第二章油氣成因

1、石油和天然氣的成因與烴源巖石油和天然氣的成因與烴源巖主要內(nèi)容q油氣成因理論發(fā)展概況 q油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ) q油氣生成的動力條件 q有機質(zhì)演化與生烴模式 q天然氣的成因類型q烴源巖 第一節(jié)第一節(jié) 油氣成因理論發(fā)展概況油氣成因理論發(fā)展概況 （1 1）油氣的來源是）油氣的來源是有機成因有機成因的還是的還是無機成因無機成因的？的？關(guān)于油氣成因的爭論焦點主要集中在以下幾個關(guān)于油氣成因的爭論焦點主要集中在以下幾個方面方面: （2 2）油氣的生成是）油氣的生成是高溫高溫條件還是在條件還是在低溫低溫條件條件下生成的？下生成的？ （3 3）有機質(zhì)生成油氣的時間，是其演化的）有機質(zhì)生成油氣的時間，是其演化的早期早

2、期還是還是晚期晚期？一、無機成因說一、無機成因說（inorganic theory inorganic theory ）1 1碳化物說碳化物說3FemCn+4mH2O mFe3O4+C3nH8m2 2宇宙說宇宙說（門捷列夫，（門捷列夫，18761876）（索可洛夫，（索可洛夫，18891889） （庫得梁采夫，（庫得梁采夫，19491949 ）3 3、巖漿說、巖漿說第一節(jié)第一節(jié) 油氣成因理論發(fā)展概況油氣成因理論發(fā)展概況 二、有機成因說二、有機成因說（organic theory or hypothesisorganic theory or hypothesis） （1 1）世界上）世界上99.

3、9%99.9%的油氣都分布在沉積巖中的油氣都分布在沉積巖中 （2 2）地層中石油分布與有機質(zhì)分布相吻合）地層中石油分布與有機質(zhì)分布相吻合 （3 3）不同油田石油的成分相似，但不相同）不同油田石油的成分相似，但不相同 （4 4）石油和煤的灰分具有相似性）石油和煤的灰分具有相似性 （5 5）油層溫度一般不超過）油層溫度一般不超過150150 （6 6）近代沉積物中的可溶有機質(zhì)與石油類似）近代沉積物中的可溶有機質(zhì)與石油類似 （7 7）實驗室加熱有機質(zhì)可以生成石油）實驗室加熱有機質(zhì)可以生成石油 1、支持石油有機成因的一些事實、支持石油有機成因的一些事實墨西哥灣近代海洋沉積物所含烴類與懷俄明州中新統(tǒng)石墨

4、西哥灣近代海洋沉積物所含烴類與懷俄明州中新統(tǒng)石油的紅外光譜圖油的紅外光譜圖 庚烷抽提物；庚烷抽提物；苯抽提物苯抽提物1 石油；石油；2近代海洋沉積物所含烴類近代海洋沉積物所含烴類2 2、有機成因?qū)W說、有機成因?qū)W說（1 1）早期成因說）早期成因說（2 2）晚期成因說）晚期成因說（干酪根熱降解成因說干酪根熱降解成因說） 原始有機質(zhì)成巖作用成巖作用早期早期石油和天然氣原始有機質(zhì)干酪根干酪根成巖作用成巖作用早期早期石油和天然氣成巖作用中晚成巖作用中晚期期（3 3）有機成因說的新進展）有機成因說的新進展 未熟未熟- -低熟油低熟油( (早期成因的石油早期成因的石油) ) 煤成油煤成油( (集中有機質(zhì)生油

