石油地質研究的意義是什麼

1. 什麼是石油地質綜合研究技術

石油地質綜合研究水平，關系石油、天然氣勘探開發的速度和效益。現代油氣勘探是從石油地質綜合研究開始的。就是說，應用新技術、新理論和創新思維的石油地質研究人員，對有勘探前景的沉積盆地進行綜合評價，計算油氣資源量；研究盆地、凹陷油氣藏成藏條件，指出富油氣凹陷的有利區帶和勘探目標，制訂鑽探計劃，力爭用較小的投入、較短的時間取得勘探突破，特別是找到大油氣田。世界各大石油公司，為取得高額利潤，在國際競爭中取得主動權，十分重視石油地質綜合研究，不惜投入巨額資金，開展基礎性或生產性研究。石油公司與科研院所和大學實施產學研一體化，使科研成果迅速應用到勘探生產活動中，轉化為現實生產力，取得事半功倍的效果。
「油氣田首先是在地質家的頭腦里」，是一句至理名言。其實質是：富有創造精神的地質家，對各種方法獲得的資料、信息深入研究和體察，經過去粗取精、去偽存真、由表及裡、由此及彼的改造製作，對沉積盆地的油氣聚集規律有了比較符合實際的認識，並運籌帷幄、制訂勘探方案，迅速找到有商業開發價值的油氣田。地質家頭腦里的「油氣田」，變成現實的油氣田。石油地質綜合研究，包括各門類各專業的研究，可概括為以下八類：
（1）板塊構造研究，包括區域構造、二級構造帶、斷裂、古構造研究等。
（2）地震地層學、層序地層學研究，包括沉積相、儲集體、旋迴、韻律、生儲蓋組合研究等。
（3）生油岩（烴源岩）與生油條件研究，包括海相、陸相生油母質、有機質熱演化、生烴機理、煤成油、低熟油、生物氣、油氣運移機理研究等。
（4）地球物理勘探技術方法研究，包括地震、重力、磁力、電法、遙感、測井等各種勘探方法的開拓創新，在各種復雜地質條件下的應用。
（5）含油氣體系、成藏動力學研究，包括對各種類型盆地的油氣生成、運移、聚集全過程地質動力條件、物理化學變化等進行地質模擬或分析，力求能較准確地預測各層系油氣聚集特點和規律。
（6）盆地分析與資源評價研究，包括盆地演化史、成藏史、單元評價、油氣聚集規律等。
（7）油氣勘探規劃部署研究，包括近期、中長期勘探方向，儲量、產量增長預測，油氣田周圍的滾動勘探與甩開勘探部署等。
（8）油氣勘探經驗研究，包括中國和世界各國油氣勘探歷程、經驗教訓、勘探的戰略戰術、勘探效益分析等。
總之，石油地質綜合研究內容十分豐富，需要科研生產人員殫思竭慮、鍥而不舍，付出極大的艱辛，才能取得真知灼見，有效地指導勘探實踐，提高勘探效益。

2. 石油在地質層中的作用是什麼

在地層中能有什麼作用呢？只有采出來才能發揮其作用。它是由生物（包括動物和回植物，主要是動物）的遺體答；
2、海洋（不是河流和湖泊）。
形成的過程是這樣：遺體進入海洋，因海洋含有大量的鹽份，保證了遺體不會馬上被細菌分解，大量地被保存下來，讓遺體得以沉入海底，又因海底的低溫進一步延長了遺體被保存的時間.就是這個時間讓遺體得以積累，並得以被泥沙覆蓋，被海水（鹽水）浸泡過的遺體，又被泥沙或者岩石覆蓋起來，後來在地熱的作用下，時間長了，就成了石油。
主要生成於從寒武紀到白堊紀都有，泥盆紀最少，但主要集中在石炭紀、二疊紀、三疊紀、侏羅紀

3. 耗水作用的石油地質意義

綜上所述，雖然上述反應方程不能完全涵蓋地質過程中各類耗水作用，但足以說明在主生烴期礦物轉化過程中的耗水量是相當可觀的。如果儲層處於封閉體系條件下，這一耗水過程可能使岩石孔隙空間中流體匱乏甚至形成「空洞」，在沒有或沒有足夠外部流體及時補充的情況下，這些孔隙集中的部位將會由於流體的相對匱乏而呈現壓力降低的現象，最終在鑽井測試過程中表現為負的地層壓力系數。岩層中這種低壓區的出現，必然與外部形成一定的壓力差，這就為油氣進入儲集層提供了動力。在封閉體系(流體封存箱)內，壓力差的存在可使烴源岩排出的烴類直接進入儲層;即使不封閉的體系，低壓區與周圍也有一定的壓差，當有油氣於其周圍運移時，很容易進入岩層的流體匱乏區而形成油氣藏，當充注的油氣量不足時也表現為低壓。

4. 研究地質學的重要理論意義和實際意義

對石油、煤炭、金屬、非金屬等礦產資源的需求.地質學所指導的地質礦產資源勘探是人類社會生存與發展的根本源泉.

