石油天然气地质第五章

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1、石油天然气地质与勘探任课人：逄 雯 山东胜利职业学院第一节 圈闭与油气藏概述第二节 油气聚集机理第三节 油气藏的形成、破坏与保存第四节 油气藏形成时间的确定第五节 地温场、地压场和应力场与油气藏形成的关系第六节 凝析气藏的形成第七节 非常规气藏的形成特征第八节 三场与油气藏形成的关系第五章 油气聚集与油气藏的形成第九节 地温场、地压场、地应力场与 油气藏形成的关系 沉积盆地是一个地温热化学反应器，油气的生成是由温度、压力和有效受热时间控制的化学动力学过程。盆地地温场、地压场和地应力场对油气藏的形成与分布有着重要的控制作用。第九节 地温场、地压场、地应力场与 油气藏形成的关系 地温场与油气藏形成

2、的关系 地压场与油气藏形成的关系 地应力场与油气藏形成的关系 一、地温场与油气藏形成的关系 （一）地温及地温梯度1、地温场：地球内部热能通过导热率不同的岩石在地壳上的表现。2、地温梯度：每增加一定深度地温所升高的度数,又称为地热增温率,一般以/100m表示。温度或地温梯度等值线图,可反映地温场的变化 地下地温剖面的例子,地下水流和岩石类型 的热导率差异影响温度-深度的关系100式中: 地温梯度,/100m;TH在井深H处的地层温度,;0 年平均地表温度,。 n地温的高低受三个因素控制：热流值、热导率 、地层流体n热流值(Q)：一定时间内流经单位面积的热量 ，地下热源，其大小取决与地壳放射性热流

3、和 上地幔热流；莫霍面浅，热流高。n热导率(K)：温差为1度时，每1s内能通过厚 1cm、面积为1cm2体积的热力。n岩石的热导率由大到小为：变质岩和岩浆岩、 盐岩、碳酸盐岩、砂岩、粘土岩、煤岩n地层流体：孔隙流体不流动，热导率降低，地 温增高；反之地温降低。n地温梯度的三个控制因素：热流值、热导率 、地层流体n热流值(Q)：一定时间内流经单位面积的热量， 大地热流值表示区域地温的固有特征。n热导率(K)：温差为1度时，每1s内能通过厚1cm 、面积为1cm2体积的热力。表示岩石导热的能力 。由大到小为：变质岩和岩浆岩、盐岩、碳酸盐 岩、砂岩、粘土岩、煤岩n地层流体：孔隙流体不流动，热导率降低

4、，地温 增高；反之地温降低。中国大陆主要沉积盆地大地热流分布概貌（二）古地温研究方法1、镜质体反射率法2、孢子颜色法3、自生矿物法4、流体包裹体法5、磷灰石裂变径迹法（三）地温场与油气成藏关系n1、地温对有机质向油气化发挥了决定性作用。地温梯度高，有利于烃源岩中的有机质向油气转化。有机质向油气转化的速率与温度呈指数关系，而与时间呈线性关系。高地温有利于有机质的成熟演化。n2、地温增大，有助于形成异常高压，促使 油气初次运移；随温度增大，流体粘度降 低，有利于二次运移；温差的存在，流体 可发生热对流运移。n3、油气藏形成后若埋深增大或岩浆活动使 其经受温度增大，烃类相态会变化，由油 变为气；若抬

5、升，则变重。n有利于油气生成和保存的地区是：年轻的热盆地 和古老的冷盆地。二、地压场与油气藏形成的关系 （一）地压场及异常压力的成因1、地压场：地层压力在空间的变化，用压力等值线图或数据体反映。2、地层压力的来源：上覆岩层重量造成的岩石压力;地层孔隙空间内地层水重量造成的水柱压力,即孔隙流体压力。 静水压力地静压力（1）欠平衡压实和地挤压：（2）流体体积膨胀：（3）水头和油气浮力 大规模超压的主要原因：欠均衡压实和气体体积的膨胀。异常高压产生的原因可归为三类：水动力流动 渗透流卸载/岩石膨胀降温流体收缩气体与流体的差异流动沉积盆地负压产生的几种主要机制 （据Swarbrick and Osbo

6、rne，1998）气体生成速率大于逸散速率气体逸散速率大于生成速率（二）流体封存箱的概念及类型n 现代沉降盆地常具有两个或多个水文地质系统: 上部为正常压力系统、下部为异常压力系统,其间被封闭层所分隔.n 沉积盆地内由封闭层分割的异常压力系统,称为流体压力封存箱。即封闭箱是沉积盆地内由封闭层分割的异常压力单元，或称压力封隔体。其内生、储、盖俱全。（二）流体封存箱的概念及类型n流体压力封存箱：沉积盆地内由封闭层分割的异常压力系统。根据箱内压力与正常静水压力的对比：n超压封存箱-封存箱具异常高压力，孔隙流体支撑 盖层及上覆岩石流体的重量；n欠压封存箱-封存箱具异常低压力，岩石基质支撑 盖层及上覆岩

