石油地質(zhì)學(xué)

1、石油地質(zhì)學(xué),提 綱,一、緒論二、石油、天然氣的化學(xué)成分和物理性質(zhì)三、油氣成因理論及進展四、油氣運移基礎(chǔ)及進展五、油氣成藏理論及進展六、我國油氣資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,石油: 石油是一種液態(tài)的，以碳氫化合物為主要成分的礦產(chǎn)品。原油是從地下采出的石油，或稱天然石油。人造石油是從煤或油頁巖中提煉出的液態(tài)碳氫化合物。組成原油的主要元素是碳、氫、硫、氮、氧。 石油成因的學(xué)說 : 主要有無機成因和有機成因?qū)W說。多數(shù)學(xué)者

2、認為石油主要是有機成因的。 生油巖: 按照有機成因?qū)W說，大量的微體生物遺骸與泥砂或碳酸質(zhì)沉淀物埋藏在地下，經(jīng)過長時期的物理化學(xué)作用，形成富含有機質(zhì)的巖石，其中的生物遺骸轉(zhuǎn)化為石油。這種巖石稱為生油巖。 儲集層: 是指能夠儲存和滲濾油氣的巖層，它必須具有儲存空間(孔隙性)和儲存空間一定的連通性(滲透性)。儲集層中可以阻止油氣向前繼續(xù)運移，并在其中貯存聚集起來的一種場所，稱為圈閉或儲油氣圈閉。 油氣藏:

3、 圈閉內(nèi)儲集了相當(dāng)多的油氣，就稱為油氣藏。 油氣田: 在地質(zhì)意義上，油氣田是一定(連續(xù))的產(chǎn)油面積內(nèi)各油氣藏的總稱。該產(chǎn)油面積是受單一的或多種的地質(zhì)因素控制的地質(zhì)單位。 油氣聚集帶: 油氣聚集帶是油氣聚集條件相似的、位置鄰近的一系列油氣藏或油氣田的總和。它具有明確的地質(zhì)邊界。區(qū)，形成年產(chǎn)原油430萬噸和天然氣3.8億立方米生產(chǎn)能力。 含油氣盆地 : 在地質(zhì)歷史上某一時期的沉降區(qū)，接受同

4、一時期的沉積物，有統(tǒng)一邊界，其中可形成并儲集油氣的地質(zhì)單元，稱做含油氣盆地。 生油門限: 生油巖在地質(zhì)歷史中隨著埋藏在地下的深度加大，受到的壓力和溫度增加，其中的有機質(zhì)逐步轉(zhuǎn)變成油或氣。當(dāng)生油巖的埋藏到達大量生成石油的深度(也是與深度相應(yīng)溫度)時，叫進入生油門限。,石油地質(zhì)基本概念及名詞解說,油氣地質(zhì)儲量及其分級: 油氣地質(zhì)儲量就是油氣在地下油藏或油田中的蘊藏量，油以重量(噸 )為計量單位，氣以體積(立方米)為計量單

5、位。地質(zhì)儲量按控制程度及精確性由低到高分為預(yù)測儲量、控制儲量和探明儲量三級。地處豫西南的南陽盆地，礦區(qū)橫跨南陽、駐馬店、平頂山三地市，分布在新野、唐河等8縣境內(nèi)。已累計找到14個油田，探明石油地質(zhì)儲量1.7億噸及含油面積117.9平方公里。1995年年產(chǎn)原油192萬噸。 油(氣)按儲量可分 按最終可采儲量值可分成4種：特大油(氣)田：石油最終可采儲量大于7億噸(50億桶)的油田。天然氣可按1137米3氣=1噸原油折算。大型油

6、(氣)田：石油最終可采儲量0.7～7億噸(5～50億桶)的油(氣)田。中型油(氣)田：石油最終可采儲量710～7100萬噸(0.5～5億桶)的油(氣)田。小型油(氣)田：石油最終可采儲量小于710萬噸(5000萬桶)的油(氣)田。 按圈閉類型劃分油氣藏 : 有構(gòu)造油氣藏、地層油氣藏和巖性油氣藏三大類。后兩類比較難于發(fā)現(xiàn)，勘探難度大，稱為隱蔽圈閉油氣藏。 巖石分類: 巖石分沉積巖、火成巖及變質(zhì)巖三大類。多數(shù)油、

7、氣儲存于沉積巖中，火成巖及變質(zhì)巖中也可以儲存油、氣。常見的沉積巖有砂巖、礫巖、泥巖、頁巖、石灰?guī)r及白云巖等。 地層及其單位 : 巖石(特別是沉積巖)常常是由老到新呈現(xiàn)為層狀排列的，因而把這些排列在一起的巖石統(tǒng)稱為地層。地層的單位有大有小，因其成因和時代及工作需要可把排列在一起的巖石劃分為不同的地層單位和系統(tǒng)。 地層時代劃分 : 地層形成的年代有老有新，通常把地層的時代由老至新劃分為太古代、元古代、古生代、中生

8、代、新生代等，與“代”相對應(yīng)的地層單位則稱為“界”，如太古界、……新生界等?！按笨梢约毞譃椤凹o(jì)”，如中生代分為三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)，新生代分為第三紀(jì)、第四紀(jì)等，與“紀(jì)”相對應(yīng)的地層單位稱為“系”，如侏羅系、第三系等?！凹o(jì)”和“系”還可以再詳細劃分，如油、氣勘探開發(fā)工作中常用到的“×××組”和“×××層”，就是更小的地層單位。,三維地震勘探 : 由于地震勘探的測線只提供

9、了二維的信息，要了解一定面積內(nèi)的地下情況需要把各條測線的地震剖面進行對比，找出相關(guān)的信息推斷測線之間的地下情況，才能形成整體概念，這就可能產(chǎn)生相當(dāng)大的人為誤差。三維地震是在一定的面積上采用地下地震信息的方法，它可從三維空間(立體的)了解地下地質(zhì)構(gòu)造情況。這種方法可以提供剖面的、平面的，立體的地下地質(zhì)圖構(gòu)造圖象，大大地提高了地震勘探的精確度，對地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變的地區(qū)特別有效。 高凝油 : 通常把凝固點在40℃以上，含蠟量

