• / 90
  • 下载费用:3 下载币  

油气田开发地质基础 第2章 油气成因理论-xie

关 键 词:
地质 储层 沉积 地化 层序地层
资源描述:
1第 2章 油气成因与生油岩评价油气成因 基础石油地质学的 三大核心内容 包括 油气藏形成油气分布规律油气成因基础 三者之间有着密切的联系。其中 油气成因是三大核心的基础 。评价一个盆地或地区是否有油气勘探潜力,能否找到有一定规模的油气田,油气生成数量的多少是很关键的因素 ,是物质基础。所以,正确解决油气成因问题有着重要的理论意义和实际意义。2第 1节 油气成因理论发展概况石油和天然气的成因问题,是石油地质学界的主要研究对象之一,也是自然科学领域中争论最激烈的一个重大研究课题。多年来,这一问题一直吸引着国内外地质学家、生物化学家和地球化学家。1、化学成分比较复杂: 由于石油、天然气的 化学成分比较复杂 。2、 找到油气藏的地方往往不是油气生成的地方 :是流体,现在找到油气藏的地方往往不是油气生成的地方 ,这就为研究油气成因问题带来了许多复杂性。33、油气成因的争论焦点: 关于油气成因的 争论焦点 主要集中在以下几个方面:( 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?4十八世纪七十年代以来 ,对油气成因问题的认识,基本上可归纳为 无机生成和有机生成两大学派。当时,实验室研究成果对两大学派都起了很大作用,人们模拟实际地质情况开展实验室研究,根据各自获得烃类的各种化学反应,结合油气勘探和开采中所取得的资料进行地质推论,产生了各种假说。5一、无机成因说无机成因说认为石油及天然气是在地下深处高温、高压条件下由无机物变成的。在石油工业发展早期,人们从纯化学角度,认为石油是无机成因的。早期的油气无机成因理论 归纳起来有以下几种 :1、碳化物说 由俄国著名化学家 Д . И .门捷列夫于 1876年提出。他认为在地球内部水与重金属碳化物相互作用,可以产生碳氢化合物 :33度很高,使 碳和铁变为液态 ,互相作用而形成 碳化铁 。由于它们比重较大,保存在地球深处。后来, 地表水 沿地壳裂隙向下渗透,与碳化铁作用产生 碳氢化合物 ,后者又沿着裂隙上升到地壳的冷却部分。有些碳氢化合物浸透了岩石,形成 油页岩、藻煤及其他含沥青岩石 ;有些碳氢化合物在地表附近受到氧化,形成 地表沥青 等产物;如果碳氢化合物上升到地壳比较冷却的部分,冷凝下来 形成石油 ,并在孔隙性岩层中聚集便可 形成油藏 。62、 宇宙说 由俄国学者 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 。宇宙说主张: 在地球呈熔融状态时 , 碳氢化合物就包含在它的气圈中;随地球冷凝 , 碳氢化合物被冷凝岩浆吸收 , 最后凝结于地壳中而成石油 。 宇宙说的基本论点为:1) 在天体中碳和氢的储量很大 , 因此同样可以假设这些元素在地球上也很丰富;2) 由碳 、 氢合成碳氢化合物是出现在天体发展的早期阶段 , 例如在温度 甲苯 >苯当温度增加到 700℃ 时,就会急剧发生逆向变化 ;(2)石油中所含卟啉化合物, 180卟啉发生开环裂解反应而被破坏;(3)旋光性 300℃ 被破坏(4)环己烷、环戊烷 330℃ 被破坏石油中含有这些物质或具备这些性质,都证明石油是在低温条件下生成的,而不是无机成因学派认为是在高温下生成的。135、 近代海相和湖相沉积中有机质正在转化为油气: 研究成果表明 , 在近代海相和湖相沉积中确实存在着有机质转化为油气的过程 ,此过程至今还在进行着,而且生成的油气数量也很可观。( 1) 青海湖及洞庭湖: 我国石油地质家对青海湖及洞庭湖;( 2) 加利福尼亚滨外大陆架: 美国 3) 里海、黑海及谢万湖: 前苏联 尔斯卡娅对里海、黑海及谢万湖的近代沉积物进行研究,这也为油气有机成因学说提供有力的科学依据。特别是从有机质的化学分析表明,愈往深处,近代沉积物中的有机质的结构特征就愈接近石油。