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4-油气成因和烃源岩

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油气 成因 烃源岩
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1第四章 油气成因和烃源岩( 一节 油气成因概述第二节 油气有机成因理论第三节 天然气成因类型和判别第四节 烃源岩及其评价第五节 油气地球化学对比2第一节 油气成因概述无机成因(机成因(源物质和生油气过程成因理论3油气无机成因说20世纪随着板块理论的兴起又有 油气深成说 和 深源气 的提出以及在 褶皱带前缘断裂带的找油活动1889年提出了 宇宙说19世纪中叶提出的 碳化物说1904年又提出了 火山说20世纪初提出了 岩浆说 和 高温生油说 ( n+4 3 为什么世界 90%以上的石油都埋藏在沉积岩中 ? 为什么石油具有只有生物有机质才有的旋光性 、 生物标志化合物 ?无机成因说的致命要害!5油气有机成因的证据( 1) 世界上 90%以上油气都产自沉积岩 。( 2) 油气在地壳中的出现和富集程度与地史上生物的发育和兴衰息息相关 ,油气储量的 时代分布 与地层中分散有机质以及煤和油页岩等有机矿产的时代分布具有相关性 。( 3) 在油气田剖面中 , 含油气层位总与 富含有机质的层位 有依存关系 。( 4) 灰岩晶洞和介壳以及封闭的砂岩透镜体中的油气只能源于沉积有机质 。( 5) 油气的 元素组成 包括微量元素组成都与有机质和有机矿床相近 。( 6) 石油以及绝大多数天然气的 碳稳定同位素组成 与生物物质的碳稳定同位素有关 。( 7) 石油中检测出的卟啉 、 类异戊间二烯烷烃 、 甾萜类化合物被有机地球化学家称为 生物标记化合物 , 它们的碳骨架仅为生物体所特有 。( 8) 石油普遍具有 荧光性 , 这主要与含有化学结构不对称的生物标志化合物有关 。( 9) 模拟实验 表明从多种有机质中可得到油气的烃类 。( 10) 现代测试技术 可从现代和古代沉积物中鉴定出各种油气中的烃类 。6油气有机成因说19世纪中叶以来,提出了 动物说 、 植物说 以及 动植物混成说 。混成说 进一步发展20世纪 50年代初, 期有机成因说晚期油气生成理论唯海相生油论71. 实验发现,一些生物组分如类脂物、蛋白质和碳水化合物在一定条件下都可生成烃类。2. 在现代或近代的沉积物中,观察有有机质向烃类的转化。3. 某些细菌是有机质加氢、去羧基转化为类石油物质的媒介,而这一过程完成于沉积物埋藏不深的阶段。难点 :期有机成因说:8晚期有机成因说:只有当母岩埋藏达到一定的深度和温度时,有机质才大量的生成液态的成熟烃。 应该看到,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。在承认晚期成油起主要作用的同时,也不能一概否定早期成油的影响,只不过在生油的量上可能多少不一,以晚期为主。 现在看来,液态石油的成因主要是晚期成因,而天然气的成因条件转化较为宽松。9气与油的成因差别1. 天然气气源广阔,是多源的,油源往往受到有机物源的限制,是少源的。沉积层系中烃源岩类型在很大程度上决定气和油的生成比重,几乎所有有机质岩类(腐殖型、腐泥型、混合型有机质),不同环境(海相、湖相、沼泽相)的有机岩类均有成气条件。2. 生气是多阶段的,而油则是在有机质达到中演化阶段生成的。3. 油、气都属于流体矿产,但其流动、扩散性质以及成藏、保存条件都有很大差别。10第二节 油气有机成因理论有机成因理论梗概沉积有机质沉积有机质的成烃演化未熟 有机成因理论梗概有机成因油气理论认为油气是古代甚至现代的有机物质生成的。