石油地质学综述

1、石油天然气地质学专论论石油地质学的发展、进展与展望指导老师：沈忠民教授学生姓名：张 克 银班级学号：博200201032完成时间：2003年8月石油地质学的发展、进展与展望1、石油地质学的创立与发展石油地质学是人类认识石油，包括天然气和其它衍生物形成、演化和富集为矿藏，以及勘探和开发的总结。它脱胎于矿床学，其基本的理论是“异地富集说”，即油气生成以后，一般经过运移的过程，到另外适合聚集的地方去形成油气藏。因此，油气生成油气运移油气聚集就是油气藏（田）形成的三环节。我国,也是世界上最早有关于油气发现文字记载的国家。据成书于公元前1066771年的周易和成书于公元3292年的汉书·地理志

2、关于天然气和石油的记载看,至少已分别有三千年和一两千年历史。两三千年坎坎坷坷的勘探历史,曲曲折折的认识过程,还隐藏着多少值得人们去进一步思考的问题,一下也难说得清楚。但反思是必要的,反思过去是为了认识未来!在认识石油和天然气矿产的过程中,它的两个基本性质值得我们永记:一是它是一种有机矿产;二是它是一种具有流动性的矿产。前者提示我们它生成在什么地方;后者告诉我们如何去寻找它们。一部石油地质学发展史应该紧紧围着这个核心展开。但是,人类走进这个核心却经历了十分漫长而曲折的路程。本能认识:流动、燃烧人类对油气的第一认识就是流动和燃烧,如周易曾以“泽中有火”记录了天然气在水面上的燃烧;汉书·地

3、理志曾以高奴有洧水可燃记录了石油漂于水面流动并可燃烧的现象。而且,还将其用于煮盐、膏车和照明。直观分析:构造控制人类最早对油气分布的规律性认识,有据可查者可能属18401850到1890年在四川自流井气田沿构造轴线定的井位,虽然现在还难确知这些井是根据沿构造轴线裂缝分布的气苗定的,还是那时已识别出了背斜轴,但很难说是一种偶合。因为中国的堪舆家很早以前就有“水脉”和“龙脉”(山势)的说法。如华阳国志早在两千二百多年前就有李冰“能知天文地理,又识齐水脉,穿广都盐井诸陂池”的记载。也许二百多年前已识别出了自流井构造的“龙脉”,即背斜轴线的走向线。在此前后,四川自流井气田的“井口簿”还有“立缝见火,横

4、缝见水”的记录。说明当时已知天然气是沿垂直裂缝向上运移,而水则顺水平裂缝流动。几乎同时或稍后,即1847和1877年,俄国地质学家据油气苗呈线状分布可能与大断裂有关,提出了“石油线”的认识。与此同时,加拿大、美国的一些学者也注意到油气与背斜构造的关系,并逐步建立起了“背斜说”。19世纪80年代,美国地质学家White重申了油气聚集的构造原理。从18841889五年间,由他定的井位,在华盛顿和宾夕法尼亚等州发现了许多油气田。19世纪末,德、英等国也相继在东印度群岛和墨西哥等地找油。20世纪开始的15年内,美国地质调查所陆续报道了世界各地的惊喜发现,遂使石油地质学成了一门不可或缺的科学。在背斜说兴

5、起和发展过程中,还识别出了另外一些控油的构造因素或条件。如区域隆起控油等,可视为是背斜说的一种发展。到20世纪中叶,由于油气田的大量发现,人们开始将油气田同更大规模的地质构造单位联系了起来,提出了“含油气省”或“含油气区”的概念,并对其含义进行了大体相似的限定。如的定义是:“含油气省是指,在成因上有联系并与一大型区域构造单元相伴随的油气聚集区域。”这一概念的实际意义就是扩大了人们对油气分布认识的视野,有可能从全球角度认识其分布规律并进行预测。从“龙脉”或裂缝,或石油线到含油气省,为什么人们从发现油气起,就将其分布同地质构造联系了起来,主要是因为油气对构造的依存关系是首先反映到人们头脑中的客观实

