第四章 圈闭和油气藏
(Chapter4 trap and hydrocarbon reservoir)
学时：8 学时
基本内容：
① 圈闭和油气藏的分类及基本要素。
② 各类圈闭和油气藏的形成条件、类型及特征。
教学重点与难点：各类圈闭和油气藏的形成条件、类型及特征。
教学内容提要：
第一节 圈闭和油气藏概述
一、圈闭的概念和发展
油气圈闭：油、气、水流体，在其力场强度的作用下，油气将由高势区向各自的低势区流动，这种储集层中被高油或气势面、非渗透性遮挡单独或联合封闭而形成的油或气的低势区，称为油气圈闭。
二、圈闭和油气藏的分类
按成因可将圈闭分为：构造、岩性、地层、水动力和复合圈闭五大类。
圈闭成因分类系统表
大类 |
构造圈闭 |
岩性圈闭 |
地层圈闭 |
水动力圈闭 |
复合圈闭 |
亚 类 |
1．背斜圈闭 |
1．透镜体型 |
1．地层超覆圈闭 |
1．构造鼻和阶地型水动力圈闭 |
1．构造-地层复合圈闭 |
2．断层圈闭 |
2．上倾尖灭型 |
2．不整合圈闭 |
2．单斜型水动力圈闭 |
2．水动力-构造复合圈闭 |
3．裂缝性背斜圈闭 |
3．礁型圈闭 |
3．古潜山圈闭 |
3．纯水动力圈闭 |
3．地层-水动力复合圈闭 |
4．刺穿圈闭 |
|
4．沥青封闭圈闭 |
|
4．构造-地层-水动力复合圈闭 |
三、圈闭和油气藏的度量（本节重点）
（一）圈闭的度量
1．闭合度（高）和闭合面积的确定
闭合度：是指圈闭顶点到溢出点的等势面垂直的最大高度。
溢出点：是指圈闭容纳油气的最大限度的位置。
闭合点：从另一角度来描述溢出点的特征，意即闭合的最低点，低于该点位置，圈闭就不存在了（不闭合），或超出圈闭的范围。
2．有效孔隙度和储集层有效厚度的确定
（二）油气藏的度量
1．油气藏的概念
油气藏：是相当数量的油气在单一圈闭中的聚集，在一个油气藏内具有统一的压力系统和统一的油、气、水界面，是地壳中最基本的油气聚集单元。
2．油气藏内油、气、水的分布
3．度量参数
对于油气藏来讲，其大小通常是用储量来表示的，主要用到以下几个参数和术语。
（1）油气藏高度和油气柱高度
油气藏高度：是指油气藏顶（闭合高和储层顶面交点）到油气水界面的最大高差。
油气柱高度：是指油气的最高点到最低点的海拨高度。
（2）含油边界和含油面积
油（气）水界面与储集层顶、底面的交线称为含油边界。其中与顶面的交线称为外含油（气）边界，与底面的交界称为内含油（气）边界。由相应含油边界所圈定的面积分别称为内含油面积和外含油面积。
（3）气顶和油环
气柱高度等于油气藏顶到油气界面的垂直距离，油环高度等于油气藏高度减去气柱高度。
第二节 构造圈闭和油气藏
构造圈闭：是由于地壳运动使储集层顶面发生了变形或变位而形成的圈闭，在其中聚集了烃类之后就称为构造油气藏。
一、背斜圈闭及油气藏
背斜圈闭：由于储集层发生褶皱变形，其上部又为非渗透性岩层所覆盖遮挡，底面或下倾方向被高油气势面或非渗透性岩层联合封闭而形成的圈闭即为背斜圈闭，聚集油气后，成为背斜油气藏。
（一）背斜圈闭的特征
（二）背斜油气藏的基本特征
（三）背斜油气藏的形成机理及成因分类（本节重点）
1．褶皱作用形成的背斜油气藏
2．与基底活动有关的背斜圈闭和油气藏
3．与同生断层有关的逆牵引背斜圈闭及油气藏
4．与塑性流动物质有关的背斜圈闭及油气藏
5．与剥蚀作用及压实作用有关的差异压实背斜及油气藏
二、断层圈闭及油气藏
断层圈闭：是指沿储集层上倾方向受断层遮挡所形成的圈闭，聚集油气后即成为断层油气藏。
（一）断层在油气藏形成中的作用（本节重点）
封闭作用：断层是否起封闭作用取决于断层本身是否封闭和断层两盘岩性的接触关系。其结果是形成油气藏。
通道作用：成为油气运移的通道。其结果是油气运移至浅处，若遇圈闭可形成次生油气藏；若无遮挡油气逸散至地面而散失。