根据有机物质生存环境和性质,又分为 海相生油 、 陆相生油 和 煤成气(烃)12海相生油理论陆地海洋海洋世界上已发现的三万多个油气田绝大多数分布在海相地层中,故国外石油地质学家主张油气是由海洋中低等动植物 于我国陆相地层发育,故上世纪初来华的外国学者认为 “ 中国贫油 ” ,这种错误观点阻碍了中国初期石油工业的发展。浮游生物13陆相生油理论20世纪初叶至解放前 , 我国学者谢家荣 、 潘钟祥 、 王竹泉 、 孙健初和黄汲清等根据大量野外地质调查 , 提出了陆相的湖泊中低等动植物也是油气生成主要的源生物 , 提出了原创性的 “ 初始陆相生油论 ” , 解放后发展 “ 成熟陆相生油论 ” , 因而克服了 “ 中国贫油 ” 的影响 , 为中国成为产油大国提供了理论基础 。14煤成气(烃)理论鳞木、种子蕨森林沼泽芦木沼泽煤系-煤成气(烃)的源岩陆地20世纪 40年代 , 德国学者认为煤系是商业气田的源岩 , 创造了煤成气理论; 60年代末 , 澳大利亚学者认为煤系中的壳质组可以形成商业油田 , 形成了煤成油理论; 70年代末 , 我国学者认为煤系总的成烃规律以气为主 、 以油为辅 , 总结了煤系成烃的总规律 。2001年初我国探明天然气储量中煤成气占 64%, 而探明石油总储量中煤成油不足 3%。15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 。 从前寒武纪到泥盆纪 , 沉积有机质的唯一来源是海洋浮游植物 ( 藻类 ) 和细菌 , 泥盆纪以后 , 高等植物也开始变的重要起来 , 尤其是在成煤作用方面起特别重要的作用 。 地史上高等植物晚于浮游植物;海域面积大于陆地;浮游植物和细菌具有很高的产率 。 从数量上看 , 沉积有机质的生物物质最重要的是浮游植物 、 细菌和高等植物 。2. 沉积有机质16原始生物化学组成:水、脂类、碳水化合物、蛋白质和木质素。天然有机质与石油的平均元素组成(据 1979)元素组成(质量百分数)C H S N 4 6 50木质素 63 5 3 7 2 17 22脂类 76 12 12干酪根 79 6 5 2 8沥青 84 10 3 1 2石油 3 定义: 狭义 的理解主要是动植物的油脂; 广义 的理解包括油脂 、 固醇类 、 萜类 、 烃类和色素 ,所以有人也称其为类脂 。 它们的共同特性是不溶于水 , 但溶于低极性的有机溶剂如氯仿 、 四氯化碳 、 乙醚 、 苯和丙酮 。 特点 :一是抗腐能力强;二是化学成分和结构都最接近石油 。沉积有机质的原始生物化学组成18碳水化合物 碳水化合物是单糖或单糖的聚合体的总称 ,通式可写为 m, 包括葡萄糖 、 淀粉 、纤维素 、 几丁质等 , 他们是植物的主要组成 ,动物中数量较少 。 但是碳水化合物大多容易被喜氧细菌消耗或被水解 , 难以保存下来 。沉积有机质的原始生物化学组成19蛋白质 蛋白质是组成细胞的基础物质 , 在动物组织中含量最高 , 低等植物中的含量高于高等植物 。 蛋白质只要经过 去羧基 和 去氨基 后便可形成烃类 。 蛋白质构成了生物体中大部分含氮化合物 。 蛋白质容易受喜氧细菌破坏 , 不利保存 。沉积有机质的原始生物化学组成20木质素 木质素仅存在高等植物中 , 是一种贫氢 、 富碳 、 富氧 、 富含芳环结构的高分子聚合物 。 木质素具有比纤维素还强的抗腐能力 , 是成煤的重要母质 , 也可生成天然气 , 也可能是石油中芳烃的母质之一 。沉积有机质的原始生物化学组成21 沉积有机质是随无机质点一起沉积并保存下来的生物残留物质,它主要是生物的遗体也包括其生命过程的排泄物和分泌物。 