油氣生成與烴源巖改

1、第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,石油的成因是一個極為復雜的課題，至今還存在一些爭論。這主要原因是：1．物態(tài)上：石油與天然氣是流體。經(jīng)過一定距離運移而聚集起來的?！∫虼擞蜌猱a(chǎn)地（油氣藏）≠生成地2．化學組成上：組份很復雜，且在運移過程中或其它條件的改變，其成份也在發(fā)生變化，其現(xiàn)今的組成并不代表其原貌?！　　　≡寄纲|(zhì)－>油氣？3．涉及學科多：由于分離及鑒定手段的限制，目前對石油組份的了解尚不充分。石油的成因問題，關系到油氣的勘探

2、方向，所以，多年來，它一直吸引著許多國家地質(zhì)學家、生物化學家和地球化學家。,第一節(jié)：油氣成因理論發(fā)展概況一、石油成因有爭議的原因,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,二、油氣成因分兩大學派,無機論：無機物（C，H2O、Fe）－油氣　有機論：生物有機質(zhì)－油氣　　早期說（淺成說）：淺層、成巖早期、生物化學作用　　　晚期說（深成說）：一定熱力＋催化劑作用,從十八世紀七十年代以來，對油氣成因的認識基本上分為無機成油和有機成油學說兩大學派。,第二章

3、 現(xiàn)代油氣成因理論,１、 碳化說：1876年俄國化學家門捷列夫：石油是地下深處的金屬碳化物與下滲的水相互作用所生成。生成的石油蒸氣在沖向地殼的過程中冷凝形成油氣藏?！　　。矲emCn+4mH2O——mFe3O4+C3nH3m,２、 宇宙說：1889年俄國索柯洛夫：碳氫化合物是宇宙所固有的，在地球處于熔融階段時即已存在于氣圈之中了，以后地球冷卻被吸附凝結在地殼上部形成油氣藏。,（一）無機成因說,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,３、巖漿說：蘇聯(lián)

4、庫德梁采夫(1949,10)，在紀念宇宙說六十周年時突然由有機說的觀點轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機說，認為地球深處的巖漿中，含有C、H，還有O、N、S及石油中其他灰分元素。在6000℃—12000℃下，C、H可形成甲基，到3000—4000℃可形成次甲基，隨著溫度降低，可形成甲基，最后形成甲烷，甲炔基可聚合形成各種烴，在溫度、壓力適合時形成石油?！　∑渥C據(jù)是：巖漿巖、變質(zhì)巖中相繼發(fā)現(xiàn)油氣藏，基性巖漿發(fā)現(xiàn)了天然氣。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,（二）有機成

5、因說,１、十八世紀中葉，羅蒙諾夫提出“石油是煤在地下高溫蒸餾的產(chǎn)物——蒸餾說　２、二十世紀初，發(fā)現(xiàn)石油中有卟啉化合物，石油有旋光性——有機說盛行“植物說”、“動物說”、混合說、脂肪說、碳水化合物說、蛋白質(zhì)說?。场ⅰ盎斐烧f”（1932年古勃金）：含有各種類型的分散有機質(zhì)的淤泥，在成巖早期產(chǎn)生分散狀態(tài)的石油，在壓實過程中和水一起進入儲層，形成油氣藏。 ——早期有機成因說,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,４、早期有機論（P.V.Smit

6、h，1952—1954）：　　石油是有機質(zhì)在沉積（埋藏成巖）早期生成的，是許多海相生物遺傳下來的天然烴的混合物。　５、晚期成油說（P.H.Abelson，1963）：石油是由沉積巖中占有機質(zhì)７０－９０％的不溶部分（干酪根）經(jīng)過一定的埋藏演化，在成巖作用晚期，經(jīng)熱解產(chǎn)生的?！衫腋鶡峤獬捎驼f　６、液態(tài)窗（Pusey，1973）：液態(tài)烴分布規(guī)律，主要分布66.5～148.9℃地溫間，高于此溫度大部分為凝析氣田、氣田、干氣田；低于此溫

7、度則為生物成因氣。液態(tài)烴存在的溫度范圍稱為液態(tài)窗。表明石油的分布于溫度有關，存在于一定深度范圍，并不在地表，從而支持了晚期有機說。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,,絕大多數(shù)石油地質(zhì)工作者相信： 有機成因是油氣形成的主要機理。 其主要證據(jù)為：1．世界上已發(fā)現(xiàn)的油氣田99.9%都分布在沉積巖中，只有極少數(shù)石油分布在巖漿巖和變質(zhì)巖中，且這少數(shù)石油也被證明是從沉積巖中運移而來的，而與沉積巖無關的地盾和巨大的結晶巖突起發(fā)育區(qū)，至今未找到油氣聚集