5、集中有機質(zhì)生油) )一、原始有機質(zhì)的化學組成一、原始有機質(zhì)的化學組成 原始有機質(zhì)：細菌、浮游植物、浮游動物和高等植物原始有機質(zhì)：細菌、浮游植物、浮游動物和高等植物 1.1.類脂化合物（類脂化合物（LipidsLipids）動物的皮下組織，植物的孢子、種子及果實動物的皮下組織，植物的孢子、種子及果實 脂肪酸、脂肪酸、 高級脂肪酸蠟、高級脂肪酸蠟、醇類、醇類、 甾類和萜類化合物甾類和萜類化合物 碳 水化 合 物類 脂化 合 物蠟 脂甾 類化 合 物甘 油酯蛋 白質(zhì)肽 鏈木 質(zhì)素CH OC(CH ) CH22X3=OCHOC(CH ) CH2X3=OCH OC(CH ) CH22X3=OCH(CHO

6、C(CH )CH3xy223)=OCH (CHC3x2)O=OH COH2CHHCOHOHOOCH3CH O3CHCHCH2H C2HCHCOOH CO3OCH3OCH O3OHH COH2CHHCONHCONHCONHCOCHR1CHCHR2R3纖 維素HHOHOHHOHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHOHOHOHHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHO第二節(jié)第二節(jié) 油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)2.2.蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(Protein)(Protein) 含氮化合物含氮化合物 由20多種氨基酸構(gòu)成 3.3.碳水化合物碳水化合物(carbohydrate

7、)(carbohydrate)Cx（H2O）y 糖類糖類 4.4.木質(zhì)素木質(zhì)素(Lignin)(Lignin)高等植物高等植物 具有芳香結(jié)構(gòu)具有芳香結(jié)構(gòu) 碳 水化 合 物類 脂化 合 物蠟 脂甾 類化 合 物甘 油酯蛋 白質(zhì)肽 鏈木 質(zhì)素CH OC(CH ) CH22X3=OCHOC(CH ) CH2X3=OCH OC(CH ) CH22X3=OCH(CHOC(CH )CH3xy223)=OCH (CHC3x2)O=OH COH2CHHCOHOHOOCH3CH O3CHCHCH2H C2HCHCOOH CO3OCH3OCH O3OHH COH2CHHCONHCONHCONHCOCHR1CHCH

8、R2R3纖 維素HHOHOHHOHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHOHOHOHHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHO沉積巖中所有不溶于非氧化性的酸沉積巖中所有不溶于非氧化性的酸 、 堿和非極性有機溶劑的堿和非極性有機溶劑的有機質(zhì)有機質(zhì)。1 1、干酪根的定義：、干酪根的定義：包括沉積巖中的分散有機質(zhì)，也包括包括沉積巖中的分散有機質(zhì)，也包括煤中的有機質(zhì)。煤中的有機質(zhì)?？偟膸r石礦 物總的 有機質(zhì)干 酪根（不 溶） 瀝青部分（可溶有機質(zhì)）瀝青質(zhì) 樹 脂+芳香烴飽 和烴含 ， ， ，重分子分 子量一般 超過CHOSN 500只含、 的烴 類，分子 量一般小于CH60

9、0巖石中有機質(zhì)的組成巖石中有機質(zhì)的組成總的巖石礦 物總的 有機質(zhì)干 酪根（不 溶） 瀝青部分（可溶有機質(zhì)）瀝青質(zhì) 樹 脂+芳香烴飽 和烴含 ， ， ， ， 重分子分 子量一般 超過CHOSN 500只含 、 的烴 類，分子 量一般小于CH600總有機質(zhì)總有機質(zhì)可溶有機質(zhì)（瀝青）可溶有機質(zhì)（瀝青）二、干酪根二、干酪根(kerogen) (kerogen) 2.2.干酪根的成分干酪根的成分 高分子聚合物，無固定的化學成分， 主要由C、H、O和少量S、N組成 126006121890abcde00891816N=328m=76.4N=334m=6.30N=324m=11.1N=316m=3.65N=

