石油地质学要点整理

绪论1、石油地质学的主要任务是阐述油气在地壳中的形成过程，产出状态以及分布规律2、1）研究石油的基本特征：包括石油的化学组成和物理性质，以及石油伴生物——天然气及水的基本特征。2）研究油气的生成：包括生成油气的原始物质是什么，这些原始物质是在什么环境和什么因素作用下演化为石油的等。3）研究油气运移规律：包括引起油气运移的动力有哪些，油气运移时的状态如何等等。4）研究油气聚集的条件及各种油气藏的特征。5)研究油气藏聚集破坏的因素及再次运移聚集的规律性。3、石油地质学的三大基石：盆地构造、盆地沉积、石油探测技术三方面的知识第一章石油、天然气、油田水的成分和性质第一节石油的成分和性质1、石油：是以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。（在成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素。在相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气，并溶有数量不等的烃类和非烃类的固态物质）石油中C、H两元素占绝对优势。次为O、N、S。2、石油中的化合物组成归纳起来，主要可分为烃和非烃两大类，具体包括：（烃类）①正构烷烃；②异构烷烃；③环烷烃；④芳香烃；（非烃类）⑤含氮、硫、氧化合物。3、在石油烷烃中，异构烷烃中最重要的是异戊间二烯型，该烷烃是生物成因标志化合物，应用最多的是植烷和姥鲛烷。同源的石油所含异戊间二烯型烷烃类型和含量都十分相近，常用于油源对比。4、用环戊烷和环己烷的比值可以估计石油生成时的地下温度，比值高，成生温度低，否则相反。在原油中，多环环烷烃的含量随成熟度增加而明显减少，高成熟度原油以1-2环烷烃为主。5、石油样品中I、II类初级氢原子的丰度比值称为芳烃结构分布指数，简称ASI值。这一特征值可直接用于鉴定有机质成熟度。成熟生油岩的ASI值0.86、石油中的非烃是指石油所含的硫、氮、氧及金属原子的化合物，它们对石油的质量有重要的影响。其中，最为重要的是卟啉，是石油成因分析的有力证据。7、石油的旋光性与含有结构不对称的生物成因标志化合物有关，所以旋光性被认为是石油有机成因的重要证据。8、石油重要的物理性质有：颜色、比重、粘度、荧光性、旋光性、溶解性等特征。思考题：如何区分海相和陆相石油？石油中有哪些烃类和非烃类？第二节天然气的成分与性质1、狭义天然气按成因可分为：无机成因气（如岩浆气）；有机成因气（由有机质经热演化所形成的）；混合成因气（前两者的混合物）.2、有机成因气按其母质来源又可分为：1腐泥型天然气又称油型气或石油气：它是指以腐泥型为主的有机质（包括低等植物和动物的遗体），在其演化过程中所生成的气态物质。2腐植型天然气又称煤成气，或煤型气、煤系气:它指以腐植型为主的有机质（包括高等植物）在其演化过程中所生成的气态物质。3腐植腐泥型天然气:是指前两者的过渡类型。3、狭义的天然气按其存在的相态又可分为：〈1〉游离气〈2〉溶解气〈3〉吸附气〈4〉固态气水合物又称冰冻甲烷。4、狭义天然气按其分布特征可分为：聚集型天然气（气顶气、气藏气、凝析气）分散型天然气（油内溶解气、水内溶解气、沉积岩中吸附气、固态气水合物中的气体、煤层气）5、天然气是以气态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。以烃类，尤以甲烷为主，并含有少量的Ｎ2、CO2、H2S等气体。以碳、氢为主，另有少量的Ｎ、Ｏ、Ｓ及其它微量元素。6、在实际勘探中，常据成分特征将天然气分为湿气和干气。1湿气：是指甲烷含量小于95％，重烃含量大于５％，并常与石油伴生的气体。该气体有汽油味，燃烧时呈黄色火焰。通入水中，水面有油膜，与油田相关。2干气：是指甲烷含量大于95％，重烃含量小于５％，不与石油共存的气体。燃烧时呈蓝色火焰，无汽油味。通入水中水面无油膜。7、天然气的物理性质：比重，粘度，临界温度（指气相物质能维持液相的最高温度）、临界压力（指在临界温度时，气态物质液化所需的最低压力）、逆凝结和逆蒸发，溶解度，热值思考题:试述凝析油气藏形成的原理和条件？