[科普中国]-石油地质学

发展过程

18世纪中期，人们就曾经在油气苗位置上或其附近凿井，发现在一些背斜脊部有油渗出。背斜理论是加拿大地质学家亨特于1861年提出的。背斜理论一直为地质学家所遵循，指导着勘探的决策。特别是1920年地震反射法成功地应用于地下构造的制图，更加强了应用背斜理论寻找石油的信心。

20世纪30年代，在美国发现了巨大的东得克萨斯地层油藏之后，地质学家认识到不能简单地只靠背斜理论找油。为寻找新油田，除了应用构造制图外，还必须广泛地采用地层学方法。因此，在石油地质理论中引入了礁、不整合、逆倾斜的尖灭、岩相制图、枢纽线、三角洲沉积等与地层圈闭有关的概念。

在19世纪初期，地质学家根据野外观察认为，石油起源于沥青质页岩，并被运移到砂岩中。在无机成因说；与有机成因说的长期激烈争论中，有机说者提供了很多重要证据，并 且不断地对一些论点加以修正、补充和完善。1943年，怀特莫尔等根据从海藻中分离出含有19～34碳原子的一系列烃类的事实，指出海洋有机体一年所提供的6000万桶烃类，就足够形成在沉积岩中发现的总烃量。

1952年，史密斯通过对现代海洋沉积物中烃的研究，进一步完善了这种生油理论。他指出近代海洋沉积物中存在游离烃类，并在成岩早期阶段随着深度加大，烃含量急剧增加，非烃化合物含量显著减少。1963年，埃布尔森提出，石油是沉积物的干酪根在成岩过程的晚期经过热解生成的。干酪根成油说已成为石油生成的现代最重要的理论。

马格拉除了强调压实作用为初次运移的主要动力外，还提供了粘上脱水异常压力和石油运移等方面的资料。此外，斯纳尔斯基指出，微裂缝对石油从不渗透油源岩中排出有重要的作用。蒂索、佩列特和赫德伯格等还认为，由于液态或气态烃类数量不断增加，生油层内压力增加，直到压力增至大于岩石强度时，则岩石产生微裂缝，烃类气体排出，随着地层内压力逐渐降低，使微裂缝闭合。随着烃类的不断增加，地层内压力加大，岩石又产生微裂缝，又有烃类排出，如此循环往复，就使烃类断断续续地排出。

1975年，蒂索等企图根据石油生成和运移的新理论采用盆地分析方法，确定盆地的石油远景和最有利的石油聚集带。70年代以来，许多石油地质学家和地球化学家，根据盆地类型、沉降史、沉积史、干酪根类型及其成熟度，建立石油生成模型，以便在空间和时间上定量地确定每一层油源岩的生烃潜力。

1975年蒂索等首次介绍了石油生成与地质时间呈函数关系的模型，即石油生成模型。1983年，迪朗还基于达西定律和相对渗透率概念，描述了二维二相单元数学运移模型。该模型提供了埋藏过程中沉积物孔隙的石油饱和度史和流体压力史，指出了石油运移的时间及油藏形成的可能部位。尽管这些研究工作还不成熟，但石油地质学家们的努力，使得石油地质理论已开始定量化和模式化。1

任务石油和天然气在国民经济中占有极其重要的地位，现在已经能够从中提炼出3000多种产品，应用到各个领域。在我国实现农业、工业、国防、科学技术四个现代化中，石油和天然气是非常宝贵的燃料、润滑油料及化工原料。石油被誉为工业的血液，从石油中提炼的汽 油、煤油、柴油等是汽车、拖拉机、火车、飞机、轮船的优质动力燃料，超音速飞机、火 箭、导弹、飞船等现代化武器的燃料也离不开石油产品；

石油和天然气具有发热量大、燃烧 完全、运输方便、减少空气污染等优点，使其在世界能源消费结构中所占的比例越来越大， 目前，各种能源排列顺序是石油40%、煤炭27.4%、水电25.3%、天然气22.9%和核能 7.1%。石油又是重要的润滑油料，从微小、精密的钟表到庞大高速的发动机，都需要润滑才能转动，所以人们将润滑油料视为机器的“食粮”。

更为重要的是，石油和天然气作为化工原料的总趋势已经形成，乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘等化学工业应用的主要基础原料多来自石油和天然气。

