沉積有機質(zhì)的演化作用

1、第一節(jié)第一節(jié) 演化的階段與標志演化的階段與標志 第二節(jié)第二節(jié) 演化產(chǎn)物演化產(chǎn)物第三節(jié)第三節(jié) 演化的地質(zhì)地球化學機理演化的地質(zhì)地球化學機理 第四節(jié)第四節(jié) 沉積有機質(zhì)的演化類型沉積有機質(zhì)的演化類型 第四章第四章 沉積有機質(zhì)的演化作用沉積有機質(zhì)的演化作用第一節(jié)第一節(jié) 演化的階段與標志演化的階段與標志一、一、 沉積有機質(zhì)演化階段沉積有機質(zhì)演化階段 二、二、 沉積有機質(zhì)演化標志沉積有機質(zhì)演化標志三、三、 沉積有機質(zhì)演化躍變沉積有機質(zhì)演化躍變 沉積有機質(zhì)的完整演化歷程包括：沉積有機質(zhì)的完整演化歷程包括： 沉積作用：沉積作用：外、內(nèi)營力地質(zhì)作用外、內(nèi)營力地質(zhì)作用 埋藏作用：埋藏作用：內(nèi)營力地質(zhì)作用內(nèi)營力地質(zhì)

2、作用 風化作用：風化作用：外、內(nèi)營力地質(zhì)作用外、內(nèi)營力地質(zhì)作用 思考題：思考題： 沉積有機質(zhì)是呈漸進式演化還是呈階躍式演化，沉積有機質(zhì)是呈漸進式演化還是呈階躍式演化， 抑或二者兼而有之？抑或二者兼而有之？ 聚集與分散有機質(zhì)的演化能否相互對應？采用哪聚集與分散有機質(zhì)的演化能否相互對應？采用哪 些標志來定義其演化進程？些標志來定義其演化進程？ 固態(tài)有機質(zhì)與流體有機質(zhì)的成生演化之間表現(xiàn)為固態(tài)有機質(zhì)與流體有機質(zhì)的成生演化之間表現(xiàn)為 何種動態(tài)關(guān)系？何種動態(tài)關(guān)系？ 一、一、 沉積有機質(zhì)演化階段沉積有機質(zhì)演化階段 一、一、 沉積有機質(zhì)演化階段沉積有機質(zhì)演化階段 （一）固態(tài)沉積有機質(zhì)的演化階段（一）固態(tài)沉積有

3、機質(zhì)的演化階段圖圖4-1 4-1 沉積有機質(zhì)演化階段與特征之間的關(guān)系沉積有機質(zhì)演化階段與特征之間的關(guān)系 （二）流體地質(zhì)有機質(zhì)的演化階段（二）流體地質(zhì)有機質(zhì)的演化階段 無機流體無機流體:H2O、CO2、N2以及某些稀有氣體等以及某些稀有氣體等 有機流體有機流體:烴類，包括石油和天然氣。烴類，包括石油和天然氣。 石油天然氣為有機質(zhì)在演化中形成的衍生物石油天然氣為有機質(zhì)在演化中形成的衍生物 干氣干氣：泥炭褐煤泥炭褐煤 階段階段 天然氣的形成經(jīng)歷天然氣的形成經(jīng)歷 濕氣濕氣：氣煤：氣煤焦煤階段焦煤階段 干氣干氣：貧煤：貧煤無煙煤階段無煙煤階段 生油門限或石油生成線生油門限或石油生成線：褐煤褐煤長焰煤階段

