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(gè)極為復(fù)雜的課題，至今還存在一些爭(zhēng)論。這主要原因是：1．物態(tài)上：石油與天然氣是流體。經(jīng)過(guò)一定距離運(yùn)移而聚集起來(lái)的。　因此油氣產(chǎn)地（油氣藏）≠生成地2．化學(xué)組成上：組份很復(fù)雜，且在運(yùn)移過(guò)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(xué)科多：由于分離及鑒定手段的限制，目前對(duì)石油組份的了解尚不充分。石油的成因問(wèn)題，關(guān)系到油氣的勘探

2、方向，所以，多年來(lái)，它一直吸引著許多國(guó)家地質(zhì)學(xué)家、生物化學(xué)家和地球化學(xué)家。,第一節(jié)：油氣成因理論發(fā)展概況一、石油成因有爭(zhēng)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(xué)派,無(wú)機(jī)論：無(wú)機(jī)物（C，H2O、Fe）－油氣　有機(jī)論：生物有機(jī)質(zhì)－油氣　　早期說(shuō)（淺成說(shuō)）：淺層、成巖早期、生物化學(xué)作用　　　晚期說(shuō)（深成說(shuō)）：一定熱力＋催化劑作用,從十八世紀(jì)七十年代以來(lái)，對(duì)油氣成因的認(rèn)識(shí)基本上分為無(wú)機(jī)成油和有機(jī)成油學(xué)說(shuō)兩大學(xué)派。,第二章

3、 現(xiàn)代油氣成因理論,１、 碳化說(shuō)：1876年俄國(guó)化學(xué)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(guò)程中冷凝形成油氣藏?！　　。矲emCn+4mH2O——mFe3O4+C3nH3m,２、 宇宙說(shuō)：1889年俄國(guó)索柯洛夫：碳?xì)浠衔锸怯钪嫠逃械?，在地球處于熔融階段時(shí)即已存在于氣圈之中了，以后地球冷卻被吸附凝結(jié)在地殼上部形成油氣藏。,（一）無(wú)機(jī)成因說(shuō),第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,３、巖漿說(shuō)：蘇聯(lián)

4、庫(kù)德梁采夫(1949,10)，在紀(jì)念宇宙說(shuō)六十周年時(shí)突然由有機(jī)說(shuō)的觀點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)機(jī)說(shuō)，認(rèn)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(shí)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(jī)成

5、因說(shuō),１、十八世紀(jì)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(shuō)?。?、二十世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)石油中有卟啉化合物，石油有旋光性——有機(jī)說(shuō)盛行“植物說(shuō)”、“動(dòng)物說(shuō)”、混合說(shuō)、脂肪說(shuō)、碳水化合物說(shuō)、蛋白質(zhì)說(shuō)　３、“混成說(shuō)”（1932年古勃金）：含有各種類型的分散有機(jī)質(zhì)的淤泥，在成巖早期產(chǎn)生分散狀態(tài)的石油，在壓實(shí)過(guò)程中和水一起進(jìn)入儲(chǔ)層，形成油氣藏。 ——早期有機(jī)成因說(shuō),第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,４、早期有機(jī)論（P.V.Smit

6、h，1952—1954）：　　石油是有機(jī)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(lái)的天然烴的混合物?！。?、晚期成油說(shuō)（P.H.Abelson，1963）：石油是由沉積巖中占有機(jī)質(zhì)７０－９０％的不溶部分（干酪根）經(jīng)過(guò)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(shuō)?。?、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(guān)，存在于一定深度范圍，并不在地表，從而支持了晚期有機(jī)說(shuō)。,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(jī)成因是油氣形成的主要機(jī)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(yùn)移而來(lái)的，而與沉積巖無(wú)關(guān)的地盾和巨大的結(jié)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(shí)代的分布上與煤、油頁(yè)巖及有機(jī)質(zhì)的分布狀況相吻合的，表明它們?cè)诔梢蛏鲜怯新?lián)系的。3．雖然世界上的石油沒(méi)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(shuō)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(cè)試結(jié)果可知，油層溫度很少超過(guò)100℃，有些深部油層溫度可以高達(dá)141℃，而當(dāng)T超過(guò)250℃時(shí)，烴類就會(huì)發(fā)生急劇而徹底的裂解，生成石墨及H2，說(shuō)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(zhǎng)的時(shí)間，大約需不到一百萬(wàn)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(jī)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(duì)近代沉積的研究成果表明，在近代沉積中確實(shí)存在著油氣生成過(guò)程，且至今還在進(jìn)行著，生成的數(shù)量也很可觀。并且，在實(shí)驗(yàn)條件下，用有機(jī)質(zhì)進(jìn)行地下條件模擬，轉(zhuǎn)化出了烴類，這為有機(jī)成因?qū)W說(shuō)提供了有力的科學(xué)依據(jù)。,以上重要事

