当前位置:首页 >> 理学 >>

4-油气成因和烃源岩


第四章 油气成因和烃源岩
(Petroleum Origin and Source Rock) Rock)
第一节 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
1

第一节 油气成因概述
无机成因 (inorganic origin)

成因理论

起源物质和 生油气过程

有机成因 (organic origin)
2

油气无机成因说
19世纪中叶提出的碳化物说 1889年提出了宇宙说
3FemCn+4mH2O → mFe3O4+C3nH8m nCO+2nH2 → (-CH2)n+nH2O

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 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



3

为什么世界90% 为什么世界 90% 以上的石油都埋藏在沉 积岩中? 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? 旋光性、生物标志化合物?

无机成因说的致命要害! 无机成因说的致命要害!
4

油气有机成因的证据
(1)世界上90%以上油气都产自沉积岩。 90% 90 (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 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 时代分布 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 富含有机质的层位有依存关系。 富含有机质的层位 (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 元素组成包括微量元素组成都与有机质和有机矿床相近。 元素组成 (6)石油以及绝大多数天然气的碳稳定同位素组成 碳稳定同位素组成与生物物质的碳稳定同 碳稳定同位素组成 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 生物标记化合物,它们的碳骨架仅为生物体所特有。 生物标记化合物 (8)石油普遍具有荧光性 荧光性,这主要与含有化学结构不对称的生物标志化合 荧光性 物有关。 模拟实验表明从多种有机质中可得到油气的烃类。 (9)模拟实验 模拟实验 (10)现代测试技术 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。5 现代测试技术

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。

唯海相生油论
混成说进一步发展

20世纪50年代初,Smith提出了早期有机成因说

晚期油气生成理论
6

早期有机成因说: 早期有机成因说:
1.

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。 在现代或近代的沉积物中,观察有有机质向烃类 的转化。 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。

2.

3.

难点: 难点 a.世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世以前; b.现代沉积物中的烃类性质与真正的石油不同。
7

晚期有机成因说: 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。
8

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。 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。 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。
9

2.

3.

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-低熟油成因 煤成油形成机理
10

1. 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)

11

海相生油理论
浮游生物
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 多数分布在海相地层中, 学家主张油气是由海洋中低等动植物学家主张油气是由海洋中低等动植物-即 小型浮游生物和藻类等形成的。由于我国 小型浮游生物和藻类等形成的。 陆相地层发育,故上世纪初来华的外国学 陆相地层发育, 者认为“中国贫油” 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。 了中国初期石油工业的发展。

陆地

海洋

12

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、 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 世纪初叶至解放前 和黄汲清等根据大量野外地质调查, 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” 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, 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。 成为产油大国提供了理论基础。
13

煤成气(烃)理论
鳞木、种子蕨森林沼泽

芦木沼泽 陆地

煤系-煤成气( 煤系-煤成气(烃)的源岩 20世纪40 年代,德国学者认为煤系是商业气田的源岩, 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 世纪40年代 煤成气理论;60年代末 年代末, 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 年代末, 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。 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 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 年初我国探明天然气储量中煤成气占64% 14 量中煤成油不足3 量中煤成油不足3%。

2. 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。
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。 15

天然有机质与石油的平均元素组成(据Hunt,1979) 元素组成(质量百分数) C H S N O 44 6 50 63 5 0.1 0.3 31.5 53 7 2 17 22 76 12 12 79 6 5 2 8 84 10 3 1 2 84.5 13 1.5 0.5 0.5
16

碳水化合物 木质素 蛋白质 脂类 干酪根 沥青 石油

原始生物化学组成:水、脂类、碳水化合物、蛋白质和木质素。

沉 积 有 机 质 的 原 始 生 物 化 学 组 成
定义: 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 是 的有 、 、 、 和 。 : 是 油。
17

脂类







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Cn (H2O) m, 包括葡萄糖、淀粉、 、 , 是 物的 , 物 是碳水化合物 或 水 , 来

