现代油气成因理论课件

第二讲石油地质学石油地质综合研究的内容与层次石油地质综合研究的内容主线：油气的生成，运移，聚集和分布规律。含盖内容：生，储，盖，圈，移，保。涉及学科：地层生物学、矿物岩石学、构造地质学与大地构造学、沉积学、储层地质学、有机地球化学、石油地质学、地球物理勘探、钻井、试油、油气的开发、计算机科学与技术。生油气母质及化学组成主要由：类脂化合物、蛋白质、碳水化合物及木质素和丹宁等生物化学聚合物组成——通过腐泥化及腐殖化形成干酪根。一、成烃理论研究干酪根——沉积岩中不溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。传统观点认为：油气特别是石油是由低等水生生物（Ⅰ、Ⅱ型干酪根）生成的，且只有当有机质深埋到一定程度后才能大量生成石油，此即蒂索等70年代提出的干酪根晚期热降解生烃理论。煤成油理论低熟油气理论碳酸盐岩成烃理论无机成因说80年代以来，随着油气勘探与成烃研究的不断深入，传统的成烃理论不断受到挑战，出现了煤成烃理论、低熟油气理论等一些新的成烃理论和成烃模式。另外，对碳酸盐岩成烃特点的研究也取得了一些新的进展。这些都极大地丰富了油气生成理论，对80年代以来的油气勘探起了重要的指导作用。腐泥组∨壳质组∨镜质组∨惰性组1、干酪根的类型及演化中扬子地化剖面干酪根镜检鉴定结果表

类型T12T11P22P13P12P11S2S21S11O∈2+3∈1Z22Z21腐泥型（I）1

1

35

1

2混合型Ⅱ1

612

11

2414Ⅱ221

13115325

腐植型（Ⅲ）3121581222111

合计68317826331951116①震旦系上统—三叠系下统，生物主要以低等海生生物为主，缺少陆相高等植物。这样出现大量的腐植型干酪根，与当时的生态环境不相符。②评价干酪根母质类型主要以透射光鉴定为基础，其本质的弱点是分辨力差。尤其是在高成熟阶段后，所有的显微组分均变得不透明，鉴定结果的有效性受到明显限制。常用烃源岩评价标准陆相盆地烃源岩有机质丰度评价标准有利的生油相带：浅海盆地相—浅海槽盆相、台棚相组的凹槽台地相、滨岸沼泽相等。中国古海域沉积环境综合模式示意图中扬子早寒武世早期岩相古地理与烃源岩分布图宜昌●潜江盐湖北部断坡带盐湖沉积模式在盐湖盆地的物源入口（陡坡）一侧，陆源碎屑物质供应比较充沛的部位，由于“含盐度较低的河水”大量注入，盆地水体的盐度较低，盐岩沉积不发育，形成陡坡三角洲沉积，在湖中心南部斜坡上形成盐湖砂坝。沉积微相模型潜北东区潜4段沉积微相类型划分表

有利的生油相带：前三角洲相、深水—半深水湖相。油油油气气气54321620602060(%)蒂索1975Ⅱ类Ⅲ类Ⅰ类深度(Km)几种不同类型干酪根成烃模式比较图母质类型判别源岩要考虑显微组分/演化阶段10演化阶段演化阶段演化阶段甲烷低成熟原油高成熟油最终甲烷气演化阶段20102020401010(%)(%)(%)(%)成岩深成阶段康托罗维奇等1976腐泥型腐植型腐泥型腐植型腐泥型腐植型迭腐型傅家漠1977黄第藩等1981杨万里等油油油油油油气气气气气气气未成熟低成熟原油未成熟过成熟重油轻油干气常用有机质成熟度指标有机质热演化阶段Ro（%）TAITmax(℃)PI（S1/S1+S2）成岩阶段<0.6<430<0.10深成作用阶段生油主带0.6～1.35<2430～4800.1～0.4凝析油和湿气带1.35～2.02.0-4.0480～600>0.4准变质阶段>2.0>4.0<6002、时间—温度指数（TTI）沉积有机质向油气演化的过程，是时间、温度持久有效发挥作用的结果成熟度=△TTIi=ri