10、實(shí)的存在，大大促進(jìn)了石油有機(jī)生成理論的發(fā)展。特別是近代物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)學(xué)等基礎(chǔ)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(jìn)技術(shù)手段的廣泛采用，為應(yīng)用有機(jī)地球化學(xué)知識(shí)來(lái)解決油氣成因問(wèn)題創(chuàng)造了條件，推動(dòng)了石油生成現(xiàn)代科學(xué)理論的日臻完善。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,石油有機(jī)成油理論　　晚期成油理論廣泛為國(guó)際石油界所接受，　同時(shí)“未熟—低熟”油（早期成油）不斷被發(fā)現(xiàn)，早期成油說(shuō)和晚期成油說(shuō)也結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)統(tǒng)一的油氣

11、演化過(guò)程——石油有機(jī)成油理論?！　　　〗鼇?lái)，石油有機(jī)成油理論的又一進(jìn)展是煤成烴理論的發(fā)展與完善。二十世紀(jì)六十年代以來(lái)，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(guān)的油氣田。這表明煤系地層不僅是天然氣的主要來(lái)源，而且也能形成相當(dāng)數(shù)量的石油聚集和大油田。到了二十世紀(jì)八十年代，人們通過(guò)有機(jī)巖石學(xué)與地球化學(xué)相結(jié)合的方法和實(shí)驗(yàn)?zāi)M對(duì)煤成油問(wèn)題進(jìn)行了深入的理論探討，提出了煤系地層有機(jī)質(zhì)生烴機(jī)理和演化模式。這就更拓寬了油氣勘探領(lǐng)域。,第二章

12、現(xiàn)代油氣成因理論,油氣有機(jī)成因發(fā)展中值得指出的是：　１、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(rèn)為只有海相沉積才能生成油氣，特別是在我國(guó)清末、民初，國(guó)外在中國(guó)陸相盆地進(jìn)行油氣勘探的失敗，使得“唯海相生油論”猖獗一時(shí)。對(duì)此，以潘鐘祥為代表的我國(guó)老一輩地質(zhì)學(xué)家，通過(guò)對(duì)陜西、四川等地進(jìn)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(guó)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(xiàn)

13、比較大的是法國(guó)著明地球化學(xué)家B·P·Tissot，他在前人研究的基礎(chǔ)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(xué)說(shuō)，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(jī)成因理論日臻完善，并在油氣勘探實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用，但并不能由此否定油氣無(wú)機(jī)成因理論的科學(xué)價(jià)值，特別是近年來(lái)無(wú)機(jī)學(xué)派也提出了一些證據(jù)：１、實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)機(jī)物可合成烴　　　nCO2+2nH2=(CH)n+nH

14、2O——費(fèi)－托反應(yīng)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(wú)機(jī)合成，況且，這些成份還可從石油運(yùn)移中從外界攫取。５、生命起源于烴類，遠(yuǎn)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(dá)上地幔的深大斷裂控制。斷裂是烴類向上運(yùn)移的最好途徑。７、有機(jī)說(shuō)難以解釋儲(chǔ)量巨大的石油聚集。如加瓦爾油田的石油

