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石油地质学 教案8

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石油 地质学 教案
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第八章 油气聚集单元 地壳上的油气,因受大地构造及盆地内构造单元、沉积相控制,其分布规律呈现出区域性、群带性、级次性。所以油气勘探一般是从区域研究入手,解剖局部。根据盆地构造单元特征及油气聚集的区域性规模,一般把地壳上的油气聚集单元划分为五级(从小到大):油气藏→油气田→油气聚集带→含油气区→含油气盆地。目前,人们又划分出“含油气系统”单元,它可大可小,无法硬性与上述单元的比较大小。划分出上述的不同聚油气单元,为油气勘探指明了正确方向。 § 1 油气田及其类型 一、概念: 油气田系受单一局部构造单位所控 制的同一面积内的所有油藏、油气藏、气藏的总和。如果这个局部范围内只有油藏称为油田;仅有气藏称为气田。油气田按矿床学名词又称为油气矿床。 石油地质学上的油气田和我们通常说的大庆油田、长庆油田等概念是不同的,后者是一个经济、地理上的概念。 “油气田”的概念有下列含义: 1.油气田是指油气现在聚集的场所,而非它们原来的生成地点。 2.一个油气田是由单一局部构造单位所控制的。这个“局部构造单位”的含义是广义的,它可以是褶皱构造、断裂、单斜、盐丘或泥火山刺穿构造,也可以是生物礁体、古潜山、古河道、古砂洲、砂坝等非构造 单元。 3.一个油气田总占有一定面积,其大小变化较大。取决于局部构造单元的规模大小。它包含一定的经济意义。 4.一个油气田范围内,可以有一个或多个油藏或气藏。 二、分类: 油气田的分类首先按岩性分为砂岩油气田和碳酸盐岩油气田。再根据“单一局部单位”划分亚类,其基本类型与油气藏的类型大同小异。 § 2 油气聚集带及含油气区 一、聚集带 (一)概念: 油气勘探实践已经证明,油气田不是孤立存在的,当发现一个油气田后,经常会在其邻近区域内找到一串新的油气田。这是因为油气的运移和聚集是一种区域性的,即运移指向常常受 二级构造带所控制,当这些二级构造带与油源区连通较好或相距较近时,随着油气源源不断供给,整个二级构造带各局部构造的一系列圈闭都可能形成油气藏。造成油气田成群成带出现,成为油气聚集带。这些油气藏在成因上是相联的,油气聚集条件是相似的。所以,油气聚集带是在同一个二级构造带中,互有成因联系,油气聚集条件相似的一系列油气田的总和。 (二)类型: 不同的沉积盆地,由于区域地质构造条件的不同或者说所处的大地构造环境不同,可形成各种不同的二级构造带,这就造成油气聚集呈现出不同的类型。 在地壳相对稳定的区域,基底埋深较浅,沉 积盖层较薄,由于基底断块或基岩隆起,反映在沉积盖层的构造形态上呈现为较平缓的大型长垣或隆起,形成由短轴背斜、穹窿组成的背斜型油气聚集带。如大庆长垣(图 8 油田最有利生油区有利生油区钻探无油构造齐家古龙凹陷三肇凹陷大庆油田图 8辽盆地油气田分布与生油区的关系 在地壳活动区,受侧向挤压应力的作用常可形成长轴紧密褶皱,它们多呈线状或雁行状排列,如果它们具备油气聚集条件就可形成背斜型的油气聚集带。 在沉积盆地的边缘地带常常可见到单斜油气田,它们往往连片分布,并且被鼻状隆起及断层所复杂化,形成一个沿边缘 延伸的大单斜油气聚集带。 在海相沉积盆地内,在浅海环境可形成生物礁块油气聚集带等。在滨海环境可形成三角洲、砂洲、砂坝等岩性控制的油气聚集带。 总之油气田的分布常要受二级构造带所控制。在有利的条件下,这种二级构造带就成为含油气丰富的油气聚集带。那么,什么样的油气聚集带是有利的呢? 1.生油凹陷内或其邻近地区的长期继承性隆起、背斜型油气聚集带最有利。离油源近、储层发育、圈闭形成早(大庆长垣)。 2.形成时间较早的油气聚集带较为有利。如果晚期形成的聚集带隆起幅度较高,在油气重新分布或烃源岩二次生油过程中,可能就成 为有利的油气聚集带。 3.沉积盆地边缘的大单斜带,往往是有利的储集岩相带发育区,且易形成各种地层和断层圈闭。在区域性油气运移过程中,是油气运移指向的低势区,有利于形成大单斜油气聚集带。 4.生物礁、盐丘、古潜山及滨海砂洲发育地带,都可以形成各种特殊类型的油气聚集带。 二、含油气区 在沉积盆地中,由于地壳升降的差异性,总是有相对隆起区和相对洼陷区。