第5章油气的生成课件.ppt

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1、第 五 章 石 油 和 天 然 气 的 成 因 与 生 油 岩石油成因概述石油成因的现代理论天然气的成因生油岩石油的地球化学对比 1 石 油 成 因 概 述一无机成因说 主 张 ： 石 油 是 由 自 然 界 中 的 无 机 物 化 合 而 成 的 ，与 有 机 物 质 无 关 。 “ 碳 化 说 ” （ 门 捷 列 夫 ， 1876） 宇 宙 成 因 说 （ 索 科 洛 夫 ， 1889） 岩 浆 说 （ 库 德 梁 采 夫 ， 1950s） 高 温 生 油 说 （ 切 卡 留 克 ， 1971） 致 命 要 害 ： 解 释 不 了 为 什 么 世 界 上 90%以 上 的石 油 都 埋 藏

2、 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 等 问 题 。实 验 室 合 成 生 成 的 仅 是 一 些 烃 分 子 ， 远 不 是 代 表油 、 气 本 身 的 复 杂 混 合 物 。 发 展 趋 势 ： 如 根 据 对 塔 里 木 、 准 噶 尔 盆 地 干 酪 根 、沥 青 的 Pb、 Sr、 Nd（ 铌 ） 同 位 素 地 化 研 究 ， 认 为干 酪 根 为 壳 源 ， 沥 青 则 为 幔 源 。 二早期有机成油说 主 张 ： 石 油 是 地 质 历 史 时 期 中 生 物 有 机 质在 还

3、原 环 境 中 转 化 而 成 的 ， 且 形 成 于 沉 积 物成 岩 作 用 的 早 期 。 依 据 ： A 实 验 发 现 ， 一 些 生 物 组 分 如 类脂 物 、 蛋 白 质 、 碳 水 化 合 物 在 一 定 条 件 下 都可 生 成 烃 类 ； B 在 现 代 或 近 代 的 沉 积 物 中 ， 观 察 到 有 机 质 向 烃类 的 转 化 ； C 某 些 细 菌 是 有 机 物 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 ， 说 明 烃 类 只 能 在 成 岩 早 期 生 成

4、。难 点 ： a. 世 界 上 发 现 的 原 生 油 气 藏 几 乎 都 在 上 新 世(N2)以 前 ； b. 现 代 沉 积 中 的 烃 类 性 质 与 真 正 的 石 油不 同 ： 以 甲 烷 为 主 ， 缺 乏 C 2-8重 烃 ； 正 烷 烃 分 布 曲 线上 具 奇 数 碳 优 势 ， 而 石 油 中 奇 偶 碳 几 乎 相 等 。 三晚期有机成因说 1960s以 来 ， 由 于 分 析 手 段 的 提 高 和 认 识 水 平的 飞 跃 ， 晚 期 有 机 成 油 学 说 逐 渐 占 了 上 风 。 通 过 对生 油 剖 面 的 详 细 研 究 表 明 ， 只 有 当 含 有 丰

5、 富 有 机 质的 沉 积 物 (称 为 母 岩 /源 岩 )被 埋 藏 到 一 定 温 度 和 深度 时 ， 有 机 质 才 会 显 著 地 产 生 大 量 石 油 烃 。 Abelson（ 1963)提 出 ， 石 油 是 沉 积 物 (岩 )中 的 不 溶有 机 质 (称 为 干 酪 根 Kerogon)在 成 岩 作 用 晚 期 ， 经过 热 解 生 成 的 。 这 一 理 论 目 前 已 经 成 为 石 油 生 成 的 主 流 学 说 。 总 结 ： 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

6、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 ， 如 未 /低 熟 油 。 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 较 为 宽 松 ， 成 因 机 制 也 多 种 多 样 。 2 石 油 成 因 的 现 代 理 论一、成油的原始物质干酪根(一 )沉 积 有 机 质 的 形 成 和 分 布 有 机 学 说 的 就 是 石 油 起 源 于 生 物 物 质 。 其 生 物 化 学 组 成 ： 类 脂 物 、 碳 水 化 合 物 、 蛋 白 质

7、 、 木 质 素 活 的 有 机 体 死 亡 后 ， 其 分 解 过 程 可 有 三 种 途 径 ： 沉 积 有 机 质 由 两 部 分 组 成 ： 一 部 分 是 保 留 原 先 活 的有 机 体 化 学 结 构 的 继 承 性 物 质 ， 如 地 球 化 学 化 石 或 生 物 标记 化 合 物 ； 另 一 部 分 是 非 继 承 性 物 质 ， 即 原 有 机 体 分 解 成简 单 低 分 子 ， 再 聚 合 成 结 构 复 杂 的 高 分 子 物 质 。 有 机 质 是 沉 积 物 中 的 常 见 成 分 ， 但 它 的 含 量 变 化 很 大 ，90%以 上 的 沉 积 有 机 质