15、儲(chǔ)量有107×109 t,加拿大西部瀝青砂巖中的重質(zhì)油石油儲(chǔ)量竟達(dá)一千億噸，可是其沉積巖的有機(jī)質(zhì)含量低，烴含量更低，無(wú)法滿足諾大儲(chǔ)量的需求。８、有機(jī)質(zhì)生油研究中使用溶劑抽提出來(lái)的烴類是干酪根破壞產(chǎn)物，抽提前不存在。９、有機(jī)質(zhì)方案中的生油門限溫度，石油析出機(jī)制，石油聚集發(fā)生時(shí)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(lái)，一些無(wú)機(jī)成因天然氣的發(fā)現(xiàn)，為無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)成油理論研究奠定了基礎(chǔ)?！∮捎谟袡C(jī)成油理論已經(jīng)成熟，而無(wú)機(jī)成油理論尚處在探討中，故本章介紹油氣有機(jī)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(lái)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(chǔ),第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,一、原始物質(zhì)的來(lái)源,1. 生物種類來(lái)源 沉積有機(jī)質(zhì)的生物種類來(lái)源首先是浮游植物，其次是細(xì)菌、高等植物、浮游動(dòng)物。 2. 生化體有機(jī)組分 對(duì)

17、沉積有機(jī)質(zhì)來(lái)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(jī)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(qiáng)，能在各種地質(zhì)條件下保存起來(lái)。其元素組成和分子結(jié)構(gòu)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(lái)源,,二,生油母質(zhì)——干酪根,,,一,,三,,§1 生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ),二、原始物質(zhì)的形成,沉積有機(jī)質(zhì)：通過(guò)沉積作用進(jìn)

18、入沉積物中并被埋藏下來(lái)的那部分有機(jī)質(zhì)稱為沉積有機(jī)質(zhì)。 １、形成： 分解(化學(xué)、細(xì)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(jī)質(zhì)來(lái)源： （1） 原地有機(jī)質(zhì)：主要來(lái)源的于盆地自身。（２）異地有機(jī)質(zhì)：經(jīng)河流、風(fēng)等攜入盆

19、地。（３）再沉積有機(jī)質(zhì)：已有的有機(jī)質(zhì)由于巖石風(fēng)化等因素再次沉積。,３、沉積有機(jī)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(shí)代分布不均?？傏厔?shì)：地層越老，保存的沉積有機(jī)質(zhì)越少。(2) 影響因素：沉積物中富含有機(jī)質(zhì)的環(huán)境條件是：　　生物產(chǎn)率高，有機(jī)質(zhì)來(lái)源充足?！　〉湍莒o水還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)分解少，保存條件好。　　沉積物沉積速率大，粒度細(xì)?！　　　　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(jī)質(zhì)演變過(guò)程,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,５、古代沉積巖中分散有機(jī)質(zhì)的組成： 烴類：巖石中可溶于有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)。是有機(jī)體生化作用的產(chǎn)物。 瀝青：可溶于有機(jī)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(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物。 干酪根：不能溶解于有機(jī)溶劑的固體分散有機(jī)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(lái)源,,二,生油母質(zhì)—

21、—干酪根,,,一,,三,,§1 生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ),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(jī)溶劑（CCl4、CHC13、笨、酒精）的分散有機(jī)質(zhì)（ 1979年，亨特）。 沉積有機(jī)質(zhì)包括：有機(jī)溶劑可抽提的瀝青； 不溶于有機(jī)溶劑的干酪根。 干酪根是有機(jī)碳的最重要形式。它比煤和儲(chǔ)集層

