年西北大学石油与天然气地质原题及答案整理

一、基础概念天然气：广义的天然气是指自然界一切天然生成的气体，通常为各种气体化合物或气态元素的混合物，其成因复杂，产状多样。狭义的天然气指与油田和气田有关的可燃气体，成分以气态烃为主，多与生物成因有关。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：a、储集层；b、盖层；c、阻止油气继续运移、造成油气聚集的遮挡物。生油岩：按照有机成因学说，大量的微体生物遗骸与泥砂或碳酸质沉淀物埋藏在地下，经过长时期的物理化学作用，形成富含有机质的岩石，其中的生物遗骸转化为石油。这种岩石称为生油岩。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。储集层：是指能够储存和渗滤油气的岩层，它必须具有储存空间(孔隙性)和储存空间一定的连通性(渗透性)。油气藏：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。盖层：覆盖在储集层之上能够封隔储集层，并阻止油气向上运动的细粒、致密岩层。生油门限：生油岩在地质历史中随着埋藏在地下的深度加大，受到的压力和温度增加，其中的有机质逐步转变成油或气。当生油岩的埋藏到达大量生成石油的深度(也是与深度相应温度)时，叫进入生油门限。油气田：受单一局部构造单位所控制的同一面积内的油藏、气藏、油气藏的总和。油气聚集带：是油气聚集条件相似的、位置邻近的一系列油气藏或油气田的总和。它具有明确的地质边界。含油气盆地：凡是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，并以发现油气田的沉积盆地。含油气系统：在任一含油气盆地内，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——化学动态系统。成藏动力学是：综合利用地质、地球物理、地球化学手段和计算机模拟技术,在盆地演化历史中和输导格架下,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,研究沉积盆地油气形成、演化和运移过程和聚集规律的综合性学科。成藏动力学研究的基础是盆地演化历史和流体输导格架,研究的核心是能量场(包括温度场、压力场、应力场)演化及其控。油气初次运移：油气从烃源层向储集层的运移。油气二次运移：石油与天然气进入储集层以后的一切运移，都称为二次运移。二、生成油气的物质基础1、生油气母质（及其化学组分）根据油气有机质成因理论，生物体是生成油气的最初来源。生物油气的沉积有机质主要由脂类化合物、蛋白质、碳水化合物以及木质素等生物化学聚合物组成，它们都具有比较复杂的化学结构。2、干酪跟沉积物（岩）中的沉积有机质经历了复杂的生物化学及化学变化，通过腐泥化及腐殖化过程形成干酪根，成为生成大量石油及天然气的先驱。干酪根最初是描述苏格兰油页岩中的有机质，经蒸馏后能产出类似蜡质的粘稠石油。后来被引用泛指现代沉积物和古代沉积岩中不溶于一般有机溶剂的沉积有机质。3、干酪跟类型（1）光学分类孢粉学家用盐酸和氢氟酸除去无机矿物质后，将有机残渣在显微镜透射光下观察划分出藻质、无定形、草质、木质和煤质五组分。（2）化学分类Ⅰ型甘酪根：原始氢含量高，氧含量低，H/C原子比介于1.25-1.75，O/C原子比介于0.026-0.12.以含类脂化合物为主，直链烷烃很多，多环芳香烃及含氧官能团很少；它可以来自藻类堆积物，也可能是各种有机质被细菌强烈改造，留下原始物质的类脂化合物馏分和细菌的类脂化合物，生油潜能大。Ⅱ型甘酪根：原始氢含量较高，但低于Ⅰ型甘酪根，H/C原子比介于0.65-1.25，O/C原子比介于0.04-0.13。属于高饱和度的多环碳骨架，含中等长度直链烷烃和环烷烃甚多，也含多环芳香烃及杂原子官能团；来源于海相浮游生物和微生物的混合有机质；生油潜能中等。Ⅲ型甘酪根：原始氢含量低，氧含量高，H/C原子比介于0.46-0.93，O/C原子比介于0.05-0.3.