4、長焰煤階段 生油死限或石油死亡線生油死限或石油死亡線：焦煤階段的初期：焦煤階段的初期 “生油窗生油窗”：生油門限與生油死限之間生油門限與生油死限之間 物理、化學標志應具備的條件物理、化學標志應具備的條件 演化程度相同時，性質(zhì)穩(wěn)定或變異性較小；演化程度相同時，性質(zhì)穩(wěn)定或變異性較?。?在沉積有機質(zhì)中分布廣泛，易于尋找；在沉積有機質(zhì)中分布廣泛，易于尋找； 演化程度不同時，同種參數(shù)的演化幅度要足夠大；演化程度不同時，同種參數(shù)的演化幅度要足夠大； 是沉積有機質(zhì)的主要成分或重要成分是沉積有機質(zhì)的主要成分或重要成分, ,代表性較強；代表性較強； 面積要足夠地大，便于觀察測量面積要足夠地大，便于觀察測量主要的

5、參數(shù)類型主要的參數(shù)類型 物理參數(shù)：物理參數(shù)：R Ro o,max,max、 R Ro o,ran,ran 、 R Ro o,m,m 化學參數(shù)化學參數(shù): : V Vdafdaf、Q Qdafdaf、 M Madad 有機元素有機元素: : C Cdafdaf、H Hdafdaf、O Odafdaf及其原子比（及其原子比（H H/ /C C和和O O/ /C C） 輔助參數(shù)：輔助參數(shù)：顯微硬度、熒光參數(shù)以及某些光譜參數(shù)等顯微硬度、熒光參數(shù)以及某些光譜參數(shù)等 二、二、 沉積有機質(zhì)演化標志沉積有機質(zhì)演化標志 二、二、 沉積有機質(zhì)演化標志沉積有機質(zhì)演化標志 煤化躍變或有機質(zhì)成熟躍變煤化躍變或有機質(zhì)成熟躍

6、變 三三 、沉積有機質(zhì)演化躍變、沉積有機質(zhì)演化躍變第第一一次次躍躍變變位置：位置：Ro,max 0.6% CY Vdaf 43% Cdaf 80%作用：作用：瀝青化作用、芳構(gòu)化作用瀝青化作用、芳構(gòu)化作用 產(chǎn)物：產(chǎn)物：原生腐殖酸消失，進入煙煤階段，油氣開始大原生腐殖酸消失，進入煙煤階段，油氣開始大量生成，出現(xiàn)次生顯微組分（瀝青質(zhì)體，滲出量生成，出現(xiàn)次生顯微組分（瀝青質(zhì)體，滲出瀝青體）瀝青體） 物性：物性：反射率增大很快，次生熒光出現(xiàn)反射率增大很快，次生熒光出現(xiàn) 第第二二次次躍躍變變位置：位置：R Ro,maxo,max 1.3% JM V 1.3% JM Vdafdaf 29% C 29% Cd

7、afdaf 87% 87%作用：作用：芳構(gòu)化作用、環(huán)縮合作用、熱解作用芳構(gòu)化作用、環(huán)縮合作用、熱解作用 產(chǎn)物：產(chǎn)物：生油停止，生油停止，CHCH4 4大量生成，裂隙氣大量生成大量生成，裂隙氣大量生成 物性：物性：光性光性 （熒光性消失，顯微組分各向異性增長）；（熒光性消失，顯微組分各向異性增長）；最小最小 密度、水分、硬度、孔隙度、孔容、內(nèi)密度、水分、硬度、孔隙度、孔容、內(nèi) 表面積、濕潤熱；表面積、濕潤熱；最大最大 結(jié)焦性、發(fā)熱量、脆度、內(nèi)生裂隙結(jié)焦性、發(fā)熱量、脆度、內(nèi)生裂隙 第第三三次次躍躍變變位置：位置： Ro,max 2.5% WY Vdaf 8% Cdaf 91%作用：作用： 熱裂解（