8、。2．石油在地層時代的分布上與煤、油頁巖及有機質(zhì)的分布狀況相吻合的，表明它們在成因上是有聯(lián)系的。3．雖然世界上的石油沒有成份完全相同的，但所有石油的元素組成和化合物組成是相近的或相似的，說明它們的成因可能大致相同。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,4．大量油田測試結果可知，油層溫度很少超過100℃，有些深部油層溫度可以高達141℃，而當T超過250℃時，烴類就會發(fā)生急劇而徹底的裂解，生成石墨及H2，說明石油不可能在高溫下形成。5．從目前

9、發(fā)現(xiàn)的油氣藏分析看，石油生成、聚集成藏不需很長的時間，大約需不到一百萬年。6．石油中含的卟啉化合物，異戊間二烯型化合物，甾醇類，石油的旋光性都證明石油是在低溫下，由生物有機質(zhì)生成的。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,7．石油地質(zhì)工作者對近代沉積的研究成果表明，在近代沉積中確實存在著油氣生成過程，且至今還在進行著，生成的數(shù)量也很可觀。并且，在實驗條件下，用有機質(zhì)進行地下條件模擬，轉(zhuǎn)化出了烴類，這為有機成因?qū)W說提供了有力的科學依據(jù)。,以上重要事

10、實的存在，大大促進了石油有機生成理論的發(fā)展。特別是近代物理、化學、生物、地質(zhì)學等基礎理論的發(fā)展，及色譜、光譜、質(zhì)譜、電子顯微鏡、同位素分析等先進技術手段的廣泛采用，為應用有機地球化學知識來解決油氣成因問題創(chuàng)造了條件，推動了石油生成現(xiàn)代科學理論的日臻完善。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,石油有機成油理論　　晚期成油理論廣泛為國際石油界所接受，　同時“未熟—低熟”油（早期成油）不斷被發(fā)現(xiàn)，早期成油說和晚期成油說也結合起來，形成一個統(tǒng)一的油氣

11、演化過程——石油有機成油理論?！　　　〗鼇?，石油有機成油理論的又一進展是煤成烴理論的發(fā)展與完善。二十世紀六十年代以來，在世界各地相繼發(fā)現(xiàn)了一批與中、新生代煤系地層有關的油氣田。這表明煤系地層不僅是天然氣的主要來源，而且也能形成相當數(shù)量的石油聚集和大油田。到了二十世紀八十年代，人們通過有機巖石學與地球化學相結合的方法和實驗模擬對煤成油問題進行了深入的理論探討，提出了煤系地層有機質(zhì)生烴機理和演化模式。這就更拓寬了油氣勘探領域。,第二章

12、現(xiàn)代油氣成因理論,油氣有機成因發(fā)展中值得指出的是：?。?、在油氣勘探初期，石油大部分被發(fā)現(xiàn)于海相地層中，使得不少石油地質(zhì)家認為只有海相沉積才能生成油氣，特別是在我國清末、民初，國外在中國陸相盆地進行油氣勘探的失敗，使得“唯海相生油論”猖獗一時。對此，以潘鐘祥為代表的我國老一輩地質(zhì)學家，通過對陜西、四川等地進行詳盡的油氣地研究，于1941年提出了陸相也能生油的理論，有力地駁斥了中國貧油論，極大地豐富了石油理論。,２、在油氣生成理論方面貢獻

13、比較大的是法國著明地球化學家B·P·Tissot，他在前人研究的基礎上提出了干酪根熱降解生烴演化模式，提出并完善了干酪根晚期生烴學說，揭示了油氣生成、演化與分布的規(guī)律。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,盡管目前油氣有機成因理論日臻完善，并在油氣勘探實踐中發(fā)揮了重要作用，但并不能由此否定油氣無機成因理論的科學價值，特別是近年來無機學派也提出了一些證據(jù)：１、實驗表明，無機物可合成烴　　　nCO2+2nH2=(CH)n+nH

14、2O——費－托反應２、火山噴出的氣體和熔巖流中含有烴類。３、許多天體上存在有烴類（甚至有植烷、姥鮫烷、卟啉、旋光性）４、石油的旋光性可由非旋光性物質(zhì)合成。石油中卟啉也可由無機合成，況且，這些成份還可從石油運移中從外界攫取。５、生命起源于烴類，遠在生物存在前，石油就已存在。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,６、石油的分布常受斷達上地幔的深大斷裂控制。斷裂是烴類向上運移的最好途徑。７、有機說難以解釋儲量巨大的石油聚集。如加瓦爾油田的石油

