中國石油地質學
1. 石油地質學中大樣和小樣什麼區別
大樣就是用於做Ro的樣品,有岩心的話用岩心最好,沒岩心用量大的岩屑;小樣就是少量的岩屑,用於做Tmax、toc、s1+s2等
2. 求地震資料在石油地質學中的應用,盡可能簡潔概要,200字左右
構造、岩性、地震地質相等等
3. 斷層和褶皺在石油地質學中的作用和意義
石油地質學很大,沒有專業的研究,斷層和褶皺對地應力的影響,指導油氣田的開發
4. 石油地質學中seal和trap的區別
seal主要是封蓋的意思
trap主要是圈閉的意思
兩者出發點不一樣。祝好!
5. 油氣勘探認識與實踐過程推動了中國陸相石油地質學理論的發展
中國陸相石油地質理論的發展歷程,與石油天然氣勘探事業的發展密切相關,經過了一個探索、創立和日趨完善的過程。新中國成立之前,我國石油工業基礎十分薄弱,石油地質理論主要是從國外引入,並根據傳統的背斜說和地面油氣顯示找油。新中國成立後,石油工業進入一個蓬勃發展的嶄新階段,石油地質學理論體系也獲得了不斷充實和發展。與我國勘探事業發展階段相對應,陸相石油地質學理論經歷了20世紀50年代初創階段、60~70年代勘探東移的快速發展階段和80年代以來充實完善階段。
(一)近代石油地質學理論的引入及陸相生油觀點的提出
中國近代,伴隨著石油地質勘探事業的發展,逐步從國外引入科學的石油地質學理論,主要是背斜油氣聚集成藏理論及追蹤油氣苗的勘探方法。
近代石油工業,先是從美國發展起來的,而且發展較快。石油地質學也是於19世紀末期先從美國逐步發展起來的。
1859年,美國人德拉克(Drake,E.L.)在阿巴拉契亞山區,以蒸汽機為動力,在賓夕法尼亞州Tilusville區,成功地鑽成了世界上第一口工業油井,井深21.69 m,日產油1.817 m3,從而成為石油工業的起點。這一口井也被命名為德拉克井(Drake well)。
國外把尋找石油與地質結合起來,是在19世紀末期才開始的。由此誕生了石油地質學。在Drake井完成後的第三年,加拿大人亨特(Hunt,T.S.)研究了安大略油田,指出石油多儲於背斜頂部多孔隙灰岩之中。與此同時,美國人安德魯斯(Andrews,E.B.)也提出同樣的觀點,但均未引起石油界的注意。
懷特於1883年研究了美國阿巴拉契亞區油氣井後,指出石油聚集與背斜構造有密切關系。為證明他的觀點,他選了 3 個背斜,在其頂部擬定了 3 口井位,於 1884 年開始,先後獲得油氣流。於是懷特於1885 年發表了論文《天然氣地質學》(The Geology of Nature Gas),提出背斜理論,並開始為石油界重視。到 1915 年,大部分石油公司均先後建立了地質部門,因而把1885年被定為石油地質學的誕生年。
至1919年,按石油地質學家多西·瓦格爾(Dorsey Huager)1915年出版、1919年所修訂的《石油地質學》(Oil Geology)一書,在原理方面已不局限於背斜理論,而且包括了石油的成因、聚集、物理化學性質、地層、構造地質等。在勘探方法方面,包括測圖、井位確定、鑽井、石油生產以及石油地質野外方法與用具等。書中關於石油的成因,分為「無機說」與「海相有機說」及「無機與有機復合說」3種。
關於油氣聚集的要素,提出了五個方面,即背斜(包括單斜)構造、地層水與擠壓作用、毛細管作用、儲層、蓋層和底板層。書中對石油地質學的主要方面均已涉及,只是因為勘探程度和分析化驗技術水平的局限,在認識程度上比較膚淺。
中國近代石油地質科學原理,基本上是從國外引進的。1932年著名地質學家謝家榮編著出版《石油》一書,這可以說是中國人寫的第一本石油地質學著作,難能可貴。該書主要引用外國書刊理論綜合編寫,對中國石油地質涉及較少,但卻成為國外油氣地質科學引入中國的第一本中文書籍。
在近代中國石油地質事業發展中,老一輩地質家在極其艱難的條件下,在惟海相生油論氣氛籠罩下,通過在中國的實地調查,提出了陸相生油的觀點。從而使中國這個在印支構造運動後陸相沉積廣泛分布的國土上,勘探石油天然氣的前景變得樂觀起來。
首先是潘鍾祥教授,他根據從1931~1934年先後4次去陝北進行石油地質調查,1935年又去四川作石油地質調查,獲得的比較系統的實際資料,於1941年在美國石油地質家協會雜志上發表了《論中國陝北及四川白堊系陸相生油》的論文,向當時流傳的只有海相地層才能生油的論點提出了挑戰,認為陸相沉積同樣可以生油。
接著黃汲清、翁文灝等,根據1942年在新疆石油地質調查的資料,在1943年初編寫的《新疆油田地質調查報告》中也提出陸相生油的觀點,指出新疆二疊系、三疊系、侏羅系及下第三系均為可能生油層。文中說:「至少可以說某些新疆石油,顯然來源於純粹的陸相侏羅紀沉積」。
此後,還有不少地質學家,如謝家榮、李春昱(1944)、陳賁(1945)、王曰倫(1947)、阮維周(1947)、尹贊勛(1948)、王尚文(1949)等,先後在地質調查報告中論述過陸相沉積可以生油的觀點,他們認為玉門老君廟油田的生油層,應是白堊系黑色湖相頁岩。尹贊勛更提出由於火山噴發,淡水湖泊中生物暴亡,成為玉門石油之來源。這些觀點雖然是以區域地質分析為基礎的,但它無疑是對中國石油地質學發展的一個重要貢獻。
正是由於有了比較明確的陸相地層也可生油的認識,才指導了許多地質學家不畏艱難,鍥而不舍地在中國廣袤的國土上進行石油地質調查和鑽探,發現了玉門油田,為現代中國石油天然氣工業發展,指出了良好的勘探前景。