6、体。但同时人们也通过思维和联想,进一步将认识提高到理性上。含油气省等的提出即是如此。但是,当人们进一步研究含油气省内的油气聚集时又发现,在一构造区带中并非到处都有油气分布,而是仅分布在某一特定地段,如含油建造分布地段;有时油气又可分布到不同构造区带之上,这就使人想到,油气并不完全受某一构造区带的单一控制。理性思维:盆地聚集在不同作者给含油气省的不同限定中,布罗德和耶列明科曾给出了这样一个定义:“含油气省是地壳的这样一个地段,该地段在漫长地质时期为一统一的沉积坳陷,而坳陷的特点是有共同的沥青生成作用和区域性油气聚集作用的条件。”他们明确指出,含油气省就是沉积坳陷,即沉积盆地。从而首先从构造区带中

7、识别出了只有其中的沉积盆地才具有成烃条件和区域性油气聚集过程。后来,他们就称其含油气省为含油气盆地。含油气盆地的认定,一方面是通过直接观察;另一方面则是通过理性思维,认识到只有沉积盆地才能集聚有机物质,并使之转化为油气。因此,布罗德在以后的著作中便力图从盆地的发展历史出发,从本质上将沉积盆地同成烃成藏过程联系起来。除此而外,还有,Weeks,莱复生等,也都先后提出了沉积盆地与油气的成因联系,如Weeks认为,盆地分类是评价未发现油气资源的基础。朱夏还提出了“把盆地作为一个整体率先考察它的全貌,进一步按沉积、构造等方面的特征来把盆地区划为若干具有不同含油远景的部分”的找油方针。70年代以来,板块

8、构造学的进展带动了沉积盆地成因机制、沉积类型和油气赋存条件等的研究,进而发展了含油气盆地的类比和评价,加深了油气与沉积盆地密切关系的了解。Chapman在其所著石油地质学中写到:“石油地质学大部是沉积盆地地质学,因为重要的石油聚集都存在于沉积盆之中。”Perrodon在其所著“石油地球动力学”一书中更直接了当地说:“没有盆地,就没有石油。”应当指出,沉积盆地也是岩石圈的一种构造单元。只有将沉积盆地与岩石圈构造连为一体通盘考虑时,才能揭示沉积盆地形成演化和在地壳中分布的规律,同时也就揭示了油气在地壳中分布的规律。由此而论,人们对油气规律的认识还是从首先反映到人们头脑中的油气与地质构造的依存关系这

9、一客观实体出发的。不论以大地构造为基础建立起的含油气省,还是从含油气省中识别出了含油气盆地,都代表着人类认识发展的一种趋向和历史必然。2世界石油地质理论新进展石油地质理论近年来取得了重大进展，主要体现在以下几个方面：（1）在科学理论方面近年来在以下七方面取得了较为突出的进展：板块构造理论、含油气盆地动力学、含油气系统、层序地层学、储层横向预测、储层流体地球化学、天然气地质学等。板块构造理论的进展与含油气盆地分析密切结合，使得人们对克拉通盆地、前陆盆地、裂谷盆地、大陆边缘盆地等不同类型含油气盆地的地质特征及其含油气关系的认识有了更深入的了解。含油气系统概念的提出、理论的初步形成以及在全国范围内掀

10、起的新的学术热潮进一步强调的石油地质研究的阶段性和系统性。层序地层学理论超越地震地层学原理，在研究沉积体系的基础上，开始向提高分辨率和适应陆相地层等不同地质条件的复杂对象方面发展。利用层序地层学原理预测含油气区带和圈闭的空间位置，进行圈闭描述与评价已经成为最重要的勘探研究内容。利用钻井测井资料与地震资料的层位标定和综合分析，极大地提高了井眼周围的地层分辨率，为储层横向预测开辟了新途径。有机地球化学在90年代初应用化学动力学原理开展生、排烃的定量模拟并建立了新的资源评价方法之后，把学科的发展点进一步转向了成熟勘探区的储集层流体的微观分析与评价方面。这将有助于对成藏模式和开发地质学的深入理解。天然