15、儲量有107×109 t,加拿大西部瀝青砂巖中的重質(zhì)油石油儲量竟達一千億噸，可是其沉積巖的有機質(zhì)含量低，烴含量更低，無法滿足諾大儲量的需求。８、有機質(zhì)生油研究中使用溶劑抽提出來的烴類是干酪根破壞產(chǎn)物，抽提前不存在。９、有機質(zhì)方案中的生油門限溫度，石油析出機制，石油聚集發(fā)生時間等方面，也都有不合邏輯之處。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,尤其是近20多年來，一些無機成因天然氣的發(fā)現(xiàn)，為無機成烴理論提供了依據(jù)，新理論和新手段的發(fā)展也

16、為無機成油理論研究奠定了基礎。　由于有機成油理論已經(jīng)成熟，而無機成油理論尚處在探討中，故本章介紹油氣有機成因理論。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,,原始物質(zhì)的形成,原始物質(zhì)的來源,,二,生油母質(zhì)——干酪根,,,一,,三,,第二節(jié) 生成油氣的物質(zhì)基礎,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,一、原始物質(zhì)的來源,1. 生物種類來源 沉積有機質(zhì)的生物種類來源首先是浮游植物，其次是細菌、高等植物、浮游動物。 2. 生化體有機組分 對

17、沉積有機質(zhì)來源提供最多的生化組成是：類脂化合物、蛋白質(zhì)、碳水化合物和木質(zhì)素,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,天然有機質(zhì)與石油平均元素組成,,類脂物質(zhì)的特征是抗腐力較強，能在各種地質(zhì)條件下保存起來。其元素組成和分子結構最接近于石油烴，是生成油氣的主要原始物質(zhì)。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,,原始物質(zhì)的形成,原始物質(zhì)的來源,,二,生油母質(zhì)——干酪根,,,一,,三,,§1 生成油氣的物質(zhì)基礎,二、原始物質(zhì)的形成,沉積有機質(zhì)：通過沉積作用進

18、入沉積物中并被埋藏下來的那部分有機質(zhì)稱為沉積有機質(zhì)。 １、形成： 分解(化學、細菌) 　小分子水溶散失 生物 死亡 吞食 保存于沉積物中（只占0.8%左右）,,,,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,２、沉積有機質(zhì)來源： （1） 原地有機質(zhì)：主要來源的于盆地自身。（２）異地有機質(zhì)：經(jīng)河流、風等攜入盆

19、地。（３）再沉積有機質(zhì)：已有的有機質(zhì)由于巖石風化等因素再次沉積。,３、沉積有機質(zhì)分布和影響因素 (1) 分布：　總量大，分布很不均衡。不同巖性分布不均，不同時代分布不均?？傏厔荩旱貙釉嚼?，保存的沉積有機質(zhì)越少。(2) 影響因素：沉積物中富含有機質(zhì)的環(huán)境條件是：　　生物產(chǎn)率高，有機質(zhì)來源充足?！　〉湍莒o水還原環(huán)境，有機質(zhì)分解少，保存條件好?！　〕练e物沉積速率大，粒度細?！　　　　獪\海、半深、深湖，前三角洲。,第二章 現(xiàn)代

20、油氣成因理論,4、沉積有機質(zhì)演變過程,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,５、古代沉積巖中分散有機質(zhì)的組成： 烴類：巖石中可溶于有機溶劑的有機質(zhì)。是有機體生化作用的產(chǎn)物。 瀝青：可溶于有機溶劑，是烴類和非烴類物質(zhì)的混合物?？煞譃橛唾|(zhì)、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)，是有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物。 干酪根：不能溶解于有機溶劑的固體分散有機質(zhì)。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,,原始物質(zhì)的形成,原始物質(zhì)的來源,,二,生油母質(zhì)—

21、—干酪根,,,一,,三,,§1 生成油氣的物質(zhì)基礎,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,三、生油母質(zhì)——干酪根(Kerogen),1.干酪根：指沉積巖中不溶于堿、非氧化的酸（HF、HCI）和非極性有機溶劑（CCl4、CHC13、笨、酒精）的分散有機質(zhì)（ 1979年，亨特）。 沉積有機質(zhì)包括：有機溶劑可抽提的瀝青； 不溶于有機溶劑的干酪根。 干酪根是有機碳的最重要形式。它比煤和儲集層

22、中石油含量之和還要多上千倍，比非儲集層中瀝青和其它分散的石油多50倍。在古代沉積巖中，有機質(zhì)的80～99%是干酪根。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,干酪根的形成有以下三種途徑(大石渡良志,1976) ： (1) 不飽和化合物 中間產(chǎn)物 干酪根(2) 碳水化合物、蛋白質(zhì) 腐殖酸 干酪根 (3) 脂肪、碳水化合物、蛋白質(zhì)

23、 腐殖酸 干酪根,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,2.干酪根形成,3.干酪根性質(zhì) 從巖石中提純出來的干酪根呈黑色或褐色粉末，是復雜的有機高分子聚合物。在沉積巖中干酪根呈細微分散狀態(tài)，有時以局部富集的紋層存在于泥巖中。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,4.干酪根組成 干酪根的元素組成中以 C 為主。一般分布范圍是 C：70～90%，H：3～10%，O：3～19%，N：0.4～4 %，S：0.2～5%（