10、高的原油叫高凝油。遼寧省的沈陽油田是我國最大的高凝油田，其原油的最高凝固點達67℃。 稠油: 稠油是瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量較高、粘度較大的原油。通常把地面密度大于0.943、地下粘度大于50厘泊的原油叫稠油。因為稠油的密度大，也叫做重油。我國第一個年產(chǎn)上百萬噸的稠油油田是遼寧省高升油田。 天然氣: 地下采出的可燃氣體稱做天然氣。它是石蠟族低分子飽和烴氣體和少量非烴氣體的混合物。天然氣按成因一般分為三類：與石油共生的

11、叫油型氣(石油伴生氣)；與煤共生的叫煤成氣(煤型氣)；有機質(zhì)被細菌分解發(fā)酵生成的叫沼氣。天然氣主要成分是甲烷。 干氣和濕氣: 油田的伴生天然氣，經(jīng)過脫水、凈化和輕烴回收工藝，提取出液化氣和輕質(zhì)油以后，主要成分是甲烷的處理天然氣叫干氣。一般來說，天然氣中甲烷含量在90%以上的叫干氣。甲烷含量低于90%，而乙烷、丙烷等烷烴的含量在10%以上的叫濕氣。 天然氣與液化石油氣區(qū)別: 天然氣是指蘊藏在地層內(nèi)的可燃性氣體，

12、主要是低分子烷烴的混合物，可分為干氣天然氣和濕天然氣兩種。干氣成分主要是甲烷，濕天然氣除含大量甲烷外，還含有較多的乙烷、丙烷和丁烷等。液化石油氣是指在煉油廠生產(chǎn)，特別是催化裂化、熱裂化、焦化時所產(chǎn)生的氣體，經(jīng)壓縮、分離而得到的混合烴，主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。,沉積相: 指在一定的沉積環(huán)境下形成的巖石組合。在沉積環(huán)境中起決定作用的是自然地理條件的不同，一般把沉積相分為陸相、海相和海陸過渡相。 油氣盆地數(shù)值模擬技術(shù)

13、: 油氣盆地數(shù)值模擬技術(shù)主要是從盆地石油地質(zhì)成因機制出發(fā)，將油氣的生成、運移、聚集合為一體，充分研究各種地質(zhì)參數(shù)，建立數(shù)字化動態(tài)模型，并形成一維～三維的計算機軟件，全方位的描述一個盆地的油氣資源形成及地質(zhì)演化過程。 石油勘探: 所謂石油勘探，就是為了尋找和查明油氣資源，而利用各種勘探手段了解地下的地質(zhì)狀況，認識生油、儲油、油氣運移、聚集、保存等條件，綜合評價含油氣遠景，確定油氣聚集的有利地區(qū)，找到儲油氣的圈閉，并探明

14、油氣田面積，搞清油氣層情況和產(chǎn)出能力的過程。 地震勘探: 地震勘探是地球物理勘探中一種最重要的的方法。它的原理是由人工制造強烈的震動(一般是在地下不深處的爆炸)所引起的彈性波在巖石中傳播時，當(dāng)遇著巖層的分界面，便產(chǎn)生反射波或折射波，在它返回地面時用高度靈敏的儀器記錄下來，根據(jù)波的傳播路線和時間，確定發(fā)生反射波或折射波的巖層界面的埋藏深度和形狀，認識地下地質(zhì)構(gòu)造，以尋找油氣圈閉。 多次覆蓋: 多次覆蓋是指采用一

15、定的觀測系統(tǒng)獲得對地下每個反射點多次重復(fù)觀測的采集地震波訊號的方法。它可以消除一些局部的干擾，有利于求得較準(zhǔn)確的訊號。 地震剖面: 地震勘探方法是在地面上布置一條條的測線，沿各條測線進行地震施工采集地震信息，然后經(jīng)過電子計算機處理就得出一張張地震剖面圖。經(jīng)過地質(zhì)解釋的地震剖面圖就象從地面向下切了一刀，在二維空間(長度和深度方向)上顯示了地下的地質(zhì)構(gòu)造情況。,地震勘探的數(shù)據(jù)處理: 把記錄采集到地震信息的磁帶上的大量數(shù)據(jù)

16、輸入到專用的電子計算機中，按照不同的要求用一系列功能不同的程序進行處理運算，把數(shù)據(jù)進行歸類編排，突出有效的，除去無效和錯誤的，最后把經(jīng)過各種處理的數(shù)據(jù)以波形、線形的形式繪制在膠片上或靜電紙上，形成一張張地震剖面。這個過程就稱做數(shù)據(jù)處理。 地震勘探中所說的速度: 地震勘探所說的速度即是地震波的傳播速度。常用的是平均速度，它是地震波垂直穿過某一巖層界面以上各地層的總厚度與各層傳播時間總和之比，可以用來把地震記錄的時間轉(zhuǎn)換為深度

17、(距離)。此外，還有層速度、均方根速度、疊加速度等。 水平疊加剖面: 在用多次覆蓋方法采集的地震資料處理過程中，把共同反射點的許多道的記錄經(jīng)動校正以后疊加起來，以提高訊噪比(高訊號與噪聲的比例)，壓制干擾，用這種方法處理所得到的地震剖面叫水平疊加剖面。 疊加偏移剖面: 在地震資料處理中，在水平疊加的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)反射層的空間自動歸位，用這種方法處理得到的地震剖面，就是疊加偏移剖面。 垂直地震剖面:

18、 地震源放置于地面，接收的檢波器置于深井中，地面激發(fā)震動后由不同深度的檢波器接收地震波訊號，這種方法獲得的地震波訊號是單程的，而不是反射或折射回來的，對分析和認識地下地質(zhì)構(gòu)造情況更為準(zhǔn)確。 地震資料解釋: 地震資料解釋是把經(jīng)過處理的地震信息變成地質(zhì)成果的過程，包括運用波動理論和地質(zhì)知識，綜合地質(zhì)、鉆井、測井等各項資料，做出構(gòu)造解釋、地層解釋，巖性和烴類檢測解釋及綜合解釋，繪出有關(guān)的成果圖件，對測區(qū)作出含油氣評價，提出鉆井位

