石油天然气地质学第678章三场油气系统.ppt

硕士研究生课程,第六章“三场”与油气藏形成的关系,三场：地温场 地压场 地应力场其它场：水动力场 化学场 生物场,场：某种地球物理量作用的空间或区域,石油地质的重要进展,硕士研究生课程,第一节 地温场与古地温研究,一、地温场(Geotemperature field)地温场是地球内部热能通过导热率不同的岩石在地壳上的表现。地温梯度：地层深度每增加100m所升高的温度，/100m同一热源下，导热率小的地区地温梯度较高。导热率增加顺序：疏松干岩石煤岩粘土岩砂岩碳酸盐岩盐岩变质岩及岩浆岩,硕士研究生课程,第一节 地温场与古地温研究,现今地温场测量：1 钻井井温测量不能完全反映真实地下温度（泥浆散热性能与岩石导热率的差异）校正:(1)同一深度多次测量；（2)借助采油温度；2 大地热流值测试记录编图与构造活动、大断裂带有密切关系 地温梯度高有利于有机质向油气转化。许多大油气田同高地温梯度带有关。我国地温梯度分布（含油气盆地）东部：3.0-4.8/100m 西部：1.8-2.5/100m,硕士研究生课程,第一节 地温场与古地温研究,二、古地温的测定 古今地温差异大岩层遭受褶皱、剥蚀及岩浆活动故：应恢复古地温，探求烃源岩经历的最高温度；方法：镜质组反射率 孢子颜色 自生矿物 流体包裹体等1 镜质组反射率Ro法 随温度升高，反应时间延长，镜质组降解演化，颜色加深，反射率增大且不可逆。反射率大小直接反应经受的最高温度。Baker（1986)：Ro与最高温度Tpeak间的关系,硕士研究生课程,第一节 地温场与古地温研究,二、古地温的测定2 孢子颜色和热变指数法 随沉积物埋深加大，温度升高，所含孢子、花粉、藻类等有机物热演化中颜色逐渐加深、热变指数增大，且不可逆。碳酸盐岩：牙形石的颜色变化可探求古地温,硕士研究生课程,第一节 地温场与古地温研究,二、古地温的测定3 自生矿物法 碳酸盐类及硫酸盐类矿物易受化学因素的作用；粘土矿物、沸石、二氧化硅三种矿物系列的演变同温度、压力、时间等物理因素密切相关，且不可逆。粘土矿物系列：蒙脱石 伊蒙混层 伊利石沸石系列：火山玻璃 斜发沸石 方沸石和片沸石 浊沸石和钠沸石二氧化硅系列：非晶质二氧化硅 低温方石英 低温石英,104度,137度,56度,116度,138度,45度,67度,硕士研究生课程,第一节 地温场与古地温研究,二、古地温的测定4 流体包裹体（fluid inclusion）法 流体包裹体是在矿物结晶生长过程中被包裹在矿物晶体缺陷中的流体，可以有单相、双相或多相流体包裹体。用途：研究成岩成矿物质来源、物化环境条件，流体性质、经历、水岩反应；确定古地温：均一法均一温度方法：在冷热台升温加热，显微镜下见两相（气相、液相）转化为单相流体，此时记录的温度即为均一温度。一般认为均一温度代表包体形成温度的下限。Barker（1990)：镜质组反射率的对数与包体均一温度Th之间有良好的线性关系。lnRo0.00811Th1.26 R=0.93 n115,硕士研究生课程,第一节 地温场与古地温研究,二、古地温的测定5 磷灰石裂变径迹法 磷灰石在沉积岩中分布广，对温度敏感，裂变径迹退火的温度范围与生油窗基本一致，标定的温度比较精细，可反应不同地质时期古地温的变化。,硕士研究生课程,第二节 地压场与地层压力预测,一、地压场地层压力：地下渗透性地层中流体所承受的压力。对于油藏、气藏，可分别称为油层压力或气层压力。来源：1 上覆岩层重力造成的岩石压力；主要由骨架承担 2 地层孔隙空间内地层水重力造成的水柱压力孔隙流体压力；地层压力梯度：地层压力随深度的增加率；静水梯度10m增加0.1MPa异常地层压力：与正常静水压力不一致。异常高压 异常低压,硕士研究生课程,第二节 地压场与地层压力预测,二、地层压力预测测量：钻井或采油过程中，随钻测量、重复地层测试器(RFT)、深井压力计。预测：页岩体积密度 地球物理资料方法：1 等效深度法 2 Fillippone法,硕士研究生课程,第二节 地压场与地层压力预测,二、地层压力预测1 等效深度法 异常高压带，页岩欠压实，体积密度减小，孔隙度增加，故页岩体积密度值的减小反映这种异常高压环境的存在及其大小。