24、據(jù)Tissot，1984）。干酪根的元素組成跨有很大范圍，它的化學成分和結構會因原始物質(zhì)的類型和演化程度而變化。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,５、干酪根結構：干酪根是一個由很多“橋鍵”交連的“核”組成，在核和橋上帶有各種官能團，類脂化合物可被聚集在核間的空隙中的立體大分子。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,６.干酪根類型 (1)化學分類,Tissot（1974）根據(jù)干酪根的元素分析采用 H/C 和 O/C 原子比繪制相關圖，即范氏圖（Van

25、 Krevelen 圖），將其主要分為三大類 。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,Ⅰ型干酪根：稱腐泥型，富含脂肪族結構，直鏈烷烴多，多環(huán)芳烴及含氧官能團很少.,主要來源： 藻類、細菌類等低等生物.　富氫貧氧，　 H/C高: 1.25~1.75 O/C低: 0.026~0.12 生油潛能大: 生烴潛力為 0.4～0.7。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,Ⅱ型干酪根：屬高度飽和的多環(huán)碳骨架，含中等長度直鏈烷烴和

26、環(huán)烷烴很多，也含多環(huán)芳香烴及雜原子官能團。,來源：　浮游生物（以浮游植物為主）和微生物組成的混合有機質(zhì)。H/C 較高，約 1.3～1.5，O/C 較低，約 0.1～0.2，生油潛能中等：　生烴潛力為 0.3～0.5。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,Ⅲ型干酪根：稱腐殖型。以含多環(huán)芳烴及含氧官能團為主，飽和烴鏈很少。,來源：　　陸地高等植物 　H/C 低，通常< 1.0，　O/C 高，可達 0.2～0.3 生油不利，

27、 利于生氣。生烴潛力為 0.1～0.2。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,國內(nèi)陸相有機質(zhì)由于分異性差，不能充分區(qū)分，常采用黃第藩（1986）的三類五分法。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,（2）光學分類方法：,生油氣潛能按藻質(zhì)→無定形→草質(zhì)→木質(zhì)→煤的順序依次減少。,a、孢粉學分類：　方法：用鹽酸和氫氟酸除去無機礦物質(zhì)后，將有機質(zhì)殘渣放在顯微鏡透射光下觀測.,b、煤巖學家分類：,方法：在顯微鏡下放大25~50倍的油浸

28、物鏡，在反射光下觀測煤或干酪根的顯微組分，,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,目前還比較流行著巖石熱解參數(shù)劃分干酪根類型，用生油巖評價儀測定生油巖中的游離烴（S1）、熱解烴（S2）、CO2（S3）和最大熱解峰溫（Tmax），用這些參數(shù)直接或間接劃分有機質(zhì)類型。　較常用的是氫指數(shù)IH和氧指數(shù)IO，產(chǎn)率指數(shù)IP來劃分?！∑渲?IH=S2／有機碳含量，　　　IO=S3／有機碳含量,（３）巖石熱解參數(shù)分類,,,第二章 現(xiàn)代

29、油氣成因理論,第三節(jié) 油氣生成的地質(zhì)環(huán)境與物理化學條件,兩大要素：　　生物有機質(zhì)的存在及其數(shù)量的多少，是油氣生成的內(nèi)在物質(zhì)基礎；　　要生成大量的油氣還要靠外部條件。這主要是指地質(zhì)環(huán)境和物化條件。,一、油氣生成的地質(zhì)環(huán)境　有利于有機質(zhì)堆積、保存、轉(zhuǎn)化的地質(zhì)環(huán)境必須要有：?。?、長期穩(wěn)定下沉（V沉積≈V 沉降）的大地構造背景?。病⒆銐驍?shù)量和一定質(zhì)量的原始有機質(zhì)?。?、低能、還原性巖相古地理環(huán)境（淺海封閉環(huán)境，半深——深湖、前三角洲

30、）?。?、適當?shù)氖軣岷吐癫厥?第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,（一）大地構造環(huán)境,三種構造環(huán)境： 過補償 水體變淺 欠補償 水體變深 補償 保持一定水體深度,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,為了確保有機質(zhì)不斷堆積、長期處于還原環(huán)境，并提供足夠的熱能供有機質(zhì)熱解需要，地殼必須有一個長期持續(xù)下沉，以及沉積物得到相應補償?shù)臉嬙飙h(huán)境。只有盆地的下降速度與沉積速度大致相當時有機質(zhì)才有可能大量堆積和保存，才有利于有機質(zhì)轉(zhuǎn)