14墨西哥湾近代海洋沉积物所含烃类与怀俄明州中新统石油红外光谱图Ⅰ — 庚烷抽提物; Ⅱ — 苯抽提物1 — 石油; 2— 近代海洋沉积物所含烃类15物质名称 C %H %S+N+O %代沉积物中的有机质与生物的元素组成对比表166、实验室中再现了有机质生成油气的过程上述事实的存在,大大促进了石油有机生成理论的发展;特别是近代物理学、化学、生物学及地质学等基础理论科学领域的辉煌成就, 色谱、光谱、质谱、电子显微镜和同位素分析等先进技术 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良好条件,不仅对古代沉积岩中生油岩的鉴别提供了科学根据,而且推动了对近代沉积中烃类生成过程的研究。17(二)有机成因的早期与晚期生成说在有机成因学派内部也有争论,主要是早期生油说和晚期生油说之争。1、早期生烃学说:二十世纪 50期生烃学说占优势。观点: 在成岩作用早期阶段,埋深数百米的浅层沉积物中的沉积有机质经细菌生物化学作用转化为石油和天然气。但发现,早期生成的石油与常规的石油还是有差别:比重、组成、粘度、生标物等。182、晚期生烃学说:观点:在成岩作用晚期或后生作用初期,沉积岩中的不溶有机质(即干酪根),在埋深达到门限值后,干酪根成熟,热解生成大量液态石油和天然气。故又称为“干酪根热降解生烃说”。二十世纪 70年代初,法国著名地球化学家 立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,揭示了常规油气形成、演化与分布规律,这些新进展完善了油气有机生成学说。 自 20世纪 70年代以来,成为主要的生烃理论,占据最主导的地位 。19但是,必须注意,原始有机质从沉积、埋藏到转化为石油和天然气,是一个逐渐演化的过程,在干酪根晚期生烃理论广泛为国际石油界所接受的同时,在世界上许多国家的油气勘探实践中,不断发现有“未 — 低成熟”石油的存在,这表明自然界中确实还存在相当数量的各类早期生成的非常规油气资源。 众多低熟油气资源的发现,促进了未熟 是对早期生烃学说的肯定。 因而宜将两种观点统一起来,把原始有机质生成石油和天然气视为一个统一的发展演化过程。203.煤成烃理论石油有机成因理论的又一进展是煤成烃理论的发展与完善。人们早就发现,煤和煤系地层能够生成大量天然气并聚集成藏,但长期以来,人们认为成煤环境不利于生油。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, 煤和煤系地层不仅能够生成大量的天然气并聚集成天然气藏(田),而且也能形成相当数量的石油并聚集成油藏(田)。近年来,煤成油研究和勘探已经引起国内外学者的关注, 八十年代以来,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有机质演化模式 。21第 2节 生成油气的物质基础一、生油气的原始母质1、沉积有机质: 油气来源于沉积岩中分散有机质(沉积有机质)。低等生物: 沉积有机质来源于生物体及其代谢产物,其中细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物是沉积物中有机质的主要供应者。其中低等生物在油气生成过程中占有更重要的地位。生物体主要组分组成: 类脂化合物,蛋白质,碳水化合物,木质素。( 1)类脂化合物: 类脂化合物是形成油气的主要组分;( 2)干酪根: 蛋白质,碳水化合物,木质素 也可能向油气转化。但是,它们直接转化为油气的数量很少,而是首先转化成一种中间产物,即“ 干酪根 ”。22二、干酪根的定义和形成干酪根 ( 沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸 、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。是最重要的成烃母质。