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《石油地质学》油气生成与烃源岩改

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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石油的成因是一个极为复杂的课题,至今还存在一些争论。这主要原因是:1.物态上 : 石油与天然气是流体。经过一定距离运移而聚集起来的。 因此油气产地(油气藏) ≠生成地2.化学组成上: 组份很复杂,且在运移过程中或其它条件的改变,其成份也在发生变化,其现今的组成并不代表其原貌。原始母质- >油气?3.涉及学科多: 由于分离及鉴定手段的限制,目前对石油组份的了解尚不充分。石油的 成因问题 , 关系到油气的勘探方向 ,所以,多年来,它一直吸引着许多国家地质学家、生物化学家和地球化学家。第一节:油气成因理论发展概况一、石油成因有争议的原因第二章 现代油气成因理 论二、油气成因分两大学派无机论 : 无机物( C, 油气有机论: 生物有机质-油气早期说 (浅成说):浅层、成岩早期、生物化学作用晚期说 (深成说): 一定热力 + 催化剂作用从十八世纪七十年代以来,对油气成因的认识基本上分为无机成油和有机成油学说两大学派。第二章 现代油气成因理论1、 碳化说: 1876年俄国化学家门捷列夫:石油是地下深处的金属碳化物与下渗的水相互作用所生成。生成的石油蒸气在冲向地壳的过程中冷凝形成油气藏。3 3宇宙说: 1889年俄国索柯洛夫:碳氢化合物是宇宙所固有的,在地球处于熔融阶段时即已存在于气圈之中了,以后地球冷却被吸附凝结在地壳上部形成油气藏。(一)无机成因说第二章 现代油气成因理论3、岩浆说 : 苏联库德梁采夫 (1949,10),在纪念宇宙说六十周年时突然由有机说的观点转变为无机说,认为地球深处的岩浆中,含有 C、 H,还有 O、 N、 6000℃ —12000℃ 下, C、 到 3000—4000℃ 可形成 次甲基 ,随着温度降低,可形成甲基,最后形成 甲烷 , 甲炔基可聚合形成各种烃 ,在温度、压力适合时 形成石油 。其证据是: 岩浆岩、变质岩中相继发现油气藏,基性岩浆发现了天然气。第二章 现代油气成因理论(二)有机成因说1、十八世纪中叶,罗蒙诺夫提出“石油是煤在地下高温蒸馏的产物 —— 蒸馏说2、二十世纪初,发现 石油中有卟啉化合物 ,石油有旋光性 —— 有机说盛行“植物说”、“动物说”、混合说、脂肪说、碳水化合物说、蛋白质说3、“ 混成说 ” ( 1932年古勃金):含有各种类型的 分散有机质 的淤泥,在 成岩早期产生分散状态的石油 ,在 压实过程中和水一起进入储层 ,形成油气藏。—— 早期有机成因说第二章 现代油气成因理论4、早期有机论 ( 1952— 1954):石油是有机质在沉积(埋藏成岩)早期生成的,是许多 海相生物遗传下来的天然烃的混合物。5、 晚期成油说 ( 1963):石油是由沉积岩中占有机质70-90%的不溶部分( 干酪根 )经过一定的埋藏演化,在成岩作用晚期,经热解产生的。 —— 干酪根热解成油说6、 液态窗 ( 1973):液态烃分布规律,地温间,高于此温度大部分为凝析气田、气田、干气田;低于此温度则为生物成因气。液态烃存在的温度范围称为 液态窗 。表明石油的分布于温度有关,存在于一定深度范围,并不在地表,从而支持了晚期有机说。第二章 现代油气成因理论绝大多数石油地质工作者相信:有机成因是油气形成的主要机理。其主要证据为:1.