PfGoDA-DE(Go-Gw)Pf孔隙流体压力，Mpa；DA超压井段的对应深度，m；DE对应DA的正常等效深度，m；Gw静水压力梯度，Mpa/m；Go上覆地层压力梯度，Mpa/m；页岩体积密度：密度测井资料获取孔隙度：声波测井资料获取,硕士研究生课程,第二节 地压场与地层压力预测,二、地层压力预测2 Fillippone法 W.R.Fillippone(1979)：据墨西哥湾地区研究 Pf地层压力；Vmax，Vmin基质地层速度，孔隙流体速度；Vmxp，Vmnp地层的最大与最小压实速度；Vint预测层组的层速度，由地震获取；Pov上覆地层压力；由右式获得优点：不依赖正常压实趋势线，特别适用于新探区及海域。我国应用效果好。,硕士研究生课程,第三节 地应力场及与生运聚保关系,一、地应力场概念及研究方法地应力场：指地壳内某一区域或空间中各点应力状态分布的总和。存在于某一地质时期中的地应力场古地应力场。构造应力场研究方法：Field of crustal stress1 正序研究法 从已知地块或岩块的力学性质、外力作用方式分析其应力分布状态，预测可能发生的变形部位及变形演变过程。今地应力场研究 手段：岩石力学实验 光测弹性模拟实验 计算机数值分析2 反序研究法 通过实地测量、统计、分析构造运动留下的各种构造形迹及组合特点，反推当时的地应力场。古地应力场研究,硕士研究生课程,第七章 流体压力封存箱,1990，J.M.Hunt(美国石油地质学家）正式发表重要论文阐述异常压力流体封存箱。(Abnormally pressured fluid compartment)他指出：全球180个沉积盆地都发现异常压力流体封存箱。一、异常地层压力正常地层压力由地表至地下任意点地层水的静水头来表示。背离正常地层压力趋势线的地层压力异常地层压力。分为：超压(superpressure,overpressure)欠压(subpressure,underpressure)鉴别标准(Hunt)：在自由状态下，边界值为：淡水：压力梯度9.79kPa/m；饱和盐水：压力梯度11.9kPa/m,硕士研究生课程,第七章 流体压力封存箱,二、流体压力封存箱的概念及类型沉降盆地常具两个或多个水文地质系统(图），层状排列。异常压力流体封存箱：指沉积盆地内由封闭层分割的异常压力系统。箱内生、储、盖条件俱全，常由主箱与次箱组成。,硕士研究生课程,第七章 流体压力封存箱,二、流体压力封存箱的概念及类型,类型：1 超压封存箱：孔隙流体支撑盖层及上覆岩石、流体的重力；2 欠压封存箱：岩石基质支撑盖层及上覆岩石、流体的重力；,硕士研究生课程,第七章 流体压力封存箱,二、流体压力封存箱的概念及类型,实例：1 美国Keyes气田；2 罗马尼亚Ernie穹隆；,硕士研究生课程,第七章 流体压力封存箱,三、封闭层的成因及特征,封闭层的形成与分隔异常压力流体封存箱的关键但封闭层并不等同于油气藏的盖层，常与同温层有关。(可穿越不同地层界面、岩性岩相界面、构造界面）成因：封闭层渗透率近于0由矿化作用、充填作用 封闭层若为碳酸盐岩多由硅化所致；若为页岩常与钙化有关；当Ro0.9，生油高峰，产生CO2，碳酸盐岩溶解次生孔隙带，溶液向上运移，Ro降低至0.40.5%，再沉淀，形成顶部封闭层，生油窗开始处。故，石油常生成于封闭层之下的封存箱内。,硕士研究生课程,第七章 流体压力封存箱,三、封闭层的成因及特征,特征：1 在正在沉降、平均地温梯度的沉积盆地内，封闭层一般分布在3048m深处(10000ft）。例如：北海埃科菲斯克油区：3293m(10800ft)；印尼马哈卡姆三角洲Handil油田：3000m；Badak油田：3293m；美国Texas：3350m(11000ft)；库克湾盆地：3230m(10600ft)；意大利波河盆地西南部：3800m；中国东濮凹陷主封闭层：2500-3000m；,硕士研究生课程,第七章 流体压力封存箱,三、封闭层的成因及特征,特征：2 假若封闭层较厚，为一层组，可由非渗透层与渗透层互层组成。