘土礦化、碳酸鹽化、磁鐵礦化及低價鐵富集等,此外尚有熱異常和伽馬能譜異常以及植物生態(tài)的異常6,在遙感圖像上,蝕變暈多表現(xiàn)為色調環(huán)形影像(簡稱色調環(huán)。在生油盆地內的色調環(huán)可能是烴類微滲漏蝕變的反映,也可能是一般地球化學異常暈,這就需要加以區(qū)別。2.1油氣遙感信息的綜合性遙感信息既包含油氣微滲漏信息,也包含其它因素造成的異常信息和背景地物信息,故分析內容除與油氣相關的項目外,還應包括反映地區(qū)背景的無機化學組份以及遙感敏感組份。一般而言環(huán)形影像的環(huán)內、外無差別的化學組份是背景地物的反映,有差別的組份再進一步根據(jù)其性質和共生關系辨別是否為油氣蝕變。在隴東黃土高原洪德與鎮(zhèn)原間,根據(jù)遙

8、感圖像解譯,有6個不同類型的色調環(huán),僅一個包括已知出油井(Y 1環(huán)。為判斷各環(huán)與油氣的關系,我們曾穿環(huán)(剖面取土樣(未經(jīng)擾動的表土做化學分析,計有27項。其中除與油氣有關的項目外,還有金屬元素、鹽基離子、pH 值、水和土壤粒度。為了定量表征環(huán)內、外的差異性,對各剖面的分析數(shù)據(jù)進行了方差分析,結果表明有24項指標在環(huán)內、外存在顯著或極顯著的差異。為進一步探討色調環(huán)與油氣的關系,以Y -1環(huán)為例,對環(huán)內各項指標做了主成份分析,其結果為,第1主因子的方差貢獻為35%,幾乎集中了所有的烴類組份,其中重烴、甲烷、總烴及熱釋汞等的組合具有明顯的油氣指示意義;第2主因子方差貢獻為19%,包括鈣、鈉、硫酸根離

9、子和碳酸鈣,其異常指標也是由烴類微滲漏引起的,在黃土地區(qū)有代表意義;含水量屬第6主因子,方差貢獻僅為5.7%,對油氣異常而言是間接的指標。它們直接和間接地反映了Y 1環(huán)確實為油氣暈的反映7。77第1期劉燕君等:水溶液油氣遙感信息形成的主導因素上述結果意味著遙感信息環(huán)內、外色調的變化是反映地表土壤地球化學元素共生組合及其環(huán)內、外差異的綜合特征。含水量是遙感最為敏感的組份。為在地球化學綜合信息中查明含水量的變化規(guī)律,我們曾在計算機上將Y 1環(huán)和其他含油區(qū)、無油區(qū)或僅有油氣顯示的色調環(huán),做了6個亮度值剖面進行對比。結果表明,凡是含油區(qū)的色調環(huán)均具有如下特點:(1TM 17各波段的亮度值數(shù)據(jù)(均值環(huán)外

10、大于環(huán)內;(2含水量豐度值,環(huán)內顯著大于環(huán)外,與無油區(qū)的特點相反7。剖析Y 1環(huán)不難看出,就環(huán)形影像的化學組份而言,含水量雖然是第6主因子,但環(huán)內、外的差異卻是最顯著和帶有普遍意義的,證明環(huán)內含水量的增高,是與第1和第2主因子的組份相伴而生的,或者說烴類組份向上微滲漏的作用是與水溶液同時進行的。2.2遙感信息的地域性不同地區(qū)油氣微滲漏造成的土壤地球化學異常指標是不同的。隴東地區(qū)堿、堿土金屬及鹽基離子在油田水中含量較高,因而土壤中堿、堿土金屬、部分鹽基離子和含水量的異常高值,構成了該區(qū)油氣蝕變暈的地球化學指標之一;而在山東東營以西地區(qū),由于區(qū)域普遍鹽堿化,堿、堿土金屬及鹽基離子環(huán)內外無明顯差別,