11、气地质学的进展拓展了油气生成和保存条件，而且随着对煤层甲烷、气水合物、深盆气等非常规天然气的研究，极大拓展了全世界的天然气资源量，为天然气世纪的到来展现了光明的前景。（2）在技术应用方面这方面的进展与勘探技术和勘探方法的飞速发展密切相关。巨型计算机、计算机网络、工作站、数据库以及三维可视化等五项计算机新技术极大的改变了人们对自然世界的认识和理解，使三维地质模拟方法和技术取得了快速发展，在盆地模拟、含油气系统模拟、油藏模拟以及地下成像方面取得了显著的进步。由全球卫星定位系统、地理信息系统以及地质信息系统组成的3G技术将是数据组织、科学研究、工程设计、生产管理上的一次新的飞跃。它不仅可以促进遥感地

12、质理论、地表化探理论的发展与应用，而且有助于综合更广泛的信息，为石油工业界构建通向未来的智力平台。随着综合录井技术、地质导向技术、随钻测量技术、随钻测井技术、随钻地震技术、中途测试技术以及多种系列的测井技术的新发展，为油气识别研究、现场早期评价研究提供了广阔的天地。井筒勘探技术的应用无疑在降低勘探成本、加快勘探发展、提高勘探成功率等诸多方面展现出巨大的优势和潜力。（3）在勘探实践方面具体进展表现在盐下层勘探的油气地质理论、深部油气地质理论、煤层甲烷勘探的地质理论以及深水勘探地质理论等方面。世界上没有完全相同的两个盆地，也没有完全相同的两个油气藏。针对不同勘探对象进行的勘探实践，构成复杂的知识体

13、系和经验系统。特殊的勘探目标有着特殊的知识体系和特殊的勘探经验。滨黑海、墨西哥湾盐下层勘探的突破掀起了盐下层勘探与研究新热潮。黑海、北海、波斯湾、塔里木等众多盆地都存在丰富的盐岩层和盐岩构造（包括石膏）。它们与烃源岩发育的伴生关系等一系列石油地质问题还有待于进一步探究。深层油气勘探拓展了油气富存的深度，开辟了众多新的勘探领域。幔源气体的广泛存在拓宽了地质家们对构造与油气关系的认识。研究认为，地幔热流的变化导致了地壳的变薄和盆地的形成，地幔热流的上升控制了沉积有机质的热演化和油气生成，幔源气体以及热流作用形成的无机来源气体的扩散，不仅能够形成有工业价值的气藏（二氧化碳气藏、氦气藏等），而且还能够

14、直接参与油气形成的化学过程，改变有机质热演化的产物类型、结构和比例。3、新理论、新技术、新方法的展望与应用（1）勘探技术的发展地震勘探技术有理由预测，至少在21世纪的前20年中，地震勘探技术将在地球物理、地球化学、遥测、地球动力学及其他技术中保持主导地位。这将促进在勘探钻井前对岩性、沉积充填、构造成因（地下动力条件）和油气潜力等进行预测。三维地震的发展趋势表明，目前实际使用的构造图中，适用于目标定向和地表环境研究的高清晰度和高密度全系统将会得到更大的发展。为了确定新地质目标的类型，需要采用多元探测（X、Y、Z）和各种波型的地震勘探技术以及多波地震技术。21世纪初期，“偏移”法取代共反射法将是处

15、理技术最大的改进。已有很多实例说明：原始震波图经迭代、目标定向和三维偏移处理后，在解释复杂地层模型时较常规共反射法处理有更多的优点。非地震勘探技术可以预计，非地震勘探技术的应用也将为21世纪的勘探带来积极的影响。利用它们的物理原理，特别是将它们综合而来的新技术用来解释勘探难题，尤其是在钻前预测地质剖面等方面会起重要的作用。高分辨率瞬变电磁测量技术已在现场测量中应用，电磁波在含油的地质介质中具有异常高的低频电阻散射现象，这是由油气聚集区周边的次生地球化学变质带引起的。这一现象成为用高分辨率电法测量油气目标时，需要高精度的电磁场测量的认识基础。地震重力测量技术是建立在对大量油气目标进行实验的基础之