例：库克湾盆地封闭层厚度：3280ft烃源岩深度：15000ft石油产自封闭层下的储集层深部湿气产层在封闭层内；,硕士研究生课程,第七章 流体压力封存箱,三、封闭层的成因及特征,特征：3 断层带也可构成封闭层，将主箱分割成次级封存箱。4 在箱内、箱缘，只要具备圈闭条件同样可以成藏。,硕士研究生课程,第七章 流体压力封存箱,四、结论,1 世界上许多沉积盆地具有两个以上水文地质系统。浅者属正常静水压力系统，一般深达3048m；深者属被封存的异常流体压力封存箱，多超压，也可欠压（上升剥蚀）。2 超压流体封存箱顶部地温多在90-100，低于干酪根生油高峰期，多数油气应生成于箱内。3 封闭层常与穿越地层界面、岩性岩相界面、构造界面的同温层有关，在封闭层内渗透率可近于0（矿化、充填），若封闭层较厚也可夹有渗透带。4 封闭层有些位于烃源岩与油气储集层之间，间歇式封闭层破裂可伴随箱内油气垂向运移，多数油气聚集在紧邻封闭层之上的储集层中；若封闭层具互层式渗透层，也可聚集于封闭层内的储集层中。箱内、箱缘只要具备圈闭条件也可成藏。,硕士研究生课程,第八章 油气系统,Petroleum system 油气系统历程：1972，Dow（美国）发表石油系统，未引起注意；1991，AAPG年会，1994，AAPG与MAPG联合举行“油气系统地质研讨会，前后出版美国油气系统（1988），油气系统研究现状与方法（1990，1992）（Magoon，1992）等著作，重要论文集油气系统从源岩到圈闭（Magoon&Dow，1994）出版后，受到广泛关注；1996年11月，中国石油学会“中国含油气系统及其在油气勘探中的应用学术研讨会，出版中国含油气系统的应用与进展（1997）。,硕士研究生课程,第八章 油气系统,基本思路含油气系统的概念以系统论的思想强调了地质现象的有序性，如油气生成、运移、聚集和保存的时空序列，通过研究这些序列及相互关系达到指出油气现今赋存部位的目的。含油气系统方法强调以过程为主导的研究思路，突出了过程恢复、关系建立与最终结果的表征，藉以指出油气赋存部位，最大限度地减小勘探风险。已成为石油地质综合研究与油气勘探的重要思维方式和方法。是20世纪90年代兴起的石油地质学重要进展之一。,硕士研究生课程,第一节 油气系统的概念,一、国外盛行的定义Magoon等（1994）：油气系统是一个包含着有效烃源岩、与该源岩有关的油气以及油气聚集成藏所必须的一切地质要素和作用的天然系统。二、张厚福等的定义（1999）油气系统是在任一含油气盆地（凹陷）内，与一个或一系列烃源岩生成的油气相关，在地质历史时期中经历了相似的演化史，包含油气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。三、赵文智等的定义油气系统是沉积盆地中一个自然的烃类流体系统，包含了活跃的烃源岩与己形成的油气藏及油气藏形成时一切必不可少、相互关联的地质要素和作用。,硕士研究生课程,第一节 油气系统的概念,四、油气系统研究的关键 关键：在于将盆地中有效烃源岩层系、储集层、盖层、上覆岩系等基本地质要素，圈闭形成、油气生成、运移、聚集、保存等成藏作用纳入到统一的时间、空间范围内，开展静态与动态紧密结合的综合研究，科学地阐明油气藏的形成、类型、特征及分布规律。重点：烃源岩与油气藏之间的成因关系 1 查明盆内或区内烃源岩有机质在何时以何种方式转化成烃？2 油气在何时以何方式运移？3 何时何地聚集成藏？4 油气藏的类型及分布规律如何？定时：确定地质事件发生的时间及其随时间的变化,硕士研究生课程,第一节 油气系统的概念,五、几个相关概念的关系 含油气盆地：地壳上具有统一的地质发展历史，发育着良好的生储盖组合及圈闭条件，并已发现油气田的沉积盆地。含油气区：属于同一大地构造单元，有统一的地质发展历史和油气生成、运移条件的沉降拗陷。油气聚集带：指同一二级构造带中，互有成因联系、油气聚集条件相似的一系列油气田的总和。