石油與天然氣地質(zhì) 煤石油天然氣是怎樣形成的

石油和天然氣是如何形成的？石油與天然氣地質(zhì)學(xué)的形成和發(fā)展，石油與天然氣地質(zhì)學(xué)意義，石油與天然氣形成的地質(zhì)條件取決于什么？

本文導(dǎo)航

• 煤石油天然氣是怎樣形成的
• 石油天然氣勘探方法
• 礦業(yè)石油地質(zhì)哪個最重要
• 石油生成主要跟哪兩個條件有關(guān)系

煤石油天然氣是怎樣形成的

1、石油的形成：

石油的原料是生物的尸體，生物的細(xì)胞含有脂肪和油脂，脂肪和油脂則是由碳、氫、氧等3種元素組成的。生物遺體沉降于海底或湖底并被淤泥覆蓋之后，氧元素分離，碳和氫則組成碳?xì)浠衔铩?大量產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏膸r石即稱為“石油源巖”。埋沒于地中的石油源巖受到地?zé)岷蛪毫Φ挠绊?，再加上其他多種化學(xué)反應(yīng)之后就產(chǎn)生石油，而石油積存于巖石間隙之間便形成油田。

2、天然氣的形成：

天然氣的形成與生物有關(guān)。在地質(zhì)歷史中，海洋里生存著大量的生物，它們在生長過程中具有分泌鈣質(zhì)骨骼的能力，在水深、溫度、光照和海水含鹽度適宜的條件下，這些生物一代又一代地繁殖，便形成了堅固的生物礁。它們死亡后，被沉積物覆蓋并埋藏在地層深部，在長期的地質(zhì)作用下，逐漸成為天然氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。

石油和天然氣的區(qū)別：

1、石油也叫原油，是從地下深處開采出來黏稠黑褐色液體燃料。天然氣是埋藏在地下的古生物經(jīng)過億萬年的高溫和高壓等作用而形成的可燃?xì)怏w。

2、在化學(xué)組成的特征上，天然氣分子量小（小于20），結(jié)構(gòu)簡單，H/C原子比高（4～5）。石油的分子量大（75～275），結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，H/C原子比相對低（1.4～2.2）。

3、在物理性質(zhì)方面，天然氣基本是只含有極少量液態(tài)烴和水的單一氣相；石油則可包容氣、液、固三相而以液相為表征的混合物。

4、在生成的條件方面，天然氣比石油寬。天然氣分布的領(lǐng)域要比石油廣，產(chǎn)出的類型、貯集的形式也比石油多樣，既有與石油聚集形式相似的常規(guī)天然氣藏，如構(gòu)造、地層、巖性氣藏等，又可形成煤層氣、水封氣、氣水化合物以及致密砂巖、頁巖氣等非常規(guī)的天然氣藏。

石油天然氣勘探方法

石油與天然氣地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展和不斷完善始終與地質(zhì)學(xué)的發(fā)展直接相關(guān)，同時與油氣勘探實踐緊密相隨。1859 年?！さ吕卓讼壬?( Edwin Drake) 在美國賓夕法尼亞州首鉆的油井，是近代油氣勘探 ( 或工業(yè)) 的開始。在其后的最初年代，油氣鉆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(zhì)學(xué)理論的指導(dǎo)。

19 世紀(jì)中葉，加拿大的亨特 ( T. S. Hunt，1861) 、美國的懷特 ( I. C. White，1885)等先后提出了石油儲集的 “背斜學(xué)說”，使油氣探井選擇開始有了地質(zhì)理論的指導(dǎo)，是近代石油地質(zhì)學(xué)的開始，至今仍然具有指導(dǎo)意義。

20 世紀(jì)初，1917 年美國石油地質(zhì)學(xué)家協(xié)會 ( AAPG) 的成立和 AAPG 簡報的出版，為石油地質(zhì)學(xué)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(yè)學(xué)科的學(xué)術(shù)團體。埃蒙斯 ( Emmons，1921) 的 《石油地質(zhì)學(xué)》專著，是標(biāo)志著石油地質(zhì)學(xué)科走上獨立發(fā)展道路的里程碑。在隨后的幾十年間，幾部有重要影響的石油地質(zhì)學(xué)論著相繼問世，包括前蘇聯(lián)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(zhì)學(xué)家格索 ( W. C. Gussow，1954) 和前蘇聯(lián)學(xué)者拉賓 ( И. Либин，1959) 對 “差異聚集”原理的論述。1953 年美國學(xué)者萊復(fù)生( A. I. Levorsen) 的 《石油地質(zhì)學(xué)》問世，這是一部總結(jié)性的、集石油地質(zhì)學(xué)各領(lǐng)域之大成的著作，標(biāo)志著現(xiàn)代石油地質(zhì)學(xué)理論走向系統(tǒng)化。