中國對近代石油地質學的貢獻是,指出了惟海相生油理論的局限性,提出陸相沉積也可以生油的新觀點,這是在石油海相成因觀點占絕對優勢的條件下,地質認識的一種革命性變化和飛躍。
(二)20世紀50年代現代油氣勘探的首次突破與中國陸相石油地質學理論的初步創立
新中國誕生後,石油天然氣勘探事業是在舊中國遺留下來的技術十分落後、基礎極其薄弱的情況下起步的。指導油氣勘探的是背斜理論,勘探目標選定的依據,一是地表背斜,二是地面油氣苗。
鑒於西北地區的山前坳陷和山間盆地內背斜構造明顯,又有眾多的油氣苗,而且已發現了老君廟和獨山子油田,因此,勘探重點在西部。從1952年起,主要力量移向甘肅西部,開展了酒泉西部、民和、潮水盆地的石油勘探。同時,在新疆准噶爾盆地南緣、四川盆地西部龍門山山前坳陷開始了地面地質調查。1954年進入青海省柴達木盆地。
1950~1954年共計完鑽探井420口,進尺24.5萬米,平均井深583 m。先後發現了永坪、白楊河、石油溝等3個小油田,勘探成效不大。究其原因,有的是儲層物性差,如陝北棗園;有的是目的層缺失,如潮水盆地窖水構造;有的是地面背斜構造與地下構造不吻合,如川西海棠鋪構造。在挫折中人們開始認識到,一個油氣藏的形成,需要具有多方面的條件,找油氣田不能簡單理解為就是找地面背斜構造、找油氣苗,還要研究儲層的變化、地層分布、構造發育歷史以及深淺層構造吻合情況等。並認識到區域構造穩定地區,也可形成油氣田。對油氣藏形成方面的這些新認識,是油氣勘探指導思想的一次提高。
鑒於前期的認識,本時期油氣勘探逐步向盆地腹地和構造平緩地區拓展,即所謂的上「地台」。在此認識指導下,1955年末首次突破,發現了克拉瑪依油田。1958年發現了川中含油區。
到1959年底,川中地區共發現平緩背斜24個,鑽探了10個,發現了7個油田,產油層位包括有中、上三疊統和侏羅系。儲集空間主要為裂縫、由裂縫連通的晶洞、溶洞、介殼間隙等。涼高山層為既有裂縫、又有孔隙的雙重介質儲層,油層的分布受裂縫發育產狀的控制。大安寨層既是生油層,又是較好的介殼灰岩儲層。表明川中地區油層縱向上為多層系,橫向上分布廣泛,並不局限於背斜圈閉。
從1950年到1959年8月,是我國現代石油天然氣地質理論發展的初創時期。在實踐中初步總結出了一套具有中國特色的油氣地質理論雛形。
經過10年的油氣地質勘探,通過野外地質調查和油藏所處的地質環境研究,使廣大地質學家進一步確立了陸相生油的觀點。各勘探盆地已先後確定了本地區的主要生油層系及分布范圍。
1960年前後,石油工業出版社出版了有關這方面的若干著作,代表了這個階段石油地質學家對陸相生油認識的水平。但由於種種原因,多數未能與廣大讀者見面。《中國陸相沉積生油和找油論文集》(第一集,1960年3月)是公開發行的一本。該書各篇論文,有的從大地構造條件、沉積環境、古氣候及有機物沉積特點,來論述石油的生成;有的從陸相沉積、沉積建造與生油關系,來論述陸相沉積的生油條件;有的從岩石性質及動物、植物化石來論證陸相生油;有的論文還談到在陸相沉積中,如何找油的問題等等。
關於生油的地質條件,當時已經提出,在內陸盆地的沼澤相、湖泊相(淡水、半鹹水),甚至三角洲相,都是生油層的沉積環境,並大體明確了中國已勘探盆地的主要生油層系。關於生油層與儲油層的分布關系,該書認為,儲油層在生油層剖面內,或在其上,或在其附近。陸相生油岩是在沉積盆地不斷擴大、水體封閉、濕潤氣候條件下堆積而成的,其直觀標志與海相一樣是灰綠色到黑色粘土岩。
在此期間,中國科學院蘭州地質研究所於 1959 年提出中國陸相生油的地質條件是「內陸潮濕坳陷」。地質部系統對陸相生油也進行了大量的研究工作,在描述生油層地質條件時,特別強調了還原環境。
1955年,第一次走出山前坳陷,在背斜構造不明顯的單斜帶,發現了當時中國最大的克拉瑪依地層超覆和地層不整合大油田。之後,又在玉門鴨兒峽發現了變質岩風化殼油藏、在川中發現了裂縫性油藏,證實了中國油氣藏類型是多種多樣的,勘探領域十分廣闊。
在油氣藏形成的過程中,水文地質條件有很大影響,克拉瑪依油田在這方面的研究較為深入和系統(《石油地質報告集》,1959)。
這期間開始認識到油氣藏分布不僅受單個構造的控制,就總體來看,是被構造帶控制的。因此,相應地提出了油氣聚集帶的概念,如准噶爾盆地北部劃分出3個含油區、7個油氣聚集帶;克拉瑪依-烏爾禾為1個油氣聚集帶。
關於找油方向,這期間已經明確提出必須在具有生油岩系的盆地范圍內去找,首先是要在有生油岩系的整個盆地里去找儲油構造。
對含油氣的評價工作,也逐步摒棄了單個背斜的排隊方法,而著眼於全盆地或一個含油氣地區的綜合評價。在勘探方法上,開展了如川中、川南等地區的構造連片細測和克拉瑪依的地面地質、鑽井及地球物理的綜合勘探,從而能夠較全面而且較快地認識地下地質構造。
(三)中國油氣勘探戰略東移與陸相石油地質學理論快速發展階段
中國石油天然氣勘探重點由西部向東部轉移的原因,一是油氣地質學理論水平的提高,認識到東部地區有較大的含油氣潛力;二是勘探手段的改進與發展,特別是地震與深井鑽探技術已開始廣泛使用,於是才有可能在一無地面背斜,二無油氣顯示的廣袤大平原內進行油氣勘探。
關於我國東部地區的含油性,早在1948年1月,翁文灝教授在美國油氣雜志上就著文指出,中國松遼、華北、江漢和魯、蘇、浙、閩、粵沿海以及台灣省西部定碳比小於70%,為有利含油氣區。從1952年以後,又有一些中國地質專家先後提出,應該開展中國東部地區的地質勘探。
