第四章 圈閉和油氣藏
(Chapter4 trap and hydrocarbon reservoir)
學時：8 學時
基本内容：
① 圈閉和油氣藏的分類及基本要素。
② 各類圈閉和油氣藏的形成條件、類型及特征。
教學重點與難點：各類圈閉和油氣藏的形成條件、類型及特征。
教學内容提要：
第一節 圈閉和油氣藏概述
一、圈閉的概念和發展
油氣圈閉：油、氣、水流體，在其力場強度的作用下，油氣将由高勢區向各自的低勢區流動，這種儲集層中被高油或氣勢面、非滲透性遮擋單獨或聯合封閉而形成的油或氣的低勢區，稱為油氣圈閉。
二、圈閉和油氣藏的分類
按成因可将圈閉分為：構造、岩性、地層、水動力和複合圈閉五大類。
圈閉成因分類系統表
大類 |
構造圈閉 |
岩性圈閉 |
地層圈閉 |
水動力圈閉 |
複合圈閉 |
亞 類 |
1．背斜圈閉 |
1．透鏡體型 |
1．地層超覆圈閉 |
1．構造鼻和階地型水動力圈閉 |
1．構造-地層複合圈閉 |
2．斷層圈閉 |
2．上傾尖滅型 |
2．不整合圈閉 |
2．單斜型水動力圈閉 |
2．水動力-構造複合圈閉 |
3．裂縫性背斜圈閉 |
3．礁型圈閉 |
3．古潛山圈閉 |
3．純水動力圈閉 |
3．地層-水動力複合圈閉 |
4．刺穿圈閉 |
|
4．瀝青封閉圈閉 |
|
4．構造-地層-水動力複合圈閉 |
三、圈閉和油氣藏的度量（本節重點）
（一）圈閉的度量
1．閉合度（高）和閉合面積的确定
閉合度：是指圈閉頂點到溢出點的等勢面垂直的最大高度。
溢出點：是指圈閉容納油氣的最大限度的位置。
閉合點：從另一角度來描述溢出點的特征，意即閉合的最低點，低于該點位置，圈閉就不存在了（不閉合），或超出圈閉的範圍。
2．有效孔隙度和儲集層有效厚度的确定
（二）油氣藏的度量
1．油氣藏的概念
油氣藏：是相當數量的油氣在單一圈閉中的聚集，在一個油氣藏内具有統一的壓力系統和統一的油、氣、水界面，是地殼中最基本的油氣聚集單元。
2．油氣藏内油、氣、水的分布
3．度量參數
對于油氣藏來講，其大小通常是用儲量來表示的，主要用到以下幾個參數和術語。
（1）油氣藏高度和油氣柱高度
油氣藏高度：是指油氣藏頂（閉合高和儲層頂面交點）到油氣水界面的最大高差。
油氣柱高度：是指油氣的最高點到最低點的海撥高度。
（2）含油邊界和含油面積
油（氣）水界面與儲集層頂、底面的交線稱為含油邊界。其中與頂面的交線稱為外含油（氣）邊界，與底面的交界稱為内含油（氣）邊界。由相應含油邊界所圈定的面積分别稱為内含油面積和外含油面積。
（3）氣頂和油環
氣柱高度等于油氣藏頂到油氣界面的垂直距離，油環高度等于油氣藏高度減去氣柱高度。
第二節 構造圈閉和油氣藏
構造圈閉：是由于地殼運動使儲集層頂面發生了變形或變位而形成的圈閉，在其中聚集了烴類之後就稱為構造油氣藏。
一、背斜圈閉及油氣藏
背斜圈閉：由于儲集層發生褶皺變形，其上部又為非滲透性岩層所覆蓋遮擋，底面或下傾方向被高油氣勢面或非滲透性岩層聯合封閉而形成的圈閉即為背斜圈閉，聚集油氣後，成為背斜油氣藏。
（一）背斜圈閉的特征
（二）背斜油氣藏的基本特征
（三）背斜油氣藏的形成機理及成因分類（本節重點）
1．褶皺作用形成的背斜油氣藏
2．與基底活動有關的背斜圈閉和油氣藏
3．與同生斷層有關的逆牽引背斜圈閉及油氣藏
4．與塑性流動物質有關的背斜圈閉及油氣藏
5．與剝蝕作用及壓實作用有關的差異壓實背斜及油氣藏
二、斷層圈閉及油氣藏
斷層圈閉：是指沿儲集層上傾方向受斷層遮擋所形成的圈閉，聚集油氣後即成為斷層油氣藏。
（一）斷層在油氣藏形成中的作用（本節重點）
封閉作用：斷層是否起封閉作用取決于斷層本身是否封閉和斷層兩盤岩性的接觸關系。其結果是形成油氣藏。
通道作用：成為油氣運移的通道。其結果是油氣運移至淺處，若遇圈閉可形成次生油氣藏；若無遮擋油氣逸散至地面而散失。