世界上已发现的油气田 分布在沉积岩中 ,只有极少数石油分布在岩浆岩和变质岩中,且这少数石油也被证明是从沉积岩中运移而来的,而与沉积岩无关的地盾和巨大的结晶岩突起发育区,至今未找到油气聚集。2.石油在 地层时代 的分布上 与煤、油页岩及有机质的分布状况相吻合的 ,表明它们在成因上是有联系的。3.虽然世界上的石油没有成份完全相同的,但所有 石油的元素组成和化合物组成是相近的或相似的 ,说明它们的成因可能大致相同。第二章 现代油气成因理论4.大量油田测试结果可知,油层温度很少超过 100℃ ,有些深部油层温度可以高达 141℃ ,而当 50℃ 时,烃类就会发生急剧而彻底的裂解,生成石墨及 明石油不可能在高温下形成。5.从目前发现的油气藏分析看,石油生成、聚集成藏不需很长的时间,大约需不到一百万年。6.石油中含的 卟啉化合物,异戊间二烯型化合物,甾醇类,石油的旋光性 都证明石油是在 低温 下,由生物有机质生成的。第二章 现代油气成因理论7.石油地质工作者对 近代沉积的研究 成果表明,在近代沉积中确实存在着油气生成过程 ,且至今还在进行着,生成的数量也很可观。并且,在 实验条件下,用有机质进行地下条件模拟,转化出了烃类 ,这为有机成因学说提供了有力的科学依据。以上重要事实的存在,大大促进了石油有机生成理论的发展。特别是近代物理、化学、生物、地质学等基础理论的发展,及色谱、光谱、质谱、电子显微镜、同位素分析等先进技术手段的广泛采用,为应用有机地球化学知识来解决油气成因问题创造了条件,推动了石油生成现代科学理论的日臻完善。第二章 现代油气成因理论石油有机成油理论晚期成油理论 广泛为国际石油界所接受,同时 “ 未熟 —低熟 ”油 ( 早期成油) 不断被发现 ,早期成油说和晚期成油说也结合起来,形成一个统一的油气演化过程 —— 石油有机成油理论 。近来, 石油有机成油理论 的 又一进展是煤成烃理论 的发展与完善。二十世纪六十年代以来,在世界各地相继发现了一批与中、新生代煤系地层有关的油气田。这表明煤系地层不仅是天然气的主要来源,而且也能形成相当数量的石油聚集和大油田。到了二十世纪八十年代,人们通过有机岩石学与地球化学相结合的方法和实验模拟对煤成油问题进行了深入的理论探讨,提出了煤系地层有机质生烃机理和演化模式。 这就更拓宽了油气勘探领域 。第二章 现代油气成因理论油气有机成因发展中值得指出的是:1、在油气勘探初期,石油大部分被发现于海相地层中,使得不少石油地质家认为 只有海相沉积才能生成油气 ,特别是在我国清末、民初,国外在中国陆相盆地进行油气勘探的失败,使得 “ 唯海相生油论 ” 猖獗一时。对此,以潘钟祥为代表的我国老一辈地质学家,通过对陕西、四川等地进行详尽的油气地研究,于 1941年提出了 陆相也能生油的理论 ,有力地驳斥了中国贫油论,极大地丰富了石油理论。2、在油气生成理论方面贡献比较大的是法国著明地球化学家 B·P·他在前人研究的基础上提出了 干酪根热降解生烃演化模式,提出并完善了干酪根晚期生烃学说,揭示了油气生成、演化与分布的规律。第二章 现代油气成因理论尽管目前 油气有机成因理论日臻完善,并在油气勘探实践中发挥了重要作用,但并不能由此否定油气无机成因理论的科学价值 ,特别是近年来 无机学派也提出了一些证据:1、实验表明,无机物可合成烃CH)n+费-托反应2、火山喷出的气体和熔岩流中含有烃类。3、许多天体上存在有烃类(甚至有植烷、姥鲛烷、卟啉、旋光性)4、石油的旋光性可由非旋光性物质合成。石油中卟啉也可由无机合成,况且,这些成份还可从石油运移中从外界攫取。5、生命起源于烃类,远在生物存在前,石油就已存在。第二章 现代油气成因理论6、石油的分布常受断达上地幔的深大断裂控制。断裂是烃类向上运移的最好途径。7、有机说难以解释储量巨大的石油聚集。