8、呈 分 散 状 态 存 在 于 沉 积 物 之 中 ， 一 般 含量 10%， 在 暗 色 泥 岩 中 为 0.8 2%。 沉 积 物 中 有 机 质 的 含 量 与 生 物 物 质 的 产 量 、 原 始 有 机 质 的保 存 条 件 、 堆 积 速 度 以 及 沉 积 物 的 粒 度 等 因 素 有 关 。表 51 不 同 沉 积 物 中 的 有 机 碳 分 布 沉 积 环 境与 岩 性 平 均 值(质 量 %) 重 量(1016t)大 陆 ,陆 棚 ,陆 坡 粘 土 和 页 岩碳 酸 盐 岩砂 岩 0.99 0.33 0.28 0.82 0.08 0.09 大 洋粘 土 和 页 岩碳 酸

9、 盐 岩硅 质 沉 积 0.22 0.28 0.26 0.07 0.10 0.04 (二 ) 干 酪 根 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 岩 中 的有 机 质 可 以 分 为两 部 分 ， 不 溶 的干 酪 根 与 可 溶 的沥 青 ， 后 者 包 括烃 类 、 胶 质 和 沥青 质 等 。 随 深 度 增加 ， 干 酪 根 含量 的 减 少 与 可溶 烃 含 量 增 加的 对 应 关 系 密切 揭 示 了二 者 间 的 内 在联 系 。 1 干 酪 根 的 成 分 和 结 构 高

10、 分 子 聚 合 物 ， 没 有 固 定 的 化 学 成 分 ， 分 子式 可 用 C12H12ON0.16S0.43x表 示 。 五 种 元 素 的 重 量 百 分 比 平 均 为 ： C 76.4%，H 6.3%， O 11.1%， S 3.65%， N 2.02%。 干 酪 根 在 结 构 上 是 一 种 复 杂 的 三 维 大 分 子 ，它 有 很 多 结 构 单 元 (核 )， 多 个 核 通 过 桥 键 相 联 结 ，在 桥 和 核 上 都 可 能 具 有 官 能 团 。 2.干 酪 根 的 数 量 干 酪 根 约 占 总 有 机 质 的 80 90%， 是 沉 积 有机 质 的

11、主 体 。 根 据 杜 朗 (1980)估 算 ， 沉 积 岩 中 干 酪 根 总量 1016t， 而 化 石 燃 料 最 大 资 源 量 分 别 是 ： 石 油4 1011t、 气 2 1011t、 页 岩 油 5 1011t、 油 页岩 1012t、 地 沥 青 3 1011t， 煤 和 富 有 机 页 岩 分别 为 1013t和 1014t。 干 酪 根 总 量 约 比 化 石 燃 料 总 量 大 1000倍 ，非 常 充 足 。 3.干 酪 根 的 类 型(1)化 学 分 类 根 据 390个 干 酪 根样 品 ， 按 H/C和 O/C原子 比 表 示 在 范 氏 图 上 ，可 将 干

12、 酪 根 分 为 三 种主 要 类 型 （ 、 、 型 ） 。 三种类型干酪根的特征对比表 干 酪 根 类 型 型 型 型 原 始 H 含 量 高 较 高 低 原 始 O 含 量 低 中 等 高 H/C 原 子 比 1.25-1.75 0.65-1.25 0.46-0.93 O/C 原 子 比 0.026-0.12 0.04-0.13 0.05-0.30 C 结 构 直 链 饱 和 多 环 C 多 环 芳 香 烃 及 含 O 官 能 团 生 物 来 源 水 生 浮 游 生 物 海 相 浮 游 与 微 生 物 的 混 合 有 机 质 陆 地 高 等 植 物 生 油 潜 能 大 中 等 小 ,但

13、可 生 气 实 例 松 辽 K2q1 泌 阳 Eh 济 阳 Es3 中 东 K 鄂 尔 多 斯 C-P 莺 -琼 E2 有 机 反映三种类型干酪根结构的概念性模型（均处于未成熟阶段） 型 型 型 “ 型 干 酪 根 ” ： O/C原 子 比 特 高 ( 0.25)，H/C原 子 比 很 低 (0.5 0.6)， 不 具 备 生 油 能 力 。(2)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 )放 在 显 微 镜 透 射 光 下 观 测 ，可 划 分 出 藻 质 、 无 定 形 絮 质 、 草 质 、 木 质 和 煤

14、质五 种 组 分 。 煤 岩 学 家 ： 在 显 微 镜 下 用 25 50倍 油 浸 镜 头 ， 通过 反 射 光 观 察 煤 或 干 酪 根 的 显 微 组 分 ， 其 划 分 方 案 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 ； )“ Ro” 惰 性 组 ： (碎 质 体 、 菌 质 体 、 丝 质 体 、 半 丝 质体 。 ) 干 酪 根 的 宏 观 分 类 ： 腐 泥 型 和 腐 殖 型 干 酪 根 的 显 微 构 成1 标 准 腐 殖 型 干 酪

