石油与天然气地质学(油藏地质学)考点总结

石油与天然气地质学（油藏地质学）考点总结
第一部分石油与天然气地质学概论
一石油天然气地质学
石油与天然气地质学是研究地壳中油气藏及其形成条件和分布规律的地质科学。

属于矿产地质科学的一个分支学科，是石油、天然气勘探与开发相关专业的专业理论课。

石油与天然气地质学研究的主要对象是油气藏。

油气藏不仅是油气地质勘探人员从事油气助探的直接对象，而且也是油气地质研究人员进行油气成因、运移、聚集和分布规律等油气地质理论研究的基础。

石油与天然气地质学的理沦和假说，均来源于实跋并直接指导实践；是根据对已知的油气藏的研究、总结出来的实践成果，并又在油气藏的勘探实践中得到检验。

油气藏的研究是石油与天然气地质学的核心内容。

石油地质学的内容
1.本学科研究的物质主体：石油、天然气及其伴生的油田水的化学性质和物理性质。

2.油气形成的地质学原理：油气成因。

3.油气藏形成的地质条件：生油岩，储集岩，盖岩，油气运移、聚集与保存条件。

4.油气藏形成的地质背景及各地质条件间的相互联系：含油气盆地和含油气系统。

5.对油气藏特征和规律的人工再现：油气藏建模。

二天然气：
按相态可以分为游离气、溶解气（溶于油和水中）、吸附气和固体水溶气；按分布特点分为聚集
型和分散型；按与石油产出的关系分为伴生气和非伴生气。

(1)聚集型天然气
游离气
是常规气藏中天然气存在的基本型式。

游离天然气可以是气藏气、气顶气和凝析气。

气藏气
是指在圈闭中具有一定工业价值的单独天然气聚集。

巨大的非伴生气藏（田），是气藏气的主体。

气顶气
是指与油共存于油气藏中呈游离态位居油气藏顶部的天然气。

凝析气
是一种含有一定量凝析油的特殊的气藏气。

在地下较高温度、压力下，凝析油因逆蒸发作用而气化或以液态分散（溶解）于气中，呈单一气相存在，称之为凝析气。

采出后因地表温度、压力较低，其中凝析油呈
液态析出，与天然气分离。

这种含有一定量凝析油的气藏，称为凝析油气藏，常简称为凝析气藏，或凝析油藏。

(2)分散型天然气
分散型天然气主要以油溶气、水溶气、煤层气、致密地层气和固态气水合物赋存。

油溶气
任一油藏内总是溶有数量不等的天然气，含气量低时，分离出的天然气利用价值较小；含气量高时，收集起来可作动力燃料及化工原料.
水溶气
包括低压水溶气和高压地热型水溶气.
煤层气
煤层气指煤层中所含的吸附和游离状态的天然气。

致密地层气
主指致密砂岩和裂缝性含气页岩中的天然气。

气水合物
气水合物是一种白色的固态似冰气体混合物，又称气水化物或叫固体气.
(3)伴生气与非伴生气
所谓伴生气与非伴生气，主要是指天然气的产出与液态石油或油藏的分布关系。

狭义的伴生气仅指油气藏中的气顶气和油藏及油气藏中的油溶气；广义的伴生气还包括油田范围内分布于油藏及油气藏之间或其上方与之有密切关系的气藏气。

非伴生气指与油藏及油气藏分布没有明显联系，或仅有少量石油存在但没有重要工业价值、以天然气占绝对优势的气藏气。

第二部分油气生成理论与烃源岩
油气的成因是一个长相争论的基本理论问题。

由于:(1).石油、天然气是流体，其产出地与生成地往往不一致，受多种因素控制。

(2).化学成分均很复杂(3).油气水常常伴生。

无机成因论
碳化物说（门捷列夫）：认为在地球内部水与重金属碳化物作用，可以产生碳氢化合物，如果碳氢化合物上升到地壳比较冷却的部分，冷凝下来形成石油。

宇宙说（索可洛夫）：同其他天体一样，地球上形成的碳氢化合物后来为岩浆所吸收，最后，凝结于地壳中而成石油。

岩浆说(库得梁采夫）:认为石油的生成同基性岩浆冷却时碳氢化合物的合成有关。

高温生成说(切卡留克):油气是上地幔中的氧化铁和水反应所得.
无机成因论者的致命点:
(1)是脱离了地质条件来讨论油气的成因，而且将宇宙中发现的简单烃与地球上组成复杂的石油等同起来。