洼陷区长期沉降,接受细粒沉积,形成生油坳陷。有利的油气聚集带主要分布在这些坳陷中。同一坳陷中,地质发展历史和沉积岩系发育特征具有统一性,油气生成过程和聚集过程也有共 同规律。因此,石油地质工作者将上述属于同一大地构造单元(一级构造单元),有统一的地质发展历史和油气生成、聚集条件的沉积坳陷,称为含油气区。 § 3 含油气盆地及其类型 一、定义 地貌盆地:地质历史时期某一时刻的大型蓄水洼地。 沉积盆地:在漫长地质历史上曾经长期下降(保持地貌盆地)接受沉积的区域。沉积盆地大小相差悬殊,从几千、几万平方公里到几十万平方公里;沉积厚度差别也很大,从不足一百米到一万多米。盆地的形状、成因、演化历史也有较大差别。有些盆地有油、气的生、储、盖条件并发现了具有商业价值的油气田,有些不具 备形成油气田的条件。 凡是地壳上有统一的地质发展历史,发育着良好的生、储、盖组合及圈闭,并已发现了油气田的沉积盆地,称为含油气盆地。 二、盆地构造单元分级及与聚油单元的对应关系 一个沉积盆地根据基底起伏形态及沉积盖层的厚度可将其划为四级构造单元。 沉积盆地 含油气盆地 一级单元(坳陷、隆起区,斜坡区) 含油气区 亚一级(凹陷、凸起) 二级构造带(背斜带、长垣、斜坡带) 油气聚集带 三级局部构造(背斜、穹窿、鼻状构造) 油气田(含油气藏) 四级圈闭构造 油气藏 三、含油气盆地的类型 由于沉积盆地 的性质各异,种类繁多,不同盆地的含油性不同。为了便于比较,用于指导油气田勘探,许多地质学家对含油气盆地进行了分类。目前的分类方法虽然有很多,但主要分为三大类:一类以槽台说观点分类,二为板块观点分类,三为以地球动力学分类。这里仅介绍几种主要分类。 (一)槽台观点分类(介绍张厚福分类) 他首先根据盆地基底是均一、还是复杂的,将盆地分为单一型和复合型含油、气盆地。单一型含油气盆也常被称做简单旋回型盆地,盆地基底单一,构造演化简单;复合型盆地,又称其为施回复合型盆地。这类盆地实际上是由二到多期不同性质盆地叠合而成, 可含多个沉积基底。然后再根据大地构造位置划出亚类(见教材 283 页)。 (二)板块构造观点分类 分类方法很多,其中最主要的是迪肯森分类(见 284~285 页)。 以刘和甫和甘克文为代表的地动力学分类( 285~286 页)。 § 4 含油气系统 油气系统 (上世纪 90 年代兴起的石油地质学重要进展之一。早在1963 年大庆勘探指挥部综合研究大队胡朝元就提出过成油系统, 1972 年美国学者 提出过石油系统的概念,但均未引起注意。直到 1991 年开始在美国得到了系统研究,并形成一套完整的理论与研究方法,开始越来越多地受到国际石油地质界的重视。 油气藏的形成受到烃源岩、油气运移、聚集条件、储层条件、盖层条件、保存条件的控制。其中有些因素属于静态因素(烃源岩层系、储层、盖层),其它是一些动态要素(油气生成、运移、圈闭形成、聚集与保存)。油气系统就是按照系统论的观点把上述要素纳入到一个统一的时间、空间范围内,当作一个有机的整体 —— 系统,去综合研究各要素之间的关联性及对油气藏形成的控制作用,进而阐明油气分布规律。 一、定义: 在任一含油气盆地内,与一特定有效烃源岩层系相关,包含油气聚集成藏所必不可少的一切地质要素和作用,在时间、空间上良好配置的物理 —— 化学动态系统。其顶受区域盖层及上覆岩系所限,底为底层烃源岩所覆盖的储集层。 现在人们把含油气系统理解为一个介于含油气区与油气聚集带之间的聚集单元。它主要研究烃源岩与油藏之间的关系。 油气系统的命名法尚在探索之中, 认为油气系统 的名称应包括烃源层系名称、主要储集层名称及可靠性等级的符号: (!)已知油气系统:油气藏与烃源岩有良好的地球化学匹配关系。 ( ·)假想油气系统:利用地球化学资料可以确定烃源岩存在,但烃源岩与油气藏之间缺乏对比依据。 ( ?)推测油气系统:仅根据地质及地球物理证据推测。 二、油气系统的组成 在具备基本地质要素与成藏作用过程的前提下,在研究油气系统的组成时,必须分析含油气盆地或含油气区内,是否能满足有效油气系统存在的定量基础。 1.在圈闭形成过程中或形成后,体积上有足够数量的油气生成; 2.有利的运移排出几何通道 ,保证油气能呈汇聚式运移到圈闭中去而不致逸散; 3.存在容积足够大的系列圈闭,能够保存从最初注入至现在继续充注的油气。 一个含油气系统可包含多个子系统,其中最重要的两个子系统为: 生成子系统( 运聚子系统( (一)生成子系统 在某一时间段内能提供一定数量的油气量,它受一些化学作用控制。 