如加瓦尔油田的石油储量有 107× 109 t,加拿大西部沥青砂岩中的重质油石油储量竟达一千亿吨,可是其沉积岩的有机质含量低,烃含量更低,无法满足诺大储量的需求。8、有机质生油研究中使用溶剂抽提出来的烃类是干酪根破坏产物,抽提前不存在。9、有机质方案中的生油门限温度,石油析出机制,石油聚集发生时间等方面,也都有不合逻辑之处。第二章 现代油气成因理论尤其是近 20多年来,一些 无机成因天然气的发现 ,为 无机成烃理论提供了依据 , 新理论和新手段的发展也为无机成油理论研究奠定了基础 。由于有机成油理论已经成熟,而无机成油理论尚处在探讨中,故本章介绍 油气有机成因理论 。第二章 现代油气成因理论原始物质的形成原始物质的来源二生油母质 ——干酪根一三第二节 生成油气的物质基础第二章 现代油气成因理论一 、 原始物质的来源1. 生物种类来源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 。2. 生化体有机组分对沉积有机质来源提供最多的生化组成是 :类脂化合物 、 蛋白质 、 碳水化合物 和木质素第二章 现代油气成因理论天然有机质与石油平均元素组成类脂物质的特征是抗腐力较强,能在各种地质条件下保存起来 。其元素组成和分子结构最接近于石油烃,是生成油气的主要原始物质。第二章 现代油气成因理论原始物质的形成原始物质的来源二生油母质 ——干酪根一三§ 1 生成油气的物质基础第二章 现代油气成因理论二 、 原始物质的形成沉积有机质: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 。1 、 形成:分解 (化学、细菌 ) 小分子水溶散失生物 死亡 吞食保存于沉积物中(只占 右)第二章 现代油气成因理论2、沉积有机质来源:( 1) 原地有机质: 主要来源的于盆地自身。(2)异地有机质: 经河流、风等携入盆地。(3)再沉积有机质: 已有的有机质由于岩石风化等因素再次沉积。第二章 现代油气成因理论3、沉积有机质分布和影响因素(1) 分布:总量大,分布很不均衡。不同岩性分布不均,不同时代分布不均。总趋势:地层越老,保存的沉积有机质越少。(2) 影响因素: 沉积物中富含有机质的环境条件是:生物产率高,有机质来源充足。低能静水还原环境,有机质分解少,保存条件好。沉积物沉积速率大,粒度细。——浅海、半深湖、深湖,前三角洲 。第二章 现代油气成因理论4、沉积有机质演变过程第二章 现代油气成因理论5、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。第二章 现代油气成因理论原始物质的形成原始物质的来源二生油母质 ——干酪根一三§ 1 生成油气的物质基础第二章 现代油气成因理论三 、 生油母质 ——干酪根 (指 沉积岩中不溶于碱 、 非氧化的酸( 和非极性有机溶剂 ( 笨 、酒精 ) 的分散有机质 ( 1979年 , 亨特 ) 。沉积有机质包括:有机溶剂可抽提的沥青;不溶于有机溶剂的干酪根 。干酪根是有机碳的最重要形式 。 它比煤和储集层中石油含量之和还要多上千倍 , 比非储集层中沥青和其它分散的石油多 50倍 。 在古代沉积岩中 , 有机质的80~ 99%是干酪根 。第二章 现代油气成因理论干酪根的形成有以下三种途径 (大石渡良志 ,1976) :(1) 不饱和化合物 中间产物 干酪根(2) 碳水化合物、蛋白质 腐殖酸 干酪根(3) 脂肪、碳水化合物、蛋白质 腐殖酸干酪根(氧化 聚合) (聚合)(聚合) (聚合)微生物作用 (聚合)第二章 是 复杂的有机高分子聚合物 。 在沉积岩中干酪根呈细微 分散状态 , 有时以 局部富集的纹层 存在于泥岩中 。