16、上。在重力场的微观结构中，油气聚集是以小幅剩余异常的形式出现的，而其实际并不取决于深度和地质构造的复杂性。经过适当标准化后，这些异常可指示油气的单位储量有很好的相关性。其他前沿勘探技术侧视图地震勘探技术，从本质上讲，该技术是一种新的地震勘探方法，其作用是研究裂缝和定量评价受地质构造作用影响的应力形变条件及其变化。其实质是记录地震震源产生的散射波。低频声波测量技术，这项技术可在远景勘探阶段对圈闭中的油气产能进行预测。其基础是在可控地震方式下的弹性波作用后岩石探测驰豫作用。拟岩性测井方法，由地球物理和测井资料作出的剖面预测，可用来对井间储层岩石的性质、油气圈闭的轮廓和位置进行详细地预测，最后建立起

17、油田的地质模型。勘探地球动力学技术勘探地球动力学是用来获取地质介质中现有应力和形变场分布信息的方法系统，包括用仪器测量自然地球物理场、地球化学场和地震场（4D）的时间变化及最新运动，其物理和地质基础是：当前的地球动力过程和沉积盆地中区域性或局部构造形变之间的关系。（2）沉积盆地研究现状及发展趋势目前，沉积盆地的多学科研究主要致力于认识和预测以下几个方面的内容：a、板块构造和地幔对流格架中盆地的形式；b、盆地形成过程中烃类的产生和运移；c、现今和古流体的流动及化学运移；d、与构造环境相关的盆地充填的变化和热演化；e、地下孔渗性的时空变化；f、保存在沉积盆地中的构造、气候和海平面变化的记录。当前，

18、层序地层学、盆地动力学、盆地流体与成藏和成矿、盆地定量动力学模拟这四个密切关联的方面，代表着沉积盆地研究的最新进展和发展方向，也是今后的研究重点。层序地层学研究盆地充填最基本的方法建立盆地的等时地层格架一直是盆地研究的基础和难点，而层序地层学提供了一整套研究盆地充填、建立等时地层格架的方法，因而受到广泛的重视和应用。其今后需要作进一步研究的课题包括：a、深入研究及总结不同构造、古地理背景下层序地层格架的发育特征和模式；b、盆地充填节律的精细研究与高分辨率定年技术；c、多学科结合，拓展层序地层学在基础研究及资源勘探等方面的应用领域。盆地动力学板块学说的产生和发展，推动了盆地动力学的研究。随着21

19、世纪的到来，盆地形成机制的研究将成为固体地球科学最重要的主攻方向之一。盆地流体与成藏和成矿作用盆地流体研究已波及到十分广泛的基础及应用领域，主要包括：a、盆地中流体循环系统及其与构造体制的关系；b、盆地流体的成分、性质及其与岩石的相互作用；c、地质流体的识别、追踪技术与定量动力学模拟；d、流体输导系统及渗流动力过程研究；e、流体与成藏及成矿系统。盆地定量动力学模拟通过计算机模拟技术使盆地动力学的研究达到定量化和动态化，从而能够正确认识形成盆地的动力作用。目前，拉伸盆地的动力学模拟研究较挠曲类盆地（以前陆盆地为代表）进行得更为深入。（3）新技术、新方法应用全三维地震勘探一体化技术全三维地震技术系