第三节油田水的成分和性质1、狭义上：油田水是指油田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水2、油田水的矿化度：是指水中的各种离子、分子和化合物的总含量3、油田水的化学组成主要包括无机组成和有机组成两部分：(1)无机组成:油田水的无机组成中除含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-等离子外，还含有特殊的碘（I）溴（Br）硼（B）锶（Sr）等微量元素。(2)有机组成:油田水中常见的有有机组分有：烃类、酚和有机酸。具体特征表现在四方面：1)油层水的烃类既有气态烃（C1-4），又有液态烃。而非油层水中只含少量甲烷、重烃很少。衡量重烃含量可用甲烷系数（CH4/总烃）或干燥系数（CH4/ΣC2+烃）两种表示方法。2)油层水苯系化合物含量很高，一般可达0.01－1.58mg/l，且甲苯/苯1，而非油层水相反。3)油层水中酚含量较高，一般大于0.1mg/l，且以甲酚和邻甲酚为主，而非油层水酚含量较低，且以苯酚为主。4)油田水中常含有不等量的环烷酸，脂肪酸和氨基酸等有机酸。其中环烷酸是石油环烷烃的衍生物，是找油的重要水化学标志。4、油田水的类型：苏林的分类方案将天然水划分为四种类型:氯化钙型、氯化镁型、碳酸氢钠型、硫酸钠型，油田水的化学类型以氯化钙型为主，Na/Cl0.5，是烃类聚集最有希望的地带。思考题：苏林如何将水分为四类？哪一类为油田水？第四节重质油特征1、重质油是指在原始油层温度下脱气原油粘度为（100-1000）×10-3Pa.s或者在15.6℃及0.1MPa下密度为934-1000kg/m3的原油。2、重质油的特征：①氧、硫、氮含量高；②富含微量元素，高于常规原油的几倍至几十倍；③非烃和沥青质含量高，个别可达50%。第五节石油沥青类中的碳、氢稳定同位素1、同位素：是指元素周期表中具有相同原子序数而原子量不同的元素。由于它们位于元素周期表的同一位置，所以称之为同位素。2、放射性同位素：是指那些能自行随意分解（即改变自己的原子量）形成具另外质子数的新原子的同位素，如铀、14C等皆属于放射性同位素。3、稳定同位素：是指那些原子核结构不会自发地改变的同位素。4、稳定同位素的两个基本属性：即使经历复杂的化学反应，同位素比率（或含量）仍保持相对的稳定；（但由于稳定同位素的中子数和质量有一定的差别，其取代分子或键的化学活性也有一定的差别，从而）在参与生物、化学和物理作用过程中，也有一定的分馏作用。5、油田上基于稳定同位素的以上两个属性来进行油源对比、天然气成因分析等研究。6、以碳为例来分析碳稳定同位素的分馏机理：碳稳定同位素常见的分馏作用有以下4方面：①同位素交换反应指不发生化学反应，只在不同化学物质，不同相或单个分子之间发生的同位素重新分配所引起的分馏作用。例如：13CO2+H12CO3-===12CO2+H13CO3-反应自左向右进行，则CO2中富集12C，式子自右向左进行，则CO2中富集13C。但具体向哪一方向演化需视具体条件的影响情况而定。例如海水中CO2与HCO3-反应的结果使13C富集。②光合作用的动力效应植物进行光合作用时，吸收CO2和H2O繁殖本身过程中，由于分馏作用，就会使12C富集，而13C减少。③热力和化学反应的动力效应同位素的质量不同，取代分子或键的化学活性不同，—12C—12C—键的化学活性大，而—13C—13C—键的化学活性差。在参与化学反应时，相同的温度及其它条件下，—12C—12C—参与反应的几率和速率较—13C—13C—大。从而使得低温条件下形成的烃类12C较富集，而高温条件下形成的烃类，相对13C含量较高。④物理化学效应对稳定同位素来说，最有意义的物化效应是蒸发和扩散作用。蒸发作用的结果，使气相富集轻同位素，而液相浓缩物则富集较重的同位素。在扩散过程中，由12C组成的分子较由13C组成的分子扩散速度要快，例如12CH4比13CH4要快3.1%。