世界上絕大部分油氣資源 (石油與天然氣)是深藏在地下形形色色的圈閉中的。隨著時間的推移,岩石層被壓縮,增大的壓力使得這些圈閉中的油氣或者上升或者下沉,或者從圈閉內的一側運移到另一側。岩石還會在風化與侵蝕作用下被分解破壞,並被搬運然後再沉積。在所有這些地質變化中,天然氣能夠被圈閉在地下的儲集層內,或者分佈在一些產出天然氣或石油的分隔相帶中。具有儲集能力的岩石必須足以“像海綿”(多孔隙)一樣以儲存油氣,而且這種岩石內的孔隙之間必須相互連通 (滲透性)以保證天然氣的流通。
除了具儲集效能的岩石之外,天然氣與石油的聚集取決於有機質向烴類的轉變、允許油氣運移進入儲集層的通道以及相鄰的蓋層岩石 (以便將油氣圍住並阻止其進一步的運移)。在單一的儲集層內的天然氣具有特殊的性質,但是,在同一個天然氣田中的不同儲集層中的天然氣性質彼此之間則可能有極大的區別。
構造圈閉
構造圈閉是岩石在壓力和其他地質營力的作用下發生變形或斷裂而形成的儲集岩層。在絕大多數情況下,含有油氣的地質構造稱為背斜,在背斜內,岩層緩緩地向上彎曲,形成了一個在頂部含有石油的拱形構造。如果岩石層向下彎曲,而不是向上隆起,這種構造稱為向斜。穹隆也是向上隆起的,與背斜相似,這兩種構造都形成了儲集岩石層的高點。這些構造是被地質家們最早認識到的油氣圈閉型別。穹隆與背斜往往是不對稱的,而且含有多套產氣層。
當岩石層被斷開且大套的岩石層發生了相對移動時,這種構造稱為斷層。斷層是根據岩石層段向上和向下的移動 (傾向滑動)或側向移動(平移斷層)來進行分類的。圖2.1給出了各種油氣圈閉的型別。
https://iknow-pic.cdn.bcebos.com/94cad1c8a786c9172f1e39eac43d70cf3ac757c7
圖2.1 含有石油與天然氣的地質圈閉
通常,一條斷層會切過一個圈閉並把它分割成幾個彼此相互封閉的小單元。逆斷層是由擠壓力產生的,表現在地表的形態就是山脈。在這些地質構造中,一側岩石被向上推覆並壓在下伏的一側岩石上。洛基山脈就是由一套被稱為逆衝斷層的斷層構成的。
斷層還可以造成一些細顆粒的沉積岩 (比如頁岩與白堊巖)的滲透率增加,因此也可以形成天然氣的圈閉。雖然這些岩石是多孔隙的,但它們缺乏允許天然氣進入圈閉的滲透率。當斷層使這類岩石產生了滲透性後,它們就可以形成儲集巖。
地層圈閉
除了構造圈閉之外,還可以在地層圈閉中發現石油。在這種圈閉中,天然氣和石油是被封閉在地層或岩石層內的。當岩石的孔隙度或滲透率發生改變時,就會阻止天然氣運移出岩石,進而形成圈閉。一般而言,地層圈閉要比構造圈閉難以被發現。
在儲集巖的沉積過程中,比如當砂岩在河床上堆積或碳酸鹽巖生長,插入水下生物礁內時,就會形成地層圈閉。一個地質過程的迴圈——緩慢地沉積、波動、出露地表遭受風化、剝蝕,以及沉積岩的再沉積,就會形成“地層角度不整合”(圖2.2),如果被一套非滲透性的岩石蓋層覆蓋的話,這種圈閉就能夠儲存大量的石油和天然氣。
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圖2.2 角度不整合圈閉(引自Norman Hyne所著《石油勘探與開發》,PennWell,1995)
複合圈閉
複合圈閉含有構造與地層兩種要素。北美大陸最大的天然氣田——Hugton-Panhandle氣田就是一個複合型圈閉,該氣田延伸過得克薩斯州、俄克拉何馬州和堪薩斯州,最終產出70×1012ft3(2×1012m3)天然氣。該氣田的面積巨大,長度可達275mi1e(443km),寬可達8~57mile(13~92km)。
鹽丘是另外一種複合型圈閉,它是由大量的鹽從下部上升,插入上覆的沉積岩層,並形成一種栓塞狀的構造。在墨西哥灣及其沿岸的濱海平原底部的沉積岩中,發育了數百個這種鹽丘構造。
在具有非常複雜的地質構造的碳酸鹽巖儲集層內,可以儲存極為豐富的天然氣。這些儲集層是遠古時期水流將岩石溶解並在地表形成的巖洞構成的。這些巖洞漸漸地被掩埋並最終塌陷,產生了大量的斷裂並形成了“古洞穴系統”。這些系統能夠形成分隔的單元或者陷坑並形成更大的、與斷層相連線的岩石帶,進而形成一套複雜的、多因素成因的、面積可達數千米的儲集層。
勘探遠景 區及詳探 區
當地質家證實一個含有商業性天然氣與石油的區域時,他們稱之為“遠景區”。遠景區包括探明儲集巖、圈閉和蓋層或者其他型別的封閉組合情況。而“詳探區”是指這些已經證實了的遠景區和那些可以發現更多的油氣田的地區(圖2.3)。
圖2.3 含有深部溼氣的Tuscaloosa帶(引自Norman Hyne所著《石油勘探與開發》, PennWell, 1995)
預測就是確定何處是佈置最佳地質與經濟意義的一口探井的地點。四種地質因素決定了在一塊特別預測區的成功與否:①能夠生成石油或天然氣的烴源巖;②能夠儲存天然氣的儲集巖;③能被封閉的岩層;④正確的時代確定。這種圈閉必須在天然氣從該區域運移出去之前形成。
