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3第二章--油气生成

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第二 油气 生成
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绪 论 石油和天然气在现代社会中的地位 、 近现代油气勘探发展简况第一章 石油 、 天然气和油田水的基本特征第二章 石油和天然气成因:油气生成的原始物质 、 有机质演化与油气生成 、烃源岩第三章 储集层和盖层:砂岩储层 、 碳酸盐岩储层 、 其他储层 、 盖层第四章 油气运移:初次运移 、 二次运移第五章 油气聚集与油气藏形成:圈闭和油气藏 、 油气聚集原理 、 油气藏形成第六章 油气藏的类型和特征:构造油气藏 、 地层油气藏 、 岩性油气藏第七章 油气分布规律第八章 油气勘探:区域勘探 、 圈闭预探 、 评价勘探 、 滚动勘探开发第九章 钻井地质:单井地质设计 、 地质录井 、 完井资料整理第十章 油气资源与储量:概念 、 评价方法第二章 石油与天然气成因及生油层一 、油气成因概述二 、油气生成的原始物质三 、 有机质的演化与油气生成四、 烃源岩及评价不仅具有理论意义,而且对油气勘探具有指导作用。关于油气成因的争论焦点主要集中在以下几个方面:一、 油气成因概述1、油气的来源是有机成因的还是无机成因的?2、油气的生成是高温条件还是在低温条件下生成的?3、有机质生成油气的时间,是其演化的早期还是晚期?4、陆相沉积盆地能否生油?煤系地层是否能够生油?生油理论碳化物说有机成因说宇宙说 岩浆说 蛇纹石化生油说 高温生成说俄国著名化学家 Д. И.门捷列夫于 1876年提出。他认为: 地球形成时期温度很高,碳和铁呈液态,互相作用形成 碳化铁 。 化物说 地球冷却之后,碳化铁保存在地球深处如果地表水沿地壳裂隙向下渗透,与碳化铁作用,生成烃33被包含在它的气圈中宙说俄国学者 В. Д.索可洛夫于 1889年 10月 3日在莫斯科自然科学研究者协会年会上首次提出的。烃被岩浆吸收,凝结于地壳中而成石油地球冷凝近年宇航技术和宇宙化学的发展表明,太阳系某些星球,大气的主要成分为甲烷。浆说1949年 10月 3日,在发表宇宙说六十周年纪念日的同一讲坛上,前苏联学者 油的生成是同基性岩浆冷却时碳氢化合物的合成有关,高温高压条件下,不饱和碳氢化合物聚合成饱和碳氢化合物。岩浆中形成石油的过程在不断进行着。有机物质来源于石油。Ⅳ .高温生成说150公里的上地幔温度超过 15000℃ 、压力 5000于 Э. Б. Чекалюк, 1971)Ⅴ .蛇纹石化生油说3( g) 2·24·3(热 )耶兰斯基( 1966, 1971)提出橄榄石的蛇纹石化作用可以产生烃类: 埋深 22~402生在地壳深坳陷,由于延伸扩张、裂开,水沿萌芽状态的断裂进入橄榄岩发育带,生成烃类又沿着断裂而进入沉积岩。无机成因学说认为:石油是由无机质形成的 (在高温条件下,碳、氢元素或这些元素的无机化合物通过化学反应合成石油) 。认为 : 石油是由沉积物当中的有机质,在特定的地质环境中,在各种应力的综合作用下,经历生物化学、热催化、热裂解、高温变质等阶段,陆续转化为石油和天然气。有机成因说有机成因说的证据① 世界上已经发现的油气田 分布在沉积岩中。② 石油和天然气在地质时代上的分布很不均衡,这与沉积岩中有机质的分布状况相吻合。③ 石油的成份具有相似性,说明它们的成因可能大致相同。④ 石油与煤具有同源性。⑤ 从大量油田测试结果可知:油层温度很少超过 100℃ ,有些深部油层温度最高也就 141℃ 。