进入沉积物中的有机质,主要部分是新生成的复杂分子,他们在生物体中找不到对应物。 从生物物质的发源地说,沉积有机质一方面来源于盆地本身的所谓原地有机质,另一方面来自由河流从周围陆地携带的异地有机质,其中有少量的是来自剥蚀更老的沉积层中有机质即再沉积的物质。沉积有机质的形成22 丰度用有机碳含量表示 。 绝大多数沉积有机质呈分散状态与泥质沉积物相伴生 。 沉积岩中有机质分布的另一特点是不同地质时代是不均衡的 。沉积有机质的分布和丰度23不同沉积环境或者不同岩性岩相条件下沉积物中的有机碳含量差别很大。位置 平均值(质量%) 重量( 1016t) 位置 平均值(质量%) 重量( 1016t)大陆,陆棚,陆坡 大洋粘土和页岩 土和页岩 酸盐 质沉积 1972)24 生物物质的产量: 主要取决于阳光、温度、湿度、含盐度和营养。在海洋,温湿带的浅海区有良好的透光性和营养条件,在大陆以湿热带最重要。 原始有机质的保存条件: 指生物死亡后的沉降、沉积和埋藏过程中的氧化、还原条件。 沉降、沉积速度: 有机、无机质点的绝对速度;有机、无机质点的相对速度。 沉积物的粒度: 粒度越细所含有机质越多。( 1)沉积分异表明,呈胶体或悬浮态的有机质点同粘土质点可同步降落;( 2)粘土比表面积大,易吸附有机质;( 3)形成泥质的沉积环境有利于有机质保存。影响沉积有机质丰度的因素25干酪根 ( : 沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质。古代沉积物中有机质的分散组分沉积有机质中的干酪根26 干酪根的 C: 70 H:3 O: 3 N: S:  含有活的有机体的全套有机结构 , 包括萜类 、 卟啉 、氨基酸 、 羧酸 、 酮 、 醇 、烯烃和醚桥等 , 说明干酪根系由生物转变而成 。 结构上是一种复杂的三维大分子 , 它有很多结构单元 ( 核 ) 。 由环状化合物组成 ( 芳香环 、 杂环 ) ,多个核通过桥键相连接 ,有可能具有官能团 。成分和结构沉积有机质中的干酪根27 干酪根是分散有机质的主体 , 它的类型基本代表岩石中分散有机质的类型 。 根据元素分析将其分为 3大类: Ⅰ 型 是分散有机质干酪根中经细菌改造的极端类型 。 Ⅱ 型是生油岩中常见的干酪根 , 又称腐泥型 。 Ⅲ 型是由陆生植物组成的干酪根 , 又称腐植型 。Ⅳ 是残余型 。类型Ⅰ 型是分散有机质干酪根中经细菌改造的极端类型,或藻质型,富含脂肪族结构,富氢贫氧,产石油类型。Ⅱ 型 是常见的腐泥型干酪根,有机质主要来源于浮游生物和细菌, 型 是由陆生植物组成的腐殖型干酪根,以产气为主,生烃潜力 积有机质中的干酪根281. 藻腐泥型干酪根2. 腐植-腐泥型干酪根3. 腐植型干酪根1 2沉积有机质中的干酪根329沉积有机质中的干酪根● 孢粉学家用 将有机残渣 ( 干酪根 )放在显微镜透射光下观测 , 划分出 藻质 、 无定形 、 絮质 、 草质 、木质 和 煤质 等组分 。 随着埋深加大 , 地温升高 , 上述组分的生油潜能按藻质 — 无定形 — 草质 — 木质 — 煤质顺序依次降低 ,( H/C) 原子比也降低 。● 煤岩学家在显微镜在用 25 通过反射光观察煤或干酪根的显微组分 , 其划分如下:壳质组 /脂质组 :孢质体 、 角质体 、 藻质体 、 树脂体镜质组 :前镜质体 、 真镜质体及其变种惰性组 :碎质体 、 菌质体 、 丝质体 、 半丝质体目前 , 测镜煤的反射率已经成为判断有机质成熟度的主要标志 。这三组的反射率是顺序增加的 , 而生油潜能却是顺序降低的 。光学分类303. 沉积有机质的成烃演化 有机质的成烃演化阶段与油气生成 干酪根热演化成烃与热模拟实验 促使沉积有机质演化成烃的因素31有机质的成岩演化与成烃作用(据 1984)地球化学化石代表了深部烃类的第一种来源(以黑色箭头表示)干酪根的降解作用代表了烃类的第二种来源(以白色箭头表示)有机质的成烃演化阶段与油气生成32此阶段从沉积有机质被埋藏开始到门限深度为止 ,成岩作用早期 , 有机质要经历细菌分解和水解 , 随着埋深的增加 , 细菌作用趋于终止 , 进而演化为地质聚合物即干酪根 。成岩作用阶段尤其是 早期生成的烃类产物 , 是生物甲烷和少量高分子烃 。( 生物成因气阶段 )在有机质成岩作用晚期 ,地下水对碳酸盐 、 铝硅酸盐和硅酸盐矿物的溶解能力增加 , 有助于形成溶蚀的次生空隙 。有机质的成烃演化阶段与油气生成成岩作用阶段33为干酪根生成油气的主要阶段 , 也可称 油和湿气阶段 , 此阶段划分 2个带:油带 又叫低-中成熟阶段 , 其中低熟油带 中熟油带 干酪根通过热降解作用主要产生成熟的液态石油 。轻质油和湿气带 又叫 高成熟阶段 , 在较高的温度下 ,干酪根和已形成的石油发生热裂解 , 可形成凝析气 。有机质的成烃演化阶段与油气生成深成作用阶段34也称热裂解干气阶段 。该阶段埋深大 、 温度高 , 由在成熟阶段干酪根上的较长烷基链已消耗殆尽 , 所以生油潜力枯竭 , 只能在热裂解作用下生成高温甲烷 , 而且先前生成的轻质油和湿气也将裂解为热力学上最稳定的甲烷 。有机质的成烃演化阶段与油气生成准变质作用阶段35成岩演化阶段 烃类产物 煤阶 固定碳 ( % ) 镜煤反射率 ( % ) H/C 原子比 地温 ( ℃ ) 深度 ( m ) 孢粉 颜色 主要反应 成熟 程度 成岩 阶段 生物甲烷 泥炭褐煤 | 55 | 0. 5 >0. 84 | 50 | 1000 浅黄 橙黄 生物化学 未成熟 重质油、干气 中质油、湿气 长焰煤 气 煤 肥 煤 55 | 75 0. 5 | 1. 3 0. 84 0. 69 50 | 150 1000 | 4000 橙 | 褐 热降解 深 成 阶 段 轻质油、湿气 焦 煤 瘦 煤 75 | 85 1. 3 | 2. 0 0. 69 0. 62 150 | 200 4000 | 6000 棕 热裂解 成熟 准变质 阶 段 高温甲烷 贫 煤 无烟煤 85 2. 0 <0. 62 200 6000 黑 热裂解 过成熟 有机质的成烃演化阶段与油气生成有机质成熟演化的阶段性(据潘钟祥等, 1986,修改)36干酪根热演化成烃与热模拟实验干酪根从成岩作用阶段到准变质作用阶段的演化图(据 1978)37干酪根热演化成烃与热模拟实验 在埋藏过程中 1984)B- 1974)38干酪根热演化成烃与热模拟实验 黎盆地下托尔统;撒哈拉下志留统)(据 1984) 1974)39干酪根热演化成烃与热模拟实验国外若干典型盆地烃和非烃的生成与埋深的关系图度为现地温;杜阿盆地的 90℃ 和 135℃ 为古地温中国若干盆地和坳(凹)陷有代表性的不同世代生油岩的烃转化率曲线图(据胡见义,黄第藩等,1991)401、细菌2、温度和时间3、催化剂4、放射性5、压力促使沉积有机质演化成烃的因素41细菌 按其生活习性可分为 3类:喜氧细菌 、厌氧细菌和通性细菌 。 细菌所起的作用是将原始的有机质中的 O、 S、 N、 使C、 富集起来 。 细菌一般作用于有机质改造早期 。促使沉积有机质演化成烃的因素42温度和时间 只有对沉积有机质演化而成的干酪根加热以后才能生成石油烃类; 温度较低时 , 加热干酪根生成的液态烃和挥发组分产率较低 。 只有达到一定温度 , 才会大量生成液态烃 。 而温度继续上升到一定程度 , 液态烃又会减少 , 气态烃生成量继续增加 。促使沉积有机质演化成烃的因素43温度和时间促使沉积有机质演化成烃的因素地温梯度 :深度每增加 100 ℃ ) 增加值 。门限温度 :生油岩在埋藏过程中干酪根开始成熟 ,从而大量成烃所需达到的最低温度 。门限深度 :与门限温度相对应的深度 。44温度和时间促使沉积有机质演化成烃的因素1. 生油门限温度通常都在50~130℃ 范围;2. 一般讲 , 生油主要阶段的起始温度不低于 50℃ ,终止温度不高于 175℃ 。3. 地壳中的生油过程只出现于有限的温度和深度范围 。4. 生油岩时代老则门限温度低 , 时代新则门限温度高 。5. 时间和温度可以互补 ,但相比温度而言 , 时间居次要地位 。45● 化学反应动力学机制反应速率与反应物浓度关系● 阿仑尼乌斯方程反应速率与温度关系石油生成的时 974,引自 979)生油门限温度越高;时代越老受热时间越长,则门限温度越低。温度和时间促使沉积有机质演化成烃的因素46催化剂 催化剂的作用主要是一种复杂的自由能表面能现象,被催化剂所吸附的各种原子在催化原子的激发下变得活跃起来,形成新的化合物; 在有机质生油转化过程中,催化剂的参与可以加快成烃的反应速率,降低反应所需的活化能以及改造烃的性质。促使沉积有机质演化成烃的因素 正十六烷热裂解和催化裂解所需要的时间(据 1980)47放射性实验表明,放射性轰击某些物质与其他物质结合可以生成烷烃。放射性元素所造成的局部地温增高将有利于有机质的热演化。压力高压阻碍有机质成熟和生烃。短暂的降压有利于加速有机质的成熟。促使沉积有机质演化成烃的因素48有利油气生成环境丰富的有机质适宜物化条件海洋中以浅海为最有利的生油环境 。陆地上的深水 温暖 、 湿润的气候是生物繁殖和发育的外部有利条件 。只有在长期持续下沉过程中伴随适当的升降 、 沉降速度略大于或接近沉积速度地区 , 才能持久保持还原环境 。49 概念: 在生物化学和 ( 或 ) 低温化学反应作用下 , 在有机质成岩作用阶段和( 或 ) 干酪根晚期热降解生烃早期形成和排出的原油 , 生油母岩具有低的热演化程度和不同于成熟原油的有机地球化学特征 。 未熟-低熟油生成阶段对应的镜质体反射率 ( 值大致在 围内 , 相当于干酪根生烃模式的未成熟和低成熟阶段 。4. 未熟-低熟油成因50 成因: 生油母质并非单一的特定有机质 ,而是各种化学结构较为简单 , 聚合程度不高 , 化学键能或生烃活化能较低的原始有机质的总合 。 在源岩中主要存在于有机可溶组分中 , 但也不能排除在某些条件下干酪根早期降解产物对形成低熟油的贡献 。 由干酪根衍生而来的缩合焦沥青就成为高成熟轻质石油的主要贡献者 。511. 富硫有机质早期生烃 :由于 C- - 因此 , 富硫干酪根比贫硫干酪根能够在温度较低的条件下优先断裂 C- 在低温阶段首先形成大量可溶沥青质 , 而后由沥青质生成游离的低熟油 。2. 生物类脂物早期生烃 :脂肪酸早期在粘土矿物催化下的脱羧成烃 ,是未熟 酯类易于水解形成长链脂肪酸和长链脂肪醇 , 这类化学反应过程可在低温条件下完成 。3. 生物作用与早期成烃 :首先是某些藻类本身含有烃类 , 死亡后这些烃类的直接聚集;另一类是生物还原有机质在细菌细胞中合成烃类 , 细菌不仅使有机质类型改变 , 并且自身也成为良好的低演化成烃母质;第三类是生物中的酶或酵素作为有机催化剂 ,加速有机质分解向烃类的转化 , 如脂肪酸经脱羧转化为烃 。4. 高等植物生化组成有关的早期生烃 :树脂体可在未熟 栓质体在成岩作用的早期阶段 ( 即 ) 低温条件下可发生反应生成脂肪族和芳香族成分的液态烃类 。52 概念 :指煤和煤系地层中集中和分散的陆生高等植物来源的有机质在煤化作用过程中所生成的液态烃 。 所谓煤化作用过程包括了成岩作用和深层作用 ( 准变质作用 ) 两个阶段 。5. 煤成油形成机理53煤系有机质及生烃潜力煤系有机质是生成天然气还是形成液态烃取决于煤系烃源岩类型 及 显微组分 组成。腐泥煤(藻煤) 腐殖 殖煤低等生物 过渡型 陆生高等植物Ⅰ 型干酪根 腐殖煤 残殖煤壳质组富集,50~60%壳质组 镜质组 惰质组煤系烃源岩Ⅱ 型干酪根生烃潜力最大部分具生烃潜力生气Ⅲ 型干酪根54煤成油地球化学特征 煤成油的重要地球化学特征是:饱和烃含量高于芳烃 、胶质和沥青质 。 煤成油的组分组成特征 , 饱和烃含量可达 50%正构烷烃中高碳数组成含量高 , 分布在 异戊间二烯烃中 , 具姥鲛烷优势 , ;倍半萜类中有补身烷和桉叶油烷等既反映生源又反映沉积环境的化合物 , 还有可能与细菌作用有关的化合物如五员环同系物;含有二萜类化合物和藿烷类化合物 , 时可见非藿烷型萜烷 ,如奥利烷 、 羽扇烷 、 乌散烷和多杜松烷以及不饱和三萜烷等;规则甾烷以 有较丰富的各种芳香烃类化合物;煤成油的碳稳定同位素组成以高 δ 13 一般为 〜 25‰ 。55煤成油模式泥炭化 可生成未熟 长焰煤阶段:成烃转化作用的开始气煤和肥煤阶段:重要的石油生成时期焦煤和瘦煤阶段:凝析油和湿气形成时期贫煤和无烟煤阶段:干气形成时期56第三节 天然气成因类型和判别成因分类生物成因气油型气煤型气无机成因气57定义: 在成岩作用早期还原环境中生物化学作用带内 , 沉积有机质因微生物群体发酵和合成作用形成的甲烷气和部分 2, 有时混有早期低温降解作用形成的甲烷气及重烃气 。化学组成: 除少数含高 有的可达 99%以上 , 重烃含量低 , 一般小于 个别可达 1%〜 2%左右 , 为典型的干气 。 生物成因气的δ 13 一 般 为 〜 之间 。不溶有机质可溶有机质菌体 挥发性酸酶的发酵作用产酸菌其他酶的发酵作用菌体 2O 其他生物成因气58 形成环境: 碳酸盐还原带是生成生物甲烷的主要的生化带 。 在 富含硫酸盐的强还原环境 中 , 对产甲烷菌有明显的抑制作用 , 甲烷在靠近 地表不深的地带 即可形成 , 大部分缺失或被氧化 , 不易形成规模较大的生物成因气藏 。 在 低气温的极地和深海 , 浅层形成的烃气可与水结合形成固态气 在 陆相环境 中 , 由于淡水湖泊盐度低 , 缺少硫酸盐类矿物 , 有利于甲烷菌繁殖 。 在 半咸水和咸水湖 , 尤其是碱性咸水湖 有利于有机质保存 。 直到埋藏一定深度后 , 有机质才大量分解并使产甲烷菌大量繁殖 , 合成的甲烷在适当的条件下可聚集成较大规模的气藏 。 富含腐殖型和混合型有机质的浅海和海陆交互相带 , 寒冷的极地和深海以及大陆干旱-半干旱的咸水湖泊都是生物成因气形成的有利沉积环境 。 生物成因甲烷 大量生成的最佳条件 :一是严格的缺氧 、 缺硫酸盐的生化环境;二是 是温度低于75℃ , 最佳区间为 35℃ 〜 42℃ 。富含有机质的敞开海沉积物中微生物代谢作用的生化环境剖面图(据 1981,转引自陈荣书, 1989)59定义: 指成油有机质 ( 腐泥型和混合型干酪根 ) 在热力作用下以及石油热裂解形成的各种天然气 , 主要包括石油伴生气 、 凝析油伴生气和热裂解伴生气 。化学组成: 石油和凝析油伴生气在化学组成上的基本特点是重烃气含量一般大于 5%, 最高可达 40 甚至可超过甲烷含量 。 过成熟干气则以甲烷为主 , 重烃气一般小于 2%。 在碳稳定同位素上 , 由石油伴生气 过成熟干气 , 13 δ 13大致分别为 - 、 - 、 ≥ 。油型气60与成油有机质演化有关的天然气(烃和非烃)随深度生成模式61定义: 指煤系有机质 ( 腐殖型干酪根和腐植煤 ) 在变质作用过程中形成的热成因气 。 煤系 又称含煤岩系 , 是以含有煤层和煤线为特征的沉积岩系 。 当腐植有机质高度聚集时便形成腐植煤 。成煤作用与煤型气的形成: 成煤作用阶段分为泥炭化阶段和煤化作用阶段 。 当埋藏逐步加深 , 在温度 、 压力和时间等因素的作用下 , 堆积的植物遗体和碎片按泥炭-褐煤-长焰煤-气煤-肥煤-焦煤-瘦煤-贫煤-无烟煤的序列转化 。化学组成: 重烃气有时达到 10%以上 , 甲烷气一般占 70 非烃气含 也含 贫 算煤型气的储量常用煤气发生率 , 视煤气发生率 , 阶煤气发生率 , 煤系泥岩产气率 , 泥岩视产气率和泥岩阶产气率 。煤型气62实测表明 , 煤的挥发分随煤化作用增强明显减低 , 由褐煤-烟煤-无烟煤 , 挥发分大约由 50%降低到 5%。 这些挥发分主要以 是形成煤型气的基础 。63天然气生成模式图(据张义纲等, 1991)64定义: 地球深部岩浆岩活动 、 变质岩和宇宙空间分布的可燃气体以及岩石无机盐类分解产生的气体 , 都属于无机成因气或非生物成因气 。 它属于干气 。化学组成: 一般以甲烷为主 , 量很少 ,一般< 1%, 常可见微量烯烃 , 并含有较高的 e。一般将 δ 13作为无机成因气的可靠证据 。无机成因气65各种气体的判别方式66第四节 烃源岩及其评价( 也叫母岩或生油岩。 在天然条件下 曾经产生并排出过 烃类且足以形成 工业性油气聚集的细粒沉积。 主要是低能带富含有机质的暗色泥质岩和碳酸岩盐沉积。 只能提供天然气工业价值聚集的富含腐植型有机质的岩石称为 气源岩 。有机质的数量 有机质的类型 有机质的成熟度69烃源岩评价参数之 有机质的数量: 包括 有机质的丰度 和 烃源岩的体积 。 有机质丰度的主要指标为 有机碳 、 氯仿沥青 “ A”和 总烃的百分含量 。 沉积岩中的碳以 碳酸盐岩 和 有机碳 两种形式存在 , 在组成生物体的主要元素中 , 碳含量最高 、 最稳定 , 因此是最主要的丰度指标 。 氯仿沥青 “ A”是对岩石进行氯仿抽提再进行色层分离可得到总烃含量 , 也能反映有机质的丰度 。70我国陆相生油层评价标准演化阶段烃源岩级别评价参数干酪根类型 很好烃源岩 好烃源岩 中等烃源岩 差烃源岩 非烃源岩未成熟 烃腐泥型 腐泥型 中间型 腐殖型 腐殖型H/%)Ⅰ -Ⅱ 1 > 2-Ⅲ > A”( %) > 10> 1000 500~ 1000 150~ 500 50~ 150 < 502/( mg/g) > 10 10 过成熟 %)Ⅰ -Ⅱ 1 > 2-Ⅲ > 有机质的类型常从不溶有机质 ( 干酪根 ) 和可溶有机质 ( 沥青 ) 进行分析 。 干酪根类型的确定是有机质类型研究的主体 ,常用的研究方法有 元素分析 、 光学分析 、 红外线光谱分析 以及 岩石热解分析 等 。烃源岩评价参数之 有机质的类型:72元素分析 元素分析: 是从化学性质和本质上来把握其类型的 。 从全球来看 , 石油主要产生于腐泥型或腐殖型过渡的有机质;腐殖型主要生成天然气 。 陆相烃源岩中干酪根类型和划分: Ⅰ 型为腐泥型 , Ⅲ 型为腐殖型 , Ⅱ 型为混合型中的中间型 , Ⅱ 1型为腐殖腐泥型 , Ⅱ 2型为腐泥腐殖型 。 还有 Ⅳ 型为媒质型或残余型 。73光学分析孢粉学法 是按干酪根在透射光下的微观结构 , 将其分为藻质 、 絮质 、 草质 、木质和媒质 , 前 3种为腐泥型有机质 ,后 2种为腐殖型和残余型有机质 。煤岩学法 是将干酪根的显微组成分为壳质组 、 镜质组和惰性组 , 其中壳质组为腐泥型有机质 ,多数镜质组为腐殖型有机质 , 惰性组为媒质型有机质 。74岩石热解分析 烃源岩评价仪: 用岩石热解分析仪直接从岩样中测出所含的 吸附烃 ( 、 干酪根热解烃 ( 和 二氧化碳 ( 与水等含氧挥发物以及相应的温度 。 氢指数 ( 有机碳 , 和 氧指数 ( 有机碳 , 与干酪根元素组成分析能很好对比 。 可利用这两个指数绘制范氏图确定烃源岩中有机质的类型 。75烃源岩中的干酪根分类孢粉学分类 藻 质 絮 质 草 质 木 质 煤 质煤岩学分类显微组分 壳 质 组 镜质组 情质组显微组分细分 藻质体 无定形孢 粉角质体树脂体木栓体结构镜质体无结构镜质体丝质体微粒体巩膜体元素分析质型( Ⅰ ) 腐泥型( Ⅱ ) 腐植型( Ⅲ ) 残余型( Ⅳ )中国分类 腐 泥 型( Ⅰ ) 腐植型( Ⅲ ) 煤质型( Ⅳ )原始 H/0 < 1+kg/> 6 6- 4 < 2 < 2降解率( %) > 50 10- 50 < 10mg/> 800 800- 500 < 150mg/< 40 60- 40 150- 50红外光谱分析2930(1600(> 1600(> 生、湖生 陆生 陆生 陆生强氧化 或再循环化石燃料 以油、油页岩、藻煤和 残植煤为主 油气 以气和腐植 煤为主 无油、少量气76可溶沥青分析比较典型的指标有 正烷烃 、 甾烷 、 萜烷 等 。 在正烷烃的气相色谱上 , 高分子量奇 而中分子量的奇 萜烷多见于高等植物 。77 有机质成熟度是指在有机质所经历的埋藏时间内 , 由于增温作用所引起的各种变化 。 评价有机质成熟度常用且有效的方法包括:镜质体反射率 ( 法 、 孢粉和干酪根颜色法 、 岩石热解法 和 可溶有机质的化学法 。 还要应用多种 成熟度标尺 和 烃源岩评价参数之 有机质的成熟度:78 镜质体反射率也称镜煤体反射率 ( , 它是温度 和 有效加热时间 的函数且具不可逆性 , 是表征成烃有效性和产物性质的重要参数 。 镜质体反射率可定义为光线垂直入射时 , 反射光强度与入射光强度的百分比 。镜质体反射率法( 1)腐泥型干酪根中缺乏镜质组;( 2)主要限于晚古生代以来的碎屑岩系。问题79孢粉和干酪根颜色法 原理: 在显微镜透射光下 , 孢子 、 花粉和其他微体化石随成熟度作用的增强而显不同颜色 。 未成熟阶段为浅黄至黄色 , 成熟阶段为褐黄至棕色 , 过成熟阶段为深棕至黑色 。成熟度和干酪根颜色的关系(以西加拿大盆地八口钻井为例)(据 1969)⑴ 黄色;⑵ 棕色;⑶ 暗棕和黑色80 利用岩石热解分析资料中 2) 和热解峰温 )两个参数可确定生油岩的未成熟带 、成油带和成气带 。 采用岩石热解法确定的界限 ,也会因干酪根的类型不同而异 , 需配合氢指数(氧指数 (及其他方法给出的类型参数 。岩石热解法用热解方法的转化率( 2))和峰温( 定生油岩的成熟度(引自 1977)81 碳优势指数石油中的正烷烃 , 主要是新生的 , 并且随有机质成熟度的增加 , 低分子量正烷烃增多 , 致使正烷烃分布曲线的主峰移至低 早期具有明显优势的奇数 奇 在原油中奇偶数 所以从不成熟-成熟 , 奇 可溶有机质的化学法沉积物和原油的碳优势指数的分布(据 1965)82熟度标尺和 键问题是要忠实地重建沉积盆地的埋藏历史和受热温度史 。83 普遍认为理想的烃源岩主要为 粘土岩类和碳酸盐岩类 , 一般为暗色的 、 细粒的岩石 , 富含有机质和微体古生物化石 , 常含指示还原环境的黄铁矿 , 偶见原生油苗 , 均为低能环境产物 。 粘土岩类烃源岩:泥岩 、 页岩 碳酸盐岩类烃源岩:灰岩 、 生物灰岩 、 泥灰岩 最有利的生油气岩相为:浅海相 、 三角洲和深水-半深水湖相 。对比的意义 对比参数的选取 油源对比 气源对比第五节 包括油
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本文标题:4-油气成因和烃源岩
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