22、中石油含量之和還要多上千倍，比非儲(chǔ)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(jī)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(lái)的干酪根呈黑色或褐色粉末，是復(fù)雜的有機(jī)高分子聚合物。在沉積巖中干酪根呈細(xì)微分散狀態(tài)，有時(shí)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(xué)成分和結(jié)構(gòu)會(huì)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(jié)構(gòu)：干酪根是一個(gè)由很多“橋鍵”交連的“核”組成，在核和橋上帶有各種官能團(tuán)，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(xué)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(guān)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(jié)構(gòu)，直鏈烷烴多，多環(huán)芳烴及含氧官能團(tuán)很少.,主要來(lái)源： 藻類、細(xì)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(zhǎng)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(tuán)。,來(lái)源：　浮游生物（以浮游植物為主）和微生物組成的混合有機(jī)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(tuán)為主，飽和烴鏈很少。,來(lái)源：　　陸地高等植物 　H/C 低，通常< 1.0，　O/C 高，可達(dá) 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(guó)內(nèi)陸相有機(jī)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(xué)分類方法：,生油氣潛能按藻質(zhì)→無(wú)定形→草質(zhì)→木質(zhì)→煤的順序依次減少。,a、孢粉學(xué)分類：　方法：用鹽酸和氫氟酸除去無(wú)機(jī)礦物質(zhì)后，將有機(jī)質(zhì)殘?jiān)旁陲@微鏡透射光下觀測(cè).,b、煤巖學(xué)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(cè)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(píng)價(jià)儀測(cè)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(jī)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(lái)劃分。　其中 IH=S2／有機(jī)碳含量，　　　IO=S3／有機(jī)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(xué)條件,兩大要素：　　生物有機(jī)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(chǔ)；　　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(jī)質(zhì)堆積、保存、轉(zhuǎn)化的地質(zhì)環(huán)境必須要有：?。?、長(zhǎng)期穩(wěn)定下沉（V沉積≈V 沉降）的大地構(gòu)造背景　２、足夠數(shù)量和一定質(zhì)量的原始有機(jī)質(zhì)?。场⒌湍?、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、）?。础⑦m當(dāng)?shù)氖軣岷吐癫厥?第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,（一）大地構(gòu)造環(huán)境,三種構(gòu)造環(huán)境： 過(guò)補(bǔ)償 水體變淺 欠補(bǔ)償 水體變深 補(bǔ)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(jī)質(zhì)不斷堆積、長(zhǎng)期處于還原環(huán)境，并提供足夠的熱能供有機(jī)質(zhì)熱解需要，地殼必須有一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)下沉，以及沉積物得到相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臉?gòu)造環(huán)境。只有盆地的下降速度與沉積速度大致相當(dāng)時(shí)有機(jī)質(zhì)才有可能大量堆積和保存，才有利于有機(jī)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(gòu)造環(huán)境主要分布在： 板塊的邊緣活動(dòng)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(yáng)光、溫度適宜，生物繁盛，并接受河流搬運(yùn)來(lái)的大量陸源有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)異常豐富的聚集。有機(jī)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(jī)質(zhì)和新補(bǔ)充的有機(jī)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(jī)質(zhì)的堆積，又有利于有機(jī)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(dòng)蕩回流狀態(tài)，其底部水流停滯，由于水底有機(jī)質(zhì)的分解，氧氣又得不到及時(shí)補(bǔ)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(xì)菌活動(dòng)　特點(diǎn)分布廣，淺層。喜氧、厭氧、通性細(xì)菌?！捬跫?xì)菌在還原條件下，可將有機(jī)質(zhì)中的O、S、N、P等元素分離出來(lái)，使碳、氫，特別是氫富集起來(lái)，產(chǎn)生CH4、H2、CO2、有機(jī)酚和其它碳?xì)浠衔?。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(xì)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(jī)質(zhì)

34、作用，使后者的原始結(jié)構(gòu)破壞，促使分子重新分布，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的烴類。主要發(fā)生在中淺層〈125℃　　催化劑主要有：無(wú)機(jī)鹽類和有機(jī)酵母　無(wú)機(jī)鹽類催化劑 :分布粘土礦物中，蒙脫石粘土催化能力最強(qiáng)，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(jī)酵母催化劑：能加速有機(jī)質(zhì)的分解。當(dāng)有酵母存在時(shí)，有機(jī)質(zhì)的分解比在細(xì)菌活動(dòng)時(shí)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(jī)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(xué)鹽類含量高；鈾和釷在頁(yè)巖、粘土巖、泥灰?guī)r及其它含大量膠體團(tuán)塊的巖石中含量最大。　　索可夫認(rèn)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(zhǎng)鏈烴類。,（四）壓力一般