⑥ 上新世至更新世地层中发现的工业油藏,表明生成石油并聚集成油藏所需的时间,大约不到一百万年。⑦ 研究成果表明,在近代沉积物中确实存在着油气生成过程,至今还在进行着,而且生成的油气数量也很可观。实践证明 :绝大多数油气田都分布在沉积岩中;极少数岩浆岩和变质岩中的油藏也同附近生油岩有关,是油气侧向和垂向运移聚集的结果。 指导世界油气勘探实践的,是现代石油有机生成学说。又可以分为: 早期成油说 和 晚期成油说 两个分支。目前,有机晚期成油说已被石油地质学家、地球化学家所接受,能比较可靠地指导油气田勘探。 所以,这里主要介绍 有机晚期成油说 的主要论点。不能否定油气无机成因理论的科学价值。 随着宇宙化学和地球形成新理论的兴起、板块构造理论的发展和应用、同位素地球化学研究的深入,为油气无机成因理论提供了一些理论依据。还有许多问题尚待进一步深入研究, 诸如地球深部和宇宙空间烃类的成因及分布、各种原始物质(包括有机物与无机物)转化为油气的详细机理、不同原始物质生成的石油或天然气有哪些特征。“ 嫦娥一号”卫星将用伽马/ 4种元素的分布。天宫 ——宇宙空间站第二章 石油与天然气成因及生油层一 、油气成因概述二 、油气生成的原始物质三 、 有机质的演化与油气生成四、 烃源岩及评价有机成因说认为,生物体是生成油气的最初来源,生物死亡后的残体经沉积作用埋藏于水下的沉积物中,经过一定的生物化学、物理化学变化形成石油和天然气。生成油气的原始物质是 沉积有机质 。沉积有机质: 通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏下来的那部分有机质称为沉积有机质。形成: 氧化成简单的分子生物 死亡 沉积有机质(只占 右)二、油气生成的原始物质包括:1. 原生的沉积有机质: 指通过沉积作用,直接或间接进入沉积物中的有机质。包括:氨基酸、脂肪酸、脂类及木质素。2. 新生的沉积有机质: 指原生的沉积有机质通过埋藏作用和化学作用重新合成和演化形成的有机化合物。如腐殖酸、干酪根、烃和非烃。古代沉积岩中分散有机质的组成:烃类: 岩石中可溶于有机溶剂的有机质。是有机体生化作用的产物。沥青: 可溶于有机溶剂,是烃类和非烃类物质的混合物。可分为油质、胶质及沥青质,是有机质向油气转化的中间产物。干酪根: 不能溶解于有机溶剂的固体分散有机质。①在海洋或湖盆沉积环境中 浮游生物②在一些浅水地区的 水底植物 。③在上述两种情况下,对死亡植物进行再改造的 细菌 ,可被认为是沉积有机质的主要补充来源。沉积有机质的来源低等水生动、植物陆 生动、植物 湖泊、三角洲地区细菌、藻类、有孔虫、介形虫、叶肢介、珊瑚、软体动物等沉积有机质的生物种类来源首先是浮游植物,其次是细菌、高等植物、浮游动物。浮游生物2006年 2月中国南极考察队首次在南极普里兹湾采集到的底栖生物标本 深海生物生成油气的沉积有机质主要由:沉积有机质的化学成份类脂化合物蛋白质碳水化合物木质素等生物化学聚合物组成。脂类(又称类脂)化合物 :包括脂肪、高级脂肪酸蜡、醇类、甾族化合物以及萜烯类化合物。化学性质较稳定,易保存,元素组成和分子结构近似石油;认为它是生成石油的主要原始物质。蛋白质:在生物体的细胞中,除水外, 80%以上的物质为蛋白质。蛋白质约占动物干重的50%,同时它是生物体中含 氮化合物 的主要成分。碳水化合物 : 自然界中分布极广的有机物质,也是一切生物体的重要组成之一。几乎所有的动物、植物、微生物体都含有碳水化合物,其中在植物中含量最多。最简单 葡萄糖( 含羟基和醛基(图)。淀粉和纤维素属多糖,结构复杂。木质素 :木质素具有 芳香结构 的特征。是植物细胞壁的主要成分,性质十分稳定,不易水解,但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。