油燃而声 第7期 | 油气藏——浸透石油、天然气的巨大多孔介质岩层
《油气简史》
（第二版 富媒体）
油燃而声 第7期
（科普解说词见文章末尾）
如前所述，圈闭是由巨大的岩层构成的“超级巨茧”，油气藏是“超级巨茧”的一部分或全部，因此，油气藏也是由巨大的 岩层构成，在岩层里边浸透了油气。由此可见，如果岩石里边要浸透油气，里面必然存在大小规模不等的各类孔、洞、缝，因此，石油和天然气在地下油气藏中不是以“油池”或“气库”的形式存在的。油气藏，简言之，是浸透了石油、天然气的巨大“多孔”岩层。
▲理想的多孔介质模型
自然界中的岩石无处不在，随处可见，再普通不过了，这些看似普通的石头有何特别呢？有的岩石用肉眼仔细观察，会发现存在缝隙、孔洞，类似于我们常吃的面包；有的岩石肉眼看不见任何的孔、洞、缝，但将其置于放大镜、显微镜、扫描电子显微镜下，放大几十倍甚至几千倍，奇迹发生了，这些岩石中依然“藏”着不同大小、不同形态的孔孔洞洞。比如，当你在磨刀的砂石上浇上几滴水，一会儿就可以看到，这些水就渗到石头里去了，表面只留下一片湿漉漉的痕迹。这就证明，像磨刀石那么坚实的石头也会有许多肉眼看不出来的微小孔隙。科学家将这种充满无数孔、洞、缝的岩石称为多孔介质，将岩石的固体部分称为固态骨架，将那些孔、洞、缝统称为非固相孔隙，可以被气体或液体占据，也可以是气液共同占据，它是油气栖身之地和运动通道。
▲地面砂岩露头
▲扫描电子显微镜下观察到的砂岩中的油气储集空间
多孔介质按成因可分为天然多孔介质和人造多孔介质。天然多孔介质又分为“地下岩石多孔介质”和生物多孔介质，前者如岩石和土壤，后者如人体和动物体内的微细血管网络和组织间隙以及植物体的根、茎、枝、叶等。人造多孔介质种类繁多，如过滤设备内的滤器，铸造砂型，陶瓷、砖瓦类建筑材料，活性炭，催化剂等。
知识小讲堂
在石油工业，我们主要的研究对象是油气的栖身之地和活动场所“地下岩石多孔介质”，石油地质学家也称之为油气储层，我们可以统称为“多孔介质 储层”。显然，地下储层中的“多孔”实际上包含了孔、洞、缝。地质学家通常把直径小于2mm的空隙定义为孔，大于2mm的空隙定义为洞。孔有大孔、小孔，小的孔隙也就和一个病毒的大小差不多，要想看清这样的小孔模样，需要使用价值几百万元甚至上千万元的扫描电子显微镜进行放大观察；洞有大洞、小洞，小的洞有几个毫米的直径，大的洞有几十米、几百米直径甚至更大；缝的长度不一，由几厘米到几十米不等，宽度也可由几十毫米到几十厘米，但微裂缝的宽度仅数十微米。严格说来，地壳上所有岩石，甚至就是像花岗岩、玄武岩那样致密的岩石，都具有不同规模的孔、洞或缝，但不同的孔、洞、缝，其大小、形状及发育程度极不相同，因而储存油气的能力大不相同。储层多孔介质按微小孔隙的形态和结构，可分为孔隙型多孔介质岩石、裂缝型多孔介质岩石和双重或多重型多孔介质岩石。
▲裂缝型储层示意图
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因此，“超级巨茧”中的油气藏，实际上就是一个浸透石油、天然气的，具有渗透性的，巨大的多孔介质岩层。同时，这些岩层中或多或少都有水的存在。这些巨大的岩层既有不同的外形或轮廓（通常称其为构造），也有内涵（通常称其为属性，即岩石内部的油气储存和流动能力等）。
与此同时，岩石的孔隙内充满了流体。显然，流体就是我们熟知的石油、天然气或水，值得注意的是，不同地方的油气藏赋存的石油、天然气或水往往具有不同的性质，而且差别还很大，例如，它们的压缩性、黏度、密度、流动能力等都有很大的不同。
实际上，大多数的油气是分布在岩石里面很小的孔、洞、缝里，并且多数这样的孔隙是肉眼看不到的。几百万年甚至上亿年前，这些孔、洞、缝被石油、天然气充填，而且一直保存到现在，一旦地质学家们找到“油气之家”，发现这些油气藏，就有可能产出具有工业价值（或商业价值）的油气流。
▲（a）岩石发育孔隙 ▲（b）孔隙中充填石油
▲岩石孔隙中的石油示意图（黑色为石油）
科普内容介绍
石油是怎么生成的呢？