如：背斜型 大单斜型 生物礁型 古潜山型 滨岸砂洲型 古河道型 刺穿构造型关系：油气系统介于含油气盆地（或含油气区）与油气聚集带（或成藏组合）之间的一个油气地质单元。剖面上：一个含油气盆地或含油气区至少包含一个或多个油气系统；平面上：不同时代、类型的油气系统可展现在一个或若干个油气聚集带中；含油气盆地或含油气区可划分出若干油气聚集带。含油气盆地可由一个或多个含油气区组成。,硕士研究生课程,第一节 油气系统的概念,六、油气系统的命名 Magoon等（1994）认为油气系统的名称应该包括：烃源岩系名称主要储集层名称可靠性等级符号可靠性等级符号：（!）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：仅依据地质及地球物理证据推测。例：1 DeerBoar()，表示Deer页岩为烃源岩、Boar砂岩为主要储集层的假想油气系统。2 鄂尔多斯盆地可划分为下古生界海相、上古生界海陆过渡相、中生界陆相三大油气系统，其中上古生界油气系统命名为：太原组山西组山西组下石盒组（！）已知天然气系统,硕士研究生课程,第二节 地质要素与成藏作用,一、基本地质要素 包含：有效烃源岩层系、储集层、盖层及上覆岩系有效烃源岩：在生物或地温作用下，在特定时刻能够生成油气，具有连续分布的有机质伴随矿物质堆积。储集层：据储集层中含有效烃源岩生成油气的百分比来区分主要与次要储集层。盖层：分区域盖层 局部盖层上覆岩系：系指上覆于烃源岩、储集层和盖层的一套沉积岩系。其厚度、热导率、热流值及地表温度等对烃源岩有机质生油气过程起决定作用。二、成藏作用 圈闭形成 油气生成 油气运移 油气聚集保存,硕士研究生课程,第二节 地质要素与成藏作用,硕士研究生课程,第三节 油气系统的组成,在具备基本地质要素和成藏作用过程的前提下，至少应包括两个子系统：（1）生成子系统：能提供一定数量的油气 死亡有机体 干酪根，属生物化学降解作用；干酪根 油气，属热化学动力学反应；（2）运移捕集子系统：从成熟烃源岩汇集与分配油气。形成商业油气藏或逸散。受物理作用控制：浮力、孔隙介质中流体渗流、毛细管力、构造应力、压力温度组分关系等。,硕士研究生课程,第三节 油气系统的组成,一、生成子系统 需研究区域充注量及圈闭充注量 一般用烃源岩潜量指数SPI来划分级别 低（欠充注）中（正常充注）高（过充注）,硕士研究生课程,第三节 油气系统的组成,二、运聚子系统 1 运移排烃方式（1）侧向排烃油气系统要求：有横向连续的区域盖层覆在广泛发育的储层单元上，弱中等挤压变形或完整的单斜坡道。如：前陆盆地准噶尔盆地；克拉通拗陷鄂尔多斯盆地特点：油气常出现在远离烃源区的未成熟地层，海相长距离运移的油藏多，运移距离可达160km。湖相盆地一般运移距离在50-80km；有效区域盖层之下的单一储层中储藏有系统聚集的绝大多数油气有效区域盖层中，断裂作用小或不明显；在过充注的侧向排烃系统中，盆地边缘较浅处的未成熟地层常见大型重质油油藏；,硕士研究生课程,第三节 油气系统的组成,二、运聚子系统 1 运移排烃方式（2）垂向排烃油气系统要求：与中高等构造变形、变位有关，张性、扭性及冲断构造产生断层裂缝系统成为汇聚式油气垂向运移通道。如：裂谷盆地渤海湾盆地；盐盆地；张扭性盆地；冲断层带；特点：几乎所有油气藏均出现在区域生油窗正上方及毗邻地区，侧向运移距离短，小于30km；常发育叠置的多层油气藏，混源特征明显，垂向上各层原油常见层析现象；断裂活动保持活动性，直到最后的有效区域盖层沉积时为止；在过充注的垂向排烃系统中，若断裂仍活动，地表常见油气苗；,硕士研究生课程,第三节 油气系统的组成,二、运聚子系统 2 聚集方式 构造变形程度和盖层的完整性是鉴定油气聚集方式的关键，它们控制着防止油气散失的阻抗。（1）高阻系统特征：侧向连续性盖层与中高等程度构造变形相结合；过充注或正常充注。（2）低阻系统特征：缺乏有效区域、有高低等程度构造变形；或区域盖层连续、低程度构造变形；正常充注或欠充注。