沉 积 有 机 质 的 原 始 生 物 化 学 组 成
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 成 。 蛋白质构成 蛋白质 物 中 细 , 含 物。 。
19

蛋白质

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 素 的 的 质, 中芳 的 质 一。 ,是 , 是

沉积有机质的形成
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。
21

沉 积 有 机 质 的 分 布 和 丰 度

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 质 。
22

有机质分

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。 中的有机碳含量差别很大。
沉积物中的有机碳(据Hunt,1972) 位置 大陆,陆棚,陆坡 粘土和页岩 碳酸盐 砂岩 0.99 0.33 0.28 0.82 0.08 0.09 平均值 重量 (质量%) (1016t) 位置 大洋 粘土和页岩 碳酸盐 硅质沉积 0.22 0.28 0.26 0.07 0.10 0.04 平均值 重量 (质量%) (1016t)

23

影响沉积有机质丰度的因素
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。 (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; 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。 (2)粘土比表面积大,易吸附有机质; 沉降、沉积速度:有机、无机质点的绝对速度; (3)形成泥质的沉积环境有利于有机质保存。 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。
24

沉 积 有 机 质 中 的 干 酪 根

干酪根(kerogen) 干酪根(kerogen):沉积岩中不溶于碱、 非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质。

沉积

中有机质的分散



25

成分和结构 沉 积 有 机 质 中 的 干 酪 根
干酪根的C:70-90%,H: 3-10% , O : 3-19% , N : 0.4-4%,S:0.2-5%。 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 成。 结构 分 成 桥 有 有 。
26

, 。

有 、杂

的 结构 , ,

沉 积 有 机 质 中 的 干 酪 根

类型
Ⅰ型是分散有机质干酪根中 干酪根是分散有机质的主 经细菌改造的极端类型, 经细菌改造的极端类型,或 体,它的类型基本代表岩 藻质型,富含脂肪族结构, 藻质型,富含脂肪族结构, 石中分散有机质的类型。 富氢贫氧, 富氢贫氧,生烃潜力 根据元素分析将其分为3 0.4~0.7,高产石油类型。 ,高产石油类型。 大类:Ⅰ型是分散有机质 Ⅰ Ⅱ型是常见的腐泥型干酪 是常见的腐泥型干酪 根,有机质主要来源于浮 干酪根中经细菌改造的极 游生物和细菌,生烃潜力 游生物和细菌, 端类型。Ⅱ型是生油岩中 0.3~0.5。 。 常见的干酪根,又称腐泥 Ⅲ型是由陆生植物组成的 是由陆生植物组成的 型。Ⅲ型是由陆生植物组 腐殖型干酪根, 腐殖型干酪根,以产气为 成的干酪根,又称腐植型。 生烃潜力0.1~0.2。 主,生烃潜力 。
Ⅳ是残余型。

27

沉 积 有 机 质 中 的 干 酪 根
1. 藻腐泥型干酪根 2. 腐植-腐泥型干酪根 腐植- 3. 腐植型干酪根
1 2

28

3

沉 积 有 机 质 中 的 干 酪 根

光学分类
●孢粉学家用HCl和HF除去无机矿物质后,将有机残渣(干酪根) 孢粉学家用HCl和HF除去无机矿物质后,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、 放在显微镜透射光下观测,划分出藻质、无定形、絮质、草质、 藻质、 木质和煤质等组分。随着埋深加大,地温升高, 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, 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。 H/C)原子比也降低。 ● 煤岩学家在显微镜在用25-50 倍油浸镜头, 通过反射光观察煤 煤岩学家在显微镜在用25-50倍油浸镜头 , 或干酪根的显微组分, 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、 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、 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、 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。 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。 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。
29

3. 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

30

有 机 质 的 成 烃 演 化 阶 段 与 油 气 生 成
有机质的成岩演化与成烃作用 (据Tissot&Welte,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)
31

