油氣成因和烴源巖

1、1 2 無機(jī)成因 (inorganic origin) 有機(jī)成因 (organic origin) 起源物質(zhì)和 生油氣過程 成因理論 3 20世紀(jì)隨著板塊理論的興起又有油 氣深成說和深源氣的提出以及在褶 皺帶前緣斷裂帶的找油活動(dòng) 1889年提出了宇宙說 19世紀(jì)中葉提出的碳化物說 1904年又提出了火山說 20世紀(jì)初提出了巖漿說和高溫生油說 nCO+2nH2 （-CH2）n+nH2O 3FemCn4mH2O mFe3O4+C3nH8m ？ 4 無機(jī)成因說的致命要害！ 5 6 19世紀(jì)中葉以來，提出了動(dòng)物說、植物說以及動(dòng)植物混成說。 混成說進(jìn)一步發(fā)展 20世紀(jì)50年代初，Smith提出了早期有機(jī)

2、成因說 晚期油氣生成理論 唯海相生油論 7 早期有機(jī)成因說： 8 9 10 有機(jī)成因理論梗概 沉積有機(jī)質(zhì) 沉積有機(jī)質(zhì)的成烴演化 未熟-低熟油成因 煤成油形成機(jī)理 11 1. 有機(jī)成因理論梗概 有機(jī)成因油氣理論認(rèn)為油氣是古代甚至現(xiàn)代 的有機(jī)物質(zhì)生成的。根據(jù)有機(jī)物質(zhì)生存環(huán)境和性 質(zhì)，又分為海相生油、陸相生油和煤成氣（烴） 12 陸地 海洋 海洋 浮游生物 13 20 20世紀(jì)初葉至解放前，我國學(xué)者謝家榮、潘鐘祥、王竹泉、孫健初和 黃汲清等根據(jù)大量野外地質(zhì)調(diào)查，提出了陸相的湖泊中低等動(dòng)植物也是油 氣生成主要的源生物，提出了原創(chuàng)性的“初始陸相生油論”，解放后發(fā)展 “成熟陸相生油論”，因而克服了“中國貧

3、油”的影響，為中國成為產(chǎn)油 大國提供了理論基礎(chǔ)。 14 鱗木、種子蕨森林沼澤 蘆木沼澤 煤系煤成氣（烴）的源巖 陸地 20 20世紀(jì)4040年代，德國學(xué)者認(rèn)為煤系是商業(yè)氣田的源巖，創(chuàng)造了 煤成氣理論；6060年代末，澳大利亞學(xué)者認(rèn)為煤系中的殼質(zhì)組可以形 成商業(yè)油田，形成了煤成油理論；7070年代末，我國學(xué)者認(rèn)為煤系總 的成烴規(guī)律以氣為主、以油為輔，總結(jié)了煤系成烴的總規(guī)律。 20012001年初我國探明天然氣儲量中煤成氣占64%64%，而探明石油總儲 量中煤成油不足3%3%。 15 2. 沉積有機(jī)質(zhì) 16 天然有機(jī)質(zhì)與石油的平均元素組成（據(jù)Hunt，1979） 元素組成（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)） CHSNO

4、 碳水化合物44650 木質(zhì)素6350.10.331.5 蛋白質(zhì)53721722 脂類761212 干酪根796528 瀝青8410312 石油84.5131.50.50.5 17 沉積有機(jī)質(zhì)的原始生物化學(xué)組成 18 沉積有機(jī)質(zhì)的原始生物化學(xué)組成 19 沉積有機(jī)質(zhì)的原始生物化學(xué)組成 20 沉積有機(jī)質(zhì)的原始生物化學(xué)組成 21 22 沉積有機(jī)質(zhì)的分布和豐度 23 位置 平均值 （質(zhì)量） 重量 （1016t） 位置 平均值 （質(zhì)量） 重量 （1016t） 大陸，陸棚，陸坡大洋 粘土和頁巖0.990.82粘土和頁巖0.220.07 碳酸鹽0.330.08碳酸鹽0.280.10 砂巖0.280.09硅質(zhì)

5、沉積0.260.04 沉積物中的有機(jī)碳（據(jù)Hunt，1972） 24 （1）沉積分異表明，呈膠體或懸浮態(tài)的有機(jī)質(zhì)點(diǎn)同粘土 質(zhì)點(diǎn)可同步降落； （2）粘土比表面積大，易吸附有機(jī)質(zhì)； （3）形成泥質(zhì)的沉積環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)保存。 影響沉積有機(jī)質(zhì)豐度的因素 25 古代沉積物中有機(jī)質(zhì)的分散組分 沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根 26 成分和結(jié)構(gòu) 沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根 27 類型 型是分散有機(jī)質(zhì)干酪根中 經(jīng)細(xì)菌改造的極端類型，或 藻質(zhì)型，富含脂肪族結(jié)構(gòu)， 富氫貧氧，生烴潛力 0.40.7，高產(chǎn)石油類型。 型是常見的腐泥型干酪 根，有機(jī)質(zhì)主要來源于浮 游生物和細(xì)菌，生烴潛力 0.30.5。 型是由陸生植物組成的 腐殖型干