世界上絕大部分油氣資源 (石油與天然氣)是深藏在地下形形色色的圈閉中的。隨著時間的推移,岩石層被壓縮,增大的壓力使得這些圈閉中的油氣或者上升或者下沉,或者從圈閉內的一側運移到另一側。岩石還會在風化與侵蝕作用下被分解破壞,並被搬運然後再沉積。在所有這些地質變化中,天然氣能夠被圈閉在地下的儲集層內,或者分佈在一些產出天然氣或石油的分隔相帶中。具有儲集能力的岩石必須足以“像海綿”(多孔隙)一樣以儲存油氣,而且這種岩石內的孔隙之間必須相互連通 (滲透性)以保證天然氣的流通。
除了具儲集效能的岩石之外,天然氣與石油的聚集取決於有機質向烴類的轉變、允許油氣運移進入儲集層的通道以及相鄰的蓋層岩石 (以便將油氣圍住並阻止其進一步的運移)。在單一的儲集層內的天然氣具有特殊的性質,但是,在同一個天然氣田中的不同儲集層中的天然氣性質彼此之間則可能有極大的區別。
構造圈閉
構造圈閉是岩石在壓力和其他地質營力的作用下發生變形或斷裂而形成的儲集岩層。在絕大多數情況下,含有油氣的地質構造稱為背斜,在背斜內,岩層緩緩地向上彎曲,形成了一個在頂部含有石油的拱形構造。如果岩石層向下彎曲,而不是向上隆起,這種構造稱為向斜。穹隆也是向上隆起的,與背斜相似,這兩種構造都形成了儲集岩石層的高點。這些構造是被地質家們最早認識到的油氣圈閉型別。穹隆與背斜往往是不對稱的,而且含有多套產氣層。
當岩石層被斷開且大套的岩石層發生了相對移動時,這種構造稱為斷層。斷層是根據岩石層段向上和向下的移動 (傾向滑動)或側向移動(平移斷層)來進行分類的。圖2.1給出了各種油氣圈閉的型別。
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圖2.1 含有石油與天然氣的地質圈閉
通常,一條斷層會切過一個圈閉並把它分割成幾個彼此相互封閉的小單元。逆斷層是由擠壓力產生的,表現在地表的形態就是山脈。在這些地質構造中,一側岩石被向上推覆並壓在下伏的一側岩石上。洛基山脈就是由一套被稱為逆衝斷層的斷層構成的。
斷層還可以造成一些細顆粒的沉積岩 (比如頁岩與白堊巖)的滲透率增加,因此也可以形成天然氣的圈閉。雖然這些岩石是多孔隙的,但它們缺乏允許天然氣進入圈閉的滲透率。當斷層使這類岩石產生了滲透性後,它們就可以形成儲集巖。
地層圈閉
除了構造圈閉之外,還可以在地層圈閉中發現石油。在這種圈閉中,天然氣和石油是被封閉在地層或岩石層內的。當岩石的孔隙度或滲透率發生改變時,就會阻止天然氣運移出岩石,進而形成圈閉。一般而言,地層圈閉要比構造圈閉難以被發現。
在儲集巖的沉積過程中,比如當砂岩在河床上堆積或碳酸鹽巖生長,插入水下生物礁內時,就會形成地層圈閉。一個地質過程的迴圈——緩慢地沉積、波動、出露地表遭受風化、剝蝕,以及沉積岩的再沉積,就會形成“地層角度不整合”(圖2.2),如果被一套非滲透性的岩石蓋層覆蓋的話,這種圈閉就能夠儲存大量的石油和天然氣。
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圖2.2 角度不整合圈閉(引自Norman Hyne所著《石油勘探與開發》,PennWell,1995)
複合圈閉
複合圈閉含有構造與地層兩種要素。北美大陸最大的天然氣田——Hugton-Panhandle氣田就是一個複合型圈閉,該氣田延伸過得克薩斯州、俄克拉何馬州和堪薩斯州,最終產出70×1012ft3(2×1012m3)天然氣。該氣田的面積巨大,長度可達275mi1e(443km),寬可達8~57mile(13~92km)。
鹽丘是另外一種複合型圈閉,它是由大量的鹽從下部上升,插入上覆的沉積岩層,並形成一種栓塞狀的構造。在墨西哥灣及其沿岸的濱海平原底部的沉積岩中,發育了數百個這種鹽丘構造。
在具有非常複雜的地質構造的碳酸鹽巖儲集層內,可以儲存極為豐富的天然氣。這些儲集層是遠古時期水流將岩石溶解並在地表形成的巖洞構成的。這些巖洞漸漸地被掩埋並最終塌陷,產生了大量的斷裂並形成了“古洞穴系統”。這些系統能夠形成分隔的單元或者陷坑並形成更大的、與斷層相連線的岩石帶,進而形成一套複雜的、多因素成因的、面積可達數千米的儲集層。
勘探遠景 區及詳探 區
當地質家證實一個含有商業性天然氣與石油的區域時,他們稱之為“遠景區”。遠景區包括探明儲集巖、圈閉和蓋層或者其他型別的封閉組合情況。而“詳探區”是指這些已經證實了的遠景區和那些可以發現更多的油氣田的地區(圖2.3)。
圖2.3 含有深部溼氣的Tuscaloosa帶(引自Norman Hyne所著《石油勘探與開發》, PennWell, 1995)
預測就是確定何處是佈置最佳地質與經濟意義的一口探井的地點。四種地質因素決定了在一塊特別預測區的成功與否:①能夠生成石油或天然氣的烴源巖;②能夠儲存天然氣的儲集巖;③能被封閉的岩層;④正確的時代確定。這種圈閉必須在天然氣從該區域運移出去之前形成。