（二）斷層圈閉和油氣藏的類型（本節重點）
斷層圈閉的形成條件是斷層必須是起封閉作用的，那麼在平面上必須是斷層線與儲集層的構造等高線構成閉合的狀态才能形成圈閉。那麼根據斷層與儲集層的平面組合關系，可将斷層圈閉分為以下四種基本類型：
1．彎曲或交錯斷層與單斜構造結合組成的圈閉和油氣藏。
2．三個或更多斷層與單斜或彎曲岩層結合形成的斷層或斷塊圈閉和油氣藏。
3．單一斷層與褶曲結合形成的斷層圈閉和油氣藏。
4．逆和逆掩斷層與背斜的一部分結合形成的逆（或逆掩）斷層圈閉和油氣藏。
（三）斷層油氣藏的基本特征
斷層油氣藏的基本特征主要是沿斷層附近儲集層因岩層被擠壓破裂而滲透性變好；斷層的發育使油氣藏複雜化，構造斷裂帶内的油氣藏被斷層切割為許多斷塊，分隔性強，各斷塊内含油層位、含油高度、含油面積很不一緻；油氣常富集在斷層靠油源一側。
三、裂縫性背斜圈閉和油氣藏
裂縫性背斜圈閉：在背斜構造控制下，緻密而脆性的非滲透性岩層，由于各種原因可以出現裂縫特别發育而使孔隙度和滲透性變好的局部地區，周圍則為非滲透性圍岩和高油氣勢面聯合封閉形成的油氣低勢區，稱為裂縫性背斜圈閉。聚集了油氣之後即形成裂縫性背斜油氣藏。
（一）裂縫性背斜油氣藏的基本特征
此類油氣藏油氣分布總體上受背斜構造控制，但具有油氣分布不規則的特征。由于儲層非均質性嚴重，裂縫的發育與儲集岩性質和所受構造作用的強弱有密切關系，使油氣藏的油氣産量，油氣柱高度及油氣層壓力分布極不均一。
（二）裂縫性背斜油氣藏的基本類型
按儲集層的岩石類型，可分為碳酸鹽岩和其它沉積岩兩大類。
四、刺穿圈閉及油氣藏
（一）形成機理
刺穿圈閉：地下岩體（包括軟泥、泥膏岩、鹽岩及各種侵入岩漿岩）侵入沉積岩層，使儲集層上方發生變形，其上傾方向被侵入岩體封閉而形成的圈閉稱為刺穿圈閉。
（二）刺穿油氣藏的主要類型
按儲層與刺穿岩體的相互關系，可分為：①鹽栓（核）遮擋圈閉和油氣藏；②鹽帽沿遮擋圈閉和油氣藏；③鹽帽内透鏡狀圈閉和油氣藏，除③外，其餘二類油氣藏多呈層狀展布。
第三節 岩性圈閉和油氣藏
岩性圈閉：儲集層的岩性在橫向上發生變化，四周或上傾方向為非滲透性岩層遮擋而形成的圈閉稱岩性圈閉。聚集油氣之後形成岩性油氣藏。
一、砂岩透鏡體岩性圈閉和油氣藏
透鏡體岩性圈閉四周均為非滲透性岩層，無溢出點，圈閉的大小受非滲透性圍岩所限，往往難以形成大規模的油氣藏。
發育背景：碎屑岩透鏡體岩性圈閉多與岸帶附近的砂體有關，常見的有河道砂體，三角洲分流河道砂體，沿岸帶分布的河口壩、堡壩砂體。
二、砂岩上傾尖滅岩性圈閉和油氣藏
上傾尖滅型岩性油氣藏上傾方向為非滲透性岩層遮擋，油氣仍成層狀分布，圈閉的閉合面積由通過溢出點的儲集層構造等高線和岩性尖滅線所圈定，兩者在平面上必須閉合才能形成圈閉。在平面上，岩性尖滅線和構造等高線有三種組合形式：
①彎曲的尖滅線與平直的構造等高線；
②平直的尖滅線與彎曲的構造等高線；
③兩者都彎曲。
發育背景：儲層多以碎屑岩為主，發育的沉積類型與透鏡體岩性圈閉類似，有河道砂體側翼、岸帶附近的三角洲砂岩體前緣或側翼、濱岸砂壩、水下扇的前緣或側翼等。由于岸線附近常形成與岩性尖滅有關的呈帶狀分布的油氣藏，故常把這類油氣藏帶稱海濱線油氣藏帶。
三、生物礁圈閉和油氣藏
礁型圈閉：是指礁組合中具有良好孔、滲性的儲集岩體被周圍非滲透性岩層和下伏水體聯合封閉而形成的圈閉。礁型圈閉中聚集了油氣之後就形成礁型油氣藏。
礁型油氣藏根據油氣分布的控制因素可分為：
1.整個生物礁形成統一的古地貌突起，油氣藏居于岩礁突起頂部，底部有水。油氣的分布類似于古潛山油氣藏。
2.礁體内岩體物性不均勻，油氣僅分布于礁體内部局部滲透帶中，油氣藏受礁體古地貌與物性雙重控制。
3.生物礁産狀呈背斜，油氣藏受礁體和背斜構造雙重控制。
第四節 地層圈閉和油氣藏
