石油地質學
石油是流體,與固體礦產相比,有其獨特的生成和聚集規律。石油聚集的地方並不是生成的地
方,石油在生成後,必須通過運移才能聚集在有利的圈閉中。大量的勘探和開採實踐,積累了很多有關油氣生成、運移和聚集規律的知識,逐漸形成這門學科。在美國和日本等國,石油地質學的內涵更廣,除研究石油和天然氣成因、油氣藏的形成和油氣在地殼中的分布規律,以及從生成、運移到富集成為油氣藏的基本原理外,還包括油氣田地質學、調查和勘探油氣的各種地質學、地球物理學和地球化學的原理和方法,以及油氣田開發的地質學原理和工藝技術等內容。
18世紀中期,人們就曾經在油氣苗位置上或其附近鑿井,發現在一些背斜脊部有油滲出。背斜理論是加拿大地質學家亨特於1861年提出的。背斜理論一直為地質學家所遵循,指導著勘探的決策。特別是1920年地震反射法成功地套用於地下構造的製圖,更加強了套用背斜理論尋找石油的信心。
20世紀30年代,在美國發現了巨大的東德克薩斯地層油藏之後,地質學家認識到不能簡單地只靠背斜理論找油。為尋找新油田,除了套用構造製圖外,還必須廣泛地採用地層學方法。因此,在石油地質理論中引入了礁、不整合、逆傾斜的尖滅、岩相製圖、樞紐線、三角、洲沉積等與地層圈閉有關的概念。
在19世紀初期,地質學家根據野外觀察認為,石油起源於瀝青質頁岩,並被運移到砂岩中。在無機成因說;與有機成因說的長期激烈爭論中,有機說者提供了很多重要證據,並且不斷地對一些論點加以修正、補充和完善。1943年,懷特莫爾等根據從海藻中分離出含有19~34碳原子的一系列烴類的事實,指出海洋有機體一年所提供的6000萬桶烴類,就足夠形成在沉積岩中發現的總烴量。
1952年,史密斯通過對現代海洋沉積物中烴的研究,進一步完善了這種生油理論。他指出近代海洋沉積物中存在游離烴類,並在成岩早期階段隨著深度加大,烴含量急劇增加,非烴化合物含量顯著減少。1963年,埃布爾森提出,石油是沉積物的乾酪根在成岩過程的晚期經過熱解生成的。乾酪根成油說已成為石油生成的現代最重要的理論。
馬格拉除了強調壓實作用為初次運移的主要動力外,還提供了粘上脫水異常壓力和石油運移等方面的資料。此外,斯納爾斯基指出,微裂縫對石油從不滲透油源岩中排出有重要的作用。蒂索、佩列特和赫德伯格等還認為,由於液態或氣態烴類數量不斷增加,生油層內壓力增加,直到壓力增至大於岩石強度時,則岩石產生微裂縫,烴類氣體排出,隨著地層內壓力逐漸降低,使微裂縫閉合。隨著烴類的不斷增加,地層內壓力加大,岩石又產生微裂縫,又有烴類排出,如此循環往復,就使烴類斷斷續續地排出。
1975年,蒂索等企圖根據石油生成和運移的新理論採用盆地分析方法,確定盆地的石油遠景和最有利的石油聚集帶。70年代以來,許多石油地質學家和地球化學家,根據盆地類型、沉降史、沉積史、乾酪根類型及其成熟度,建立石油生成模型,以便在空間和時間上定量地確定每一層油源岩的生烴潛力。
1975年蒂索等首次介紹了石油生成與地質時間呈函式關係的模型,即石油生成模型。1983年,迪朗還基於達西定律和相對滲透率概念,描述了二維二相單元數學運移模型。該模型提供了埋藏過程中沉積物孔隙的石油飽和度史和流體壓力史,指出了石油運移的時間及油藏形成的可能部位。儘管這些研究工作還不成熟,但石油地質學家們的努力,使得石油地質理論已開始定量化和模式化。
石油地質學主要研究石油及其伴生物天然氣、固體瀝青的化學組成、物理性質和分類;石油成因與生油岩標誌;儲集層、蓋層及生儲蓋組合;油氣運移,包括油氣初次運移和油氣二次運移;圈閉和油氣藏類型;油氣藏的形成和保存條件。
油氣藏的形成過程就是在各種因素的作用下,油氣從分散到集中的轉化過程。能否有豐富的油氣聚集,並且被保存下來,主要取決於是否具備生油層、儲集層、蓋層、運移、圈閉和保存6項條件。其中最重要的兩個條件是充足的油氣來源和有效的圈閉。
石油地質學與流體力學、有機地球化學、地球物理學、構造地質學、沉積岩石學和岩相古地理學等有密切的關係。例如,這些學科的發展,以及色譜、色譜-質譜、紅外光譜、電子顯微鏡和同位素分析等技術的廣泛採用,為解決石油成因問題創造了良好的基礎。
一些重要的油氣藏與河道砂、三角洲砂、沉積砂和礁密切相關。而這些類型的砂體和礁的分布受沉積體系的控制,因此,只有通過研究沉積岩石學和岩相古地理才能確定儲集岩分布的有利地帶。
石油地質學與構造地質學關係十分密切。油氣的運移和聚集受盆地區域構造和局部構造條件的控制,要想成功地找到與背斜構造、斷裂構造,以及不整合面有關的油氣田和油氣聚集帶,就必須深入掌握有關構造地質學的知識。