干酪根是沉积有机质的主体,约占总有机质的 80~90%, 亨特 (1979)认为 80~95%的石油烃是由干酪根转化而成,所以干酪根是最重要的成烃母质。与其相对应,岩石中可溶于有机溶剂的部分,称为沥青(常用的有机溶剂如氯仿、苯、甲醇 3干酪根的形成: 生物死亡后的残体 经沉积作用埋藏于水下的沉积物中,生物起源的 沉积有机质 (类脂化合物、蛋白质、碳水化合物及木质素等生物化学聚合物)发生生物化学及化学降解作用。部分有机质被完全分解成 2部分有机质则被选择性分解、缩合,形成复杂结构的地质聚合物 “腐泥质”和 “腐殖质” 。 “腐泥质”或“腐殖质”再进一步缩合与聚合成为 干酪根24干酪根没有固定的成分和结构成分很复杂,是一种高分子聚合物,没有固定的化学成分,主要由 C、 H、 、图中显示出五种元素的相对分布、平均值及变化范围,平均1: 2: 3: 三者共占 是干酪根的主要成分。25美国绿河页岩干酪根结构模型26三、干酪根的类型在不同沉积环境中,由不同来源有机质形成的干酪根,其性质和生油气潜能差别很大。即不同类型的干酪根,生油气能力不同。所以,查明 干酪根的类型,对评价烃源岩的生烃潜力是很重要的。为了查明干酪根的类型及其特征, 可用光学 (透射光、反射 )与化学两种方法 进行研究。271、光学分类( 1)将有机残渣放在 显微镜透射光下观测 ,划分出五种组分:藻质无定形草质的木质的煤质的上述组分的 生油气潜能 按 藻质 草质 → 木质 →煤质顺序依次减小。28( 2)在显微镜 反射光下观测 干酪根的显微组分,可划分为三组。壳质组 (又称脂质组) : 呈暗灰色, 富含氢 ,包括孢粉体、角质体、藻质体、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;惰质组: 呈黄白色, 富含碳 。以上三组的反射率依次增大,生油潜能依次降低。29根据各显微组分的相对含量,干酪根分成四种类型类型 壳 (脂 )质组( %) 镜质组( %)腐泥型( I) > 90 < 10腐殖腐泥型( Ⅱ 1) 50- 90 10- 50腐泥腐殖型( Ⅱ 2) 10- 50 50- 90腐殖型( Ⅲ ) < 10 > 90干酪根镜鉴分类标准302、化学分类法国石油研究院根据不同来源的 390个干酪根样品的 C、 H、用范 ·克雷维伦 (解(范氏图解),将干酪根划分为三种主要类型: 型干酪根:Ⅲ 型干酪根:31H/O/以含类脂化合物为主,直链烷烃很多,多环芳香烃及含氧官能团很少;它可以 来自藻类堆积物,也可能是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;生油潜能大。美国尤英塔盆地始新统绿河页岩、我国松辽盆地下白垩统青山口组一段、嫩江组一段,以及泌阳盆地下第三系核桃园组等 典型湖相沉积的干酪根 皆属此类。32Ⅱ 型干酪根原始氢含量较高,但稍低于H/O/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;来源于海相浮游生物 (以浮游植物为主 )和微生物的混合有机质; 生油潜能中等 。北非志留系、中东白垩系、西加拿大泥盆系,以及我国东营凹陷下第三系沙三段的干酪根均属此类 。33Ⅲ 型干酪根原始氢含量低和氧含量高, H/~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。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。喀麦隆杜阿拉盆地上白垩统及我国陕甘宁盆地下侏罗统延安组的干酪根属此类。34左图表明以上三类干酪根的原始化学成分结构有显著区别:1、 Ⅰ 型 轨迹 起始点及其附近,含大量脂肪族烃结构;2、 Ⅲ 型 起始点及其附近,大部分由带含氧官能团的多环芳香烃结构组成;3、而 Ⅱ 型 则介于 Ⅰ 、 Ⅲ型之间,以具多环饱和烃结构为特征。这些区别说明它们的原始物质、沉积环境和地质经历的差异。