（二）断层圈闭和油气藏的类型（本节重点）
断层圈闭的形成条件是断层必须是起封闭作用的，那么在平面上必须是断层线与储集层的构造等高线构成闭合的状态才能形成圈闭。那么根据断层与储集层的平面组合关系，可将断层圈闭分为以下四种基本类型：
1．弯曲或交错断层与单斜构造结合组成的圈闭和油气藏。
2．三个或更多断层与单斜或弯曲岩层结合形成的断层或断块圈闭和油气藏。
3．单一断层与褶曲结合形成的断层圈闭和油气藏。
4．逆和逆掩断层与背斜的一部分结合形成的逆（或逆掩）断层圈闭和油气藏。
（三）断层油气藏的基本特征
断层油气藏的基本特征主要是沿断层附近储集层因岩层被挤压破裂而渗透性变好；断层的发育使油气藏复杂化，构造断裂带内的油气藏被断层切割为许多断块，分隔性强，各断块内含油层位、含油高度、含油面积很不一致；油气常富集在断层靠油源一侧。
三、裂缝性背斜圈闭和油气藏
裂缝性背斜圈闭：在背斜构造控制下，致密而脆性的非渗透性岩层，由于各种原因可以出现裂缝特别发育而使孔隙度和渗透性变好的局部地区，周围则为非渗透性围岩和高油气势面联合封闭形成的油气低势区，称为裂缝性背斜圈闭。聚集了油气之后即形成裂缝性背斜油气藏。
（一）裂缝性背斜油气藏的基本特征
此类油气藏油气分布总体上受背斜构造控制，但具有油气分布不规则的特征。由于储层非均质性严重，裂缝的发育与储集岩性质和所受构造作用的强弱有密切关系，使油气藏的油气产量，油气柱高度及油气层压力分布极不均一。
（二）裂缝性背斜油气藏的基本类型
按储集层的岩石类型，可分为碳酸盐岩和其它沉积岩两大类。
四、刺穿圈闭及油气藏
（一）形成机理
刺穿圈闭：地下岩体（包括软泥、泥膏岩、盐岩及各种侵入岩浆岩）侵入沉积岩层，使储集层上方发生变形，其上倾方向被侵入岩体封闭而形成的圈闭称为刺穿圈闭。
（二）刺穿油气藏的主要类型
按储层与刺穿岩体的相互关系，可分为：①盐栓（核）遮挡圈闭和油气藏；②盐帽沿遮挡圈闭和油气藏；③盐帽内透镜状圈闭和油气藏，除③外，其余二类油气藏多呈层状展布。
第三节 岩性圈闭和油气藏
岩性圈闭：储集层的岩性在横向上发生变化，四周或上倾方向为非渗透性岩层遮挡而形成的圈闭称岩性圈闭。聚集油气之后形成岩性油气藏。
一、砂岩透镜体岩性圈闭和油气藏
透镜体岩性圈闭四周均为非渗透性岩层，无溢出点，圈闭的大小受非渗透性围岩所限，往往难以形成大规模的油气藏。
发育背景：碎屑岩透镜体岩性圈闭多与岸带附近的砂体有关，常见的有河道砂体，三角洲分流河道砂体，沿岸带分布的河口坝、堡坝砂体。
二、砂岩上倾尖灭岩性圈闭和油气藏
上倾尖灭型岩性油气藏上倾方向为非渗透性岩层遮挡，油气仍成层状分布，圈闭的闭合面积由通过溢出点的储集层构造等高线和岩性尖灭线所圈定，两者在平面上必须闭合才能形成圈闭。在平面上，岩性尖灭线和构造等高线有三种组合形式：
①弯曲的尖灭线与平直的构造等高线；
②平直的尖灭线与弯曲的构造等高线；
③两者都弯曲。
发育背景：储层多以碎屑岩为主，发育的沉积类型与透镜体岩性圈闭类似，有河道砂体侧翼、岸带附近的三角洲砂岩体前缘或侧翼、滨岸砂坝、水下扇的前缘或侧翼等。由于岸线附近常形成与岩性尖灭有关的呈带状分布的油气藏，故常把这类油气藏带称海滨线油气藏带。
三、生物礁圈闭和油气藏
礁型圈闭：是指礁组合中具有良好孔、渗性的储集岩体被周围非渗透性岩层和下伏水体联合封闭而形成的圈闭。礁型圈闭中聚集了油气之后就形成礁型油气藏。
礁型油气藏根据油气分布的控制因素可分为：
1.整个生物礁形成统一的古地貌突起，油气藏居于岩礁突起顶部，底部有水。油气的分布类似于古潜山油气藏。
2.礁体内岩体物性不均匀，油气仅分布于礁体内部局部渗透带中，油气藏受礁体古地貌与物性双重控制。
3.生物礁产状呈背斜，油气藏受礁体和背斜构造双重控制。
第四节 地层圈闭和油气藏
