第二章石油地质
教学要求：岩石的演变过程，石油生成的环境与条件，懂得储层的基本特征；圈闭的基本类型。重点：储存石油的储集层的基本特征学时：5学时
石油地质学是矿床地质学的一个分支，是应石油工业的发展需要而建立起来的一门新学科。石油地质学不是一门孤立的学科，它与许多基础地质学科和石油专业技术学科都有着密切的关系。石油地质学的主要任务是阐述石油在地壳中的形成过程、产出状态以及分布规律，是指导石油勘探和开发的理论基础。
难点：岩石的演变过程
第一节地质的基本概念
一、地球
1.地球的内部结构
以地表为界分为内圈和外圈。外圈包括大气圈、水圈和生物圈。根据地震波在地内传播速度的变化，自地球表面向地心，内圈分为三个圈层：地壳、地幔、地核。
1）地壳
地壳是固体地球最外面的一圈。主要是由富含硅和铝的硅酸盐岩石所组成的一层薄薄的固体硬壳，又称为岩石圈，地壳下界为与地慢的交界面，称为莫霍面。
。
35km,最厚可达70km，且相对
2. 7---2.
3
地壳分为两种，即海洋地壳和大陆地壳，大陆地壳相对较厚，平均厚度8g/cm3，处于常温常压状态。随着地壳探度的增加，密度从压力最大可增至
1000MPa。
较轻。海洋地壳较薄，最厚约8km，最薄处不到5km，平均厚度6km。地壳表面岩石的平均密度是
2.7 g/cm增至3. 1g/cm，温度可达1000左右，
;下层叫
根据地震波和重力资料，可将地壳分为上、下两层。上层叫硅铝层，其化学成分以硅、铝为主硅镁层，主要成分是硅、铁、镁和铝等。
2)地幔
深度从莫霍面以下至速的变化，以距地表地慢平均密度为
2900km.为地慢，占地球体积的
3
82. 3 %o，占地球总质量的68.7% o根据地震波
1000km为界分为上、下地慢。上地慢物质平均密度为3. 5g/crn}，物质状态多变。下
5. 1 g/cm，成分比较均匀。地慢的温度和压力
100--150km范围内，温度和压力急剧增高，有些区域的
150000MPa .
16. 2 %o，占地球总质量的
31.l。在2900km以下，
过渡层和内核。
随深度而增加，在地慢上部离地表发源地。地慢下部温度可达
3)地核
温度已达到岩石的熔点以上而形成液态区。由于离地壳很近，这些液态区就成为岩浆作用的
400D℃以上，压力高达
从2900km以下至地心称为地核。地震波速急剧降低、
地核占地球体积的
横波中断，表明物质发生剧变。
13g/cm。
3
根据地震波速变化可把地核分为外核、
外核是液体，内核是固体，中间层呈过渡状态。根据分析对比认为地核是由钛、镍组成的。地核内的温度和压力非常高，地心物质密度达
2.地球的物理性质1)地球的形状和大小
地球是一个边缘光滑的旋转椭球体。0. 0033528;赤道周长为10krn
8
3
赤道半径较长，两极半径较短，北极凸出约l0m,南极凹进约30m。
21. 385km,平均半径是6371.004 km;扁率为
5 * 10krn;体积约10000*
8
2
赤道半径为6378.140km，两极半径6356. 755km，长短半径差
40075. 36 km，子午线周长
。
39940.670km;表面积约为
2)地球的密度和压力
根据万有引力公式，计算出的地球质量为岩石的平均密度为
3
5. 9742 *10t，平均密度为
21
5. 516g/cm
3
。实际测得的地表
3g/cm
3
2. 7---2. 8g/cm。地球内部密度随深度增加而逐渐增加，到地心达最大值
0℃时干燥空气的压力为
300MPa,
l0km处的压力大致为
6
。
地球表面压力以海平面上的大气压力为标准，取是上覆地球物质质量所产生的静压力。地下深
1个大气压。地球内部压力
石油工程概论
25krn深处的压力为
3)地球的重力
1000MPa，在2900km，深处的压力可达150000MPa。
地球上任意一点的重力等于物体与地球之间的引力和由于地球自转而产生的离心力之合力。重力与地球的质量成正比，与地球和物体二者质量中心的直线距离的平方成反比，由于海拔和纬度的不同，地球表面的重力各处并不相等，但相差很小。