第二章 为主 。 一般分布范围是 C: 70~ 90%, H: 3~ 10%, O: 3~19%, N: 4 %, S: 5%( 据 984) 。 干酪根的元素组成跨有很大范围 , 它的化学成分和结构会因 原始物质的类型 和 演化程度 而变化 。第二章 现代油气成因理论5 、 干酪根 结构 : 干酪根是一个由很多 “ 桥键 ” 交连的 “ 核 ” 组成 , 在核和桥上带有各种官能团 , 类脂化合物可被聚集在核间的空隙中成为立体大分子 。第二章 现代油气成因理论6 型(1)化学分类1974) 根据干酪根的元素分析采用 H/C 和 O/即 范 氏 图 ( ) , 将其主要分为三大类 。第二章 现代油气成因理论Ⅰ 型干酪根: 称腐泥型 , 富含脂肪族结构 , 直链烷烃多 , 多环芳烃 及含氧官能团很少 类、细菌类等低等生物 H/ 低 : 生烃潜力为 二章 现代油气成因理论Ⅱ 型干酪根: 属高度饱和的多环碳骨架 , 含中等长度直链烷烃和环烷烃很多 , 也含多环芳香烃及杂原子官能团 。来源 :浮游生物(以浮游植物为主)和微生物组成的混合有机质。H/C 较高,约 ,约 油潜能中等:生烃潜力为 二章 现代油气成因理论Ⅲ 型干酪根: 称腐殖型 。 以含多环芳烃及含氧官能团为主 , 饱和烃链很少 。来源:陆地高等植物H/C 低,通常 C > 外 2920/1600 δ 13C(‰ ) > 475 /第二章 现代油气成因理论0 00 01 0H/CⅡⅢ1Ⅲ 2Ⅰ 2Ⅰ 1孙虎沙三段孙虎沙四段孙虎孔二段前磨头沙三段第二章 现代油气成因理论( 2)光学分类方法:类型 来源 结构藻质 海、湖水浮游生物 藻类形态无定形 多孔状、无结构、非晶型、无定形的云雾状,没有清晰的轮廓草质 大部分来源于陆地:组分由孢子、花粉、角质层、叶子表皮和植物细胞构造所组成木质 陆地高等植物 呈易辩认的长形木质构造的纤维状物质煤质 天然碳化的植物物质和再沉积的碳化物质生油气潜能按藻质 →无定形 →草质 →木质 →煤的顺序依次减少。a、孢粉学分类 :方法:用盐酸和氢氟酸除去无机矿物质后,将有机质残渣放在显微镜 透射光 下观测 岩学家分类:方法:在显微镜下放大 25~50倍的油浸物镜,在反射光下 观测煤或干酪根的显微组分,第二章 现代油气成因理论目前还比较流行用岩石热解参数划分干酪根类型,用生油岩评价仪测定生油岩中的游离烃( 热解烃( 最大热解峰温( 用这些参数直接或间接划分有机质类型。较常用的是氢指数 O,产率指数 中2/有机碳含量,3/有机碳含量(3)岩石热解参数分类211第二章 现代油气成因理论第三节 油气生成的地质环境与物理化学条件两大要素 :生物有机质的存在及其数量的多少,是油气生成的内在物质基础;要生成大量的油气还要靠外部条件。这主要是指地质环境和物化条件。一、油气生成的地质环境有利于有机质堆积、保存、转化的地质环境必须要有:1、长期稳定下沉( V 沉降)的大地构造背景2、足够数量和一定质量的原始有机质3、低能、还原性岩相古地理环境(浅海封闭环境,半深 ——深湖、前三角洲)4、适当的受热和埋藏史第二章 现代油气成因理论(一)大地构造环境三种构造环境:过补偿 水体变浅欠补偿 水体变深补偿 保持一定水体深度第二章 现代油气成因理论为了确保有机质不断堆积、长期处于还原环境,并提供足够的热能供有机质热解需要,地壳必须有一个长期持续下沉,以及沉积物得到相应补偿的构造环境。只有盆地的下降速度与沉积速度大致相当时有机质才有可能大量堆积和保存,才有利于有机质转化为油气。第二章 现代油气成因理论这种大地构造环境主要分布在:板块的边缘活动带板块内部的裂谷、坳陷造山带的前陆盆地、山间盆地 。