從1955年開始,地質部和燃料工業部石油管理總局加強了在東部地區進行的石油地質普查工作。1955年1月,燃料工業部石油管理總局召開了第六次全國石油勘探會議,確定了開展中國東部地區石油地質普查。同年1~2月,地質部第一次石油普查工作會議也決定開展東部的勘探。
1956年,石油工業部成立華北石油勘探大隊,並開鑽了第一口石油參數井——華1井,同時派出地質隊到二連盆地進行石油普查。
1958年,又在長春市成立了松遼石油勘探局,在上海成立了華東石油勘探局,為中國石油勘探的重點東移做好了組織准備。
1.大慶油田的勘探開發和中國油氣地質理論的逐步建立
松遼盆地以找油氣為目的的地質普查勘探是從1955 年開始的。首先是地質部東北地質局進行了兩條路線踏勘。通過調查認為,松遼平原是一個沉降區,有很厚的白堊系與第三系沉積,總厚度約4000 m。在松花江岸及公主嶺西之黑山嘴子找到了具有油味和熒光顯示的含介形蟲化石的暗色泥岩,並提出有海相地層存在的可能。預測平原中部可能有儲油構造,建議盡快開展地球物理勘探。1956 年,地質部松遼石油普查大隊和第二物探大隊,在松遼平原進行重磁力普查,初步了解了松遼平原的基底起伏狀況。
大慶油田的發現,進一步證明了陸相沉積盆地不僅可以生油,而且可以形成豐富的石油,形成特大型的世界著名的大油田,從而極大地提高了對陸相盆地含油氣潛力的評價,對中國油氣資源的認識就更加樂觀。
在大慶油田的勘探開發實踐中,系統地研究和總結了陸相盆地石油地質學的主要內容,使中國石油地質學理論水平和相應的勘探指導思想水平,有了大幅度的提高。
(1)在陸相生油方面有重大進展
陸相生油研究,不再局限於過去單純的地質定性分析,開始大量應用岩石化學分析資料,確立了定量鑒別生油層的有機質豐度和沉積環境參數,這是一個很大的進步。在大慶油田陸相生油研究的推動下,全國各油氣區,陸續進行了這方面的工作,明確了中國陸相原油和海相原油相比,多數具有高蠟、低硫、低卟啉含量、低w/(V)/w(Ni)比值等特點。陸相生油層沉積水體礦化度多數較低,氯根含量一般只為海相的10%~20%,碘含量為海相的20%~50%,溴的含量也低,還原硫、釩、鎳、銅、鉻等元素含量也普遍低於海相,說明多數陸相生油層形成於淡水和半鹹水中。能否構成生油層,關鍵是有機質的豐度和沉積環境,而不取決於古水體的礦化度。
陸相生油層的形成與沉積時水體的氧化-還原程度密切相關。提出利用鐵還原系數(k)來確定還原程度:氧化相k=0~0.2,還原相k=0.2~0.8,其中,弱還原亞相k=0.2~0.3,還原亞相k=0.3~0.55,強還原亞相k=0.55~0.8,硫化氫相k>0.8。以此為標准,分析了中國主要含油氣盆地生油層的分布特點,指出陸相生油層主要沉積於弱還原亞相和還原亞相,而海相生油層則主要沉積於還原亞相、強還原亞相和硫化氫相。
還原環境有利於有機質的保存和有機質向石油轉化,有機碳含量則是衡量生油層優劣的標准。中國陸相生油層有機碳含量比較高,它的下限值為0.4%,而一般值為1%~2%;海相生油層有機碳含量一般為1%左右或更高。陸相生油層的沉積環境,為長期下沉、並為較深水體所覆蓋的湖盆,非補償區是形成良好生油層的最佳部位。氣候條件不是最主要的,但溫暖濕潤的氣候更有利於水體的長期保持與動植物的繁衍生長。
(2)推動了陸相沉積學的發展
大慶油田發現後,在儲油層岩性、物性、沉積環境及其分布規律方面的認識,極大地推動了陸相沉積學的研究與進展。
對陸相沉積環境的研究,早在20世紀50年代末期,在大慶油田發現前業已開始。1958年冬,石油工業部石油科學研究院在北京舉辦岩相古地理學習班,由各石油管理局派人參加學習。之後,各探區借鑒海相沉積學研究方法,應用地層、岩性和古生物資料進行岩性分區和岩相古地理恢復研究。石油工業部石油科學研究院於1959年成立岩相古地理研究隊。該隊於1959~1960年,先後研究了鄂爾多斯盆地延長組(T3y)和延安組(J1y),渤海灣盆地濟陽坳陷的下第三系,松遼盆地松花江群和四川盆地的侏羅系。由於資料短缺,研究單元劃得大、方法少,因此,對陸相沉積特點體現較少。但是,在認識盆地的發育歷史和沉積特點方面起到了一定的作用。
1960年11月,石油科學研究院召開了「全國油氣田分布規律與岩相古地理會議」,交流了各油氣區的經驗。把湖相細分為濱湖、淺湖、半深湖和深湖亞相。並提出了深湖亞相利於生油,以及陸相沉積有明顯的旋迴性,地層剖面多生儲蓋組合的觀點。認為生油層、蓋層位於細粒段,儲層位於粗粒段,從而形成了生儲蓋組合。
(3)進一步認識陸相油氣藏形成的特徵
大慶油田發現後,總結提出油氣藏形成的生(油層)、儲(集層)、蓋(層)、運(移)、圈(閉)、保(存)等6個條件,對中國陸相盆地油氣藏形成及分布規律有了進一步認識。歸納起來大體有如下幾點:①由於陸相沉積岩性、岩相變化大,油氣運移距離小,油氣藏分布嚴格受生油凹陷的控制;②二級構造帶控制油氣聚集;③斜坡區,往往形成非背斜油氣藏;④盆地中央寬緩部位,往往發育有平緩的長垣背斜,油氣最為富集,如大慶長垣背斜。因此,在勘探上形成了「定凹探邊」,以二級構造帶為目標的指導思想。所謂定凹,首先要確定生油凹陷,然後在有利生油凹陷周邊有利儲集相帶區,以二級構造帶為目標,進行整體勘探。這種勘探做法,在隨後的渤海灣盆地油氣勘探初期,應用見到了實效。
2.渤海灣大型油氣區的勘探進展推動了油氣聚集理論的完善和提高