31、化為油氣。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,這種大地構造環(huán)境主要分布在： 板塊的邊緣活動帶 板塊內(nèi)部的裂谷、坳陷 造山帶的前陸盆地、山間盆地。,,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,（二）巖相古地理環(huán)境,海相環(huán)境： 濱海 淺海大陸架 大陸坡 深海平原,陽光、溫度適宜，生物繁盛，并接受河流搬運來的大量陸源有機質(zhì)，有機質(zhì)異常豐富的聚集。有機質(zhì)的大量存在，消耗水中的氧，形成還

32、原環(huán)境，保證了剩余有機質(zhì)和新補充的有機質(zhì)免受分解破壞。,大陸架上的瀉湖、海灣以及閉塞的深海盆地等也是良好的低能還原環(huán)境，既有利于有機質(zhì)的堆積，又有利于有機質(zhì)的保存，是良好的生油區(qū)。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,陸相環(huán)境：濱湖—沼澤區(qū)淺湖區(qū)半深湖區(qū)深湖,水體較深，水體表層處于動蕩回流狀態(tài)，其底部水流停滯，由于水底有機質(zhì)的分解，氧氣又得不到及時補充，便形成穩(wěn)定的還原環(huán)境，是有利的生油區(qū)。,,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,二、油氣生成的理化

33、條件,（一）細菌活動　特點分布廣，淺層。喜氧、厭氧、通性細菌。　厭氧細菌在還原條件下，可將有機質(zhì)中的O、S、N、P等元素分離出來，使碳、氫，特別是氫富集起來，產(chǎn)生CH4、H2、CO2、有機酚和其它碳氫化合物 。主要發(fā)生在沉積末期至成巖早期。,,１、作為養(yǎng)料，被微生物菌解、氧化——CO2、H2O;２、細菌作用——CO2、H2O、CH4（生物成因氣）３、聚合、縮合——干酪根、少量油,,（二）催化作用,催化作用在于催化劑與分散有機質(zhì)

34、作用，使后者的原始結構破壞，促使分子重新分布，形成結構穩(wěn)定的烴類。主要發(fā)生在中淺層〈125℃　　催化劑主要有：無機鹽類和有機酵母　無機鹽類催化劑 :分布粘土礦物中，蒙脫石粘土催化能力最強，高嶺石粘土最弱?！　∽饔茫嚎梢允咕凭屯撊ニ蚴怪舅崛ヴ然伎梢援a(chǎn)生類似石油的物質(zhì)。成巖中晚期。有機酵母催化劑：能加速有機質(zhì)的分解。當有酵母存在時，有機質(zhì)的分解比在細菌活動時還要快很多。但不耐高溫。成巖早期,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,（三

35、）放射性（非主要因素）　　放射性作用可能是促使有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源之一。主要放射性元素有鈾、釷和鉀。在砂巖和礫巖中的重礦物組份中，這些放射性元素含量高；鉀K40在化學鹽類含量高；鈾和釷在頁巖、粘土巖、泥灰?guī)r及其它含大量膠體團塊的巖石中含量最大。　　索可夫認為，放射元素釋放出的α射線可以產(chǎn)生氫和氧2H2O→2H2+O2，O2+C→CO2，4H2+CO2→CH4+2H2O。甲烷在α射線轟擊下發(fā)生聚合作用產(chǎn)生長鏈烴類。,（四）壓力一般

36、認為，高壓對于裂解反應是不利的，它可以阻止液態(tài)烴裂解為氣態(tài)烴。如華盛頓油田、巴爾湖油田地層溫度均超過200℃，仍為油藏?？梢妷毫τ蜌獾男纬杉稗D(zhuǎn)化可以起到某些作用。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,（五）溫度和時間?。薄囟?化學動力學定律的一級反應方程： 阿氏方程求得：速度常數(shù)k由 E：為活化能，與鍵強度成正比，同溫下，E越大，反應越慢；只有超過E值，才能反應，相應的溫度為門限溫度，與有機質(zhì)類型有關。

37、T：為絕對溫度，決定其活化分子數(shù)和碰撞幾率，同活化能條件下，溫度增高，速度增加。 A：為頻率因子。 R：氣體常數(shù)。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,２、時間 一級反應方程積分： 阿氏方程取對數(shù)： 上式代入下式整理得： 反應時間的對數(shù)與反應溫度成反比，表明反應溫度和時間可互補。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,從以上化學定律的原理可以得出： ①有機質(zhì)在反應過程中，溫度起決定作

38、用，時間有補償作用； ②時間的補償是有限的，溫度所產(chǎn)生的熱量應超過活化能E。 ③壓力大阻礙有機質(zhì)轉(zhuǎn)化，但影響不大。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,,有機質(zhì)的演化過程和有機質(zhì)成烴模式,,二,生油理論的新進展,,,一,第四節(jié) 有機質(zhì)演化與成烴模式,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,一)沉積有機質(zhì)的成烴演化,熱模擬實驗中Ⅱ型干酪根元素組成的變化   (據(jù)Tissot等，1974),埋藏過程中Ⅱ型干酪根元素組