15、根 ( 2)，抚 顺 长 焰 煤 。 2502 油 页 岩 无 定 形 干 酪 根( 2)， 扶 顺 。 2503， 4 含 腐 殖 的 腐 泥 型 干 酪根 ( 2)， 南 阳 ， 魏 134、156井 。 5005 藻 腐 泥 型 干 酪 根 ( 2)，左 侧 为 盘 星 藻 ， 南 阳 ， 魏134井 。 5006 藻 无 定 型 干 酪 根 ( 1)，南 阳 ， 魏 134井 。 250(据 黄 第 藩 等 ， 1984) 干 酪 根 的 显 微 组 分1 藻 纤 维 体 (藻 基 )。 南 阳 ，魏 134井 。 5002 丝 质 菌 孢 。 辽 河 大 民 屯 ，沈 13井 。 2

16、503 结 构 树 皮 。 南 阳 ， 张 5井 。 5004 结 构 镜 质 体 。 南 阳 ， 张 5井 。 5005 镜 质 体 。 南 阳 ， 张 7井 。 8006 镜 质 体 。 南 阳 ， 张 5井 。 800 (据 黄 第 藩 等 ， 1984) 1 结 构 镜 质 体 ， 油 浸 反 光 ， 10 50，康 古 1井 ， P1s2 基 质 镜 质 体 ， 油 浸 反 光 ， 10 50，义 古 1井 ， C3t3 荧 光 镜 质 体 ， 内 有 壳 屑 体 ， 荧 光 ，10 50， 煤 ， 肥 城 ， C3t4 孢 子 体 ， 荧 光 ， 10 50， 煤 ， 肥城 ， C

17、3t5 角 质 体 ， 荧 光 ， 6 50， 煤 ， 济古 1井 ， C 3t6 树 质 体 ， 荧 光 ， 8 50， 煤 ， 肥城 ， C3t7 木 栓 质 体 ， 荧 光 ， 5 50， 煤 ，康 古 1井 ， C3t8 丝 质 体 ， 油 浸 反 光 ， 10 50， 泥岩 ， 曲 古 1井 ， C3t 煤系烃源岩中的有机质显微组分（ 据 李 荣 西 ， 2004） 二、石油形成中的生物与物理化学作用 石 油 的 生 成 是 一 个 “ 生 物 化 学 和 物 理 化 学 作 用 的 过程 ” 。1.细 菌 细 菌 按 其 生 活 习 性 可 分 为 三 类 ， 即 喜 氧 细 菌

18、、 厌氧 细 菌 和 通 性 细 菌 。 厌 氧 细 菌 对 油 气 生 成 的 意 义 更 大 。 在 还 原 条 件 下 ，有 机 质 经 细 菌 分 解 成 甲 烷 、 氢 、 CO 2、 有 机 酸 及 其 它 碳氢 化 合 物 。 细 菌 所 起 的 作 用 ， 是 将 原 始 有 机 质 中 的 O、S、 N、 P等 元 素 分 离 出 来 ， 使 C、 H特 别 是 H富 集 起 来 。 2.温 度 和 时 间 地 球 是 一 个 巨 大 的 地 热 场 。 地 温 梯 度 （ /100m） 通 过 大 量 研 究 ， 得 出 如 下 结 论 ： (1)并 非 对 一 般 有 机

19、 质 ， 而 是 对 由 沉 积 有 机 质 演化 成 的 干 酪 根 加 热 以 后 ， 才 能 生 成 石 油 烃 类 ； (2)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 到 达 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 产 物(烃 )又 会 减 少 ， 而 气 态 烃 生 成 量 继 续 增 加 ； (3)洛 杉 矶 盆 地 和文 图 拉 盆 地 新 近 系的 地 层 剖 面 表 明 ，烃 (C15+)的 含 量 随深 度 的 变 化 在 不

20、 同阶 段 是 不 一 样 的 。说 明 干 酪 根 演 化 中最 关 键 的 因 素 是 温度 而 不 是 深 度 。 有 机 质 开 始 大 量 转 化 成 石 油 的 温 度 叫 门 限 温 度 。 它 的高 低 首 先 取 决 于 有 机 质 的 组 分 ， 并 与 有 机 质 受 热 持 续 时间 或 地 质 年 代 有 关 ， 此 外 还 受 催 化 作 用 影 响 。 (4)干 酪 根 热 降 解 生 烃 的 过 程 ， 符 合 化 学 动 力学 定 律 的 一 级 反 应 规 律 。 反 应 速 度 只 同 反 应 物 浓 度 的 一 次 方 成 正 比 ， 反应 速 度 系

21、数 K可 用 阿 伦 尼 乌 斯 (Arrhenius)方 程 描述 ， 从 而 可 推 导 出 ： tRTEACC )exp(ln 0式 中 ， C0-反 应 物 初 始 浓 度 ， C-反 应 物 在 某 一 时 刻 的浓 度 ， t-反 应 时 间 ， A频 率 因 子 (指 前 因 子 )， E活化 能 ， R气 体 常 数 ， T绝 对 温 度 ( K)。 康 南 公 式 ： 498.613014ln Tt式 中 t的 单 位 是 Ma。 埋 藏 史 和 受 热 史 相 结 合 ， 才 能 算 出 累 计 的 总 成 熟 度效 应 ， 目 前 多 用 TTI值 (时 间 温 度 指