渤海灣油氣區的發現和發展過程,是認識張性裂谷盆地油氣藏形成和分布特點的過程,也是中國陸相石油天然氣地質理論長足發展,進一步完善提高的過程。
1964~1977年的10多年間,通過全面而系統的研究,中國石油天然氣地質理論,包括陸相沉積學、陸相生油層評價、陸相儲集岩特徵、陸相流體性質和陸相油氣田分布規律等內容,都有很大的豐富和發展。進展最明顯的是油氣藏形成條件及復式油氣聚集帶理論的產生。
(1)油氣藏形成條件認識的發展
如前所述,在大慶油田發現後的初期,對油氣藏的形成曾提出了生(油氣層)、儲(集層)、蓋(層)、圈(閉)、運(移)、保(存)等6個要素,經過渤海灣盆地大規模油氣勘探和深入研究後,認識深化了,對油氣藏形成條件也進行了補充和發展。首先認為烴源岩是基礎,儲、蓋層兩個條件不應分割開來單獨分析,而應當把兩者聯系起來,從其組合的角度分析它們在油氣藏形成中的作用。另外也應把烴源岩與運移兩條件結合起來,分析油氣源的狀況。因此實際上油氣藏形成的最基本要素,就是油氣源、儲蓋層組合和圈閉。
上述3個條件也並非就是油氣藏形成的充分條件,有不少地區這3個條件都有,但是有的圈閉成為油氣藏,有的卻含油氣很少,有的甚至成為「空」圈閉。這是為什麼呢?經過深入研究,認為油氣藏形成的 3 個要素,並非是互相聯系發展的,而是各自獨立變化的。只有當3個要素在時間、空間上具最佳配置和組合的地方,才能形成油氣藏。特別是油氣運移和圈閉形成的時間、空間的配置就更為重要,即在時間上是在油氣生成前或與油氣生成同時形成的圈閉。而在空間上,則是距油氣源近,或雖然遠,但有通道溝通的圈閉,才最有利於油氣藏的形成。比如濟陽坳陷的勝-坨地區,是一個同沉積的逆牽引背斜構造,發育於沙三期(E2-3 s3),定型於油氣運移開始的東營中晚期(E3 d1-2)。在空間上,這個背斜帶緊鄰東營生油凹陷陡側,有多條斷層與主要生油層沙三段溝通,因而在沙二段(E2-3 s2)形成豐度很高的油氣藏。黃驊坳陷孔店凸起,不僅距歧口生油凹陷較遠,而且披覆於凸起上的館陶組背斜形成也較晚,但在時間上仍早於油氣主要生成運移期明化鎮期(N1-2 m)。在空間上圈閉與油源區有不整合面和斷層溝通,因此也形成了油氣藏。
油氣藏形成的關鍵是3個成藏要素的時空配置和組合。在此觀點指導下開展了渤海灣盆地油氣生成、運移與圈閉形成諸要素的時空關系研究,隨後的找油勘探工作就更有針對性,成效有了明顯提高。
(2)復式油氣聚集帶理論的產生
對以拉張斷陷為特徵的渤海灣盆地油氣聚集與分布的認識,大體上經歷了3個階段。
第一階段———簡單背斜油氣藏模式階段:在勘探初期,認為華北平原和松遼平原一樣,油氣聚集於背斜中,因此用簡單背斜油氣藏的模式來指導勘探,採用等距離布探井、大剖面控制的辦法來探明含油氣的范圍,但使許多井遇到了意想不到的情況。如在濟陽坳陷的勘探中,發現在構造高部位的探井為水層,在低部位的探井卻見到油層;在一口井中,油層之上有水層,水層之下有油層;同一油層在不同井中,其流體性質、產能、產量、油氣比等變化都很大,有些井落了空。再如,遼河坳陷在整體勘探黃金帶———熱河台二級構造帶,套用大慶油田油氣分布模式部署井位,致使第一批定在翼部及鞍部的探井落空。一度曾出現了僅在「構造高點有油」的論點,認為含油麵積只能依靠鑽井來確定。於是出現了「打到油層往外擴,打到水層往裡縮」的完全被動和「不可知」的狀況。
第二階段——勘探小斷塊階段:經過初期勘探實踐,已認識到渤海灣盆地斷層多、斷層活動時間長、構造破碎和斷塊控制油氣分布的特點。針對斷塊油田的特殊性,一部分勘探家曾產生過必須先搞清每一個斷塊的油層分布情況,然後才能進行油田開發的想法。這一做法一度使勘探工作陷入復雜小斷塊中,導致探井密度越來越大,鑽井越來越多,使勘探步子難以邁開,以致於在一段時間里,勘探上沒有重大發現。如某一個坳陷的勘探初期,對其中2個構造帶,勘探了2年,仍然沒有超出3~4 km2的范圍。
第三階段——復式油氣聚集帶觀點的建立階段:渤海灣盆地在下第三系沉積時,有47個凹陷。多數凹陷自成一個獨立的沉積系統,在其周圍有大小不等、數量眾多的水系注入湖盆,形成了各類砂體與生油岩在平面上共生、剖面上錯疊交互的組合。而且又因湖盆中心不斷遷移,從而使生油岩和儲油岩構成良好的生儲蓋匹配。這與我國一些大型湖盆,如松遼盆地構成的統一沉積盆地不同而且要復雜得多。另外,在沉積過程中及沉積後,盆地又經歷了多次強烈的斷裂活動,使生、儲油層被一系列不同方向的斷層切割、錯動,或呈壘塹相間、或呈階梯變化、或呈群樓式的鑲嵌體。每一個油田都是由很多含油層系、很多類型油藏和大小不等的一系列含油斷塊組成。每個斷塊的每個含油層段又都是一個獨立的油水系統。實際上一個油田是由成百上千個油藏組成的。
有關復式油氣聚集帶的理論,就是在這樣的地質條件下,經過反復實踐和全面系統的綜合研究,才逐步總結出來的。
復式油氣聚集帶理論的提出,在我國東部地區的油氣勘探中發揮了重要作用,提高了勘探、開發成效。
斷陷盆地既有它復雜的一面,也有它簡單的一面,既有差異性,又有統一性。所謂統一性,就是一個斷裂構造帶一般都有相對統一的形成史、主要目的層與主要的生儲蓋組合及主要的油氣藏形成期。油氣分布受構造帶控制,在一個成藏地質體中構成多層系、多類型油氣藏組合含油的基本面貌。所謂差異性,是一個斷裂構造帶被眾多的斷層切割,油、氣、水在各斷塊中又自成系統,斷塊間在含油氣層系、油層段、油水界面、油氣水層組合、流體性質、壓力系統、驅動類型與能量方面均有差異。在勘探上,要從統一性出發,整體著眼,立足於油氣藏聚集帶進行整體部署,對含油規模進行控制和探明。而在開發上,則要立足於斷塊,區別對待,力求稀井高產,早期補充能量,及時注水。
