Hydrocarbon occurrence and accumulation processes in reformed basins—theories outline

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.8.13

Abstract

Abstract:

One of the distinguishing features of sedimentary basins in China is widespread, strong late-stage reformation. Late-stage basin reformation has a profound impact on the hydrocarbon occurrence conditions and accumulation processes, and poses significant challenges to geological research and oil and gas exploration. Reformed basins and the affected areas have become important targets for petroleum exploration and resource replacement in China. The five main types of late-stage reformation are uplift-denudation, subsidence-deep burial, thermal action, fluid activity, and tectonic deformation. In nature, complex reformation involving concurrent geological processes is more common. Reformed basins are structurally diverse, where petroleum occurrence and accumulation involve a combination of many reservoirs types. In this paper, the core theories of hydrocarbon occurrence and accumulation in reformed basins are outlined, which can be summarized into the ideas of ‘source control by prototype basin, reservoir control by diagenetic process, accumulation control by reformation, multi-source accumulation, dynamic accumulation-dispersion, and late positioning’. ‘Source control by prototype basin’ means the source rock of a reformed basin is formed in the hydrocarbon-rich sag of the prototype basin prior to reformation, and its current scale and property determines the hydrocarbon richness and hydrocarbon distribution in the basin. Two major diagenetic processes—original material deposition-burial and secondary reformation-remodeling—control the formation and preservation of various types of reservoirs—so is called ‘reservoir control by diagenetic process’. And ‘accumulation control by reformation’ refers to the regional late-reformation features and outcomes have direct control on the hydrocarbon occurrence, accumulation-positioning and distribution in the region. Multiple late-reformations can lead to multi-source reservoir developments, such as co-reservation and accumulation of hydrocarbons from source rocks with variable depth and maturity, mixed hydrocarbons from source rocks of different types and generations, as well as co-storage/co-existence of hydrocarbon and various non-hydrocarbon gases in the same basin. The basin has undergone multi-stage tectonic evolution and reformation, which inevitably lead to hydrocarbons multi-stage dynamic accumulation-dispersion and late-stage accumulation-positioning. Understanding the late-stage accumulation and positioning can help to understand the formation mechanisms of most hydrocarbon reservoirs of different eras.

Key words: reformed basin, hydrocarbon occurrence and accumulation, outline of theories, source control by prototype basin, reservoir control by diagenetic process, accumulation control by reformation, late positioning

CLC Number:

P618.13

LIU Chiyang, HUANG Lei, ZHAO Junfeng, WANG Jianqiang, ZHANG Dongdong, ZHAO Hongge, SHAO Deyong, LIU Weishuai. Hydrocarbon occurrence and accumulation processes in reformed basins—theories outline[J]. Earth Science Frontiers, 2022, 29(6): 84-108.

Figures/Tables 9

Fig.1 Distribution of the oilfields and residual hydrocarbon-rich depression in the Yanchang Formation in the Ordos Basin

Fig.2 Comparison between the original hydrocarbon-rich depression and the residual one in the Mesozoic Ordos Basin

Fig.3 Maps showing the evolution of uplift-depression pattern in the Bozhong hydrocarbon-rich depression, Bohai Bay Basin

Fig.4 Major factors and geological roles that control rock reservoir performance in a reformed basin: Processes control reservoir diagram

Fig.5 Sections showing the paleo-hydrocarbon-rich depression (a) and the reformation-evolution-accumulation model of present-day hydrocarbon enrichment area (b) in the Qaidam Basin

Fig.6 Plane and section showing the oil fields distribution controlled by strike-slip fault zone in the Los Angeles Basin,western USA. Modified after [49].

Table 1 Comparison of geochemical characteristics of representative volcanic rocks between CO2 gas reservoir area and non-CO2 one in the Jiyang depression. Compiled from [131⇓-133].

地球化学特征		CO₂气藏区	非CO₂气藏区
火山岩类型和特征		碱性橄榄玄武岩: 主要为富碱、富轻稀土、富大离子亲石元素、富贵金属和挥发分;贫铬、镍、钛等相容元素	橄榄拉斑玄武岩: 相对贫碱、贫轻稀土、贫大离子亲石元素、贫贵金属;富铬、镍、钛等相容元素
火山岩中包裹体	CO₂碳同位素	-4.8‰~-5.5‰,与地幔的碳同位素值一致	-10.2‰~-14.6‰,明显较轻
	金属子晶	黄铁矿	锐钛矿
	CO₂含量和碳同位素	CO₂含量均大于60%;碳同位素约为-5‰,与区内气井中气及地幔岩的碳同位素值相近	CO₂含量均小于60%;其碳同位素多为-10‰以下,与区内气井中气的碳同位素值相近
碳酸盐化蚀变样品		δ¹³C均>-8.5‰;气井气δ¹³C大多>-8.5‰	样品和气井气的δ¹³C均<-10‰
火山岩的金含量		含金明显偏高,平均达0.351 5 g/t,部分样品已接近或达到工业开采要求	含金较低,平均为0.002 5 g/t

Fig.7 Comprehensive analysis map showing dynamic accumulation-dispersion of hydrocarbon and late to ultra-late hydrocarbon accumulation,localization and the major control factors in the Qaidam Basin

Table 2 Timeline classification of late-stage hydrocarbon accumulation-localization. Modified after [150].

类别	晚期	超晚期
绝对时限	油气成藏-定位主要发生在新近纪以来	第四纪
相对时限	烃源岩形成与油气成藏- 定位间隔时间1亿年至2亿年	间隔时间超过2亿年

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