有 机 质 的 成 烃 演 化 阶 段 与 油 气 生 成

成岩作用阶段
此阶段从沉积有机质被埋 藏开始到门限深度为止, 藏开始到门限深度为止, Ro< Ro<0.5%。 成岩作用早期, 成岩作用早期,有机质要 经历细菌分解和水解, 经历细菌分解和水解,随 着埋深的增加, 着埋深的增加,细菌作用 趋于终止, 趋于终止,进而演化为地 质聚合物即干酪根。 质聚合物即干酪根。 成岩作用阶段 早期 成的 物, 物, 物 和 分 。 物成 阶段 期, 有机质成岩作用 期, 地 水 和 物的 解 增加, 增加,有 于 成 的 。

32

有 机 质 的 成 烃 演 化 阶 段 与 油 气 生 成

成作用阶段
为干酪根生成油气的主要 阶段,也可称油和湿气阶 阶段,也可称油和湿气阶 此阶段划分2个带: 段,此阶段划分2个带: 油带Ro为 油带Ro为0.5~1.3%,又叫 Ro 1 中成熟阶段, 低-中成熟阶段,其中低 熟油带Ro Ro为 熟油带Ro为0.5~0.7%,中 0 熟油带Ro Ro为 熟油带Ro为0.7~1.3%,干 1 酪根通过热降解作用主要 生成熟的 油 油和湿气带又叫 油和湿气带又叫 成 熟阶段, 熟阶段, 的 , 干酪根和 成的 油 解, 生热 解 , 1 - 的 ,可 成 析气

33

有 机 质 的 成 烃 演 化 阶 段 与 油 气 生 成

作用阶段
也称热裂解干气阶段。 也称热裂解干气阶段。 该阶段埋深大、温度高, 该阶段埋深大、温度高, Ro> Ro>2.0%。由在成熟阶段 干酪根上的较长烷基链已 消耗殆尽, 消耗殆尽,所以生油潜力 枯竭, 枯竭,只能在热裂解作用 烷, 生成高温 烷, 生成的 前生成的 油和 气也 裂解 热力 上 烷。 的 烷。

34

有 机 质 的 成 烃 演 化 阶 段 与 油 气 生 成
35

质成熟演化

成岩演 化阶段 成岩 阶段 深 成 阶 段 质 阶 段 烃类产物 煤阶

阶段


固定碳 镜煤反射率 H/C 地温 深度 孢粉 成熟 主要反应 (%) (%) 原子比 (℃) (m) 颜色 程度 | | | | 浅黄 生物甲烷 泥炭褐煤 生物化学 未成熟 >0.84 55 0.5 50 1000 橙黄 长焰煤 55 0.5 50 1000 橙 重质油、干气 0.84 气 煤 | | | | | 热降解 中质油、湿气 0.69 肥 煤 75 1.3 150 4000 褐 成熟 75 1.3 150 4000 煤 0.69 质油、湿气 | | 热 解 | | 煤 0.62 2.0 200 6000 85 煤 温甲烷 85 2.0 <0.62 200 6000 热 解 成熟 煤

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Tissot等,1978)
36

干 酪 根 热 演 化 成 烃 与 热 模 拟 实 验
在埋藏过程中II型干酪根元素组成的演化
(据Tissot & Welte,1984) A为成岩阶段末期;B-D为深成阶段;E为准变质阶段

在热模拟实验中II型干酪根元素组成的变化
(据Tissot等,1974)
37

干 酪 根 热 演 化 成 烃 与 热 模 拟 实 验
II型干酪根天然演化的红外广谱图 II型干酪根人工演变的红外广谱图
(巴黎盆地下托尔统;撒哈拉下志留统) (据Tissot & Welte,1984) (据Tissot等,1974)
38

干 酪 根 热 演 化 成 烃 与 热 模 拟 实 验
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)
39