35我国主要陆相含油气盆地泥质岩中干酪根也可划分为上述三种类型,但以 Ⅱ 型为主,王铁冠根据我国六个陆相盆地统计,Ⅰ 型为 Ⅱ 型干酪根占 Ⅲ 型为 32: 辽盆地白垩系; 3、 4: 阳坳陷沙三段375、 6、 7: 8、 9: 上三类干酪根都会沿着各自轨迹演化, O/,碳富集,都向碳极收敛。最终成为次石墨和碳沥青。39第 3节 油气生成的地质环境与物化条件有机质为油气的生成提供了物质基础。但要使有机物质保存下来,并向油气转化,还需要有适当的外界条件。沉积岩中的有机质要向石油转化必须经历一个碳、氢不断增加而氧不断减少的过程,即为一个 去氧、加氢、富集碳的过程 。原始有机质的 堆积、保存和转化 过程,必须是 在还原条件下进行 ,而还原环境的形成及其持续时间的长短则受当时的地质及物源条件所制约。40一、油气生成的地质环境(一)有利于有机质迅速埋藏和保存的大地构造环境一般地,在地质历史上曾经 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。在这些沉积盆地中,沉降幅度迅速被沉积物相应接近补偿,因而在沉积盆地的各个沉降时期中,研究 沉降速度 (沉积速度 (间的关系至为重要。( 1) 欠补偿 :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,对油气生成不利 ;( 2) 超补偿 :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,对油气的形成极其不利 。41( 3) 补偿 只有在长期持续下沉过程中伴随适当的升降,沉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。在这种条件下:a、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;b、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。我国许多大型沉积盆地具备这种有利条件,成为油气资源蕴藏丰富的区域。如 渤海湾盆地早第三纪深断陷内沉积厚度达 3000~5000m,mm/y,埋藏深度最大可达 4000~8000m,℃ /100m,十分有利于生成丰富的油气资源 。42二 、 有利于生物大量繁盛的古地理环境1、 在海相环境:有利区域 三角洲 、 海湾及泻湖浅海区及三角洲区是最有利于油气生成的古地理区域 。( 1) 浅海大陆架: 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;( 2) 三角洲: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;( 3) 海湾及泻湖:因为有半岛 、 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 。这些区域 , 浮游生物特别发育 , 属于 Ⅱ 型干酪根;若有陆源有机质加入 , 则可见到 Ⅱ 型与 Ⅲ 型干酪根的混合产物 。 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 。43( 4)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,都不有利于有机质的堆积和保存。442、大陆环境( 1)有利环境 —— 深水、半深水湖泊大陆深水 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。一方面湖泊能够 汇聚周围河流带来的大量陆源有机质 ,增加了湖泊营养和有机质数量;另一方面 湖泊有一定深度的稳定水体 ,提供水生生物的繁殖发育条件。这种地区 气候温暖湿润,浮游生物及藻类繁盛 ,而且往往又是 河流三角洲的发育地带,河水带来大量陆源有机质注入近海湖盆,有机质异常丰富,以 Ⅰ 型和 Ⅲ 型干酪根为主 。