(2)无法解释世界上已发现的油气田99%都分布在沉积岩中。

(3)无法解释为什么石油具有只有生物有机质才有的旋光性，生标物等问题.
有机成因论的主要论据：
①世界上99%以上的石油产于沉积岩区；
②油气中先后鉴定出很多与活生物体有关的生物标志化合物；
③油气中烃类与生物体中类脂物、沉积有机质在元素组成、化学成分及结构上都存在着相似性和连续性；
④实验室中模拟地下条件，从多种有机质中获得了烃类。

早期生成论和晚期生成论之争
早期成油论主张：油气是地质历史时期中生物有机质在还原环境中转化而来。

依据：
（1）脂类、蛋白质等在一定条件下可以生成烃类；
（2）用放射性碳同位素C14测定了烃的年龄，证明它们是现代生成的；
（3）某些细菌是有机质加氢、去羧基转化为烃类的媒介，这一过程完成于沉积物埋藏不深的阶段，说明烃类能在早期生成.
早期生油论存在的问题：1）世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世以前；2）现代沉积物中烃类的性质与石油不同。

晚期成油论：生油层埋深＞1200～1500米、地温超过50～60℃时，烃类才会大量生成。

晚期成油论的主要依据：
（1）世界油气的分布有一定的深度范围，太浅、太深都很少；
（2）世界油气分布与地温的关系更加密切。

据统计，世界上99％的油田，油藏温度＜148.9℃；
（3）世界油气分布的温度，又随生油层的年代而变化。

干酪根热降解成油理论：
①成岩作用阶段早期（生物化学作用阶段）：各种生物有机质经过缩聚作用和非溶解作用形成不同类型的“干酪根”；
②在成岩作用阶段晚期和深成作用阶段早期：随着温度升高，沥青和烃类脱离干酪根核的束缚，从“不溶”转入“可溶”状态，“游离”在生油岩中成为“原始”的石油烃和“游离”沥青组份；
③深成作用阶段后期和变质阶段：在更高温度下，烃类则从长链断裂成短键，最终变成CH4气体；与此同时，干酪根的核则不断缩合，最后只剩下碳原子，变成石墨。

干酪根热降解成油论的依据：
①现代沉积物中干酪根多；古代岩石中干酪根少，因为消耗于生成石油；
②从干酪根到可溶沥青到原油，元素组成有规律地递变，说明它们之间有成因联系；
③观测发现：随埋深增大、温度压力增高，干酪根逐渐因消耗于生油而减少，含O、N、S化合物略有增多；
④实验室同样模拟出干酪根生成石油的过程。

干酪根在人工加温热降解过程中，先是生成液态烃，然后液态烃裂解，生成气态烃。

储气机理——页岩气：
（1）页岩气以吸附气和游离气两种形式存在，高演化程度页岩含水饱和度较低，孔隙主体被游离气占居，其聚集量与孔隙空间的大小有关；
（2）大部分游离气储存在岩石骨架中。

但在高演化页岩储层中，由于岩石骨架孔隙极其微小，游离气储存在有机质孔隙中；
（3）不同成熟度页岩含水饱和度对甲烷吸附量影响不同，低演化程度含水饱和度对对甲烷吸附量影响较大，
高演化程度关系不明显；
（4）在气源充足的情况下，吸附气、游离气及总储集气量随压力增加而增加。