以含多环芳香烃及含氧官能团为主，饱和烃链很少，被联接在多环网格结构上；来源于陆地高等植物，含可鉴别的植物碎屑较多，可被河流带入海、湖成三角洲或大陆边缘；热解时可给出30%产物，与Ⅰ、Ⅱ型相比对生油不利，但埋藏到足够深时，可成为有利的生气来源。三、有机质演化与成烃模式油气演化过程划分为四个逐步过渡的阶段：生物化学生气阶段、热催化生油气阶段、热裂解生凝析气阶段及深部高温生气阶段。(1)生物化学生气阶段当原始有机质堆积到盆地之后，开始了生物化学生气阶段。这个阶段的深度范围是从沉积界面到数百米乃至1500m深处，温度介于10-60℃，以细菌活动为主，与沉积物的成岩作用阶段基本相符，相当于碳化作用的泥炭-褐煤阶段。(2)热催化省油气阶段随着沉积物埋藏深度超过1500-2500m，进入后生作用阶段前期，有机质经受的地温升到60-180℃，相当于长焰煤-焦煤阶段，促使有机质转化的最主要因素是热催化作用。随着深度的加大，岩石成岩作用增强，粘土矿物吸附力增大，按物质组分的吸附性能不断进行重新分布：分子结构复杂的脂肪酸、沥青质和非烃集中在被吸附层内，烃类集中在外部，依次为芳香烃、环烷烃、正烷烃。在热演化作用下，有机质能大量转化为石油和湿气，成为主要的生油时期，在国外常称为“生油窗”。(3)热裂解生凝析气阶段当沉积物埋藏深度超过3500-4000m，地温达到180-250℃，则进入后生作用阶段后期，相当于碳化作用的瘦煤-贫煤阶段。此时地温超过了烃类物质的临界温度，除继续断开杂原子官能团和侧链，生成少量水、二氧化碳和氮外，主要反应是大量C-C链断裂，包括环烷的开环和破裂，液态烃急剧减少。(4)深部高温生气阶段当深度超过6000-7000m，沉积物已进入变生作用阶段，达到有机质转换的末期，相当于半无烟煤-无烟煤的高度碳化阶段。温度超过了250℃，以高温高压为特征，已形成的液态烃和重质气态烃强烈裂解，变成热力学上最稳定的甲烷；甘酪根残渣释放出甲烷后进一步缩聚，H/C原子比降至0.45-0.3，接近甲烷生成的最低限。以上将有机质向油气转换的整个过程大致划分为四个阶段，这反映油气演化的一般模式。对不同的沉积盆地而言，由于其沉降历史、地温历史及原始有机质类型的不同，其中的有机质向油气转换的过程不一定全部都经历这四个阶段，有的可能只进入了前两个阶段，尚未达到第三个阶段；而且每个阶段的深度和温度界限也可能略有差别。四、油气分布的主控因素油气分布及其广泛，但在时间与空间上分布不均衡。油气分布主要受宏观因素控制，如大地构造条件、古地理、古气候条件等。这些条件的差异决定了构造单元之间、不同盆地之间以及不同地质时代的地层中油气分布不均衡，这些条件决定了一个油气盆地油气资源的富集程度。盆地内部油气分布的不均衡主要与盆地内部不同的构造单元之间油气生成、运移、聚集、保存条件的差异有关。油气分布在盆地内部的烃源条件、二级构造带分布、沉积相带分布、断裂带分布等因素控制具有一定规律性。盆地内部油气主要控制因素：（1）烃源岩和生排烃中心对油气分布的控制烃源是形成油气藏的第一控制因素。没有油气来源，就不能形成油气藏。国内外大量的油气勘探实践表明，一个盆地内部油气藏分布与烃源岩的分布及其生排烃中心具有密切联系，盆地内部主要油气藏都与烃源岩的层位有密切关系，并分布在主要生油区内部和周围。盆地中烃源岩的层位、类型及其成熟度控制油气分布的层位和相态。烃源岩层位控制油气分布的规律在构造稳定的沉积盆地中表现的最为明显。（2）二级构造带对油气分布的控制油气的分布与二级构造带关系密切。盆地中二级构造带，特别是位于生排烃中心的内部或附近的继承性二级构造带，对盆地内部储集层的发育、圈闭的发育以及油气运移、聚集具有重要的控制作用。二级构造带是油气聚集的重要基础及地质背景。我国是典型的陆相油气盆地，二级构造带对油气的分布具有重要的控制作用，20世纪60年代提出“二级构造带是油气聚集带”的观点。在20世纪60年末至70年代初提出“复式油气聚集带”理论。复式油气聚集带是在二级构造带的基础上形成的。（3）局部构造和沉积相带对油气分布的控制局部构造和沉积相带是继烃源岩和生排烃中心、二级构造带和古隆起之后的第三层次控制因素，控制着油气田的位置和范围。