7、石流体的重量。超压与欠压两类封存箱的模式超压封存箱欠压封存箱北海埃克菲斯克大油 田区的流体封存箱（三）流体封存箱与油气成藏模式当烃源岩或封存箱中异常高压使岩石破裂产生大量微裂缝，油气水沿微裂缝排出。流体排出后，压力随之下降，微裂缝闭合。形成一个“生烃蹩压破裂排烃泄压闭合”的循环过程。由于流体封存箱的幕式开启，使得油气具有幕式成藏的特征。（三）流体封存箱与油气成藏模式根据异常压力流体封存箱与油气运移和聚集的关系，将油气藏的形成分为：1、箱内成藏模式2、箱外成藏模式3、箱缘成藏模式（三）流体封存箱与油气成藏模式根据异常压力流体封存箱与油气运移和聚集的关系，将油气藏的形成分为：1、箱内成藏模式：封存

8、箱内生成的油气在箱内运移和聚集，在具较低流体势的圈闭中聚集成藏，如烃源岩层系中的砂岩透镜体圈闭。（三）流体封存箱与油气成藏模式根据异常压力流体封存箱与油气运移和聚集的关系，将油气藏的形成分为：2、箱外成藏模式：异常高压导致封存箱的破裂，封闭层破裂或切割封闭层的断层周期性开启，油气水向箱外发生脉冲式混相涌流，进入到温度和压力较低的层系中，随温度、压力的降低，油气分异并运移到适合的圈闭中，在封存箱外的常压系统中聚集成藏。（三）流体封存箱与油气成藏模式根据异常压力流体封存箱与油气运移和聚集的关系，将油气藏的形成分为：3、箱缘成藏模式：封存箱的顶部封隔层系由多层致密层加多层多孔储集层组成，当箱缘发生破

9、裂时，若只有内封闭层破裂而外封闭层未破裂，油气在箱缘运移聚集成藏。异常压力流体封存箱与油气成藏模式三、地应力场与油气成藏关系（一）地应力场的概念地应力场：地壳内应力状态随空间点的变化。广义：地应力包含地静应力(垂向压应力)与构造应力。狭义：地应力场=构造应力场。地应力场随时间变化, 在一定地质阶段相对比较稳定。研究地应力场,就是研究地应力分布的规律性,确定地壳上某一点或某一地区,在特定地质时代和条件下,受力作用所引起的应力方向、性质、大小以及发展演化等特征。地应力场的研究方法：1、正序研究法由已知地块或岩块的力学性质、外力作用方式等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。岩

10、石力学试验、光测弹性模拟试验2、反序研究法研究古地应力场。通过实地测量、统计、分析地运动留下的各种地形迹及组合特点,反推当时的 地应力场。数值模拟方法 （二）地应力场与油气成藏的关系1、地应力场对烃源岩有机质成熟演化的力学化学效应有一 定影响；2、地应力场的性质影响着烃源岩和储集层微裂缝的形成分 布、储集层次生孔隙发育带的形成分布；3、地应力场特征影响着油气初次运移和二次运移的方向、 通道及强度；4、地应力场形成、演化直接控制各类二级构造带、各类构 造圈闭、断层、裂缝、地层不整合的形成与演化，影响 油气运移和聚集，与油气藏得形成、类型及分布有密切 关系；5、地应力场的发展变化与油气藏的保护及破

11、坏有着紧密联 系。地应力场与盆地的油气运移势场间存在某种必然的联系，即地应力必然起着重要的控制作用。地应力场的发展演化不仅控制了含油气盆地的形成，而且它还控制了盆地内地的形成和分布，以及生、储、盖层的发育及保存条件；地应力场还控制和影响油气运移聚集过程。（二）地应力场与油气成藏的关系（1）地应力可使岩层变形和变位，为油气提供聚 集场所；同时岩层的变形可以引起流体势场的变化 ，使油气发生运移；（2）在地应力作用下可形成油气运移的通道 断层、裂缝，地应力还能影响油气运移通道的有效 性，改变岩石渗透率和断层的封闭性；（3）地应力是油气运移的直接驱动力。 在地应力 作用下，岩石的变形产生体积变化，使岩

12、层内流体 孔隙压力增大或减小，产生压力梯度或势差，推动 流体在岩层内流动。（4）储层孔隙压力受最小压应力支配。压应力最 小区最有利于油气的聚集。油气从强压应力区向弱 压应力区或张应力区运移，张应力区是油气的最佳 聚集区。（5）油气侧向运移沿着水平最小主压应力的方 向。流体运移势场与地应力场基本一致，高地应 力区一般为高势区，低应力区有利于油气的聚集 。（6）地应力在不同的地质时期表现出的作用不 尽相同。在地强烈活动期，地应力起主导作用； 而在地运动相对平静期，其地应力是影响流体势 的诸多因素之一，而不起主导作用。成藏期地应 力场直接控制油气聚集和分布。成藏动力场三场耦合关系三场耦合与油气成藏n n成藏动力场成藏动力场考虑了应力场和温度场的流体势场考虑了应力场和温度场的流体势场n n成藏动力场模型成藏动力场模型温度场、应力场和压力场藕合的流体势场模型温度场、应力场和压力场藕合的流体势场模型油气运聚三场耦合研究表明：三场耦合研究表明：油气藏是油气在各种力的作用油气藏是油气在各种力的作用 下形成的，在这一过程中，重力下形成的，在这一过程中，重力 、压力、地应力、热力和毛细管、压力、地应力、热力和毛细管 力都是主要的动力学因素。在地力都是主要的动力学因素。在地 挤压作用强烈的盆地，地应力对挤压作用强烈的盆地，地应力对 油气运聚起着至关重要的作用。油气运聚起着至关重要的作用。