目前，77%的乙烯是从天然气加工分离出来的乙烷和丙烷热解制成，这种活泼多变的分子，其衍生物成为石油化学工业的主干原料，所以往往用乙烯产量来衡最一个国家的石油化学工业水平；丙烯有87%来自石油炼制产品，主要用途是生产髙辛烷值汽油；苯、甲苯、二甲苯等 环状有机化合物主要来自石油，它们都是汽油的重要辛烷值组分。

上述石油化工产品的范围很广，既包括各种染料、农药、医药，又包括生产量大、应用面广的三大合成材料（即合成, 纤维、合成橡胶、合成塑料），还有重要的无机化工产品，如合成氨及硫磺等。合成氨是主要的化学肥料，世界上70%以上合成氨都来自天然气或石油。上述这些品种繁多的石油化工产品都是国民经济不可缺少的重要材料。

所以，我们在建设社会主义现代化强国的过程中，发展石油和天然气工业有着十分重要的意义。

作为石油地质工作者的任务就是要更快地找到更多、更大的油气宝藏，査明地下油、气资源，为高速发展石油工业奠定物质基础。我们伟大的祖国幅员辽阔，在九百六十万平方公里土地上和那一望无垠的沿海大陆架，沉积盆地星罗棋布，沉积岩系分布普遍，不仅有面积巨大的陆相沉积盆地，而且拥有海相碳酸盐岩系异常发育的广大区域，蕴藏着丰富的石油和天然气资源。但是石油和天然气深埋地下，又是流体，控制它们分布的自然条件复杂多变。那么，究竟是哪些条件，如何控制地壳上油气资源的分布？应该到何处去寻找油气宝藏？这就是石油地质学所要回答的主要问题。

石油地质学是矿床学的一个分支，是在石油和天然气勘探及开采的大量实践中总结出来的一门新兴学科。它是石油及天然气地质勘探领域的重要理论基础。综合运用地质、物理、化学及生物等学科的基础知识，来认识油气矿藏的形成及分布规律，明确寻找油气的方向，以便为勘探及开发油气矿藏奠定理论基础；并且在实际工作中，全面地、综合地、辩证地分析各个区域的具体地质特 征，揭示和解决一个又一个矛盾，科学地预测区域的含油气远景。2

研究内容石油地质学主要研究石油及其伴生物天然气、固体沥青的化学组成、物理性质和分类；石油成因与生油岩标志；储集层、盖层及生储盖组合；油气运移，包括油气初次运移和油气二次运移；圈闭和油气藏类型；油气藏的形成和保存条件。

从油气的生成到油气矿藏的形成，是客观事物不断发展和转化的过程。在石油和天然气 的生成阶段，必须探讨有机物质或无机物质能否向石油及天然气转化？当各种条件具备，它们则可能生成石油或天然气。在油气生成之后，必须进一步探讨这些分散状态的油气能否聚集起来形成油气矿藏？又受哪些因素制约？油气矿藏形成之后，事物的发展并未结束。在一定条件下，油气矿藏可能遭受破坏；逸散的油气遇到新的合适条件，仍然可能再集中，引起 油气矿藏的再形成……如此螺旋式地前进，不断向前发展，这就是自然界石油和天然气从生成到油气矿藏形成的客观发展过程。

所以我们将石油和天然气的生成、运移、聚集、破坏、再聚集视为一个统一的发展过程。油气来源是基础，油气运移是纽带，油气矿藏是目标，油气资源是结果。

石油地质学就是要研究自然界中油气这个复杂系统中的方方面面，探讨油气矿藏形成与破坏的动平衡过程，査明今天地壳上油气宝藏的分布规律。

油气藏的形成过程就是在各种因素的作用下，油气从分散到集中的转化过程。能否有丰富的油气聚集，并且被保存下来，主要取决于是否具备生油层、储集层、盖层、运移、圈闭和保存6项条件。其中最重要的两个条件是充足的油气来源和有效的圈闭。

所以，在建立石油地质学的课程体系时，必须由表及里、由浅入深，正确反映上述客观事物本身的发展规律。我们按照这种认识规律，首先阐明什么是石油和天然气，它们有哪些特征？随着认识过程的深化，系统研究石油和天然气的现代成因理论及运移、聚集等油气成藏的基本原理，分析“三场”（地温场、地压场、地应力场）对油气藏形成全过程的影响；用油气藏（油气聚集的基本单元）形成机理剖析各类油气藏的形成条件及分布特征；然后逐步扩大到油气田、油气聚集带、含油气区及含油气 盆地等各级油气聚集单元，并用系统论的观点将它们联成一个复杂的整体。最后，再回到实践中去改造世界，指导生产和科学研究，做出含油气远景评价，科学地指出寻找油气宝藏的方向。2

