石油与天然气地质学论文.doc

石油与天然气地质学学习认识梁 宇（西南石油大学工程硕士2010级，专业：工程地质，学号：20103044）摘 要：通过对石油与天然气地质学课程的学习，初步了解了石油与天然气地质学的特点，它既是人类对于勘探中对油气形成与分布规律认识的总结，又是指导人类油气勘探活动的理论武器。并对石油和天然气的生成理论和主要分布有了初步认识，同时对课程进行了一些总结。关键词：石油 天然气 地质学 学习认识1 石油与天然气地质学石油与天然气地质学是随着人类的油气勘探活动而诞生的一门应用科学，相关边缘学科(从大的概念上讲亦属于石油地质的范畴)的发展极大的促进了石油与天然气地质学的发展，提高油气勘探的效率。1.1 板块构造学的应用 板块构造学说的诞生，被誉为“地质学上的革命”，它改变了人们对于全球构造的认识，同时也给石油与天然气地质学带来了新的活力，它以崭新的面貌探讨了含油气盆地发生和发展的地球动力学背景，并以一种新的观点综合解释油气在全球的分布的富集规律，扩大了油勘探领域和人们找油的思路。 含油气盆地形成机制的认识、盆地分类的完善。 无机成因学说重新活跃起来，二元论，逆掩推覆体找油，大山底下找盆地 1.2 层序地层学的发展与应用 层序地层学是在油气勘探活动中发展起来的一门新兴的学科，是在沉积学、地层学和地震勘探技术不断发展和资料积累的基础上发展起来的。层序地层学是一种划分、对比和分析沉积岩层的新理论和新方法。使人们能更精确地对比地质年代，再造古地理，并在钻进前对生油层、储集层和盖层及潜在地层圈闭进行预测。 1.3 盆地构造研究的进展 盆地的动力学分类：张(伸展)、压(压缩)、扭(走滑) 构造样式概念的提出：一定构造环境和条件下的构造变形的基本特征(组合特征剖面形态、排列方式等) 构造地质模型。盆地变形特点、构造变形规律的早期预测。 反转构造：指一个张性或张扭性盆地在后期经受了压和压扭性应力作用，盆地由拉张下沉到挤压上隆，断裂由正断向逆断转变，在剖面上形成下凹上隆、下正上逆的构造格局，后期的反转往往是油气构造圈闭的最后定型期，和油气的生、运聚有密切的匹配关系 1.4 储层评价技术的进展 储层评价技术的进展包括储层沉积学、储层成岩作用和储层地球化学方面的进展 石油与天然气地质学本身的研究的课题不外乎两大问题即成烃和成藏，这是石油与天然气地质学永恒不变的主题。在这两个方面九十年代以来的主要进展： 1.4.1 成烃理论 60-70年代-80年代初：干酪根生油理论 80年代后期-90年代：未熟低熟油理论，煤成烃理论是我国学者，特别是地球化学在成烃理论方面对石油与天然气地质学的突出贡献，开辟了我国油气勘探的新领域。 1.4.2 成藏理论 对成藏动力学因素的重视，从温、压等动力的角度研究油气的成藏过程，将油气生成运移聚集作为一个统一的整体：流体封存箱理论、成藏动力学呼之欲出。 1.4.3 石油与天然气地质综合研究思想与方法进展 从定性定量，从静态到动态，从局部系统、盆地模拟技术以及含油气系统的思想和方法。 石油和地震：过量的石油开采，造成含油区地下空间越来越大，虽经注水作业但作用很小，如含油区处于地震带，那么石油开采会引起地震带更为活跃，甚至可造成地震带的迁移，同样的震级，开采后的含油区地震时所产生的破坏力要大得多。 石油和环境：石油和天然气为人类的发展提供了强劲的能源动力，但随之而来的环境污染大大超过了过去人类5000年污染的总和，以及造成了温室效应、气候异常等诸多弊端，在以环境保护为前提下，新型能源的开发迫在眉睫，各国政府、科学家都致力于新型能源的开发利用，这其中最主要的就是可再生能源的开发，减少污染，保护环境，维护我们赖以生存的地球，同样也是我们大家的责任。2 石油2.1 石油的定义中文名称：石油 英文名称：petroleum 定义：以碳氢化合物为主要成分的，有色可燃性油质液体矿物。 