第二章 现代油气成因理论(二)岩相古地理环境海相环境:滨海浅海大陆架大陆坡深海平原阳光、温度适宜,生物繁盛,并接受河流搬运来的大量陆源有机质,有机质异常丰富的聚集。有机质的大量存在,消耗水中的氧,形成还原环境,保证了剩余有机质和新补充的有机质免受分解破坏。大陆架上的泻湖、海湾以及闭塞的深海盆地等也是良好的低能还原环境,既有利于有机质的堆积,又有利于有机质的保存,是良好的生油区。第二章 现代油气成因理论陆相环境:滨湖 —沼泽区浅湖区半深湖区深湖水体较深,水体表层处于动荡回流状态,其底部水流停滞,由于水底有机质的分解,氧气又得不到及时补充,便形成稳定的还原环境,是有利的生油区。第二章 现代油气成因理论( 一 ) 温度 和时间化学动力学定律的一级反应方程:速度常数 :为活化能 , 与键强度成正比 , 同温下 , 反应越慢;只有超过 才能反应 , 相应的温度为门限温度 , 与有机质类型有关 。T:为绝对温度 , 决定其活化分子数和碰撞几率 , 同活化能条件下 , 温度增高 , 速度增加 。A:为频率因子 。R:气体常数 。第二章 现代油气成因理论二、油气生成的理化条件一级反应方程积分:阿氏方程取对数:上式代入下式整理得:反应时间的对数与反应温度成反比 , 表明反应温度和时间可互补 。第二章 现代油气成因理论(二) 细菌活动特点分布广,浅层。喜氧 、 厌氧 、 通性细菌。厌氧细菌在还原条件下,可将有机质中的 O、 S、 N、 碳、氢,特别是氢富集起来,产生 机酚和其它碳氢化合物 。主要发生在 沉积末期至成岩早期 。1、作为养料,被微生物菌解、氧化 ——、细菌作用 ——生物成因气 )3、聚合、缩合 ——干酪根、少量油(三)催化作用催化作用在于催化剂与分散有机质作用,使后者的原始结构破坏,促使分子重新分布,形成结构稳定的烃类。 主要发生在中浅层 〈 125℃催化剂主要有:无机盐类和有机酵母无机盐类催化剂 :分布粘土矿物中,蒙脱石粘土催化能力最强,高岭石粘土最弱。作用:可以使酒精和酮脱去水或使脂肪酸去羧基,都可以产生类似石油的物质。 成岩中晚期。有机酵母催化剂: 能加速有机质的分解。当有酵母存在时,有机质的分解比在细菌活动时还要快很多。但不耐高温。 成岩早期第二章 现代油气成因理论(四)放射性(非主要因素)放射性作用可能是促使有机质向油气转化的能源之一。主要放射性元素有铀、钍和钾。在砂岩和砾岩中的重矿物组份中,这些放射性元素含量高;钾 和钍在页岩、粘土岩、泥灰岩及其它含大量胶体团块的岩石中含量最大。索可夫认为,放射元素释放出的 α射线可以产生氢和氧22, →4烷在 α射线轰击下发生聚合作用产生长链烃类。(五)压力一般认为,高压对于裂解反应是不利的,它可以阻止液态烃裂解为气态烃。如华盛顿油田、巴尔湖油田地层温度均超过200℃ ,仍为油藏。可见压力对油气的形成及转化可以起到某些作用。第二章 现代油气成因理论从以上化学定律的原理可以得出:① 有机质在反应过程中 , 温度起决定作用 ,时间有补偿作用;② 时间的补偿是有限的 , 温度所产生的热量应超过活化能 E。③ 压力大阻碍有机质转化 , 但影响不大 。第二章 现代油气成因理论有机质的演化过程和 有机质成烃模式二 生油理论的新进展一第四节 有机质演化与成烃模式第二章 现代油气成因理论一 )沉积有机质的成烃演化热模拟实验中 Ⅱ 型干酪根元素组成的变化 (据 1974)埋藏过程中 Ⅱ 型干酪根元素组成的演化 (据 984)1. , H/O↓, O/C↓,元素向富 演化过程可分为三个阶段:a、 O/(杂原子链破裂) →b、 H/C↓快,( 裂 →石油、湿气。c、 O/C、 H/ →天然气( 次石墨2. 氯仿沥青“ A”和总烃的演化第二章 现代油气成因理论3. 