石油地質(zhì)學(xué)第4章圈閉和油氣藏

1、第四章 圈閉與油氣藏,,概述構(gòu)造圈閉不整合圈閉巖性圈閉水動(dòng)力圈閉復(fù)合圈閉,§1 概 述,一．圈閉和油氣藏的概念1．圈閉 圈閉是地下儲(chǔ)集層中能夠阻止油氣繼續(xù)向前運(yùn)移，并且在其中聚集起來的一種場所。 “捕獲油氣” 圈閉的形成必須具備三個(gè)必要條件：（1）儲(chǔ)集層（2）蓋層（3）一定的遮擋條件（封閉條件）,2．油氣藏 當(dāng)圈閉中聚集了一定數(shù)量的油氣之后，就形成了油氣藏（油藏、氣藏）。其

2、定義為：油氣藏是單一圈閉內(nèi)具有獨(dú)立壓力系統(tǒng)和統(tǒng)一油水（氣水）界面的油氣聚集，是地殼中最基本的油氣聚集單位。,,二．圈閉和油氣藏的度量參數(shù) 1、圈閉的度量 圈閉的規(guī)模或大小可以用圈閉的有效容積來評價(jià)。它主要決定于閉合面積、閉合（高）度、儲(chǔ)集層的有效厚度和有效孔隙度的分布等（V=∑ S×H×φ）。 溢出點(diǎn)/閉合度/閉合面積,2．油氣藏的度量（1）油氣柱高度（2）含油

3、邊界和含油面積（3）氣頂和油環(huán)（4）邊水和底水,三．圈閉和油氣藏的分類㈠．分類的現(xiàn)狀（1）形態(tài)分類 （2）成因分類 （3）混合分類㈡．分類的原則 準(zhǔn)確性： 概括性： 實(shí)用性：㈢．分類方案介紹 爭議：“不整合和巖性圈閉”是否可統(tǒng)歸為 “地層圈閉”,本課程采用的圈閉分類方案,——由于地殼運(yùn)動(dòng)致使儲(chǔ)集層變形和變位而形成的圈閉。一．背斜圈閉 封閉機(jī)

4、制：上方為蓋層，下方為水體或非滲透層聯(lián)合形成封閉，其閉合面積即為通過溢出點(diǎn)的構(gòu)造等高線所圈定的閉合區(qū)，它的油柱高度主要決定于背斜圈閉的閉合度和上覆巖層的封蓋能力。 按成因可分為：,§2 構(gòu)造圈閉和油氣藏,㈠．褶皺背斜圈閉 主要是在壓應(yīng)力作用下擠壓形成，在褶皺區(qū)較為多見，背斜長軸方向一般與區(qū)域構(gòu)造線平行。一般兩翼傾角較大，不對稱，靠近褶皺山脈一側(cè)比另一側(cè)傾角要緩（?。]合高度較大，但閉合面

5、積一般不是很大，常常有逆斷層與之相伴生。,酒西盆地老君廟油田構(gòu)造與剖面示意圖,俄羅斯烏克蒂爾氣田,㈡．與基底隆起作用有關(guān)的背斜圈閉 沉積基底具有剛性—半剛性性質(zhì)，形成斷裂以后，由于各基底斷層上升的幅度不一樣，使上覆地層發(fā)育為背斜構(gòu)造。通常緊挨著基底的地層彎曲較明顯，向上則地層彎曲逐漸趨于平緩，直至消失。當(dāng)這些背斜呈帶分布時(shí)，則稱背斜帶或長垣。這種成因的圈閉與褶皺成因的背斜相比，具有兩翼傾角較小，斷層較小，閉合度小，但閉

6、合面積大的特征。,中國最大油田——松遼盆地薩爾圖油田構(gòu)造圖和剖面圖,㈢．生長斷層與逆牽引背斜圈閉 斷層逆牽引是常出現(xiàn)在同生正斷層下降盤的一種重力下跌構(gòu)造。逆牽引背斜多為小型寬緩不對稱短軸背斜，臨近斷層一翼陡，遠(yuǎn)離斷層一翼緩，平面上軸線與斷層線近于平行，常沿?cái)鄬映蚀闋罘植?。逆牽引?gòu)造幅度由淺向深處增大。高點(diǎn)線距斷層0.5-1.5km，且向深處偏移。偏移軌跡大體與斷層面平行。,勝利勝坨大港港東華北岔河集渤海海四井蘇北