应用学科：资源科技（一级学科）；能源资源学（二级学科）石油，也称原油，是一种粘稠的、深褐色（有时有点绿色的）液体。地壳上层部分地区有石油储存。石油的性质因产地而异，密度为0.8 1.0 克/厘米3，粘度范围很宽，凝固点差别很大（30 -60摄氏度），沸点范围为常温到500摄氏度以上，可溶于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。石油开采2.2 石油生成研究表明，石油的生成至少需要200万年的时间，在现今已发现的油藏中，时间最老的可达到5亿年之久。在地球不断演化的漫长历史过程中，有一些“特殊”时期，如古生代和中生代，大量的植物和动物死亡后，构成其身体的有机物质不断分解，与泥沙或碳酸质 石 油沉淀物等物质混合组成沉积层。由于沉积物不断地堆积加厚，导致温度和压力上升，随着这种过程的不断进行，沉积层变为沉积岩，进而形成沉积盆地，这就为石油的生成提供了基本的地质环境。2.3 生物成油理论大多数地质学家认为石油像煤和天然气一样，是古代有机物通过漫长的压缩和加热后逐渐形成的。按照这个理论石油是由史前的海洋动物和藻类尸体变化形成的。（陆上的植物则一般形成煤。）经过漫长的地质年代这些有机物与淤泥混合，被埋在厚厚的沉积岩下。在地下的高温和高压下它们逐渐转化，首先形成腊状的油页岩，后来退化成液态和气态的碳氢化合物。由于这些碳氢化合物比附近的岩石轻，它们向上渗透到附近的岩层中，直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身则多空的岩层中。这样聚集到一起的石油形成油田。通过钻井和泵取人们可以从油田中获得石油。地质学家将石油形成的温度范围称为“油窗”。温度太低石油无法形成，温度太高则会形成天然气。虽然石油形成的深度在世界各地不同，但是“典型”的深度为四至六千米。由于石油形成后还会渗透到其它岩层中去，因此实际的油田可能要浅得多。因此形成油田需要三个条件：丰富的源岩，渗透通道和一个可以聚集石油的岩层构造。 2.4 非生物成油理论非生物成油的理论天文学家托马斯戈尔德在俄罗斯石油地质学家尼古莱库德里亚夫切夫（Nikolai Kudryavtsev）的理论基础上发展的。这个理论认为在地壳内已经有许多碳，有些这些碳自然地以碳氢化合物的形式存在。碳氢化合物比岩石空隙中的水轻，因此沿岩石缝隙向上渗透。石油中的生物标志物是由居住在岩石中的、喜热的微生物导致的。与石油本身无关。在地质学家中这个理论只有少数人支持。一般它被用来解释一些油田中无法解释的石油流入，不过这种现象很少发生。3 天然气3.1 天然气的定义中文名称：天然气英文名称：natural gas 定义1：一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。 应用学科：电力（一级学科）；燃料（二级学科） 定义2：地下采出的，以甲烷为主的可燃气体。它是石蜡族低分子饱和烃气体和少量非烃气体的混合物。 应用学科：资源科技（一级学科）；能源资源学（二级学科）天然气，是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气系古生物遗骸长期沉积地下，经慢慢转化及变质裂解而产生之气态碳氢化合物，具可燃性，多在油田开采原油时伴随而出或纯天然气气田。依天然气蕴藏状态，又分为构造性天然气、水溶性天然气、煤矿天然气等三种。而构造性天然气又可分为伴随原油出产的湿性天然气、不含液体成份的干性天然气。3.2 化学成分天然气的主要成分是甲烷(CH4),甲烷是最短和最轻的烃分子.它也可能会含有一些较重的烃分子，例如乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)，还有一些不定量的含有气体的硫磺。