有人认为可能是石油中芳香烃的母质之一。也是成煤的重要有机组分,也有可能形成以甲烷为主的气体。沉积有机质大致可以区分为 腐泥型和腐殖型 两大类。( 1)腐泥型系指脂肪族有机质在 缺氧 条件下分解和聚合作用的产物,来自海洋或湖泊环境水下淤泥中的 孢子及浮游类生物 ,它们可以形成石油、油页岩、藻煤和烛煤。( 2)腐殖型系指泥炭形成的产物,来自 有氧 条件下沼泽环境的 陆生植物 ,主要可以形成天然气和腐殖煤,在一定条件下也可以生成液态石油。沉积有机质的分类第一,要求有 缺氧的水体 ,它可以使吸附在矿物颗粒表面上的溶解有机质和微粒有机质被保护而免受生物的消耗;第二,要求有机质在水体中滞留时间短, 深度适中的水体 中有机质的堆积条件优于很深的水体;第三, 适度的沉积颗粒的沉积速度 对沉积有机质的保存有利。有机质供应量一定,则有机质在沉积物中的浓度与矿物颗粒的沉积速度成反比。沉积有机质的保存条件油气生成的原始物质沉积有机质 干酪根概念保存来源 成份分类分类概念成份沉积岩(物)中不溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机溶剂的有机质称为 干酪根 ( 与此对应,岩石中可溶于有机溶剂的部分称为 沥青 。干酪根在热解或加氢分解时产生烃类物质。干酪根是沉积有机质的主体,约占总有机质的 80 80石油烃是由干酪根转化而成。干酪根的概念干酪根分离法1、将生油岩粉碎后,先用氯仿抽提,然后用 M. A. B(甲醇 — 丙酮 或 E. A. B(乙醇、丙酮、苯三元溶剂 )进行抽提,除去可溶有机质。2、用盐酸溶解除去岩样中碳酸盐。氟氢酸溶解除去岩样中硅铝酸,如;4、用比重差异原理以重液、超声波除去干酪根中的黄铁矿及其它矿物。丝质体。内蒙古伊敏, 层, 透射光, 180×。 。树皮体,统切面,近等粒状细胞形态。山西大同高峰矿, 同组 2煤层, 透射光, 180×。 。腐泥组藻质体,光面皱球藻,辽河欢 16井,深1950米,泥岩,沙河街组二段。 ×870干酪根由 有机质转化而来 ,是一种高分子聚合物,没有固定的化学成分,主要由 C、 H、 、 五种元素中 C( 70, H( 3,O( 3, N(,S(。干酪根的成分及结构绿河叶岩干酪根结构图 化学元素组成表有机质种类组成(% ) 原油 沥青 干酪根元素C 84 83 79H 13 10 9S 2 4 5N 2O 3干酪根、沥青、原油化学元素组成表大量统计资料表明,在近代沉积中,干酪根占沉积有机质总量的 95%以上,在古代生油岩中占 70右。许多学者还用各种方法对地壳中干酪根总量进行了估算,其结果约为3×1015t,只要有 干酪根转化为石油,其全球石油储量就可达 3×1011t。烃类 沥青 干酪根现代沉积物 95 781 17500泥岩 500 600 20100碳酸岩盐 340 400 2100沉积有机质中各组分的平均含量 (mg/l)不溶于非极性有机溶剂的干酪根,是沉积有机质的主体,约占总有机质的 80亨特 (1979)认为 80石油烃是由干酪根转化而成;杜朗 (B. 1980)估计在沉积岩中,干酪根总量约比化石燃料资源总量大 1000倍,所以,人们日益认识到研究干酪根的重要性。干酪根的分类干酪根分类光学分类 化学分类透射光分类 反射光分类藻质体无定形草质体木质煤质腐泥组壳质组镜质组惰质组BⅢ型B 藻质和无定形组分 :均来源于海、湖水生 浮游生物 ,前者可识别出藻类形态,后者呈多孔状、非晶质、无结构、无定形的云雾状,没有清晰的轮廓; 草质组分 :由孢子、花粉、角质层、叶子表皮和植物细胞构造所组成,大部分 来源于陆地 ; 木质组分 :呈易辩认的长形木质构造的纤维状物质,来源于陆地 高等植物 ; 煤质组分 是陆地天然碳化的植物物质与 再沉积的碳化物质 。