油气勘探开发实践表明,我国许多陆相沉积盆地,如 晚二叠世的准噶尔盆地 、 晚三叠世的陕甘宁盆地 、 早白垩世的松辽盆地 、 早第三纪的渤海湾盆地 ,甚至早第三纪的柴达木盆地都可能属于当时的近海湖盆,成为 湖相生油的最有利区域 。45( 2)不利环境 —— 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 。46二、物理化学条件适宜的地质环境为有机质的大量繁殖、堆积和保存创造了有利的地质条件,但有机质向石油及天然气演化还必须具备适当的 温度、时间、细菌、催化剂 等物理、化学及生物化学条件。47(一 )温度与时间在沉积有机质降解演化为石油及天然气的全过程中,温度自始至终都是一个极为活跃的控制因素。随着沉积物埋藏深度的增加,温度也随之升高。而 温度的升高则能加速化学反应的进行 。1.作用机理 沉积有机质向油气演化的过程,同任何化学反应一样,温度是最有效和最持久的作用因素 ;在反应过程中,温度不足可用延长反应时间来弥补,温度与时间似乎可以互为补偿:高温短时 作用与 低温长时 作用可能 产生近乎同样的效果 。48在有机质向石油转化的过程中, 温度不足需用延长反应时间来补偿,若沉积物埋藏太浅,地温太低,有机质热解生成烃类所需反应时间很长,实际上有机质不成熟,难以生成工业数量的石油。 所以有机质成熟需要一定的 门限温度 。49生油门限: 随着沉积有机质埋藏深度加大,地温相应增高, 当温度升高到一定数值,有机质才开始大量转化为石油 ,这个温度界限称为有机质的成熟温度或生油门限。成熟点: 这个成熟温度所在的深度,即称为成熟点。生油窗(主要生油期):生油量达最高峰的时期,即为主要生油期或生油窗。50不同地区不同层系中,由于地质条件的差异,生油门限温度和深度会有所区别。51综上所述, 在温度与时间的综合作用下,有利于油气生成并保存的盆地应该是 年轻的热盆地 (地温梯度高 )和古老的冷盆地 ; 否则,或未达成熟阶段,或已达破坏阶段,对油气勘探均不利。例如, 渤海湾盆地,为年轻的热盆地,下第三系地温梯度为 ℃ /100m ,生油窗埋深一般为 2000 塔里木盆地为古老的冷盆地,地温梯度低,在5000米以下超深部石油仍保持液态。52(二) 细菌作用细菌是地球上分布最广、繁殖最快的一种生物。按其生活习性可将细菌分为:喜氧细菌: 只有在游离氧存在的条件下才能生存;厌氧细菌: 在没有游离氧而有化合氧的条件下才能生存;通性细菌: 在有、无游离氧的条件下均能生存。对油气生成来讲, 最有意议的是厌氧细菌,在缺乏游离氧的还原条件下,有机质可被厌氧细菌分解而产生甲烷、氢、二氧化碳以及有机酸和其他碳氢化合物。这是细菌对油气生成有利的一面。53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,并且细菌作用时间愈长,这种作用进行得愈彻底。( 1)细菌的催化: H 4+22)某些细菌使氢气将硫酸盐还原为硫化氢: 2S+43)细菌使不饱和有机化合物加氢产生饱和烃。另外细菌也可在特定条件下将石油氧化破坏,例如分布在盆地或凹陷斜坡的一些重质稠油藏,就是遭细菌生物降解所致。细菌一般在低温条件下生存,超过 90,大量死亡。例如甲烷菌超过 75℃ ,大量死亡。所以,一般在低温、较浅层的情况下影响油气的生成。54(三 ) 催化作用催化剂:在化学反应中能改变化学反应速度,而它本身在反应前后不发生变化的物质。在自然界有机质向油气转化的过程中,主要存在 无机盐类和有机酵母两类催化剂 。粘土矿物是自然界分布最广的 无机盐类催化剂。 粘土的催化能力同其吸附性质有关。 催化剂表面吸附两种或两种以上物质的原子时,它们便会相互作用而形成新的化合物。 蒙脱石粘土催化能力最强,高岭石粘土最弱。 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得多。实验证明,在过氧化物的破坏过程中,以酵母代替胶体氢氧化铁,将使催化作用的活动性急剧增加很多倍。