36、認(rèn)為，高壓對(duì)于裂解反應(yīng)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(guò)200℃，仍為油藏?？梢妷毫?duì)油氣的形成及轉(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(shí)間?。?、溫度 化學(xué)動(dòng)力學(xué)定律的一級(jí)反應(yīng)方程： 阿氏方程求得：速度常數(shù)k由 E：為活化能，與鍵強(qiáng)度成正比，同溫下，E越大，反應(yīng)越慢；只有超過(guò)E值，才能反應(yīng)，相應(yīng)的溫度為門限溫度，與有機(jī)質(zhì)類型有關(guān)。

37、T：為絕對(duì)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(shí)間 一級(jí)反應(yīng)方程積分： 阿氏方程取對(duì)數(shù)： 上式代入下式整理得： 反應(yīng)時(shí)間的對(duì)數(shù)與反應(yīng)溫度成反比，表明反應(yīng)溫度和時(shí)間可互補(bǔ)。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,從以上化學(xué)定律的原理可以得出： ①有機(jī)質(zhì)在反應(yīng)過(guò)程中，溫度起決定作

38、用，時(shí)間有補(bǔ)償作用； ②時(shí)間的補(bǔ)償是有限的，溫度所產(chǎn)生的熱量應(yīng)超過(guò)活化能E。 ③壓力大阻礙有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化，但影響不大。,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,,有機(jī)質(zhì)的演化過(guò)程和有機(jī)質(zhì)成烴模式,,二,生油理論的新進(jìn)展,,,一,第四節(jié) 有機(jī)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(jī)質(zhì)的成烴演化,熱模擬實(shí)驗(yàn)中Ⅱ型干酪根元素組成的變化   (據(jù)Tissot等，1974),埋藏過(guò)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(guò)程,1.干酪根演化過(guò)程,通常隨埋深↑，Kerogen演化程度增強(qiáng)，其H/O↓，O/C↓，元素向富C方向收縮。其演化過(guò)程可分為三個(gè)階段：　　a、O/C急劇↓（雜原子鏈破裂）→CO2、H2O雜原子化合物?！　、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(jī)質(zhì)：可溶有機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)性質(zhì)及主要產(chǎn)物都有明顯區(qū)別，表明有機(jī)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(dāng)溫度升高到一定的數(shù)值，有機(jī)質(zhì)才開始大量轉(zhuǎn)化為石油，這個(gè)溫度界限稱為門限溫度。 門限深度：與門限溫度相對(duì)應(yīng)的深度稱為門限深度。,,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,2.有機(jī)成烴是個(gè)連續(xù)過(guò)程　分四個(gè)階段：　　A、生物化學(xué)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(xué)生氣階段A——成巖作用階段　　深度０

