第六章 地温场、地压场、地应力场与油气藏形成的关系 演示文稿

第六章地温场、地压场、地应力场与油气藏形成的关系

国内外油气勘探的实践已经证明，地温、压力、地应力、化学、生物等因素，对油气藏的形成起到了控制作用，成为了石油地质工作者的重要研究对象。1

由于这些因素在三维空间上是变化的，所以引入了场的概念。按照张厚福的观点，在上述这些场中，地温场、地压场、地应力场是最本质的，其它是派生的。90年代以来，人们利用各种场去研究油气的生成、运移、聚集、保存过程和机理，逐渐兴成一门新兴的分支学科——成藏动力学。2成藏动力学实际上就是研究异常压力封存箱和油气系统之间的关系。将盆地中的烃原层、储集层、盖层、上覆岩系等根本地质要素和油气生成、运移、储集、保存〔或逸散〕等根本成藏作用纳入统一的时间、空间范围内进行静态、动态相结合的综合研究，说明油气藏形成机制及分布规律，从而指导油气勘探。3地温场与油气藏形成的关系

地压场与油气藏形成的关系

地应力场与油气藏形成的关系4第一节地温场与古地温研究

地温场是地球内部热能通过导热率不同的岩石在地壳上的表现。

随着深度的加大温度会不断增加。而温度的变化又会对油气的形成产生一定的影响。51、地温梯度〔GT；地热增温率〕67n地温梯度的三个控制因素：热流值、热导率、地层流体n热流值(Q)：一定时间内流经单位面积的热量，n导热率(K)：温差为1度时，每1s内能通过厚1cm、面积为1cm2体积的热力。n由大到小为：变质岩和岩浆岩、盐岩、碳酸盐岩、砂岩、粘土岩、煤岩n地层流体：孔隙流体不流动，热导率降低，地温增高；反之地温降低。同一热源下，导热率小的地区地温梯度较高。8物质导热率，cal（平常温度时的近似值）物质导热率，cal（平常温度时的近似值）玄武岩0.0052砂岩0.0055白垩0.0020板岩0.00470地壳（平均）0.004石油0.000355花岗岩0.004~0.005水（0℃）0.00120石灰岩0.00029水（20℃）0.00143镁质碳酸盐岩0.00023~0.00025假设干常见物质的导热率1cal=4.1868J92．地温级度温度每增加1℃所增加的深度数称为地温级度(m/℃)。地温层的划分：变温层地表至恒温层；恒温层：约20~130m；热温层：>20~130m。10地温场测定方式

一般来说，地温梯度高有利于沉积岩中的有机质向油气转化。世界上许多大油田同高地温梯度带有关。地温梯度低或屡次上升剥蚀可延缓烃源岩的热成熟作用。通过钻井井温测量获得大地热流值测试记录计算编图来研究。11

欲查明各沉积盆地不同地质时代沉积岩中原始有机质的成熟时期，必须研究这些沉积岩在地史上所经历的古地温。二、古地温的测定〔一〕镜质组反射率〔R0〕法〔二〕孢子和热变指数法〔三〕自生矿物〔四〕流体包裹体法〔五〕磷灰石裂变经迹法121镜质组反射率〔R0〕法

镜质组反射率是一种较好的成熟度指标，它可反映有机质经受的最高温度。可见，镜质组反射率与温度、时间之间存在一定的函数关系。1．通过电子计算机模拟得出各地区镜质组降解率与镜质组反射率的对应关系曲线。2．然后系统测定探井中岩石的镜质组反射率，由曲线得出相应于反射率的镜质组降解率。3．将镜质组降解率代入阿伦纽斯方程式，即可得古地温。K—镜质组降解率；T—绝对温度，K°；E—活化能；R—气体常数；A—频率因子。13〔二〕孢子和热变指数法