实际上，由于地球物质分布的不均匀性，就出现实测值与标准值不符合的情况，这种现象就叫重力异常。据此可以研究地壳内部的构造和探测地下矿产。
4)地球的放射性
岩石、水、大气、生物等都含有放射性元素。地壳中酸性岩浆岩的放射性元素含量最高。放射性元素中地质意义最大的是铀、钍、钾，它们的半衰期长，可与地球年龄相比。测定这些元素可以确定岩石或矿物等的地质年龄。
不同的岩石所含的放射性元素的量不同，放出的射线强度也就不同。在放射性矿物多而集中的地区，射线强度就大，从而形成放射性强度局部增高的异常区，据此可进行放射性勘探。
5)地球的磁性
地球是一个均匀的磁化球体，在它周围形成了一个偶极地磁场。地磁场的南、北极与地球的南、北极是不一致的，而且地磁场是在不断地变化着。由地球外部原因引起的变化称作短期变化，由内部原因引起的变化称为长期变化。因此，测量地下局部磁异常，可以寻找矿藏和进行地质构造研究。
6)地球的电性
地下电流来源很多，包括大气高层电离对地面的感生电场、大雷雨时的放电、地内不同岩体温差电流和大面积电磁场感应电流等。地球内部的电性变化主要由地内物质的电导率决定。对大地电流变化和局部的电异常进行测量，可以研究地球的内部结构和构造，进行矿产资源的勘探。
7}地球的弹性
地球具有弹性，表现在它能传播地震波，因为地震波是弹性波。固体地球在一定条件下还表现为塑性体。野外观察到的许多岩体发生剧烈而复杂的弯曲却没有断开，就是岩体塑性的表现。地球内部的弹塑性状况可通过地震波在地球内部的传播速度来确定。地震波传播速度的快慢与物体的密度和弹性有关。地球的密度是随深度增加而增加的，因此地震波的传播速度也随之增加。但在地下
2900km深处，地震波突然消失，于
4640krn深处又再次出现，
这说明在2900---4640krn之间的物质应该是液态的。
总之，地球的物理特性为石油地质研究奠定了理论基础。二、地质作用1.地质作用的定义
在地球漫长的发展和演化过程中，地壳每时每刻都处在不断的运动和变化之中。由于自然力引起的
地壳物质组成、内部结构、地表形态变化和发展的作用，称为地质作用。
2.地质作用的分类
根据地质作用的动力来源，可将地质作用分为内力地质作用和外力地质作用两大类。内力地质作用是由地球内部的热能、重力能和地球自转产生的动能所引起的。主要发生
在地壳深处和地球内部，其表现形式有地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震作用等。内力，地质
作用改变了地壳的内部结构，直接控制着岩浆岩、变质岩的形成和分布。
外力地质作用是由地球范围以外的能源引起的，是指由于太阳辐射能和重力能引起的温度、风、雨
水、河流、地下水、生物的活动和变化，对地表岩石进行风化剥蚀，继而搬运和沉积，促使地表不断夷平，改变地表面貌的地质作用。包括风化作用、剥蚀作用、搬运作
用、沉积作用和成岩作用。外力地质作用主要是在地表进行，结果形成沉积岩，同时修饰了地表的形态。
三、矿物与岩石
石油工程概论
7
地壳——岩石——矿物——元素
1.组成矿物的主要元素有：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H，其中氧占48. 60%，硅占26. 3%，铝占7. 73%。就是同一种元素在地壳中的分布也是不均匀的。一些稀有元素，如金、铂等，尽管在地壳中含量甚微，但在一定的地质条件下，也可能在一定的地段富集，被人类开发和利用。
2.矿物
矿物：地壳中的化学元素，在一定的地质条件下结合而成的天然化合物或单质。矿物是地壳物质最基本的组成单元。构。自然界中已发现
矿物具有一定的化学成分、
物理化学性质以及比较均匀的内部结
每一种矿物都有
3000多种矿物，但常见的不过数十种，如石英、云母、长石和方解石等。
在实际工作中，对矿物的识别是通过对矿物本身的外形和物理性质的鉴定来进行的。
一定的物理性质，这些物理性质能用以鉴定未知矿物标本。各种矿物的原子或离子按不同的规则排列，因而其外部形态表现出晶面不同的规则几何体，并表现出不同的颜色、条痕、光泽、硬度、密度、解理和断口、透明度以及放射性等。