6、酪根，以產(chǎn)氣為 主，生烴潛力0.10.2。 沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根 28 12 沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根 3 29 沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根 光學(xué)分類 30 3. 沉積有機(jī)質(zhì)的成烴演化 31 有機(jī)質(zhì)的成烴演化階段與油氣生成 32 有機(jī)質(zhì)的成烴演化階段與油氣生成 成巖作用階段 33 有機(jī)質(zhì)的成烴演化階段與油氣生成 深成作用階段 34 有機(jī)質(zhì)的成烴演化階段與油氣生成 準(zhǔn)變質(zhì)作用階段 35 有機(jī)質(zhì)的成烴演化階段與油氣生成 有機(jī)質(zhì)成熟演化的階段性 （據(jù)潘鐘祥等， 1986，修改） 36 干酪根熱演化成烴與熱模擬實(shí)驗(yàn) 干酪根從成巖作用階段到準(zhǔn)變質(zhì)作用階段的演化圖 （據(jù)Tissot等，1978） 37 干酪根熱演化

7、成烴與熱模擬實(shí)驗(yàn) 在埋藏過程中II型干酪根元素組成的演化 （據(jù)Tissot & Welte，1984） A為成巖階段末期；BD為深成階段；E為準(zhǔn)變質(zhì)階段 在熱模擬實(shí)驗(yàn)中II型干酪根元素組成的變化 （據(jù)Tissot等，1974） 38 干酪根熱演化成烴與熱模擬實(shí)驗(yàn) II型干酪根天然演化的紅外廣譜圖 （巴黎盆地下托爾統(tǒng)；撒哈拉下志留統(tǒng)） （據(jù)Tissot & Welte，1984） II型干酪根人工演變的紅外廣譜圖 （據(jù)Tissot等，1974） 39 干酪根熱演化成烴與熱模擬實(shí)驗(yàn) 國外若干典型盆地 烴和非烴的生成與 埋深的關(guān)系圖 PZOF為主要生油帶； ZGF為熱裂解成氣帶； 溫度為現(xiàn)地溫；杜阿

8、盆 地的90和135為古 地溫 中國若干盆地和坳 （凹）陷有代表性 的不同世代生油巖 的烴轉(zhuǎn)化率曲線圖 （據(jù)胡見義，黃第藩等， 1991） 40 促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素 41 促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素 42 促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素 43 溫度和時(shí)間 促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素 44 溫度和時(shí)間 促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素 生油門限溫度通常都在 5050130130范圍； 一般講，生油主要階段 的起始溫度不低于5050， 終止溫度不高于175175。 地殼中的生油過程只出 現(xiàn)于有限的溫度和深度 范圍。 生油巖時(shí)代老 則門限溫度低， 時(shí)代新則門限 溫度高。 時(shí)間和溫度可以互補(bǔ)，

9、 但相比溫度而言，時(shí)間 居次要地位。 45 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制 反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度關(guān)系 阿侖尼烏斯方程 反應(yīng)速率與溫度關(guān)系 石油生成的時(shí)-溫 關(guān)系 （據(jù)Connan,1974,引自Hunt,1979） 498. 6 1 3014lg T t 沉積有機(jī)質(zhì)的時(shí)代越新即所經(jīng) 歷的受熱時(shí)間越短，則生油門 限溫度越高；時(shí)代越老受熱時(shí) 間越長，則門限溫度越低。 溫度和時(shí)間 促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素 46 促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素 正十六烷熱裂解和催化裂解所需要的時(shí)間 （據(jù)Goldstein，1980） 47 促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素 48 有利油氣生成環(huán)境 豐富的有機(jī)質(zhì) 適宜物化條件 生油基

10、礎(chǔ) 生油保障 巖相古地 理環(huán)境 大地構(gòu) 造條件 海洋中以淺海為最有利的生油環(huán)境。 陸地上的深水-半深水湖泊也比較 有利。溫暖、濕潤的氣候是生物繁 殖和發(fā)育的外部有利條件。 只有在長期持續(xù)下沉過程中伴隨適 當(dāng)?shù)纳?、沉降速度略大于或接?沉積速度地區(qū)，才能持久保持還原 環(huán)境。 49 4. 未熟低熟油成因 50 51 52 5. 煤成油形成機(jī)理 53 腐泥煤 （藻煤） 腐殖- 腐泥煤 腐殖煤 低等 生物 過渡 型 陸生高 等植物 型 干酪 根 腐殖 煤 殘殖 煤 殼質(zhì)組 富集， 5060 % 殼 質(zhì) 組 鏡質(zhì) 組 惰質(zhì) 組 煤系烴源巖 型 干酪 根 生 烴 潛 力 最 大 部分 具生 烴潛 力 生