☆ 随着埋藏深度的加大,地温升高,上述组分的生油气潜能按 藻质 草质 → 木质 → 煤质 顺序依次减小。孢粉学家 ——透射光方法藻质体无定形草质组份生油潜力 :藻质 草质 → 木质 → 煤质腐泥组 :包括无定形体和藻质体,其中无定形体为絮状或团块状、薄膜状;壳质组 :呈暗灰色,富含氢,由孢子、角质、树脂、蜡组成,包括孢粉体、角质体、树脂体、木栓质体等;镜质组 :呈灰白色,富含氧,具镜煤 (征,由同泥炭成因有关的腐殖质组成,包括结构镜质体和无结构镜质体;惰质组 :呈黄白色,富含碳,包括碎质体、菌质体、丝质体、半丝质体,在碳化过程中,属不活泼成分。以上四组的反射率依次增大,生油潜能依次降低。煤岩学家 ——反射光方法腐泥组镜质组壳质组干酪根类型及其演化图解1974) 根据干酪根的元素分析结果,采用 H/C 和 O/C 原子比绘制相关图,即范氏图( ),将其主要分为三大类 。随着埋藏深度加大和温度升高(成熟作用增强),每种类型有机质都沿着一定轨迹演化。化学分类A: Ⅱ 型干酪根C: Ⅲ 型干酪根A: 含量高、氧含量低 , H/5, O/2 。以含类脂化合物为主, 直链烷烃 很多,但多环芳香烃及含氧官能团很少。来自 藻类 堆积物,或各种有机质被细菌强烈改造,留下原始物质的类脂化合物馏分和细菌的类脂化合物,腐泥型。生油气潜能大。B: Ⅱ 型干酪根原始氢含量较高 ,但稍低于 , O/3。属高度饱和的多环碳骨架,含 中等长度直链烷烃和环烷烃甚多 ,也含多环芳香烃及杂原子官能团。来源于浮游生物(以浮游植物为主 )和微生物的混合物。生油气潜能中等。C: Ⅲ 型干酪根原始氢含量低和氧含量高 , H/3,O/0, 以含多环芳香烃及含氧官能团为主, 饱和烃链很少,被联接在多环网格结构上来源于 陆地高等植物 ,含可鉴别的植物碎屑甚多,腐殖型,可被河流带入海、湖成三角洲或大陆边缘。热解时可给出 30%产物,与 Ⅰ 、 Ⅱ 型相比,对生油不利 ,但埋藏到足够深度时,可成为有利的生气来源。我国主要陆相含油气盆地泥质岩干酪根中, 以 Ⅱ 型为主 , 占 Ⅰ 、 Ⅲ 第二章 石油与天然气成因及生油层一 、油气成因概述二 、油气生成的原始物质三 、 有机质的演化与油气生成四、 烃源岩及评价沉积有机质在埋藏过程中,经微生物分解、化学水解及聚合作用形成腐植酸,再进一步聚合演化形成干酪根,成为生成石油、天然气的来源。随着埋藏深度增 大 , 只有当温度升高到一定数值时,干酪根才开始大量生烃,这个温度界限称为干酪根的 成熟温度 或 生油门限温度 。这个成熟温度所在的深度称为 成熟点 或 生油门限深度 。干酪根的类型不同,其生油门限有差别。三、 有机质的演化与油气生成在不同深度范围内,有机质所处的环境和动力因素不同,所发生的反应性质、形成的主要产物都有明显的区别,从而使有机质的演化、烃类的生成过程具有明显的阶段性。其划分方法有两种。油气形成的阶段性及特征方案一、根据有机质的成熟度划分有机质的成熟度: 在温度的作用下有机质的热演化程度。常用镜质体反射率 质体是有机质的一种显微组分,随着演化程度的增加其反射光的能力增强。根据有机质镜质体反射率的大小,可将有机质的演化划分为四个阶段: 未成熟阶段、成熟阶段、高成熟阶段、过成熟阶段 。方案二、根据油气生成机理和产物类型划分生物化学生气阶段、热降解生油气阶段、热裂解生凝析气阶段、 深部高温生气阶段环境: 原始有机质沉积开始到门限深度为止 ,深度范围从沉积界面到 1500 低温 10、 低压 、 微生物生物化学作用为主 。产物: 已形成的液态烃和重质气态烃 强烈裂解 ,变成热力学上最稳定的 甲烷 ;出现了全部沉积有机质热演化的最终产物 干气甲烷和碳沥青或石墨 。