22、数 )来 表 示 。 TTI的 积 分 形 式 是 ：离 散 形 式 为 : dteATTI t RTE 0 ni iRTE teATTI 0 )( 若 已 知 E、 A、 沉 积 速 度 、 埋 藏 深 度 、 温 度 梯 度 等 ，则 可 算 出 TTI， 但 E、 A往 往 不 易 得 到 ， 因 此 就 有 了 各 种近 似 方 法 （ 实 习 中 使 用 Waples模 型 ） 。 3.催 化 剂 催 化 剂 的 参 与 可 以 降 低 反 应 所 需 活 化 能 ， 加快 成 烃 反 应 速 度 ， 并 改 造 烃 的 性 质 。 自 然 界 中 这种 催 化 剂 主 要 有 无

23、机 盐 类 和 有 机 酵 母 素 两 类 。 催 化 实 验 发 现 ， 250 时 ， 粘 土 /油 酸 由 2 1增 加 到 3 1时 ， 烃 产 率 由 20%升 至 36%。 而 从 粘 土种 类 看 ， 蒙 脱 石 催 化 能 力 最 强 ， 高 岭 石 最 弱 。4 地 层 压 力 超 压 容 易 引 起 反 应 活 化 能 的 升 高 ， 抑 制 有 机质 的 热 成 熟 作 用 。 三有机质成岩演化与油气生成的阶段性 石 油 和 天 然 气 是 有机 质 成 岩 演 化 过 程 中 附带 的 、 自 然 的 产 物 。 不同 的 演 化 阶 段 ， 伴 随 有不 同 的 烃

24、类 产 物 。 有 机 质 的 演 化 可 分 4个 阶 段 ： 即 成 岩 作 用 、深 成 热 解 作 用 、 后 成 作用 和 变 质 作 用 阶 段 。 1.成 岩 作 用 阶 段 成 岩 作 用 是 在 浅 埋 条 件 下 使 (大 量 水 、 矿 物 、死 亡 的 有 机 质 和 活 着 的 微 生 物 组 成 的 不 平 衡 )体 系趋 于 平 衡 ， 并 在 正 常 条 件 下 促 使 其 固 结 的 一 种 作用 。 涉 及 的 深 度 较 浅 (几 百 米 )， 温 度 较 低 ， 一 般Ro 0.5 0.7%， 称 未 成 熟 阶 段 。 “ 生 物 聚 合 物 ” “

25、地 质 聚 合 物 ” 最 重 要 烃 类 ： 甲 烷 。 结 束 标 志 ： 沉 积 物 中 可 抽 提 腐 殖 酸 已 减 小 到 最小 量 ， 并 失 去 大 多 数 羧 基 。 2.深 成 热 解 作 用 阶 段 矿 物 的 组 分 和 结 构 方 面 ， 主 要 是 粘 土 矿 物 发 生某 些 变 化 (如 ： 蒙 脱 石 -伊 利 石 )。 有 机 质 方 面 ， 原 来 作 为 地 质 聚 合 物 的 干 酪 根 开 始向 低 分 子 的 地 质 单 体 物 转 化 ， 干 酪 根 通 过 演 化 首 先 生成 液 态 石 油 ， 在 晚 期 又 生 成 湿 气 和 凝 析 油

26、 。 石 油 在 性 质 上 更 为 成 熟 。 当 干 酪 根 中 脂 肪 族 C链 完 全 消 失 时 ， 就 标 志 着 深成 热 解 作 用 的 结 束 ， 此 时 R o=2%。 3.后 成 作 用 和 变 质 作 用 阶 段 后 成 作 用 阶 段 ： Ro=2 4%， 煤 阶 对 应 于 无 烟 煤 。 由 于 温 度 升 高 ， 有 机 质 热 裂 解 反 应 迅 速 进 行 ， 氢 的过 量 消 耗 ， 干 酪 根 H/C原 子 比 已 经 很 低 ， 生 油 潜 力 逐 渐枯 竭 。 有 机 质 仅 由 甲 烷 和 C质 不 溶 残 渣 组 成 ， 某 些 结 晶 序列 开

27、 始 发 育 ， 同 时 ， 先 期 形 成 的 液 态 烃 和 湿 气 也 会 被裂 解 成 热 力 学 上 最 为 稳 定 的 甲 烷 。 变 质 作 用 阶 段 ： Ro 4%， 残 余 的 干 酪 根 成 分 转 变 成石 墨 。 四有利油、气生成的地质环境 两 点 要 求 ： 一 是 有 丰 富 的 有 机 质 （ 物 质 基 础 ） ，二 是 有 适 宜 的 物 理 、 化 学 条 件 （ 外 部 保 障 ） 。1.岩 相 古 地 理 环 境 海 洋 中 以 浅 海 为 最 有 利 的 生 油 环 境 ； 陆 地 上 的 深 水 一 半 深 水 湖 泊 最 有 利 ； 温 暖 、