8、脫甲基）作用熱裂解（脫甲基）作用產(chǎn)物：產(chǎn)物： 熱裂解氣（干氣）高峰熱裂解氣（干氣）高峰物性：物性： 殼質(zhì)組反射率大于惰質(zhì)組，各向異性（殼質(zhì)組反射率大于惰質(zhì)組，各向異性（R R）增長）增長 第第四四次次躍躍變變位置：位置：Ro,max 3.7% WY3WY2 Vdaf 4% Cdaf 93.5%作用：作用：環(huán)縮合作用，秩理化作用、拼疊作用環(huán)縮合作用，秩理化作用、拼疊作用 產(chǎn)物：產(chǎn)物：進入超無煙煤（預石墨化）階段，生烴作用停止進入超無煙煤（預石墨化）階段，生烴作用停止 物性物性殼質(zhì)組反射率最大；殼質(zhì)組反射率最大；順順磁性暫時消失；磁性暫時消失；導電性明顯增強；導電性明顯增強；孔隙性、大分子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)

9、轉(zhuǎn)折孔隙性、大分子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折 躍變特征 躍變序次 第一次第二次第三次第四次第五次躍變點位置 0.6%Ro,max, 43%Vdaf,80%Cdaf 1.3%Ro,max, 29%Vdaf,87%Cdaf 2.5%Ro,max, 8%Vdaf,91%Cdaf 3.7%Ro,max, 4%Vdaf,93.5%Cdaf 6.5%Ro,max, 3%Vdaf,96%Cdaf 躍變機理 瀝青化作用芳構(gòu)化作用 芳構(gòu)化作用環(huán)縮合作用熱裂解作用 熱裂解（脫甲基）作用 環(huán)縮合作用拼疊作用 環(huán)縮合作用拼疊作用秩理化作用 演化產(chǎn)物 原生腐殖酸消失，進入生油窗, 出現(xiàn)次生組分 生油作用基本結(jié)束, 甲烷開始大量生成

10、熱裂解氣大量生成, 干氣生成達到高峰 生烴作用基本停止, 達到生氣死限 鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組的預石墨化進程顯著開始 主要物理性質(zhì)變化 鏡質(zhì)組反射率開始顯著增高, 次生熒光開始出現(xiàn) 鏡質(zhì)組的密度、水分、顯微硬度、孔隙率等達到最小值 鏡質(zhì)組光學各向異性顯著增大, 顯微硬度開始急劇增高 順磁性暫時消失, 孔隙性演化趨勢發(fā)生轉(zhuǎn)折 顯微組分光學各向異性急劇增大 表4-1 沉積有機質(zhì)演化躍變的主要特征 第二節(jié)第二節(jié) 沉積沉積有機質(zhì)的演化產(chǎn)物有機質(zhì)的演化產(chǎn)物 一、沉積固態(tài)有機質(zhì)產(chǎn)物一、沉積固態(tài)有機質(zhì)產(chǎn)物二、流體有機質(zhì)產(chǎn)物二、流體有機質(zhì)產(chǎn)物 沉積固態(tài)有機質(zhì)產(chǎn)物演化的總體規(guī)律沉積固態(tài)有機質(zhì)產(chǎn)物演化的總體規(guī)律 某些原生

11、顯微組分消失，同時新生成了某些顯微組分；某些原生顯微組分消失，同時新生成了某些顯微組分； 肉眼可見的光澤逐漸增強，條帶狀結(jié)構(gòu)趨于明顯；肉眼可見的光澤逐漸增強，條帶狀結(jié)構(gòu)趨于明顯； 顯微組分的熒光性和透光性逐漸消失，反光性持續(xù)增強；顯微組分的熒光性和透光性逐漸消失，反光性持續(xù)增強； 孔隙性、吸附性等物理性質(zhì)出現(xiàn)規(guī)律性演化；孔隙性、吸附性等物理性質(zhì)出現(xiàn)規(guī)律性演化； 一、沉積固態(tài)有機質(zhì)產(chǎn)物一、沉積固態(tài)有機質(zhì)產(chǎn)物 一、沉積固態(tài)有機質(zhì)產(chǎn)物一、沉積固態(tài)有機質(zhì)產(chǎn)物 二二 流體有機質(zhì)產(chǎn)物流體有機質(zhì)產(chǎn)物 氣態(tài)的天然氣（不包括沼氣）氣態(tài)的天然氣（不包括沼氣）廣義的石油廣義的石油 液態(tài)的原油、液態(tài)的原油、 固態(tài)的瀝