(3)滾動勘探開發方法應運而生
如上所述,復雜油氣聚集帶內油氣藏數量眾多、類型多樣,是不可能通過一次勘探就能完全搞清的。因此,要把勘探開發交叉進行,從而產生了滾動勘探開發的具體實踐,使勘探開發成效明顯提高,這是中國石油勘探專家、油藏工程師與油田開發專家基於對斷陷盆地油藏特徵與油、氣、水分布復雜性的深刻理解,在實踐中描述總結出的行之有效的方法,是對世界油氣勘探開發實踐的重要貢獻。
(四)1979年之後中國陸相石油地質學理論進一步豐富完善階段
為了深化對中國含油氣盆地石油地質特徵的認識,以便更有效地發現油氣儲量,從1979年開始,原石油工業部組織強化了對中國石油天然氣地質理論的研究。一是健全和建立研究組織機構,在北京充實和加強了石油勘探開發科學研究院,在全國各地區的各油田管理局(公司),先後建立和健全了石油天然氣地質勘探開發研究院(所);二是加強了科學研究工作的協調和計劃管理,以及廣泛應用先進的分析、實驗技術;三是強調了基礎學科研究,如構造、沉積相、生油層、儲層、煤成氣及天然氣地質、資源評價和油氣藏分布規律等。經過幾輪分專業分地區的系統綜合總結和全國性專業系統綜合總結,中國石油天然氣地質學有了很大的充實和提高。
1981年開展的全國油氣資源評價研究,促進了油氣地質學理論的發展。在統一的研究大綱和計劃安排下,進行了5年工作,於1986年完成了構造、沉積、生油、煤成氣、油氣聚集與分布、資源評價等專題研究和全國143個盆地的資源評價。預測了全國石油和天然氣資源量。這次資源評價工作,重視基礎研究,從專題研究入手,取得了豐碩的成果。在該項研究工作結束之後,先後匯總出版了中國油氣區構造、沉積相、陸相生油、煤成氣、油氣資源評價方法及油氣聚集與分布規律等6個專題研究論文集。
1985~1995年的《中國石油地質志》編寫工作,包括中國海洋石油總公司及中國石油天然氣總公司所屬各石油管理局、勘探局(公司)的研究院(所),按照統一的提綱,對各油氣區的石油天然氣地質理論,包括地層、沉積相、構造、生油層、儲層、油田水文地質、天然氣地質、原油性質、油氣運移、油氣藏分布規律、資源潛力和勘探前景等,進行了更為全面和系統的總結,使中國石油天然氣地質理論水平又向前跨進了一大步。
1992年開始的第二次全國資源評價,促進了對我國石油天然氣地質特徵的認識進一步深化。
隨著油氣勘探的發展,很多油氣地質問題需要重新認識和研究。為此,中國石油天然氣總公司和中國海洋石油總公司從1992年4月到1994年底,組織全國各有關24個單位按照統一要求,進行了第二次全國油氣資源評價研究工作。地質評價主要進行盆地評價和區帶-圈閉評價。盆地評價研究統一採用先進的盆地模擬技術,在對盆地石油地質進行綜合研究的基礎上,建立地質模型和數學模型,隨後編製成軟體,應用計算機,定量模擬沉積盆地的形成、發展及其中烴類的生成、運移和聚集過程,從而指出盆地有利的勘探區帶。區帶-圈閉評價研究,採用地質風險方法,主要對區帶-圈閉的含油氣性進行基礎地質研究,指出成藏條件及與其相關區帶-圈閉的對比研究。
第二次資源評價研究與第一次相比,採用技術方法先進,規范標准統一,認識深入和可信度顯著提高。不少區帶-圈閉評價研究,直接為探區提供了勘探目標。特別對於油氣藏形成條件與規律、陸相生油理論、低熟油以及若干新區勘探新成果、新理論編寫了專著,使對中國含油氣盆地的地質認識進一步深化。
6. 石油地質學中seal和trap的區別(或解釋)
seal: 封閉層 有效阻隔壓力封存箱與箱外環境進行物質和能量轉換的封閉性地質單元。
trap: 圈閉 儲集層中可以阻止油氣繼續向前運移,並能在那裡儲存起來成為油氣聚集的場所。
7. 層序地層學與含油氣系統的產生與發展
1.1.1.1 層序地層學的產生與發展
層序作為一種以不整合面為邊界的地層單位早在1948年由Sloss在「Sedimentary Facies in Geological History"的專題討論會上就提了出來。Wheeler對保存在地層層序中的時間關系進行了研究。Sloss和Wheeler在20世紀40和50年代提出了以區域性不整合為界的沉積幕概念。Siclen在1958年提出了一個大陸邊緣相對於海平面變化和沉積物供應變化的地層響應圖。Kansas地質勘察學會召集的一個關於旋迴沉積的重要討論會,這一會議是這一研究領域的重要里程碑。
1963年Sloss在北美克拉通晚前寒武紀至全新世地層之間,以區域不整合為界劃分出六大地層單位,稱這些地層為「層序」。Sloss的觀點在20世紀50年代、60年代以及70年代前僅為極少數人所接受。
在20世紀60年代和70年代早—中期,一些學者開展了全球地層對比、全球性海平面變化和在海平面波動條件下形成的地層單元的幾何形態研究。1958年Wheeler引入了年代地層圖;1963年Hallam首次討論了全球海平面變化可能是對大洋擴張中心體積變化的響應的思想;1964年Curray首先認識到海平面和沉積物供應之間的關系;1974年Frazier把密西西比三角洲序列劃分為退積、加積和前積相,並討論了自旋迴和全球冰川、海面變化對沉積的控製作用。