20 世紀(jì)初 60 年代，歐、美一批石油地質(zhì)和地球化學(xué)家，從干酪根天然熱降解和熱模擬實驗兩個途徑獲得相同的結(jié)果，使有機晚期生油說發(fā)展為具有獨立證據(jù)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(chǔ)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(fā)展為盆地規(guī)模的成藏過程的數(shù)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(xué)和石油地質(zhì)學(xué)》可以說是油氣地質(zhì)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(zhì)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(biāo)志著 “油氣運移”已成為當(dāng)時油氣地質(zhì)研究的焦點，也是油氣資源定量評價和預(yù)測研究中最薄弱的環(huán)節(jié)。20 世紀(jì) 80 年代晚期以來，沉積盆地數(shù)值模擬成為當(dāng)代油氣地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展迅速的又一個活躍的前沿?zé)狳c，它是新地學(xué)思維與當(dāng)代計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它能以某種逼真度定量地再現(xiàn)含油氣盆地形成和演化的全部動力學(xué)過程以及與之伴隨的成烴、排烴和運聚過程，并模擬這些過程的時間配置關(guān)系和瞬態(tài)變化，從而把油氣地質(zhì)學(xué)從靜態(tài)的單因素的定性描述，提升到動態(tài)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。借助于地震剖面資料，可早期預(yù)測生烴時間、生烴門限、生烴潛力，模擬烴類運聚過程，尤其是對于那些尚未鉆探過的遠(yuǎn)景區(qū)、地表條件艱難地區(qū)或邊遠(yuǎn)地區(qū)，可以應(yīng)用衛(wèi)星遙感信息或機載雷達(dá)進行油藏類型和資源量的先期預(yù)測。鑒于油氣盆地數(shù)值模擬技術(shù)在降低勘探風(fēng)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(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略性研究領(lǐng)域。

1990 年美國南卡羅來納大學(xué)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(guān)。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(tǒng)———從烴源到圈閉”出版，標(biāo)志著 “含油氣系統(tǒng)”概念形成，它同樣也是油氣地質(zhì)定量化研究的一個重要組成部分。

新中國成立后，1951 年孟爾盛著 《石油地質(zhì)學(xué)》; 1959 年梁布興和潘鐘祥主編 《石油地質(zhì)學(xué)原理》; 其后北京石油學(xué)院和西北大學(xué)也編著和出版了相應(yīng)教材，為我國培養(yǎng)一大批優(yōu)秀油氣地質(zhì)專業(yè)人才起了重要作用。20 世紀(jì) 80 年代以來，是我國石油地質(zhì)學(xué)理論高速發(fā)展時期，西北大學(xué)石油地質(zhì)教研室主編的 《石油地質(zhì)學(xué)》1979 年由地質(zhì)出版社出版發(fā)行; 張萬選、張厚福教授及其同事，先后于 1981 年、1989 年和 1999 年在石油工業(yè)出版社出版發(fā)行了三個版本的 《石油地質(zhì)學(xué)》; 1983 年王尚文教授主編的 《中國石油地質(zhì)學(xué)》在石油工業(yè)出版社出版發(fā)行; 潘鐘祥教授主編的 《石油地質(zhì)學(xué)》于 1986 年由地質(zhì)出版社出版發(fā)行; 陳榮書主編的 《石油及天然氣地質(zhì)學(xué)》于 1994 年由中國地質(zhì)大學(xué)出版社出版發(fā)行。這些教材和著作反映了國內(nèi)外油氣地質(zhì)研究的階段性進展，適應(yīng)了我國油氣工業(yè)快速發(fā)展的時代要求。