3.3 形成原因天然气与石油生成过程既有联系又有区别：石油主要形成于深成作用阶段，由催化裂解作用引起，而天然气的形成则贯穿于成岩、深成、后成直至变质作用的始终；与石油的生成相比，无论是原始物质还是生成环境，天然气的生成都更广泛、更迅速、更容易，各种类型的有机质都可形成天然气腐泥型有机质则既生油又生气，腐植形有机质主要生成气态烃。因此天然气的成因是多种多样的。归纳起来，天然气的成因可分为生物成因气、油型气和煤型气。3.3.1 生物成因气生物成因气指成岩作用（阶段）早期，在浅层生物化学作用带内，沉积有机质经微生物的群体发酵和合成作用形成的天然气。其中有时混有早期低温降解形成的气体。生物成因气出现在埋藏浅、时代新和演化程度低的岩层中，以含甲烷气为主。 生物成因气形成的前提条件是更加丰富的有机质和强还原环境。 最有利于生气的有机母质是草本腐植型腐泥腐植型，这些有机质多分布于陆源物质供应丰富的三角洲和沼泽湖滨带，通常含陆源有机质的砂泥岩系列最有利。硫酸岩层中难以形成大量生物成因气的原因，是因为硫酸对产甲烷菌有明显的抵制作用，H2优先还原SO42-S2-形成金属硫化物或H2S等，因此CO2不能被H2还原为CH4。 甲烷菌的生长需要合适的地化环境，首先是足够强的还原条件，一般Eh98%，高的可达99%以上，重烃含量很少，一般1%，其余是少量的N2和CO2。因此生物成因气的干燥系数（Cl/C2+）一般在数百数千以上，为典型的干气，甲烷的13C1值一般-85-55，最低可达-100。世界上许多国家与地区都发现了生物成因气藏，如在西西伯利亚683-1300米白垩系地层中，发现了可采储量达10.5万亿立方米的气藏。中国柴达木盆地（有些单井日产达1百多万方）和上海地区（长江三角洲）也发现了这类气藏。 3.3.2 无机成因气地球深部岩浆活动、变质岩和宇宙空间分布的可燃气体，以及岩石无机盐类分解产生的气体，都属于无机成因气或非生物成因气。它属于干气，以甲烷为主，有时含CO2、N2、He及H2S、Hg蒸汽等，甚至以它们的某一种为主，形成具有工业意义的非烃气藏。3.4 主要分布天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称。包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等。主要成分为甲烷，通常占85-95%；其次为乙烷、丙烷、丁烷等。它是优质燃料和化工原料。其中伴生气通常是原油的挥发性部分，以气的形式存在于含油层之上，凡有原油的地层中都有，只是油、气量比例不同。即使在同一油田中的石油和天然气来源也不一定相同。他们由不同的途径和经不同的过程汇集于相同的岩石储集层中。若为非伴生气，则与液态集聚无关，可能产生于植物物质。世界天然气产量中，主要是气田气和油田气。对煤层气的开采，现已日益受到重视。中国沉积岩分布面积广，陆相盆地多，形成优越的多种天然气储藏的地质条件。根据1993年全国天然气远景资源量的预测，中国天然气总资源量达38万亿m3，陆上天然气主要分布在中部和西部地区，分别占陆上资源量的43.2%和39.0%。中国天然气资源的层系分布以新生界第3系和古生界地层为主，在总资源量中，新生界占37.3%，中生界11.1%，上古生界25.5%，下古生界26.1%。天然气资源的成因类型是，高成熟的裂解气和煤层气占主导地位，分别占总资源量的28.3%和20.6%，油田伴生气占18.8%，煤层吸附气占27.6%，生物气占4.7%。中国天然气探明储量集中在10个大型盆地，依次为：渤海湾、四川、松辽、准噶尔、莺歌海-琼东南、柴达木、吐-哈、塔里木、渤海、鄂尔多斯。中国气田以中小型为主，大多数气田的地质构造比较复杂，勘探开发难度大。