气藏特征－常规天然气
（1）具有明显的含气边界；
（2）具有统一的压力系统；
（3）具有统一的气水界面；
（4）气藏的形成主要靠封盖气柱。

气藏特征－煤层气
（1）煤层中含气性是多与少的关系；
（2）无统一的压力系统；
（3）无气水界面，水遍布在整个煤层；
（4）气藏的形成主要是靠保压。

常规天然气：
动态平衡控制气藏聚集量；
成藏关键时刻决定成藏期；
气势控制天然气高部位聚集。

煤层气：
温压场控制含气量；
后期保存是成藏的关键时期；
水势和压力场控制着煤层气向斜聚集。

第三部分输导层与油气运移
油初次运移
运移方式大致可归为水溶运移说、连续油相运移说、气相运移说
1水溶运移说：
（1）分子溶液或真溶液：分子溶解中，随烃类的分子量的增大溶解度显著减小，石油以真溶液运移不失为一种可以肯定的方式，但不是主要方式。

（2）胶体溶液：呈胶体溶液运移即使有也只是在很局限的范围。

（3）乳浊液：该运移方式很难实现。

以水为媒介的运移，要有使运移发生和所需运移量得以满足之水量的存在。

以水为载体的运移是困难重重。

2油相运移说：
压实作用、油气生成作用以及流体热膨胀作用克服毛细管压力作用和储层吸附作用发生运移。

3气相运移说：
毛细管压力的阻碍；气体溶液所能运移的石油组分是很有限的；再说油藏中并非总有巨量的气体，所以气相运移很难实现。

综观上述石油初次运移的各种相态，以连续油相运移为主要运移相态，石油初次运移随时间和条件的变化不同机制将有机而谐调地发挥其作用。

气初次运移：
1水溶气-很常见的方式，气态烃在水中的溶解度大
2、油溶气-很常见的方式，天然气在石油中的溶解度极大
3、独立气（气泡、分子扩散、连续气相）
气泡-气泡运移主要是早期生物成因气
分子扩散-浓度差引起扩散
连续气相-气体生成量大，加上天然气运移可利用的载体减少，促成连续气相运移成为天然气运移的主要相态。

综观前述，油气初次运移的相态不是一个孤立的问题，必须结合成烃演化阶段、相应的压实程度、水的丰度、增溶因素，以及温度压力等物理化学条件的变化通盘考虑。

油气初次运移通道-异常高压导致生油岩产生微裂缝
引起油气初次运移的因素：
以压实作用初次运移的主要因素；当生油岩埋藏到较大的深度时，温度可能成为另重要因素。

其它因素都可能只有局限或局部的意义。

如油气生成、粘土脱水、水热膨胀，其共同点是：都有增加孔隙流体体积和压力的潜势。

除上所述之外，温度还有助于解脱被吸附的烃类；有助于降低流体粘度，降低油水间界面张力；在主要深度范围内还有助于气烃的溶解；以及有助于烃在水中的溶解等。

初次运移发生在晚期压实阶段。

初次运移的距离：垂向运移，初次运移的距离最大极限就是生油层厚度；油气侧向初次运移阻力应该小些，运移距离也理应长些，生油岩渗透性所限，估计油气侧向初次运移距离也不会很远。

油气初次运移的方向是指向储集岩的
碳酸盐岩油气初次运移机理：
压实作用、热增压（干酪根热增压、烃热增压、水热增压）、初移的通道─裂缝
其中热增压作用是碳酸盐生油岩的主要初次运移机理。

二次运移的阻力：油气二次运移中最主要和最普遍的阻力就是毛细管压力。

二次运移的主要驱动力-浮力，水动力方向与浮力F1方向一致，促使石油运移的动力为浮力+水动力，反之，水动力方向与浮力F1的方向相反，水动力反成为油气运移的阻力，阻力变为毛细管压力+水动力。