国外若干典型盆地 烃和非烃的生成与 埋深的关系图
PZOF为主要生油带; ZGF为热裂解成气带; 温度为现地温;杜阿盆 地的90℃和135℃为古 地温

促 使 沉 积 有 机 质 演 化 成 烃 的 因 素
40

1、细菌 2、温度和时间 3、催化剂 4、放射性 、

促 使 沉 积 有 机 质 演 化 成 烃 的 因 素 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、P 分 C、H 是H 起 。细菌 作用 有机质 。
41

细菌

促 使 沉 积 有 机 质 演 化 成 烃 的 因 素 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 较低 只有 温度,才 生成液态烃 而温 度 度,液态烃 , 态烃生成 加
42

温度和时间

促 使 沉 积 有 机 质 演 化 成 烃 的 因 素
43

温度和时间
温 度 温度 温度 度 温度 度 度 温度

促 使 沉 积 有 机 质 演 化 成 烃 的 因 素
时 时

温度和时间
温度 ~ 温度 温度 温度和 度

温度 温度

时间和温度 温度

时间
44

促 使 沉 积 有 机 质 演 化 成 烃 的 因 素
时 温

温度和时间
●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

1 lg t = 3014 × ? 6.498 T
沉积有机质的时代越新即所经 历的受热时间越短, 历的受热时间越短,则生油门 限温度越高; 限温度越高;时代越老受热时 45 间越长,则门限温度越低。 间越长,则门限温度越低。

促 使 沉 积 有 机 质 演 化 成 烃 的 因 素 所 的活化能 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, 的化 在 化 的 ,催化剂的 , 的
和催化


催化剂

所 要的

46

促 使 沉 积 有 机 质 演 化 成 烃 的 因 素

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。

高 的

有机质成 有利于

和生烃。 有机质的成 。
47

有 利 油 气 生 成 环 境

海洋中以浅海为最有利的生油环境。 陆地上的深水-半深水湖泊也比较 有利。温暖、湿润的气候是生物繁 殖和发育的外部有利条件。

丰富的有机质

适宜物化条件
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。 48

4. 未熟-低熟油成因 未熟-
概念: 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(Ro)值大致在0.3%- 0.7%范围内,相当于干酪根生烃模式的 未成熟和低成熟阶段。
49

成因:生油母质并非单一的特定有机质, 成因: 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。
50

富硫有机质早期生烃: 1 .富硫有机质早期生烃: 由于C-S键断裂所需能量低于C-C键,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-S键,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。 生物类脂物早期生烃: 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-低熟油形成的一个途径;蜡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。 生物作用与早期成烃: 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。 高等植物生化组成有关的早期生烃: 4.高等植物生化组成有关的早期生烃:树脂体可在未熟-低孰阶段的 低温条件下早期生烃;木栓质体在成岩作用的早期阶段(即 Ro 小于0.6%)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。 51

5. 煤成油形成机理
概念:指煤和煤系地层中集中和分散 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。 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。 准变质作用)两个阶段。

52

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。
煤系烃源岩
腐泥煤(藻煤) 腐泥煤(藻煤) 低等生物 Ⅰ型干酪根 腐殖-腐泥煤 腐殖 腐泥煤 过渡型 Ⅱ型干酪根 腐殖煤 陆生高等植物 腐殖煤 残殖煤

壳质组富集, 壳质组 镜质组 惰质组 壳质组富集, 50~60% 生烃潜 部分具生 力最大 烃潜力 生 气
53

Ⅲ型干酪根

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%-60%;正 构烷烃中高碳数组成含量高,分布在C20-C40 正构烷烃的 范围突出;类异戊间二烯烃中,具姥鲛烷优势,Pr/Ph 比常大于4;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,C30重排藿烷常见;有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C29甾烷占优势;含有较丰富的各种芳 香烃类化合物;煤成油的碳稳定同位素组成以高δ13C值 为特征,一般为-27‰?25‰。
54