研究各种矿物在石油地质中有着重要的意义，运移等情况。
2.岩石
地壳中的矿物很少单独存在，它们通常按照一定的规律聚集在一起，这就形成了岩石。例如，大理石主要由方解石集合而成
;花岗岩则是由长石、
石英和云母等组成。岩石是岩石圈的组成体。
各种构造、沉积、
构造变化以及地下流体的形成、流动、聚集等都发生在岩石之中，因此对岩石的研究不但对地质学是十分重要的，而且也是石油地质学的基础。
自然界中，地质作用是相当复杂的。岩、沉积岩和变质岩三大类。仅占地表面积的
不同的地质作用形成不同类型的岩石。
5%，却占地表面积的
按其成因岩石可分为岩浆
95%，
这三类岩石在地壳中的分布很不均匀。
岩浆岩和变质岩占地壳总体积的
例如对矿物的鉴定，可以确定古沉积环境、
流体排出及
2500。而沉积岩占地壳总体积的75%。尽管沉积岩占地壳的体积很
小，但其内部却蕴藏着丰富的矿产。石油主要生成于沉积岩中，而且绝大部分也储集在沉积岩中，因此沉积岩是石油工作者研究的重点。
1)岩浆岩
岩浆岩是岩浆活动的产物。
岩浆是地下深处一种粘稠的高温熔融物质，
含有大量的挥发性气体。
岩浆
在地下巨大压力的作用下，沿着地壳薄弱地带侵人地壳上部或喷出地表变化，岩浆冷却、凝固。形成的岩石叫做
(即火山喷发)。随着温度、压力的
岩浆岩或火成岩。岩浆岩种类很多，常见的有花岗岩、玄武岩等。
2)沉积岩
裸露在地表的岩石，在风吹、雨打、日晒以及生物的作用下，逐渐成为砾石、沙子和泥土。这些碎屑物质被风、流水等搬运后沉积起来，经过压紧固结作用而形成的岩石叫做
沉积岩。由于沉积岩是一层一
层地沉积下来生成的，因而形成了不同的岩层。在岩层中常常能发现已经变成岩石的古生物遗体（贝壳、骨骼)或遗迹(如足迹、虫穴)，即化石。沉积岩是地球历史的记录，而岩层和化石则是记录地球历史的“书页”和“文字”。
由于99%的石油和天然气都聚集在沉积岩中，因此石油地质学家对沉积岩最感兴趣。沉积岩可以简单地分为碎屑岩和非碎屑岩
(表2一1)。
碎屑岩是由原生岩石受侵蚀所派生的单个颗粒组成，并且被晶质或非晶质胶结物固结在一起。通常按颗粒的大小将其分为砾岩、砂岩、页岩等。
非碎屑岩来自其他类型的沉积物，由化学沉淀物或生物遗体堆积而成，并且在结构上各不相同。某些岩石如石灰岩，由于形成过程和出现的情况不同，而分别列在几种不同的类别中。
3)变质岩
石油工程概论
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在岩浆活动、地质作用产生的高温、高压条件下，地壳中已生成的岩石的成分、性质会发生改变，由此形成的岩石称为
3.岩石的循环
岩石的循环过程：大陆高地
(如岩浆岩)被剥蚀的物质以
当沉积物进一步连续地
并与水
水平层的形式堆积在低洼或浅海处。生矿物相互胶结形成沉积岩。
变质岩。例如，石灰岩受热变成大理石
;页岩受挤压变质成为坚硬的板岩。
堆积时，早期未固结的堆积物被上覆的沉积物压实，
这些沉积岩的一部分被侵蚀再
岩石中的一些矿物质
形成新
产生沉积物，另一些被埋藏在深处，在高温、高压下形成变质岩。随着温度和压力的进一步增加，
将熔化成岩浆。岩浆喷出地壳、冷却和重结晶后又形成了岩浆岩。变质岩和新形成的岩浆岩再被剥蚀成沉积物，产生不同类型的岩石
的沉积岩:因此，侵蚀、沉积、变质作用的循环，将不断地
(图2一2}。在内陆由于湖泊的形成，
也会产生类似海洋的陆相沉积条件和环境。
四、地壳运动与地质构造1.地壳运动1) 地壳运动定义
地壳运动是指由地球内力引起的地壳内部物质缓慢变化的机械运动。它使地球表面海陆发生变化，并使岩层发生变形和变位，形成各种各样的形态。2）地壳运动的作用方向
地壳在不断地运动。按照地壳运动的性质和方向，可以分为平移甚至旋转。在有些地方产生弯曲隆起，海洋。
垂直运动又称升降运动，是指构成地壳的物质沿垂直于地球表面的方向运动，即地壳上升或下降，从而引起地表高低起伏和海陆变迁。