油气二次运移普遍认为是以连续烃相运移为主要相态。

二次运移的通道主要是渗透性储层、断层和不整合面。

二次运移的距离取决于运移通道的通畅程度、母岩油气供给的富足程度、沉积盆地的岩性岩相变化、盆地的大小以及盆地构造格局的展布等因素。

二次运移方向：在以浮力和水动力为主要动力的驱动下，油气二次运移的方向总是循着阻力最小的路径由高势区向低势区运移。

石油在二次运移中的变化:二次运移过程中吸附作用显著时，石油成分变化的总趋势是：胶质、沥青烯、卟啉及钒镍等重金属减少，轻组分增多；而烃类呈现烷烃增多，芳烃相对减少；烷烃中低分子烃相对增多，高分子烃相对减少。

反映在物理性质上，表征为比重变轻，颜色变淡，粘度变低。

氧化作用可使石油的胶状物质增加，轻组分相对减少；环烷烃增加，烷烃和芳香烃减少；比重和粘度也随之增大。

其效果大多与吸附作用相反。

因此二次运移中氧化作用通常会被吸附作用所抵消。

如果石油经二次运移到达地表附近，氧化作用更为显著，石油将全部变为沥青。

第四部分油气储集层与盖层
一储层非均质性
(一)层内非均质性
层内垂向上粒度韵律；
层内垂向上渗透率差异程度；
层内垂向上最高渗透段位置；
渗透率韵律及渗透率的非均质程度；
层内不连续泥质薄夹层的分布；
层理构造序列
(二)平面非均质性
1、砂体几何形态
2、砂体规模及各向连续性
3、砂体的连通性
4、砂体内孔隙度、渗透率的平面变化及方向性
(三) 层间非均质性
1、分层系数(An)
2、垂向砂岩密度(Kn)
3、各砂层间渗透率的非均质程度
(四) 微观非均质性
孔隙、喉道的大小与分布，孔隙类型、孔隙结构特征、微裂缝，岩石组分、颗粒排列方式、基质含量及胶结物类型等
二盖层封闭烃机理：
机理：⑴毛细管力封闭─具有较高的排替压力而阻止烃类逸散
⑵超压封闭─异常高的孔隙压力而阻止烃类逸散
⑶烃浓度封闭－生烃地层以高浓度阻止下伏油气向上扩散
特点：
毛细管力封闭：
（1）一般只能遮挡游离相的烃，难以封堵水溶相及扩散相烃；
（2）对于石油比天然气更重要，气易溶于水；
（3）在泥岩压实阶段的晚期更为重要。

异常高压
（1）可以封闭任何相态的烃类；
（2）对天然气的封闭作用比对石油更重要；
（3）在泥岩压实阶段的中期更重要；
烃浓度封闭
（1）主要封闭以扩散方式向上运移的烃类；
（2）盖层的烃浓度越高，封闭扩散的能力越强；
（3）本身是烃源岩，同样具有毛管压力封闭；
泥质（页）岩类盖层
特点：分布广、数量多、最常见，几乎产于各种沉积环境中。

影响该类盖层的因素：
（1）膨胀性矿物（尤其是蒙脱石）越多，盖层质量就越好；
（2）粒度组分：分散性（粉碎程度）越高，遮挡能力就越强；
（3）含砂质、粉砂质等杂质会大大降低泥质盖层的遮挡能力；
（4）矿物成份：蒙脱石吸收容量大，因此遮挡力强；
岩盐、石膏（硬石膏）类盖层
该类盖层是高质量的盖层，可遮挡高压气藏。

只有石膏与岩盐结合或成互层，才能大幅度提高遮挡能力。

碳酸盐类盖层
碳酸盐岩占半数至纯由碳酸盐岩组成的一些非渗透性岩石，如泥质石灰岩、石灰岩等。

砂岩盖层：致密砂岩或饱含水砂岩。

冰冻成因盖层：见于永久冻土带。

评价盖层遮挡能力的一些常用参数指标：
1.厚度：泥岩厚25m为理想厚度
2贯穿压力（P贯）与贯穿压差（ΔＰ贯）这两个数值越大，盖层遮挡能力越强。

3渗透率数值越小，说明遮挡能力越强；
4遮挡系数，数值越大，遮挡越强；
5孔隙管道的直径，d越小，盖层遮挡能力就越强；
6泥岩中膨胀性矿物的含量，蒙脱石含量越高，遮挡能力越强；
7泥质盖层的砂质、粉砂质百分含量，盖层中的砂、粉砂含量越高，遮挡力越差；8盖层中交换Na+含量，Na+含量高，则膨胀性、吸水性、塑性都好，遮挡能力强；9盖层的分散度，分散度（粉碎程度）越高，其渗透率就越小；
10盖层岩石塑性，塑性大，盖层好——不易产生裂缝
11孔隙毛细压力（PK），PK越大，遮挡越强。