地层圈闭：主要是由于储集层纵向连续性发生中断而形成的圈闭。这里指狭义的地层圈闭，即不整合圈闭：是指储集层的上倾方向直接与不整合面相切封闭而形成的圈闭。储层可位于不整合面之上或之下。
一、地层超覆圈闭和油气藏
地层超覆圈闭和油气藏：在不整合面上由于地层超覆沉积的砂岩体直接与不整合面接触，不整合面从下面与储集层上倾方向相切，并对储集层上倾方向起支撑和封闭作用。储集层的下倾方向则为水体或非渗透性岩层联合封闭。
二、地层不整合圈闭和油气藏（本节重点）
1、不整合面下不整合油气藏
不整合面下不整合油气藏：不整合面在储集层上面对储集层上倾方向进行封闭，储层两侧仍为不渗透岩层封闭。油气藏为层状，闭合面积由通过溢出点的储层构造等高线和储层剥蚀线形成的闭合区来决定。它是原来的古构造（如背斜、单斜）被剥蚀掉一部分，后又被新的沉积物所覆盖而形成的。有时也称它为潜伏剥蚀构造油气藏。
2．古潜山圈闭和油气藏
古潜山圈闭和油气藏：是由长期遭受风化剥蚀的古地形突起被上覆不渗透岩层所覆盖形成圈闭条件，油气聚集其中而形成的。也称它为潜伏剥蚀突起油气藏。
油源来源于古潜山外部，经构造断裂、物理风化和化学风化作用使不同岩类组成的“潜山”储集体遭受风化、淋滤、溶蚀作用而形成渗透性良好的缝网裂缝系统成为油气聚集的空间，而不整合面及断层面等供油通道，则成为古潜山油气藏形成的必要条件。油气藏呈块状分布，不受层位控制。
3．基岩油气藏
基岩油气藏：是指油气储集于沉积岩基底结晶岩系中的油气藏。实际上它是属于特殊类型的古潜山油气藏。
其储集空间、运移通道、油气藏特征均与古潜山油气藏相同，它与古潜山油气藏的区别主要在于：①储集层类型，古潜山为沉积岩裂缝、溶蚀孔洞为主要的储集空间；基岩油气藏为变质结晶岩，构造运动和风化作用产生的裂缝为其主要的储集空间。②油气来源，古潜山油气藏油气可来源于比潜山时代新的生油岩，也有与潜山同时代或比潜山老的生油岩；而基岩油气藏的油气只能来源于不整合面以上的沉积岩系的生油岩，不可能来源于基岩下面的生油岩。
第五节 水动力圈闭和油气藏（难点）
水动力圈闭：在水动力作用下，储集层中被高油、气势面，非渗透性遮挡单独或联合封闭而形成的油或气的低势区称为水动力圈闭。
一、水动力圈闭的形成机制
Hubbert(1940)将单位质量的流体所具有的机械能之和定义为流体的势（Φ），也就是说，流体在其达到势能最低值以前，总是在各自力场的支配下，由各自的高势区向低势区流动。
由油、气、水的势能公式：
Φw = g·Z + P/ρw
Φo = g·Z + P/ρo
Φg = g·Z + P/ρg
和静水柱压力：P = ρw·H·g
推导得出：
在静水条件下，hw为定值，U为常数，油气势只与高程Z成反比，油气等势线与构造等高线平行，构造高部位为低势区。
在动水条件下，hw顺水流方向降低，为一变量。油气势取决于水动力hw和高程Z 。由UO-VO 和Ug-Vg 确定的ho、hg 等值线构成的闭合区为水动力圈闭的位置。
二、水动力圈闭的类型及其形成的基本条件
由水动力因素起主导控制作用的水动力圈闭主要有三种类型：
1．鼻状构造和构造阶地型水动力圈闭
2．单斜型水动力圈闭
3．纯水动力油气藏
第六节 复合圈闭和油气藏
复合圈闭：将储集层上方或上倾方向由构造、地层和水动力因素中两种或两种以上因素共同封闭而形成的圈闭称为复合圈闭。
1．构造—地层复合油气藏
2．构造—水动力复合油气藏
3．地层—水动力复合圈闭和油气藏
4．构造—地层—水动力复合圈闭和油气藏
主要参考书或建议阅读的书籍:
1、柳广弟主编．石油地质学（第四版）——第三章．石油工业出版社．2009年3月．
2、张厚福主编．石油地质学（第三版）——第五章第一节、第七章．石油工业出版社．1999年．
3、陈荣书主编．石油及天然气地质学——第四章．中国地质大学出版社．1994年．
4、潘钟祥主编．石油地质学——第五章．地质出版社．1986年．