42、～1500米，T<60 ℃、低壓?！　　∫约?xì)菌活動(dòng)為主 ：　原始生物有機(jī)質(zhì),水解　　　　　　　　　　　微生物酶作用,,可溶生物單體有機(jī)質(zhì),,細(xì)菌分解、氧化－CO2、H2O細(xì)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(shì)；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(jī)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(duì)有機(jī)質(zhì)的吸附能力加大，加快了有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的速度，降低有機(jī)質(zhì)成熟的溫度。 　　熱催化作用結(jié)果：　　　 長(zhǎng)鏈烴類裂解成小分子烴　　　烯烴含量相對(duì)減少，　　　異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴含量相對(duì)增多 其中蒙脫石對(duì)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(shí)獲得大量低分子液態(tài)烴和氣烴，是主要生油時(shí)期。國(guó)外稱為“生油窗”或“液態(tài)窗口”?！　∮袡C(jī)質(zhì)進(jìn)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(duì)應(yīng)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(shì)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(jī)質(zhì)成熟的早晚跟有機(jī)質(zhì)的類型有關(guān)，相同條件下，樹脂體和高含硫的海相有機(jī)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℃?！　∮袡C(jī)質(zhì)特征： 高溫下，剩余的干酪根和已經(jīng)形成的重?zé)N繼續(xù)熱裂解。　　主要產(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^(guò)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(jié)為液態(tài)輕質(zhì)油，并伴有濕氣，這是進(jìn)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(jī)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(xué)上的最穩(wěn)定的甲烷。 干酪根的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)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(jī)質(zhì)類型的不同，可能只進(jìn)入了前二或三個(gè)階段，并且每個(gè)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(fù)雜的盆地，由于某種原因歷經(jīng)多次大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，生油巖中的有機(jī)質(zhì)可能由于在埋藏較淺尚未成熟就被抬升，后來(lái)再度沉降埋藏到相當(dāng)深度后，方達(dá)到成熟溫度，有機(jī)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(jī)顯微組成的非均質(zhì)性，不同顯微組成的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的差別，決定了有機(jī)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(jī)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(jī)成油理論的新進(jìn)展（一） 未—低熟油的成因機(jī)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(dá)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(jī)制的低溫生物化學(xué)或低溫化學(xué)反應(yīng)生成并釋放出來(lái)的液態(tài)和氣態(tài)烴。低熟油生烴高峰對(duì)應(yīng)的源巖鏡質(zhì)組反射率Ro大約為0.2~0.7%。相當(dāng)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(jì)七十年代以來(lái)，許多國(guó)家和地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了低熟油氣。我國(guó)東部渤海海灣、泌陽(yáng)、江漢、百色、松遼、蘇北、柴達(dá)木、準(zhǔn)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(jī)理★ 強(qiáng)還原咸化環(huán)境藻類成烴★ 鹽湖相沉積有機(jī)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(jī)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(xì)菌改造陸源有機(jī)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(jié)果最具代表性。他們通過(guò)研究，提出了六種不同有機(jī)質(zhì)類型的生烴機(jī)理。,6

51、．富硫大分子有機(jī)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(jī)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。　瀝青化作用結(jié)果是產(chǎn)生石油和天然氣，另一方面是固體殘余物進(jìn)行芳構(gòu)化和縮聚作用。,煤成烴特點(diǎn)：一般具有飽和烴含量高、非烴和瀝青質(zhì)

52、含量低的特點(diǎn)。煤成烴最明顯的特征是具有姥鮫烷優(yōu)勢(shì)。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(shì)；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(shí)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(duì)生烴的貢獻(xiàn)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(wú)機(jī)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(xué)作用帶內(nèi)，沉積有機(jī)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(shí)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(jī)質(zhì) 微生物喜氧呼吸 產(chǎn)生有機(jī)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(dòng) H2 甲烷生成菌的活動(dòng) 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(xué)組成 甲烷含量大于98%，重?zé)N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(chǔ)量估計(jì)可占世界天然氣總儲(chǔ)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(dá)木盆地和長(zhǎng)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(jī)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(jī)質(zhì)演化有關(guān)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(xué)組成：重?zé)N含量大于5%，最高可達(dá)40 ～ 50%（石油和凝析氣階段）；過(guò)成熟氣以甲烷為主，重?zé)N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(zhǔn)葛爾和柴達(dá)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(jī)質(zhì)熱演化有關(guān)的天然氣。 煤成（層）氣：煤層在煤化過(guò)程中所生成的天然氣。 煤型氣：煤系地層中分散有機(jī)質(zhì)在熱演化過(guò)程中所生成的天然氣。

59、 目前用煤型氣來(lái)概括，即煤型氣是指煤系地層中煤和分散有機(jī)質(zhì)在煤化作用和再煤化作用過(guò)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(zhǎng)焰煤氣煤、肥煤 輕質(zhì)油和C2 ～C4 重?zé)N氣焦煤、瘦煤 煤型裂解氣貧煤、煙煤、無(wú)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(xué)組成：重?zé)N含量可達(dá)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(wú)機(jī)成因氣,由地殼內(nèi)部、深海大斷裂、深海沉積物形成，包括氮?dú)狻⒍趸?、硫化氫、氦氣等。,1.無(wú)機(jī)成因氣的形成,第二章 現(xiàn)代油氣成因理論,氮?dú)猓焊邷馗邏簵l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(dòng)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(xué)組成甲烷