11、不能構成油氣蝕變暈。油氣環(huán)內含水量普遍高于背景的現(xiàn)象,可以間接說明烴類微滲漏作用對土壤質地和結構的改造,使之更易于吸附水分,但土壤中含水量的變化信息并不都能被遙感器接收到,例如凍土和久旱的季節(jié)或大雨后都難以反映出環(huán)內外的差異,只有當?shù)乇頋穸冗m中時,才能有所反映,所以選擇較好的時相甚為重要。3地下不同構造的遙感信息反映3.1 導油導氣構造圖1導油、氣構造地表水滲漏機制示意圖(箭頭示地下水運動方向,彎曲箭頭示滲漏速度較快的部位深埋于地下的斷裂構造,不管破裂初期的力學性質為何,必然是裂隙和孔隙較多或結構較松散,氣體和液體易于流動的透水性通道。根據(jù)地下水運動規(guī)律,地下水溶液向破碎帶流動,在其上方潛水面

12、出現(xiàn)線狀漏斗,形成了一條負壓帶。進而影響潛水面以上松散沉積物中的水的滲漏速度,在地表形成一個貧水帶(圖1。其實“貧水”和“富水”水量的差異是很小的,一般不易覺察,但遙感器對含水量的變化最為敏感,因而遙感信息出現(xiàn)了貧水的淺色帶。能否精確區(qū)別取決于遙感時相的選擇,在雨后不久的日子,地表物中充滿了飽和水,背景差別微小的貧水帶基本消失,只有當久未降雨時,地表尚能保持因線狀漏斗造成的貧水帶,在遙感圖像上就能顯示出淺色帶。隴東平?jīng)鲆员秉S土地區(qū),在1978年68月久未降雨,MSS47各波段的圖像上,均有一條NW 向延伸的穿河谷及地形線的淺色調線性構造,長80km 以上,寬510km,但8月24日的T M 圖

13、像上,各波段未出現(xiàn)淺色帶,原因是在此期間曾經(jīng)降雨。另外,鹽堿化、凍土以及農(nóng)業(yè)灌溉都會掩蓋微弱的水分差異,因此,選擇時相時,應盡量避免上述因素的影響。78石油與天然氣地質第18卷 圖2阻隔性構造地表水滲漏示意圖(箭頭的長短示滲漏速度的快慢3.2阻隔性構造一般壓性或壓扭性的斷裂構造多屬于阻隔性構造。某些非壓性的斷裂構造若其上有發(fā)育的粘土層也屬阻隔性構造。阻隔性構造在遙感圖像上形成一條暗色調的富水帶(圖2。原因是基巖阻隔性斷裂上盤巖石中的含水量較下盤豐富,形成了潛水面上盤高于下盤的勢態(tài)。當雨后表層水飽和時,在向下滲漏的過程中,由于兩盤存在水壓差,下滲的速率上盤必然較下盤緩慢,而且越接近阻隔構造越慢,

14、從而導致沿斷裂線上盤一側,出現(xiàn)富水帶,遙感圖像上呈一條暗色調的線(帶。一般而言,該富水帶與背景之間含水量的差別,上盤相對較小,下盤相對較大。參考文獻FORMATION OF HYDROCARBON REMOTESENSING INFORMATIONLiu Yanjun Jin Lifang(I nstitute of R emote S ensing ,Beij ing University ,Beij ing AbstractUnderg round water solution is the m edium o f deep oil-g as inform ation.The occur

15、rence of pressure difference and temperature difference is the dynamics for the transission of deep-seated inform ation.T he analyses made in hydr ocarbon geochem ics and w ater content show that remote sensing infor matio n of the alteratio n halo of o il-gas microseepag e could be co n-sidered as

16、the com prehensive reflecto r of both organic and ino rganic co mpo nents.It is com-mon that w ater content in alteratio n halo is considerably higher than backgro und v alue.Structures of o il and g as passages ar e mainly closed ex tensional structures w hich appear to be light colour zones w ith low w ater -content in remote sensing images;oil-gas bearing struc-tures sealed by com pressional or transpr e