在自然界，水平运动和垂直运动其实是相伴发生的。在不同区域和不同时期，两者常有主次之分。但就全球而言，地壳运动主要以水平运动为主，垂直运动为辅。
3）形成地壳运动的机制
长期以来对地壳运动的机制提出了几种不同的理论，目前比较盛行的是
板块构造学说。该学说认为;
形成巨大的褶皱山系
水平运动和垂直运动
两种类型。
形成裂谷或
水平运动是指构成地壳的物质沿平行于地球表面的方向运动。这种运动使地表岩层受到挤压、拉伸或
;而在另一些地方则断裂张开，
地球的岩石圈不是整体一块，而是被一些断裂构造带，如海岭、海沟等，分割成许多单元。全球岩石圈分为六大板块，每个大板块又可以划分为若干小板块。这些板块处于不断运动之中。一般来说，板块的内部地壳比较稳定。两个板块之间的交界处，是地壳比较活跃的地带，火山和地震也多集中分布在这个区域。
板块相对移动而发生的彼此碰撞或张裂，形成了地球表面的基本面貌。在板块张裂的地区，常形成裂谷或海洋。如东非大裂谷、大西洋就是这样形成的。在板块相撞挤压的地区，常形成山脉。当大洋板块和大陆板块相撞时，大洋板块因位置较低，俯冲到大陆板块之下，这里往往形成海沟板块碰撞产生的。
2.地质构造1）地质构造定义
地壳运动使沉积岩层发生弯曲，产生裂缝、断裂，并留下永久形迹，这样就形成了地质构造。造就是由地壳运动引起的岩层变形和变位的结果。地壳运动是产生地质构造的原因，而地质构造则是地壳运动的结果。
2. 地质构造类型1）倾斜岩层
地质构
;大陆板块受挤上拱，隆
起成岛弧和海岸山脉。在两个大陆板块相撞处，则形成巨大的山脉。喜马拉雅山脉就是亚欧板块和印度洋
石油工程概论
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(1）定义：倾斜岩层是指岩层层面和水平面形成一定的交角，而且岩层倾斜方向、倾角在一定范围
内基本一致的岩层。它往往是其他地质构造的一部分，如后面介绍的褶曲构造的一翼、断层的一盘等。因此，在油气勘探钻井过程中岩层是搞清地质构造的基础。会经常遇到这样或那样的倾斜岩层。研究倾斜
(2)倾斜岩层的产状要素。倾斜岩层的产状要素是指岩层的走向、倾向及倾角，是描述岩层在空间的位置。
岩层面与水平面交线的方向叫走向。一般用方位角表示，如图2一3中'线是倾斜岩层的走向线，
沿岩层倾
斜面垂直于走向线的直线叫倾斜线，如图其水平投影OC线即是倾向线。
倾斜线口月与倾向线
(}之间的夹角叫倾角，如图
2一3∠
BOC。它是倾斜岩层的最大倾斜角，故又称真倾角。
(3)产状要素的确定方法。在地面用地质罗盘直接测量岩层的产状，既简单又轻便。地质罗盘的结构很简单，有磁针、刻度盘、测斜器及水准器，可以直接在岩层地面露头上测得岩层的走向、趋向及倾角。
2)褶曲构造
(1)定义：地壳表面沉积的水平岩层，在地壳运动过程中受到构造力的作用，会发生弯曲，这种发生弯曲的岩层叫做褶曲构造。
（2）基本类型
按它们的外表形态来看仅有两大类，
即背斜构造和向斜构造。
背斜构造是指岩层向上弯曲的褶曲，其核部的地层比外围的地层老;向斜构造是指岩层向下弯曲的褶曲，其核部的地层比外围的地层要新，如图
2一4所示。
如果在背斜的附近有油、气源，则该背斜可能含有烃类，形成油、气藏。因此，油气勘探中，背斜是石油地质学家最感兴趣的构造，成为他们寻找的主要目标之一。
3)断层
（1）定义：断层是指在构造力作用下，气藏遭到破坏岩层沿破裂面发生显著位移的构造现象。
一方面它可以使油遭到破坏，另一方面它也可以形成断层封闭类型的油气藏。（2）基本类型
一般根据断层上、下盘沿断层面相对位移的情况，对断层进行分类。上盘相对下降，下盘相对上升的断层称上盘相对上升，下盘相对下降的断层称
正断层。正断层在地面或井下的标志为地层缺失。逆断层。逆断层在地面或井下的标志为地层重复。
;
2一3中OB线，
AA'方向即为岩层走向。
岩层沿断层面作水平错动，无明显的上升或下降的断层称平推断层；
在自然界中，断层往往不是孤立存在的，而是成群成组出现的。它们的组合关系大致有地垒构造、地堑构造阶梯状正断层构造和叠瓦状
石油工程概论10
石油工程概论教案讲解