煤成油模式
泥炭化-褐煤阶段 泥炭化 褐煤阶段: 褐煤阶段 可生成未熟-低熟油 可生成未熟 低熟油 褐煤-长焰煤阶段: 褐煤 长焰煤阶段: 长焰煤阶段 成烃转化作用的开始 气煤和肥煤阶段: 气煤和肥煤阶段: 重要的石油生成 时期

焦煤和瘦煤阶段: 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: 贫煤和无烟煤阶段: 干气形成时期
55

第三节 天然气成因类型和判别
成因气

成 因 分 类

型气

型气

成因气

56

生 物 成 因 气

定义: 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CO2和少量的N2,有时混 有早期低温降解作用形成的 甲烷气及重烃气。 化学 成: N2 的 成: 少 气 ,C 量 ,有的 ,重 烃 量低, 2 , ?2 , 的 气。生物成因气的 C ‰? ‰ 。
菌体

不溶有机质
酶的发酵作用

可溶有机质 产酸菌

挥发性酸

其他

酶的发酵作用

菌体

CH4+H2O

其他
57

形成环境: 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-水合物。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pH值为靠近中性6.2?7.2之间;三是温度低于 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Rice & Claypool,1981,转引自陈荣书,1989)
58

油 型 气

定义: 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40-50%,甚至 可超 含量。 成 干气 以 主,重烃气 一般 于 %。在 定 上, 石油伴生气-凝 析油伴生气- 成 干气, , 大, 大 -55‰ -40‰、-45‰ - 0‰、 - 5‰。

59

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

60

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。

煤 型 气

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 煤 煤 气煤 煤 煤 煤 煤 煤的 化。 化 成: 气有时 。 气含 和 以 , , 含 , 气 。 ,阶 和泥岩
61

煤型气的 用煤气 煤气 ,煤系泥岩 气 阶 气 。

, 煤气 ,泥岩 气

实测表明,煤的挥发分随煤化作用增强明显减低, 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 50% 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CH 挥发分主要以 CH4 、 CO2 、 H2O 、 N2 、 NH3 等气态产物的形式 逸出,是形成煤型气的基础。 逸出,是形成煤型气的基础。

62

天然气生成模式图
(据张义纲等,1991)
63

无 机 成 因 气

定义: 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: 化学组成:一般以甲烷为主,C2+含量很少, 一般 , 可 量 , 含 的 2、 2、C 2、C 和 。 一般 。
64

C

2 ‰

为无机成因气的可

各 种 气 体 的 判 别 方 式

65

第四节 烃源岩及其评价 (Source Rock) )
烃源岩定义

烃 源 岩
烃源岩评价

烃源岩
66

1.烃源岩定义 1.烃源岩定义
也叫母岩或生油岩。 在天然条件下曾经产生并排出过 曾经产生并排出过烃类且 曾经产生并排出过 足以形成工业性油气聚集的细粒沉积。 足以形成 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。
67

2.烃源岩评价 2.烃源岩评价
有机质的数量 有机质的类型 有机质的成熟度
68

烃源岩评价参数之有机质的数量: 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。
69

我国陆相生油层评价标准
演化 阶段 烃源岩级别 评价参数 有机质类型 H/C原子比 原子比 Ⅰ-Ⅱ1 Ⅱ 未成熟未成熟 成熟 TOC(%) ( ) Ⅲ Ⅱ2-Ⅲ 沥青“ ( ) 沥青“A”(%) 总烃(HC) 总烃( ) (10-6) S1+S2/(mg/g) ( ) 成熟成熟 过成熟 Ⅰ-Ⅱ1 Ⅱ TOC(%) ( ) Ⅲ Ⅱ2-Ⅲ >3.0 1.5~3.0 ~ 0.6~1.5 ~ 0.35~0.6 ~ <0.35
70