第五章
1、油气藏形成的主要条件油气在由分散到集中形成油气藏的过程中，受到各种因素的作用，要形成储量丰富的油气藏，而且保存下来，主要取决于生油层、储集层、盖层、运移、圈闭和保存六个要素。

归纳起来油气藏形成的基本条件有以下几个方面： 1、充足的油气来源
2、有利的生储盖组合
3、大容积的有效圈闭
4、良好的保存条件 (一) 充足的烃源条件（1）烃源岩的体积：面积大、层数多、厚度大（2）烃源岩的质量：丰度高、类型好、成熟度适中（3）烃源岩的排烃条件好①有效排烃厚度大②良好的烃源岩层系岩性组合Ps.只有与储集层相接触的一定距离内生油层中的烃类才能排出来，这段厚度即生油层排烃的有效厚度(二) 有利的生、储、盖组合配置关系。

有利的生储盖组合是指三者在时、空上配置恰当，有良好的输导层，使烃源层生成的油气能及时地运移到储集层聚集；盖层的质量和厚度能确保油气不致于散失（三）有效的圈闭。

有效圈闭是指在具有油气来源的前提下，能聚集并保存油气的圈闭。

其影响因素有三个方面： 1）圈闭形成时间与油气区域性运移时间的关系（时间上的有效性） 2）．圈闭位置与油气源区的关系（位置上的有效性） 3）水压梯度对圈闭有效性的影响 (四) 必要的保存条件（1）良好的区域性盖层（2）稳定的构造环境（3）相对稳定的水动力环境（4）岩浆活动不强烈
2、生储盖组合的类型及形成大型油气藏必须具备的生储盖组合条件。

生储盖组合类型：（1）根据三者之间的时空配置关系，可划分为四种类型: 正常式组合：生下、储中、盖上侧变式组合：指由于岩性、岩相在空间上的变化而导致的生、储、盖在横向上渐变而构成。

顶生顶盖式（顶生式）：生油层与盖层同属一层，储层位于下方。

自生、自储、自盖式：本身具生、储、盖三种功能于一身。

（2）根据生油层与储集层的时代关系划分为新生古储式、古生新储式和自生自储式三种型式。

（3）根据生、储、盖组合之间的连续性可将其分为连续性沉积的生、储、盖组合和不连续的生、储、盖组合。

不同的生、储、盖组合，具有不同的输送油气的通道和不同的输导能力，油气的富集条件就不同。

生、储互层式组合，生与储接触面积大最为有利。

生、储指状交叉的组合，生油层与储层的接触局限于指状交叉地带，在这一带最有利；向盆一侧远离此带，因缺乏储集层，输导能力受限；而另一侧则缺乏生油层，油气来源又受限制。

砂岩透镜体从接触关系上来说，应该是油气的输导条件最为有利，但油气的输导机理，至今还没有人能解释清楚。

这三种组合关系是最有利的或较为有利的。

生储盖组合是否有利主要是看是否具有最佳的排烃效率，它与组合型式、烃源层的单层厚度和砂岩百分率有关。

单层厚度在 30～50m 的烃源层排烃效率较高，而砂岩百分率适当的区带则有利于油气由烃源层排入储集层进入二次运移。

3、单一圈闭油气聚集的机理1）渗滤作用盖层封闭能力差的圈闭，毛细管封闭的盖层对水不起封闭作用，而对烃类则产生毛细管封闭，结果把油气过滤下来在圈闭中聚集2）排替作用Chapman认为盖层中的流体压
力一般比相邻砂岩层中的大，油气进入圈闭后首先在底部聚集，随着烃类的增多逐渐形成具有一定高度的连续烃相，由于密度差油的压力都比水的压力高，因此产生一个向下的流体势梯度，使油在圈闭中向上运移同时把水向下排替直到束缚水饱和度为止。