意义: 埋藏很深的生油岩,有机质演化程度高, 气藏 , 以产天然气和凝析油为主 。④ 深部高温生气阶段 —过成熟阶段以上是油气演化的 一般模式 。不同的沉积盆地,其沉降历史、地温历史及原始有机质类型的不同,有机质向油气转化的过程 不一定全都经历这四个阶段,每个阶段的深度和温度界限也略有差别。在地质发展史较复杂的沉积盆地,例如经历过数次升降作用,生油岩中的有机质可能由于埋藏较浅尚未成熟就遭遇抬升,直到再度沉降埋藏到相当深度后,方才达到了成熟温度,有机质 仍然可以生成 大量石油,即所谓“ 二次生油 ”。有机质演化和生烃主要是一个生物化学和化学作用的过程,其影响因素包括: 细菌、温度和时间、催化剂、放射性 等,温度和时间是主要的控制因素。① 温度和时间油气演化 过程中, 温度是最有效、最持久的作用因素 。 只有达到成熟温度或 门限温度 ,有机质才可以大量转化为石油。温度主要由地温梯度和埋藏深度所决定( 门限深度) 。 在反应过程中,温度与时间可以互为补偿,干酪根的反应速度与时间呈线性变化关系、与温度呈指数变化关系,高温短时作用与低温长时作用可以产生同样的效果。3、 有机质转化成烃的影响因素法国J 析了 成熟点的现时温度与地质年龄的关系。 生油层成熟点的地质年龄,10 6 a;T — 生油层成熟点的现时热力学温度,K。研究表明,不同含油气盆地的生油层,其门限温度不同。时代较老者的生油层,门限温度低些;时代较新的生油层,门限温度高些。 我国松辽盆地下白垩统 (距今约 1. 1×108a)生油层的门限温度为 5,而美国洛杉机盆地中上新统 (08a)生油层的门限温度高达115℃ 。② 细菌 按其生活习性细菌分为 喜氧细菌、厌氧细菌和 通性细菌 三类。 厌氧细菌 可以促使有机质向油气转化。在 缺乏游离氧 的还原条件下,细菌在油气生成过程中的作用实质是将有机质中的氧、硫、氮、磷等元素分离出来,使碳、氢(特别是氢)富集起来,使有机质向有利于生油的方向转化;也可以分解有机质形成甲烷。③ 催化作用与放射性物质在油气生成过程中,最普遍的催化剂是 粘土矿物 (高岭石、蒙脱石、绿泥石、水云母等)。它具有很强的吸附能力,可使有机质组分在粘土矿物颗粒表面富集,并按不同组分的吸附性能不断进行重新分布,降低了有机质的成熟温度。在粘土矿物中富集大量 放射性物质 ,可导致水分解产生大量游离氢,衰变产生能量,游离氢和能量将增加油气形成的产率和速率。这种聚合作用还会继续下去,直至形成各种气态和液态碳氢化合物。1、细菌和催化剂 在特定阶段作用显著,加速有机质降解生油、生气;2、放射性作用 可不断提供游离氢的来源 ;3、温度与时间 在油气生成全过程中都有着重要作用。所以,有机质向油气的转化,是在适宜的地质环境里,多种因素综合作用的结果,其中起决定作用的是 温度和时间 。第二章 石油与天然气成因及生油层一 、油气成因概述二 、油气生成的原始物质三 、 有机质的演化与油气生成四、 烃源岩及评价烃源岩 :富含有机质、在地质历史过程中生成并排出了或者正在生成和排出石油和天然气的岩石。 油源岩、气源岩由烃源岩组成的地层称为 烃源层 。烃岩层系 :在一定地质时期内,具相同岩性源岩评价: 根据大量地质和地球化学分析结果,在一个沉积盆地(或凹陷中),从剖面上确定烃岩层,在空间上确定有利的烃源区,为油气勘探提供科学依据。四、烃源岩及评价油气生成必须具备两个条件:① 有足够的有机质并能保存下来② 有足够的热量保证有机质转化为油气形成烃源岩的地质环境受到区域大地构造和岩相古地理等条件的制约 。(一 ) 烃源岩形成的地质环境Ⅰ 降速度与沉积速度相近或前者稍大时,才能持久保持还原环境 。 ( 1)若沉降速度远远超过沉积速度,水体急剧变深,生物死亡后,在下沉过程中易遭巨厚水体所含氧气的氧化破坏;( 2)反之,若沉降速度显著低于沉积速度,水体迅速变浅,乃至盆地上升为陆,沉积物暴露地表,有机质易受空气中的氧所氧化,也不利于有机质的堆积和保存。同沉积构造:① 利于有机质的生成和保存: 可以长期保持适于生物大量繁殖和有机质免遭氧化的有利水体深度,保证丰富的原始有机质沉积下来;② 利于油气生成和排驱: 可以造成沉积厚度大、埋藏深度大、地温梯度大,生、储层频繁相间广泛接触,有助于原始有机质迅速向油气转化并广泛排烃的优越环境。全球构造格局中沉积盆地的分布大陆板块内部 大 洋 板 块碰撞山带 大陆板块内部大西洋型张裂大陆边缘西太平洋型大陆边缘弧沟体系陆壳盆地大陆裂谷盆地弧后盆地弧前盆地深海沟开阔大洋盆地大洋中脊中谷盆地开阔大洋盆地残留大洋盆地陆内剪张盆地陆源沉积棱柱体周围盆地根据板块构造观点, 板块的边缘活动带、板块内部的裂谷、坳陷,以及造山带的前陆盆地、山间盆地 等大地构造单位,是地质历史上曾经发生长期持续下沉的区域,是地壳上油气资源分布的主要沉积盆地类型。在一个大型沉积盆地内,由于 断裂分割 或 沉降速度 的差异造成盆地许多 次级凸起与凹陷 ,使有机质就近沉降下来,有利于有机质的沉积和保存。海相环境:有利区域 — 浅海 、 三角洲 、 海湾 、 泻湖不利区域 ——滨海 、 深海区Ⅱ. 岩相古地理环境海相环境有利区域 — 浅海 、 三角洲 、 海湾 、 泻湖一般认为 浅海区及三角洲区 是最有利于油气生成的古地理区域 。在浅海大陆架范围内 , 水深一般不超过200米 , 水体较宁静 ,阳光 、 温度适宜 , 生物繁盛 , 尤其各种浮游生物异常发育 , 死亡后不需经过太厚的水体即可堆积下来 。 浅海:鱼、虾、蟹、贝、藻海相环境有利区域 — 浅海 、 三角洲 、 海湾 、 泻湖在三角洲发育部位 , 陆源有机质源源搬运而来 , 加上原地繁殖的海相生物 , 致使沉积物中的有机质含量特别高 , 是极为有利的生油区域 。海相环境◆ 有利区域 — 浅海、三角洲、 海湾、泻湖海湾及泻湖 因有半岛 、 群岛 、 沙堤或生物礁带与大海相隔 , 携带大量氧气的汹涌波涛难以侵入 , 新的氧气不易补给 , 在这种半闭塞无底流的环境中 ,也对保存有机质有利 。 辽东湾 、 渤海湾 、 莱州湾 、 海州湾 、 三门湾 、 罗源湾 、 钦州湾该区域 , 浮游生物很发育 。海湾波斯湾盆地的中、新生界,西西伯利亚的侏罗系、白垩系,墨西哥湾的中、新生界,以及我国四川盆地的志留系、二叠系、三叠系都属于浅海环境的产物。砂坝 称 障壁岛、堤岛、堡岛 ,泛指近海与海岸线延伸方向平行分布的一系列砂坝和砂岛。被砂坝从毗邻海域隔离出来、但仍与海洋沟通或有限沟通的浅水域称泻湖 。两者互相依存而构成 砂坝 ◆不利区域 —— 滨海、深海区滨海区 :海水进退频繁,浪潮作用强烈,不利于生物繁殖和有机质的堆积保存。深海区 :生物本来就少,死后下沉至海底需经历巨厚水体,易遭氧化破坏;加上离岸又远,陆源有机质需经长途搬运,早被淘汰氧化,都不利于有机质的堆积和保存。深海海滨陆相环境有利区域 — 深水 、 半深水湖泊不利环境 —— 浅水湖泊和沼泽区尤其在近海地带的深水湖盆更是最 有利的生油坳陷 ,因为近海区域地势低洼 、 沉降较快 , 是陆表水的汇集地带 , 容易长期积水而形成深水湖泊 , 保持安静的 还原环境 。 湖泊能够汇聚周围河流带来的大量 陆源有机质 , 同时提供水生生物的繁殖发育条件 。 有机质丰富 。地理环境分析抚仙湖浅水湖泊和沼泽区 在浅水湖泊和沼泽区,水体动荡,大气中的氧易于进入水体, 不利于有机质的保存 ;这里的生物以高等植物为主,有机质多属 Ⅲ 型干酪根 。一般认为, Ⅲ 型干酪根生油潜能差,多适于造煤和生成煤系气、沼气,为天然气的生源。不过,近年来油气勘探表明,煤系地层有机质不仅可以生气,而且其中某些显微组分也可以生油, 如澳大利亚的吉普斯兰盆地、加拿大的斯科舍盆地、我国的吐哈盆地都在煤系地层找到了石油 。古地理环境 海相环境、陆相环境古气候 对沉积有机质向油气的转化也有一定的影响,它直接影响着生物的发育与繁殖。一般来说, 温暖、潮湿 的古气候条件有利于生物的繁殖与发育,对油气的生成是有利的 。大地构造条件生油层的地质研究包括 生油层的岩性 、 岩相及厚度研究 。 生油岩一般为粒细 、 色暗 、 富含有机质和微体生物化石 、 常含原生分散状黄铁矿 、 偶见原生油苗 。1.粘土岩类生油层 :主要包括 泥岩 、页岩、粘土 等,是在一定深度的稳定水体中形成的。我国主要陆相盆地如松辽、渤海湾、准噶尔、柴达木等含油气盆地,主要生油层多为灰黑、深灰、灰及灰绿色泥岩、页岩。(二)烃源岩的地质研究粘土岩类生油层2.碳酸盐岩类生油层 : 以低能环境下形成的富含有机质的 石灰岩、生物灰岩和 泥灰岩 为主,含黄铁矿及生物化石;偶见原生油苗,有时锤击可闻沥青臭味。我国四川盆地丰富的天然气资源部分与二叠系和三叠系的石灰岩有关;华南、塔里木地台广泛发育的古生界碳酸盐岩和华北地台中、上元古界、下古生界的许多碳酸盐岩都具备良好的生油条件。波斯湾盆地的上侏罗统阿拉伯组和第三系阿斯马利石灰岩都具有重要的碳酸盐岩生油层。塔里木盆地生物灰岩照片作为有效生油岩首先必须具备:1、足够数量的有机质2、良好的有机质类型3、具一定的有机质热演化史生油岩地球化学研究步骤:1、测定岩石中可溶有机质和不溶有机质的含量2、确定干酪根的类型以及可溶抽提物的化学组成3、根据光性和物理化学性质来分析有机质的演化阶段。(三)烃源岩的地球化学研究1.有机质的丰度通常用有机质的丰度来代表岩石中有机质的相对含量,衡量和评价岩石的生烃能力。国内外普遍采用的有机质丰度指标:总有机碳含量 (石热解参数 (生烃潜量, 2)氯仿沥青 “ A”总烃 (量等总有机碳含量 ( 即单位质量岩石中有机碳的质量百分数。 这部分有机碳实际上只代表岩石中残存下来的有机碳,故又称之为 剩余有机碳。岩石热解参数 (生烃潜量, 2): 常用产烃潜量 1+。氯仿沥青 “ A” 含量 :岩石中用氯仿可抽提的有机质的含量,用占岩石的质量百分数表示。总烃 (量 : 氯仿沥青 “A”中饱和烃和芳香烃组份含量的总和。 ÑÒ Ê¯ Àà ÐÍ Éú ÓÍ ÑÒ ¼¶ ±ð Äà ÖÊ ÑÒ Ì¼ Ëá ÑÎ ÑÒ ²î 8. 0 1. 00 ¡« 2. 00 有机碳含量划分泥质岩和碳酸盐岩生油岩级别(陈建平等, 1996)²» ͬ ¼¶ ±ð Éú ÓÍ ÑÒ ×Ü Ìþ º¬ Á¿ ÆÀ ¼Û ±ê ×¼ £¨ 10- 6£© Éú ÓÍ ÑÒ ¼¶ ±ð ×÷ Õß ºÜ ²î ²î Á¼ ºÃ ºÃ ºÜ ºÃ ·Æ Àû Ƥ 0 ¡« 50 50 ¡« 1 50 1 50 ¡« 5 00 5 00 ¡« 15 00 15 00 ¡« 50 00 Äá ¿Ë ËÉ 10 00 ±´ ¿Ë 5 00 ÃÀ ¹ú ´ó ½ ʯ ÓÍ ¹« ˾ 3 50 2. 有机质的类型 干酪根类型 不同,向油气转化的成烃模式和产物就不同。因此, 有机质类型研究主要任务就是确定干酪根的类型。确定 干酪根的类型 , 比较常用的方法有: 光学显微镜法 、 热解法 、 元素分析法 等 。干酪根的显微组成干酪根元素组成以及岩石热解参数生油岩中可抽提物 ( 饱和烃 、 芳香烃 、 非烃和沥青质 ) 的相对含量 。 对划分有机质类型也有参考意义 , 尤其是低熟生油岩 , 其应用效果较好 。