5. 石油與天然氣地質學意義

1.太平洋沿岸帶油氣資源豐富

環太平洋含油氣盆地，可分東、西兩部分。在西太平洋，最北為堪察加盆地、聯接庫頁島（薩哈林島）和堪察加西北海岸在內的鄂霍次克海盆地，向南有日本列島上的小型盆地、我國東部斷陷盆地和台灣的西海岸盆地、菲律賓盆地、印尼的浮格科普盆地、澳大利亞阿拉弗拉海盆地、新喀里多尼盆地以及紐西蘭盆地，含油岩系都是古近系-新近系。

東太平洋沿岸帶的含油氣盆地，最北部為南阿拉斯加盆地（含庫克灣和科帕河兩個盆地），目前在庫克灣陸地和海上發現了20多個油氣田，產層為古近系-新近系；在溫哥華附近的海岸地區分布有弗雷塞河盆地和格雷斯·哈保爾盆地；在加利福尼亞地區分布著最重要的幾個含油氣盆地，如聖朝昆、薩利納斯-基亞島、聖馬利亞、文土拉和洛杉磯等，其中以聖朝昆和洛杉磯盆地最為重要。近十多年來，在加利福尼亞近海勘探取得了很大成績，特別是在巴巴拉海峽地區發現20多個油氣田，產層全為古近系-新近系；在加勒比海地區，有古巴盆地、海地盆地、馬拉開波盆地、托庫約河盆地、哥倫比亞盆地，在厄瓜多和秘魯海岸有瓜阿基爾盆地，在阿根廷有門多薩盆地；在安第斯山以北到南有：委內瑞拉的奧利諾科盆地，秘魯和巴西的亞馬孫河上游盆地，玻利維亞、巴拉圭和阿根廷的安第斯山中段山前盆地，阿根廷的內烏肯盆地、巴塔哥尼亞盆地，智利和阿根廷的麥哲倫海峽盆地等等。

在太平洋東海岸，僅就美國加利福尼亞州就有洛杉磯盆地、文土拉盆地、文秋拉盆地，科羅拉多州有坦維爾油田、大克拉累東油田等，其生油岩都是中新世的Monterey組泥岩，儲油層為上古近系沉積物重力流砂岩，已開采50多億桶石油，這些油田的延伸方向、分布范圍、儲油物性、產量等，主要受沉積物重力流沉積條件、相位和岩性控制。據統計，洛杉磯盆地的產油量，淺海相佔0.1%、三角洲相佔0.9%、沉積物重力流佔99%；文土拉盆地產油量，淺海相佔7.2%，三角洲相佔9.8%、沉積物重力流佔83%，又如文秋拉油田，經Heeebouty（1970）估算，原油儲量8.18×10⁸t、天然氣已累計產520×10⁸m³，這是個大油氣田。油氣產層為上古新世Pico砂岩和下古新世Reptto砂岩，這兩個單元形成一個含油砂岩、泥質粉砂岩和富含有機質的粉砂質泥岩連續層系，厚度可達3000多米。在這個連續層系裡，在埋藏深300～2700m的范圍內分成三個產油帶：最上部帶產天然氣和凝析油，滲透率為（60～250）×0.987×10^-3μm²；上部帶產輕質油，滲透率為5×0.987×10^-3μm²，下部帶產重質油，滲透率僅為1×0.987×10^-3μm²。文秋拉油田滲透率的大幅度降低，不是沉積物重力流沉積環境造成的，而是由於埋藏深，經過褶皺、斷裂和成岩後生作用造成的。

在太平洋西海岸的我國，已肯定為沉積物重力流油氣藏的有遼河、大港、華北、勝利、中原、蘇北、泌陷雙河的沙三以及長慶油田的延長組（T₃y³）等，可能還有東海、南海。這與太平洋東海岸的美國海相油氣田形成了鮮明對照，一個是陸相油氣田分布區，一個是海相油氣田分布區。為了尋找新的油氣田擴大油氣後備儲量，首先必須搞清太平洋東西沿岸帶不同的大地構造格局。按照板塊學說的新地球觀，太平洋東沿岸帶地層新（N）、距離擴張中心近、地溫率高，因此洋殼板塊俯沖角＜10°，沒有島弧存在，是壓扭性盆地；太平洋西海岸帶地層老（T-N）、距離擴張中心遠、地溫率低，或此洋殼板塊俯沖角可達30°～40°並發育弧後拉張盆地。無論太平洋東海岸帶的海相盆地，還是太平汗西海岸帶的湖相盆地，只要有足夠的水深、足夠的坡角度、等效水退和充沛的物源都可形成沉積物重力流油氣藏，在這點上它們是有共性的。

2.海（湖）底扇找油

伴隨大陸漂移學說的復活和板塊學說的誕生，海洋學特別是海洋地質學得到突飛猛進的發展。根據海洋地質學的新進展，目前主要找油方向是海底扇及其海底扇連接起來的陸隆。英國石油公司1978年出版《石油地質學進展》一書，在介紹濁流沉積與油氣勘探關系時，強調濁積岩呈扇狀體，砂岩顆粒由內部扇向外部扇依次變小，到深海已無粗粒砂沉積也無找到油氣藏的希望；美國石油地質學家Thompson（1976）指出，石油資源巨大新區可能在陸隆區的沉積物中，Moorc（1969，1973，1978）等十分強調大量石油儲量來自海底扇，十餘年來美國石油地質工作者在加利福尼亞州岸外Argueno、Monterey和Delgada三個巨大水下扇組成的近20×10⁴km²陸隆區進行研究工作。這個陸隆區在水深3000～4500m以下，沉積物厚達3000m，主要由海底峽谷重力流沉積的陸源碎屑物質組成；其中Monterey扇分布面積達10×10⁴km²，沉積物由粗粒重力流沉積物和半深海軟泥組成，外流水道砂體和疊覆扇舌砂體可能成為良好儲集層，半深海軟泥中的浮游生物經化學實驗可衍生轉化為石油，這樣就使Monterey扇可能成為既生油又儲油的油氣聚集體。

Rupkeep（1978）在總結深海碎屑環境時指出，在北美東西海岸外的深海底有巨大區別，在大西洋模式中深海平原被認為是碎屑沉積作用的主要深海環境，經JOIDES（地球深部取樣聯合海洋學會）考察證明，深海平原之下的充填物是由濁積岩成因的陸源砂組成的，即濁積砂沿海槽分布；在太平洋模式中，強調的是海底峽谷、水道和海底扇，即濁積砂呈扇狀分布。這可能意味著不同成因和大地構造背景的海（湖）盆地，具有不同的找油方向。