20、统包含以下6个方面：野外施工设计及野外采集技术；资料处理技术；资料解释技术；资料属性提取方法（如做AVO和波阻抗）；地质模型综合建模；波场正演模拟。在全三维地震采集过程中，应该设计一个比较好的野外施工方案，它应该考虑到区域地质模型或者目标区地质模型。前者适应于勘探程度低的情况；后者适应于勘探程度高的情况。通过地震波场正演手段，设计野外施工方案，使得尽可能地均匀采集目标区的地震波场资料，特别是尽可能地采集来自目标地层能量的主要部分。对全三维地震资料处理现行的时间域处理技术有三大环节，即：水平叠加，叠后偏移技术，反褶积技术。时间推移地震技术利用其所制做的地震差异剖面是油藏物性随时间变化的地震表现。

21、它可以对流体流动、压力变化、温度变化及由开发措施引起的其他效应成像。它可应用于油藏开发的各个时期，对油藏变化进行连续监测，预测剩余油的分布，指导打加密井和水平井。微地震监测技术（听到并看到油气藏）微地震和勘探地震的差异在于，勘探地震的震源是可以直接控制的，有一个已知的位置和初至时间，而微地震监测中这两者均是未知的。因此，确定震源位置和初至时间是微地震监测的主要目地。由于震源在地表和井孔中无限地被补偿，因而能产生大量的地震能量；需要指出的是，它们的产生与生产过程中发生于油藏内部的大量偶发性事件有密切关系。微轻子（ML）油气探测技术微轻子粒子存在于所有物质中，但不同物质的微轻子系列和能量形态不同（

22、独特的），因此，可以通过一一比较各种分子结构及相应的性质来区分不同种类的微轻子。根据微轻子粒子动力学特征，物理学家设计出一种特殊的探测器，它可以采集到足以分辨石油、天然气和水等流体矿藏发射的微轻子信息。这些信息经过转换、处理后，能够准确地给出各套油气层的分布范围、厚度、埋深、孔隙度、地层温度、压力、原油组分、储量等多项参数。温度法帮助确定油气聚集区油气聚集通常伴随有温度异常的地化现象，这种方法需要建立温度异常图并进行解释，就可确定地下的油气区（定量的），而无需以前的勘探资料。而且，用这一方法确定地层圈闭储集层、预测储集层形状和边界、确定钻井井眼的底部位置不受断裂构造或侵入的盐体的影响。这种方法

23、简单、迅速、安全、不污染环境，且成本很低，一般测量完成后数小时内即可得到答案。油田薄层识别方法地震法是石油勘探中最有效的方法，如利用振幅信息识别薄层，在地下存在薄互层等更为复杂地层的情况下，可以采用分辨能力更高的积分能谱分析法。应用高分辨率测井技术核磁测井、地层电阻率扫描测井、电磁波传播测井、地层倾角测井、微侧向测井、微电极测井等划分薄砂层。目前又研究并使用了极板型高频（200MHZ）介电测井仪，薄层电阻率极板型测井仪，井筒成像测井仪等。其中薄层电阻率极板型测井仪具有很高的垂向分辨能力（能分辨12.7mm厚度的薄砂层）和更大的径向探测深度（330-530mm）；井筒成象测井仪也具有很高的垂向分

24、辨能力（能分辨8.4mm厚度的薄砂层），不仅能详细记录井壁整个环形的声波图像，而且能用于区分薄层、确定产层厚度以及确定地层的倾角。先进的诊断与成像系统随着油气勘探目标向着更深、更小、更复杂的构造转移，给油气开采增加了新的难度。即使采用最先进的地球物理技术对诸多油藏特征也不能进行成像。因此，利用先进的诊断与成像技术可大大降低勘探与开发的成本和风险。隐蔽油气藏预测技术勘探隐蔽油气藏的技术关键是确定油气藏的储集层和含油气性。其预测技术主要包括：a、高分辨率层序地层学研究技术；b、储集层横向预测技术，主要包括：G-LOG技术、SEIMPAR反演技术、模式识别技术、井间地震技术、多元油气综合评价技术；c