甾烷化合物和异戊间二烯型烷烃组成特征也能反映有机母质的性质 。表示沉积有机质向油气转化的热演化程度 。目前评价有机质成熟度方法有:1) 镜质体反射 率 微光度计测定2) 粉和干酪根颜色 显微镜4)岩石热解参数及其相互关系5)生油岩可溶有机质的演化特征 正烷烃分布特征、奇偶优势比、甾、萜烷异构化比值确定成熟度油源对比: 包括油(气)与源岩之间、不同油层中油气之间的对比。目的: 追踪油气层中油气的来源,进一步圈定可靠的油源区,确定勘探目标。依据: 油藏中的油气与烃源岩中的油气或有机质有亲缘关系,在化学组成上也必然存在某种程度的相似性。油气源对比条件:( 1) 运移过程中,没有或很少有来自不同生油层的油气混杂;( 2) 分布在岩石与原油中的特征化合物,性质稳定,在运移和热变质等次生过程中很少或几乎无损失。目前的主要方法:烷烃分布特征生物标志物组成特征稳定碳同位素正 构 烷 烃 分 布 特 征正构烷烃的组成和分布特征受母质类型 、 有机质演化程度等多种因素的影响 ,一般认为 , 如果原油与生油岩有亲缘关系 , 那么它们 的 正 构 烷 烃 分 布 特 征( 气相色谱指纹 ) 应具有相似性 。1、烷烃分布特征正构烷烃 在多数原油中具有很高的浓度,它们控制着相应的 气相色谱 的总面貌, 但受生物降解作用、成熟作用和运移作用等次生变化的影响也较大,给对比带来困难。异戊间二烯型烷烃 在本世纪六十年代以来,在原油和沉积物中陆续发现了 C 9~中 姥鲛烷、植烷最丰富且最稳定 。它们几乎在每个原油与生油岩抽提物中都出现,运移作用又不会改变其相对含量,甚至在寒武纪和更早时期都存在,所以是研究原油与生油岩之间的关系,追踪石油运移途径的良好对比标志,国外称之为 “ 指纹化石 ” 。 钒 和 镍 ,V/V/ 比值越小 , 可能由于 甾 、 萜化合物 ) 特征甾烷为四环、五环环烷烃,用质谱 — 色谱联用仪测定。甾、萜烷烃的相对含量和立体构型特征主要受有机质母源输入条件、沉积环境和有机质热演化程度的共同控制。 对于有亲缘关系的生油岩与原油,其中甾烷、萜烷的相对含量、组合特征应该是相似的。塔中 石油的同位素组成取决于原始有机质性质、生成环境和演化程度。不同成因的石油同位素组成有较大差异。前苏联提曼 — 伯朝拉盆地三个原油的稳定碳同位素类型曲线,其形态和变化趋势是一致的,表明它们具有相关性。第二章 石油与天然气成因及生油层一 、油气成因概述二 、油气生成的原始物质三 、 有机质的演化与油气生成四、 烃源岩及评价思考题1、油气无机成因理论的主要学说观点有哪些?近年来有何进展?油气有机成因理论的主要学说观点是什么?近年来有何进展?2、生成油气的原始有机物质主要有哪些?3、何谓干酪根?干酪根化学组成有何特点?通常可将其分成几类?不同类型的干酪根的演化特征有何异同点?4、试述有利于油气生成的大地构造条件和岩相古地理、古气候环境。5、温度和时间如何影响有机物质向油气转化? 、有机物质向油气转化过程可以分成哪几个阶段?各阶段有何特征?7、何谓生油门限及生油窗?8、何谓低熟油?低熟油气的成因机理有哪些?9、试比较分析天然气生成条件与石油的异同。10、试总结不同成因类型天然气的判识标志。11、 通常从哪几个方面来评价生油岩质量的好坏?常用的有机质丰度、类型和成熟度的地球化学指标分别有哪些?12、 何谓油源对比?油源对比的目的是什么?其基本原理是什么?目前常用的油源对比的主要方法有哪几类?
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本文标题:3第二章--油气生成
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