根据孢子颜色及有机质的热变指数反推所经受的最高古地温。

随温度增加，孢子、花粉、藻类等有机质在热演化过程中颜色逐渐加深，热变指数加大，具不可逆性。在碳酸盐岩中用牙形石色变指数推测。14〔三〕自生矿物沉积岩中的自生矿物受周围环境影响会发生不同变化，如粘土矿物、沸石、二氧化硅三种矿物系列的演变，同温度、压力及反响时间等物理因素密切相关，不可逆转。因此，可用它们来研究古地温。15粘土矿物：蒙脱石沸石系列：二氧化硅系列：

通过实验室的岩矿鉴定就可判断古地温。16〔四〕流体包裹体法流体包裹体是在矿物结晶过程中被包裹在矿物晶体缺陷中的流体，可以有单相、双相或多相流体包裹体。常用它来研究成岩成矿物质〔包括油、气〕的来源、物化环境条件以及流体的性质、经历、水岩反响、地壳演化等方面问题。17流体包裹体法一个最重要的用途就是用来确定古地温。

方法包括：均一法、爆裂法、淬火法常用的是均一法测定古地温，称为均一温度。常温常压下见到的包裹体往往含气相与液相两种流体。加热升温至呈单相流体，这时的温度即为均一温度。一般认为它是包体形成时温度下限。18〔五〕磷灰石裂变经迹法〔这方法，是用放射性原子U235的裂变来研究，目前国内能做这种实验的很少〕。193、地温场与油气成藏关系203、地温场与油气成藏关系21第二节地压场与地层压力预测

一、压力的根本概念：1上覆地层静压力：由上覆沉积物及流体重量产生的压力。2地层压力：孔隙介质中流体所承受的压力，也称为孔隙流体压力，对油气层而言又分别称为油层压力或气层压力。3静水柱压力：由测点之上静水柱产生的压力。在正常压实条件下，地层压力=静水柱压力

如果地层中的水与供水区和泄水区相连就会产生动水压力，在动水压力作用下，流体会发生流动。224．地层压力梯度：即地层压力随深度的变化率。两种压力梯度：静水压力梯度，方向垂直，一般为定值0.01Mpa/m。另一种为动水压力梯度。5．异常地层压力：实际地层压力与静水柱压力不等。前者>后者为异常高地层压力；前者<后者为异常低压力。6压力系数：地层压力／静水柱压力、实际地层一般>1。23获得地层压力数据后，编制地层压力等值线图或等数据体，即可反映地压场的变化。242、地层压力预测地层压力可以在钻井或采油过程中，利用随钻测量、重复式地层测试器RFT或井下压力计等方法直接测量。在新探区只能用间接方法预测，其方法有：〔一〕等效深度法〔二〕Fillippone法25〔一〕等效深度法：利用页岩体积密度曲线，由下式计算：Pf=G0DA－DE〔G0-GW〕Pf—地层压力，MPa；DA—测点深度，m；DE—对应DA的正常压实深度，m；GW—静水压力梯度，Mpa/m；G0—上覆地层压力梯度，Mpa/m〔二〕Fillippone法：用地震层速度预测，误差太大，使用时，应做必要的校证。26第三节异常压力流体封存箱

异常压力流体封存箱是美国石油地质学家提出的，到目前为止公开报道已在180多个沉积盆地都发现了异常压力流体封存箱。正常地层压力可由地表至地下任意点地层水的静水压头〔静水压力〕来表示；而背离正常地层压力趋势线的地层压力均为异常地层压力。包括异常超高地层压力和异常低地层压力。27在自由状态下边界值为：淡水：压力梯度9.79Kpa/m；饱和盐水压力梯度11.9Kpa/m。大于该边界值为超压；小于该边界值为欠压。283、异常地层压力的成因