干酪根 类型

很好烃源岩 富烃腐泥型 1.5—1.7 >2.0 >4.0 >0.25 >1000 >10 >1.2

好烃源岩 腐泥型 1.3—1.5 1.0~2.0 ~ 2.5~4.0 ~ 0.15~0.25 ~ 500~1000 ~ 5.0~10 ~ 0.8~1.2 ~

中等烃源岩 中间型 1.3—1.0 0.5~1.0 ~ 1.0~2.5 ~ 0.05~0.15 ~ 150~500 ~ 2.0~5.0 ~ 0.4~0.8 ~

差烃源岩 腐殖型 0.5—1.0 0.3~0.5 ~ 0.5~1.0 ~ 0.03~0.05 ~ 50~150 ~ 0.5~2.0 ~ 0.2~0.4 ~

非烃源岩 腐殖型 0.5—0.7 <0.3 <0.5 <0.03 <50 <0.5 <0.2

烃源岩评价参数之有机质的类型: 有机质的类型: 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。

71

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,Ⅱ1型为腐殖腐泥型,Ⅱ2 型为腐泥腐殖型。 还有Ⅳ型为媒质型或残余型。

72

光学分析
孢粉学法是按干酪根 孢粉学法 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 煤岩学法 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。
73

岩石热解分析
烃源岩评价仪: 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(S1)、干酪根热解 烃( S2 ) 和 二氧化碳( S3 ) 与水等含氧挥发 物以及相应的温度。

氢指数( S2 /有机碳,IH)和氧指数( S3 /有
机碳, IO)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。
74

烃源岩中的干酪根分类
孢粉学分类 煤 岩 学 分 类 元 素 分 析 显微组分 藻 质 絮 质 壳 质 组 孢 粉 角质体 树脂体 木栓体 草 质 木 质 镜质组 结构镜质体 无结构镜质 体 腐植型( 腐植型(Ⅲ) 腐植型( 腐植型(Ⅲ) 1.0-0.70 - 0.3-0.2 - <2 <10 <150 150-50 - <0.4 <0.25 陆生 以气和腐植 煤为主 陆生强氧化 或再循环
75

煤 质 情质组 丝质体 微粒体 巩膜体 残余型( 残余型(Ⅳ) 煤质型( 煤质型(Ⅳ) 0.60-0.50 - 0.3-0.25 - <2

显微组分细分

藻质体

无定形

Tissot分类 分类 中国分类 原始H/C原子比 原子比 原始 原始O/C原子比 原子比 原始

藻质型 (Ⅰ)

腐泥型( 腐泥型(Ⅱ) 腐 泥 型(Ⅰ)

1.70-1.50 <0.1 >6 >50 >800 <40 >3.0 >1.20 海生、 海生、湖生

1.50-1.30 - <0.2-0.1 - 6-4 - 10-50 - 800-500 - 60-40 - >3.0 1.20-0.45 - 陆生 油气

岩 石 热 解 分 析 红外 光谱 分析

生烃潜力S 生烃潜力 1+S2 岩石) (kg/t岩石) 岩石 降解率( ) 降解率(%) IH(mg/g有机碳) 有机碳) 有机碳 IO(mg/g有机碳) 有机碳) 有机碳 2930(cm-1)/1600(cm-1) 1460(cm-1)/1600(cm-1) 有机质来源 化石燃料

以油、油页岩、 以油、油页岩、藻煤和 残植煤为主

无油、 无油、少量气

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、甾烷、 正烷烃的气相色谱上,高分子量奇C优势正烷 烃常反映原始有机物是陆地的高等植物,而 中分子量的奇C优势正烷烃主要来自藻类或与 之相关的酸。 萜烷多见于高等植物。

76

烃源岩评价参数之有机质的成熟度: 有机质的成熟度: 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(Ro)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TTI等预测方法 来估算烃源岩中有机质的成熟度。
77