10、326m=2.0259.192.81.514.11.229.5012.30.233.8（據(jù)，修改） B.Durand & J.C.Monin1980橫坐標：元素含量 樣品質(zhì)量，；縱坐標：頻率，；樣品數(shù)； 平均值； 碳；氫； 氧 有機硫； 氮/% Nma bcdeC C：76.4%76.4%，O O：11.1%11.1% H H：6.3%6.3%，S S：3.65%3.65% N N：2.02%2.02% 3.干酪根的結(jié)構(gòu)干酪根的結(jié)構(gòu)三維網(wǎng)狀系統(tǒng)含有多個核含脂肪族鏈狀結(jié)構(gòu)核被橋、鍵和 官能團連接美國綠河頁巖干酪根B.P.Tissot等（1978） OOOC=OHHOCOOOOHOC=OCOOOO

11、HOHOHOHOOSAOOBS=OCOCO=OOC=O芳香 烴環(huán)雜環(huán)正烷烴鏈飽和 烴環(huán)OOOC=OHHOCOOOOHOC=OCOOOOHOHOHOHOOSAOOBS=OCOCO=OOC=O芳香 烴環(huán)雜環(huán)正烷烴鏈飽和 烴環(huán)芳香結(jié)構(gòu)多、脂肪族鏈狀結(jié)構(gòu)少芳香結(jié)構(gòu)多、脂肪族鏈狀結(jié)構(gòu)少OMOCH CH-CHCH-O-OHCHOHCHC-O-=OOOHHOCH CHC H CH C-OOHCH OOMOSCHCHMOCHCH-C-=OH CCH OHNHOH C HCOHCHCH CCH CH C=OHOOM黃縣褐煤干酪根結(jié)構(gòu) （秦匡宗等，1990） 4.4.干酪根的類型干酪根的類型 根據(jù)干酪根的根據(jù)干酪

12、根的C C、H H、O O元素組成元素組成對干酪根分類：三種類型對干酪根分類：三種類型 范克雷維倫（D.W.Van Krevelen）圖解 （1）型干酪根型干酪根原始氫含量高，氧含量低原始氫含量高，氧含量低 以脂肪族直鏈結(jié)構(gòu)為主，多以脂肪族直鏈結(jié)構(gòu)為主，多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)及含氧官能團少環(huán)芳香結(jié)構(gòu)及含氧官能團少 主要來自藻類堆積物，被細主要來自藻類堆積物，被細菌改造有機質(zhì)的類脂殘留物菌改造有機質(zhì)的類脂殘留物生油潛力很大生油潛力很大1)1)元素分析方法元素分析方法美國綠河頁巖干酪根B.P.Tissot等（1978） OOOC=OHHOCOOOOHOC=OCOOOOHOHOHOHOOSAOOBS=OCOC

13、O=OOC=O芳香 烴環(huán)雜環(huán)正烷烴鏈飽和 烴環(huán)OOOC=OHHOCOOOOHOC=OCOOOOHOHOHOHOOSAOOBS=OCOCO=OOC=O芳香 烴環(huán)雜環(huán)正烷烴鏈飽和 烴環(huán)4.4.干酪根的類型干酪根的類型 根據(jù)干酪根根據(jù)干酪根C C、H H、O O元素組成元素組成對干酪根分類：三種類型對干酪根分類：三種類型 范范克雷維倫（克雷維倫（D.W.Van Krevelen）圖解）圖解 （2）型干酪根型干酪根原始氫含量較高，氧含原始氫含量較高，氧含量較低量較低 含有脂肪族直鏈結(jié)構(gòu)，含有脂肪族直鏈結(jié)構(gòu)，也含有較多的芳香結(jié)構(gòu)及也含有較多的芳香結(jié)構(gòu)及含氧官能團含氧官能團主要來自浮游生物（浮游主要來自浮