12、青和地蠟等固態(tài)的瀝青和地蠟等原油中的烴類原油中的烴類非烴非烴飽和烴飽和烴不飽和烴不飽和烴烷烴烷烴環(huán)烷烴環(huán)烷烴正構(gòu)烷烴正構(gòu)烷烴異構(gòu)烷烴異構(gòu)烷烴芳香烴芳香烴單環(huán)單環(huán)多環(huán)多環(huán)稠環(huán)稠環(huán)原原油油的的化化學學成成分分石油與天然氣基本性質(zhì)的差別石油與天然氣基本性質(zhì)的差別 天然氣的產(chǎn)出類型具有多樣性的特征；天然氣的產(chǎn)出類型具有多樣性的特征； 石油的化合物組成比天然氣更為復雜；石油的化合物組成比天然氣更為復雜； 分子量分子量 H/CH/C原子比原子比 石油：石油： 75275 1.42.2 天然氣：天然氣： 150 250350 350450 250 1.11 500 2.74 快速 300 300 42048

13、0 600700 （三）演化壓力（三）演化壓力 靜壓力和動壓力有利于沉積有機質(zhì)物理性靜壓力和動壓力有利于沉積有機質(zhì)物理性 質(zhì)的改變，對其化學結(jié)構(gòu)的改變起促進作用。質(zhì)的改變，對其化學結(jié)構(gòu)的改變起促進作用。第四節(jié)第四節(jié) 有機質(zhì)演化的類型有機質(zhì)演化的類型一、有機質(zhì)深成熱演化作用一、有機質(zhì)深成熱演化作用二、巖漿熱演化作用二、巖漿熱演化作用三、三、動力演化作用動力演化作用 深成演化作用：深成演化作用：是在正常地熱場條件下、埋藏深度不是在正常地熱場條件下、埋藏深度不 斷加大的過程中進行的。斷加大的過程中進行的。 希爾特定律或規(guī)則希爾特定律或規(guī)則 正常熱演化作用正常熱演化作用 沉積有機質(zhì)的沉積有機質(zhì)的 演化

14、程度隨埋演化程度隨埋 深的加大而增深的加大而增 高的現(xiàn)象。高的現(xiàn)象。 一一、深成演化作用深成演化作用 表 4-8 江蘇徐州煤田晚古生代煤系煤層煤級的垂向分布（據(jù)楊起等，1979，補充） 顯微組分特征 層 位 Ro，max （%） Vdaf （%） 基質(zhì)鏡質(zhì)體 瀝青體 熒光鏡質(zhì)體 下石盒子組 0.92 37 山西組 0.84 38 含量較低 含量較低 含量較低 太原組 0.71 45 含量較高 含量較高 含量較高 徐州煤田從太原組經(jīng)山西組到下石盒子組，成煤環(huán)境徐州煤田從太原組經(jīng)山西組到下石盒子組，成煤環(huán)境由受海水強烈影響的泥炭沼澤向純陸相泥炭沼澤轉(zhuǎn)化，沉積由受海水強烈影響的泥炭沼澤向純陸相泥炭沼