镜质体反射率法
镜质体反射率也称镜煤体反射率(Ro),它是 温度和有效加热时间 有效加热时间的函数且具不可逆性,是 温度 有效加热时间 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。

问题

(1)腐泥型干酪根中缺乏镜质组; 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。 主要限于晚古生代以来的碎屑岩系。
78

孢粉和干酪根颜色法
原理: 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Staplin,1969) ⑴ 黄色;⑵ 棕色;⑶ 暗棕和黑色
79

岩石热解法
利用岩石热解分析资料 中 S1/(S1+S2) 和 热 解 峰 温 Tmax(℃) 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 (IH)和氧指数(Io)以及其 他方法给出的类型参数。
用热解方法的转化率(S1/(S1+S2))和 80 峰温(Tmax)确定生油岩的成熟度
(引自Tissot,据Espitalié等修订,1977)

可溶有机质的化学法
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C数范围。 早期具有明显优势的奇数C 原子随热解作用的继续进行, 奇C优胜逐渐消失,在原油 中奇偶数C原子量几乎相等, 所以从不成熟-成熟,奇C 优势逐渐消失。

沉积物和原油的碳优势指数的分布 81
(据Bray and Evans,1965)

成熟度标尺和TTI法 成熟度标尺和 法 TTI(Time Tempterture Index)
TTI i = ?ti ? ri
n

TTI法的 关 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。
82

沉积埋藏与受热历史模式图

3.理想的烃源岩 3.理想的烃源岩
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。
83

第五节 油气地球化学对比
对比的意义 对比参数的选取 油源对比 气源对比
84

1.对比的意义 1.对比的意义
从广义上说,包括油-油 对比,油-岩对比,气 -气对比,气-岩对比, 油-气-岩对比和天然 气成因分类,其中油岩和气-岩对比以及天 然气成因分类是核心 问题。 石油、天然气和生油岩对比时要研究的内容
(据Tissot等,1978)
85

2.对比参数的选取 2.对比参数的选取
基础: 基础:性质相同的两种油气应源于同一母岩;母岩排 出的石油应该与母岩中残留的石油相同;母岩排出的 天然气的成因类型应该与母岩的性质一致。 选取原则: 选取原则:应该选取受非成因因素干扰最小且较稳定 的指标;凝析油和原油应选用不同的对比参数;一般 不宜采用油气化合物组成的绝对含量,应采用系列化 合物的分布和比值。 对比参数: 对比参数:包括石油对比参数和天然气的对比参数。
86

3.油源对比和气源对比 3.油源对比和气源对比
油源对比 微量元素系列和V/Ni比值 生物标志化合物 正构和异构烷烃、环烷烃、 芳香烃等系列化合物 各种石油组分的碳氢稳定 同位素 石油和生油岩中孢粉组合 气源对比 烃气富集系数即烃气/非烃气 甲烷系数(湿气指数)C1/∑Ci 干燥系数C1/C2+ 重烃系数或湿度C2+/C1

δ13C1、δ13C2、δ13Cco2、 δD、3He/4He、40Ar/36Ar Ro在对比和确定天然气成因
时往往选用一个或多个坐标 87 对

思考题
名词解释: 沉积有机质、干酪根、地温梯度、门限深度、 生物成因气、油型气、煤型气、烃源岩 “石油有机晚期成因说”的基本内容。 石油有机晚期成因说” 有机质成烃演化的阶段及主要影响因素。 简述干酪根的分类。 天然气的成因类型。 如何评价烃源岩。
88