14、游生物（浮游植物為主）植物為主）生油潛力中等生油潛力中等1)1)元素分析方法元素分析方法4.4.干酪根的類型干酪根的類型 根據(jù)成分根據(jù)成分( (C C、H H、O O元素組成元素組成) )對干酪根分類：三種類型對干酪根分類：三種類型 范克雷維倫（D.W.Van Krevelen）圖解 （3）型干酪根型干酪根原始氫含量低，氧含量高原始氫含量低，氧含量高 多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)及含氧官能團多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)及含氧官能團含量高，脂肪族直鏈結(jié)構(gòu)少含量高，脂肪族直鏈結(jié)構(gòu)少主要來自高等植物主要來自高等植物生油潛力小，以生氣為主生油潛力小，以生氣為主1)1)元素分析方法元素分析方法OMOCH CH-CHCH-O-OHCHO

15、HCHC-O-=OOOHHOCH CHC H CH C-OOHCH OOMOSCHCHMOCHCH-C-=OH CCH OHNHOH C HCOHCHCH CCH CH C=OHOOM黃縣褐煤干酪根結(jié)構(gòu) （秦匡宗等，1990） 2)2)顯微組分分析方法顯微組分分析方法 干酪根的顯微組成干酪根的顯微組成用光學方法對干酪根組分形態(tài)進行的描述 4.4.干酪根的類型干酪根的類型 富含氫富含氫q腐泥組：腐泥組：q殼質(zhì)組殼質(zhì)組富含氫富含氫q鏡質(zhì)組鏡質(zhì)組富含氧富含氧q惰質(zhì)組惰質(zhì)組富含碳富含碳 無定形體無定形體藻類體藻類體包括無定形體和藻類體，富含氫包括無定形體和藻類體，富含氫q腐泥組：腐泥組：主要來源于藻類

16、或藻類被改造的殘余主要來源于藻類或藻類被改造的殘余q殼質(zhì)組殼質(zhì)組樹脂體樹脂體孢粉體孢粉體木栓質(zhì)體木栓質(zhì)體來源于植物的孢子、角質(zhì)、表皮組織、樹脂、蠟質(zhì)等。來源于植物的孢子、角質(zhì)、表皮組織、樹脂、蠟質(zhì)等。包括孢子體、角質(zhì)體、樹脂體和木栓質(zhì)體，富含氫包括孢子體、角質(zhì)體、樹脂體和木栓質(zhì)體，富含氫q鏡質(zhì)組鏡質(zhì)組結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體是植物的莖、葉和木質(zhì)纖維經(jīng)過凝膠化作用形成是植物的莖、葉和木質(zhì)纖維經(jīng)過凝膠化作用形成的各種凝膠體。富含氧。的各種凝膠體。富含氧。 q惰質(zhì)組惰質(zhì)組絲質(zhì)體絲質(zhì)體絲炭化組分。由木質(zhì)纖維素經(jīng)絲炭化作絲炭化組分。由木質(zhì)纖維素經(jīng)絲炭化作用而形成。屬穩(wěn)定組分，富含碳用

17、而形成。屬穩(wěn)定組分，富含碳 型干酪根型干酪根 根據(jù)干酪根的顯微組成劃分類型根據(jù)干酪根的顯微組成劃分類型11型干酪根型干酪根22型干酪根型干酪根 型干酪根型干酪根根據(jù)干酪根的顯微組成劃分類型根據(jù)干酪根的顯微組成劃分類型根據(jù)干酪根的顯微組成劃分類型根據(jù)干酪根的顯微組成劃分類型T=（100A+50B-75C-100D）/100A、B、C、D 分別為腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的含量分別為腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的含量 T 80 型型 T =80-40 11型型T=40-0 2 2型型 T T 0 型型IIAIIA型干酪根，濟陽坳陷沙三段型干酪根，濟陽坳陷沙三段I I型干酪根，松遼盆地白堊系；