从苏联格罗兹尼油田井下剖面的酵母研究发现:在富含有机质的岩石中,特别是在富含植物残余的岩石中,酵母的活动性最大。在催化剂作用下,可以降低有机质的成熟温度,加速有机质分解,促进石油生成。55(四)放射性粘土岩中富集大量放射性物质 , 沉积物所含水在 α 射线轰击下可产生大量游离氢 , 所以这些放射性物质的作用可能是促使有机质向油气转化的能量之一 。小 结在有机质向油气转化过程中,上述各种条件的作用强度不同。1、细菌和催化剂都是在特定阶段作用显著,加速有机质降解生油、生气;2、放射性作用则可不断提供游离氢的来源;3、只有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。56原始有机质 埋深逐渐加大 缺 氧+ 油、气矿物质 地温不断升高 还原环境不同深度范围 各种能源条件 转化反应性质 有机质向油气作用效果不同 及主要产物不同 转化具阶段性第 4节 有机质演化与成烃模式一、有机质向油气转化的阶段及一般模式在海相和湖相沉积盆地的发育过程中,油气的形成演化过程可划分为四个逐步过渡的阶段1、 生物化学生气阶段2、热催化生油气阶段3、热裂解生凝析气阶段4、深部高温生气阶段57( 一)生物化学生气阶段1、反应条件: 从有机质被埋藏开始至门限深度为止 。 有机质达到过成熟。2、反应性质: 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; 干酪根残渣释出甲烷后进一步缩聚, H/近甲烷生成的最低限 (979)。3、产物: 这个阶段 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。4、意义: 在深部位可以寻找干气纯气藏。656667以上将有机质向油气转化的整个过程大致划分为四个阶段,反映了油气演化的一般模式。( 1)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,其中的有机质向油气转化的过程不一定全都经历这四个阶段;而且,每个阶段的深度和温度界限也可能略有差别。( 2)地质发展史较复杂的沉积盆地, 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一定深度后,方才达到了成熟温度,有机质仍可以生成大量石油,即所谓“ 二次生油 ”。68哈西一迈萨乌德油田志留系生油岩埋藏历史和烃类生成随地质时代的变化二次生油实例 北非阿尔及利亚哈西 油田的油源来自其西北 40公里凹陷内的 志留系黑色页岩 。该区于古生代末期上升,长期遭受剥蚀,此时志留系生油岩尚未成熟。直至 三叠纪才开始下沉 接受沉积, 志留系生油岩埋深加大 ,经受的地温不断升高, 达到生烃门限 , 具备了二次生油的条件, 所生成的石油沿不整合面运移到哈西 成了目前的大油田。哈西 代油气成因理论新进展(一)未熟 — 低熟油理论1、未熟 指所有非干酪根晚期热降解成因的各种低温早熟的非常规油气。即烃源岩中的某些有机质(例如 树脂体、木栓质体、细菌改造陆源有机质、藻类类脂物、富硫大分子有机质 )的 生烃活化能低 ,在埋藏升温达到 干酪根热降解生油高峰之前 (镜质体反射率 ,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 。低熟油生烃高峰阶段对应的源岩镜质体反射率 围 内,相当于干酪根生烃模式的 未成熟和低成熟阶段 。702、中国低熟油气资源分布我国低熟油气资源丰富。东部松辽、渤海湾、苏北、泌阳、江汉、百色及西部地区的柴达木、准噶尔、吐哈等盆地都发现了低熟油气资源。其中目前已探明低熟油地质储量达到“ 亿吨级” 沉积单元的有 渤海湾盆地的济阳、辽河、黄骅 三个坳陷,达到 “千万吨级” 的沉积单元有苏北盆地。从产层层位看,中国低熟油气相对富集于第三系(主要下第三系)中。714 低熟油理论 提醒人们 重视处于“门限深度”上下的浅层或浅盆中寻找油气资源 的可能性,拓宽油气勘探的领域。