相关学科石油地质学与流体力学、有机地球化学、地球物理学、构造地质学、沉积岩石学和岩相古地理学等有密切的关系。例如，这些学科的发展，以及色谱、色谱-质谱、红外光谱、电子显微镜和同位素分析等技术的广泛采用，为解决石油成因问题创造了良好的基础。

一些重要的油气藏与河道砂、三角洲砂、沉积砂和礁密切相关。而这些类型的砂体和礁的分布受沉积体系的控制，因此，只有通过研究沉积岩石学和岩相古地理才能确定储集岩分布的有利地带。

石油地质学与构造地质学关系十分密切。油气的运移和聚集受盆地区域构造和局部构造条件的控制，要想成功地找到与背斜构造、断裂构造，以及不整合面有关的油气田和油气聚集带，就必须深入掌握有关构造地质学的知识。

新进展石油地质学是随着人类的油气勘探活动而诞生的一门应用科学，它既是人类对于勘探中对油气形成与分布规律认识的总结，又是指导人类油气勘探活动的理论武器。在全世界范围内，经过近100年的勘探活动，未经勘探的处女地所剩无几，容易寻找的油气田大多被发现。对能源不断增长的需求，以及勘探难度的越来越大，是摆在全世界石油勘探者面前的一大矛盾。世界石油勘探面临着极为严峻的挑战，向新的深度(深层勘探)、新的领域(天然气、非常规气、非构造油气藏)进军是当今油气勘探的总趋势。这种形势下，都迫使我们发展新的石油地质及油气勘探理论、油气勘探技术，广泛吸收相关学科的新成果，以适应现代油气勘探形势的需要与发展。纵观近20余年来，石油地质学及油气勘探取得的进展，相关边缘学科(从大的概念上讲亦属于石油地质的范畴)的发展极大的促进了石油地质学的发展，提高油气勘探的效率。

1、板块构造学的应用

板块构造学说的诞生，被誉为“地质学上的革命”，它改变了人们对于全球构造的认识，同时也给石油地质学带来了新的活力，它以崭新的面貌探讨了含油气盆地发生和发展的地球动力学背景，并以一种新的观点综合解释油气在全球的分布的富集规律，扩大了油勘探领域和人们找油的思路。

①含油气盆地形成机制的认识、盆地分类的完善。

②无机成因学说重新活跃起来，二元论，张恺

③逆掩推覆体找油，大山底下找盆地

2、层序地层学的发展与应用

层序地层学是在油气勘探活动中发展起来的一门新兴的学科，是在沉积学、地层学和地震勘探技术不断发展和资料积累的基础上发展起来的。层序地层学是一种划分、对比和分析沉积岩层的新理论和新方法。使人们能更精确地对比地质年代，再造古地理，并在钻进前对生油层、储集层和盖层及潜在地层圈闭进行预测。

3、盆地构造研究的进展

①盆地的动力学分类：张(伸展)、压(压缩)、扭(走滑)

②构造样式概念的提出：一定构造环境和条件下的构造变形的基本特征(组合特征—剖面形态、排列方式等) 构造地质模型。盆地变形特点、构造变形规律的早期预测。

③反转构造：指一个张性或张扭性盆地在后期经受了压和压扭性应力作用，盆地由拉张下沉到挤压上隆，断裂由正断向逆断转变，在剖面上形成下凹上隆、下正上逆的构造格局，后期的反转往往是油气构造圈闭的最后定型期，和油气的生、运聚有密切的匹配关系

4、储层评价技术的进展

储层评价技术的进展包括储层沉积学、储层成岩作用和储层地 球化学方面的进展

石油地质学本身的研究的课题不外乎两大问题即成烃和成藏，这是石油地质学永恒不变的主题。在这两个方面九十年代以来的主要进展：

1．成烃理论

60-70年代-80年代初：干酪根生油理论

80年代后期-90年代：未熟低熟油理论，煤成烃理论是我国学者，特别是地球化学在成烃理论方面对石油地质学的突出贡献，开辟了我国油气勘探的新领域。

2．成藏理论

对成藏动力学因素的重视，从温、压等动力的角度研究油气的成藏过程，将油气生成—运移—聚集作为一个统一的整体：流体封存箱理论、成藏动力学呼之欲出。

3．石油地质综合研究思想与方法进展

从定性—定量，从静态到动态，从局部—系统、盆地模拟技术以及含油气系统的思想和方法。3