直到20世紀70年代高質量的地震反射資料的出現以及解釋技術的發展,真正意義的「層序」概念才被廣泛的重視。在20世紀60~70年代的10多年的時間里,Vail和他的同事們研究地震反射資料,形成地震地層學。Vail和他領導的小組推出了著名的全球旋迴圖以及隨後的幾個經修改的版本。Vail等將「層序」概念定義為「一套相對整合的、成因上有聯系的地層序列。其頂和底以不整合或與這些不整合可以對比的整合為界。」其次,提出了海平面升降作用作為層序演化機理的主導因素,為層序地層學的產生奠定了基礎。
應用地震地層學理論和盆地范圍內的地震資料,雖然初步解決了層序形成問題,但是對層序內部地層的彼此關系並未完全解決。隨著研究工作的深入,Vail等人使用了更多的露頭、測井資料,進一步完善了原有的理論和概念。1987年Vail及Wagoner在AAPG上發表的論文中首次明確使用了「層序地層學」這一新概念。在層序概念的基礎上將每個層序內部,依照海平面的下降、上升,劃分為三個體系域。同時把每個體系域內部進一步劃分出次一級的單位——准層序;並提出了被動大陸邊緣典型層序的沉積和地層分布模式以及一系列有關的新的概念和術語。從而確立了層序內部地層的分布規律及成因聯系,為地層劃分提出了一個重要的手段和依據。
1988年,C·K·威爾格斯等主編的SEPM第42號特刊,標志著一門新的學科——層序地層學誕生了。之後有關層序地層學的論文數量大增,進入了層序地層學的發展階段。
20世紀90年代,層序地層學發展迅速,相繼出現了許多分支,如成岩層序地層學、構造層序地層學、高解析度層序地層學、陸相層序地層學、碳酸鹽岩層序地層學等等。這些分支的出現,不斷豐富和發展了層序地層學理論和應用領域。目前,層序地層學的發展方興未艾。
1.1.1.2 含油氣系統的產生與發展
「含油氣系統」概念的形成與石油地質學發展和勘探技術的進步密切相關。隨著油氣勘探技術不斷進步,石油地質學理論不斷完善和發展,應運而生的出現了「含油氣系統」概念。
「含油氣系統」概念最初是由Dow於1972年在丹佛舉辦的 AAPG年會上提出的。當時主要是為預測威利斯頓盆地三種主要類型石油分布而研究「石油-源岩對比」。該研究雖然只涉及油源對比,但提出了「系統」一詞。隨後主要經歷了「含油氣系統」(Perrodon,1984)、「生油盆地」(Demaison,1984)、「油氣機器」(由 Meissner 1984 提出)、「獨立含油氣系統」(Ulmishek,1986)、「含油氣系統」(Magoon,1988)等幾個發展階段。
俄國石油地質學者近50年來在油氣藏形成分布研究中有В·R·阿弗那塞夫、И·О布羅德、A·A·巴基洛夫、A·Э·康得洛維契、H·A·耶廖明柯等,先後從哲學、系統學、邏輯學和自然科學方面論述了「系統」概念。1996年H·A·耶廖明柯(俄)在出版的《油氣地質》一書中,把研究自然界中「系統」概念追溯到十八世紀達爾文的論述,即掌握研究自然直觀系統的方法才能取得自然科學知識。俄國學者的論述並沒有與石油勘探中的應用有效地聯系起來。
中國石油地質學家從不同角度提出了一些類似含油氣系統的術語和概念,如20世紀50~60年代提出的生儲蓋及其組合(靜態因素)、運移聚集及圈閉的形成(動態因素)。20世紀60~70年代胡見義1963年提出的「有利生油區控制油氣藏分布」;胡朝元1963年、1982年提出成油系統和源控論;朱夏1986年提出各項地質因素之間「有著緊密的聯系,不能孤立對待,必須在油氣系統整體的區劃單元中予以考慮」;胡見義等1987年提出「陸相盆地生油中心控制油氣富集系統」;油氣富集由二級構造帶控制(如松遼盆地)和復式油氣聚集區帶控制(渤海灣、蘇北盆地等),即同一個成熟生油岩系,相同的區域蓋層封蓋,不同類型儲層和圈閉,有機的、近似的運移聚集過程的油氣聚集單元(提出和完善這一概念的有翟光明、李德生、胡見義等,1978~1991)。這些提法均強調各項必要因素的匹配關系。不同沉積盆地的油氣分布規律更是大量出現在各種文獻上。研究油氣在不同級別地質單元的分布特徵,都屬於這一單元內油氣藏形成地質要素及其相互關系的綜合研究。在這個領域中國石油地質學界的研究是相當活躍的,這是與油氣勘探及其進展密不可分的。
1988~1989年美國聯邦地質局(USGS)出版了《美國的含油氣系統》與《含油氣系統——研究現狀與方法》,1991年AAPG76屆年會Magoon和Dow主持了「含油氣系統——從源岩到圈閉」的專題討論會。經過20年含油氣系統終從源岩走到了圈閉。
1994年Magoon和Dow主編出版了《含油氣系統——從烴源岩到圈閉》一書。該書的出版可以說是含油氣系統研究過程中的一個里程碑。它標志著含油氣系統研究已日趨成熟。該書在綜合和精煉前人有關含油氣系統概念的基礎上認為含油氣系統是一個天然的系統,它包括一套呈扁豆狀的有效源岩和所有已形成的油氣藏,並包括油氣藏形成時不可少的一切地質要素和作用。
近年來,含油氣系統作為一種新的研究思路,正在不斷地受到重視,成為西方油氣地質研究工作中的一個熱點。
我國近年來也掀起了含油氣系統的研究熱潮,中國石油股份有限公司還專門設立了「九五」含油氣系統科技攻關項目。1996年11月,中國石油學會組織的「中國含油氣系統及其在油氣勘探中的應用」學術研討會,會議針對中國的陸相沉積盆地的特點全面討論了含油氣系統的概念內涵、應用范圍、研究內容和描述方法,尤其在含油氣系統的分類、劃分、研究內容和描述方法上有很多創新,初步形成了適合中國陸相沉積盆地的含油氣系統概念和方法。
8. 王尚文的介紹