39、成的演化 （據(jù)Tissot & Welte,1984）,1. 干酪根演化過程,1.干酪根演化過程,通常隨埋深↑，Kerogen演化程度增強，其H/O↓，O/C↓，元素向富C方向收縮。其演化過程可分為三個階段：　　a、O/C急劇↓（雜原子鏈破裂）→CO2、H2O雜原子化合物。　　b、H/C↓快，（C-C）破裂→石油、濕氣?！　、O/C、H/C繼續(xù)↓ →天然氣（CH4、CO、CO2、H2O） →次石墨,2. 氯仿瀝青“A”和

40、總烴的演化,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,3. 沉積有機質(zhì)：可溶有機質(zhì)與干酪根演化,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,,二),生物有機質(zhì)隨沉積物沉積后，隨埋深加大，地溫不斷升高，在還原條件下，有機質(zhì)逐步向油氣轉(zhuǎn)化。由于在不同深度范圍內(nèi)，各種能源顯示不同的作用效果，致使有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化反應性質(zhì)及主要產(chǎn)物都有明顯區(qū)別，表明有機質(zhì)向油氣的轉(zhuǎn)化具明顯的階段性。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,1. 油氣生成的階段

41、性及特征,門限溫度：隨著埋藏深度的增加，當溫度升高到一定的數(shù)值，有機質(zhì)才開始大量轉(zhuǎn)化為石油，這個溫度界限稱為門限溫度。 門限深度：與門限溫度相對應的深度稱為門限深度。,,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,2.有機成烴是個連續(xù)過程　分四個階段：　　A、生物化學生氣階段　　B、熱催化生油氣階段　　C、熱裂解生凝析氣階段　　D、深部高溫生氣階段,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,1). 生物化學生氣階段A——成巖作用階段　　深度０

42、～1500米，T<60 ℃、低壓?！　　∫约毦顒訛橹?：　原始生物有機質(zhì),水解　　　　　　　　　　　微生物酶作用,,可溶生物單體有機質(zhì),,細菌分解、氧化－CO2、H2O細菌生化作用－CO2、H2O、CH4（生物成因氣）大部分經(jīng)聚合和縮合——Kerogen少量末成熟油,高分子正烷烴C22-C34明顯奇優(yōu)勢；環(huán)烷烴四環(huán)顯畸峰；芳烴高分子化合物為主。,主要產(chǎn)物：生物成因氣　　　　Kerogen　　　　少量油,第二章 現(xiàn)代

43、油氣成因理論,2).熱催化生油氣階段 ： 沉積物埋深H：>1500~2500m，溫度：60℃~180℃ 有機質(zhì)轉(zhuǎn)化最活躍的因素是熱催化作用：粘土礦物作為催化劑，對有機質(zhì)的吸附能力加大，加快了有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的速度，降低有機質(zhì)成熟的溫度。 　　熱催化作用結果：　　　 長鏈烴類裂解成小分子烴　　　烯烴含量相對減少，　　　異構烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴含量相對增多 其中蒙脫石對干酪根熱解烴組成和產(chǎn)率的影響最大，　　　伊利石

44、、高嶺石的影響較弱。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,熱催化作用使干酪根熱降解：　雜原子（O、H、S）鍵破裂產(chǎn)生CO2、H2O、NH3、H2S等揮發(fā)性物質(zhì)逸散，同時獲得大量低分子液態(tài)烴和氣烴，是主要生油時期。國外稱為“生油窗”或“液態(tài)窗口”?！　∮袡C質(zhì)進入油氣大量生成的最低的溫度界限，稱為生烴門限或成熟門限，所對應的深度稱為門限深度。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,產(chǎn)生的烴類：正烷烴碳原子數(shù)及分子量遞減，奇數(shù)碳優(yōu)勢消失；環(huán)烷烴及芳香烴碳原子數(shù)

45、遞減，多環(huán)及多芳核化合物顯著減少。,需要指出的是：有機質(zhì)成熟的早晚跟有機質(zhì)的類型有關，相同條件下，樹脂體和高含硫的海相有機質(zhì)成熟早，腐殖質(zhì)成熟晚，且以生氣為主。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,3). 熱裂解生凝析氣階段 　H：>3500~4000m，T：180℃~250℃。　　有機質(zhì)特征： 高溫下，剩余的干酪根和已經(jīng)形成的重烴繼續(xù)熱裂解?！　≈饕a(chǎn)物及特征：大量C—C鏈斷裂及環(huán)烷烴的開環(huán)和破裂，液態(tài)烴急劇減少， C25以上趨于零