28、湿 润 的 气 候 。2 大 地 构 造 条 件 只 有 在 长 期 持 续 下 沉 过 程 中 伴 随 适 当 升 降 、 沉 降速 度 略 大 于 或 接 近 沉 积 速 度 （ 接 近 补 偿 ） 的 地 区 ，才 能 持 久 保 持 还 原 环 境 。 附：两种重要的有机岩石1、 煤 一 种 常 见 的 可 燃 岩 石 ， 有 机 质 含 量 占 重 量 的 50%以 上 、体 积 的 70%以 上 。 由 各 种 蚀 变 植 物 经 压 实 或 固 结 作 用 形 成 。其 中 ， 腐 殖 煤 由 植 物 细 胞 和 表 皮 物 质 在 喜 氧 条 件 下 形 成 ，而 腐 泥 煤

29、则 由 厌 氧 环 境 中 沉 积 的 孢 子 、 花 粉 和 藻 类 形 成 。2、 油 页 岩 一 种 沉 积 成 因 的 致 密 岩 石 ， 灰 分 含 量 超 过 33% ， 其中 所 含 的 有 机 质 被 破 坏 性 蒸 馏 （ “ 干 馏 ” ） 时 可 生 成 石 油 ，但 当 用 有 机 溶 剂 抽 提 时 ， 却 很 难 见 到 石 油 。 3 天 然 气 的 成 因一、生物成因气1.概 念 和 形 成 过 程 生 物 成 因 气 “ 群 体 发 酵 和 合 成 作 用 ” 它 出 现 在 埋 藏 浅 、 时 代 新 和 演 化 程 度 低 的 岩 层 中 ，以 含 甲 烷

30、 气 为 主 。 形 成 过 程 ： 不 溶 有 机 质 酶的发酵作用 可 溶 有 机 质 产酸菌 菌 体 挥 发 性 酸 其 它 产 物 产甲烷菌 菌 体 CH4 + CO2 其 它 产 物 2.形 成 条 件 最 有 利 的 有 机 母 质 是 草 本 腐 植 型 腐 泥 腐 植 型 ； 环 境 ： 足 够 强 的 还 原 条 件 ， 一 般 Eh -300 mV为 宜 ； pH值 要 求 接 近 中 性 ， 最 佳 值 7.2 7.6； 甲 烷 菌 生 长 温 度 O 75 ， 最 佳 值 37 42 。3.化 学 组 成 几 乎 全 是 甲 烷 ， 其 含 量 一 般 98%， 因 此

31、 干 燥系 数 (C l/ C2+)一 般 在 数 百 数 千 以 上 ， 为 典 型 的干 气 ， 甲 烷 的 13C1值 一 般 -85 -55 。 二油型气1.概 念2.形 成 与 分 布 天 然 气 的 形 成 也 具明 显 的 垂 直 分 带 性 ， 上部 (成 岩 阶 段 )是 生 物 成因 气 ， 向 下 依 次 是 石 油伴 生 气 凝 析 气 干 气 ，甲 烷 13C1值 随 有 机 质演 化 程 度 增 大 而 增 大 。 三煤型气1 概 述 煤 型 气 -“ 煤 系 ” 是 一 种 多 成 分 的 混 合 气 体 ， 其 中 烃 类 气 体 以 甲烷 为 主 ， 重 烃

32、气 含 量 少 ， 一 般 为 干 气 。 有 时 可 含 较多 Hg蒸 气 和 N2等 。 2.成 煤 作 用 与 煤 型 气 的 形 成 成 煤 作 用 可 分 为 泥 炭 化 和 煤 化 作 用 两 个 阶 段 。 在 T、 P和 t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 。 实 测 表 明 ， 煤 的 挥 发分 随 煤 化 作 用 增 强 明 显 降低 。 成 煤 物 质 的 四 次 煤 化 跃 变 ：第 一 次 ， 长 焰 煤 开 始 ,碳 含 量 Cr=75-80%,挥

33、 发 分 Vr=43%,Ro=0.6%；第 二 次 ， 肥 煤 阶 段 ， Cr=87%,Vr=29%,Ro=1.3%；第 三 次 ， 烟 煤 无 烟 煤 ， Cr=91%， Vr=8%,Ro=2.5%； 第 四 次 ， 无 烟 煤 变 质 无 烟 煤 ， Cr=93.5%,Vr=4%， Ro=3.7%， 芳香 族 稠 环 缩 合 程 度 大 大 提 高 。煤 阶煤 级 煤 化 作 用 的 反 应 模 式 煤 型 气 的 形 成 及 产 率 不 仅 与 煤 阶 有 关 ， 而 且 还 与 煤的 煤 岩 组 成 有 关 。 镜 ： 惰 ： 壳 =3.3:1:0.8 1. 甲 烷 无 机 合 成