王尚文,石油地質專家。提出玉門老君廟油田的油源來自陸相沉積的白堊系地層中;提版出鄂爾多斯盆地是侏羅系權河道砂岩油藏。與田在藝共同研究提出玉門、陝北、新疆等地的油田屬於陸相生油,並總結出陸相生油盆地有四種環境及十種砂岩體,豐富發展了我國陸相生油理論。組織應用岩屑錄井建立地層層序的方法在油氣勘探中推廣。主編60多萬字的《中國石油地質學》專著。王尚文,1915年12月生於河北省臨城縣鎮內村。父親是小煤礦上的一名小職員,家境貧寒。王尚文1922年就讀於河南安陽六河溝煤礦小學,1929年在河南安陽省立第11初級中學讀書,1932年考入河南省立開封高中就學,1935年考入清華大學地質系。同年12月,「一二·九」學生抗日救國運動爆發,他義憤填膺,積極參加了12月9日的學生請願運動和12月16日的大規模示威遊行。1937年「七七事變」,抗日戰爭全面爆發,清華大學、北京大學、南開大學南下昆明組成西南聯合大學,他隨之赴昆明學習,1939年,畢業於西南聯合大學地質系。
9. 當代中國陸相石油地質學理論的主要進展
當代中國陸相油氣地質學理論的進展,可以概括為以下幾個主要方面:
1.陸相有機質生烴理論,成為世界烴類生成理論的一個重要理論分支
這一理論對陸相有機質堆積、保存、生烴機理、排烴機制、油氣運聚與生儲蓋組合的基本類型,生烴效率與油氣資源預測等方面都進行了全面的研究,建立了系統的理論體系,成為可與世界海相生烴理論並駕齊驅的烴類生成理論分支,並且豐富和發展了石油天然氣地質學理論體系。
2.未成熟-低成熟石油形成的理論,突破了乾酪根熱降解成烴學說的局限性
未成熟石油是指沉積岩中有機質的成烴演化達到成烴門限之前所形成的石油。其烴源岩的鏡質體反射率 R0 主要在 0.3%~0.5%,少量可達 0.7%,一般也稱未成熟-低成熟石油。未成熟-低成熟油是由沉積岩中的可溶有機質形成的(黃第藩,1995)。
經過多年的分析研究,在許多第三紀和白堊紀沉積盆地中成功地檢測出未成熟-低成熟原油,並對未成熟-低成熟原油的有機地球化學特徵進行了系統研究;對未成熟-低成熟油的形成條件與分布特徵進行了初步探討。實踐表明,未成熟-低成熟油在中國已經形成了工業性聚集,從目前預測的資源量看,有著廣泛的勘探前景。未成熟-低成熟石油的發現和研究突破了乾酪根熱降解生油學說的局限性,證明乾酪根熱降解前期可形成工業性油氣聚集。既補充了傳統理論之不足,又擴大了找油領域。
3.煤系生油理論的提出是對陸相石油地質理論的補充和完善
煤成天然氣在中國早已為實踐所證明,煤系生油則是在近10年來才開展的研究課題。從吐哈盆地侏羅系大中型油氣田的發現開始,對煤系生油顯微組分與有機地球化學特徵、煤系生油的多階段性與早生早排性進行了獨創性的研究和分析,走在了世界的前列。對煤系油氣藏的形成條件與分布規律的研究也已經取得明顯進展。現在看來,煤系盡管生成於相對開放的沉積環境,氧化條件大大強於還原環境下的湖泊和海洋,但是沼澤環境所堆積的有機物有其特殊性,抗氧化能力會優於湖泊中的浮游生物死亡的殘體。植被中易生油有機質多是植物結出的硬殼類果實、草籽、果仁、葉片等及其體內滲出物。它們落地後要麼發芽再生,要麼被埋藏,成為生油母質。沼澤環境是距湖盆最近的低窪環境,除接受自身環境中敗落的富生油有機質外,還通過河流的輸送或洪水的沖瀉,接受外來的有機物。同時,隨著湖盆的外擴,湖水可以多期地覆蓋原先的沼澤區,堆積富有機質泥岩。因此,煤系生油實際上包括了煤岩本身與所夾湖相泥岩的生油。這一認識上的發展,不僅使陸相生油理論獲得重大進展,也使勘探領域獲得拓展。
4.系統地提出了陸相沉積與儲集岩形成、演化與分布的理論
針對陸相沉積的多物源、窄相帶、岩性岩相變化快和時空上多遷移變化的特點,系統地總結了陸相沉積體系相模式、相組合序列、生儲蓋組合、儲層組構特徵、成岩演化序列與相應物性演變的量化趨勢,並形成了一套有效的實驗研究方法及評價標准。突出了次生孔隙帶發育規律的研究,指出古地溫場、物源區母岩成分與構造應力是影響成岩演化速率與次生孔隙發育程度的重要因素。這就豐富和發展了沉積岩石學與儲層地質學的理論,並比較符合實際地提出了中國陸相油氣儲層特徵,以及相應的勘探、開發增產措施和工藝技術。
5.建立了以油氣藏形成與分布規律為核心的中國石油地質理論
這一理論以中國多旋迴構造和陸相生烴為基礎,從區域地質綜合分析入手,突出論證圈閉與油氣運移在時間、空間上的配置組合關系。確定了中國沉積盆地油氣藏形成的階段性、多期性、成帶性、不均一性以及在平面、剖面上的分布特點;提出了生油中心控制油氣藏的分布與各個生油凹陷自成獨立含油氣系統,以及富油氣凹陷控制盆地主要的油氣資源等一系列規律性認識。這些理論和認識大大提高了中國含油氣盆地的油氣勘探成效。
6.滾動勘探開發技術大大提高了中國油氣藏的勘探開發效益
這套技術是針對中國復雜小斷塊油氣田的地質特點提出來的。它是以滾動勘探開發為中心,通過綜合運用三維地震、人機交互解釋、油藏描述、探井、評價井乃至開發井的優選和確定等技術環節,大大提高了探井成功率與發現和探明小斷塊油田的速度。
在勘探實踐中,隨著高解析度地震技術、高精度測井與井筒技術、多目標水平井與定向井技術的系統配置發展、構造的精細解釋、儲層描述和預測的水平的進一步提高,滾動勘探開發技術,將會對中國式油氣藏的勘探更加顯示出它的成效。
10. 石油與天然氣地質學的形成和發展