46、， C1～C8的輕烴將迅速增加?！　囟瘸^了烴類物質(zhì)的臨界溫度，在地下呈氣態(tài)，采到地上反凝結為液態(tài)輕質(zhì)油，并伴有濕氣，這是進入了高成熟期。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,4). 深部高溫生氣階段 　　H>6000~7000m, T>250 ℃ 　 有機質(zhì)特征： 石油潛力枯竭，殘余的少量烷基鏈，已經(jīng)形成的輕質(zhì)液態(tài)烴和重質(zhì)氣態(tài)烴在高溫下繼續(xù)裂解形成大量的熱力學上的最穩(wěn)定的甲烷。 干酪根的結構進一步縮聚形成富碳的殘余物質(zhì)—

47、—碳瀝青或石墨 。 主要產(chǎn)物及特征： 熱裂解甲烷。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,對不同的沉積盆地而言，由于其沉降歷史、地溫歷史及原始有機質(zhì)類型的不同，可能只進入了前二或三個階段，并且每個階段的深度和溫度界限也可能略有差別。在一些地質(zhì)發(fā)展演化史較復雜的盆地，由于某種原因歷經(jīng)多次大的構造運動，生油巖中的有機質(zhì)可能由于在埋藏較淺尚未成熟就被抬升，后來再度沉降埋藏到相當深度后，方達到成熟溫度，有機質(zhì)可以大

48、量生石油，即所謂“二次生油”。此外，由于源巖有機顯微組成的非均質(zhì)性，不同顯微組成的化學成分和結構的差別，決定了有機質(zhì)不可能有完全統(tǒng)一的生烴界線，不同演化階段可能存在不同的生烴機制。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,二、有機成油理論的新進展（一） 未—低熟油的成因機理　?。薄⑽础褪煊停合抵阜歉衫腋砥跓峤到獬梢虻母鞣N低溫早熟的非常規(guī)油氣。包括在生物甲烷生烴高峰后

49、，在埋藏升溫達到干酪根晚期熱降解大量生油之前（Ro<0.7%），經(jīng)由不同生烴機制的低溫生物化學或低溫化學反應生成并釋放出來的液態(tài)和氣態(tài)烴。低熟油生烴高峰對應的源巖鏡質(zhì)組反射率Ro大約為0.2~0.7%。相當于干酪根生烴模式的未熟和低熟階段。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,二十世紀七十年代以來，許多國家和地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了低熟油氣。我國東部渤海海灣、泌陽、江漢、百色、松遼、蘇北、柴達木、準噶爾等盆地均發(fā)現(xiàn)了低熟油氣資源。 ２、其主要

50、成油環(huán)境及成油機理★ 強還原咸化環(huán)境藻類成烴★ 鹽湖相沉積有機質(zhì)在低溫條件下轉(zhuǎn)化成烴★ 含煤巖系特殊的富氫顯微組分早期成烴 內(nèi)因：有機質(zhì)類型 外因：局部咸化環(huán)境、較高的地溫梯度,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,1．樹脂體早期生烴,2．木栓質(zhì)體早期生烴,3．細菌改造陸源有機質(zhì)早期生烴,4．高等植物蠟質(zhì)早期生烴,5．藻類類脂物早期生烴,其中以王鐵冠等人的研究結果最具代表性。他們通過研究，提出了六種不同有機質(zhì)類型的生烴機理。,6

51、．富硫大分子有機質(zhì)早期降解生烴,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,二).煤成烴的形成★ 煤成烴：煤系地層的有機質(zhì)在不同的演化階段，其富氫組分所生成的氣態(tài)和液態(tài)烴類。,兩種演化途徑：向煤演化稱為煤化作用，　向生液烴方向演化，稱為瀝青化作用?！r青化作用結果是產(chǎn)生石油和天然氣，另一方面是固體殘余物進行芳構化和縮聚作用。,煤成烴特點：一般具有飽和烴含量高、非烴和瀝青質(zhì)

52、含量低的特點。煤成烴最明顯的特征是具有姥鮫烷優(yōu)勢。其它特征還有高碳數(shù)峰更突出，CPI值較高；富含三萜烷，具明顯的藿烷類和C29甾烷優(yōu)勢；含豐富的各種芳香烴類；碳同位素組成以高δ13C值為特征，一般為-27.00‰~-25.00‰。多數(shù)出現(xiàn)在-26.50‰~-26.00‰之間。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,生烴模式,煤的不同顯微組分瀝青化作用在時間上是不一致的，其生烴特征和演化模式存在差異，所以煤中液態(tài)烴的生成具多階段性使不同演化階段各種顯