18、型干酪根，松遼盆地白堊系；III型干酪根型干酪根IIB型干酪根型干酪根5.5.干酪根的形成和演化干酪根的形成和演化 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)碳水化合物碳水化合物生物化學作用生物化學作用氨基酸氨基酸糖類糖類類脂化合物類脂化合物木質(zhì)素木質(zhì)素聚合作用聚合作用縮合作用縮合作用黃腐酸黃腐酸腐殖酸腐殖酸腐黑物腐黑物聚合聚合縮合縮合干酪根干酪根生物聚合體生物聚合體（biopolymer）地質(zhì)聚合體地質(zhì)聚合體（geopolymer）5.5.干酪根的形成和演化干酪根的形成和演化 干酪根的演化規(guī)律：干酪根的演化規(guī)律：H/C和和O/C降低，降低，碳富集碳富集第三節(jié)第三節(jié) 油氣生成的動力條件油氣生成的動力條件OMOCH CH-C

19、HCH-O-OHCHOHCHC-O-=OOOHHOCH CHC H CH C-OOHCH OOMOSCHCHMOCHCH-C-=OH CCH OHNHOH C HCOHCHCH CCH CH C=OHOOM干酪根的結(jié)構(gòu)干酪根的結(jié)構(gòu)芳香結(jié)構(gòu)的核芳香結(jié)構(gòu)的核脂肪族鏈狀結(jié)構(gòu)的支鏈脂肪族鏈狀結(jié)構(gòu)的支鏈連接核和支鏈的橋和鍵連接核和支鏈的橋和鍵化學鍵的斷裂主要受化學鍵的斷裂主要受溫度和時間溫度和時間的控制，的控制，用用化學動力學化學動力學的的一級反應(yīng)一級反應(yīng)來描述來描述 一、溫度和時間的作用一、溫度和時間的作用1.1.從從化學動力學化學動力學看溫度和時間的作用看溫度和時間的作用 化學動力學化學動力學一級反

20、應(yīng)一級反應(yīng)反應(yīng)的速度與反應(yīng)物濃度的一次方成正比反應(yīng)的速度與反應(yīng)物濃度的一次方成正比 式中：式中：t t為反應(yīng)時間，為反應(yīng)時間，s s；C C為反應(yīng)物的濃度；為反應(yīng)物的濃度；k k為反應(yīng)速度常數(shù)。為反應(yīng)速度常數(shù)。kCdtdC（1）RTEekk0阿倫紐斯方程：阿倫紐斯方程： （2）式中：式中：k k0 0 稱為頻率因子稱為頻率因子E E為活化能，為活化能，R R為氣體常數(shù)為氣體常數(shù)T T為絕對溫度為絕對溫度tCCdtkCdC00ktCC0lntekCCRTE00ln對（對（1 1）式積分，得：）式積分，得：C為在時刻t反應(yīng)物的濃度。 C0是反應(yīng)開始時（t=0） 反應(yīng)物的濃度，（3）kCdtdC（1

21、）tekCCRTE00lnC為在時刻t反應(yīng)物的濃度。 C0是反應(yīng)開始時（t=0） 反應(yīng)物的濃度，（3）溫度和時間具有互補性，高溫短時間和低溫長時間可溫度和時間具有互補性，高溫短時間和低溫長時間可以達到相同的反應(yīng)程度。以達到相同的反應(yīng)程度。 在干酪根生烴過程中，干酪根的反應(yīng)程度與溫度呈指在干酪根生烴過程中，干酪根的反應(yīng)程度與溫度呈指數(shù)關(guān)系，與時間呈線性關(guān)系，溫度的影響是主要的，時數(shù)關(guān)系，與時間呈線性關(guān)系，溫度的影響是主要的，時間的影響是次要的；間的影響是次要的；分析（分析（3 3）式可以得到兩個重要結(jié)論：）式可以得到兩個重要結(jié)論：從化學動力學看溫度和時間的作用從化學動力學看溫度和時間的作用2.2

