第六章 地溫場、地壓場、地應(yīng)力場與油氣藏形成的關(guān)系 演示文稿

第六章地溫場、地壓場、地應(yīng)力場與油氣藏形成的關(guān)系

國內(nèi)外油氣勘探的實(shí)踐已經(jīng)證明，地溫、壓力、地應(yīng)力、化學(xué)、生物等因素，對(duì)油氣藏的形成起到了控制作用，成為了石油地質(zhì)工作者的重要研究對(duì)象。由于這些因素在三維空間上是變化的，所以引入了場的概念。按照張厚福的觀點(diǎn)，在上述這些場中，地溫場、地壓場、地應(yīng)力場是最本質(zhì)的，其它是派生的。90年代以來，人們利用各種場去研究油氣的生成、運(yùn)移、聚集、保存過程和機(jī)理，逐漸興成一門新興的分支學(xué)科——成藏動(dòng)力學(xué)。成藏動(dòng)力學(xué)實(shí)際上就是研究異常壓力封存箱和油氣系統(tǒng)之間的關(guān)系。將盆地中的烴原層、儲(chǔ)集層、蓋層、上覆巖系等基本地質(zhì)要素和油氣生成、運(yùn)移、儲(chǔ)集、保存（或逸散）等基本成藏作用納入統(tǒng)一的時(shí)間、空間范圍內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)相結(jié)合的綜合研究，闡明油氣藏形成機(jī)制及分布規(guī)律，從而指導(dǎo)油氣勘探。地溫場與油氣藏形成的關(guān)系

地壓場與油氣藏形成的關(guān)系

地應(yīng)力場與油氣藏形成的關(guān)系第一節(jié)地溫場與古地溫研究

地溫場是地球內(nèi)部熱能通過導(dǎo)熱率不同的巖石在地殼上的表現(xiàn)。隨著深度的加大溫度會(huì)不斷增加。而溫度的變化又會(huì)對(duì)油氣的形成產(chǎn)生一定的影響。

1、地溫梯度（GT；地?zé)嵩鰷芈剩﹏地溫梯度的三個(gè)控制因素：熱流值、熱導(dǎo)率、地層流體n熱流值(Q)：一定時(shí)間內(nèi)流經(jīng)單位面積的熱量，n導(dǎo)熱率(K)：溫差為1度時(shí)，每1s內(nèi)能通過厚1cm、面積為1cm2體積的熱力。n由大到小為：變質(zhì)巖和巖漿巖、鹽巖、碳酸鹽巖、砂巖、粘土巖、煤巖n地層流體：孔隙流體不流動(dòng)，熱導(dǎo)率降低，地溫增高；反之地溫降低。同一熱源下，導(dǎo)熱率小的地區(qū)地溫梯度較高。物質(zhì)導(dǎo)熱率，cal（平常溫度時(shí)的近似值）物質(zhì)導(dǎo)熱率，cal（平常溫度時(shí)的近似值）玄武巖0.0052砂巖0.0055白堊0.0020板巖0.00470地殼（平均）0.004石油0.000355花崗巖0.004~0.005水（0℃）0.00120石灰?guī)r0.00029水（20℃）0.00143鎂質(zhì)碳酸鹽巖0.00023~0.00025若干常見物質(zhì)的導(dǎo)熱率2．地溫級(jí)度溫度每增加1℃所增加的深度數(shù)稱為地溫級(jí)度(m/℃)。地溫層的劃分：變溫層地表至恒溫層；恒溫層：約20~130m；熱溫層：>20~130m。地溫場測定方式一般來說，地溫梯度高有利于沉積巖中的有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化。世界上許多大油田同高地溫梯度帶有關(guān)。地溫梯度低或多次上升剝蝕可延緩烴源巖的熱成熟作用。通過鉆井井溫測量獲得大地?zé)崃髦禍y試記錄計(jì)算編圖來研究。欲查明各沉積盆地不同地質(zhì)時(shí)代沉積巖中原始有機(jī)質(zhì)的成熟時(shí)期，必須研究這些沉積巖在地史上所經(jīng)歷的古地溫。二、古地溫的測定（一）鏡質(zhì)組反射率（R0）法（二）孢子和熱變指數(shù)法（三）自生礦物（四）流體包裹體法（五）磷灰石裂變經(jīng)跡法1鏡質(zhì)組反射率（R0）法鏡質(zhì)組反射率是一種較好的成熟度指標(biāo)，它可反映有機(jī)質(zhì)經(jīng)受的最高溫度?？梢姡R質(zhì)組反射率與溫度、時(shí)間之間存在一定的函數(shù)關(guān)系。1．通過電子計(jì)算機(jī)模擬得出各地區(qū)鏡質(zhì)組降解率與鏡質(zhì)組反射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。2．然后系統(tǒng)測定探井中巖石的鏡質(zhì)組反射率，由曲線得出相應(yīng)于反射率的鏡質(zhì)組降解率。3．將鏡質(zhì)組降解率代入阿倫紐斯方程式，即可得古地溫。K—鏡質(zhì)組降解率；T—絕對(duì)溫度，K°；E—活化能；R—?dú)怏w常數(shù)；A—頻率因子。（二）孢子和熱變指數(shù)法根據(jù)孢子顏色及有機(jī)質(zhì)的熱變指數(shù)反推所經(jīng)受的最高古地溫。隨溫度增加，孢子、花粉、藻類等有機(jī)質(zhì)在熱演化過程中顏色逐漸加深，熱變指數(shù)加大，具不可逆性。在碳酸鹽巖中用牙形石色變指數(shù)推測。（三）自生礦物沉積巖中的自生礦物受周圍環(huán)境影響會(huì)發(fā)生不同變化，如粘土礦物、沸石、二氧化硅三種礦物系列的演變，同溫度、壓力及反應(yīng)時(shí)間等物理因素密切相關(guān)，不可逆轉(zhuǎn)。因此，可用它們來研究古地溫。粘土礦物：蒙脫石沸石系列：二氧化硅系列：