沉积有机质:可溶有机质与干酪根演化第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论二 )生物有机质随沉积物沉积后,随埋深加大,地温不断升高,在还原条件下,有机质逐步向油气转化。由于在不同深度范围内,各种能源显示不同的作用效果,致使有机质的转化反应性质及主要产物都有明显区别,表明有机质向油气的转化具明显的阶段性。第二章 现代油气成因理论1. 油气生成的阶段性及特征门限温度: 随着埋藏深度的增加,当温度升高到一定的数值,有机质才开始大量转化为石油,这个温度界限称为门限温度。门限深度: 与门限温度相对应的深度称为门限深度。第二章 、生物化学生气阶段B、热催化生油气阶段C、热裂解生凝析气阶段D、深部高温生气阶段第二章 现代油气成因理论1). 生物化学生气阶段 A——成岩作用阶段深度0~ 1500米, 2500m,温度: 60℃ ~ 180℃有机质转化最活跃的因素是 热催化作用 :粘土矿物作为催化剂,对有机质的吸附能力加大,加快了有机质向石油转化的速度,降低有机质成熟的温度。热催化作用结果:长链烃类裂解成小分子烃烯烃含量相对减少,异构烷烃、环烷烃、芳香烃含量相对增多其中蒙脱石对干酪根热解烃组成和产率的影响最大,伊利石、高岭石的影响较弱。第二章 现代油气成因理论热催化作用使 干酪根热降解:杂原子( O、 H、 S)键破裂产生 时获得大量低分子液态烃和气烃, 是主要生油时期 。 国外称为“ 生油窗 ”或“ 液态窗口 ” 。有机质进入油气大量生成的最低的温度界限,称为 生烃门限 或 成熟门限 ,所对应的深度称为 门限深度 。干酪根 热力催化剂进入生油门限大量石油 油伴生气:湿气残余干酪根: H/C↓, O/C↓第二章 现代油气成因理论产生的烃类 : 正烷烃碳原子数及分子量递减,奇数碳优势消失;环烷烃及芳香烃碳原子数递减,多环及多芳核化合物显著减少。需要指出的是: 有机质成熟的早晚跟有机质的类型有关,相同条件下, 树脂体和高含硫的海相有机质成熟早 , 腐殖质成熟晚,且以生气为主。第二章 现代油气成因理论3). 热裂解生凝析气阶段H: >3500~4000m, T: 180℃ ~250℃ 。有机质特征: 高温下,剩余的干酪根和已经形成的重烃继续热裂解 。主要产物及特征: 大量 C—液态烃急剧减少, 温度超过了烃类物质的临界温度,在 地下呈气态 ,采到地上反凝结为 液态轻质油,并伴有湿气 ,这是进入了高成熟期。第二章 现代油气成因理论4). 深部高温生气阶段H>6000~7000m, T>250 ℃有机质特征: 石油潜力枯竭,残余的少量烷基链, 已经形成的轻质液态烃 和重质气态烃 在高温下继续裂解形成大量的热力学上的最稳定的 甲烷 。 干酪根的结构进一步缩聚形成富碳的残余物质 ——碳沥青或石墨 。主要产物及特征: 热裂解甲烷。第二章 现代油气成因理论 有机质成烃演化与油气生成各阶段特征 成岩阶段 油气生成阶段 温度、压力 有机质变化特征 主要产物 烃的特征 煤阶 成岩作用阶段(小于 1500 米 生物化学生气阶段(未成熟) 低温、低压 (小于 50 ~60o) 生物化学作用为主,以消耗含氧的杂原子化合物为主,有机质没有大量转化为烃类, O/C 大大降低。 生物成因气 缺少 C 3 ~ C 14 ,特别是C 4 ~ C 8 ; 芳烃为双环、三环以上; 正烷烃具奇数碳优势。 ≤ 0 . 5 % 泥煤~褐煤 热催化生油气阶段 1 5 0 0 ~40 00 米(成熟阶段) 60 ~ 180H/C 大大降低。 大量液态烃 少量气 正烷烃碳数递减,奇数碳优势不明显; 环烷烃、芳烃碳原子数也递减; 环数减少。 0 . 5~1 . 