4、油气差异聚集原理、条件、过程、结果原理：静水条件下，在油气运移的主方向上存在一系列溢出点自下倾方向向上倾方向递升的圈闭，油气源充足，盖层封闭能力足够大。

油气在圈闭中依次排替作用的结果，出现自上倾方向的空圈闭向下倾方向变为水→纯油藏→油气藏→纯气藏的油气分布特征。

条件（1）具有区域性长距离运移的条件：区域性的倾斜；岩性岩相稳定，渗透性好，连通性好；（2）连通的圈闭的溢出点依次抬高；（3）油气源的供应区位于盆地中心，油气源充足；（4）储集层中充满水并处于静水压力条件，石油和游离气一起运移。

过程第I阶段：油气进入圈闭，油气水按重力分异，气在上油在中水在下；第II阶段：随着油气的不断进入，依次由较高部位向较低部位聚集，同时油水界面不断下降，当油水界面下降到溢出点时，部分油从圈闭中流出，圈闭中只含油和气；第III阶段：若仍有油气供给，油无法再进入圈闭，只能通过溢出点向上倾方向溢出，气则可继续进入，并将聚集的油排出，直至气、水在溢出点直接接触为止，该圈闭的油气聚集已最后完成，圈闭只含气。

结果（1）离供油区最近、溢出点最低的圈闭中，在气源充足的前提下，形成纯气藏；距离较远、溢出点较高的圈闭，可能形成纯油藏或者油气藏；溢出点更高、距油源更远的圈闭中可能只含有水（2）充满石油的圈闭，仍可以作为有效聚集天然气的圈闭；但是充满天然气的圈闭，不再是聚集石油的有效圈闭（3）若油气按重力分异比较完善，则离供油区较近、溢出点较低的圈闭中的油气密度小于离供油区较远、溢出点较高圈闭中的油气密度（4）形成纯气藏、油气藏、纯油藏的数目，取决于油气供应充分程度及圈闭的大小和数目影响因素：（1）支流油气源的存在（2）天然气的溶解和析出（3）后期构造运动的影响（4）区域水动力条件、水压梯度的大小及水动力的方向，直接影响油气的分布规律
5、油气差异渗漏原理如果在运移的主方向上，存在一系列盖层封闭能力差的岩性圈闭，油气在圈闭中依次渗滤作用的结果，出现自上倾方向的空圈闭向下倾方向变为纯气藏→油气藏→纯油藏的油气分布特征。

6、天然气成藏方式（1）天然气脱溶成藏（2）水溶对流运移成藏（3）多源复合成藏（4）聚散动平衡成藏
7、油气藏的破坏和油气再分布油气藏的破坏和油气再分布：是指已经处在物理、化学上的稳定性和平衡状态的油气藏在各种地质、物理、化学因素的作用下，油气圈闭或油气本身的物理化学稳定性遭到部分或全部破坏，致使油气在新的条件下发生再运移和再聚集的过程。

油气藏破坏的结果使油气部分或全部散失，或因各种微生物降解或氧化作用产生变质，失去工业价值。

油气再分布的结果使原来较大的油气藏分散成若干小油气藏，或者若干小油气藏富集成一个较大的油气藏。

一、引起油气藏破坏的主要地质作用1. 地壳运动引起破坏（1）地壳运动使油气藏整体抬升：一方面使盖层遭受侵蚀，残留厚度减小，封闭性变差，另一方面由于油层抬升，油气藏压力下降，溶解气溢出，将石油排剂出圈闭，原来的油气藏变成气藏（2）地壳运动可使储集层不均匀抬升：致使原来的圈闭溢出点升高，容积变小，使油气藏中的油气溢出向上倾方。