在石油地質(zhì)學(xué)中，一般只是將天然氣當(dāng)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(fā)現(xiàn)了大量的工業(yè)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(jì)80年代以來，有人主張將天然氣地質(zhì)學(xué)這一門新學(xué)科從石油地質(zhì)學(xué)中獨立出來(維索茨基，1982)。自20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外也出版了多部與天然氣地質(zhì)學(xué)有關(guān)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(fā)行無疑對推動這一學(xué)科的發(fā)展，起了重要的促進作用。

礦業(yè)石油地質(zhì)哪個最重要

1.太平洋沿岸帶油氣資源豐富

環(huán)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(lián)接庫頁島（薩哈林島）和堪察加西北海岸在內(nèi)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臺灣的西海岸盆地、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新西蘭盆地，含油巖系都是古近系-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(fā)現(xiàn)了20多個油氣田，產(chǎn)層為古近系-新近系；在溫哥華附近的海岸地區(qū)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(qū)分布著最重要的幾個含油氣盆地，如圣朝昆、薩利納斯-基亞島、圣馬利亞、文土拉和洛杉磯等，其中以圣朝昆和洛杉磯盆地最為重要。近十多年來，在加利福尼亞近?？碧饺〉昧撕艽蟪煽儯貏e是在巴巴拉海峽地區(qū)發(fā)現(xiàn)20多個油氣田，產(chǎn)層全為古近系-新近系；在加勒比海地區(qū)，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，在厄瓜多爾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(nèi)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(nèi)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，其生油巖都是中新世的Monterey組泥巖，儲油層為上古近系沉積物重力流砂巖，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(chǎn)量等，主要受沉積物重力流沉積條件、相位和巖性控制。據(jù)統(tǒng)計，洛杉磯盆地的產(chǎn)油量，淺海相占0.1%、三角洲相占0.9%、沉積物重力流占99%；文土拉盆地產(chǎn)油量，淺海相占7.2%，三角洲相占9.8%、沉積物重力流占83%，又如文秋拉油田，經(jīng)Heeebouty（1970）估算，原油儲量8.18×108t、天然氣已累計產(chǎn)520×108m3，這是個大油氣田。油氣產(chǎn)層為上古新世Pico砂巖和下古新世Reptto砂巖，這兩個單元形成一個含油砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和富含有機質(zhì)的粉砂質(zhì)泥巖連續(xù)層系，厚度可達(dá)3000多米。在這個連續(xù)層系里，在埋藏深300～2700m的范圍內(nèi)分成三個產(chǎn)油帶：最上部帶產(chǎn)天然氣和凝析油，滲透率為（60～250）×0.987×10-3μm2；上部帶產(chǎn)輕質(zhì)油，滲透率為5×0.987×10-3μm2，下部帶產(chǎn)重質(zhì)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(huán)境造成的，而是由于埋藏深，經(jīng)過褶皺、斷裂和成巖后生作用造成的。

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(qū)，一個是海相油氣田分布區(qū)。為了尋找新的油氣田擴大油氣后備儲量，首先必須搞清太平洋東西沿岸帶不同的大地構(gòu)造格局。按照板塊學(xué)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(yuǎn)、地溫率低，或此洋殼板塊俯沖角可達(dá)30°～40°并發(fā)育弧后拉張盆地。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(xué)說的復(fù)活和板塊學(xué)說的誕生，海洋學(xué)特別是海洋地質(zhì)學(xué)得到突飛猛進的發(fā)展。根據(jù)海洋地質(zhì)學(xué)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(zhì)學(xué)進展》一書，在介紹濁流沉積與油氣勘探關(guān)系時，強調(diào)濁積巖呈扇狀體，砂巖顆粒由內(nèi)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(zhì)學(xué)家Thompson（1976）指出，石油資源巨大新區(qū)可能在陸隆區(qū)的沉積物中，Moorc（1969，1973，1978）等十分強調(diào)大量石油儲量來自海底扇，十余年來美國石油地質(zhì)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(qū)進行研究工作。這個陸隆區(qū)在水深3000～4500m以下，沉積物厚達(dá)3000m，主要由海底峽谷重力流沉積的陸源碎屑物質(zhì)組成；其中Monterey扇分布面積達(dá)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(jīng)化學(xué)實驗可衍生轉(zhuǎn)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(jié)深海碎屑環(huán)境時指出，在北美東西海岸外的深海底有巨大區(qū)別，在大西洋模式中深海平原被認(rèn)為是碎屑沉積作用的主要深海環(huán)境，經(jīng)JOIDES（地球深部取樣聯(lián)合海洋學(xué)會）考察證明，深海平原之下的充填物是由濁積巖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(diào)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(gòu)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(jù)Walker（1978）的研究，謝爾格里特扇屬于晚石炭紀(jì)地層，陸源碎屑扇體沉積在兩個比較老的石灰?guī)r“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 謝爾格里特扇巖性及沉積相相解釋