7、真武南陽下二門,濟(jì)陽坳陷勝坨沙二段（E3s2）逆牽引背斜油氣藏剖面圖,㈣．與底辟作用有關(guān)的背斜圈閉 底辟作用—— 底辟核：主要是鹽巖（與其伴生的石膏）和粘土巖（特別是高壓粘土巖）。底辟的生長是鹽巖或粘土巖在高溫、高壓下塑性變形的結(jié)果。另外塑性變形還取決于外力，后者可是沉積負(fù)荷差、密度差或構(gòu)造應(yīng)力引起。 若底辟物質(zhì)沒有刺穿圍巖，其頂部形態(tài)與圍巖保持一致，上方巖層形成為背斜。

8、 江漢盆地王場油田和東濮凹陷文留氣田即為鹽底辟構(gòu)造。,江漢盆地王場油田,㈤．與古地形突起和差異壓實(shí)作用有關(guān)的背斜 各種古地形突起，在地殼下陷接受沉積時(shí)，發(fā)生填平補(bǔ)齊作用，且逐層、逐次地向突起方向超覆。由于沉積負(fù)荷懸殊，引起差異壓實(shí)作用，結(jié)果在突起處的上覆巖層中，形成了背斜構(gòu)造，通常稱為披蓋構(gòu)造。向上構(gòu)造幅度遞減直至消失，地層傾角也逐漸變小，構(gòu)成所謂“頂薄翼厚”的現(xiàn)象。,勝利埕北油氣藏,二．?dāng)鄬尤﹂]㈠．?dāng)鄬拥姆忾]性評價(jià)

9、1．?dāng)嗔褞У姆忾]性①、力學(xué)性質(zhì)②、斷層面傾角③、斷開地層巖石強(qiáng)度④、斷裂帶中流體的活動(dòng)，也可影響封閉性.,斷層對油氣的封閉程度,2．?dāng)鄬觾杀P的巖性組合及配置關(guān)系 ①、儲(chǔ)層向上傾方向與斷層另一盤的泥質(zhì)巖等非滲透性層接觸，最為普遍。 ②、流動(dòng)泥巖遮擋 ③、上傾方向?yàn)闈B透性較儲(chǔ)層差的可滲透巖石，但二者之間存在排替壓力差，也可封閉一部分油氣。,3．?dāng)鄬优c儲(chǔ)集層的平面組合關(guān)系 在平面上斷層線必須與儲(chǔ)

10、集層等高線構(gòu)成閉合狀態(tài)。4、斷層的活動(dòng)歷史（活動(dòng)期開啟，靜止期封閉）,㈡．正斷層圈閉①.圈閉位于正向正斷層的下降盤（少見）；②.常見情況是位于反向正斷層上升盤中，由于這種圈閉在剖面上形似屋脊，人們形象地稱為屋脊斷層，分正常式和抬斜式。,A、正向正斷層，B和C為反向正斷層B、正常式；C、抬斜式。,勝 利 臨 盤 油 田,斷塊狀,㈢．逆斷層圈閉 逆沖斷層是指達(dá)到填圖規(guī)模的收縮斷層 ，無傾角大小和滑動(dòng)距離的限制，圈閉和油氣藏既

11、可位于斷面之下，也可位于斷層面之上。,三．刺穿接觸圈閉 當(dāng)柔性物質(zhì)的上拱或火成巖的侵入作用進(jìn)一步發(fā)展，刺穿了上覆儲(chǔ)集層，則可形成刺穿接觸圈閉。 刺穿體一般為圓柱體，因此與被刺穿地層的接觸面為環(huán)形，在此環(huán)形面下可以聚集油氣，封閉性能較好。,樂東15-1氣田Ⅱ油組頂面構(gòu)造圖及氣藏剖面圖,§3 不整合圈閉,不整合圈閉—— 不整合油氣藏有兩個(gè)分布特點(diǎn)： ① 地臺(tái)區(qū)分布較多，因地臺(tái)區(qū)升降運(yùn)動(dòng)

12、較為頻繁，沉積間斷較多； ② 油氣主要來自其上覆沉積的生油坳陷（較新)，形成所謂“新生古儲(chǔ)”現(xiàn)象，或與古老地層中的二次成油有關(guān)。 對于不整合圈閉，亦需考察其遮擋條件的可能性： ① 不整合面的封閉性； ② 不整合面與儲(chǔ)層的平面組合。,一．不整合面以下的圈閉 主要可分兩類：1．與地層產(chǎn)狀有關(guān)的油氣藏 這種圈閉主要與地層產(chǎn)狀有關(guān)，地層可以是水平的、傾斜的、上拱的或下彎的，因此可分為背斜狀、單斜