15、澤轉(zhuǎn)化，沉積有機質(zhì)的生物降解程度逐漸降低，造成富氫鏡質(zhì)組顯微組分有機質(zhì)的生物降解程度逐漸降低，造成富氫鏡質(zhì)組顯微組分（如具有熒光的基質(zhì)鏡質(zhì)體）的含量隨層位增高而減少，導（如具有熒光的基質(zhì)鏡質(zhì)體）的含量隨層位增高而減少，導致鏡質(zhì)組反射率隨層位增高而增大。致鏡質(zhì)組反射率隨層位增高而增大。 巖漿熱演化作用：是在異常高熱地熱場條件下發(fā)生巖漿熱演化作用：是在異常高熱地熱場條件下發(fā)生 的，系巖漿上涌帶來的熱流與正的，系巖漿上涌帶來的熱流與正 常地熱場背景的疊加作用常地熱場背景的疊加作用 。 1、區(qū)域巖漿熱演化作用、區(qū)域巖漿熱演化作用 區(qū)域巖漿熱演化作用：起源于巖漿向地殼淺部區(qū)域巖漿熱演化作用：起源于巖漿向

16、地殼淺部 侵入，但巖漿體未能進侵入，但巖漿體未能進 入烴源原巖層。入烴源原巖層。 二、巖漿熱演化作用二、巖漿熱演化作用 特點：特點：1 1）等演化線或等演化面的產(chǎn)狀往往與煤層的產(chǎn)狀無關(guān)，只與等演化線或等演化面的產(chǎn)狀往往與煤層的產(chǎn)狀無關(guān)，只與 巖漿侵入體的頂面形態(tài)基本一致；巖漿侵入體的頂面形態(tài)基本一致； 德國布臘姆舍巖體與沉積有機質(zhì)等演化線之間的關(guān)系 （引自Teichmuller等，1982） 2 2）等演化帶的寬度多窄于深成熱演化作用，在水平分帶等演化帶的寬度多窄于深成熱演化作用，在水平分帶 和垂向分帶中都是如此；和垂向分帶中都是如此；3 3）等演化線的展布方向往往與構(gòu)造線方向不一致，表明等演

17、化線的展布方向往往與構(gòu)造線方向不一致，表明 淺部構(gòu)造對區(qū)域巖漿熱演化作用的控制作用相對較弱。淺部構(gòu)造對區(qū)域巖漿熱演化作用的控制作用相對較弱。 4）光學各向異性顯微組分較為普遍，出現(xiàn)了鑲嵌結(jié)構(gòu)、光學各向異性顯微組分較為普遍，出現(xiàn)了鑲嵌結(jié)構(gòu)、 似流變結(jié)構(gòu)、裂解碳等各類新生光學結(jié)構(gòu)；似流變結(jié)構(gòu)、裂解碳等各類新生光學結(jié)構(gòu)；a各向同性體；b各向同性體，粗、細粒鑲嵌結(jié)構(gòu)；c球粒狀各向異性熱解炭；d中間相小球體反射正交偏光e粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)；f片狀、纖維狀粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)體；g球粒狀各向異性熱解炭；h各向異性絲質(zhì)體反射正交偏光5）次生氣孔較為發(fā)育，尤其是在鏡質(zhì)組中普遍可見；次生氣孔較為發(fā)育，尤其是在鏡質(zhì)組中普遍可見

18、；6）同生礦物受到較為強烈的改造，黃鐵礦等的重結(jié)晶明顯；同生礦物受到較為強烈的改造，黃鐵礦等的重結(jié)晶明顯；7）與同演化程度的深成熱演化沉積有機質(zhì)相比，氫含量、揮與同演化程度的深成熱演化沉積有機質(zhì)相比，氫含量、揮 發(fā)份產(chǎn)率、發(fā)份產(chǎn)率、H/C等相對較低；等相對較低；8）蝕變礦化現(xiàn)象普遍存在，廣泛發(fā)育熱液脈體，蝕變礦化現(xiàn)象普遍存在，廣泛發(fā)育熱液脈體， F、Cl、As 等與巖漿期后熱液有關(guān)的元素往往較為富集，特別是流體等與巖漿期后熱液有關(guān)的元素往往較為富集，特別是流體 包裹體，是一種良好的地質(zhì)溫度計和地質(zhì)壓力計。包裹體，是一種良好的地質(zhì)溫度計和地質(zhì)壓力計。9）重磁異常：隱伏巖體的存在，正航磁異常重磁異