通過實(shí)驗(yàn)室的巖礦鑒定就可判斷古地溫。（四）流體包裹體法流體包裹體是在礦物結(jié)晶過程中被包裹在礦物晶體缺陷中的流體，可以有單相、雙相或多相流體包裹體。常用它來研究成巖成礦物質(zhì)（包括油、氣）的來源、物化環(huán)境條件以及流體的性質(zhì)、經(jīng)歷、水巖反應(yīng)、地殼演化等方面問題。流體包裹體法一個(gè)最重要的用途就是用來確定古地溫。

方法包括：均一法、爆裂法、淬火法常用的是均一法測定古地溫，稱為均一溫度。常溫常壓下見到的包裹體往往含氣相與液相兩種流體。加熱升溫至呈單相流體，這時(shí)的溫度即為均一溫度。一般認(rèn)為它是包體形成時(shí)溫度下限。（五）磷灰石裂變經(jīng)跡法（這方法，是用放射性原子U235的裂變來研究，目前國內(nèi)能做這種實(shí)驗(yàn)的很少）。3、地溫場與油氣成藏關(guān)系3、地溫場與油氣成藏關(guān)系第二節(jié)地壓場與地層壓力預(yù)測

一、壓力的基本概念：1上覆地層靜壓力：由上覆沉積物及流體重量產(chǎn)生的壓力。2地層壓力：孔隙介質(zhì)中流體所承受的壓力，也稱為孔隙流體壓力，對(duì)油氣層而言又分別稱為油層壓力或氣層壓力。3靜水柱壓力：由測點(diǎn)之上靜水柱產(chǎn)生的壓力。在正常壓實(shí)條件下，地層壓力=靜水柱壓力如果地層中的水與供水區(qū)和泄水區(qū)相連就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力，在動(dòng)水壓力作用下，流體會(huì)發(fā)生流動(dòng)。4．地層壓力梯度：即地層壓力隨深度的變化率。兩種壓力梯度：靜水壓力梯度，方向垂直，一般為定值。另一種為動(dòng)水壓力梯度。5．異常地層壓力：實(shí)際地層壓力與靜水柱壓力不等。前者>后者為異常高地層壓力；前者<后者為異常低壓力。6壓力系數(shù)：地層壓力／靜水柱壓力、實(shí)際地層一般>1。獲得地層壓力數(shù)據(jù)后，編制地層壓力等值線圖或等數(shù)據(jù)體，即可反映地壓場的變化。2、地層壓力預(yù)測地層壓力可以在鉆井或采油過程中，利用隨鉆測量、重復(fù)式地層測試器RFT或井下壓力計(jì)等方法直接測量。在新探區(qū)只能用間接方法預(yù)測，其方法有：（一）等效深度法（二）Fillippone法（一）等效深度法：利用頁巖體積密度曲線，由下式計(jì)算：Pf=G0DA－DE（G0-GW）Pf—地層壓力，MPa；DA—測點(diǎn)深度，m；DE—對(duì)應(yīng)DA的正常壓實(shí)深度，m；GW—靜水壓力梯度，Mpa/m；G0—上覆地層壓力梯度，Mpa/m（二）Fillippone法：用地震層速度預(yù)測，誤差太大，使用時(shí)，應(yīng)做必要的校證。第三節(jié)異常壓力流體封存箱

