石油地質学

重要な局面は、ほとんどの炭化水素が一次トラップに生成、移動、蓄積される時期である。炭化水素の移動と蓄積は、地質学的時間スケールで見ると短い期間で起こる。これらのプロセス（生成、移動、蓄積）は、石油システムの存続期間の終盤近くで発生する。ここでいう存続期間とは、石油システムの重要な要素が蓄積される期間のことである。

重要な瞬間は、根源岩が最大埋没深度に達したときの埋没履歴に基づいているため、極めて重要です。この時点で、炭化水素の大部分が生成されます。石油の約50%～90%がこの時点で生成され、排出されます。次の段階は、炭化水素がオイルウィンドウに入ることです。オイルウィンドウとは、根源岩が適切な成熟度に達し、石油探査に適した深度にあることを意味します。地球科学者は、石油システムの地層データを収集して分析するために、この情報が必要になります。

根源岩分析に関しては、いくつかの事実を確立する必要があります。まず、その地域に実際に根源岩が存在するかどうかという疑問に答えなければなりません。潜在的な根源岩の境界を定め、特定するには、過去に有機物に富む堆積物が堆積した可能性を判断するために、地域の地層、古地理、堆積学の研究が必要です。 ^{[ 1 ]}

根源岩が存在する可能性が高いと考えられる場合、次に検討すべき事項は、根源岩の熱成熟度と成熟のタイミングです。根源岩の成熟（続成作用と化石燃料を参照）は温度に大きく依存するため、石油生成の大部分は60 ～ 120 °C (140 ～ 248 °F)の範囲で発生します。ガス生成は同様の温度で始まりますが、この範囲を超えて、おそらく200 °C (392 °F)まで続く可能性があります。^{[ 1 ]} したがって、石油/ガス生成の可能性を判断するには、根源岩の熱履歴を計算する必要があります。これは、根源岩の地球化学分析（存在するケロゲンの種類とその成熟特性を決定するため）と、堆積柱内の熱勾配をモデル化するためのバックストリッピングなどの盆地モデリング手法を組み合わせて行われます。    

20世紀半ば、科学者たちは石油地球化学の研究を本格的に開始しました。地球化学は当初、地下の炭化水素を地表で探査するために利用されていました。今日では、地球化学は石油産業において、効果的な石油システムの探索に役立っています。地球化学の利用は比較的費用対効果が高く、地質学者は貯留層に関連する問題を評価することができます。石油と根源岩の相関関係が判明すると、石油地質学者はこの情報を用いて盆地の3Dモデルを作成します。これにより、トラップ形成に対する石油の生成、移動、蓄積のタイミングを評価できるようになります。これは、さらなる探査が必要かどうかの意思決定プロセスに役立ちます。さらに、当初は回収不可能と判断された貯留層に残存する石油の回収率を高めることも可能です。

将来の掘削の有望地点や探査対象地を特定する前に、通常は大規模な盆地解析が実施されます。この解析では、石油システムを対象とし、根源岩（存在と品質）、埋没履歴、成熟度（時期と量）、移動と集中、潜在的な地域シール層と主要な貯留層（キャリア層を定義するもの）を調査します。これらの要素すべてを用いて、潜在的な炭化水素がどこへ移動する可能性があるかを調査するのです。そして、炭化水素を受け入れた可能性が高い地域において、トラップや潜在的な有望地点、探査対象地が特定されます。

盆地分析は通常、企業が将来の探査のためにある地域に進出する前に実施する最初の調査の一部ですが、探査段階で実施されることもあります。探査地質学は、新たな炭化水素の存在を発見するために必要なすべての活動と調査を包含します。通常、地震探査（または3D地震探査）が実施され、過去の探査データ（地震探査ライン、検層データ、報告書）が新たな調査を補完するために使用されます。重力探査や磁気探査が実施されることもあり、油の湧出や流出をマッピングして、炭化水素の存在が見込まれる地域を特定します。探査井（または試掘井）によって重要な炭化水素の存在が発見されるとすぐに、評価段階が始まります。

評価段階は、発見の範囲を明確にするために用いられます。炭化水素貯留層の特性、連結性、炭化水素の種類、ガス-油接触面および油-水接触面を決定し、潜在的な回収可能量を算出します。これは通常、最初の探査井の周囲にさらに評価井を掘削することによって行われます。生産試験によって、貯留層の圧力や連結性に関する知見も得られる場合があります。地球化学的および岩石物理学的分析により、炭化水素の種類（粘度、化学組成、API、炭素含有量など）および貯留層の性質（多孔性、浸透率など）に関する情報が得られます。^{[ 2 ]}

炭化水素の存在が発見され、評価の結果商業的に採算が取れると判断された後、生産段階が開始されます。この段階では、炭化水素を制御された方法で抽出することに重点が置かれます（地層を損傷することなく、商業的に採算の取れる量で抽出するなど）。生産井は戦略的な位置に掘削され、完成されます。この段階では通常、3D地震探査が利用可能となり、最適な回収率を得るために井戸を正確に特定できます。場合によっては、より多くの炭化水素を抽出したり、放棄された油田を再開発したりするために、増進回収法（蒸気注入、ポンプなど）が用いられることもあります。

貯留岩（一般的には砂岩や破砕石灰岩）の存在は、地域調査（すなわち、その地域の他の井戸の分析）、層序学および堆積学（堆積のパターンと範囲を定量化するため）、および地震探査の解釈の組み合わせによって決定されます。炭化水素貯留層の可能性が特定されると、炭化水素探査者が関心を持つ貯留層の主要な物理的特性は、岩石の総体積、純岩石対総岩石比、空隙率、および浸透率です。^{[ 2 ]}

バルク岩石体積、すなわち炭化水素と水の接触面より上の岩石の総体積は、堆積層のマッピングと相関によって決定されます。通常、類似層や検層データから推定される純岩石体積対総岩石体積比は、貯留岩を含む堆積層の割合を計算するために使用されます。バルク岩石体積に純岩石体積対総岩石体積比を乗じると、貯留層の純岩石体積が得られます。純岩石体積に空隙率を乗じると、総炭化水素空隙体積、すなわち堆積層内で流体（特に炭化水素と水）が占めることができる体積が得られます。特定の探査対象についてこれらの体積を合計することで（STOIIPおよびGIIPを参照）、探査者や商業アナリストは、その探査対象が経済的に実現可能かどうかを判断できます。

従来、多孔度と浸透率は、掘削サンプルの調査、坑井から採取したコアの分析、地表に露出している貯留層の隣接部分の調査、および坑井自体に挿入したワイヤーラインツールを用いた地層評価技術によって決定されていました。近年の地震データ取得および処理技術 の進歩により、地下岩石の地震属性が容易に入手できるようになり、岩石自体の物理的・堆積学的特性を推定するために利用できるようになりました。