3 % 长烟煤 ~焦煤 深成作用阶段( 1500 ~6 000 米) 热裂解生凝析气阶段 40 00 ~6 0 0 0 米(高熟阶段) 1 8 0 ~ 2 5 0量 C - C 键裂解,环烷烃开环、破裂。 液 态 烃 大 量减少, C 2 ~ C 8大大增加;生成 凝 析 油 并伴生湿气。 低分子正烷烃大大增加; 少量低碳原子数的环烷烃、芳烃。 1 . 3 ~2 . 0 % 焦煤~瘦煤 变质作用阶段( 6000 ~7 0 0 0 米) 深部高温生气阶段(过成熟阶段) 高温、高压 > 250 干酪根进一步聚合,向碳质沥青和石墨转化。 干气甲烷 碳 沥 青 或 石墨 > 2 . 0 % 贫煤、半无烟煤、无烟煤 第二章 现代油气成因理论对 不同的沉积盆地 而言,由于其沉降历史、地温历史及原始有机质类型的不同,可能只进入了前二或三个阶段,并且每个 阶段的深度和温度界限也可能略有差别 。在一些地质发展演化史较复杂的盆地,由于某种原因历经多次大的构造运动,生油岩中的有机质可能由于在埋藏较浅尚未成熟就被抬升,后来再度沉降埋藏到相当深度后,方达到成熟温度,有机质可以大量生石油,即所谓 “二次生油”。 此外,由于源岩有机显微组成的非均质性,不同显微组成的化学成分和结构的差别,决定了有机质不可能有完全统一的生烃界线,不同演化阶段可能存在不同的生烃机制。第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论二、有机成油理论的新进展(一) 未 —低熟油的成因机理1、 未 —低熟油: 系指 非干酪根 晚期热降解成因的各种低温早熟的非常规油气。包括在生物甲烷生烃高峰后,在埋藏升温达到干酪根晚期热降解大量生油之前( ,经由不同生烃机制的低温生物化学或低温化学反应生成并释放出来的液态和气态烃。低熟油生烃高峰对应的源岩镜质组反射率 相当于干酪根生烃模式的未熟和低熟阶段。第二章 现代油气成因理论二十世纪七十年代以来,许多国家和地区相继发现了低熟油气。我国东部渤海海湾、泌阳、江汉、百色、松辽、苏北、柴达木、准噶尔等盆地均发现了低熟油气资源。2、其主要成油环境及成油机理★ 强还原咸化环境藻类成烃★ 盐湖相沉积有机质在低温条件下转化成烃★ 含煤岩系特殊的富氢显微组分早期成烃内因:有机质类型外因:局部咸化环境、较高的地温梯度第二章 现代油气成因理论1.树脂体早期生烃2.木栓质体早期生烃3.细菌改造陆源有机质早期生烃4.高等植物蜡质早期生烃5.藻类类脂物早期生烃其中以 王铁冠 等人的研究结果最具代表性。他们通过研究,提出了六种不同有机质类型的生烃机理。6.富硫大分子有机质早期降解生烃第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论二 )煤成烃:煤系地层的有机质在不同的演化阶段,其富氢组分所生成的气态和液态烃类。两种演化途径:向煤演化称为煤化作用,向生液烃方向演化,称为沥青化作用。沥青化作用结果是产生石油和天然气,另一方面是固体残余物进行芳构化和缩聚作用。煤成烃特点:一般具有饱和烃含量高、非烃和沥青质含量低的特点。煤成烃最明显的特征是具有姥鲛烷优势。其它特征还有高碳数峰更突出, 含三萜烷,具明显的藿烷类和 丰富的各种芳香烃类;碳同位素组成以高 δ13般为 。多数出现在 之间。第二章 现代油气成因理论生烃模式煤的不同显微组分沥青化作用在时间上是不一致的,其生烃特征和演化模式存在差异,所以煤中液态烃的生成具多阶段性使不同演化阶段各种显微组分对生烃的贡献有别。第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论§ 5 天然气的成因类型及特征天然气按成因可分为四种类型:生物成因气、油型气、煤型气 和无机成因。