英格蘭北部的謝爾格里特扇，是典型古海底扇油藏，根據Walker（1978）的研究，謝爾格里特扇屬於晚石炭紀地層，陸源碎屑扇體沉積在兩個比較老的石灰岩「高地」之間的深水盆地里，物源來自北部或東北部，整個扇層序由新至老（表7-4）。

表7-4 謝爾格里特扇岩性及沉積相相解釋

以謝爾格里特扇地層的發育史不難看出，深水盆地最先接受黑色生油泥頁岩相，在海退背景條件下依次沉積外部扇或平原相的末端濁積岩、沉積中部扇分流水道的塊狀砂岩和卵石砂岩、沉積大陸斜坡的粉砂質泥頁岩，最後沉積淺水三角洲復合體的粗粒沉積物。這是一個向上變粗變厚等效水退的典型序列，中部扇的顆粒流沉積的塊狀砂岩和卵石砂岩成為油氣儲集的優質層段。

圖7-64 鄂爾多斯盆地濁積岩沉積模式

我國湖底扇油藏極為普遍，根據文應初（1982），陳全紅（2007），付強（2008）等對鄂爾多斯盆地的三疊系延長組湖底扇研究（圖7-64），趙漢清（1986）大港油田沙三期的研究（圖7-65）等等，有工業價值油氣產層都是重力流沉積的含礫砂岩和塊狀砂岩中。因此，不難看出，我國湖底扇沉積模式中具有不同級次的扇狀體，在較淺水有近岸水下扇或水下沖積扇，在較深水才是湖底扇，無論近岸水下扇或湖底扇都是重力流沉積物，並在大港油田近岸水下扇中已開採石油，湖底扇油藏屢見不鮮。這一特徵，很值得我國石油地質工作者重視，這是擴大找油領域，增加石油後備儲量的方向問題。

圖7-65 湖底扇沉積背景圖

（據趙漢清，1986）

3.海（湖）槽找油

許靖華教授和殼牌（Shell）公司的地質學家們完全不同意海底扇找油方向，他們批評指出在現代海洋地質學家和石油地質家眼裡，「濁流即海底扇，找油就在海底扇」，熟不知第四紀以來災變事件少了，發洪水多了，以大陸帶來的沉積物只能形成海底扇不能形成與岸線平行的槽狀沉積物；在古代沉積物中找油應在濁流盆地軸向方向，那裡沉積走向與構造走向一致，粗粒沉積物分布與整個沉積物走向一致。海槽找油，是許靖華教授經過100多個濁流盆地研究得出的寶貴理論，值得我們重視和借鑒。

文土拉油田是許靖華教授（1955～1957年）得出海槽找油最早的實例。文土拉油田是美國加利福尼亞州最大油田之一，盆地范圍小、油層厚、產量高，可采儲量約為1×10⁸t。油田產在新近紀海盆沉積物里，生油層是中新世上部的Monterey組泥岩，儲集層是始新統深海「濁積岩」相，中新統為濱淺海砂礫岩相，這也是個典型海退沉積序列。

文土拉盆地的地質研究工作是以20世紀20年代開始的，以30年代初期開始鑽探到50年代中期已有1500餘口鑽井，他們當時的勘探程序也是沿長鈾、占高點，鑽井成功率很低，往往在構造較高部位都是水層。這樣的勘探部署是基於當時流行的傳統地質學觀點，按照這種理論，文土拉地區的沉積模式是，一條北來的河流流入文土拉海盆後，將礫石、砂和黏土分別沉積在濱海、三角洲及其海盆里。

由於文土拉油田的一半產量（約5萬桶/天）屬於殼牌公司，因此該公司對盆地沉積相極為關心，於1955年派許靖華先生到文土拉研究沉積學。許先生根據地面露頭和測井資料對比，認為砂岩體形態並不是南北向而是東西向，接著許先生利用介電導向儀測定了1000多個砂岩樣品的長顆粒分布，結果也是東西向。在此基礎上，許先生推算了海岸線、海底位置，以及不同深度帶的古生物和沉積相。歷時3年的研究成果是個極大發現，沉積物重力流最先經過海底峽谷並在內部扇沉積含礫泥岩和岩屑礫岩，遇到海底山脈使流向轉為東西向的平坦海槽並沉積顆粒流和濁流砂岩，這套含油砂岩體可延伸10～50km。這是沉積相研究應用於油氣勘探、擴大石油儲量的第一曲凱歌，它極大震驚了殼牌公司。然而由於資本家技術壟斷，致使這項科研成果到1978年才獲准發表。

6. 油氣地質學意義

震積岩不僅能反映來盆地源形成演化過程中的有關地質事件，而且具有非常重要的油氣地質學意義，主要表現為：

1.改善儲層的物性特徵

震積岩的發育反映了古地震記錄的存在，地震活動使岩層產生大量的微裂縫，裂縫溝通了原有的孔隙。因此，震積岩發育期能夠極大地改善儲集層滲透性，使滲透率大幅度增加。

2.震積岩自身構成儲層

震積岩特別是震裂岩和震碎角礫岩是一種潛在的油氣儲層，為油氣勘探和開發提供了新的視角和領域。

3.反映不同儲集砂體的成因關系

形成震積岩的同時，由於古地震觸發機制的存在，很容易引起三角洲前緣相的岩石發生滑塌，進而導致滑塌扇、濁積等一系列沉積體的形成，而這些儲集體目前已成為國內外部分油田儲量增長的新亮點。

所以，深入研究震積岩特徵、分布及成因對於含油氣盆地進一步的油氣勘探具有重要的現實意義。

7. 地質意義

現代地震研究表明，地震主要發生在活動的大地構造背景下，根據將今論古的原則，地史時期的地震同樣發生在活動的構造背景下。發生在湖泊盆地中的地震，則對盆地底部沉積物產生影響，形成各種震積變形構造。因此，可以通過震積岩研究恢復盆地的構造的活動性和幫助認識沉積盆地的大地構造背景。

從鄂爾多斯盆地南部晚三疊世主要斷裂和震積岩發現井分布的關系看，震積岩的分布主要受斷裂控制，斷裂附近震積岩較發育（圖5-15）。目前在富縣以南、銅川以北發現的震積岩最多，富縣地區在晚三疊世主要斷裂並不發育，但其結晶基底的斷裂十分發育，說明震積岩的形成還可能受結晶基底活動的控制。這對探討結晶基底斷裂活動對延長組石油聚集中的控製作用具有重要意義。

圖5-15 鄂爾多斯盆地南部晚三疊世主要斷裂和震積岩發現井分布

中、晚三疊世，秦嶺洋最終關閉，華北與揚子克拉通拼接，秦嶺地區全面碰撞造山（張國偉等，2001），鄂爾多斯盆地大范圍接受晚三疊世沉積，進入盆地鼎盛發育時期（趙重遠等，1990；劉池洋，2006）。三疊系延長組長6—長8中均發現震積岩，從時間上看，該期正是湖盆擴張，強烈坳陷至穩定坳陷的時期；從地點上看，震積岩發現井位於盆地南部，井的連線近東西向，平行於總體近東西向展布的秦嶺造山帶，這符合吳賢濤（1992）提出的震積岩連線有平行於構造帶的特點；說明中三疊世鄂爾多斯盆地南部受秦嶺碰撞造山的影響，南北向逆沖帶已開始產生；到晚三疊世，隨著秦嶺、南祁連海槽的封閉，南北向逆沖帶發生強烈活動。晚三疊世秦嶺造山帶強烈的構造活動正是本區延長期震積作用的直接誘發因素。從秦嶺造山帶的時空演化考慮，鄂爾多斯盆地南部在地質歷史中始終與秦嶺造山帶的形成演化有著息息相關的內在聯系。該震積岩的發現，從沉積學角度證明了這段地質時期正是受秦嶺造山帶影響，鄂爾多斯盆地幕式構造運動最強烈的時期。

盆地南部延長組長6—長8中發育大規模濁積岩，濁積岩的形成主要是由於古斜坡地形和外界觸發機制，對於外界觸發機制一直認為是地震活動造成的，但未能找到證據。該震積岩的發現，表明晚三疊世地震活動頻繁，本次研究在固9井長7濁積岩中發現具地震作用特徵的同沉積斷裂，表明震積岩與濁積岩產生的時間趨於一致，這為該濁積岩的外界觸發機制是地震活動引起的提供了直接的、有力的證據。

地震事件對地層的改造作用能可以增加儲層裂解，改善儲層的儲集性，震積岩層可作為潛在的儲層（郭建華等，1999，陳世悅等，2003）。塔17井井深1433.6m（長7）岩心薄片中見到震裂縫附近發育溶孔，這些微裂縫和溶孔無疑對改善儲層的儲集性能起到了建設性作用。同時發生地震的斷裂系統為油氣的運移提供通道，這為在地震斷裂系統附近尋找低滲透砂岩中的高滲儲層提供了新的方向，地震的斷裂系統上傾的三角洲前緣水下分流河道和河口壩砂岩構成的岩性圈閉具有較高產量。

8. 什麼叫做石油地質

石油地質，主來要強調的是油氣自資源形成、運聚及保存等地質的條件。目前在油氣勘探領域作為一個比較大的學科，它所涉的幾個關鍵內容包括：烴源岩（油氣的來源）、儲層（油氣賦存介質）、蓋層（阻止油氣因地層壓力向上泄漏的大鍋蓋）、圈閉（油氣聚集的場所）、運移（油氣從烴源岩生排之後的運輸路徑及動力）、保存（顧名思義，就是保存的條件了）。

9. 水-岩反應的石油地質意義

1.控制著成油地球化學環境及水化學成分

水文地質學家(如孫世雄教授等)將含油氣盆地內水-岩反應視為地殼中水文地球化學循環的一部分，認為地殼中岩石的變化是水參與化學反應的結果。由於水的分解(始於離解)作用，使水分子先失去一個氫離子，而另一個仍與氧組成OH^-，OH^-與CO₂作用形成

，當溶液中鹽分濃度達到碳酸鹽飽和時(地下水中常見到)，則重碳酸(

)離解為H+和

，這又使第二個氫和氧分離。這時氧結合到

中去，而氫通過溶液又可以參與到新的水解反應，完成了水分子完全分解為氫與氧的過程，並相應地與粘土及碳酸鹽結合(固定)下來。其作用的發展具有嚴格的固定方向，一方面它導致內生鋁硅酸鹽的溶解，另一個方面，它導致粘土礦物和碳酸鹽的形成，而且，相應的固定了氫離子。例如下列反應：

含油氣盆地水文地質研究

實際上水分子分解可分為：水分子的離解；水解、

的形成；再形成

離子；最後形成碳酸鹽等階段。可用下式表示岩石與水相互作用的一般形式：

原生鋁硅酸鹽+水+二氧化碳=粘土+碳酸鹽

這就是地殼中的水在不斷運動及與原生鋁硅酸鹽相互作用的過程中經常進行化學分解，並以離子的形式與次生產物結合(固定)在一起。

水分解作用的規模和能量都很大，蒙脫石及水雲母在其形成過程中要分解出10%～12%的水。粘土形成時，被分解、結合的水不少於15%～30%。鋁硅酸鹽遭到完全破壞時，其中的水將全部進行化學分解，成為離子和風化產物結合(固定)。

粘土礦物在沉積盆地中隨著地質時代的延續會發生一系列的變化，如在一定的地靜壓力下高嶺石和蒙脫石轉變為伊利石與綠泥石，粘土進行水雲母化及綠泥石化反應時，不僅有溶解狀的陽離子參與，而且水分子亦參與了反應。蒙脫石失去層間水而轉化為伊利石，其礦物變化可用下式表示：

蒙脫石+Al³⁺→伊利石+Si⁴⁺

如果有Fe²⁺、Mg²⁺離子存在，蒙脫石則通過蒙脫石—綠泥石混合層而轉化成綠泥石；如果孔隙水是酸性的，蒙脫石的成岩作用也可形成高嶺石礦物。蒙脫石轉變為綠泥石的反應如下：

含油氣盆地水文地質研究

蒙脫石重結晶為伊利石時，僅有5%的水(相當於蒙脫石的質量)被分解為離子並被結合(固定)，而蒙脫石轉變為綠泥石時，則要超過35%的水受到分解和結合(固定)，幾乎是蒙脫石結晶格架中含水量(12%～24%)的兩倍。所以，水的離子分解在沉積盆地內是必須考慮的地質現象(反應)。從沉積物被擠出而轉入儲集層的水，在與岩石相互作用時參與化學反應，分解為離子，並被新生物或氣體(H₂S、CH₄、CO₂等)產物所結合(固定)。

在地殼中水-岩反應不僅會發生上述的分解作用，而且還會有水的合成。在地質構造活動期或區域變質過程中，水的合成作用比較發育，促使粘土礦物和碳酸鹽重結晶，轉變為原生(內生)鋁硅酸鹽。此時，因水分解作用分開的H⁺和

重新化合形成水，同時伴生有CO₂等。例如，綠泥石重結晶形成黑雲母時，要析出6%～10%的水。在地質循環過程中，水岩之間不是簡單的儲存和被儲存的關系，也不是單一從岩石中被擠壓出來，或是溶解岩石、沉澱出不同礦物(包括有機質、氣體等)的從屬關系，而是還有新生(再生)或重新合成的新內容，促進了物質的相互轉換，構成了地殼中水的地球化學循環。這個循環可理解為：在地質條件下(沉積、變質、岩漿等)水-岩相互作用有次序、有方向性的發展過程，即岩石、有機質、氣體等所經歷的地球化學改造與活動中，在水分子的直接參與下，產生的分解與合成等作用與現象的總和(圖5-76)。

根據上述，不難看出水-岩反應是地下水圈內普遍存在的自然現象，更是貫穿於含油氣盆地成生發展過程中的一種作用。作用的結果，控制了沉積物所處的地球化學環境(氧化與還原、酸性與鹼性、淡水與鹹水等)，影響著有機物質發育及其向油氣演化的程度，改造了岩石的孔隙度和滲透率，對油氣的豐度和儲存條件產生一定的影響。有機地球化學家和石油地質學家，對油氣生成、運移、聚集同地球化學環境及水介質條件的關系，作了大量而深入地研究並已取得共識，本文不再重復。

圖5-76 水在地殼中的地球化學循環

(據Основы Гидрогеологин，1982)

含油氣盆地內，現今地下水化學成分與岩石結構特徵是在地質歷史發展的長河中相互作用的結果。地下水與沉積物之間發生的一切物理、化學(包括生物化學、有機化學、無機化學等)反應，在經過不斷地元素交換與遷移、分解與合成等過程後處於動平衡狀態。長期以來，水-岩反應的邊界條件是地質學家、礦物岩石學家及地球化學家等感興趣的探索課題，雖然意見不盡一致，但有一點是肯定的，即水-岩反應同溫度、壓力、水與岩石的原始性質及成分等有密切關系。從水文地質上考慮，這個反應的邊界可由天然水的pH-E_h限定的水氧化邊界和水還原邊界共同組成的近似穩定場范圍來表示。眾所周知，水-岩反應必然引起液體的pH值和E_h值的變化，或者說，pH-Eh值的變化特點可以顯示出水-岩反應的趨勢和差異。從圖5-77中看出，海水同沉積物之間的pH-Eh變化范圍基本一致，其反應是在pH值為5～10，Eh值為-400～+500mV范圍內進行的。說明它們所處的環境比較穩定，而同天然水系中其他類型水有很大的區別(圖5-78)，如同大陸環境的油田水(封存水)相比，穩定場的范圍要寬大的多。這就是說，陸相沉積盆地內，水-岩反應是在相對較窄小的pH-E_h場內進行的，這也是造成海相油田水與陸相油田水化學成分差異的一個原因。

含油氣盆地中水-岩反應不僅改造了地球化學環境，而且還控制著油田水化學成分的演變方向，使其在天然水系中具有獨特風貌。在第三章里，對我國油田水化學成分特徵進行了較多的討論。為了進一步探討水-岩反應對油田水離子組成的影響，以塔里木盆地為例作概要敘述。

從輪南、塔中4號構造、東河塘和英買力四個地區油田水化學分析資料統計看，碳酸鹽岩地層含水岩系富含Mg²⁺、Ca²⁺、

、

，而碎屑岩地層含水岩系富含K⁺、Na⁺和Cl^-，貪鎂水型(鎂的相對濃度為1%左右)相對富集Ca²⁺。

Land和Macpherson(1992)從水-岩相互作用方面，概要地計算了長石溶解對水化學演化的影響。假定砂岩體積為20%，大致對應於海灣沿岸油田2745m(9000英尺)埋深，那麼，5000cm³砂岩將含1L孔隙水和4000cm³礦物。假定原始砂岩組分20%為長石，其中一半為鉀長石，另一半為含鈣長石15%的斜長石，即1 L水含有60cm³的鈣長石和400cm³鉀長石。假如接近一半的長石發生了溶解，由溶解所釋放的組分體積如圖5-79所示。如果長石溶解所釋放的Ca²⁺、K⁺殘留於溶液中，地層水中應該含有質量濃度近90000mL/L的鉀和1500mg/L的鈣離子。但是K⁺很少超過1000mg/L，不到10%地層水Ca²⁺質量濃度超過15000mg/L。礦物-水反應必須緩沖K⁺濃度至所觀測到的低濃度，K⁺要麼在岩中以伊利石固定下來，要麼從砂岩中遷移至泥頁岩中。

圖5-77 海水與深海沉積物pH-E_h穩定場

圖5-78 幾種主要天然水的pH-E_h近似穩定場

圖5-79 海灣沿岸砂岩各反應礦物體積圖

(據Land和Macpherson，1992)

塔里木盆地輪南地區侏羅系孔隙度介於10%～20%之間，平均約16%；三疊系為15%～25%，最高達 28.5%，平均約20%。三疊系中長石佔15%～25%，平均為20%；侏羅系中長石為25%～35%，平均30%，斜長石/鉀長石之比為2：1。在三疊系砂岩中，1 L水將占據5000cm³砂岩的孔隙體積，相應的斜長石體積為533cm³(4000cm³×20%×2/3)，鉀長石為267cm³(4000cm³×20%×1/3)。假定斜長石含鈣長石15%，則鈣長石為80cm³。一半長石溶解可提供20000mg/L的鈣和60000mg/L的鉀。同樣，可計算出侏羅系砂岩中1/3長石溶解所生成的鈣為：

含油氣盆地水文地質研究

所生成的鉀為：

含油氣盆地水文地質研究

侏羅系—三疊系油田水Ca²⁺的濃度大多低於12000mg/L，小於上述計算的長石溶解所生成的量(26250mg/L)，據此，可認為油田水中Ca²⁺主要來源於斜長石的溶解，而不可能來自方解石的溶解，其依據是源於碳酸鹽的

的含量，只有Ca²⁺的1/20。貧鎂或耗鎂型油田水的形成，與水-岩反應中富鎂綠泥石的形成、早期白雲石的膠結及成油過程中微生物對Mg²⁺的消耗等因素有關。在岩石薄片鑒定中觀察到石英、長石和鑄模孔中具有綠泥石包殼，石炭系「東河砂岩」中含有15%以上的同期泥晶白雲石團塊，上述觀察的事實，說明Mg²⁺由水相轉入固相。此外。Mg²⁺是某些微生物生存的必須元素，構成一些酶的活性成分。Mg²⁺還能從水相轉入油相，形成鎂卟啉等。油田水

含量低，從一個方面支持了Mg²⁺含量低同微生物活動有關的結論。在石炭系儲層中發生的方解石的白雲石化也是去Mg²⁺富Ca²⁺的因素：

2CaCO₃+Mg²⁺=CaMg(CO₃)₂+Ca²⁺

另外，水-岩反應過程促使油田水富氯，其主要原因是由鹽岩礦物溶解而成。據Вjфrlуке、Cran和Hanor(1994)資料在距鹽丘100m以上至3km的距離內，溶解的Cl^-通過擴散與平流作用仍可使油田水Cl^-濃度上升，並隨距離增大而減少。盆地內鄉1井打到石炭系鹽丘，滿參1井鑽遇膏鹽層，油田水中Cl^-含量都很高，說明鹽類溶解是水富氯的主要原因。

水-岩相互作用在微量元素方面的表現很凸出，如Sr、B等。

塔里木盆地油田水中Sr的含量較高，一般認為海相油田水中富集Sr，但本區碎屑岩含水岩系Sr的含量超過平均值(表5-39)，最高達600mg/L。由於沉積物內含鍶礦物(如天青石等)比較貧乏，因此，水中鍶的來源主要是由斜長石溶解而進入水中。這一認識與Land和Macpherson(1992)在研究墨西哥灣沉積盆地新生界儲集層時，發現溶解200cm³斜長石可提取500mg Sr的結論是一致的。

表5-39 塔里木盆地不同時代油田水Sr、B平均含量

註：(1)輪南(2)東河塘(3)塔中(單位：mg/L)。

區內第三系油田水具有高含B的特點(表5-39)，而且與礦化度的高低無直接關系，顯然同傳統的氣候-濃縮成因觀點相悖。筆者(1995)認為，在水-岩反應增強的前提下，地殼內硅酸鹽礦物溶解是水中B的主要來源，作為這一認識的證據是，源於硅酸鹽的Li具有同步增高的現象(輪南地區油田水中Li的含量最高達21mg/L)。兩種元素共同增高進一步印證了水-岩反應的存在。

近年來，新的研究成果表明，同位素組成也受水-岩反應的控制。就氫、氧同位素而言，隨著水-岩反應的增強，總的演變趨勢是富集δ¹⁸O，δD偏輕。

地下水中富集δ¹⁸O同粘土礦物的脫水作用有關，或者是由粘土礦物和碳酸鹽礦物在較高溫度下重結晶造成的。更完整或更嚴格地講，導致水介質氧同位素正偏移的水-岩反應，應是低溫下形成的礦物在高溫條件下發生重結晶、或溶解—再沉澱的結果。而相反的情形則使水δ¹⁸O值降低。如相對低溫條件下形成的鈉長石交代高溫、火成的斜長石後，相應的水介質貧δ¹⁸O。但是，在缺乏鈉長石化或其作用較弱的儲層中，水-岩反應一般導致地層水氧同位素偏重。塔里木盆地油田水存在著氧同位素正偏移的現象，如陸相的侏羅系、三疊系油田水為成岩改造的原生水，δ¹⁸O為-5.31%～+2.72‰。海相的奧陶系油田水δ¹⁸O=+4.99‰(LN3井)；寒武系油田水δ¹⁸O=+2.92‰(LZ1井)。這是地下水與鋁硅酸鹽、碳酸鹽礦物之間的氧同位素交換有關，即與增強的水-岩相互作用有關。結合地層的岩性特徵和礦物組成來分析，可能的水-岩反應包括長石溶解和轉化，以及溫度增高時方解石、白雲石的重結晶及溶解—再沉澱等。另外，寒武—奧陶系作為盆地主要烴源岩，硫酸鹽還原作用生成的H₂S，經氧化和電離提供的H⁺，促進水-岩相互作用，也會使氧同位素偏重。

根據表5-40和表5-41及碎屑岩中碳酸鹽膠結物和地層水中氧同位組成資料。結合圖5-80可清楚地看出水-岩相互作用過程中，不同礦物平衡時氧同位素組成與變化。

表5-40 碳酸鹽膠結物氧同位素組成

表5-41 輪南地區儲層地溫及油田水氧同位素分布

圖5-80 地層水與碳酸鹽膠結物氧同位素平衡圖

從圖5-80看出，在目前地下溫度條件下，地層水氧同位素與白雲石平衡時，白雲石的氧同位素值為19‰～21‰。同輪南地區兩個實測的白雲石膠結物的 δ¹⁸O值(分別為19.5‰和20.68‰)正好相當，兩者處於平衡狀態，說明白雲石是晚期形成的。而LN3井和 LN10井三疊系兩個油組地下水δ¹⁸O分別為2.69‰～-0.29‰，位於方解石δ¹⁸O=12‰和δ¹⁸O=14‰平衡線的上方，地層水相對富集δ¹⁸O，反映了方解石膠結物形成較早。成岩晚期地層水又與同位素組成較重的白雲石發生交換(或斜長石溶解，蔡春芳，1995)，圖上的數據點，緊鄰白雲石 δ¹⁸O=19‰和21‰平衡線支持了這個論點。有的地層水氧同位素偏輕(如LN3井，J₂₊₃，δ¹⁸O為-4.81‰)，位於方解石膠結物δ¹⁸O值平衡線以下，其原因：一是在相對低溫條件下形成的鈉長石交代高溫與水成的斜長石；二是與粘土脫水有關，即地下水未能充分的與自生方解石進行同位素交換。本區地層中泥/砂比值高，存在著粘土脫水的條件。

造成地下水中氫同位素偏輕的主要因素在第三章已討論過，可概括為：在低溫條件下，碎屑粘土與地下水發生氫同位素交換，導致粘土中的δD值降低；沉積盆地中烴(分散有機質、原油、甲烷等氣體)、硫化氫及某些粘土礦物等含有較高輕同位素組成的氫元素，如甲烷氣中氫可低至-250‰。塔里木盆地甲烷氣氫同位素分布范圍為-150‰～-230‰。因此，烴-水相互作用，必然導致油田水中貧氫。

油田水中⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的增高，除與蒸發濃縮作用有關外，還同泥頁岩的溶濾，特別是含有鉀長石等礦物的溶解有關，不同類型水混合也是一個主要影響因素。塔里木盆地油田水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的實際分析資料(表5-42)是上述綜合因素的反映，從一個方面提供了水岩相互作用的信息。

含油氣盆地內地下水的成因及化學成分的形成是復雜多變的。水-岩相互作用不是控制盆地油田水同位素變化的唯一因素，還要受到其他因素(如前述的深成水或者地幔水運移、補給，火山活動等)的制約，因此，在研究油田水同位素變化規律時要結合具體的地質(包括水文地質)條件進行分析。

2.改造儲層物性結構

流動的地下水不斷地促進水-岩相互作用的進行，在改變自身化學成分的同時，也改造著儲層的物性特徵。對油氣成藏意義來說，主要表現在孔隙度(或滲透率)的擴大等方面，其中有機酸和CO₂是重要因子。

(1)有機酸

我國油田水(陸相與海相)中都含有一定量的有機酸(見第三章)。作者(1995)及其同行們比較系統的研究了有機酸與油氣的關系，油田水中有機酸的分布有以下特點：

表5-42 塔里木盆地油田水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr組成

(據蔡春芳，2000)

1)不同含油氣盆地油田水中有機酸含量差異較大，就是在同一盆地不同時代油田水中高低相差也比較懸殊(表5-43)。

表5-43 不同時代油田水中有機酸最高含量

(據蔡春芳等，1997)

圖5-81 有機酸濃度隨地溫變化圖

(據蔡春芳等，1997)

2)以單元酸為主，其絕對含量高於雙元酸。在單元酸中以乙酸為主，所佔比例在吐哈盆地(台北凹陷)為48%～60%、塔里木盆地為60%～85%、鄂爾多斯盆地為79%～83%、泌陽凹陷超過78%。這是由羧酸的穩定程度決定的，羧酸的穩定性序列是：乙酸≥甲酸＞草酸＞丙二酸。

3)在總體上看，有機酸含量隨礦化度增加而增高的趨勢明顯；在油區(層)內達到最高值；油田水與非油田水中的含量有一定的區別。

4)在不同溫度區間內含量差異較大，一般在低溫帶(小於80℃時)含量較低；在80～200℃時含量最高；超過200℃時檢測出的幾率很低。塔里木盆地的實測資料說明，有機酸的高濃度主要分布在一定的溫度區間內(圖5-81)。

有機酸的分析方法主要有氣相色譜法、液相色譜法、離子色譜法及毛細管電泳法等。由於有機酸包括種類較多，檢測分析方法不統一，其濃度或含量在不同盆地之間不好對比。

目前，人們對油田水中有機酸的來源與成因認同為：乾酪根熱成熟作用、烴類微生物降解及烴熱化學硫酸鹽還原作用。

乾酪根官能團中含有一定量的氧，促使乾酪根轉化為有機酸，其生成的量是腐殖型、腐泥腐殖型乾酪根(O/C元素的原子比值高，是生成有機酸的良好母質)大於腐泥型乾酪根。此外，生成的有機酸同有機質成正比，並受有機質成熟度的控制。

微生物在石油儲層中活動時，既消耗有機酸，也產生有機酸，只是由於生成有機酸作用(量)大於消耗有機酸作用(量)而殘留於孔隙水中。水中喜氧微生物，導致烴類發生生物降解，產生有機酸等中間產物，可用以下反應式表述：

含油氣盆地水文地質研究

圖5-82說明原油在有水熱解過程中，可生成一元羧酸和二元羧酸。含有較高氧元素的原油(未成熟油、重質油、生物降解過的原油等)，在烴類熱化學硫酸鹽還原作用下，均可生成相對高濃度的羧酸(表5-44)。

地下水中有機酸在參與水-岩反應過程中，起到改造儲層物性的作用，它主要通過溶表5-44 硫酸鹽還原作用生成的有機酸

表5-44 硫酸鹽還原作用生成的有機酸

(據蔡春芳等，1997)

解岩石中的金屬元素而產生次生孔隙。如在鋁硅酸鹽發育的地區，有機酸與主要造岩礦物——Al、Si等形成有機絡合物而轉入水相，尤其在鹼性的水文地球化學環境，提高了有機酸溶解岩石中長石礦物的能力，在含油氣盆地中形成分布比較普遍的次生孔隙。

圖5-82 原油有水熱解過程中有機酸的組成

(據Kharaka等，1993)

實驗發現，一元酸對Al的結合能力至少比三水鋁礦的無機溶解度提高一個數量級。實驗模擬也證明，有機酸與Si起作用，使石英具有明顯的溶蝕結構。

塔里木盆地油田水中含有較高的Al，平均為2mg/L，最高達5.4mg/L。SiO₂含量多數在13～65mg/L之間，最高超過80mg/L。它們的高含量與有機酸的高值相一致，在剖面上同降低的碎屑岩中長石和增高的自生高嶺石和石英含量相對應。而在非油田水中Al和SiO₂較量較低。這些現象從一個方面說明，有機酸與Al等元素形成相對穩定的絡合物是存在的。

含油氣盆地中次生孔隙的分布是普遍存在的現象，而且都分布在與地下水活動有關的范圍內，所以不難理解砂岩中次生孔隙是有機酸溶解的結果。有機酸高濃度的平面分布與儲層物性好相對應的實際探例，可進一步證明有機酸是形成次生孔隙的重要因素。例如，塔里木盆地輪南地區，高滲儲層(高孔隙度、高滲透率)分布帶恰與地層水中有機酸高濃度帶相重合。吉拉克油田LN8井三疊系T_Ⅱ油組油田水中有機酸含量高達1300mg/L，孔隙度為17%～25%，滲透率為300×10^-3～1000×10^-3μm²；東河塘地區 DH11井，「東河砂岩」油田水中有機酸含量為1371mg/L，孔隙度為12%～17%，滲透率為10×10^-3～237×10^-3μm²。泌陽凹陷安棚油田位於NW—SE向鼻狀構造帶上的泌254井—泌252井是儲層物性發育最好的地帶，恰與油田水中有機酸高值帶相吻合(圖5-83)。上述實際資料說明，在水-岩相互作用中，地下水有機酸促使次生孔隙的發育，是儲層物性變好的原因之一。

從含油氣盆地是自流水盆地一部分的觀點出發，油田水在區域上的運動是連續的、長期的(從古代到現代)，有機酸與油氣儲集層的作用是隨油氣的生成、運移和聚集而持續發展進行的。特別是毗鄰烴源區的砂岩體，斷裂帶及不整合面附近是水-岩反應的活躍帶，也是有機酸溶蝕和形成次生孔隙的發育帶。在油田開發過程中，或開發後期(即注水後)，只要地下水化學成分保持著溶濾岩石的能力，水-岩反應將會繼續進行，形成新的高滲透能力的儲集層，為油氣聚集成藏提供了條件和場所。

圖5-83 安棚油田油田水中有機酸含量分布圖

(據李武等，2005)

(2)二氧化碳

地下水中的CO₂在水-岩相互作用中意義和地位，早已被人們所認識(見第二章)。但是油田水中CO₂的實際含量往往被人們所忽略。從理論上講，在封閉、還原環境中的油田水，應該含有較高的CO₂(包括侵蝕性CO₂和游離性CO₂)。另外，我國許多含油氣盆地油田水中

含量一般較高，有的在陰離子中佔主導地位，

與CO₂在化學性質上存在著共生關系，也是油田水中CO₂含量較高的原因之一。由於油田水樣大都是在井口所取，其中所溶解的CO₂等氣體，因溫度、壓力降低，而從溶液中逸出。實驗室內分析測試的CO₂含量，比油藏內地下水的實際含量要低得多。在研究水中CO₂參與溶解岩石能力及其與其他化合物相互作用時，要根據壓力和溫度差，對分析測得的CO₂含量進行校正。