19、常：隱伏巖體的存在，正航磁異常2、巖漿接觸熱演化作用、巖漿接觸熱演化作用 巖漿接觸熱演化作用起源于巖漿與含沉積有巖漿接觸熱演化作用起源于巖漿與含沉積有 機質(zhì)巖系或有機質(zhì)的近距離或直接接觸。機質(zhì)巖系或有機質(zhì)的近距離或直接接觸。 巖漿高溫的熱傳導、氣水熱液以及巖漿期巖漿高溫的熱傳導、氣水熱液以及巖漿期 后殘余釋放熱導致沉積有機質(zhì)發(fā)生演化，巖漿侵后殘余釋放熱導致沉積有機質(zhì)發(fā)生演化，巖漿侵 位時對地層造成的壓力也對演化起到了重要推動位時對地層造成的壓力也對演化起到了重要推動 作用。因此，巖漿接觸熱演化作用對沉積有機質(zhì)作用。因此，巖漿接觸熱演化作用對沉積有機質(zhì) 具有短時高溫的作用特征。具有短時高溫的作用

20、特征。 巖基、巖株、巖床、巖墻、巖脈巖基、巖株、巖床、巖墻、巖脈特征：特征： 1 1）變質(zhì)范圍窄于深成熱變質(zhì)和區(qū)域巖漿熱變質(zhì)；變質(zhì)范圍窄于深成熱變質(zhì)和區(qū)域巖漿熱變質(zhì)； 2）接觸帶接觸帶上被烘烤成天然焦或石墨；上被烘烤成天然焦或石墨； 3）變質(zhì)程度、變質(zhì)帶寬度隨離巖體的距離而變化，且變質(zhì)程度、變質(zhì)帶寬度隨離巖體的距離而變化，且 分帶明顯：分帶明顯： 4 4）出現(xiàn)熱變組分和熱變結(jié)構(gòu)，各向異性質(zhì)、小球體等出現(xiàn)熱變組分和熱變結(jié)構(gòu)，各向異性質(zhì)、小球體等 鑲嵌結(jié)構(gòu)；鑲嵌結(jié)構(gòu)； 5 5）煤的工藝性質(zhì)發(fā)生變化，煤的工藝性質(zhì)發(fā)生變化，Vdaf、Hdaf、Qdaf、Cdaf Ad ； 6 6）常有圍巖蝕變現(xiàn)象，變

21、質(zhì)巖、變質(zhì)結(jié)構(gòu)常有圍巖蝕變現(xiàn)象，變質(zhì)巖、變質(zhì)結(jié)構(gòu) 安徽淮北某煤礦煤的接觸演化分帶（引自楊起等，1979）1 輝綠巖；2 二級天然焦；3 一級天然焦； 4 無煙煤； 5 貧煤；6 瘦煤；7 焦煤；8 焦肥煤；9 夾矸；10 采樣位置 表 4-9 山東陶棗煤田陶莊礦巖漿接觸熱演化煤的質(zhì)量與距侵入體遠近的關(guān)系（據(jù)吳傳榮等） 采樣點（由點 1 到點 8，逐漸遠離侵入體） 煤質(zhì)參數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 Ad （%） 20.97 15.77 10.97 18.43 13.88 9.26 6.70 4.65 Vdaf （%） 11.44 7.38 5.05 9.98 15.84 29.00 31.76 39.30 湖南南部騎田嶺花崗巖周圍的煤級分帶（轉(zhuǎn)引自韓德馨等，1998）2345三、沉積有機質(zhì)的動力演化作用三、沉積有機質(zhì)的動力演化作用 美國學者懷特早在美國學者懷特早在19131913年就根據(jù)對北美阿帕年就根據(jù)對北美阿帕拉契亞煤田的研究提出了煤的拉契亞煤田的研究提出了煤的“動力變質(zhì)動力變質(zhì)