73(二)煤成烃理论1、定义: 煤成烃 :指煤和煤系地层中集中和分散的陆源有机质,在煤化作用的同时所生成的液态烃类(石油)。人们早已认识到,煤系地层能产生甲烷,并形成天然气工业聚集。 1959年在荷兰北部发现 格罗宁根 大气田,查明其天然气来自中石炭统煤系地层以后 ,煤成气开始被人们所重视;后来,在附近 北海盆地 南部发现十几个大气田,1012 为世界第二大产气区。 从此,引起俄、美、澳等许多国家普遍注意在含煤盆地中寻找煤层气气藏。据报导,在煤炭资源极丰的德国,探明的煤层气储量占天然气总储量的93%。 我国资源丰富, 煤层气将是我国天然气勘探的重要对象之一。74长期以来, 人们认为成煤环境不利于生油。有三方面原因:( 1)沉积环境不同 。 油源岩一般为湖相或海相沉积,而煤系产生于沼泽环境;( 2)二者有机质的赋存形式不同, 油源岩主要与分散有机质的富集有关,煤系则主要与有机质的集中堆积有关,( 3)油田和煤田的分布 (地区和层位)大多都不一致。75二十世纪 60年代以来1、澳大利亚 的吉普斯兰盆地;2、印度尼西亚 的库特盆地;3、加拿大 的斯科舍盆地和马更些盆地;4、北海 默里盆地等地区都发现了与中、新生界煤系地层有关的重要油气田。八十年代后期1、 我国 吐哈盆地 发现了与侏罗系煤系地层有关的大油田;2、 紧接着在 准噶尔 盆地东部 ;3、塔里木 盆地北部 ;4、酒泉 东部盆地、三塘湖盆地等相继有重要发现,从而引起人们对煤成油研究的广泛兴趣。近十多年来通过 有机岩石学与有机地球化学相结合的方法和实验模拟, 从多方面对煤层油问题作了广泛而深入地探索,取得重大的进展。目前,已经普遍认识到煤系地层 不仅能够生成天然气,而且能够生油, 只要在特定的地质条件下,可以形成工业性油气藏,甚至形成大规模的油气聚集。761、生油 (气)岩 :(或生油气母岩、烃源岩 ): 能够生成石油和天然气的岩石。2、 生油 (气 )层: 由生油 (气 )岩组成的地层为生油 (气 )层。3、 生油气层评价目的: 就是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,从剖面上确定生油气层,在空间上划出有利的生油气区,对其做出生油气量的定量评价, 以便与圈闭条件配合,分析盆地的含油气远景,为油气勘探开发提供科学依据。第 5节 生油岩评价77一、生油层的地质评价生油层的地质研究包括生油层的岩性、岩相及厚度研究。(一)生油层的岩性常见的生油层主要包括 粘土岩类和碳酸盐岩类 。生油岩一般是 :1. 粒细 (反映生油岩是在较宁静的水体在沉积下来,这样的环境适于生物的大量繁殖) ;2. 色暗 (常反映沉积时的还原环境,有利于大量有机质的保存) ;3. 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。生油层的主要岩性特征见下表:78生油层类型 岩石类型 颜色 结构 层理自生矿物 化石油气显示粘土岩类泥岩、页岩为主 ,次为砂质泥岩、泥质粉砂岩灰黑色深灰色灰色灰绿色泥级 —粉砂级页状,厚层 — 块状富含黄铁矿 丰富原生油气苗碳酸盐岩生物灰岩、礁灰岩、泥灰岩、石灰岩灰黑色深灰色褐灰色灰色隐晶 —粉晶厚层 — 块状, 中层状次之含黄铁矿 丰富原生油气苗生油层的主要岩性特征79(二)生油层的岩相一般说来,最有利的生油沉积相是 浅海相、三角洲相 和 半深湖 三)生油层厚度 :生油层的厚度及其与储集层的组合关系,对生油层的排烃效率有着重要影响。 粘土岩类生油层与砂岩储集层呈 旋回式或 侧变式 组合,二者的 接触面积较大,排烃效率较高 ,有利于油气的生成与储集。据日本学者 1978)系统研究,认为 粘土岩生油层单层厚 30~40米、砂岩储集层单层厚10~15米 ,二者呈略等厚互层的地区,砂 有利于石油生成和聚集 ;而那些单纯巨厚块状泥岩和单纯块状砂岩的发育区,对石油生成、排烃、聚集都不利。80二、生油岩的地球化学评价评价生油层,不仅利用岩性、岩相进行定性评价,而且要利用地球化学方面的定量指标。