25、、分形地质统计学技术；d、油气检测技术，主要包括：亮点技术和AVO技术、利用纵横波进行油气检测、利用波形特征参数检测油气。利用地震、测井资料联合反演储集层物性参数地震、测井资料联合反演技术，是利用地震、测井数据的互补特性，从井间地震数据中反演地层的物性参数。神经网络用于地震反演技术前景人工神经网络在地球物理学中的应用始于20世纪80年代末。例如，Raiche对神经网络模式识别方法应用于地球物理反演作了讨论和展望；Murat等研究了用神经网络方法拾取地震初至；Wang等用Hopfield神经网络进行了自适应最小预测误差反褶积和震源子波估计。Hopfiled神经网络是一种常见的反馈式神经网络，它的

26、一个显著优点是其与电子电路存在明显的对应关系，从而使得该网络易于理解。含油气系统与油气勘探阶段的关系利用含油气系统的思维模式结合勘探的任务和目标来划分勘探阶段，其依据更充分，各阶段的目标和任务更明确，重点更加突出。含油气系统研究为区带评价提供了最佳的研究理论基础和分析方法。4、二十一世纪石油科技动向（1）信息技术与计算机的应用并行处理技术在加速开发新一代的并行计算机将向松散耦合与紧密耦合相结合的体系结构发展，大规模并行计算机的硬件体系结构渐趋成熟。编程技术将会更加普及，精确地震偏移成像处理和精细油藏数值模拟作为常规处理手段已为期不远。 “中央数据库”的创建和因特网的发展近年来随着自动磁带库的出

27、现，将数据库管理技术与自动磁带库管理结合在一起，并且随着POSC技术的推行，一些油公司、服务公司按Epicnntrc模型开发了“中央数据库”。通过数据库的创建，使油气勘探、开发过程中各类信息资源得以充分利用。而计算机网络通讯技术也随着计算机技术的发展而高速发展。一些石油公司和专业学会、研究机构都设立了电子广告牌和“信息页”提供商务、学术信息服务，斯伦贝谢公司还通过因特网从现场发送数据进入计算机系统。人工智能技术的发展人工智能在石油工业中主要用于专家系统、模式识别和神经网络。在石油工业中，专家系统在测井资料解释方面取得了一些成果。模式识别是神经网络在石油勘探开发中应用最多的领域，在测井岩性识别、

28、砂岩储集层识别方面都取得较好的效果；自1988年以来，神经网络技术在油层评价、钻头诊断、地震波形提取等应用逐步增多。三维可视化技术与虚拟现实的发展目前三维可视化技术已不仅仅作为显示方式，专家们还能在三维显示图形上进行人机联作，对成果进行人工编辑、解释。而虚拟现实技术是通过设备对人感知器官的刺激，使人感到处于设备所描述的环境中。这项技术可以使地质学家在研究地下地质情况时，通过虚拟技术“进入”所研究的地层，进行“实地考察”。 (2)勘探开发研究趋于一体化当巨型计算机、图形工作站以及各种微机得到普及并有效用于进行三维地震资料处理、油藏模拟和人机联作的对话式研究时，使得依靠纸和笔的时代开始迅速逝去，不

29、同学科在工作站和计算机网络系统上进行合作研究的新时代已经到来。现代油藏描述研究就是同时应用三维地震与油藏模拟的很好例子。(3)科技的多样化和实用性21世纪世界石油科技发展一方面取决于石油工业发展的需要；另一方面还受到其它能源部门发展速度的影响。单纯依靠一项技术以及追求其技术进步，很难获得满意的效果，石油工业的发展需要多方面的技术。与此同时，新开发的技术更加重视实效。石油科研立项先由生产现场人员提出课题，经过生产与研究人员的多次结合，最后共同研究。这样既保证了成果的实用性，又提高了应用效率，避免科研工作的浪费。(4)多学科工作组的产生在当前，油气勘探开发条件越来越复杂，技术难度也越来越大，要求集中各种技术方法，多学科、多专业技术人员，密切配合，协同作战，采用多学科综合研究的方法来解决生产中的重大课题，这样多学科工作组就应运而生。多学科工作组一般由地质、地球物理、钻井、采油生产、油藏工程、地面、信息技术等人员组成，集中对石油、天然气勘探、开发领域内的某一