距今约30亿年前，地球上出现了原始生命。那时，我们今天生活的陆地大部分地方还是茫茫大海和内陆湖泊。海洋中大量的动植物沐浴着阳光，生生不息，在养分丰富的水体中生长、搏杀。
动植物死亡之后的躯体、遗骸与泥沙一起慢慢下沉，沉积到海底或湖底，形成有机淤泥，统称为沉积物。
日积月累，沉积物厚度可达几十米甚至上万米，重量也不断增大，并逐渐固结，形成坚硬的岩石，科学家将其称做沉积岩。
含有大量生物等有机质的沉积岩称为生油岩，简单地说，就是能生成石油、天然气的岩石。生油岩好比是孕育石油和天然气的母亲，也可视为石油和天然气的原生家庭。换句话说，石油和天然气好似一对孪生兄妹。
石油和天然气是由氢和碳原子组成的碳氢化合物，密度较小，在持续的地壳运动中，上覆岩层重力挤压沉积岩石中的孔隙，将石油和天然气从“原生家庭”中挤出，通过岩层中的孔隙慢慢向上运移。离开“原生家庭”后，石油与天然气这对兄妹结伴同行。经过长途跋涉，大部分到了地表，此时石油与天然气的命运各不相同：石油蒸发掉水分变成黑漆漆的沥青；天然气则变成甲烷气体挥发到空气中不见了踪影。只有少部分无法逃逸到地表的石油和天然气，在地表之下寻找封闭的适合自己居住的“房子”安顿下来，聚集在一起，这个“房子”就是地质学家们所说的“圈闭”。
房子的屋顶有“密封盖”防止油气向上散失；房子的四周有“遮挡墙”阻止油气侧向移动。“密封盖”和“遮挡墙”都是材质非常致密的岩层，几乎没有空隙。另外，“遮挡墙”也可能是由褶皱、断层等构成。值得注意的是，油气是“住”在岩石的“小房间”里边，而不是躺在一个很大很宽敞的池塘里。这个小房间就是大家熟知的孔隙、裂缝，房间直径一般为毫米、微米级大小，大的一般也就一个铅笔芯那么大。当岩石里边所有“小房间”，也就是这些缝隙都充满石油时，地下岩层就构成了一个巨大的油湖、油海，大型油气田就此形成。因此，地下石油，并不是我们想象的那样是在大江、大河、大湖、大海里边流动的。专业上，通常将这种能够储藏油气的岩层称为储集层。
其实，在这个“房子”安家的还有地下水。它是油、气被从生油岩挤出来之后找到的新的“小伙伴”。那么，油、气、水怎么在“房子”里分配空间相邻居住呢？
由于气体密度较小，会浮到“房子”的顶部形成游离气，占据“房子”岩层顶部的空隙；石油密度与淡水相差不大，会浮在盐水上面，位居“房子”的中央形成油藏；盐水密度最大，会沉入“房子”的底部。所以通常看到的油气藏分布是：气体在“房子”最顶部，气体的下面是油和含天然气的油，油的下面是盐水。
由屋顶、遮挡墙和油气储集层三部分所构成的“房子”形成了一个油气储藏区域，也就是刚刚我们所说的“圈闭”。
圈闭是将分散的油气捕获在一起，并最终形成油气聚集的有效空间。但并非任何圈闭中都有油气，有些圈闭没有油气运移进来，就无法形成油气的聚集，也就是空的。一旦有足够数量的油气进入圈闭，占据圈闭的一部分或充满圈闭，便形成了聚集油气的“聚宝盆”，就是石油人所说的“油气藏”。
“聚宝盆”中油气储量可达到千亿甚至上万亿立方米。如果“圈闭”内只有油聚集在一起，就称之为油藏；要是只有天然气聚集在一起，就称之为气藏。而大多数“圈闭”内既有油也有气，便称之为油气藏。
此外，还有一部分留在母岩中的“啃老族”，我们称其为页岩油气。它们的居住条件很差，单个的房子只有几纳米到几微米，非常狭小而密闭。它没有屋顶和遮挡墙，没有断层，也不需要“圈闭”，无法到处活动，只能乖乖地、安稳地待在“页岩”里睡大觉，直到被发现。
过去人们都不把页岩当作油气有效储层来看待，以为它就只是生油的，油气生出来以后必须脱离母体，然后运移一段距离，在较好的、孔隙大的储层岩石里聚集起来，等着我们去发现。但页岩油气的发现，改变了传统的勘探找油找气的思路和视野，拓展了油气勘探开发的新领域。
通常，石油科学家们把在古海洋环境沉积岩里面聚集的油气资源称为海相油气资源；把在古陆地河流、古湖泊等环境沉积岩里面聚集的油气资源称为陆相油气资源；把在古海洋与古陆地接触过渡环境沉积岩里面聚集的油气资源称为海陆过渡相油气资源。
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图文来源 | 《油气简史》
编辑 | 张心怡
责编 | 王雨婷
审核 | 罗文双