一般从 有机质数量 、 有机质类型 、有机质成熟度 三方面定性和定量的评价生油岩。(一)有机质的丰度指标岩石中有足够数量的有机质是形成油气的物质基础,是决定岩石生烃能力的主要因素。通常采用 有机质丰度 来代表岩石中所含有机质的相对含量,衡量和评价岩石的生烃潜力。目前常用的有机质丰度的指标主要包括有机碳含量 (仿沥青“ A”和总烃 (量811、有机碳含量 (机碳含量是指沉积岩中所含的与有机物质有关的碳元素含量 。作为有机质丰度指标,国内外普遍采用的实际上是剩余有机碳含量。因为生油岩中的有机碳是油气生成逸出后,岩石中残留的有机质中的碳含量,故称 剩余有机碳含量 ,以 单位重量岩石中有机碳的重量百分数 表示。(1) 生油层内只有很少一部分有机质转化成油气离去,大部分仍残留在生油层中。(2)碳在有机质中所占比例最大、最稳定的元素,所以 剩余有机碳含量能够近似地表示生油岩内有机质丰富程度。82根据有机碳含量 划分泥质岩和碳酸盐岩生油岩级别(陈建平等, 1996)岩石类型生油岩级别泥 质 岩%碳 酸盐 岩%差 仿沥青“ A”和总烃 (量沥青 :岩石中有机质演变形成的系列可燃有机岩的总称,包括石油、天然气、地蜡、地沥青等。其组分包括: 油质、胶质、沥青质、碳青质、高碳青质 ,称为沥青 (常用的有机溶剂如氯仿、苯、甲醇 溶性沥青: 用有机溶剂从岩样中抽提出来的沥青重量与岩样重量之比 .(油质、胶质、沥青质、碳青质 )。氯仿沥青 “ A”:是指岩石中可抽提有机质的含量( %),组分包括 (饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质 )。总烃 :是指氯仿沥青“ A”族组分中饱和烃和芳香烃含量的总和 ((油质 )。84我国湖相烃源岩有机质丰度评价标准烃源岩 有机碳含量并非愈高 ,生烃愈大 ,这是因为它还取决于有机质的类型和成熟度。因此 ,评价烃源岩还需研究 有机质的类型及其演化。烃源岩级别 好 差烃源岩 非烃源岩)沥青“ A”(%)HC((((00 2% 过成熟, 深部高温生气阶段88右图为美国南加利福尼亚近海唐讷盆地近代沉积物中取得的干酪根在实验室不同时间和温度下加热进行元素和颜色分析的结果。将干酪根的鉴定颜色放在H/,并注明 1970)的“主要生油期”标尺和A.胡德 (1975)的有机质成熟标尺(即 、干酪根的颜色及 H/C— O/品颜色由黄色变为暗褐色至黑色, H/, “主要生油期” 发生在干酪根残渣的 H/酪根颜色为暗褐色至深暗褐色。89正烷烃分布: 将石油或岩石抽提物中不同碳原子数正烷烃的相对含量分布顶点连成一条曲线, 称正烷烃分布曲线。图中 近代沉积物 、 古代沉积物 和 石油 中 正烷烃分布有明显差别 。 近代沉积物中奇碳优势明显, 这是因为生物体内最丰富的正烷烃一般是 31和 且高分子量正烷烃含量高。 随着热演化作用的加强,碳链破裂,正烷烃的低碳组分含量增高, 另外, 奇碳优势消失,曲线平滑 , 代表成熟度增高。3、正烷烃分布特征和奇偶优势比90思考题1、生成油气的原始有机物质主要有哪些?2、何叫干酪根?干酪根化学组成有何特点?通常可将其分成几类?3、试述有利于油气生成的大地构造条件和岩相古地理环境。4、影响有机质向油气转化的物理化学条件有哪些?5、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?6、何谓生油门限及生油窗?7、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?
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:油气田开发地质基础 第2章 油气成因理论-xie
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-55741.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开