34、地 球 原 始 大 气 中 甲 烷 板 块 俯 冲 带 甲 烷四无机成因气 地 球 深 部 岩 浆 活 动 、 变 质 岩 和 宇 宙 空 间 分 布 的 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 。2. CO2 上 地 幔 岩 浆 中 富 含 CO2气 体 碳 酸 盐 岩 受 高 温 烘 烤 或 深 成 变 质 可 生 成 大 量 CO2 碳 酸 盐 矿 物 与 其 它 矿 物 相 互 作 用 也 可 生 成 CO2 3. N2 出 现 在 古 地 台 边 缘 的 含 氮 地 层 中 ， N2含 量 大 于 15%者 为 富 氮

35、 气 藏 。 成 因 ： 地 壳 岩 石 热 解 脱 气 地 下 卤 水 (硝 酸 盐 )脱 氮 作 用 地 幔 源 的 N 2： 大 气 源 的 N2： 4 H2S H2S含 量 1%的 气 藏 为 富 H2S的 气 藏 ， 具 有 商 业意 义 者 须 5%。 后 者 富 集 于 含 厚 的 碳 酸 盐 一 蒸 发 盐岩 系 的 大 型 盆 地 内 。 热 化 学 成 因 (无 机 )： 有 热 降 解 、 热 化 学 还 原 、高 温 合 成 等 。5.稀 有 气 体 (He、 Ar、 ) 用 途 ： 地 球 化 学 过 程 的 “ 示 踪 剂 ” 。 3He/4He、 40Ar/36A

36、r是 查 明 天 然 气 成 因 的 极 重 要手 段 。 五各种成因气识别标志 (据 戴 金 星 ,1993简 化 ) 有 机 气 气 的 类 型 项 目 油 型 气 煤 型 气 无 机 气 13C1 -30 13C1 -55 -10 13C1 -43 一 般 -30 13C2 -28.8 -25.1 13C3 -25.5 -23.2 C 同 位 素 系 列 13C1 13C2 13C3 13C4 13C1 13C2 13C3 同 位 素 13CCO2 -10 -8 CO2 多 数 4% 一 般 20% Hg 蒸 汽 600ng/m3 700ng/m3 C1/C2+3 大 部 分 15,绝

37、大 部 分 10(油 型 热 解 气 ) 180.绝 大 部 分 400 气 组 分 C2-4 一 般 C2 0.5%,大 多 数 有 C3-4 痕 量 C2,绝 大 多 数 无 C3-4 苯 /甲 苯 一 般 1 一 般 1 甲 基 环 己 烷 指 数 50 2% 50 2% 无 轻 烃 C6-7 支 链 烷 烃 含 量 17% 17% 无 Pr/Ph 一 般 1.8 一 般 2.7 无 杜 松 烷 ,双 杜 松 烷 ,桉 叶 油 烷 无 有 无 二 环 倍 半 萜 C15/C16 比 值 1 和 3 1.1-2.8 无 生 物 标 志 物 C27-29 甾 烷 一 般 C27、 C28 丰

38、 富 ，C29 含 量 少 一 般 C29 丰 富 ，C27、 C28 较 少 无 因 识 别 标 志 的 多 解 性 ， 故 切 忌 ： 单 一 指 标 的 绝 对 化应 综 合 利 用 多 种 资 料 ， 进 行 综 合 分 析 ， 才 能 得 出 正 确 结 论 4 生 油 岩一、定义 生 油 (气 )岩 /生 油 母 岩 /烃 源 岩 : 生 油 (气 )层 /生 油 层 系 :含 油 层 系 研 究 生 油 岩 的 目 的 ,是 要 解 决 哪 里 生 油 、 怎 么 生 、生 多 少 的 问 题 。 一 般 要 从 有 机 质 的 丰 度 、 类 型 和 成 熟 作 用 等 三 个

39、方 面 开 展 工 作 ， 才 能 对 生 油 岩 进 行 定 性 、 定 量 评 价 。 1.岩 性 特 征 理 想 的 生 油 岩 主 要 为 粘 土 岩 类 和 碳 酸 盐 岩 类 ， 一般 是 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 ，为 低 能 环 境 下 的 产 物 。 二、生油岩的岩性岩相特征2.岩 相 特 征 浅 海 相 、 三 角 洲 相 和 深 水 半 深 水 湖 相 最 有 利 。 三、生油岩的地球化学特征 此 外 ， 还 常将“ A” =25

40、0 300ppm 和HC=50 100ppm作 为 下 限 值 。(一 ) 有 机 质 的 丰 度 (数 量 ) 普 遍 采 用 的 指 标 是 残 余 有 机 碳 含 量 国 内 将 泥 质 岩 生 油 岩 有 机 C的 下 限 值 定 为0.5%， 碳 酸 盐 岩 ： Cor 0.3 0.1%即 可 。 (二 )有 机 质 的 类 型 举 例 ： 全 岩 样 品 的 热 解 法 生 油 潜 力 评 价 热 解 测 定 法(RockEval)检 测 结 果 ：S1已 有 烃 类 (游 离 /吸 附 )在中 等 温 度 下 的 挥 发 量 ；S2更 高 温 时 热 解 生 成 的 烃和 似 烃