若为过充注，常形成重质或极重质油；,硕士研究生课程,第四节 油气系统的分类,一、以盆地的动力学背景为依据的分类(Perrodon,1995)（1）大陆裂谷型油气系统(主要存在于大陆裂谷盆地中)；（2）台地型油气系统(主要存在于一些简单克拉通盆地或离散边缘盆地中的)；（3）造山型油气系统(主要存在于挤压区和活动边缘盆地中，特别是弧前盆地和前陆盆地的前缘中的。中国：(宋建国,1993)依据盆地类型、演化及古地理、古气候古生代克拉通型油气系统：塔里木盆地，鄂尔多斯盆地，四川盆地中新生代前陆盆型和陆内挠曲坳陷型油气系统：准噶尔盆地中新生代裂谷型和伸展坳陷型油气系统：如松辽盆地，渤海湾盆地,硕士研究生课程,第四节 油气系统的分类,二、油气系统的成因分类（Demaison等，1991）,含油气系统的成因分类包括以下3 种地质因素的作用（1）充注因素；（2）运移排烃方式；（3）捕集方式对地质历史简单的盆地很适用,硕士研究生课程,第四节 油气系统的分类,三、油气系统的历史成因分类（张厚福等，1999）,油气系统,原生型油气系统,演化型油气系统,残存型油气系统,次生型油气系统,破坏型油气系统,硕士研究生课程,第四节 油气系统的分类,四、生油凹陷为基本单元的分类,这种分类强调了烃源岩在油气系统的重要地位。与中国的源控论相近。认为一个生油凹陷就是一个油气系统。我国有人将塔里木盆地分为三大油气系统：(据宋建国）即满加尔（已知）、库车（阿瓦提）（推测）油气系统属克拉通型油气系统；塔西南油气系统（已知）属前陆型油气系统。,硕士研究生课程,第五节 关键技术与必要图件,一、关键技术,多学科综合研究，涉及下列关键技术：1 烃源对比追踪技术2 烃源岩生烃潜量指数（SPI）3 油气圈闭成因及有效性研究技术4 油气运移聚集机制研究技术5 油气系统模拟研究技术,硕士研究生课程,第五节 关键技术与必要图件,二、需编制的图件,根据生储盖基干剖面及相关资料，需编制下列图件：1 埋藏历史图2 油气系统关键时刻的平面分布图3 油气系统关键时刻的地质横剖面图4 油气系统的事件综合图关键时刻通常指大部分烃类运移和聚集在其最初的圈闭中的持续到即将结束的时刻。持续时间是指形成一个油气系统所需的时间。保存时间在油气生成、运移和聚集作用完成之后开始。在保存时间内，现有的烃类不是被保存就是被改造或破坏。,硕士研究生课程,第六节 在油气勘探中的应用,一、应用意义,油气系统在油气勘探中的应用具有下列意义：1 将油气勘探的重点从石油地质和地球物理转向油和气，并提供了进行油气勘探的研究和管理框架；2 油气系统与原有的含油气大区、含油气盆地、含油气区、油气聚集、油气藏等概念既有区别、又有联系，它作为区域勘探的研究评价单元十分合适；3 油气系统可以提供油气生成、运移到聚集的全面预测模型；4 油气系统将基本地质要素与成藏作用过程有机联系在一起，使可视化地表示动态演化历史成为可能；5 适用于旨在减小勘探风险的油气成藏综合分析研究；,硕士研究生课程,第六节 在油气勘探中的应用,二、应用实例,1 北美上古生界油气系统：300个油样A、B两大类原油样品深度：0-3000m岩性：裂缝性花岗岩 页岩 砂岩 白云岩地层：前寒武纪全新世分布在7个区域A类两区属型干酪根B类五区属型干酪根,硕士研究生课程,第六节 在油气勘探中的应用,二、应用实例,2 中国中扬子区海相油气系统组成：黄陵隆起、当阳拗陷、乐乡关隆起、沉湖土地堂拗陷凸凹相间排列地壳运动：桐湾、加里东、海西、印支、燕山、喜山等多期地壳运动的改造油气系统：Z-O、S-C、P-T三个原生型油气系统,硕士研究生课程,第六节 在油气勘探中的应用,二、应用实例,3 鄂尔多斯盆地上古生界油气系统有效烃源岩层：石炭系本溪组、太原组、二叠系山西组主力储集层：二叠系山西组和下石盒子组三角洲相砂岩区域盖层：二叠系上石盒子组湖相泥岩油气系统：太原/山西山西/下石盒子组（！）,硕士研究生课程,第六节 在油气勘探中的应用,二、应用实例,3 鄂尔多斯盆地上古生界油气系统,谢谢各位同学！祝您们学业进步！,硕士研究生课程 石油天然气地质学 47,