第二章 现代油气成因理论一、生物成因气生物成因气 是指成岩作用阶段早期,在浅层生物化学作用带内,沉积有机质经微生物的群体发酵和合成作用形成的天然气,主要是甲烷气及部分 少量 时也混有早期低温降解形成的烃气。1. 生物成因气的形成第二章 现代油气成因理论可归纳为: 沉积有机质微生物喜氧呼吸产生有机酸 、 二氧化碳 、 水硫酸盐 、 碳酸盐岩还原带的厌氧呼吸 2甲烷生成菌的活动 甲烷腐殖质地质聚合干酪根第二章 1)化学组成甲烷含量大于 98%,重烃含量一般小于 1%,少量的 典型的干气。( 2) δ 13般为 –55 ~ 。生物成因气的储量估计可占世界天然气总储量的25%左右 ,其前景不可低估 深在地表到 2000米左右。区域上白垩系生物气主要分布在东北地区,第三系分布在渤海湾和三水盆地,第四系主要分布在柴达木盆地和长江沿海地区和现代湖泊中。第二章 现代油气成因理论二、油型气油型气 是指成油有机质在热力作用下以及油热裂解形成的各种天然气 。 包括湿气 ( 石油伴生气 ) 、 凝析气和裂解气 。代油气成因理论干酪根温度液态烃 + 气态烃裂解气态烃( 凝析气 、 甲烷气 )高峰期:在深成作用阶段的中晚期。第二章 现代油气成因理论第二章 现代油气成因理论与成油有机质演化有关的天然气 (烃和非烃 )1) 化学组成: 重烃含量大于 5%, 最高可达 40 ~ 50%( 石油和凝析气阶段 ) ;过成熟气以甲烷为主 , 重烃气一般小于 2%。( 2) δ 13随着成熟度的增高而增大 ,由 石油伴生气的 到凝析油伴生气的 再到干气为 ≥ 。第二章 东部北起松辽 , 南至广东三水和广西百色盆地 , 中部稳定区的鄂尔多斯和四川盆地 , 西部的塔里木 、准葛尔和柴达木盆地 。 层位上从震旦系到第三系各层系均有分布 。第二章 现代油气成因理论三、煤型气煤系气: 凡与煤系有机质热演化有关的天然气。煤成(层)气: 煤层在煤化过程中所生成的天然气。煤型气: 煤系地层中分散有机质在热演化过程中所生成的 天然气。目前用煤型气来概括,即 煤型气 是指煤系地层中煤和分散有机质在煤化作用和再煤化作用过程中形成的天然气。1. 煤型气的形成第二章 现代油气成因理论腐殖煤 、 腐殖型干酪根泥炭化作用 ( T<75)泥炭 、 生物成因气 ( 因缺乏保存条件难以聚集 )成岩作用阶段褐煤 、 生物成因气 ( 非烃含量高 )变质作用阶段 ( 热力作用 )第二章 现代油气成因理论变质作用阶段 ( 热力作用 )长焰煤气煤 、 肥煤 轻质油和 烃气焦煤 、 瘦煤 煤型裂解气贫煤 、 烟煤 、 无烟煤第二章 现代油气成因理论煤型气第二章 1) 化学组成: 重烃含量可达 10% 以上 ,甲烷一般占 70% ~ 95%;非烃 最大 , 少 。( 2 ) δ 13C 值: 一般为 ~ 。第二章 现代油气成因理论四、无机成因气由地壳内部、深海大断裂、深海沉积物形成,包括氮气、二氧化碳 、硫化氢、氦气等。代油气成因理论氮气: 高温高压条件下,含氮化合物裂解形成。二氧化碳 : 碳酸盐在深埋高温或岩浆活动提供的热源下分解形成。硫化氢: 由火山喷发形成。氦气: 放射性气体衰变形成,岩浆中铀和钍放射性蜕变的产物。第二章 现代油气成因理论化学组成甲烷占优势,非烃含量较高; δ 1320‰ 。浆体。第二章 现代油气成因理论
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本文标题:《石油地质学》油气生成与烃源岩改
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