石油地质学课件：第七章 油气藏的形成 第一节 油气成藏动力 2013

1、 油气作为一种埋藏在地下的天然流体矿产，与盆地乃至地球中其它流体一样，有其形成、运移、聚集、保存或逸散过程，且该过程必然受到自然界许多因素的制约。石油和天然气在地下流体中的渗流过程为一物理过程，必然遵循流运动的动力学机理。 沉积盆地内的油气富集本质上是由温度、压力和有效受热时间控制的化学动力学过程与由压力、浮力、水动力和流体势能联合控制的地下流体动力学过程综合作用的结果。第一节 油气成藏动力学 所谓油气成藏动力学就是以盆地为背景，以油气为对象，综合利用地质、地球物理、地球化学手段和计算机模拟技术，在烃源岩和流体输导体系发育的格架下，通过能量场演化及其控制的化学动力学、流体动力学和运动学过程分析

2、，研究油气生成、运移、聚集、保存的动力学过程及其控制因素的综合性学科。由此可知，油气成藏动力学的研究基础是盆地构造演化、烃源体识别与流体输导体系建立，研究核心是能量场（包括温度场、压力场、势能场、应力场）演化及其控制的化学动力学和流体动力学过程。 沉积盆地实际上是一个巨大的低温热化学反应器，地温是决定有机质成烃演化的最重要控制因素，与油气形成关系密切，是盆地油气远景评价中的主要参数之一；并且，对油气的保存与破坏，地温也是具普遍意义的控制因素。 沉积盆地的地温场主要受地幔热流、地层放射性热源、热传导、热对流、热辐射、岩石热导率、流体热导率、岩石组成等多种因素的综合影响，其中热传导是沉积盆地中热能

3、传递的基本方式，控制着区域地温场，传导热流的强弱主要取决于盆地形成演化的深部过程、动力学机制及沉积盖层非均质性引起的基底热流的再分配；热对流常常导致局部地温异常，热辐射则影响着地表温度。一、温度场 地下温度、地温梯度和大地热流是表征地温场的三个基本参数。 地下温度数据是研究地温场的最基础和第一手资料，钻井资料的测温数据包括稳态测温、准稳态测温、静态测温、瞬时测温和流温等，其中稳态测温资料最为重要。 地温梯度反映了地温随深度的变化，并可用于反映地温在平面上的分布状况，是描述地温场的重要地质地球物理参数，计算公式为： 式中，G为地温梯度，/100m；TH为H处的温度，；T0为地表恒温带（地球内热与

4、太阳辐射热的相互影响达到平衡的地带）的温度，；H为测温点与恒温带深度之差，m。 大地热流表示的是地球内部在单位时间内向地球表面单位面积上传递的热量，是地壳深部热特征的反映，能从本质上揭示地温场的固有特征，是表征地温场特征的最重要地质地球物理参数，其在数值上等于地温梯度与岩石热导率的乘积，即： QKG 式中，Q为大地热流，mW/m2；K为岩石热导率，W/(m)；G为地温梯度，/km。大地热流 地温场研究的主要任务就是在查明现今地温场特征的基础上，确定研究区的古地温场。 盆地的今地温场一般根据钻井实测地温及大地热流测试资料确定。 对古地温场的确定，目前主要是应用镜质体反射率、自生成岩矿物、流体包裹

5、体、同位素组成、矿物裂变径迹、牙形石色变指数、煤阶、有机地球化学等资料来指示地质作用过程中曾经历过的温度，或从盆地形成和演化的动力学机制以及地球内部热传播方式出发，建立热史模型，正演恢复沉积盆地的古地温。 地温场的研究方法压力是油气排出、运移和聚集的前提与基础，且其与油气生成、保存及成岩成矿流体的关系十分密切。 沉积盆地内部的压力场可分为： 异常低地层压力（负压）； 正常地层压力（常压）； 异常高地层压力（超压）； 三者的交叉组合。 1878年，俄国学者Gulishambaror在描述阿塞拜疆巴库附近Balakhany油田的石油喷泉时首次提出并讨论了异常压力的概念； 1953年，Dickins

6、on对美国墨西哥湾岸地区的异常压力进行了研究，从而揭开了异常压力研究的时代序幕并延续至今。二、压力场 所谓异常高流体压力系统（超压系统）一般是指地层压力系数大于或等于1.2的压力系统，其顶、底或四周被封隔层所包围。 世界上超压盆地有180多个，其中160多个是富含油气的盆地，超压油气田约占全球油气田的三分之一左右； 我国主要油气田都发育或曾经发育异常压力，且随着油气勘探程度的逐渐提高和向深处勘探的不断进军，必将发现更多的超压含油气盆地和油气田。 超压系统的区域分布状况和特征已成为目前油气勘探与评价以及油气运移地下流体动力学研究的基础之一。异常超压概述 迄今为止，可用于研究和预测地下流体压力场的

7、方法有很多，但就其应用的广泛性和重要性而言，以声波测井、实测地层压力（DST、RFT、FMT等）和地震速度资料最为重要。其中前两种方法仅适用于已钻探地区，后者则可应用于凹陷深部和未钻探地区的压力场研究和预测，为钻探提供钻前预测服务，并使压力场和超压系统的研究得以在盆地级规模上展开。超压研究方法初始为正常静水压力，持续沉降阶段为异常高压在隆升阶段转变为异常低压，最后又恢复为正常静水压力。一个层系的压力旋回可以发生在1020Ma或更长的地质时期中。图1 盆地流体的压力旋回（据Meissner, 1987)压力封存箱（封隔体）是盆地中的异常流体压力封隔体，又叫流体封隔体或压力封隔体：三维空间上被包围

8、和封闭的独立压力系统，可以是任意形状，任何一种压力封存箱必是由封隔层及其所包围封闭的空间组成。封隔层不仅可以阻止油气而且也可以阻止地层水的渗流，是异常地层压力的具体表现。压力封存箱（Compartment） 油气二次运移是在饱含水的多孔介质的输导层和通道（断层、不整合面和相互连通的孔隙裂缝系）中发生的以独立相态为主的位置迁移。 在同一输导系统内，对油气运聚起控制作用的主导因 素是油气的势能。三、流体势能场 流体势的定义有多种，目前应用较广泛的有两种。 （1）Hubbert（1940，1953）提出的概念，他将单位质量流体所具有的机械能的总和定义为势，其由位能、压能和动能三大部分构成，其数学表达

9、式为： 式中，为流体势，J；g为重力加速度，m/s2；Z为测压点高程（从选定的基准面算起），m；p为孔隙流体压力（地层压力），Pa；为地下流体的密度，kg/m3；q为流体的流动速度，m/s。 （2）England（1987）提出的定义，他将流体势定义为从基准面（点）传递单位体积流体到研究点所必须做的功，或相对于基准面单位体积流体所具有的总势能，其考虑了毛细管力作用对油气运移的影响，数学表达式为： 式中，为流体势，J；为地下流体的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；z为地层埋深（从选定的相对基准面算起，向下为正），m；p为孔隙流体压力，Pa；为界面张力，N/m；为润湿角；r为深度z处的岩

10、石孔隙毛管半径，m。 根据流体运动的力学原理，流体（油、气、水）总是从其自身的高势能区向低势能区运移，并最终在闭合的低势能区聚集，形成油气藏。 在进行流体势能场分析时，应注重在三维烃源岩体和流体输导体系发育的格架下，流体运移期古流体势的模拟恢复，以确定与输导体系相连通的最有利的聚油构造。 压力和势能场与油气形成分布的关系主要表现在： （1）地静压力、压实作用：初次运移； （2）流体势：油气初次、二次运移，指明有利聚集部位； （3）促进油、气、水运移； （4）压力与温度：改变气在油、水中的溶解度，影响烃类物系的相态变化，控制油气藏的形成与分布； （5）异常地层压力：流体压力封存箱； （6）异常压

11、力带与欠压实带； （7）压实背斜圈闭的形成与分布； （8）盐丘、泥丘等刺穿构造的形成与分布。 构造应力场研究的主要内容是在确定各地的点应力状态(时间、大小和方向)的基础上，研究在一定区域范围内各个构造活动时期的构造应力分布。 构造应力场是影响油气运移、聚集乃至保存和破坏的重要因素之一。 构造应力场的研究无论是对划分盆地构造演化阶段与认识盆地构的发育规律和油气运移聚集规律，还是对油气田的开发都有十分重要的意义。 从区域上看，构造应力场控制了生油深凹陷、油气聚集带、沉降中心以及烃源岩系的展布；而在局部上，构造应力场则在一定程度上影响着含油气构造和油气田的分布。四、构造应力场 盆地构造应力场分析可以从地质分析和模拟分析两个途径入手。 其中传统的地质分析方法是构造应力场分析的基础，其主要是根据各种构造形变、岩石力学实验资料、生物化石、同位素资料及数学解析、物理模拟、井壁崩落法、凯赛效应法、