11、 氣 型 干酪 根 54 55 泥炭化-褐煤階 段: 可生成未熟-低 熟油 褐煤-長焰煤 階段： 成烴轉(zhuǎn)化作 用的開始 氣煤和肥 煤階段： 重要的石 油生成時(shí) 期 焦煤和瘦 煤階段： 凝析油和 濕氣形成 時(shí)期 貧煤和無煙 煤階段： 干氣形成時(shí) 期 56 成因分類 生物成因氣 油型氣 煤型氣 無機(jī)成因氣 57 不溶有機(jī)質(zhì) 可溶有機(jī)質(zhì) 菌體揮發(fā)性酸 酶的發(fā) 酵作用 產(chǎn)酸菌 其他 酶的發(fā) 酵作用 菌體CH4+H2O其他 生物成因氣 58富含有機(jī)質(zhì)的敞開海 沉積物中微生物 代謝作用的生化環(huán)境 剖面圖 （據(jù)Rice & Claypool，1981，轉(zhuǎn)引自陳榮書，1989） 59 油型氣 60 與成油有機(jī)

12、質(zhì)演化有關(guān)的天然氣（烴和非烴）隨深度生成模式 61 煤型氣 62 63 天然氣生成模式圖 （據(jù)張義綱等，1991） 64 無機(jī)成因氣 65 66 烴源巖 理想的烴源巖 烴源巖評價(jià) 烴源巖定義 67 68 69 70 演化 階段 烴源巖級別 評價(jià)參數(shù) 干酪根 類型 很好烴源巖好烴源巖中等烴源巖差烴源巖非烴源巖 未成熟- 成熟 有機(jī)質(zhì)類型富烴腐泥型腐泥型中間型腐殖型腐殖型 H/C原子比1.51.71.31.51.31.00.51.00.50.7 TOC（%） -12.01.02.00.51.00.30.50.3 2-4.02.54.01.02.50.51.00.5 瀝青“A”（%） 0.250.1

13、50.250.050.150.030.050.03 總烴（HC） （10-6） 100050010001505005015050 S1+S2/（mg/g）105.0102.05.00.52.00.5 成熟- 過成熟 TOC（%） -11.20.81.20.40.80.20.40.2 2-3.01.53.00.61.50.350.60.35 71 烴源巖評價(jià)參數(shù)之有機(jī)質(zhì)的類型： 72 73 74 75 孢粉學(xué)分類藻 質(zhì)絮 質(zhì)草 質(zhì)木 質(zhì)煤 質(zhì) 煤 巖 學(xué) 分 類 顯微組分殼 質(zhì) 組鏡質(zhì)組情質(zhì)組 顯微組分細(xì)分藻質(zhì)體無定形 孢 粉 角質(zhì)體 樹脂體 木栓體 結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體 無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì) 體 絲質(zhì)體 微粒體

14、鞏膜體 元 素 分 析 Tissot分類 藻質(zhì)型 （） 腐泥型（）腐植型（）殘余型（） 中國分類腐 泥 型（）腐植型（）煤質(zhì)型（） 原始H/C原子比1.70-1.501.501.301.00.700.600.50 原始O/C原子比0.10.20.10.30.20.30.25 巖 石 熱 解 分 析 生烴潛力S1+S2 （kg/t巖石） 66422 降解率（%）50105010 IH（mg/g有機(jī)碳）800800500150 IO（mg/g有機(jī)碳）40604015050 紅外 光譜 分析 2930(cm-1)/1600(cm-1)3.03.00.4 1460(cm-1)/1600(cm-1)1.201.200.450.25 有機(jī)質(zhì)來源海生、湖生陸生陸生 陸生強(qiáng)氧化 或再循環(huán) 化石燃料 以油、油頁巖、藻煤和 殘植煤為主 油氣 以氣和腐植 煤為主 無油、少量氣 76 77 烴源巖評價(jià)參數(shù)之有機(jī)質(zhì)的成熟度： 78 （1 1）腐泥型干酪根中缺乏鏡質(zhì)組； （2 2）主要限于晚古生代以來的碎屑巖系。 79 孢粉和干酪根顏色法 成熟度和干酪根顏色的關(guān)系 （以西加拿大盆地八 口鉆井為例） （據(jù)Staplin，1969） 黃色； 棕色； 暗棕和黑色 80用熱解方法的轉(zhuǎn)化率 （S1/（S1+S2）和峰 溫（Tmax）確定生油 巖的成熟度 （引自Tissot，據(jù)Espitali等