19、置等。 地震地層學(xué): 地震地層學(xué)是把地層學(xué)和沉積學(xué)特別是巖性、巖相的研究成果，運用到地震解釋工作中，把地震資料中蘊藏的地層和沉積特征的信息充分利用起來，做出系統(tǒng)解釋的方法。,地震層序: 地震層序是沉積層序在地震剖面圖上的反映。在地震剖面圖上找出兩個相鄰的反映地層不整合接觸的界面，則兩個界面之間的地層叫做一個地震層序。但因為受不整合面影響，其間的地層即地震層序是不完整的，沿不整合面追蹤到地層變成整合的之后，這個地震層序

20、才是完整的。 層序地層學(xué): 層序地層學(xué)是在地震地層學(xué)基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的新學(xué)科，是綜合地質(zhì)、地震資料，詳細劃分并確立地下地層的層序，從而研究其構(gòu)造活動、沉積環(huán)境的變化、巖相分布等。 地震相: 地震相是指沉積物(巖層)在地震剖面圖上所反映的主要特征的總和。地震相標(biāo)志分為：內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)；反射連續(xù)性；反射振幅；反射頻率；外部幾何形態(tài)及其伴生關(guān)系。 合成地震記錄: 合成地震記錄是用聲波測井或垂直地震剖面資

21、料經(jīng)過人工合成轉(zhuǎn)換成的地震記錄(地震道)。它是地震模型技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛的一種，也是層位標(biāo)定、油藏描述等工作的基礎(chǔ)，是把地質(zhì)模型轉(zhuǎn)化為地震信息的中間媒介。 油氣檢測技術(shù): 油氣檢測技術(shù)是一種綜合利用烴類存在的多種地震特性參數(shù)(速度、頻率、振幅、相位等)來確定油氣富集帶的方法。這類技術(shù)有許多種，目前常用的有亮點技術(shù)和AVO技術(shù)等。 儲集層預(yù)測技術(shù): 儲集層預(yù)測技術(shù)是綜合應(yīng)用地震、地質(zhì)、鉆井、測井等各項資料對地下

22、儲集層的分布、厚度及巖性和物理性質(zhì)變化進行追蹤和預(yù)測的一項先進技術(shù)。 地震橫波勘探: 地震波(彈性波)的傳播有縱波與橫波兩種，縱波質(zhì)點位移的方向與波的傳播方向平行，橫波的質(zhì)點位移方向與波的傳播方向垂直。現(xiàn)在通用的地震勘探方法采集的是縱波的訊號，采集橫波訊號的稱做地震橫波勘探。橫波在判斷巖性、裂縫和含油氣性方面有其固有的優(yōu)點。此種勘探方法在我國正處于研究和實驗階段。,重力勘探 各種巖石和礦物的密度(質(zhì)量)是不同，根據(jù)

23、萬有引力定律，其引力也不相同。椐此研究出重力測量儀器，測量地面上各個部位的地球引力(即重力)，排除區(qū)域性引力(重力場)的影響，就可得出局部的重力差值，發(fā)現(xiàn)異常區(qū)，這一方法稱做重力勘探。它就是利用巖石和礦物的密度與重力場值之間的內(nèi)在聯(lián)系來研究地下的地質(zhì)構(gòu)造。 磁力勘探 各種巖石和礦物的磁性是不同的，測定地面上各部位的磁力強弱以研究地下巖石礦物的分布和地質(zhì)構(gòu)造，稱做磁力勘探。由于地球本身就是個大磁體，所以對磁力的預(yù)測值應(yīng)進行

24、校正，求出只與巖石礦物磁性有關(guān)的磁力異常。一般鐵磁性礦物含量愈高，磁性愈強。在油氣田區(qū)，由于烴類向地面滲漏而形成還原環(huán)境，可把巖石或土壤中的氧化鐵還原成磁鐵礦，用高精度的磁力儀可以測出這種磁異常，從而與其它勘探手段配合，發(fā)現(xiàn)油氣田。 電法勘探 電法勘探的實質(zhì)是利用巖石和礦物(包括其中的流體)的電阻率不同，在地面測量地下不同深度地層介質(zhì)電性差異，用以研究各層地質(zhì)構(gòu)造的方法，對高電阻率巖層如石灰?guī)r等效果明顯。電法勘探種

25、類較多，我國目前石油電法勘探一般用直流電測深、大地電磁測深、可控源聲頻大地電磁測深等方法，近期又發(fā)展了差分標(biāo)定電法、大地電場巖性探測法等新方法。 地球化學(xué)勘探 根據(jù)大多數(shù)油氣藏的上方都存在著烴類擴散的“蝕變暈”的特點，用化學(xué)的方法尋找這類異常區(qū)，從而發(fā)現(xiàn)油氣田，就是油氣地球化學(xué)勘探。油氣地球化學(xué)勘探方法的種類比較多，常用的是土壤烴氣體測量、土壤硫酸鹽法、穩(wěn)定碳同位素法、汞和碘測量法等，還有地下水化學(xué)法及井下地球化學(xué)勘探法

26、。,油藏描述: 油藏描述是一種新技術(shù)，它把地震、測井、地質(zhì)等多方面資料綜合起來，運用計算機手段進行處理，定性、定量描述三維空間的油氣藏，包括：構(gòu)造、儲層、儲集空間、流體性質(zhì)及分布、滲流物理特征、壓力和溫度、驅(qū)動能量和驅(qū)動類型、油氣藏類型等，是對油氣藏本身正確的認識。 井壁取心:: 井壁取心是使用測井電纜將取心器下入井中，用炸藥將取心器打入井壁，取下小塊巖石以了解巖石及其中流體性質(zhì)的方法。 油氣探井 為