53、微組分對生烴的貢獻有別。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,§5 天然氣的成因類型及特征,天然氣按成因可分為四種類型： 生物成因氣、油型氣、煤型氣 和無機成因。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,一、生物成因氣,生物成因氣是指成巖作用階段早期，在淺層生物化學作用帶內(nèi)，沉積有機質(zhì)經(jīng)微生物的群體發(fā)酵和合成作用形成的天然氣，主要是甲烷氣及部分 CO2 和少量 N2。有時也混有早期低溫降解形成的烴氣。,1. 生物成

54、因氣的形成,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,可歸納為：沉積有機質(zhì) 微生物喜氧呼吸 產(chǎn)生有機酸、二氧化碳、水 硫酸鹽、碳酸鹽巖 還原帶的厭氧呼吸 H2 兩帶產(chǎn)氫菌的活動 H2 甲烷生成菌的活動 甲烷 腐殖質(zhì)

55、 地質(zhì)聚合 干酪根,,,,,,,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,2.生物成因氣的特征,（1）化學組成 甲烷含量大于98%，重烴含量一般小于1%，少量的 N2 和CO2，為典型的干氣。 （2）δ13C值 一般為 –55 ～ -90‰。 生物成因氣的儲量估計可占世界天然氣總儲量的25%左右,其前景不可低估 .,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,3.生物成因氣的

56、分布,生物成因氣的分布層位主要在白堊系以上，埋深在地表到2000米左右。區(qū)域上白堊系生物氣主要分布在東北地區(qū)，第三系分布在渤海灣和三水盆地，第四系主要分布在柴達木盆地和長江沿海地區(qū)和現(xiàn)代湖泊中。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,二、油型氣,油型氣是指成油有機質(zhì)在熱力作用下以及油熱裂解形成的各種天然氣。包括濕氣（石油伴生氣）、凝析氣和裂解氣。,1.油型氣的形成,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,干酪根 溫度液態(tài)烴 + 氣態(tài)烴 裂解氣態(tài)烴

57、（凝析氣、甲烷氣）,,,高峰期：在深成作用階段的中晚期。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,與成油有機質(zhì)演化有關的天然氣(烴和非烴)隨深度生成模式,2.油型氣的特征,（1）化學組成：重烴含量大于5%，最高可達40 ～ 50%（石油和凝析氣階段）；過成熟氣以甲烷為主，重烴氣一般小于2%。 （2）δ13C值：隨著成熟度的增高而增大，由石油伴生氣的 -55 ～ -40‰ 到凝析油伴生氣的 -45 ～ -30‰ 再到

58、干氣為 ≥-35‰。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,3.油型氣的分布,油型氣分布普遍，東部北起松遼，南至廣東三水和廣西百色盆地，中部穩(wěn)定區(qū)的鄂爾多斯和四川盆地，西部的塔里木、準葛爾和柴達木盆地。層位上從震旦系到第三系各層系均有分布。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,三、煤型氣,煤系氣：凡與煤系有機質(zhì)熱演化有關的天然氣。 煤成（層）氣：煤層在煤化過程中所生成的天然氣。 煤型氣：煤系地層中分散有機質(zhì)在熱演化過程中所生成的天然氣。

59、 目前用煤型氣來概括，即煤型氣是指煤系地層中煤和分散有機質(zhì)在煤化作用和再煤化作用過程中形成的天然氣。,1. 煤型氣的形成,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,腐殖煤、腐殖型干酪根 泥炭化作用（Ro<0.4%,T<75)泥炭、生物成因氣（因缺乏保存條件難以聚集） 成巖作用階段褐煤、生物成因氣（非烴含量高） 變質(zhì)作用階段（熱力作用）,,,,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,變質(zhì)作用階

60、段（熱力作用）長焰煤氣煤、肥煤 輕質(zhì)油和C2 ～C4 重烴氣焦煤、瘦煤 煤型裂解氣貧煤、煙煤、無煙煤,,,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,煤型氣,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,2.煤型氣的特征 （1）化學組成：重烴含量可達10% 以上，甲烷一般占70% ～ 95%；非烴CO2 量最大，N2 次之，H2S 最少。 （2）δ13C值：一般為 -41.‰ ～ -24.9‰。3.煤型氣的分布 煤型氣多分布在煤

61、系地層發(fā)育區(qū)。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,四、無機成因氣,由地殼內(nèi)部、深海大斷裂、深海沉積物形成，包括氮氣、二氧化碳 、硫化氫、氦氣等。,1.無機成因氣的形成,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,氮氣：高溫高壓條件下，含氮化合物裂解形成。 二氧化碳 ：碳酸鹽在深埋高溫或巖漿活動提供的熱源下分解形成。 硫化氫：由火山噴發(fā)形成。 氦氣：放射性氣體衰變形成，巖漿中鈾和釷放射性蛻變的產(chǎn)物。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,化學組成甲烷