異常壓力流體封存箱是美國石油地質(zhì)學(xué)家提出的，到目前為止公開報(bào)道已在180多個(gè)沉積盆地都發(fā)現(xiàn)了異常壓力流體封存箱。正常地層壓力可由地表至地下任意點(diǎn)地層水的靜水壓頭（靜水壓力）來表示；而背離正常地層壓力趨勢(shì)線的地層壓力均為異常地層壓力。包括異常超高地層壓力和異常低地層壓力。在自由狀態(tài)下邊界值為：淡水：壓力梯度；飽和鹽水壓力梯度。大于該邊界值為超壓；小于該邊界值為欠壓。3、異常地層壓力的成因

（1）流體熱增壓作用

（2）剝蝕作用（3）斷裂與巖性封閉作用

（4）刺穿作用

（5）浮力作用（6）粘土礦物成巖演變

1．流體熱增壓隨著地層埋深加大，經(jīng)受地溫升高，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)成熟生成大量石油和天然氣，地層水會(huì)出現(xiàn)水熱增壓現(xiàn)象，在烴源層及褚集層中都會(huì)造成異常高地層壓力。流體熱增壓是地層中產(chǎn)生高壓的首要原因2．剝蝕作用在幼年期地貌區(qū)，剝蝕作用常常引起地形起伏甚大，而測壓面的位置未變，于是測壓面與地面的高低關(guān)系可能因地而異，造成油藏出現(xiàn)壓力過剩與壓力不足的現(xiàn)象。A、由于測壓面與地面的高低關(guān)系不同——油藏A壓力過剩，油藏B壓力不足。

（2）剝蝕作用B、測壓面橫跨圈閉造成地層壓力異常低（2）剝蝕作用3、斷裂與巖性封閉作用

在厚層泥巖中所夾的砂巖透鏡體油藏，原來埋藏較深，原始地層壓力較大。后來，在斷塊升降運(yùn)動(dòng)作用下，油藏所在斷塊上升，深度變淺，但原始地層壓力仍然保持下來，形成高壓異常。4．刺穿作用：在不均衡力作用下，可塑性巖層發(fā)生侵入作用，可使上覆一些軟的頁巖和未固結(jié)的砂巖層發(fā)生擠壓與斷裂變動(dòng)，減少孔隙容積，流體壓力增大，造成異常高壓。5、浮力作用油、氣、水的密度差引起的浮力作用，也可能是油氣藏內(nèi)出現(xiàn)過剩壓力。背斜油氣藏壓力分析圖6．對(duì)泥質(zhì)巖而言，粘土礦物脫水和烴類生成作用。在粘土礦物的壓實(shí)演變中都能夠析出大量的層間水，這種變化對(duì)于形成異常高地層壓力有著重要意義。7．縱橫向的封閉作用及不均衡壓實(shí)作用。如：砂巖透鏡體、兩側(cè)為斷層遮擋或一側(cè)為巖性尖滅線，上下有封蓋層。二、異常壓力流體封存箱的概念及類型

現(xiàn)代沉積盆地常常具兩個(gè)或多個(gè)水文系統(tǒng)，呈現(xiàn)雙或多水力系統(tǒng)的層狀排列，其中間被封閉層所隔?，F(xiàn)代沉降盆地雙水力系統(tǒng)太排列圖

上為正常壓實(shí)，下為異常壓力系統(tǒng)。

流體壓力封存箱有兩種類型：一為超壓封存箱、二為欠壓封存箱

孔隙流體支撐該層及上覆巖石—流體的重力。巖石基質(zhì)支撐蓋層及上覆巖石—流體的重力。根據(jù)壓力超壓流體封存箱頂部地溫多在90-100℃，低于干酪根生油高峰期，所以多數(shù)油氣應(yīng)生成于箱內(nèi)。三、封閉層的成因及特征封閉層是形成與分隔異常壓力流體封存箱的關(guān)鍵。封閉層并不一定是油氣藏的蓋層。它常與穿越不同地層界面、巖性、巖相界面、構(gòu)造界面的同溫層有關(guān)，在該溫度條件下，礦化作用、充填作用…等等成巖作用及后生作用，造成滲透率近于零的封閉層。封閉層若為碳酸鹽巖，多由硅化作用形成，當(dāng)然其本身若孔縫不發(fā)育，也可做為封閉層；若為泥頁巖則常由鈣化有關(guān)。鈣化作用常與油氣生成有關(guān)。在深部高溫高壓條件下，油氣生成產(chǎn)生的大量CO2↑，有助于對(duì)礦物顆粒的溶蝕作用，形成次生孔隙發(fā)育帶；當(dāng)這種含HCO-3、CO32-、Ca2+的溶液向上運(yùn)移至鏡質(zhì)體反射率大約為0.4~0.5%處，因T、P降低，造成碳酸鹽的再沉淀，形成頂部封閉，這時(shí)恰為生油窗開始處。因此，石油常形成于封存箱內(nèi)。假若封閉層為一厚層的層組組成，但可由非滲透層和滲透層互層組成，封閉層內(nèi)亦可形成小型的封存箱如砂巖透鏡體。即箱內(nèi)和箱緣均可成藏。封閉性斷層可構(gòu)成垂向封隔層，將主箱分為多個(gè)次一級(jí)箱。油氣大多數(shù)分布在封存箱內(nèi)，如大慶油田嫩一、二段，青山口組。4、流體封存箱與油氣成藏模式第三節(jié)地應(yīng)力場1、類型劃分2、地應(yīng)力場與油氣生運(yùn)聚保的關(guān)系成藏動(dòng)力場三場耦合關(guān)系

三場耦合與油氣成藏

成藏動(dòng)力場—考慮了應(yīng)力場和溫度場的流體勢(shì)場

成藏動(dòng)力場模型—溫度場、應(yīng)力場和壓力場藕合的流體勢(shì)場模型

油氣運(yùn)聚第四節(jié)固態(tài)氣體水化合物一、定義：（SolidGasHydrate）系指在特定的壓力與溫度條件下，甲烷氣體分子天然氣被封閉在水分子的擴(kuò)大晶格中，呈固態(tài)的結(jié)晶化合物，亦稱冰凍甲烷或水化甲烷。