13、狀、水平狀和向斜狀四個(gè)小類。在平面上，圈閉的形態(tài)是這四類潛伏構(gòu)造的等高線與不整合面所圍成的封閉區(qū)域。,2．古潛山圈閉 無論是侵蝕還是構(gòu)造成因的，或二者結(jié)合生成的一切被掩埋的古地形突起都稱為古潛山。,構(gòu)成潛山的巖石，常見的是碳酸鹽巖、火成巖、變質(zhì)巖，這些巖石的抗風(fēng)化能力較強(qiáng)。潛山圈閉中，油氣儲(chǔ)存在緊鄰不整合面以下的突起最高部位，下邊有底水承托。油水界面、油氣界面往往與地層層面斜交，而不受層面限制。,二．不整合面以上的圈閉

14、 不整合面之上的圈閉與各種成因的地層超覆有關(guān)，即儲(chǔ)集層超覆于不整合面上，其上又被連續(xù)不斷的非滲透層所覆蓋，從而形成圈閉。 地層超覆可以是局部充填式，也可以是區(qū)域性廣泛超覆。,§4 巖性圈閉,巖性圈閉——是由于巖石的巖性或物性發(fā)生變化而形成的圈閉。按成因可分為原生巖性圈閉及次生巖性圈閉。,一．原生巖性圈閉1．透鏡狀巖性圈閉 形成于各種成因的透鏡狀儲(chǔ)集層中，其四周皆不滲透或滲透性不好的巖層

15、所圍限。 透鏡狀砂巖體一般與河流、濁流、沿岸流和三角洲沉積體系有關(guān)。,2．上傾尖滅狀巖性圈閉 ——由于儲(chǔ)集層沿上傾方向尖滅或滲透性變差而形成的圈閉。 一般分布在盆地（坳陷、凹陷、向斜）的斜坡地帶，但在古地形的斜坡地帶均可能出現(xiàn)。,3．生物礁圈閉 根據(jù)生物礁的形態(tài)及其與陸地的關(guān)系分為：邊礁、堤礁、環(huán)礁和臺(tái)礁等。 由瀉湖向海洋方向，與生物礁有關(guān)的沉積相依次為：后礁相：

16、灰?guī)r、云巖、砂巖、紅色的頁巖和硬石膏 （蒸發(fā)巖系統(tǒng)，蓋層）礁 核：碳酸鹽巖（儲(chǔ)層）前礁相：石灰?guī)r、砂巖及生物礁碎屑（儲(chǔ)層）盆地相：灰—黑色石灰?guī)r和頁巖（生油層） 從油氣藏形成條件分析，礁核帶和前礁相最為有利：一是這兩個(gè)帶具有豐富的油氣來源；二是儲(chǔ)集性能良好，原生孔隙和次生溶洞都很發(fā)育。,,勝 利 平 方 王 油 田,,,15,珠江口盆地流花11-1油田（石油地質(zhì)儲(chǔ)量逾億噸，是我

17、國目前發(fā)現(xiàn)的最大生物礁油藏）,二．次生巖性圈閉 在一些相當(dāng)致密的地層中，原本沒有或僅有很少量孔隙，只是后來在某些因素作用下形成次生孔隙構(gòu)成的巖性圈閉，稱為次生巖性圈閉。形成次生孔隙的原因是各種情況下的溶濾、交代及破裂作用。,1、溶蝕—交代型巖性圈閉 主要受巖石的成分和結(jié)構(gòu)、地層水的性質(zhì)和數(shù)量所控制。只要條件合適，在地層中就可以形成次生巖性圈閉。,2、裂縫型圈閉 歸屬討論 裂縫型圈閉

18、可形成于頁巖、泥巖、砂巖、碳酸鹽巖及各種火成巖、變質(zhì)巖巖體中。顯然裂縫愈發(fā)育，儲(chǔ)—滲體的連通性愈好，愈有利于圈閉的形成，而裂縫消失處就構(gòu)成了圈閉的邊界。 裂縫型油氣藏一般有四個(gè)特點(diǎn)：,① 油氣藏常呈塊狀；② 鉆井常發(fā)生鉆具放空、泥漿漏失和井噴現(xiàn)象；③ 實(shí)驗(yàn)室測出的油層巖心滲透率與試井測得的油層實(shí)際滲 透率相差懸殊；④ 同一油氣藏，不同油氣井之間產(chǎn)量差別大。,§5 水動(dòng)力圈閉,一．形成機(jī)制 油、