〔1〕流体热增压作用〔2〕剥蚀作用〔3〕断裂与岩性封闭作用〔4〕刺穿作用〔5〕浮力作用〔6〕粘土矿物成岩演变291．流体热增压随着地层埋深加大，经受地温升高，导致有机质成熟生成大量石油和天然气，地层水会出现水热增压现象，在烃源层及褚集层中都会造成异常高地层压力。流体热增压是地层中产生高压的首要原因302．剥蚀作用在幼年期地貌区，剥蚀作用常常引起地形起伏甚大，而测压面的位置未变，于是测压面与地面的上下关系可能因地而异，造成油藏出现压力过剩与压力缺乏的现象。31A、由于测压面与地面的上下关系不同——油藏A压力过剩，油藏B压力缺乏。〔2〕剥蚀作用32B、测压面横跨圈闭造成地层压力异常低〔2〕剥蚀作用333、断裂与岩性封闭作用

在厚层泥岩中所夹的砂岩透镜体油藏，原来埋藏较深，原始地层压力较大。后来，在断块升降运动作用下，油藏所在断块上升，深度变浅，但原始地层压力仍然保持下来，形成高压异常。344．刺穿作用：

在不均衡力作用下，可塑性岩层发生侵入作用，可使上覆一些软的页岩和未固结的砂岩层发生挤压与断裂变动，减少孔隙容积，流体压力增大，造成异常高压。355、浮力作用

油、气、水的密度差引起的浮力作用，也可能是油气藏内出现过剩压力。背斜油气藏压力分析图366．对泥质岩而言，粘土矿物脱水和烃类生成作用。在粘土矿物的压实演变中都能够析出大量的层间水，这种变化对于形成异常高地层压力有着重要意义。377．纵横向的封闭作用及不均衡压实作用。如：砂岩透镜体、两侧为断层遮挡或一侧为岩性尖灭线，上下有封盖层。38二、异常压力流体封存箱的概念及类型

现代沉积盆地常常具两个或多个水文系统，呈现双或多水力系统的层状排列，其中间被封闭层所隔。现代沉降盆地双水力系统太排列图

上为正常压实，下为异常压力系统。

3940流体压力封存箱有两种类型：一为超压封存箱、二为欠压封存箱

孔隙流体支撑该层及上覆岩石—流体的重力。岩石基质支撑盖层及上覆岩石—流体的重力。根据压力超压流体封存箱顶部地温多在90-100℃，低于干酪根生油高峰期，所以多数油气应生成于箱内。4142三、封闭层的成因及特征

封闭层是形成与分隔异常压力流体封存箱的关键。封闭层并不一定是油气藏的盖层。它常与穿越不同地层界面、岩性、岩相界面、构造界面的同温层有关，在该温度条件下，矿化作用、充填作用…等等成岩作用及后生作用，造成渗透率近于零的封闭层。封闭层假设为碳酸盐岩，多由硅化作用形成，当然其本身假设孔缝不发育，也可做为封闭层；假设为泥页岩那么常由钙化有关。钙化作用常与油气生成有关。43

在深部高温高压条件下，油气生成产生的大量CO2↑，有助于对矿物颗粒的溶蚀作用，形成次生孔隙发育带；当这种含HCO-3、CO32-、Ca2+的溶液向上运移至镜质体反射率大约为0.4~0.5%处，因T、P降低，造成碳酸盐的再沉淀，形成顶部封闭，这时恰为生油窗开始处。因此，石油常形成于封存箱内。44假假设封闭层为一厚层的层组组成，但可由非渗透层和渗透层互层组成，封闭层内亦可形成小型的封存箱如砂岩透镜体。即箱内和箱缘均可成藏。

封闭性断层可构成垂向封隔层，将主箱分为多个次一级箱。油气大多数分布在封存箱内，如大庆油田嫩一、二段，青山口组。454、流体封存箱与油气成藏模式46第三节地应力场471、类型划分482、地应力场与油气生运聚保的关系4950成藏动力场三场耦合关系