以謝爾格里特扇地層的發(fā)育史不難看出，深水盆地最先接受黑色生油泥頁巖相，在海退背景條件下依次沉積外部扇或平原相的末端濁積巖、沉積中部扇分流水道的塊狀砂巖和卵石砂巖、沉積大陸斜坡的粉砂質(zhì)泥頁巖，最后沉積淺水三角洲復(fù)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巖和卵石砂巖成為油氣儲集的優(yōu)質(zhì)層段。

圖7-64 鄂爾多斯盆地濁積巖沉積模式

我國湖底扇油藏極為普遍，根據(jù)文應(yīng)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(yè)價值油氣產(chǎn)層都是重力流沉積的含礫砂巖和塊狀砂巖中。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，并在大港油田近岸水下扇中已開采石油，湖底扇油藏屢見不鮮。這一特征，很值得我國石油地質(zhì)工作者重視，這是擴大找油領(lǐng)域，增加石油后備儲量的方向問題。

圖7-65 湖底扇沉積背景圖

（據(jù)趙漢清，1986）

3.海（湖）槽找油

許靖華教授和殼牌（Shell）公司的地質(zhì)學(xué)家們完全不同意海底扇找油方向，他們批評指出在現(xiàn)代海洋地質(zhì)學(xué)家和石油地質(zhì)家眼里，“濁流即海底扇，找油就在海底扇”，熟不知第四紀(jì)以來災(zāi)變事件少了，發(fā)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(yīng)在濁流盆地軸向方向，那里沉積走向與構(gòu)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(jīng)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(chǎn)量高，可采儲量約為1×108t。油田產(chǎn)在新近紀(jì)海盆沉積物里，生油層是中新世上部的Monterey組泥巖，儲集層是始新統(tǒng)深海“濁積巖”相，中新統(tǒng)為濱淺海砂礫巖相，這也是個典型海退沉積序列。

文土拉盆地的地質(zhì)研究工作是以20世紀(jì)20年代開始的，以30年代初期開始鉆探到50年代中期已有1500余口鉆井，他們當(dāng)時的勘探程序也是沿長鈾、占高點，鉆井成功率很低，往往在構(gòu)造較高部位都是水層。這樣的勘探部署是基于當(dāng)時流行的傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)觀點，按照這種理論，文土拉地區(qū)的沉積模式是，一條北來的河流流入文土拉海盆后，將礫石、砂和黏土分別沉積在濱海、三角洲及其海盆里。

由于文土拉油田的一半產(chǎn)量（約5萬桶/天）屬于殼牌公司，因此該公司對盆地沉積相極為關(guān)心，于1955年派許靖華先生到文土拉研究沉積學(xué)。許先生根據(jù)地面露頭和測井資料對比，認(rèn)為砂巖體形態(tài)并不是南北向而是東西向，接著許先生利用介電導(dǎo)向儀測定了1000多個砂巖樣品的長顆粒分布，結(jié)果也是東西向。在此基礎(chǔ)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(fā)現(xiàn)，沉積物重力流最先經(jīng)過海底峽谷并在內(nèi)部扇沉積含礫泥巖和巖屑礫巖，遇到海底山脈使流向轉(zhuǎn)為東西向的平坦海槽并沉積顆粒流和濁流砂巖，這套含油砂巖體可延伸10～50km。這是沉積相研究應(yīng)用于油氣勘探、擴大石油儲量的第一曲凱歌，它極大震驚了殼牌公司。然而由于資本家技術(shù)壟斷，致使這項科研成果到1978年才獲準(zhǔn)發(fā)表。

石油生成主要跟哪兩個條件有關(guān)系

石油和天然氣形成的地質(zhì)條件主要取決于：具有大量的有機物質(zhì)來源；有利的還原環(huán)境；要有促使有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為石油的溫度、壓力以及細(xì)菌作用的影響等。油氣的形成實際上是去氧、加氫、富碳的一種化學(xué)過程，因此溫度和壓力是重要因素。