它包括“区域充注量”及“圈闭的油气充注量”两个参数。 区域充注量( 区域性生烃 凹陷中可以捕集(可以聚集)的总油气量,等于区域性生油凹陷中生成的油气减去排烃与运移中的散失量。 圈闭充注量( 圈闭能够捕集的烃类数量,等于圈闭集烃范围内生成的油气量减去运移过程中的散失量。 油气生成量=源岩生烃潜量 ×成熟烃源岩体积 ×烃源岩密度 ×转化系数。 烃源岩生烃潜量-源岩最大生烃量( kg/t),指烃源岩热解求得的 具体计算方法比较复杂,书上介绍了源岩潜量指数法(教材 288~289 页)自学。 (二)运聚子系统 从成熟烃源岩汇集分配油气,形成商业油气藏或逸散。它受物理作 用(浮力、渗流、毛管压力、构造力、温度、组分)控制。 主要研究内容:生、储、盖组合,圈闭有效性,运、排烃方式和聚集方式。 运移、排烃方式包括: 垂向运移:旋回式、间隔式(断层) 侧向式:侧变式、间隔式(不整合) 聚集方式包括: 高阻:过充注、正常充注、盖层封闭好(区域盖层厚、封闭性好) 低阻:正常充注、欠充注、盖层封闭差(局部盖层薄、封闭性差) 1.运移排烃方式: 1)侧向排烃油气系统:要求有横向连续的区域性盖层覆在广泛发育的渗透性储集层单元之上(具盖、储双层结构),弱 —— 中等挤压构造变形或完整的单斜坡道。 特点: ①油藏常出现在远离烃源岩区的未成熟沉积地层中。 ②出现于有效区域盖层之下同时代的单一储集层系统中,储藏有该系统聚集的绝大多数油气。 ③在有效区域盖层中,断裂作用较小或不明显。 ④在过充注的侧向排烃系统中,近盆地边缘较浅的未成熟地层部位常见大型重质油油藏。 2)垂向排烃油气系统。油气汇聚式垂向排出;与中 —— 高等程度构造变形、变位有关。张性、扭性及冲断构造可产生断层 —— 裂隙系统,成为汇聚式油气垂向运移的通道。 特点: ①几乎所有油藏均出现在区域生油窗的正上方及其毗邻地区,侧向运移距离短,往往小于 30 ②常发育叠置的多层油气藏,混源特征明显,有时时代差异大,但却含相同成因类型的原油,垂向上各层常见层析现象。 ③断裂作用仍保持活动性,直到最后的有效区域盖层沉积为止。 ④在过充注垂向排烃系统中,若断裂作用至今仍具活动性,地表常见许多油气苗。 2.聚集方式(两种): ( 1)高阻系统:以侧向连续盖层与中 —— 高程度构造变形相结合为特征,过充注或正常充注。 ( 2)低阻系统:或者以缺乏有效区域盖层,有高或低等程度构造变形为特征,或以区域盖层连续、低程度构造变形为特征,正常充注或欠充注。若为过充注,则常形成重质或极重质油。 三、油气系统的分类 按照 G· B·J·994)根据油气系统三方面的综合限定因素,提出了成因分类,即: ( 1)充注因素( 过充注、正常充注、欠充注。 ( 2)运移排烃方式( 垂向排烃、侧向排烃。 垂向:出现在盖层被断裂系统破坏的盆地或地区。 横向:出现在地层连续、盖层 —— 储集层“双层”结构大面积展布的构造稳定区。 ( 3)聚集方式( 高阻、低阻。 依 据上述因素划分出 12 种类型 张厚福以成因角度划分出两大类:原生型、演化型。演化型又划出:残存型、次生型、破坏型(图 8 基本要素成藏过程原生型油气系统构造作用破坏后部分保存次生型油气系统完全被破坏残存型油气系统破坏型油气系统保存?图 8气系统的历史成因分类法图解 四、关键技术与必要图件 (一)关键技术 1.烃源岩对比追踪技术。 2.烃源岩潜量指数( 3.圈闭有效性及成因研究技术。 4.油气运移 —— 聚集机制技术。 5.油气系统模拟研究技术。 (二)必要图件 1.埋藏历史图:包括地质时代与绝对年龄、岩性柱、岩层层组、名称、深度、烃源 岩、储层、盖层、上覆岩等栏目,还应标注生油窗顶、生气窗顶及油气系统的关键时刻。 2.油气系统关键时刻的平面分布图。烃源岩分布、生油窗范围、生气窗范围、储集层分布、储层尖灭线、边界断层线、次级断层线、倾伏背斜、倾伏向斜、油气运移方向、已知油气藏及其类型、横剖面图位置、油气系统的分布范围。 3.关键时刻的地质横剖面图: 岩层组、断层、构造起伏、烃源岩、储、盖层、生油窗顶、生气窗顶、油气藏、埋藏史井位、油气系统的地理范围及地层范围。 4.事件综合图:横坐标为地质时代及绝对年龄,纵坐标包含烃源岩、储集层、盖层、上覆 岩系、圈闭形成、油气生 — 运 — 聚 — 保存时间,关键时刻。 五、在油气勘探中的意义(七条自学)
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