41、 化 合 物 ；S 3CO2和 水 这 些 含 氧 挥 发 物 ；Tmax： 烃 类 最 大 生 成 量 时 的温 度 (峰 温 )。 干 酪 根 的 类型 可 由 氢 指 数(IH=S2/有 机 C)和氧 指 数 (Io=S3/有机 C)来 鉴 定 ， 用 IH和 IO作 范 氏 图 可 以很 清 楚 地 辨 认 出 、 、 类 干酪 根 及 其 演 化 途径 。 (三 )有 机 质 的 成 熟 度 1.光 学 鉴 定 孢 粉 和 干 酪 根 的 颜 色 ： 黄 黑 镜 煤 反 射 率 (Ro)的 测 定 ： Ro 0.5 0.7% 成 岩 作 用 阶 段 ， 生 油 岩 未 成 熟 ； 0

42、.5 0.7% Ro 1.3% 深 成 作 用 阶 段 ， 成 油 主 带 ； 1.3% Ro 2.0% 湿 气 和 凝 析 油 带 ； R o 2.0% 准 变 质 干 气 带 ， 只 有 甲 烷 生 成 。 不 同 类 型 干 酪 根 的 成 熟 期 限 并 不 完 全 一 致 ， 型 最早 (0.5%)， 型 次 之 （ 0.6%） ， 型 最 晚 （ 0.7%） 。 2.干 酪 根 元 素 组 成和 红 外 光 谱 通 过 元 素 分 析 ，得 到 H/C、 O/C比 值 ，将 其 投 到 范 氏 图 上 ，即 可 知 处 于 哪 一 个演 化 阶 段 。 根 据 烃 源 岩 的红 外

43、 光 谱 图 、 磁 化率 等 图 件 ， 也 可 推测 岩 石 的 成 熟 程 度 。 3.岩 石 热 解 法 S1/(S1+S2)和Tmax随 温 度 增 加 不断 增 加 。 不 同 深 度 的S1/(S1+S2)值 和Tmax综 合 作 图 ， 即可 确 定 未 成 熟 带 、生 油 带 、 湿 气 带等 的 分 布 位 置 。 4. 碳 优 势 指 数 用 正 烷 烃 分 布 曲 线 判 别 成 熟 度 的 理 论 依 据 是 ： 石 油 中的 正 烷 烃 ， 主 要 是 新 生 的 ， 并 且 随 有 机 质 成 熟 度 增 加 ， 正烷 烃 分 布 曲 线 的 主 峰 移 至 低

44、 C数 范 围 (C29 C21 )； 奇 C优势 逐 渐 消 失 ， 在 原 油 中 奇 、 偶 数 C原 子 含 量 几 乎 相 等 。 CPI 342826 332725322624 332725 CCC CCCCCC CCC21CPI 1i)1(3i1i 4i2ii C4C4 CC6COEP OEP（ 主 峰 碳 Ci+2， 幂 （ 1） i-1保 证 了 分 子 项 永 远 是奇 数 碳 原 子 数 正 烷 烃 ）CPI、 OEP 1.2时 ， 未 成 熟 ， CPI、 OEP 1.2时 成 熟 。 现 在 回 答 ： 哪 里 生 油 ， 怎 么 生 油 ？ 哪 里 生 油 ？ 满

45、足 上 述 条 件 （ 有 机 质 丰 度 、 类 型 、成 熟 度 等 ） 的 ， 一 般 为 暗 色 、 细 粒 沉 积 发 育 的生 油 凹 陷 ， 因 为 相 对 于 隆 起 而 言 ， 其 沉 积 性 质 、有 机 质 成 熟 度 等 具 有 优 势 。 怎 么 生 油 ？ 不 同 类 型 有 （ 无 ） 机 质 ， 具 有 不 同的 生 油 、 生 气 机 理 。 随 着 分 析 、 测 试 技 术 的 提高 （ 分 子 级 ） ， 不 同 显 微 组 分 的 生 烃 机 理 的 刻画 越 来 越 精 细 。 柴 达 木 盆 地 N2 N1岩 石 抽 提 物 的 烷 烃 特 征 参

46、 数 分 布沉积类型 有机碳含量 5 石 油 的 地 球 化 学 对 比某 油 藏 中 的 原 油生 油 层 D生 油 层 C生 油 层 B生 油 层 A 原 油 来 自 某 一 层 ，还 是 几 层 的 混 合 ？以 哪 一 层 为 主 ？对 比 内 容 ： 油 源 （ 岩 ） 、 油 油 、 油 气 、 油 气 源（ 岩 ） 对 比 等 一、对比的目的和依据两 个 主 要 目 的 （ 1） 对 多 油 层 油 气 ， 看 其 是 否 同 源 ；（ 2） 在 油 、 气 与 生 油 岩 之 间 进 行 对 比 ， 看 其 是 否有 亲 缘 关 系 ， 从 而 可 区 别 各 含 油 层 的