相关文章:
4-油气成因和烃源岩_图文.ppt
4-油气成因和烃源岩 - 第四章 油气成因和烃源岩 (Petroleum Ori
第4章 油气成因和烃源岩_图文.ppt
第四章 油气成因和烃源岩 第一节 油气成因 碳化物说 宇宙说? 有机成因说 高温
04第四章 油气成因和烃源岩-2014.ppt
第四章 油气成因和烃源岩 Petroleum Origin and Source
第四讲 油气成因与烃源岩_图文.ppt
第四讲 油气成因与烃源岩 - 油气田开发地质学 胡芳 长江大学工程技术学院石油资源系 第二章 油气成因与烃源岩 教学目的与教学思路 掌握油气生成的原始物质来源;...
4石油地质学 第四章 油气成因理论及烃源岩_图文.ppt
第四章:石油和天然气的生成与烃源岩 第一节 油气成因理论发展概况第二节 生成油气
第四章-石油和天然气的成因与烃源岩_图文.ppt
第四章-石油和天然气的成因与烃源岩 - 石油和天然气的成因与烃源岩 主要内容 ?油气成因理论发展概况 ?油气生成的物质基础 ?油气生成的动力条件 ?有机质演化与...
02 油气成因和烃源岩.doc
02 油气成因和烃源岩 - 02 一、名词解释: 1、沉积有机质 4、门限深度 油气成因和烃源岩 2、地温梯度 5、烃源岩(生油岩) 3、门限温度 6、镜质体反射...
油气成因与烃源岩_图文.ppt
油气成因与烃源岩 - 石油地质学 胡芳 长江大学工程技术学院石油资源系 思考题
石油地质学 第四章 油气成因理论及烃源岩_图文.ppt
第四章:石油和天然气的生成与烃源岩 第一节 油气成因理论发展概况第二节 生成油气
2 油气成因与烃源岩(2)_图文.ppt
2 油气成因与烃源岩(2) - 第三节 天然气的成因类型及特征 一、天然气成因类
油气成因与烃源岩评价研究综述.doc
油气成因与烃源岩评价研究综述 - 油气成因与烃源岩评价研究综述 1 油气成因理论
第六讲 油气成因与烃源岩_图文.ppt
第六讲 油气成因与烃源岩 - 石油地质学 胡芳 长江大学工程技术学院石油资源系 第二章 油气成因与烃源岩 第二章 思考题 名词解释: 1. 名词解释:沉积有机质 ...
第五章 油气成因理论与烃源岩.doc
第五章 油气成因理论与烃源岩 - 第五章 油气成因理论与烃源岩 一、有机成因的证
第二章1-4节油气生成与烃源岩_图文.ppt
第二章1-4节油气生成与烃源岩 - 第二章 石油和天然气的形成 第一节:油气成因假说概述 一、石油成因有争议的原因 石油的成因是一个极为复杂的课题,至今还...
第二章1-4节油气生成与烃源岩_图文.ppt
第二章1-4节油气生成与烃源岩 - 第一节 油气成因理论 第二节 油气生成的物质
烃源岩评价方法-3_图文.ppt
盆地热史与油气形成密切相关,控制着盆地内烃源岩的热演化以及油气的生成过程、 ...4 0 0 -2 0 0 10 0 Y = -3 7 4 6 .1 6 *ln X + 2 2 4 7...
第五章:油气成因理论及烃源岩1_图文.ppt
第五章:油气成因理论及烃源岩1 - 第五章:油气成因理论及烃源岩 第一节 油气成因理论的发展概况 第二节 生成油气的物质基础 第三节 油气生成的地质环境与物理...
第五,六讲 油气成因与烃源岩_图文.ppt
第五,六讲 油气成因与烃源岩 - 第二章 油气的生成与生油层 第二章 油气成因与烃源岩 第二章 思考题 1. 名词解释:沉积有机质 干酪根 Ⅰ型干酪根:称腐...
第七讲 油气成因与烃源岩_图文.ppt
第七讲 油气成因与烃源岩 - 石油地质学 胡芳 长江大学工程技术学院石油资源系
《石油地质学》油气生成与烃源岩改.ppt
石油地质学 第四章 油气成... 202页 免费 第六讲 油气成因与烃源岩 47
更多相关标签: