地質基礎

1、地質基礎知識講座,主講人：方勇,第一講地球的物質組成及礦物巖石學基礎,地質學的研究范圍,地質學是研究地球及其演變的一門自然科學。它主要研究地球的組成、構造、發(fā)展歷史和演化規(guī)律。主要研究對象：地質學主要研究固體地球的最外層，即巖石圈（包括地殼和上地幔的上部）。發(fā)展趨勢：深部地質學 （從地球表層向深部發(fā)展） 海洋地質學 （從大陸向海洋發(fā)展） 月球地質學、行星地質

2、學、宇宙地質學 （從地球向外層空間發(fā)展）研究方法及原則：野外調查、室內實驗和模擬實驗、歷史比較，將今論古均變說：地殼的演化和發(fā)展是漸進的，在各個方面，古今都是一致的，即現(xiàn)今所能觀察到的地質作用過程在過去也是以這種方式起作用的。地球發(fā)展有一定階段性，是不可逆的，現(xiàn)今不可能是過去簡單的重復。災變論：將地殼的演化和發(fā)展規(guī)于某些超出現(xiàn)在經驗和知識范疇的短暫猛烈、多少具世界性規(guī)模的激變事件。,地質學的主要

3、分科,地球的形狀及大小,地球形狀：旋轉橢球體 （赤道半徑長，兩極半徑短）絕對年齡：大約為45~50億年 （放射性元素同位素衰變規(guī)律計算）平均半徑：6356.03公里 （長短半徑差 21公里）地表面積：5億平方公里地球體積：1萬億立方公里地球質量：6萬億億噸,大地水準面：海面上的重力位各處都是相等的，即海面在重力作用下是一個等位面，把這個等位面延伸通過大陸，就形成一個封閉曲面,地球的重力,地球的重力：地球重力隨緯度變化而變化，

4、根據(jù)理論計算出各地的正常重力值稱為理論計算值，重力（G）=地球的引力（F）+離心慣性力（P）重力異常——由于地球各部分的物質組成和地殼構造不同，因而實際測量的重力值往往與理論值不符，稱為重力異常。正異常——實測重力值大于理論值，一般為金屬礦區(qū)，由于物質密度大，對地面物質的引力較大。 負異?！獙崪y重力值小于理論值，一般為石油，炔，石膏等非金屬礦區(qū)，物質密度小，引力小。,重力探礦法——利用重力異常找礦的方法。對研究地球的形狀，地殼的

5、物質組成，地殼的構造，地殼運動和地震等都是有很高的價值。,地球的重力,地球密度：平均密度5.5 g/cm3，地表巖石平均密度2.6—2.8 g/cm3僅為地球平均密度的一半。根據(jù)地震波在地球內部傳播速度與密度的關系，說明地球內部的密度隨著深度的增加而逐漸增加。,地球的密度,地球的壓力,地球的壓力：指地球內部物質受上覆物質的重力而產生的壓力即靜壓力。某深度靜壓力等于該深度及以上的地球物質平均密度與平均重力加速度的連乘積。,深度越大壓力越大

6、，并且隨著地球內部物質密度加大，壓力增加越大。,地球的磁性,地磁場：地球的磁性在它的周圍形成了一個磁力作用的空間。位于南半球的叫磁南極（S）和位于北半球的稱為磁北極（N）。 地磁要素：磁偏角、磁傾角、磁場強度磁偏角：地磁子午線與地理子午線之間的夾角。磁傾角：磁針的空間位置與水平面之間的夾角。磁場強度：在地磁場中使磁針偏或傾的磁力大小的絕對值。,地磁場的正常值（背景值）：是各地經過校正和清除變化等影響的地磁要素數(shù)據(jù)。 地磁異常：

7、實地測量的地磁要素數(shù)據(jù)與正常值不符。磁法找礦：就是通過地磁測量尋找有磁性異常的礦產。（如磁鐵礦等） 古地磁法：通過對巖石中剩余磁性的研究，了解地質歷史上磁場的變化，有日變化，年變化，也有長期的周期變化（磁極倒轉）。例如通過對比不同時期的古地磁極的位置(或同一地點不同時期所處的磁緯度)可以幫助了解地殼不同部分的相對位移情況，據(jù)古地磁場反轉周期則可確定巖石的形成年代。,地球的磁性,根據(jù)人造衛(wèi)星在地球外層空間探測發(fā)現(xiàn)，地球磁場的磁力線并不

8、規(guī)則，磁層像一個頭朝太陽的彗星，磁層頂部朝向太陽，距離地球有10 個地球半徑遠，而尾部可以拖到幾百個地球半徑那么遠。磁層可以使地球上生物免受宇宙射線和粒子襲擊的危害。,由于太陽風的影響，地球的磁場被壓縮在一個固定區(qū)域內，這個區(qū)域叫磁層,外熱層（變溫層）：日變化一般為1—1.5m，年變化影響深度達20～30m 常溫層：與當?shù)啬昶骄鶞囟却笾孪喈?，常年不變，其深度一般?0～40m外熱層及常溫層溫度受太陽輻射影響內熱層：地溫隨深度增加

9、而逐漸增加，受地球內部熱能影響，深度每增加100米升高的溫度稱為地溫梯度。一般大陸為1—5℃/100m，海底為4—8℃/100m。,其它物理性質：放射性、電性、彈性、塑性等；利用這些物理性質查明地下礦體位置的勘探方法有放射性勘探，電法和地震勘探。,地球的溫度,地殼內部構造,地震波研究發(fā)現(xiàn)，地球內部存在著地震波速度突變的若干界面，顯示了地球內部物質的差異，具有層圈狀構造。,地表形態(tài),地球表面高低不平，以海平面為界分為海洋和陸地兩大地理單元

10、。海洋:面積3億6千萬平方公里占70.8%,平均深度：3729m 最深11034m（馬里亞納海溝） 陸地:面積1億449百萬平方公里占29.2% ,平均高度：875m 最高：8844.43m（珠穆朗瑪）,陸地地形：山地、高原、丘陵、盆地、平原,地質作用,地質作用：由自然應力引起地球物質組成、構造和地表形態(tài)變化與發(fā)展的各種作用稱為地質作用 ，根據(jù)產生地質作用的能量來分為外地質作用和內力地質作用。 外力地質作用：由地球外部能源在地表及

11、地表附近進行的地質作用。如太陽輻射能、日月引力等直接或間接引起地表形態(tài)和物質成分變化的地質作用。 分為風化作用、剝蝕作用、搬運作用、沉積作用、負荷地質作用、硬結成巖作用。內力地質作用：由地球內部能源（地球旋轉、地熱等）為主引起的各種地質作用，內部結構及地表形態(tài)的變化。 地殼運動、巖漿作用、變質作用、地震作用。,地殼中化學元素除少數(shù)呈自然元素外，一般都以化合物的形式出現(xiàn)，尤其以氧化物最為常見。各種化學元素在地殼中分布極不均勻，相對含量

12、相差很大，不僅在總數(shù)量上不平衡，而且同一種元素在地殼中的不同地區(qū)和不同深度上分布也是不均勻的。一般來說地殼上部以Ｏ、Ｓi、Ａl為主，Ca、Na、K也較多，地殼下部仍以Ｏ、Si為主，Mg、Fe相應增多。同一種元素有的地方分布比較分散，有的地方相對集中，而相對集中的地方往往富集成礦，如石油、金礦、銀礦以及鐵礦等。,地殼的化學成份,地殼的礦物組成,礦物：礦物是地殼中的化學元素在各地質作用下形成的自然產物。目前發(fā)現(xiàn)的礦物有三千多種，被利用的只有

13、二百多種。礦物大多呈固態(tài)，少數(shù)呈液態(tài)和氣態(tài)，如石油，天然氣等。,礦物形態(tài),結晶質礦物：礦物不僅具有一定化學成分，而且組成礦物的質點（原子或離子）按一定方式作規(guī)則排列，具有一定結晶構造。如巖鹽是由鈉離子和氯離子按立方格子式排列。大多數(shù)礦物為結晶質。非晶質礦物：組成礦物的內部質點排列不規(guī)則，如蛋白石（Si2.nH2O)等,礦物單體形態(tài),礦物集合體形態(tài),礦物的物理性質,光學性質：顏色（條痕）、光澤、透明度,力學性質：解理、斷口、硬度,密度：

14、輕礦物(4),礦物分類,天然元素類：單質礦物，自然硫（Ｓ）、水銀（Hg)、石墨（Ｃ）、金剛石（Ｃ）、金（Au)等硫化物類：金屬硫化物、砷化物、銻化物等，黃鐵礦（FeS2)等，重要金屬礦。氧化物及氫氧化物：金屬非金屬元素與氧和氫氧根組成的簡單化合物。石英（SiO2)、赤鐵礦（Fe2O2)、褐鐵礦（Fe2O2.nH2O）等鹵化物類：與氟、氯、溴、碘等鹵族化合而成的礦物。巖鹽（NaCl）、鉀鹽（KCl）等含氧酸鹽類：由含有氧的酸根等形

15、成的鹽類。包括硅酸鹽礦物、碳酸鹽礦物，常見方解石、白云石、重晶石等。,地殼的巖石組成,巖石：由一種或一種以上的造巖礦物組成的集合體。巖石按成因分類：巖漿巖（火成巖）、變質巖、沉積巖巖漿巖及變質巖占地殼總體積的95%，沉積巖僅占5%；地表巖石圈中沉積巖占75%，而巖漿巖及變質巖占25%。,灰色大理巖(結晶結構),流紋巖,巖漿巖,巖漿：處于地下高溫、高壓狀態(tài)富含揮發(fā)物的成分復雜的硅酸鹽熔融體，一般認為巖漿發(fā)源于地幔上部及地殼中部地段。

16、巖漿作用：巖漿的形成、活動直至冷凝的全過程；侵入作用、火山作用,變質巖,變質作用：己經形成的巖漿巖、沉積巖由于高溫、高壓的作用，或由于外來物質的加入，在固體狀態(tài)下改變了原來的成分、結構和構造，變成新的巖石的作用。接觸變質作用、動力變質作用、區(qū)域變質作用變質巖：由變質作用生成的巖石。常見有片麻巖、片巖、板巖、大理巖、石英巖、千枚巖等,石灰?guī)r通過熱力變質作用，發(fā)生了礦物的重結晶，使礦物顆粒粒度不斷加大，形成了大理巖,沉積巖,沉積巖：在地

17、殼表層的常溫常壓下，主要由風化作用、生物作用及某些火山作用的產物，經過搬運、沉積及成巖等作用而形成的巖石。沉積巖占地表面積75%，沉積巖中蘊藏著極為豐富的各種礦產，特別是世界上絕大多數(shù)石油天然氣都儲集在沉積巖中。,機械沉積分異：碎屑顆粒粗，比重大，呈粒狀先沉積；顆粒細，比重小，呈片狀則后沉積。沿著搬運的方向或自岸向深水方向沉積的顆粒由粗——細，由礫石——砂——粘土作有規(guī)律的分布。,由火成巖、沉積巖和變質巖的形成過程可以看出它們之間有著

18、密切的聯(lián)系，它們都是活動著的地球過程的產物，同時，隨著地球上主要地質過程的演變，這三類巖石之間可以互相轉變。,成巖旋回（Rock cycle）,礦石及礦床,礦石：巖石是由礦物組成，若其中有用的礦物含量很多，達到為現(xiàn)代工業(yè)技術水平所能利用的程度，則這種含有用礦物的巖石就稱為礦石。還有些巖石由于它本身特有的化學成分或物理特性，具有工業(yè)或工藝價值，這樣的巖石也可以被看作是廣義的礦石。如石灰?guī)r、白云巖、粘土、硅藻土，它們是巖石，也是“礦石”。

19、礦床：在一定地質作用下形成的在質量和數(shù)量上都能滿足當前開采利用要求的有用礦物的富集地段。衡量質量的一個重要指標是品位，品位就是礦石中金屬或有用組分的單位含量，一般用百分比表示。如品位2％的銅礦石，表示每百噸中含銅2t。貴金屬常用ｇ/t 表示，如品位5ｇ/t 的金礦石，表示每噸中含金5ｇ。礦石的應用價值和品位的關系極大，按品位，可把礦石分為富礦和貧礦。如品位在50％以上的鐵礦為富礦，可以直接入爐冶煉；品位在25—30％的鐵礦為貧礦，

20、必須經選礦富集后才能冶煉。在一定條件下，常常規(guī)定值得開采礦石的最低工業(yè)品位，如錳的最低工業(yè)品位為30％；銅的最低工業(yè)品位為0.4—0.5％；金則為1—5ｇ/t，等等。,沉積巖的構造,沉積巖的構造：組成沉積巖石的組分的空間分布及其相互間的位置關系，如層理、層面特征、礫石排列等，不同的構造反映沉積巖形成時的不同環(huán)境。常見的構造有層理構造、層面構造、結核構造、縫合線構造、疊層構造、蟲孔、蟲跡等,交錯層理傾斜方向不定，反映了搬運介質運動方向頻

21、繁的變化，在濱海、淺海、淺湖以及風成沉積中常見。,沉積巖分類,碎屑巖粒度分級,碎屑巖成份、膠結物、顏色,目前己發(fā)現(xiàn)的碎屑巖礦物約160種，常見的不過20種，一種巖石在主要的碎屑成分只有2-5種。碎屑巖中主要的礦物成分為石英、長石、云母，此外還有少量比重較大的礦物等。常見的膠結物有泥質、鈣質（方解石）、鐵質（黃鐵礦和褐鐵礦）、硅質（石髓、石英）等。鐵質膠結呈紅色，方解石膠結呈灰白色，硅質膠結巖石堅硬，粘土膠結土黃色且性質松散，膠結物的

22、性質和含量對儲集油、氣的物理性質以及巖石的可鉆性影響很大。沉積巖的顏色是良好的環(huán)境標志。常見的顏色有以下幾種：白色：因礦物中沒有色素離子或因礦物中含鈣量很高所致。如純巖鹽、白云巖、石灰?guī)r、高嶺土和石英砂巖等?；疑秃谏罕砻鳟敃r沉積時為還原或強還原環(huán)境。由于巖石中含有有機質（碳、瀝青質等）?；蛞蚝r鐵的分散狀黃鐵礦顆粒而使巖石呈灰色或黑色。紅色、褐紅色、棕色和黃色：通常決定于其中所含鐵的氧化物和氫氧化物的量。這些顏色反映了巖石

23、形成時的氧化或強氧化環(huán)境。其中黃色常見于炎熱的陸相沉積物中，而紅色常見于炎熱潮濕的陸相或海相沉積物中碎屑沉積巖命名：顏色+膠結物+巖性 如：深灰色泥質砂巖,巖石的孔隙性,巖石是由固體的礦物和礦物顆粒之間的孔隙組成的，孔隙中通常有孔隙流體存在。在砂巖的掃描電子顯微鏡照片，我們可以清楚地看到砂巖中的石英顆粒，并且還可以看到石英顆粒之間存在著流體流通的網(wǎng)絡。孔隙流體的存在，對巖石性質有普極其重要的影響。例如，巖石中孔隙體積增加1%，會導致

24、巖石彈性參數(shù)變化10倍，或者更多，也會導致巖石滲透率發(fā)生幾個數(shù)量級的變化。巖石的孔隙度(率)：巖石孔隙的總體積與巖石總體積之比，常用百分數(shù)表示。巖石的總體積V總由基質的體和V基和孔隙體積V孔兩部分組成，則巖石的孔隙度φ表示為：,根據(jù)連通性分為：有效孔隙度和無效孔隙度,巖石的滲透性,巖石的滲透性：在壓力作用下，巖石允許流體通過的性質。習慣上人們常常把那些在地層壓力條件下流體比較容易地沿著連通的孔隙、喉道、裂縫、溶洞流動的巖石，例如

25、砂巖、裂縫性碳酸鹽巖稱為滲透性巖石；而把流體難于在其中流動的巖石、粘土或頁巖、石膏、巖鹽等稱為非滲透性巖石。滲透率的單位是達西，它的物理意義是孔隙介質允許粘度為1厘泊的流體，在壓力梯度為1大氣壓/厘米的作用下，通過載面面積為1cm2的流量為1cm3/秒，此時孔隙介質的滲透率稱為1達西。滲透率大小主要決定于巖石孔隙的大小、方向及其相互連通情況。滲透率的變化范圍很大，一般油砂的滲透率從3.4~0.00007 達西，對應用的孔隙度由37%

26、~3%。,巖石的機械性質,一、 巖石的強度：巖石的強度是指抵抗外力破壞的能力。主要取決于礦物強度、結構聯(lián)結形式、巖石的結構和整個構造。 對于火成巖、變質巖、化學沉積巖來說，化學結構連結起主要作用，因此，其組成礦物的強度越大，巖石的強度就越大。 對于碎屑沉積巖來說，其膠結物對強度影響程序最大，即其強度主要取決于礦物顆粒間的聯(lián)結強度。不同膠結物的聯(lián)結強度不同：硅質>鐵質>鈣質>泥質。 二

27、、硬度：巖石的硬度是指巖石抗壓入的極限強三、巖石的塑性：在外力作用下，巖石破碎前呈現(xiàn)永久變形的性質叫巖石的塑性。四、巖石的研磨性：鉆頭破碎巖石的同時，其本身也受到巖石磨損，這種巖石磨損鉆頭的能力稱為巖石的研磨性。五、巖石的可鉆性：是指在一定條件下，鉆進巖石的難易程度。也可理解為鉆進過程中巖石抗破碎強度的大小。,不同巖性對鉆進的影響,1、粘土巖層。泥巖和頁巖一般較軟，鉆速快，但容易產生鉆頭泥包。這種地層極易吸收鉆井液中的自由水而膨脹

28、，導致井徑縮小。隨著浸泡時間的延長，井壁會產生垮塌現(xiàn)象，井徑擴大。2、砂巖層。砂巖一般來說是較好的滲透層，在井壁上易形成較厚的濾餅，易引起泥餅粘附卡鉆。另外濾餅對測井也有影響，所以必須使用優(yōu)質鉆井液。3、礫巖層。在礫巖層中鉆進易發(fā)生跳鉆、蹩鉆和井壁垮塌。4、在當?shù)貙榆浻步诲e時，易發(fā)生井斜，地層傾角較大者也易發(fā)生井斜。5、當巖層中含有可溶性鹽類，即鉆到石膏層、鹽巖層時，要注意對鉆井液性能的影響。,第二講沉積相及地層,沉積相,沉積

29、相：在一定的沉積環(huán)境中所形成的巖石組合。沉積環(huán)境：包括巖石在沉積和成巖過和中所處的自然地理條件、氣候狀況、生物發(fā)育、沉積介質的物理化學性質及地球化學條件。巖石組合：巖石的成分、顏色、結構及各種巖石的相互關系和分布情況等。不同的沉積環(huán)境，形成不同巖石組合；一定的巖石組合反映一定的沉積環(huán)境。對沉積相進行分析，可以恢復古代自然地理環(huán)境及沉積條件，借以了解油、氣生成和分布變化規(guī)律，為含油、氣遠景評價提供依據(jù)。,地層：某一地質歷史時期的沉積

30、物被保存下來所形成的一套成層巖石。地層沉積有一定的先后次序，正常情況，后形成的地層總是蓋在先形成的地層之上，這種“老者在下，新者在上”的新老關系就是正常的地層層序。漫長的地質時期中，地球歷史的發(fā)展經過了許許多多的階段，在每一階段，都有一套相應的地層在地球表面形成，在地層中保存下來的化石就象是天然的文字記錄，它記載著地球自有生物以來生物界發(fā)展進化的歷史，以及與其相聯(lián)系的地殼演變歷史。通過對化石的 研究，可以幫助確定地層相對年代，解決地層

31、的劃分與對比，由于生物發(fā)展過程中的階段性和不可逆性，因此，在不同時代的地層中有不同門類的化石，而相同時代地層中有門類相同的化石，據(jù)此可進行地層的劃分對比，可以幫助恢復古氣候及古地理，以及幫助分析某些沉積礦產，如煤、石油和天然氣等成因和分布規(guī)律，從而為礦產勘探提供重要依據(jù)。,古生物及地層,地質年代單位及地層單位,根據(jù)地層中生物化石及其中放射性元素的蛻變規(guī)律，可判斷該地層的沉積年代，把各地大致是同時沉積的某一段地層稱為某地質年代的地層，把各

32、個地質歷史時期形成的巖石，與埋藏在巖石中的生物演化程序相結合，按先后順序定下來展示巖石的新老關系稱做地層的相對地質年代，相對地質年代主要根據(jù)地層學和古生物學的方法加以確定。,年代地層表,沁水盆地主要地層簡表,地層劃分與對比,地層劃分與對比所解決的問題：如何確定地層的年代？如何將不同地區(qū)屬于同一時代的地層對比起來？正確的地層劃分與對比，是一切地質工作的基礎，對于恢復一個地區(qū)的地質發(fā)展史、了解該區(qū)的地理面貌，指導該區(qū)的礦產勘探等方面有著

33、重要意義。區(qū)域地層劃分與對比、油氣層劃分與對比；地層劃分與對比的依據(jù)：古生物化石資料、沉積特征與沉積旋回，地層接觸關系，地球物理特征等。地層劃分與對比的方法：生物地層學的方法、巖石地層學方法、構造學方法、地球物理測井方法。,地層接觸關系,地層劃分與對比的步驟,1、確立標準剖面2、水平對比基線選擇3、確定標準層4、以標準層為基礎進行地層對比5、連接對比線,地層對比的結果通常以圖件或表格形式表示，常見的有地層對比圖、油氣層柵狀

34、對比圖、鉆井地層剖面圖、綜合柱狀圖等,地層壓力,地層壓力是石油、天然氣層能量的反映，是推動油、氣、水在地層中流動的動力，在鉆探工作中，研究地層壓力，特別是異常壓力以及控制油氣層壓力的方法，可以保證安全、快速鉆進，可以正確設計泥漿及工程套管程序，可以幫助選擇鉆進設備類型和選擇有效、安全、正確的完井方法等。地靜壓力：上覆巖層的重量所產生的壓力。靜水壓力：由于沉積巖層是生成于含水盆地中，所以孔隙中存有大量的水等液體，由液體重量所造成的壓力

35、稱為靜水壓力。在地層封閉情況下地靜壓力由組成石顆粒質點和巖石孔隙中的流體共同承擔，在不受外力破壞的情況下地靜壓力也巖石質點和孔隙流體所承受的壓力相對平衡。若地層與地表連通，即正常壓力環(huán)境中，孔隙及其中的流體是“敞開”和連通的，上覆巖層壓力只由巖石顆粒質點來承擔；而孔隙流體壓力與地靜壓力無關，只由巖層連通孔隙中的流體來承擔，在這種情況下，孔隙流體壓力稱為靜水壓力。當平衡條件遭到破壞時，表現(xiàn)為流體運動。,地層壓力,壓力梯度：在同一層內任

36、兩點的海拔標高每相差10米時，地層壓力的變化值。壓力系數(shù)：某一深度實測地層壓力下同一深度靜水柱壓的比值，表示比井口算起，地層深度每增加10米時壓力的增量。,壓力異常,造成異常壓力的原因：測壓水位流體比重差異構造因素泥質巖類壓實,第三講地殼運動及地質構造,地殼運動與地質構造,地殼運動：由內力作用引起地殼結構改變和地殼內部物質變位的運動。分為升降動動和水平運動。地殼運動控制著地表海陸分布的輪廓，影響著各種地質作用的發(fā)生和發(fā)展，

37、同時改變著巖層的原始產狀，并形成各種各樣的構造形態(tài)。地質構造：組成地殼的巖層和巖體在內、外動力地質作用下發(fā)生變形時所形成的各種面狀和線狀構造。因此，可以將地質構造看作是巖石變形的產物。分為褶皺構造和斷裂構造兩大類各種地質構造與石油及天然氣等礦藏的運移與聚集關系非常密切，因此研究它們具有十分重要的意義。構造地質學是研究地殼或巖石圈地質構造的一門學科。主要研究地質構造的幾何學、運動學和動力學,引起巖石變形的應力,巖層的產狀要素,產狀：巖

38、層在三維空間的產出狀態(tài)，有三個要 素：走向、傾向和傾角。走向：巖層與水平面的交線稱走向線(圖中直線MON)，走向線在水平坐標系中所指的方位就是該巖層的走向。傾向：層面上與走向線垂直的直線稱（真）傾斜線，傾斜線下傾方向在水平面上的投影線所指的方位就是該巖層的傾向。傾角：巖層的傾斜線與它在水平面上投影線之間的銳夾角就是該巖層的（真）傾角。,產狀要素表示方法,傾斜巖層產狀表示法（1）方位角表示法： “傾向∠傾角”如：21

39、3° ∠54°、0° ∠ 25°、60° ∠ 60°請注意：在“60° ∠ 60°”中，兩個“60°”的含義完全不同。地質學上一般采用方位角表示法。（2）象限角表示法如N65 ° W/24 ° SW，表示走向為北偏西65 °，傾角為24 °，向南西傾斜。特殊產狀巖層—水平巖層與直立巖層它們的產狀是

40、規(guī)定的：水平巖層的傾角為0° ；直立巖層的傾角為90°。,褶皺構造,褶皺：巖石中各種面狀構造的彎曲變形，它是巖層塑性變形的結果。褶皺的形態(tài)多種多樣，但基本形態(tài)只有兩種：向斜和背斜(背形和向形)褶皺的核部，翼部，轉折端等都是實際存在著的要素，而樞紐，軸面和翼間角等都是看不見的，只具有幾何學上的意義，可稱為標志性要素。背斜與向斜的幾何學要素中除脊線與槽線不同外，其余要素含義是相同的。,褶曲的分類,橫剖面上的分類：直

41、立褶曲、傾斜褶曲、倒轉褶曲、平臥褶曲、翻轉褶曲,平面上的分類：線狀褶曲、短軸褶曲、穹窿褶曲、短鼻褶曲,其它：底辟、鹽丘,斷裂構造,斷裂構造：巖層受力后破壞，發(fā)生了脆性變形，而喪失了巖層原有的連續(xù)性的一種地質構造斷裂構造分為兩大類：沿斷裂面兩喧的巖層未發(fā)生顯著的相對位移，稱為裂縫（節(jié)理）；沿斷裂面兩邊的巖層發(fā)生顯著的相對位移，稱為斷層,斷層幾何要素,斷層的幾何學要素主要有斷層面和斷盤。斷盤：斷面兩側發(fā)生相對位移的巖塊或巖層。分上盤

42、與下盤，或上升盤與下降盤。斷層面：簡稱斷面，使巖塊或巖層破裂，并順著它發(fā)生相對運動的破裂面。大型斷層的斷裂面往往是由一系列破裂面或次級斷層組成的帶，即斷層（裂）帶。,斷層根據(jù)兩盤相對運動分類,正斷層：上盤相對下盤沿斷層面向下滑動，主要是張力和重力的作用。逆斷層：上盤相對下盤沿斷層面向上滑動，主要是水平擠壓力的作用。平移斷層：斷層兩盤順斷層面走向滑動，主要是水平剪切力的作用。,斷層的組合,1、階梯狀斷層：大至平行，傾向相同，正斷

43、層2、地塹、地壘：大至平行，傾向相對。兩者經常共生，兩個地塹之間一定是地壘，兩個地壘之間一定是地塹，地塹形成凹陷，地壘形成山地。3、疊瓦狀斷層：大至平行，傾向相同，逆斷層,井下斷層判斷,1、倒轉背斜引起的井下地層重復，層序翻轉,2、斷層引起的井下地層重復，層序正常,井下斷層判斷,3、斷層引起標準層標高相差懸殊,4、斷層引起的井下同層厚度突變,構造剖面圖,構造剖面圖：沿某一方向切開的垂直斷面圖。垂直于構造長軸所切的剖面叫橫剖面圖；平行

44、于構造長軸所切的剖面圖叫縱剖面圖。構造剖面圖是根據(jù)在面地質、地震、鉆井資料繪制而成。構造剖面圖反映某一方向的地下構造形態(tài)、地層接觸關系，地層厚度變化情況、斷層位置、性質、產狀，通過繪制構造剖面圖，恢復地下構造情況，幫助新井進行卡層。,構造等高線圖,構造等高線圖：是用構造等高線（指某層面上海拔高程相同的點的連線）來表示地面或地下某一標準層或某一油、氣層頂面或底面構造形態(tài)起伏變化的地質圖件。既是通常所說的構造圖。通過構造圖能反映地層傾角

45、的變化，地下構造高點、軸向、傾沒情況以及斷層的性質和分布等。,斷層在構造圖上的表現(xiàn),構造單元,大地構造單元是劃分地殼構造的單位。地殼的物質組成和結構構造是不均一的，它是由許多不同時期、不同性質和大小的板塊鑲嵌而成的。地殼上有些地區(qū)活動性大，構造運動強烈稱為活動區(qū)（習慣上稱為地槽）；有些地區(qū)則相對穩(wěn)定，構造運動不強烈稱為穩(wěn)定區(qū)（地臺）。地槽、地臺又可進一步劃分為許多級次不同的單位，并有專門術語稱之。在石油地質勘探工作中，以盆地作為基

46、本單元，然后根據(jù)其內部基底及蓋層的各種特征，將盆地劃分為若干次一級的構造單元,第四講地震勘探、測井與地質錄井,地震勘探,地震勘探：使用人工手段激發(fā)地震波，根據(jù)地震波在地下的傳播情況來研究地下的構造情況。地震波seismic wave：彈性振動在地球中的傳播統(tǒng)稱地震波。按其成因的不同，由天然地震產生的波稱為天然地震波，通過人工激發(fā)的地震而產生的波則稱為人工地震波。根據(jù)質點振動的形式，地震波分成三大類：質點振動方向和波的傳播方向一致的

47、稱為縱波；質點振動方向和波的傳播方向垂直的稱為橫波，沿界面?zhèn)鞑サ姆Q為面波。地震勘探中通常使用縱波而很少使用橫波。天然地震中很重視觀測面波，但在地震勘探中面波一般成為干擾波。,地球物理測井,地球物理測井：屬于應用地球物理方法（包括重、磁、電、震、測井）之一。是利用巖層的電化學特性、導電特性、聲學特性、放射性等地球物理特性，測量地球物理參數(shù)的方法。測井方法：電、聲、放射性是三種基本方法。特殊方法（如電纜地層測試、地層傾角測井、

48、成像測井、核磁共振測井），其他形式如隨鉆測井。各種測井方法基本上是間接地、有條件地反映巖層地質特性的某一側面。要全面認識地下地質面貌，發(fā)現(xiàn)和評價油氣層，需要綜合使用多種測井方法，并重視鉆井、錄井第一性資料。,自然電位測井,井中電極M與地面電極N之間的電位差,原理：測量井中自然電場,井眼中自然電位一般由地層和泥漿之間電化學作用和動電學作用產生的。,自然電位的應用,應用： 1、判斷巖性，劃分滲透層； 2、用

49、于地層對比； 3、求地層水電阻率； 4、估算地層泥質含量； 5、判斷水淹層； 6、研究沉積相。,砂泥巖剖面：泥巖處 SP曲線平直砂巖處 負異常 負異常幅度與粘土含量成反比,側向（聚焦）測井,鹽水泥漿、高阻薄層條件下，普通電阻率測井失真，········增加屏蔽電

50、極，使主電流被聚焦，側向流入地層的電極系測量方法。深側向探測深度大（約2.2m），雙側向能夠劃分出0.6m厚的地層。,雙側向電極系和電流分布圖,雙側向應用,1、適合于高阻剖面、鹽水泥漿條件。2、劃分剖面，判斷油（氣）、水層；3、求取地層真電阻率；4、用于高阻地層裂縫識別，儲層評價。,lld =140 ??mlls =52lld/lls=2.8? =7.5%,自然伽瑪測井,原理：自然伽瑪(GR)和自然伽瑪能譜測井是測量地層

51、中天然放射性原素的含量。由于放射性元素通常聚集在頁巖和粘土中，故可間接測量沉積地層中的泥質含量。應用：儲層劃分，確定泥質類型和含量；井間對比；火山巖識別；放射性礦物識別，鉀、鈾含量評價。,固井聲幅測井,固井聲幅測井（CBL）記錄首波半周幅度，即聲幅曲線。當套管與水泥固結良好時，聲波大部分能量通過套管和水泥環(huán)而散失到地層中，表現(xiàn)出聲幅變低，因此聲幅越低固井質量固井質量越好。反映水泥與套管（第一界面）膠結質量,套管與水泥環(huán)的聲偶

52、合,聲波變密度測井,聲波變密度測井（VDL） 反映第一、二界面水泥膠結質量,井徑測井,原理：井徑儀在四條具彈簧張力的腿，在井內測量時，井徑腿尖端與井壁緊密接觸，當井徑改變時，腿的張開程度隨井徑大小變化而變化。井徑儀可將井徑大小的變化變?yōu)榕c井徑成正比的電位差，把電位差的變化傳送到地面儀器記錄就可以得到井徑曲線。應用：計算固井水泥用量，確定套管扶正器位置等,地質錄井,巖心錄井：在鉆井過程中使用專用的取心工具，將井下的巖石取出來。取

53、出的巖石叫巖心，它是最可靠，最直觀反映地下巖層特征的第一性資料。巖屑錄井：鉆進時，按照一定的深度間隔和遲到時間，及時地把被鉆頭破碎的巖屑收集起來，進行觀察描述，建立地層剖面，以了解井下地層的變化情況。遲到時間：鉆進過程中被鉆頭破碎的巖屑從井底返至地面的時間。鉆時錄井：連續(xù)記錄每米所鉆的時間以反應地層軟硬變化的情況。泥漿錄井：按一定間隔記錄鉆井液性能變化，以反應鉆進過程中巖層性質的變化。比重、粘度、切力、泥餅、含砂量、失水影響泥

54、漿性能的地質因素：氣侵、鹽侵、砂侵、粘土造漿、漏失、地溫氣測井：直接測量鉆井過程中返出鉆井液中可燃氣體含量。,第五講煤層氣基礎,我國煤層資源情況,1）我國煤層氣資源十分豐富，埋深2000米以淺的煤層氣資源量達31.4萬m32）與陸上常規(guī)天然氣資源量相當3）位居世界煤層氣資源第三位,我國煤層資源情況,我國煤層資源情況,煤的形成,煤（coal）：覆蓋在地層下的植物遺體，經過生物化學作用和一系列物理化學作用轉變?yōu)楣腆w可燃的有機沉積巖。

55、泥炭化階段：植物在濕地、沼澤等環(huán)境中繁殖，其遺體在微生物作用下不斷分解、化合、聚集，形成泥炭。煤化階段：泥炭被掩埋后，由于溫度、壓力和時間等因素的作用而發(fā)生一系列物理化學變化，從而形成褐煤、煙煤和無煙煤。成煤作用的過程始終伴隨著甲烷（CH4）氣體的生成。,煤巖的宏觀組成,根據(jù)肉眼可以鑒別的不同條帶（3~10cm）和光澤的強弱，煤巖的宏觀成分包括如下四類：鏡煤：光澤強，結構均一，具貝殼狀斷口，內生裂隙（割理）特別發(fā)育。亮煤：光澤

56、較強，次于鏡煤，均一程度比鏡煤差，較脆易碎，內生裂隙也較發(fā)育暗煤：光澤暗淡，致密堅硬而具韌性，斷面粗糙，內生裂隙不發(fā)育。絲炭：具有明顯的纖維狀結構，外觀象木炭，蘇松多孔，硬度小，脆度大，易碎。宏觀煤巖類型實際工作中，主要是根據(jù)煤的平均光澤劃分更大級別的煤巖宏觀類型：,煤的有機顯微組分,在顯微鏡下可以區(qū)分和辨認的煤的基本有機組成成分，可分為如下三類： 鏡質組：原始物質為木質纖維素，以富氧為特征，是絕對多數(shù)煤層中占絕對優(yōu)勢的有機

57、顯微組分， 是煤層氣生成的主要母質。殼質組：原始物質是孢子、角質、木栓、樹脂等，以富氫為特征，具有極強的生烴能力，是煤成油的主要顯微組分。惰質組：原始物質為木質組織，具有原生高碳化及氫含量極低的特點，生烴能力最弱。,煤中不同有機顯微組分的產氣率情況,我國絕大多數(shù)煤，鏡質組含量一般為50%~80% ，惰質組占10%~20%（有時可達30%~50% ），殼質組一般不超過5%。對煤成氣來說，這是比較有利的烴源條件。,煤階（煤級）,煤階

58、：煤化作用的深淺程度的等級。在我國煤田地質界，煤階通常根據(jù)肉眼劃分為五個階段，對進入變質階段的煤根據(jù)其在顯微鏡下鏡質組反射率(Ro,max) 進一步劃分為7個階段。,不同煤化階段煤層甲烷產生率,煤階可以反映成煤作用過程中，甲烷的生成量的大小。當然，當前煤層含氣量的大小還與煤的等溫吸附性質及保存條件有關。,煤層氣,煤型氣：凡煤系地層中的有機質（包括煤層和煤系地層中分散的有機質）熱演化形成的天然氣，也可稱為煤系氣。煤成氣：專指煤層在煤化

59、過程中所形成的天然氣，屬于煤型氣的一種。煤層氣：是指以吸附狀態(tài)存在于煤層中的煤成氣，是描述煤成氣產狀的術語，其內涵包括煤田瓦斯氣。也就是說，煤層氣是以自生自儲為主的非常規(guī)天然氣。主要以吸附方式存在于煤巖基質表面或微孔隙中，少部分以游離形式存在于煤層割理、裂縫或以溶解狀態(tài)存在于煤層水中。主要成分：以甲烷（ＣＨ４）為主、含有少量的其它烴類和非烴類氣體的混合物。不同地區(qū)、不同煤階、不同埋深煤層氣的成分差別很大，主控因素有：煤的顯微組分；

60、儲層壓力；煤的熱成熟度，即煤階；水文地質條件等。,煤層氣與常規(guī)天然氣比較,煤儲層特點,1、煤儲層的孔隙結構：基巖孔隙和裂隙孔隙構成的雙重孔隙系統(tǒng)。2、煤儲層的內表面積：巨大。主要與微孔隙（<20）有關，1克無煙煤內表面積可達287m2。3、煤儲層的機械特性：較大的泊松比，一般為0.27~0.4，而常規(guī)儲集巖大多數(shù)小于0.2；較小的楊氏模量，比常規(guī)儲集巖小一個數(shù)量級。表現(xiàn)為易壓縮、易碎、強烈的非均質性、抗剪強度低

61、。,含微孔隙的基巖塊體,煤層含氣量及影響因素,我國煤層含氣量在（0－27.7m3/ t) ，平均值為8.97m3/ t，有利的煤層氣探區(qū)及開發(fā)區(qū)含氣量為8－15m3/ t。,含氣量影響因素：煤層埋深：埋深越大含氣量增高，但有些區(qū)域并不明顯如晉城。煤階：煤階越高，含氣量越大。構造復雜程度：封閉性斷層，煤層平緩，一次性褶皺轉折端,煤層氣產出機理,煤層中甲烷的流動機理：,從煤表面解吸,煤基質和微孔隙中的擴散,割理系統(tǒng)中的達西滲流,解吸的

62、氣體通過基巖和微孔隙進入裂縫網(wǎng)絡中，再經裂縫網(wǎng)絡流向井筒。CBM開發(fā)通過“解吸－擴散－滲流”來實現(xiàn)。,煤層氣在地下流動的三個階段,煤層氣流動分為三個階段：單相流、非飽和流狀態(tài)、兩相流狀態(tài),煤層氣產出的三個階段,排水降壓階段（Ⅰ）：井筒周圍壓力下降，氣產量增加，水產量減小，這一階段持續(xù)的時間取決于排水速度的大小。穩(wěn)定生產階段（Ⅱ）：煤層氣處于最佳解吸狀態(tài)，氣產量相對穩(wěn)定，而水產量下降出現(xiàn)產氣高峰期，這一階段持續(xù)的時間取決于煤層氣含量。

63、氣量遞減階段（Ⅲ）：氣、水產量都不斷下降，直至產少量的氣和微量的水。這一階段持續(xù)的時間很長。,鉆井對煤儲層的影響,鉆井液影響：鉆井液對儲層的傷害主要有兩個因素：一是煤體對鉆井液的吸附或吸收，二是鉆井液中的固相顆粒對煤中裂隙通道的充填堵塞。鉆井壓力變化的影響：主要表現(xiàn)在鉆井液壓力變化與鉆柱的壓力變化，由于煤巖層的泊松比大，彈性模量小，裂隙發(fā)育導致煤層易壓縮，碎易，在鉆井過程中較小的壓力變化便會使?jié)B透率受到較大的影響。減少影響的措