27、勘察地下含油氣情況所鉆的井稱油氣探井。探井一般有4大類。⑴參數(shù)井：了解一個地區(qū)(盆地或凹陷)生油巖和儲集巖存在和分布的情況的井；⑵預(yù)探井：了解一個圈閉中是否含有油氣和儲集巖分布情況的井；⑶評價井：在預(yù)探井發(fā)現(xiàn)含油氣儲集層后，為探明這個圈閉(油氣藏)含油氣面積和地質(zhì)儲量所鉆的井；⑷資料井：為獲得油氣藏油層參數(shù)(主要是使用特殊工具在鉆進中取出整塊，進行檢測與分析)所鉆的井。 地質(zhì)錄井: 地質(zhì)錄井是配合鉆井勘探油氣的一種重要手段，

28、是隨著鉆井過程利用多種資料和參數(shù)觀察、檢測、判斷和分析地下巖石性質(zhì)和含油氣情況的方法。主要包括巖屑錄井、巖心錄井、鉆時錄井、熒光錄井、鉆井液錄井及氣測錄井等。,緒論一、石油地質(zhì)學(xué)的任務(wù)：石油地質(zhì)學(xué)是在石油和天然氣勘探及開采的大量實踐中總結(jié)出來的一門新興學(xué)科。是石油及天然氣地質(zhì)勘探領(lǐng)域的重要理論基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)它的目的，就是了解石油及天然氣方面的知識，綜合運用現(xiàn)場地質(zhì)、鉆井資料，在實際工作中更好地工作。二、學(xué)習(xí)的內(nèi)容：了解什么是石油和天然

29、氣，它有哪些特征。石油和天然氣的成因、運移、聚集。什么是儲集層和蓋層。油氣藏類型。,二、石油和天然氣的化學(xué)成分及物理性質(zhì)研究石油的化學(xué)組成和物理性質(zhì)。對于石油的生成、運移、聚集和分布規(guī)律都具有非常重要的意義。1、石油的化學(xué)成分：石油是同各種碳氫化合物與少量雜質(zhì)組成的液態(tài)可燃礦物。主要化學(xué)元素碳的含量占84~87%，氫的含量為11~14%。其次為硫、氮、氧及微量元素，總含量一般只有1~4%。但是，個別情況下，硫分增多，這個比例可高達

30、3~7%。石油中氮和氧的含量，很少超過1~1.5%。只有萬分之幾到千分之幾。但個別地區(qū)的石油，氮含量可 達1.4~2.2%。除上述五種元素外，在石油中還發(fā)現(xiàn)了其它微量元素，構(gòu)成了石油的灰分。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量多的石油，灰分往往也多。由上述元素組成可知，組成石油的化合物主要是烴類，其它非烴類則以含硫、含氮、含氧化合物的形態(tài)存在于膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中。碳和氫兩種主要元素組成的碳氫化合物，按本身結(jié)構(gòu)的不同可分為1）烷烴（正烷烴、異烷烴）；2）

31、環(huán)烷烴（五員環(huán)、六員環(huán)）；3）芳香烴。石油的非烴組成主要是含硫谷物、含氮谷物和含氧化合物三種。,石油的組成為了了解石油的性質(zhì)及其變化，根據(jù)石油中不同化合物對不同溶劑的溶解及介質(zhì)吸附等表現(xiàn)出來的不同特點，利用不同的方法將石油的組成分成性質(zhì)相近的“組”，這些“組”，稱為石油的組分。每一組分內(nèi)包含著性質(zhì)相似的一部分化合物，一般分為下列幾組： 1）油質(zhì) 油質(zhì)為石油的主要組成部分，多為碳氫化合物組成的淡色粘性液體（有時呈固體結(jié)晶）

32、。油質(zhì)含量的高低是石油質(zhì)量好壞的重要標(biāo)志，油質(zhì)含量高，石油的質(zhì)量相對較好。 2）膠質(zhì) 一般為粘性或玻璃狀的半固體物質(zhì)，主要成分仍以碳氫化合物為主，但氧、硫、氮化合物增多，平均分子量變大；顏色不同，由淡黃、褐紅到黑色均有。 3）瀝青質(zhì) 瀝青質(zhì)相比之下含的碳氫化合物更少，氧、硫、氮化合物更多，平均分子量比膠質(zhì)還大，為暗褐色或黑色固體物質(zhì)，在石油中含量較少，一般在1%左右，個別可達3-5%。 4）碳質(zhì) 以碳

33、元素狀態(tài)分散在石油內(nèi)，含量較少，也有叫殘?zhí)?，不溶于有機溶劑內(nèi)。從石油的組成來看，其組成相當(dāng)復(fù)雜，在元素、族分和組分之間既有成因上的聯(lián)系，又有成分及性質(zhì)上的區(qū)別，這些區(qū)別和聯(lián)系往往反映了它們內(nèi)在的規(guī)律性，研究和分析這些變化是認識石油成因、演化和分布的重要方面。,2、石油的物理性質(zhì)：石油的物理性質(zhì)，取決于它的化學(xué)組成。不同地區(qū)、不同層位、甚至同一層位不同構(gòu)造部位的石油其物理性質(zhì)也可能有明顯的差別。1）顏色：石油的顏色變化很大，從無色、

34、淡黃色、黃褐色、深褐色、黑綠色至黑色。其膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量越高顏色 越深。2）相對密度：石油的相對密度變化很大，20℃時，一般介于0.751.00之間。3）粘度：石油的粘度變化范圍很大。受溫度、壓力和石油的化學(xué)分子所制約隨溫度升高，粘度降低；壓力加大，粘度也隨之增加；環(huán)烷烴及芳香烴含量高、高分子碳氫傾化合物含量高的石油。粘度也越大。4）熒光性：石油及其大部分產(chǎn)品除輕汽油、石臘外，無論其本身或溶于有機溶劑中，在紫外線照射下，均可發(fā)光