地層圈閉：主要是由于儲集層縱向連續性發生中斷而形成的圈閉。這裡指狹義的地層圈閉，即不整合圈閉：是指儲集層的上傾方向直接與不整合面相切封閉而形成的圈閉。儲層可位于不整合面之上或之下。
一、地層超覆圈閉和油氣藏
地層超覆圈閉和油氣藏：在不整合面上由于地層超覆沉積的砂岩體直接與不整合面接觸，不整合面從下面與儲集層上傾方向相切，并對儲集層上傾方向起支撐和封閉作用。儲集層的下傾方向則為水體或非滲透性岩層聯合封閉。
二、地層不整合圈閉和油氣藏（本節重點）
1、不整合面下不整合油氣藏
不整合面下不整合油氣藏：不整合面在儲集層上面對儲集層上傾方向進行封閉，儲層兩側仍為不滲透岩層封閉。油氣藏為層狀，閉合面積由通過溢出點的儲層構造等高線和儲層剝蝕線形成的閉合區來決定。它是原來的古構造（如背斜、單斜）被剝蝕掉一部分，後又被新的沉積物所覆蓋而形成的。有時也稱它為潛伏剝蝕構造油氣藏。
2．古潛山圈閉和油氣藏
古潛山圈閉和油氣藏：是由長期遭受風化剝蝕的古地形突起被上覆不滲透岩層所覆蓋形成圈閉條件，油氣聚集其中而形成的。也稱它為潛伏剝蝕突起油氣藏。
油源來源于古潛山外部，經構造斷裂、物理風化和化學風化作用使不同岩類組成的“潛山”儲集體遭受風化、淋濾、溶蝕作用而形成滲透性良好的縫網裂縫系統成為油氣聚集的空間，而不整合面及斷層面等供油通道，則成為古潛山油氣藏形成的必要條件。油氣藏呈塊狀分布，不受層位控制。
3．基岩油氣藏
基岩油氣藏：是指油氣儲集于沉積岩基底結晶岩系中的油氣藏。實際上它是屬于特殊類型的古潛山油氣藏。
其儲集空間、運移通道、油氣藏特征均與古潛山油氣藏相同，它與古潛山油氣藏的區别主要在于：①儲集層類型，古潛山為沉積岩裂縫、溶蝕孔洞為主要的儲集空間；基岩油氣藏為變質結晶岩，構造運動和風化作用産生的裂縫為其主要的儲集空間。②油氣來源，古潛山油氣藏油氣可來源于比潛山時代新的生油岩，也有與潛山同時代或比潛山老的生油岩；而基岩油氣藏的油氣隻能來源于不整合面以上的沉積岩系的生油岩，不可能來源于基岩下面的生油岩。
第五節 水動力圈閉和油氣藏（難點）
水動力圈閉：在水動力作用下，儲集層中被高油、氣勢面，非滲透性遮擋單獨或聯合封閉而形成的油或氣的低勢區稱為水動力圈閉。
一、水動力圈閉的形成機制
Hubbert(1940)将單位質量的流體所具有的機械能之和定義為流體的勢（Φ），也就是說，流體在其達到勢能最低值以前，總是在各自力場的支配下，由各自的高勢區向低勢區流動。
由油、氣、水的勢能公式：
Φw = g·Z + P/ρw
Φo = g·Z + P/ρo
Φg = g·Z + P/ρg
和靜水柱壓力：P = ρw·H·g
推導得出：
在靜水條件下，hw為定值，U為常數，油氣勢隻與高程Z成反比，油氣等勢線與構造等高線平行，構造高部位為低勢區。
在動水條件下，hw順水流方向降低，為一變量。油氣勢取決于水動力hw和高程Z 。由UO-VO 和Ug-Vg 确定的ho、hg 等值線構成的閉合區為水動力圈閉的位置。
二、水動力圈閉的類型及其形成的基本條件
由水動力因素起主導控制作用的水動力圈閉主要有三種類型：
1．鼻狀構造和構造階地型水動力圈閉
2．單斜型水動力圈閉
3．純水動力油氣藏
第六節 複合圈閉和油氣藏
複合圈閉：将儲集層上方或上傾方向由構造、地層和水動力因素中兩種或兩種以上因素共同封閉而形成的圈閉稱為複合圈閉。
1．構造—地層複合油氣藏
2．構造—水動力複合油氣藏
3．地層—水動力複合圈閉和油氣藏
4．構造—地層—水動力複合圈閉和油氣藏
主要參考書或建議閱讀的書籍:
1、柳廣弟主編．石油地質學（第四版）——第三章．石油工業出版社．2009年3月．
2、張厚福主編．石油地質學（第三版）——第五章第一節、第七章．石油工業出版社．1999年．
3、陳榮書主編．石油及天然氣地質學——第四章．中國地質大學出版社．1994年．
4、潘鐘祥主編．石油地質學——第五章．地質出版社．1986年．