7、同位素比值的测量和对比单位一般用千分数（%。）来表示，同位素比值可用D/H、13C/12C或用δD、δ13C表示。8、δ是建立在标准稳定同位素和测定样品同位素比值的基础上得出的。δ值==（Rs-Rr）/Rr×1000%。==（Rs/Rr-1）×1000%。式子中Rs为样品同位素比值（对于氢、碳稳定同位素，分别为D/H、13C/12C），Rr为标准的稳定同位素比值（该标准，国内外所采用标准不同，国内也有不同标准。）9、以δ13C为例，稳定同位素在石油地质研究中的应用主要有六方面：（1）可作油源对比指标，相同来源的石油δ13C值接近（2）用于天然气成因分类：生物气δ13C为-55‰—-100‰；热解气δ13C为-60‰—-20‰；煤成气δ13C为-20‰—-30‰；（3）用于生油岩鉴定：生油岩的δ13C在-23‰—-34‰；（4）用于有机成因的证据，因12C/13C的比值介于90-95之间，与同生生物物质的碳同位素组成相近，而与无机的碳酸盐岩碳同位素相差甚远。（5）用于判断油气运移方向：同一油源的原油200℃前馏分δ13C值随运移距离增加而增大。（6）用于区分海陆相石油。另外，不同地区，不同地质年代，不同成因类型的原油，其碳同位素的值也不相同。一般，年代愈老的原油，δ13C值总体上降低。思考题：δ13C表示什么含义，有何特点，主要有哪些作用？第二章现代油气成因理论第一节油气成因理论发展概述1、油气成因的认识过程（1）无机生成学派：认为石油和天然气是在地下深处高温、高压条件下由无机物变成的。（2）有机生成学派：认为油气是在地质历史上由分散在沉积岩中的动物、植物有机体转化而成的。（3）生油岩理论：各种生化组分均可参与生油，它们来自海洋动植物残体，也可来自从陆地携入的生物分解产物；含有这些分解有机质的淤泥就是将来生成石油的母岩；母岩在早期主要由于细菌的作用而产生分散态石油，晚期由于负荷加大将油水一起挤入多孔地层，继而油水按比重分开形成油藏。（4）早期生油理论：在现代沉积物中发现了烃类，包括液烃，进而得出石油在沉积早期即已形成的结论。（5）晚期生油理论：现代沉积物中的烃和古代岩石原油中的烃，在分布上、化学结构上以及数量上有本质差别。原油中的烃含量比现代沉积物中的烃含量高得多，现代沉积物中正烷烃则存在明显的奇偶碳优势，而岩石原油中高碳数正烷烃奇偶碳优势消失特征。所以，在对生油剖面详细研究的基础上，晚期生油说认为，只有当母岩埋藏到一定的深度和温度时，有机质才显著地产生成熟的石油烃。（6）海相生油理论（7）陆相生油理论（8）其中还有一些问题还需进一步研究。例如，石油从母岩中析出的机制，碳酸盐中的生油过程等，都有待进一步探索。2、油气有机成因的证据（1）世界99%以上的石油产自沉积岩，个别产自古老基岩的石油也是来自邻近沉积岩系中富含有机质的母岩。（2）石油在地壳中的出现，与地史上生物的发育和兴衰亦步亦趋。（3）在油田剖面中，含油层位总与富含有机质的层位有依存关系。（4）石油中找到了生物标记化合物或者指纹化合物（卟啉、异戊间二烯类，萜类和甾醇类有关的化合物），这些化合物的化学结构仅为生物物质所持有，（可用于油源对比、地层对比和油苗对比）。（5）石油的元素组成（包括痕量元素组成），都与有机物质或有机矿产相近似（稳定同位素也相近）。（6）天然石油普遍具有旋光性。而这种特性只有从生物获得的物质方可有此特性。（7）大量实验表明，各种生物物质通过热降解均可获得或多或少的烃类产物。现代和古代沉积有机质中均可获得这种物质。思考题：简述晚期成油理论的基本观点和依据？第二节生成油气的物质基础1、油气生成的原始物质:石油起源于生物物质，生物物质的化学组成主要有4类：脂类、碳水化合物、蛋白质以及木质素等组成（1）脂类物质抗腐能力强，化学成分和结构都接近石油，最重要的成油母质。（2）上述生物化学组分在不同的生物内的含量是不相同的，植物主要含碳水化合物，而动物主要含蛋白质。脂类在动物、低等植物以及高等植物的某些组织中有较丰富的含量。木质素主要存在于高等植物中。（3）全面地评价不同生物做为成油母质的地位，应了解生物在自然界的产出特点：①植物年产