三场耦合与油气成藏

成藏动力场—考虑了应力场和温度场的流体势场

成藏动力场模型—温度场、应力场和压力场藕合的流体势场模型

油气运聚51第四节固态气体水化合物一、定义：〔SolidGasHydrate〕

系指在特定的压力与温度条件下，甲烷气体分子天然气被封闭在水分子的扩大晶格中，呈固态的结晶化合物，亦称冰冻甲烷或水化甲烷。

有时乙烷、丙烷、异丁烷、二氧化碳及硫化氢也可与甲烷一起形成固态混合气体水合物。52

这些气体可以是来自洋底沉积物之下深度不大的生物成因气，也可以沿海底断层来自深处的非生物成因气。这类固体气水合物可以作为深部气藏的良好盖层，也可形成气体水合物气田。

上世纪60年代首先在原苏联西西伯利亚北极气田中发现冰冻甲烷，到70年代在该区发现储量巨大的水化甲烃气田梅索雅卡，储量为4×1011m3，54%是呈气体水合物产出，引起了人们的重视。后来在北极许多油气田均发现过它的踪迹。531980年初，美国深海钻探的钻井船，甚至发现在墨西哥和中美洲附近的太平洋中，广泛分布着冰冻甲烷地层，并取得许多岩心。迄今为止发现西半球北美洲周缘许多海域都蕴藏着气体水合物。估算的远景资源量可逾760~2915×1012ft3。54二、理化性质

固态气体水合物属包体化合物的一种特殊范畴，由天然的两种分子合成：客体被包围在主体内，二者之间没有化学键联接。水合物的多面体晶形55气体水合物的晶格为冰状笼形状，分为两类单位晶格结构。结构Ⅰ：每个单位晶格含46个水分子，能容纳直径小于5.8×10-10m的客体分子8个，理想化学分子式为X•5.75H2O，X为客体分子，CH4、H2S、C2H6、CO2、N2等气体适合于这类结构。结构Ⅱ：每个单位晶格含136个水分子，能容纳直径不超过6.7×10-10m的客体分子8个。理想化学分子式为X·17H2O，C3H8和C4H10适合这类结构。56三、形成与分布气水合物的形成同温度和压力有关。

一般对于压力的要求随温度线性升高而呈对数增加，因而大多数盆地无法满足这个压力增加的幅度。水合物在21℃~27℃的温度下都将分解，因而其形成的深度下限约1524m，当然随地温梯度的不同而有所变化。

在平面上，因主要形成于低温、高压条件，主要分布在极地、永久冻土带及大洋海底。57第五节凝析气藏的形成与分布

在物理学上的一般规律，任一物系内〔气体〕等温加压引起凝结，减压导致蒸发。这只在一定的温度、压力范围内是正确的。58591、纯物质的临界状态

二、凝析气藏的形成6061

临界温度和临界压力是各种物质的特性，一定物质就有一定数值。实验证明：如果在液态烃中参加甲烷等气态烃，那么可降低物系的临界温度。如随着气体数量的增加，临界点逐渐缩小，气液两相不断混合，至到液态烃溶解于气相。因此可推论：在地下随温度和压力的增加，含有各种甲烷同系物的压缩气能溶解越来越多的液态烃；反之，当气相所处的压力和温度逐渐降低，那么早先溶于气相的液态烃又会逐渐别离出来。这就是凝析气的形成机理。62三、凝析气藏的形成条件及分布规律天然气也是成分复杂的多族份烃类混合物。为了说明凝析气藏的形成条件，还必须分析多族分烃类物系在地层条件下的变化。63

气液两相共存的最高温度K1和最高压力B1，分别称为临界凝析温度和临界凝析压力。临界点K为泡点线与露点线的交点。

2、双组分烃类物系相图64等温加压情况下：A→B→1→2→E，在A点物质为气相，加压至B点，开始出液滴〔露点〕，压力继续增加至1点，液体数量逐渐增大；但从1到2点，加压反而使液体逐渐减少，气相增多，至2点物质全部气化。由1→2，等温增压出现气化特征，称为逆蒸发；由2→1，等温减压出现液化特征，称为逆凝结。65等压升温情况下：C→D→4→3，C点为液体，升