有時(shí)乙烷、丙烷、異丁烷、二氧化碳及硫化氫也可與甲烷一起形成固態(tài)混合氣體水合物。這些氣體可以是來自洋底沉積物之下深度不大的生物成因氣，也可以沿海底斷層來自深處的非生物成因氣。這類固體氣水合物可以作為深部氣藏的良好蓋層，也可形成氣體水合物氣田。上世紀(jì)60年代首先在原蘇聯(lián)西西伯利亞北極氣田中發(fā)現(xiàn)冰凍甲烷，到70年代在該區(qū)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量巨大的水化甲烴氣田梅索雅卡，儲(chǔ)量為4×1011m3，54%是呈氣體水合物產(chǎn)出，引起了人們的重視。后來在北極許多油氣田均發(fā)現(xiàn)過它的蹤跡。1980年初，美國深海鉆探的鉆井船，甚至發(fā)現(xiàn)在墨西哥和中美洲附近的太平洋中，廣泛分布著冰凍甲烷地層，并取得許多巖心。迄今為止發(fā)現(xiàn)西半球北美洲周緣許多海域都蘊(yùn)藏著氣體水合物。估算的遠(yuǎn)景資源量可逾760~2915×1012ft3。二、理化性質(zhì)固態(tài)氣體水合物屬包體化合物的一種特殊范疇，由天然的兩種分子合成：客體被包圍在主體內(nèi)，二者之間沒有化學(xué)鍵聯(lián)接。水合物的多面體晶形氣體水合物的晶格為冰狀籠形狀，分為兩類單位晶格結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)Ⅰ：每個(gè)單位晶格含46個(gè)水分子，能容納直徑小于5.8×10-10m的客體分子8個(gè)，理想化學(xué)分子式為2O，X為客體分子，CH4、H2S、C2H6、CO2、N2等氣體適合于這類結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)Ⅱ：每個(gè)單位晶格含136個(gè)水分子，能容納直徑不超過6.7×10-10m的客體分子8個(gè)。理想化學(xué)分子式為X·17H2O，C3H8和C4H10適合這類結(jié)構(gòu)。三、形成與分布?xì)馑衔锏男纬赏瑴囟群蛪毫τ嘘P(guān)。一般對(duì)于壓力的要求隨溫度線性升高而呈對(duì)數(shù)增加，因而大多數(shù)盆地?zé)o法滿足這個(gè)壓力增加的幅度。水合物在21℃~27℃的溫度下都將分解，因而其形成的深度下限約1524m，當(dāng)然隨地溫梯度的不同而有所變化。在平面上，因主要形成于低溫、高壓條件，主要分布在極地、永久凍土帶及大洋海底。第五節(jié)凝析氣藏的形成與分布

在物理學(xué)上的一般規(guī)律，任一物系內(nèi)（氣體）等溫加壓引起凝結(jié)，減壓導(dǎo)致蒸發(fā)。這只在一定的溫度、壓力范圍內(nèi)是正確的。1、純物質(zhì)的臨界狀態(tài)二、凝析氣藏的形成臨界溫度和臨界壓力是各種物質(zhì)的特性，一定物質(zhì)就有一定數(shù)值。

實(shí)驗(yàn)證明：如果在液態(tài)烴中加入甲烷等氣態(tài)烴，則可降低物系的臨界溫度。如隨著氣體數(shù)量的增加，臨界點(diǎn)逐漸縮小，氣液兩相不斷混合，至到液態(tài)烴溶解于氣相。

因此可推論：在地下隨溫度和壓力的增加，含有各種甲烷同系物的壓縮氣能溶解越來越多的液態(tài)烴；

反之，當(dāng)氣相所處的壓力和溫度逐漸降低，則早先溶于氣相的液態(tài)烴又會(huì)逐漸分離出來。這就是凝析氣的形成機(jī)理。三、凝析氣藏的形成條件及分布規(guī)律天然氣也是成分復(fù)雜的多族份烴類混合物。為了闡明凝析氣藏的形成條件，還必須分析多族分烴類物系在地層條件下的變化。氣液兩相共存的最高溫度K1和最高壓力B1，分別稱為臨界凝析溫度和臨界凝析壓力。臨界點(diǎn)K為泡點(diǎn)線與露點(diǎn)線的交點(diǎn)。

2、雙組分烴類物系相圖等溫加壓情況下：A→B→1→2→E，在A點(diǎn)物質(zhì)為氣相，加壓至B點(diǎn)，開始出液滴（露點(diǎn)），壓力繼續(xù)增加至1點(diǎn)，液體數(shù)量逐漸增大；但從1到2點(diǎn)，加壓反而使液體逐漸減少，氣相增多，至2點(diǎn)物質(zhì)全部氣化。由1→2，等溫增壓出現(xiàn)氣化特征，稱為逆蒸發(fā)；由2→1，等溫減壓出現(xiàn)液化特征，稱為逆凝結(jié)。等壓升溫情況下：C