1991-1995年间，中国天然气产量从160.73亿m3增加到179.47亿m3，平均年增长速度为2.33%。 中国天然气资源量区域主要分布在中国的中西盆地。同时，中国还具有主要富集于华北地区非常规的煤层气远景资源。4 学习总结通过第6-10周的学习，对以前的知识进行了巩固和加深，初步形成了以下框架：绪论部分了解到以下内容：石油地质理论进展1 石油与天然气地质学的精髓在于它的基本概念、基本理论。主要体现了以油气藏为核心的油气勘探指导思想。2 石油与天然气地质学理论从静态向动态、从单学科向多学科综合发展。3 板块构造理论研究含油气盆地类型及演化，指导了油气勘探。4 地震地层学的应用。石油地质综合研究进展盆地、区带、圈闭等评价研究。油气勘探发展动向勘探领域：新区勘探程度较低的地区、海洋勘探领域扩大，深水勘探、老油区挖潜隐蔽油气藏勘探、深层勘探深层天然气勘探、科学探索、天然气勘探常规天然气和非常规天然气、总趋势：降低勘探风险和成本，提高效益。 充分运用新技术、新方法和新理论。油气生成部分了解到以下内容：常规生油理论（1） 油气的生成具有阶段性，分成熟、高成熟和过成熟三个阶段，各个阶段油气地球化学特征不同。根据储层油气特征推断捕获阶段性（2）正常油及轻质油与湿气伴生（3）III型有机质1.5%以后进入干气生成阶段无机生油气说一、主要论点：石油无机成因学派认为：石油是自然界的无机物形成的。这些无机物来源与地球内部的或宇宙中的碳氢元素，经过复杂的化学作用形成了烃类石油。二、主要代表说 （一）、炭化说 这是俄国著名学者门捷列夫1876年在俄罗斯化学协会上首次提出的。（二）、宇宙说 当由含铁、硅、钙、碳氢化合物（主要是甲烷）、二氧化碳和氦等星云物质，逐步凝聚固结形成地球的地壳和地幔的过程中，星云中CH4、CO2和He等气体同步被“吸收”保存在地幔和地壳中。由于深断裂、大洋中脊、火山/岩浆活动和火山作用等，使地球深处这些气体向浅部运移，部分聚集成藏，大部分散失。（三）、岩浆说 石油的生成同基性岩浆冷却时碳氢化合物的合成有关。由于合成在高压下完成，可促使不饱和碳氢化合物聚合成为饱和碳氢化合物。大洋板块的玄武质岩石和蛇绿岩类俯冲到地幔一定深度后，因高温高压相变为密度更大的榴辉岩，并部分熔化为岩浆，同时在熔化为岩浆和部分岩石分解过程中氢和碳（及其氧化物）又在高温高压下合成甲烷。（四）、变质岩说 不含有机质的岩石在变质作用中生成无机成因气（烃类气和非烃气）。化学沉积碳酸盐岩（矿物）在高温下形成大量CO2；超铁镁质岩（橄榄岩）的蛇纹石化可产生烃类。超深井有机生油研究石油生成成熟反应不是一级反应，应用阿仑尼乌斯方程是不合适的。微生物成油说在2800米以内，温度7080为下限，细菌不仅促使有机质转化为烃类，而在于细菌本身可在体内直接合成烃类，细菌本身就是成油母质。细菌可以部分地或全部地转化成可溶于有机溶剂的抽提物和烃类。早成说、早期运移说有机质埋藏到1000米深度就达到了生烃条件，随烃类的不断生成也同时运移进入储层中。煤成油1.煤系是沉积盆地中生成石油的另一种岩石类型。相当于型干酪根。含大量陆源有机质的三角洲煤系（尼日尔、库特马哈坎三角洲）可形成大油田。 2.煤和煤系也和其他生油岩一样，需要达到一定的煤阶或成熟度才能生成石油。它们的生油潜力由于某些煤和煤系含丰富倾向生油的有机质而得到补偿。因此，生油量类似一般泥质生油岩，主要取决于富氢组分。 3.加强对煤系成油可能性的研究尤其是研究煤系所含的有机质类型、环境及热演化史，对油气勘探具有重要实际和理论意义。储集层研究部分了解到以下内容：一、储层岩石基本特征1. 层组划分及厚度产状 通过油层对比来完成该套储层的含油层组及小层的划分，剖面分布配置情况，顶底的地层接触关系。弄清储层的总厚度、单层厚度和层数，以及它们的产状。 2. 储层岩性 包括储层岩石的矿物组成、沉积相类型、详细的岩石名称，