即局部构造控制油气藏位置，沉积相带控制着岩性油气藏分布，二者相互影响相互联系。背斜、鼻状构造、断层等盆地的三级构造是形成不同类型构造圈闭的基础，可以形成背斜圈闭和断层圈闭，这些圈闭类型是大多数盆地中主要的构造圈闭类型。在生排烃中心和二级构造控制背景下，盆地中的局部构造就成为最重要的油气聚集场所。但并不是有利的二级构造带上的局部构造都可以形成油气田，这还与该构造储集层的发育情况、断裂的发育情况、盖层条件等因素有关。（4）断裂对油气分布的控制断裂是油气盆地中最常见的构造现象之一，它与油气的生成和油气藏的形成具有密切关系。但这一关系通常也是最复杂和最有争议的，断裂和油气藏形成的关系问题成为目前石油地质领域研究的热点。断裂既有圈闭作用，也是油气运移通道。断裂段对一些盆地的生烃中心和油气生成具有重要控制作用。是油气藏或油气田的集中分布带。（5）地层不整合对油气分布的控制不整合对油气分布也有重要的控制作用。世界上有大量油气聚集在不整合附近，特别是在不整合面之下。不整合之下的风化淋滤带是有利储集层的分布带。不整合面之下的岩石经过长期的风化剥蚀和溶解淋滤，形成了孔隙、裂缝发育的风化淋滤带。这些岩石可以作为油气运移的通道和储集岩，特别是在碳酸盐岩地区，这种不整合面之下的风化淋滤带特别发育，为储集油气的重要空间。不整合面之下是油气聚集的重要场所。五、主要储集层的岩性与孔隙特征类型储层是指具有相互连通的孔隙、裂隙等储集空间，且能够储存和渗流流体的岩层。储集层一般包括碎屑岩储集层、碳酸盐储集层、其他岩类储集层（火山岩储集层、结晶岩储集层、泥质岩储集层）。1、碎屑岩储集层碎屑岩储集层主要包括各种砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩等碎屑沉积岩，主要由成分复杂的矿物碎屑、岩石碎屑和一定数量的胶结物所组成。是目前国内外勘探开发的主要储集类型。在沉积、成岩过程、构造运动等地质因素的耦合作用下形成的碎屑岩储集空间包括原生孔隙和次生孔隙。（1）原生孔隙：在沉积和成岩过程中形成的碎屑颗粒之间的粒间孔以及在细、粉砂岩中发育的层间缝与成岩裂缝等。（2）次生孔隙：在结构上次生孔隙与原生孔隙较为相似，次生孔隙主要是非硅酸盐组分（以碳酸盐矿物为主）溶解的产物，同时岩石组分的破裂和收缩也产生次生孔隙。2、碳酸盐岩储集层碳酸盐岩储集层在世界油气分布中占有重要地位。碳酸盐岩储集层构成的油气田常常储量大、产量高，易于形成大型油气田。碳酸盐岩的储集空间可分为原生孔隙、溶洞、裂缝三类。（1）碳酸盐岩储层的原生孔隙碳酸盐岩原生孔隙类型包括粒间孔隙、粒内孔隙、生物骨架空隙、鸟眼孔隙和晶间孔隙等类型。原生孔隙的发育主要受控于岩石的结构和沉积构造。A.粒间孔隙是指各种碳酸盐颗粒之间的孔隙。其孔隙度的大小与颗粒大小、分选程度、灰泥基质含量和亮晶胶结物的含量密切相关，是鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩和内碎屑灰岩的颗粒石灰岩常具有的孔隙。粒间孔是碳酸盐岩油气储集层的主要储集空间。B.粒内孔隙是指碳酸盐岩颗粒内部的孔隙，生物灰岩常具有这种孔隙(生物体腔孔隙)，如腹足类介壳的体腔孔隙。C.生物骨架孔隙是指原生的造礁生物如群体珊瑚、层孔虫、海绵等在生长时形成坚固的骨架，在骨架之间留下的孔隙。D.生物钻孔孔隙是有某些生物钻孔所形成的孔隙，较为少见，常被充填。E.鸟眼孔隙是指一种透镜状或不规则状的孔隙，常成群出现，平行于纹层或层面分布。F.晶间孔隙是指碳酸盐岩矿物晶体之间的孔隙。如砂糖状白云岩（2）碳酸盐岩储层的溶蚀孔隙溶蚀孔隙，又称溶孔，是碳酸盐矿物或伴生的其他易容矿物被地下水、地表水溶解后形成的孔隙。溶孔的特点是形状不规则，有的承袭了被溶颗粒的原来形状；边壁光滑，有时在边壁上见有不容易溶物残余。溶蚀作用产生的孔隙既可以发生于后生阶段，如不整合面下的岩溶面，也可以发生于成岩晚期和成岩早期（准同生阶段），后者一般见于近岸浅水地带沉积物暴露出水面时。溶孔的类型包括粒内溶孔、溶模孔隙