19、氣、水都是流體，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律遵守流體力學(xué)的一般原理：從油氣高勢區(qū)向低勢區(qū)運(yùn)移。只有當(dāng)油、氣到達(dá)被各自高勢區(qū)或者與非滲透巖層聯(lián)合封閉的油、氣低勢區(qū)時(shí)，才能達(dá)到相對平衡和穩(wěn)定狀態(tài)，這個(gè)低勢區(qū)就是油、氣的水動(dòng)力圈閉。 達(dá)爾伯格（E. C. Dahlberg,1982）:不考慮毛細(xì)管壓力，通過U-V-Z作圖法追索油氣的運(yùn)移路線和圈閉位置。表達(dá)式為：,ho、hw、Z分別為單位重量的總油頭、總水頭與地層高程。,垂直于等油（氣）勢面的法線方向即

20、為油（氣）的運(yùn)移方向，而在等油勢線形成封閉的地區(qū)，即油氣可能形成圈閉的位置。,二．單獨(dú)的水動(dòng)力圈閉三．與其它因素有關(guān)的水動(dòng)力圈閉1、與構(gòu)造鼻、撓曲有關(guān)的水動(dòng)力油氣藏 在向儲(chǔ)層下傾方向的水動(dòng)力作用下，油、氣的等勢面發(fā)生順?biāo)鞣较虻膬A斜或彎曲，并且如果滿足α1<θo/w<α2，α1為低傾角，α2為高傾角)，就會(huì)在構(gòu)造鼻或撓曲的傾角變化處發(fā)育閉合的油氣低勢區(qū)，構(gòu)成圈閉。,2、與單斜有關(guān)的水動(dòng)力油氣藏 單斜儲(chǔ)集

21、層沿傾斜方向的滲透性常有變化。當(dāng)水向下傾方向流動(dòng)時(shí)，流速會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而改變油氣等勢面的傾角。這樣在滲透性變差、等勢面變陡的地段，彎曲的油氣等勢面將與儲(chǔ)層頂?shù)纳w層構(gòu)成閉合的低勢區(qū)，即圈閉。,§6“復(fù)合圈閉”,松遼盆地葡萄花油層內(nèi)的各類圈閉分布示意圖,埃科菲斯克(Ekofisk)油田（挪威，北海）,發(fā)現(xiàn)于1969年12月，是北海找到的第一個(gè)具有商業(yè)價(jià)值的大油田，探明可采儲(chǔ)量1.9×108t。構(gòu)造是一南北向延伸的背

22、斜，閉合面積49km2，Ekofisk 層頂?shù)拈]合度為244m。,孔隙度：25%--48%，基質(zhì)滲透率1--5×10-3μm2，自然裂縫滲透率100×10-3μm2，總產(chǎn)層厚度＞305m，產(chǎn)層為細(xì)粒灰?guī)r或白堊，油層深度2926m。在1371m以下為超壓層。,國外重要油氣田介紹—,布倫特（Brent）油田（英國，北海） 于1967年由地震測量發(fā)現(xiàn)，原始地質(zhì)儲(chǔ)量4.46×108t，可采2.3 &

23、#215;108t，氣頂原始地質(zhì)儲(chǔ)量1982.2 ×108m3，可采980×108m3。構(gòu)造上屬南北向的斷塊，有兩個(gè)儲(chǔ)集砂層，上被侵蝕，油層深度2530-2682m。Brent砂巖組孔：7%--37%，滲：＞ 8000×10-3μm2，上有氣頂。圈閉類型應(yīng)屬構(gòu)造-地層型。,卡夫奇（Khafji）油田（沙特阿拉伯）,為一NE-SW向背斜，油田面積196km2，原始可采儲(chǔ)量9.05×108t，產(chǎn)層由K

24、1-2砂巖、灰?guī)r，與J灰?guī)r組成。,扎庫姆（Zakum）油田（阿聯(lián)酋，波斯灣）是一個(gè)低幅不對稱背斜，呈南北走向，長50km，寬30km。儲(chǔ)油層為K1撒瑪瑪灰?guī)r，可分為上、下扎庫姆，有效厚度143m，深度2117-2646m，孔：17--29%，滲：1--60 ×10-3μm2。石油地質(zhì)儲(chǔ)量84.2×108t，可采24.14×108t。,烏連戈伊氣田（俄羅斯）,是迄今為止全世界發(fā)現(xiàn)的最大氣田，天然氣儲(chǔ)量

25、62090億m3，凝析油1.37億t。構(gòu)造上屬于烏連戈伊巨型長垣，長180km，寬23～50km，含氣面積4750km2，氣藏厚度達(dá)230m。有K1、K2兩套產(chǎn)氣層，并以K2為主，氣層由膠結(jié)程度差的砂巖組成。天然氣成分主要為甲烷。K1孔隙度14.8%-20.9%，滲透率7.6--166 ×10-3μm2。 氣藏類型為構(gòu)造塊狀氣藏。,王尚文分類（1983）,胡見義分類（1991）,王尚文分類（1983）,胡見義分類（19