35、，稱為熒光。石油的發(fā)光取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)。輕質(zhì)油的熒光為淺藍色，含膠質(zhì)較多的 呈綠和黃色，含瀝青質(zhì)多的則為褐色。所以，發(fā)光顏色隨石油或瀝青物質(zhì)的性質(zhì)而變，不受溶劑性質(zhì)的影響。而發(fā)光強度，則于石油或瀝青物質(zhì)的濃度有關(guān)。5）旋光性：引起石油旋光性的原因，在于其有機化合物分子結(jié)構(gòu)中具有不對稱的碳原子存在。造成不對稱分子結(jié)構(gòu)，使化合物本身具有旋光的性能。6）溶解性：石油在水中的溶解度很低，甚至難溶于水。但卻易溶于許多有機溶劑。如氯仿、四氯化碳

36、、三氯甲烷等。,3、天然氣的成分：所謂天然氣是指自然界一切天然生成的氣體，它們常是氣體化合物或氣態(tài)元素的混合物，其成因復(fù)雜、產(chǎn)狀多樣。與油田和氣田有關(guān)的天然氣，主要成分是氣態(tài)烴，其中以甲烷為主；非烴氣常為氮氣、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫，氫氣及微量惰性氣體。它們隨產(chǎn)狀不同，成分含量變化也很大。1）氣藏氣：指基本上不與石油伴生，單獨聚集成純氣藏的天然氣。甲烷含量在氣體成分中常占95%以上，重?zé)N氣含量極少。2）氣頂氣：指與石油工業(yè)共存

37、于油氣藏中呈游離氣頂狀態(tài)的天然氣。它與成因和分布上均與石油關(guān)系密切，重?zé)N氣含量可達百分之幾至幾十，僅次于甲烷。3）溶解氣：天然氣易溶于石油或地下水?？蓞^(qū)分為油內(nèi)溶解氣和水內(nèi)溶解氣。油內(nèi)溶解氣常見于飽和或過飽和油藏中，其特點是重?zé)N氣含量高，有時可達40%。水內(nèi)溶解氣的主要成分不甲烷的氮，重?zé)N氣和二氧化碳含量一般不超過10~12%。4）凝析氣：當(dāng)?shù)叵聹囟取毫Τ^臨界條件后，液態(tài)烴逆蒸發(fā)而形成的氣體，稱為凝析氣，一旦采出后，由于地表壓力

38、、溫度降低而逆凝結(jié)為輕質(zhì)油，即凝析油。,4、天然氣的物理性質(zhì)天然氣無色，具氣油味或硫化氫味，可燃。由于其化學(xué)組成變化大，致致使物理性質(zhì)變化也大。1）相對密度：指在標(biāo)準(zhǔn)情況下，單位體積天然氣與同體積空氣的質(zhì)量之比。天然氣的相對密度一般與相對分子質(zhì)量成正比。2）粘度：天然氣的粘度與其化學(xué)組成及所處環(huán)境有關(guān)。一般隨相對分子質(zhì)量增加而減小，隨溫度和壓力的增高而增大。3）溶解性：天然氣溶于石油和水。在相同的條件下，在石油中的溶解度遠遠大于

39、在水中的溶解度。在石油中有溶解天然氣時，可以降低石油的相對密度、粘度及表面張力。4）熱值：單位質(zhì)量的天然氣燃燒時所發(fā)出的熱量，稱為熱值。,1、有機成因的晚期說（深成說、干酪根成油說）,基本觀點：認為沉積物埋藏到較大深度后，到了成巖作用晚期或后生作用初期，沉積巖中的不溶有機質(zhì)（干酪根）才開始發(fā)生熱降解，生成大量液態(tài)石油和天然氣。 生物分解 油母 熱催化沉

40、積有機質(zhì)----------------------------干洛根---------------------------油、氣（生物聚合物） 聚合 地質(zhì)聚合物 熱裂解脂類、蛋白質(zhì)、碳水化合物、木質(zhì)素,三、油氣成因,生成石油的物質(zhì)基礎(chǔ)根據(jù)油氣有機成因理論，生物體是生成油氣的最初來源。生物死亡后的殘體經(jīng)沉積作用埋藏于水下的沉積物中，經(jīng)過一定的生物化學(xué)、物理化學(xué)變化形成石油和天然

41、氣。其中細菌、浮游植物、浮游動物和高等植物是沉積物中有機質(zhì)的主要供應(yīng)者。在不同沉積環(huán)境中不同類別生物體的天然組合。決定了沉積物中有機質(zhì)的組成類型。生成油氣的沉積有機質(zhì)主要功能由類脂化合物、蛋白質(zhì)、碳水化合物以及木質(zhì)素等生物化學(xué)聚合物組成，它們都具有比較復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)。,3、油氣生成的地質(zhì)環(huán)境和物理化學(xué)條件,（1）油氣生成的地質(zhì)環(huán)境沉積盆地是有機質(zhì)堆積保存和轉(zhuǎn)化成烴的適宜的地質(zhì)環(huán)境。大地構(gòu)造要求沉積盆地的沉降時期中，沉降速率與沉積速率

42、保持一個恰當(dāng)?shù)年P(guān)系，使沉降速率與沉積速率相近或稍大，以保持適于生物大量繁殖和有機質(zhì)名遭氧化的有利水體深度使豐富的有機質(zhì)保存下來的還原環(huán)境。,巖相古地理條件要求無論海相陸相都可具備適于油氣生成的環(huán)境，海相淺海及三角洲區(qū)最有利于油氣生成；陸相深水—半深水湖泊是陸相生油巖發(fā)育的區(qū)域。古氣候條件，溫暖濕潤的氣候有利于繁殖和發(fā)育，是油氣生成有利的外界條件之一。,細菌作用,細菌的生存和消亡、抑制和活躍受養(yǎng)料、濕度、溫度、水循環(huán)、和介質(zhì)的PH值、E

43、h值以及毒性代謝物所控制?？傏厔蓦S埋藏深增加而減弱。從淺到深為喜氧菌帶、厭氧硫酸鹽還原菌帶和厭氧碳酸鹽還原甲烷菌帶。,細菌通過酵素可使許多不穩(wěn)定的原始生化組分被分解和消化。實驗和野外資料表明，有機質(zhì)經(jīng)細菌作用后還可直接產(chǎn)生瀝青物質(zhì)。細菌在自然界有很強的生存適應(yīng)力和繁殖能力。本身就是一種生烴物質(zhì),催化劑,在自然條件下，最主要最有現(xiàn)實的催化劑是粘土。蒙脫石型的粘土催化活力最強。催化劑作用主要是一種復(fù)雜的自由表面現(xiàn)象，被催化劑所吸附的

44、各種原子在催化原子的激發(fā)下變得活躍起來，從而有利于結(jié)合成新的化合物。在有機質(zhì)生油過程中催化劑可以改變其原有的結(jié)構(gòu)，斷開其C—C和C—H鍵，進而分裂出較輕的烴。 溫度—100℃裂解下十六烷高活力催化劑 只需幾個月 低活力催化劑 需一千

45、年單純熱裂解 超過40億年125 ℃以前的熱催化降解可能是主要的生油機制,高溫凝析油和濕氣可能由熱裂解產(chǎn)生,熱降解反應(yīng)速度由溫度、反應(yīng)物濃度以及催化劑的濃度和活力所決定。催化劑的參與加快成烴反應(yīng)速度，降低反應(yīng)所需的活化能改造烴的性質(zhì)。,放射性,實驗表明，用a-射線轟擊某些有機質(zhì)可得到甲烷、二氧化碳和氫，轟擊水可得到氧和氫。氧與有機質(zhì)作用最后生成二氧化碳，氫可使有機質(zhì)氫化與二氧化碳化合成甲烷

46、。甲烷在a-射線作用下可疊合成乙烷、更重的氣態(tài)乃至液態(tài)烷烴。 但在實際上有人計算每立方千米含有0.001%鈾，有機質(zhì)含量1%時，在一個百萬年時間內(nèi)，可生成石油是18萬噸。對于形成工業(yè)油氣藏意義不大，在高放射性的頁巖中未發(fā)現(xiàn)大量游離石油。表明有理論意義無實際意義。 放射性無素增熱有利于有機質(zhì)的演化。壓力無論模擬實驗（Saigo, 1986; Horvath, 1987;丁福臣等，1991）還是化學(xué)熱動

47、力學(xué)理論分析計算（何志高，1982），表明高壓阻礙有機質(zhì)成熟和成烴作用，Horvath,(1987) 進一步指出：短暫的降壓有利于加速有機質(zhì)的成熟。,（1）低熟油氣的概念,低熟油氣系指所有非干酪根晚期熱降解成因的各類低溫早熟的非常規(guī)油氣。 低熟油氣形成機理的研究是對現(xiàn)有油氣成因理論的進一步補充和完善，對于促使油氣資源評價技術(shù)方法的改進與發(fā)展，拓寬油氣勘探領(lǐng)域，具有重要的理論和實際意義。 初步估算，渤海灣盆

48、地已探明的低熟油儲量在7億噸以上，在吐哈盆地，以煤系地層為油源的原油中這類低熟油也有發(fā)現(xiàn)；在松遼、柴達木、蘇北、泌陽、潛江等盆地都發(fā)現(xiàn)了低熟油。,3、天然氣成因理論與應(yīng)用,（1）天然氣的涵義及發(fā)展歷史（2）天然氣成因類型（3）天然氣成因類型綜合判識,（1）天然氣的涵義及發(fā)展歷史,1）天然氣的涵義 自然界中天然形成的氣體稱之為天然氣。天然氣絕大多數(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下呈氣態(tài)的化合物和元素組成的混合體，天然氣中常見的氣態(tài)化合

49、物和元素有：烷烴氣（C1-4）、二氧化碳、氮、硫化氫、汞蒸氣，稀有氣體（氦、氖、氬、氪、氙）。其一：廣義的天然氣包括氣圈、水圈、巖石圈及地幔和地核中的一切天然氣體； 其二： 狹義的天然氣指以烷烴氣為主（少數(shù)情況下以二氧化碳或氮，硫化氫為主），在巖石圈、水圈以至地幔和地核中的自然氣體。 天然氣地質(zhì)學(xué)是研究狹義天然氣的生成、成因、地球化學(xué)、同位素、運移、聚集、成藏、逸散、分布富集規(guī)律及其評價與地質(zhì)作用有關(guān)的

50、學(xué)科。,（2）天然氣成因類型,天然氣的氣體組成極為復(fù)雜，而氣態(tài)物質(zhì)往往是有機物或無機物分解或合成過程的產(chǎn)物，因而它所涉及的化學(xué)過程和作用也是相當(dāng)復(fù)雜的。主要的作用有： 細菌的生物地球化學(xué)作用 礦物的催化作用 有機質(zhì)的縮聚作用和脫基團作用 加氫和氫的重排作用 巖石與介質(zhì)的高溫合成反應(yīng) 地幔物質(zhì)脫氣作用,1）天然氣形成的地球化學(xué)作用,2）天然氣成因分類,近十年來，我國在天然氣的認識上取得了很大的進展，對天然氣的成因類

51、型很多學(xué)者都提出的自己的認識，有代表性的是戴金星、徐永昌等。 其共同的特點是分出了有機氣、無機氣。有機氣中又分出油形氣和煤形氣，在無機成因的認識上，徐永昌和戴金星強調(diào)了不同的側(cè)面。,2）天然氣成因分類,第一，根據(jù)氣的物質(zhì)來源特征劃分為兩大類：有機氣、無機氣。 第二，按成氣有機母質(zhì)類型的不同，劃分為油型氣和煤成氣兩大類。 第三，根據(jù)各種成氣作用的外生營力特征，將有機氣的進一步劃分，以生物化學(xué)

52、作用為主形成的生物氣（亦稱細菌氣）和以熱動力學(xué)所形成的熱解氣（熱催化氣）。 第四，針對有機成因氣的兩大亞類在相似外生營力作用下形成的氣體在氣體組分和同位素組成上有各自的特征，劃分為油型熱解氣、煤型熱解氣等天然氣成因的第二層次分類。見下表,有機成因氣的主要類型及其特征,（1）生物（細菌）成因氣,生物成因氣指在成巖作用或有機質(zhì)演化早期階段，即Ro<0.4%~0.5%，徐永昌等（1994）則認為Ro<0.3% ，

53、微生物群體的發(fā)酵和合成作用而形成以甲烷氣體為主的天然氣。主要分布在中、新生代沉積巖中，埋深從地表數(shù)米至1500m，個別可達3000m，各類有機質(zhì)在適宜的環(huán)境中均可形成生物成因氣。生物成因氣的組分為烴類和非烴氣體，烴類氣體中以甲烷為主，C1/C1-5大于0.98。同位素組成δ13C1輕于-55‰，我國最輕的可達-91.18‰。,有利于生物成因氣形成聚集的條件：①有利的生物生氣條件是生物氣形成的必要前提。豐富的有機質(zhì)是形成生物氣的物質(zhì)基礎(chǔ)

54、，源巖的規(guī)模、組成、有機質(zhì)類型、豐度控制了甲烷生產(chǎn)菌的生氣能力和生氣強度。在海相中有機碳的豐度下限為0.5%，陸相沉積有機碳大于0.2%作為有利氣源巖。還原環(huán)境和中性水介質(zhì)條件有利于生物氣形成。甲烷生產(chǎn)菌是嚴格的專性厭氧菌群，中性介質(zhì)有利于甲烷生產(chǎn)菌的生長，pH值范圍為5.9~7.8。甲烷生產(chǎn)菌生存為0~75℃，最適宜值為35~42 ℃ ?？焖俚某练e作用既有利于有機質(zhì)的保存，又有利于阻止甲烷的擴散耗損，較松散的細粒沉積物孔隙較大，

55、最有利于細菌的生存和繁殖。②物性較好、規(guī)模較大的儲層是氣藏大小的關(guān)鍵。③有效的封蓋和保存條件是甲烷富集的重要因素。好的蓋層必須具備低滲透性和足夠的厚度。④早期圈閉及同生圈閉有利于生物氣富集。背斜圈閉、巖性圈閉及背斜—巖性混合圈閉，自生自儲型。,生物—熱催化過渡帶氣（Bio—theomcatalytic trantional zone gas)簡稱過渡帶氣，是一種新的天然氣成因類型和天然氣勘探領(lǐng)域。近年來，對過渡帶氣的地球化學(xué)和油氣

56、關(guān)系研究表明（劉文匯，1994，1995），有機母質(zhì)在該帶的演化階段可以形成自生自儲的天然氣，而且以偏腐殖型母質(zhì)為主，其形成機制和天然氣地球化學(xué)有別于其它類型天然氣的特征。,（2）生物—熱催化過渡帶氣,過渡帶氣的地球化學(xué)特征,對我國十幾個中、新生代沉積盆地300多個過渡帶氣進行組分、穩(wěn)定同位素分析，它們具有與其它成因類型天然氣不同的地球化學(xué)特征。1）過渡帶氣的組分及同位素分布,烴類組分 過渡帶氣烴類組分豐度在16%~100%，甲烷分

57、布為10%~99.9%（圖1-2），平均為79.8%，重?zé)N分布在0.03%~62.7%，平均為11.8%。而C1/C1-5<0.95的濕氣占57.5%，表明一半以上的過渡帶氣為濕氣，明顯區(qū)別于生物成因氣。,非烴類氣體組分 非烴組分分布在0.1%~90%，平均為10%。非烴氣體主為CO2和N2,含少量H2、H2S和稀有氣體。N2豐度在0.1%~ 50%,平均為4.8%，高N2豐度天然氣是殘留型氣藏的特征，有非生物來源氮的加入。CO

58、2的豐度在過渡帶氣中分布為0.01%~84.0%，平均為6.14%，CO2豐度在10%以上者絕大多數(shù)混入了無機成因CO2。穩(wěn)定同位素組成分布 一種認為Ro為0.3%~0.6%，另一種認為Ro為0.4%~0.6%,過渡帶氣的δ13C1分布在-60‰~-45‰ 之間。對近300個樣品δ13C1的統(tǒng)計,過渡帶氣δ13C1主要分布在-57‰~-45‰之間，占88.3%；根據(jù)Ro為0.4%~0.6%,認為過渡帶氣δ13C1一般在-60‰至-5

59、0‰。,2）過渡帶氣的地球化學(xué)特征,δ13C1與C1/C1-5的關(guān)系，圖1-3是我國過渡帶氣的分布模式，圖中A為生物氣，B、C、D、E為與過渡帶氣有關(guān)的氣體分布，F(xiàn)為熱解氣，G為不同源復(fù)合的生物氣。,a、低演化和運移的過渡帶氣 C1/C1-5>0.95，氣態(tài)烴組分偏高，是低演化階段的產(chǎn)物，主要的是較高演化階段典型過渡帶氣通過運移作用形成的，其特征為-60‰≤ δ13C1 ≤ -45‰，幾乎所有的中、新生代沉積盆地均有分布，位

60、于圖中B區(qū)。b、典型過渡帶氣 C1/C1-5在0.5~0.95，重?zé)N含量隨 δ13C1 變重而有增大趨勢。c、殘留過渡帶氣 C1/C1-5>0.55，重?zé)N含量甚高，遠高于正常演化階段形成的天然氣和模擬產(chǎn)物天然氣中組分的組成，-56‰≤ δ13C1 ≤-45‰，常含有較高N2。d、生物改造或復(fù)合源過渡帶氣 這類氣體的C1/C1-5在0.6~0.95之間，重?zé)N含量似乎為典型過渡帶氣， 但δ13C1 在-60‰~

61、-58‰，不是生物在還原條件下改造已形成的烴類，就是甲烷與重?zé)N非同源的產(chǎn)物，分布在百色盆地。從δ13C1 與C1/C1-5的分布關(guān)系可以看出，隨演化程度增加， δ13C1 變重， C1/C1-5值變小。而運移作用的影響，使運移出的氣體的C1/C1-5值變大，運移殘留型氣C1/C1-5值變小。不同源的復(fù)合，可構(gòu)成C1/C1-5的變化。,①過渡帶氣主要為低演化階段的產(chǎn)物， △13C1 在12‰~24‰之間， △13C2在1‰~6‰范圍。

62、 ② △13C2 較大而△13C1 相對較小的天然氣（圖中A區(qū)），反映甲烷可能有相對高演化階段產(chǎn)物的復(fù)合。而大的△13C2 （>4‰）可能是低演化階段乙、丙烷同源產(chǎn)物。 ③ △13C1 較大而△13C2較小的天然氣（圖中D區(qū)）， △13C1 值>15‰，為明顯低演化階段的產(chǎn)物，而小的△13C2 （<2‰）則可能是不同母質(zhì)氣體、特別是與Ⅲ型有機質(zhì)氣復(fù)合的結(jié)果。,目前我國存在過渡帶氣的盆地包括東部活動區(qū)的松遼、渤海灣、蘇

63、北、南襄、江漢和三水盆地，中部穩(wěn)定區(qū)的鄂爾多斯盆地和百色盆地，西部次穩(wěn)定區(qū)的準(zhǔn)噶爾盆地和吐—哈盆地，源巖主要以中、新生界為主，儲層除中、新生界外尚有少數(shù)古生界儲層。過渡帶氣藏（田）的類型及分布對于一個沉積盆地而言，過渡帶氣的分布受源巖類型、演化、沉積環(huán)境、構(gòu)造作用強度等因素的影響而具有一定分布特征。過渡帶氣藏的類型 即自生自儲型、新生古儲型、古生新儲型和復(fù)合型。a、自生自儲型 指天然氣源巖及儲層在一個較大的地質(zhì)層系范

64、圍內(nèi)，氣體運聚過程中未超越大的沉積層系范圍。b、新生古儲 氣源為新地層，通過斷層、不整合面以側(cè)向運移為主聚集儲藏在老地層中。c、古生新儲型 使老地層源巖形成的氣體通過斷層、不整合面運至新地層中儲存。其源巖主要為下第三系，而儲層為上第三系。d、復(fù)合型 指氣藏中烴類氣體與非烴和稀有氣體來源不同的氣體復(fù)合，這類氣藏一般具有特定的構(gòu)造和地質(zhì)環(huán)境。烴類氣體為過渡帶氣，而非烴氣體多為非生物成因來源。如在濟陽坳陷、蘇北、三水等

65、盆地有分布。,（3）過渡帶氣的分布,過渡帶氣的時空分布1）過渡帶氣源巖的時代分布目前發(fā)現(xiàn)并證實為過渡帶氣的源巖主要是中、新生代沉積，絕大部分為新生代沉積盆地。a、第三系b、白堊系c、中生界侏羅—三疊系2）過渡帶氣的垂向分布主要分布層段在1000~3000m，占82%以上，深度是過渡帶氣形成分布的主要層段；分布淺于1000m者（占13%），主要是經(jīng)運移聚集的過渡帶氣；而少數(shù)深于3000m者（占5%）盡管埋深較大，但有機質(zhì)演

66、化仍然處于Ro<0.6%的范圍。,油型氣的形成演化1）熱催化作用帶熱催化作用帶屬于深成作用中期，相應(yīng)的有機質(zhì)演化階段為Ro=0.6%~1.3%，溫度從85~180℃.,（3）油型氣,油型氣亦稱腐泥型天然氣，主要指由腐泥型母質(zhì)（Ⅰ型）和腐殖—腐泥型母質(zhì)（ⅡI型）形成的天然氣。對油型而言，以甲烷為主的天然氣的形成貫穿于有機質(zhì)演化的全過程。,2）熱催化—裂解帶熱催化—裂解帶屬深成作用的晚期階段，相應(yīng)的Ro=1.3%~2.0%。加（

67、180~250 ℃），有機質(zhì)C—C鍵斷裂機率隨之增加，熱催化作用趨于結(jié)束，熱裂解作用逐步增加。一方面釋放或生成低碳數(shù)液態(tài)烴和氣態(tài)烴，另一方面其內(nèi)部芳環(huán)結(jié)構(gòu)不斷縮合成更大分子。烴類產(chǎn)物以氣態(tài)烴為主，并含有一定量的液態(tài)輕烴組分，構(gòu)成正常凝析油氣。3）高溫裂解帶高溫裂解帶屬變生作用階段，相應(yīng)Ro>2.0%。該帶的特點是溫度高（>250℃）、壓力大、礦物介質(zhì)催化活性弱。已形成的氣態(tài)重?zé)N、液態(tài)烴和殘余有機質(zhì)發(fā)生更強烈裂解，使之全

68、部轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的甲烷，殘余碳形成碳瀝青和石墨。在該帶內(nèi)，發(fā)生大量的芳香族的重新排列，在裂解過程中形成低分子烴需要氫原子，,二、油氣運移基礎(chǔ)及進展,（一）與油氣運移有關(guān)的基礎(chǔ)知識（二）石油天然氣的初次運移（三）石油和天然氣的二次運移,（一）與油氣運移有關(guān)的基礎(chǔ)知識,油氣運移是油氣藏形成過程的重要扭帶，它連接源巖到圈閉的過程。油氣是流體，它運移的兩種主要方式是滲濾和擴散，前者受勢梯度驅(qū)動，后者受濃度梯度驅(qū)動。1、初次運移和二次運移

69、原始運移：油氣在烴源巖中的運移初次運移：油氣排出烴源巖的運移二次運移：油氣在輸導(dǎo)系統(tǒng)中的運移三次運移：油氣成藏后油氣藏破壞發(fā)生的運移,7、油氣運移的基本方式滲流與擴散是油氣運移的兩種方式滲流 是一種機械運動方式，液體在滲流過程中遵守能量守恒定律，它總是由機械能高的地方向機械低的地方流動；滲流是一種整體流動方式，在流動中表現(xiàn)出一定的相態(tài)，在達到吸附平衡以后各種組分的濃度基本不改變?？梢杂眠_西定律來描述，即單位時間內(nèi)液體