石油與天然氣地質學的產生、發展和不斷完善始終與地質學的發展直接相關,同時與油氣勘探實踐緊密相隨。1859 年埃·德雷克先生 ( Edwin Drake) 在美國賓夕法尼亞州首鑽的油井,是近代油氣勘探 ( 或工業) 的開始。在其後的最初年代,油氣鑽探只是選擇在天然的油氣苗或先期成功井附近,沒有油氣地質學理論的指導。
19 世紀中葉,加拿大的亨特 ( T. S. Hunt,1861) 、美國的懷特 ( I. C. White,1885)等先後提出了石油儲集的 「背斜學說」,使油氣探井選擇開始有了地質理論的指導,是近代石油地質學的開始,至今仍然具有指導意義。
20 世紀初,1917 年美國石油地質學家協會 ( AAPG) 的成立和 AAPG 簡報的出版,為石油地質學的誕生起了重要促進作用,而且至今仍是最大、最廣泛、最活躍的專業學科的學術團體。埃蒙斯 ( Emmons,1921) 的 《石油地質學》專著,是標志著石油地質學科走上獨立發展道路的里程碑。在隨後的幾十年間,幾部有重要影響的石油地質學論著相繼問世,包括前蘇聯古勃金 ( И. М. Губкин,1937) 院士的 《石油論》,布羅德 ( И. О.Брол) 的 《石油與天然氣礦藏》 以及加拿大地質學家格索 ( W. C. Gussow,1954) 和前蘇聯學者拉賓 ( И. Либин,1959) 對 「差異聚集」原理的論述。1953 年美國學者萊復生( A. I. Levorsen) 的 《石油地質學》問世,這是一部總結性的、集石油地質學各領域之大成的著作,標志著現代石油地質學理論走向系統化。
20 世紀初 60 年代,歐、美一批石油地質和地球化學家,從乾酪根天然熱降解和熱模擬實驗兩個途徑獲得相同的結果,使有機晚期生油說發展為具有獨立證據的石油成因理論,為定量計算生油潛量提供了一種可靠的新方法,在此基礎上逐步深入開展沉積埋藏史、熱 ( 成熟) 史、生烴史、流體壓力史、排烴史的研究,進而發展為盆地規模的成藏過程的數值模擬———盆地模擬。在這一進程中,蒂索和威爾特 ( B. P. Tissot & D. H.Welte,1978,1982) 合著的 《石油形成和分布》、亨特 ( J. D. Hunt,1979) 著的 《石油地球化學和石油地質學》可以說是油氣地質由定性向定量化過渡時期最有代表性的卓越著作。
1980 年出版的 AAPG 地質研究第十號專輯和 1987 年出版的 《沉積盆地中的烴類運移》論文集,標志著 「油氣運移」已成為當時油氣地質研究的焦點,也是油氣資源定量評價和預測研究中最薄弱的環節。20 世紀 80 年代晚期以來,沉積盆地數值模擬成為當代油氣地質學領域中發展迅速的又一個活躍的前沿熱點,它是新地學思維與當代計算機技術相結合的產物。它能以某種逼真度定量地再現含油氣盆地形成和演化的全部動力學過程以及與之伴隨的成烴、排烴和運聚過程,並模擬這些過程的時間配置關系和瞬態變化,從而把油氣地質學從靜態的單因素的定性描述,提升到動態的、整體化的定量模擬。它為含油氣盆地早期評價提供了有效途徑。藉助於地震剖面資料,可早期預測生烴時間、生烴門限、生烴潛力,模擬烴類運聚過程,尤其是對於那些尚未鑽探過的遠景區、地表條件艱難地區或邊遠地區,可以應用衛星遙感信息或機載雷達進行油藏類型和資源量的先期預測。鑒於油氣盆地數值模擬技術在降低勘探風險,提高勘探成功率方面所帶來的巨大效益,國際石油界和跨國公司都競相將其列入優先發展的戰略性研究領域。
1990 年美國南卡羅來納大學教授萊爾歇 ( Ian Lerche) 和他的合作者們率先推出了專著 《用定量方法進行盆地分析》。油氣盆地研究的核心問題都與油氣運聚的定量化有關。1991 年由馬貢和道 ( L. B. Magoon & W. G. Dow,1991) 主編的 AAPG62 號專集 「含油氣系統———從烴源到圈閉」出版,標志著 「含油氣系統」概念形成,它同樣也是油氣地質定量化研究的一個重要組成部分。
新中國成立後,1951 年孟爾盛著 《石油地質學》; 1959 年梁布興和潘鍾祥主編 《石油地質學原理》; 其後北京石油學院和西北大學也編著和出版了相應教材,為我國培養一大批優秀油氣地質專業人才起了重要作用。20 世紀 80 年代以來,是我國石油地質學理論高速發展時期,西北大學石油地質教研室主編的 《石油地質學》1979 年由地質出版社出版發行; 張萬選、張厚福教授及其同事,先後於 1981 年、1989 年和 1999 年在石油工業出版社出版發行了三個版本的 《石油地質學》; 1983 年王尚文教授主編的 《中國石油地質學》在石油工業出版社出版發行; 潘鍾祥教授主編的 《石油地質學》於 1986 年由地質出版社出版發行; 陳榮書主編的 《石油及天然氣地質學》於 1994 年由中國地質大學出版社出版發行。這些教材和著作反映了國內外油氣地質研究的階段性進展,適應了我國油氣工業快速發展的時代要求。
在石油地質學中,一般只是將天然氣當作是生油過程中的伴生物,但隨著天然氣勘探的深入,人們發現了大量的工業性氣藏。天然氣的成因具有多樣性,既有有機的油型伴生氣、石油裂解氣、生物成因氣和煤成氣,還有無機成因氣。其運移聚集和保存條件也與油藏有差別。因此,20世紀80年代以來,有人主張將天然氣地質學這一門新學科從石油地質學中獨立出來(維索茨基,1982)。自20世紀70年代以來,國內外也出版了多部與天然氣地質學有關的著作,其中,有陳榮書(1986,1989)、包茨(1988)和戴金星(1989)等,這些著作的出版發行無疑對推動這一學科的發展,起了重要的促進作用。