47、具 体 生 油 层 位 。依 据 按 照 石 油 现 代 的 成 因 理 论 ， 油 、 气 主 要来 源 岩 中 的 沉 积 有 机 质 ， 在 油 、 气 、 源 岩 之 间 必 然存 在 某 种 物 质 联 系 ， 如 生 物 标 志 化 合 物 、 同 位 素 等 ，有 可 能 建 立 其 成 因 联 系 ， 判 别 其 来 源 。 二、对比参数的选择 作 为 对 比 指 标 ， 必 须 满 足 两 个 条 件 方 可 使 用 ： 在 成 油 过 程 中 具 有 很 好 的 稳 定 性 ； 在 运 移 过 程 中 没 有 或 很 少 有 来 自 不 同 生 油 层的 油 气 混 杂 。

48、 因 此 ， 生 物 标 记 化 合 物 （ “ 地 球 化 学 化 石 ” ）最 符 合 上 述 条 件 ， 其 次 有 C同 位 素 、 正 构 烷 烃 和 一般 环 烷 径 。 三、对比方法举例 1、 异 戊 间 二 烯 型 烷 烃 鄂 尔 多 斯 盆 地 中 生 界 有 两 套 含 油 层 系 延 长 组 T3y和延 安 组 J1y， 前 人 分 析 二 者 均 有 生 油 可 能 ， 对 其 中 已 发现 的 石 油 来 自 哪 一 生 油 层 ， 一 直 存 在 争 议 。 黄 第 藩 等 （ 1986） 采 用 了 多 种 指 标 进 行 综 合 对 比 ，其 中 包 括 类 异

49、 戌 二 烯 型 烷 烃 的 比 值 对 比 ， 并 对 同 时 代 的原 油 饱 和 烃 与 泥 岩 抽 提 物 中 的 饱 和 烃 比 值 指 标 求 取 了 相似 系 数 。 鄂 尔 多 斯 盆 地 延 安 组 、 延 长 组 类 异 戊 二 烯 型 烷 烃 对 比 表 Pr/Ph Pr/nC17 Ph/nC18 类 别 产 层 地 层 符 号 比 值 相 似 系 数 比 值 相 似 系 数 比 值 相 似 系 数 直 罗 组 J2c 0.93 2.43 1.65 Y4+5 1.10 0.60 0.47 0.57 0.44 0.64 Y6 1.08 0.59 0.30 0.36 0.29

50、 0.97 Y8 1.02 0.55 0.50 0.60 0.49 0.57 Y9 0.97 0.53 0.36 0.43 0.32 0.87 原 油 饱 和 烃 Y10 0.98 0.53 0.33 0.33 0.36 0.78 泥 岩 抽 提 饱 和 烃 延 安 组 1.84 0.83 0.28 长 3 0.96 0.79 0.45 0.98 0.48 0.56 长 6 0.96 0.79 0.34 0.77 0.38 0.71 长 6 1.00 0.83 0.33 0.75 0.33 0.82 原 油 饱 和 烃 长 8 1.07 0.88 0.35 0.80 0.34 0.79 泥 岩

51、 抽 提 饱 和 烃 延 长 组 1.21 0.44 0.27 对 比 发 现 ： T3y原 油 /T3y泥 岩 、 J1y原 油 /T3y泥 岩 75%从 而 确 定 ： 两 层 的 石 油 均 来 自 延 长 组 T3y 2、 C27+环 状 化 合 物 比 较 常 用 的 有 甾 烷 、 三 萜 烷 。 分 析 鉴 定 主 要 采 用 色 质 联 仪 ， 将 分 析 结 果 绘成 质 谱 图 。 油 源 对 比 是 根 据 分 析 得 到 的 分 子 离 子 峰和 碎 片 离 子 峰 中 各 种 化 合 物 的 相 对 浓 度 进 行 的 。 目 前 常 用 的 有 两 种 对 比 方

52、法 ： (1)根 据 甾 、 萜 类 化 合 物 不 同 组 成 分 布 进 行 对 比 ； (2)根 据 离 子 碎 片 质 量 色 谱 图 进 行 对 比 ， 视 原 油与 源 岩 之 间 特 征 是 否 相 似 ， 对 比 性 如 何 ， 判 断 是 否具 有 亲 缘 关 系 。 对 比 表 明 ， 原 油 与 地 面 、 2255m深 处 的 生 油 岩 甾 、 萜 烷 分布 特 征 非 常 相 似 。相 似 与 否 ， 早 先 是 人 工 判 别 ， 可 用 模 糊 模 式 识 别 。 对 比 表 明 ， 台 参1井 和 七 克 台 油田 原 油 来 自 J1b煤 系 ， 胜 金 口 油田 原 油 则 来 自J2q生 油 岩 。 埕 15井 原 油 为 混 合 来 源 J2石 油 来 自 J2页 岩 阿 尔 及 利 亚 艾 利 盆地 ： 根 据 质 谱 研 究总 芳 烃 、 单 芳 烃 的质 量 百 分 比 ， 将 4种 原 油 归 纳 为 3类 。 6 生 油 研 究 进 展 *低 /未 熟 油煤 成 油碳 酸 盐 岩 生 油