n·

△ti=2ni

·

△tiTTI=∑

r

n（

△tn）=∑（2n）（△tn

）nmaxnminnmaxnminThmDev2004.exe建28井建28井3、排烃门限生留烃量(mg/gc)生留烃量(mg/gc)埋深(m)有利勘探领域生烃门限(R0≈0.5%)生烃高峰生油结束排烃门限排烃高峰排油结束埋深(m)庞雄奇等（1991,1995,2001）Tissot&welte（1978）排烃量残烃量有利勘探领域排烃门限(地质概念模型)排烃门限早于生烃门限生烃门限早于排烃门限1000200030004000500060007000各地史期排气特征未熟油排量占0％累积排油气强度各期排油气强度EN7%15.3%7.2%Q累积排烃量排烃量2000100070003500m3/m2m3/m2CP2CT1T2T3J1J2J3KENQ今地史演化过程古埋深m未熟成熟高熟过熟R%=0.5R%=1.0R%=2.0天然气及排出门限液态烃及排出门限②①①②层断性域区1.P2、T3、J1和J2四套泥质源岩在地史期既能排油、也能排气;2.进入排气、油门限最早的是

P2(J1),最晚的是J1(Q)；全井排油高峰期在J3沉积期,排气高峰期在K沉积期;3.品质较好的油源岩是P2、T2、J1和J2;气源岩是P2、J1、J2

和T3;4.贡献最大的油源岩层是P2(88%),次为J1(6.6%)、J2(4.1%)和T3(1.7%),贡献最大的气源岩层是P2(76.3%),次为J2(14.6%)、J1(7.9%)和T3(1.2%).5.泥质源岩60%以上的气以水溶、扩散相排出,35%左右以游离相排出.各地史期排油特征J163664.6%1200600KENQJ2Kg/m21未熟阶段排气量占:13.2%Kg/m21J114.0%7%19.5%55%T2J1J2P210002000202711.4%6.2%J2J3J1K37.1%15.8%J2J3P288%100200J1J28.8%133P2T31.7%4.1%17708144J2J1T3P276.3%1.2%7.9%14.6%414240022444400800各层有效运移油强度各层有效运移气强度

主控因素：母质数量(TOC)、母质质量(KTI)、转化程度(R%)4、排烃门限的变化规律0.20.52.01.5S3S2S15.04.03.02.01.00.202550751001.0母质数量(TOC,%)母质质量(KTI)油

门限判别图版随TOC增大变浅；随KTI增大变浅；随R%增大变浅

TOC/KTI/R%互补4、排烃门限的变化规律生：烃源岩层位，厚度，分布，有机质丰度。储：储层岩性，物性，厚度，分布。盖：盖层岩性，厚度分布，性质（区域盖层、直接盖层）运：运移路径，方向，距离，时间圈：圈闭类型，大小分布，形成时间，发育历史，与成藏时的匹配性。保：成藏期后的构造运动，热事件等。二、储集层和盖层储集层、盖层的岩性储集层：具有互相连通的孔隙、裂隙，能够储存和渗滤流体的岩层储集层主要岩性：各类砂岩、砾岩、石灰岩、白云岩、礁灰岩、颗粒灰岩，及少量火成岩、变质岩、泥岩等。川利凸起厚度特征及相带分析岩芯、薄片和扫描电镜观察表明，黄龙组孔隙、洞穴和裂缝均较发育；孔隙以溶蚀孔、粒内溶孔、晶间溶孔为主，次为非组构溶孔、粒间（溶）孔，铸模孔少量。其中，黄龙组二段孔隙最为发育，薄片见孔率一般>70%，以溶蚀孔、粒内溶孔、晶间溶孔为主。储层特征黄龙组储层孔隙结构总体上较差，以Ⅲ、Ⅳ类为主，但二段孔隙结构较好，以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类为主。储层特征（一）碎屑岩储层评价1、相分析：①

岩性标志：特别是结构特征和构造特征分析古沉积环境和水动力条件。

②化学成因标志：利用粘土岩和化学及生物化学岩的颜色、自生矿物、有机质、微量元素（如锶、钡、镁、铁、锰、氯等），以及碳、氧同位素等，分析古沉积环境的水介质物理化学条件。③生物成因标志：利用生物化石的类型、形态、大小、成分、分布、丰度、保存完好程度，遗迹化石的类型、产状、丰度、组合关系及植物根痕迹等，分析古沉积环境。④电性标志：利用自然电位、自然伽马、电阻率、密度测井及含氢指数等恢复古沉积环境，划分沉积相。利用高分辨率地层倾角测井判断沉积构造及恢复古水流流向。⑤

地震标志：利用地震反射特征、形态和内部结构特征，划分地震相。要注意地震相与地质相的差异。2成岩作用评价内容利用各种分析测试手段开展成岩标志研究（详见碎屑岩储层评价规范），划分成岩阶段，并进行储层成岩作用研究。分析压实作用、胶结作用、

溶解作用、重结晶作用、交代作用等与孔隙形成的关系，

确定孔隙成因类型及分布；研究次生孔隙及其识别标志；

研究孔隙类型、孔隙结构及其控制因素；

确定有利孔隙发育带及其分布规律。成岩作用阶段划分：按SY/T5477规定划分成岩阶段。①自生矿物分布、形成顺序及自生矿物中包裹体的均一温度。②粘土矿物组合及伊利石/蒙皂石（I/S）混层粘土矿物的转化。③岩石的结构、构造特点及孔隙类型。④有机质成熟度。⑤古温度：

Ⅰ流体包裹体均一温度。Ⅱ自生矿物形成温度。ⅢI/S混层粘土矿物的演化。3、成岩阶段划分依据①同生成岩阶段：沉积物沉积后至埋藏前所发生的变化与作用的时期称同生成岩阶段。其主要标志有：

a.海绿石主要形成于本阶段；

b.鲕绿泥石的形成；

c.同生结核的形成；

d.沿层理面分布的微晶及斑块状泥晶菱铁矿；

e.分布于粒间和粒表的泥晶碳酸盐，有时有纤维状及微粒状方解石；

f.有时有新月形及重力胶结。成岩阶段划分②成岩阶段指沉积物已脱离沉积时的水体，在埋藏过程中经胶结、固结成岩直至变质作用之前所发生的物理，化学作用的时期成岩阶段划分Ⅰ早成岩阶段：A、BⅡ晚成岩阶段：A、B、CⅠ早成岩阶段：指沉积物由弱固结到固结成岩的阶段。Ⅱ晚成岩阶段：指岩石固结后，在深埋环境下直到变质作用之前的阶段。③表生成岩阶段：指处于某一成岩阶段弱固结或固结的碎屑岩，因构造抬升而暴露或接近地表，受到大气淡水的溶蚀，发生变化与作用的阶段。4、碎屑岩储层评价标准（二）碳酸盐岩储层评价1、储层岩石学特征评价：

颜色、矿物、结构、

沉积构造（物理成因构造、化学成因构造、

生物沉积构造、生物—化学沉积构造）；2、沉积层序研究（划分沉积旋回，确定其性质、大小；分析旋回间的接触及组合关系；在旋回内部划分次级旋回并分析不同级别沉积旋回的成因及控制因素）及相划分3、成岩作用评价：

分析压实作用、

胶结作用、

溶蚀作用、

白云岩化作用、

去白云岩化作用、

重结晶作用，研究影响因素，划分成岩环境及成岩相。4、确定成岩序次与孔隙演化间的关系，编制成岩序次与孔隙演化图。划分次生孔隙类型和发育段。5、储集性能评价①储层储集空间类型；

②储集空间特征：孔、洞、缝的发育和分布；③储集岩基质孔隙结构特征.；④储层的储集类型；⑤储层物性：孔隙度、渗透率大小、分布及在纵向上的变化规律，以及不同围压条件下孔隙度与渗透率大小和分布。⑥储层孔隙结构与储层物性之间的关系。⑦储层储集性能的影响因素：Ⅰ分析沉积条件对储层储集空间类型、大小、形状、发育程度及连通情况的影响。Ⅱ成岩作用对储层储集空间形成、发展以及消亡的影响。Ⅲ构造作用对裂缝发育分布的影响。6、碳酸岩储层评价标准（三）盖层封闭性评价盖层主要岩性：蒸发岩类、泥页岩类，及灰岩少量火成岩、变质岩等。特殊盖层有：水合物盖层（甲烷在低温高压下具有与水形成水合物晶体而丧失活力形成封盖）、沥青盖层（先期油气藏破坏后重质沥青滞留在储层中，对后期运聚的油气起封盖作用）等。根据分布范围的不同可分为：区域性盖层、局部性盖层根据与油气藏纵向位置的关系可分为：直接盖层、上覆盖层1、盖层的微观封闭性毛细管封闭烃浓度封闭（压力系数1.0-1.31，常压）物性特征微孔隙结构扩散系数超压封闭2、影响盖层有效性的因素①岩性：页岩、泥岩盖层常与碎屑岩储集层并存，盐岩、膏岩盖层多发育在碳酸岩剖面中，裂缝不发育区的致密泥灰岩、灰岩也可充当盖层。②韧性：在褶皱带及推覆带中，盖层的韧性对油气封存至关重要。③盖层厚度：理论上说盖层厚度对封闭能力没有直接影响，但当盖层的排替压力或剩余压力不够大时，加大厚度能弥补不足。④连续性：盖层的大范围连续稳定分布对于油气聚集有十分重要的意义。盖层面积越大，越有利于形成大油气田。油气运移贯穿于油气藏的形成、调整和破坏的全过程，因此，搞清油气运移的途径、方向和时期对油气勘探具有重要的指导意义。1、油气的初次运移：油气从烃源岩向储集层的运移为初次运移。①运移相态：水溶相、游离相、油溶气相、气溶油相等；②主要动力有压实作用、欠压实作用、蒙脱石脱水作用、有机质生烃作用、流体热增压作用、渗析作用及构造应力作用、毛管压力、扩散作用、和碳酸岩固结及重结晶作用等。三、油气的运移（一）基本概念2、油气的二次运移：石油和天然气进入储集层以后的一切运移，都称为二次运移。可追索油气运移方向。①运移相态：主要呈游离相，天然气可呈游离相和水溶相②主要动力有：浮力、水动力、构造运动力作用等。③运移通道：储集层的孔隙、裂缝、断层和不整合面等。三、油气的运移（一）基本概念油气藏分布在油气运移的路径上，因此寻找油气藏的关键在于确定油气运移的路径和方向。但首先要确定油气源。三、油气的运移（二）油气源对比（包括油气与源岩的对比以及不同油气之间的对比）常用对比指标：1、正构烷烃分布特征：形态、碳数分布范围、OEP、主峰碳等；2、异戊间二烯型烷烃：姥鲛烷/植烷、非姥鲛烷/姥鲛烷、姥鲛烷/正十七烷、植烷/正十八烷、（姥鲛烷+植烷）/（正十七烷+正十八烷）等；3、甾、萜类化合物特征：规则甾烷碳数分布特征（C27、C28、C29三角图）、也把反映母源的参数与沉积环境参数结合的、及把母源、沉积环境与成熟度三者结合的参数；4、稳定碳同位素：单体烃碳同位素等。原油同源性对比马王庙地区原油和总口、拖市地区原油同为半咸水-咸水湖相原油咸水-半咸水湖相油气藏分布在油气运移的路径上，因此寻找油气藏的关键在于确定油气运移的路径和方向。沉积盆地中油气运移和分配往往是不均匀的。而那些在历史上油气呈汇聚运移的区域对油气藏的形成最为重要。

研究确定油气运移的流向最好办法就是在生烃期确定后，研究生油层顶向古构造面貌。进而计算流体势，从而分析确定油气的流向和流量。（三）、油气运移途径研究1、古隆起控制油气的运移方向江汉探区泥盆系沉积前震旦系顶面古构造图乐山-龙女寺古隆黔中古隆大巴山大洪山古隆高势区低势区高低低2、流体势分析：Hubbert将地下单位质量流体具有的机械能的总和定义为流体势鄂西渝东区侏罗纪末期上震旦统运载层气势平面分布图油气在储层中运移，表现在：油气中轻质组分增加↑沥青质和胶质含量减少↓

比重和粘度减小↓大分子难以通过孔隙喉道而变残留下来，岩石对大分子和极性强的分子吸附作用强，使得运移方向上低小分子运移速度快。3、油气组分对比—同一油源才能进行运移地化指标的研究。油气在储层中的运移会在储层中残留痕迹，运移会引起组分分离，使油气组成和生物标志物发生变化，利用地层色层效应可追索运移方向。用甾烷参数表示的成熟-运移图（BMAI分布图）成熟度纵坐标：5a(20s)/5a(20R)代表烃类成熟度。横坐标：14β、17β(20R)/5a(20R)代表运移距离。——实线为成熟度趋势线--虚线为地层色层效应，即运移趋势线。①利用生物标志化合物分析运移最经典的图式烷基咔唑类分子结构示意图咔唑类的1至8号碳位都可被烷基取代，根据1、8碳位的取代情况，烷基咔唑可分为三组：第一组（G1），1、8位氢原子全部被烷基取代，N-H全屏蔽；第二组（G2），1、8位上只有一氢原子被烷基取代，N-H部分屏蔽，为半裸露型；第三组（G3），1、8位氢原子均未被取代，N-H全裸露。②三环萜/五环萜：三环萜烷比五环萜运移快↑③含氮化合物，研究油气运移是近年来的重要新进展。含氮化合物评价油气运移原理1、随着运移距离的增加，地层的分馏效应使含氮化合物的绝对总量降低;2、咔唑类化合物上的氮氢键上氢原子易与岩石上负电性的原子形成氢键。全屏蔽型含氮化合物受岩石吸附作用弱，随着运移距离的增加逐渐富集；而半裸露或全裸露型含氮化合物受岩石吸附作用强，随着运移距离的增加含量逐渐降低。表现为随运移距离的增加屏蔽/半屏蔽、屏蔽/全裸露比值增大。1,3

G1—极性小，与周围媒介作用小，运移相对较快；-H全屏蔽

G3—由于N-H全暴露，与周围媒介特别是围岩表面作用强，因此其运移速度最慢；

G2—则居中。马王庙油田与拖市总口原油生物标志物参数对比马王庙油田各油组的原油和拖市、总口原油生物标志物各项参数基本相同，表明它们同源关系好

C29异甾烷20R表现为富集效应，这是与运移作用有关的异甾烷富集现象。同处于高成熟阶段的原油，生标参数难以指示出油气运移方向马26斜4-71井马斜56井马13井马30井马16井马24井C29甾烷指示油气运移方向图成熟作用运移效应潜深11井总3X井马王庙油田含氮化合物油气运移指标选择选取参数靠近生油洼陷的总口、拖市原油含氮化合物总量比马王庙油田高。总体随着油气运移距离的加大总量逐渐减少，马24井含氮化合物富集，原因在于马24井原油埋深较浅，受生物降解后，饱和烃降低、非烃比较富集油气运移方向马36斜9-3马王庙油田侧向运移模式含氮化合物的异构体在较长距离的运移过程中，同样表现出强烈的运移效应。具体表现在屏蔽型的1,8-DMC有富集趋势，而全裸型的二甲基咔唑如2,7-DMC受储层的吸附而明显减少，所以1,8-/2,7-DMC随油气运移距离的增加比值逐渐增大油气运移方向1.67比值1.701.691.621.44马36斜9-31.881.392.502.581.39马王庙油田侧向运移模式4、利用δ13C1同位素判别天然气垂向运移距离对于同—地区或气田，同一种母质来源的天然气，利用同位素组成与干燥系数来判别天然气的运移作用是行之有效的方法之。其原理是首先确定研究区源岩的埋深与成熟度的对应关系，然后利用δ13C1—RO关系和深度—RO关系，可以计算出天然气源岩相当于现今的埋深，再结合目前的产层深度，就可以估算出天然气的垂向运移距离。注：14.121lgRO—34.39±式中取-2.5(据戴金星)利用δ13C1值估算东方1—1—2井气层天然气垂向运移距离5、天然气运移的同位素分馏效应天然气在运移过程中，同位素组成将发生分馏作用，沿着运移方向，δ13C1、δDC1值逐渐变轻，C2—C4烷烃系列同位素也呈递减趋势，但往往变化较C1同位素平缓。东方1—1气田（2井）天然气垂向运移同位素组成变化崖13—1气田天然气侧向运移同位素组成变化在天然气侧向运移过程中，随着δ13CCO2值的变轻，CO2含量也是沿着运移方向递减的。对于同一来源的天然气，CO2含量及同位素组成在运移方向上明显变化似乎暗示着有机成因的CO2成分可能发生优先运移。东方1—1气田（2井）天然气垂向运移同位素组成变化

6、CO2的变化指示天然气侧向运移四、石油和天然气的聚集（一）基本概念

1、圈闭：适合于油气聚集、形成油气藏的场所，成为圈闭。圈闭由三部分组成：储集层、盖层、阻止油气继续运移的遮挡物，它可以是盖层本身的弯曲变形，如背斜，也可以是断层、岩性变化等。但圈闭中不一定都有油气，有一定数量的运移的油气，由于遮挡物的作用，组织了继续运移，而在储集层中聚集起来，而形成油气藏。

2、油气藏：是地壳上油气聚集的基本单元，是油气在单一圈闭中的聚集，具有统一的压力系统和油水界面（？）。四、石油和天然气的聚集

3、圈闭的度量：溢出点、闭和面积、闭和高度、有效孔隙度和储层厚度、圈闭的最大有效容积。

①、溢出点：流体充满圈闭后开始溢出的点水称为溢出点。②、闭和面积：通过溢出点的构造等高线所圈出的面积称为该圈闭的闭和面积。

①、边水:若油层厚度不大，或构造倾角较陡，此时油气充满圈闭的高部位，水围绕在油气藏的四周，即含油边缘外为水称为边水。②、底水：若油层厚度大，倾角小，油气藏的下部为水则为底水。

4、油气藏的度量：含油边界和含油面积、底水、边水、油气柱高度、气顶和油环、充满系数。四、石油和天然气的聚集（二）油气富集条件

1、充足的烃源条件

4、必要的保存条件：构造运动的影响；区域水动力对油气藏保存的影响。

2、有利的生、储、盖配置关系

3、有效的圈闭：①圈闭形成时间与区域性油气运移时间匹配；②圈闭的位置临近油源区。（三）油气藏形成时间的确定1、埋藏史与成烃演化史研究2、构造发育史

2、构造发育史

3、圈闭形成时间的确定①、包裹体的类型和分布特征4、流体历史分析确定油气藏形成时间②、各类包裹体均一温度分布研究③、各类组合类型包裹体形成时间分析④、油气运移时间推测推测为印支运动早期捕获的包裹体，为上古生界低熟油及下古生界高熟油的运移造成的。推测为晚燕山期过熟油气运移时，先期的裂缝作为主要运移通道时捕获的。晚燕山期裂缝此时正是下古生界过熟油气及上古生界成熟油的运移时期，捕获的有机包体以Ⅱ、Ⅲ类为主。此外还有储层成岩作用与烃类流体运聚关系分析、成岩矿物同位素地球化学分析、储层固体沥青分析等多种方法手段，需要在工作中加以灵活应用。（四）油气藏的类型1.构造油气藏--由于地壳运动使地层发生变形或变位而形成的圈闭称为构造圈闭；在构造圈闭中的油气聚集称为构造油气藏。圈闭类型（有利的圈闭类型是获得气藏的主要因素）1.构造油气藏（四）油气藏的类型2.地层油气藏--指储集层由于纵向沉积连续性中断而形成的圈闭，即与地层不整合相关的圈闭，在地层圈闭中的油气聚集称为地层油气藏。（四）油气藏的类型3、岩性油气藏：由于储集层岩性变化所形成的圈闭为岩性圈闭；在其中聚集了油气即为岩性油气藏。4、水动力油气藏：由水动力或与非渗透性岩层联合封闭，使静水条件下不能形成圈闭的地方形成油气圈闭称为水动力圈闭；在其中聚集了商业规模的油气即为水动力油气藏。5、复合油气藏：储油气圈闭往往由多种因素控制，当多种因素共同起大致相同的作用时，就成为复合油气藏，如构造—地层、构造—岩性、岩性—水动力复合油气藏等等。（五）、岩性地层油气藏形成条件圈闭形成条件

纵向沉积连续性中断储集体相变尖灭

致密地层中次生溶蚀孔洞或裂缝发育鼻状构造背景有利储集条件有利相带：（扇）三角洲前缘、浊积扇、河道砂体

退积型、进积型、孤立型,水进期、低位期、高位期良好供油途径

储集层直接与生油层接触断层或不整合连接圈闭和生油层。有利聚集区带