22、.地質(zhì)條件下溫度和時間的作用地質(zhì)條件下溫度和時間的作用 tCCRTEklnlnlnln00對（3）兩邊取對數(shù)，得：ARETARTEt1ln對于某一固定的反應(yīng)程度，對于某一固定的反應(yīng)程度， 或?qū)τ谙嗤磻?yīng)程度的不同反應(yīng)：或?qū)τ谙嗤磻?yīng)程度的不同反應(yīng)：溫度的倒數(shù)（溫度的倒數(shù)（1/T1/T）與時間的對數(shù)（）與時間的對數(shù)（lntlnt）具有線性關(guān)系）具有線性關(guān)系對于對于相同反應(yīng)程度相同反應(yīng)程度的不同的干酪根生烴反應(yīng)的不同的干酪根生烴反應(yīng), ,溫度的倒數(shù)（溫度的倒數(shù)（1/T1/T）與時間的對數(shù)（與時間的對數(shù)（lntlnt）具有線性關(guān)系）具有線性關(guān)系1230.010.020.030.0450 651001

23、50 溫度， Km深度 ，飽和烴 總有機碳/1.37AC 深度溫度關(guān)系 曲線； 石油生成百分率 深度關(guān)系曲 線大量生油成 熟點CA不同盆地的干酪根的不同盆地的干酪根的成熟點成熟點就是就是這樣一個反應(yīng)程度相同的點這樣一個反應(yīng)程度相同的點隨著埋藏深度的增大和溫隨著埋藏深度的增大和溫度的增高，干酪根開始大度的增高，干酪根開始大量生烴的溫度稱為干酪根量生烴的溫度稱為干酪根的成熟溫度或的成熟溫度或生油門限生油門限，這個成熟溫度所在的深度這個成熟溫度所在的深度稱為稱為成熟點成熟點 生油門限生油門限（threshold）作者地理位置樣品來源年齡（Ma）地層溫度（）深度（m）巖石類型1/T（K-1）喀 麥 隆

24、杜阿拉盆地加利福尼亞落杉磯盆地加利福尼亞文圖拉盆地法國17口井,巴黎盆地2個采石場Connan法國西南部阿奎坦盆地1口井112903300泥質(zhì)石灰?guī)r0.00275-1974法國西南部阿奎坦盆地31口井135722500碳酸鹽巖0.00289法國東南部卡馬爾果盆地1口井381063250碳酸鹽巖礫巖0.00264阿尤恩區(qū)奧若河沙巴蘇綠海區(qū)1口井121203050粉砂質(zhì)黏土巖0.00254新西蘭塔拉納基盆地(海上)巴西亞馬遜盆地6口井359621750頁巖0.00289新西蘭塔拉納基盆地(陸上)資料來源成熟點資料Albrecht(1969)4口井70651200粉砂質(zhì)黏土巖0.00296Phili

25、ppi(1965)2口井121152440頁巖?0.002583口井121272740頁巖?0.0025Louis、Tissot(1967)1806014001口井105852740802900頁巖0.003粉砂質(zhì)黏土巖0.00279粉砂質(zhì)頁巖0.002831口井32953350灰質(zhì)頁巖0.002721口井20100010050050100.00310.00270.0035 0.00330.00290.0025 0.0023206090 120K-1lgt/Ma（）lgt30141/T6.498亞 馬遜盆 地（ 巴西）路 易士和蒂索（） 19 67阿 奎坦盆 地（ 法國）阿尤 恩盆地 （撒 西

26、 ）阿 爾布雷奇特（） 1969陸 上塔娜 納基 盆地（新西蘭） 濱 外塔娜納基 盆地（新 西蘭） 卡馬格盆地（法國） 菲利皮（）1965蘇綠海（沙巴）康南研究成果；其他學者研 究成 果：巴黎盆地（Louis& Tisso t1967AlbrechtPhilippi1965，）；杜阿拉盆 地和文圖拉盆地（，）實際地質(zhì)資料同樣證明： 溫度的影響呈指數(shù)關(guān)系，時間的影響呈線性關(guān)系，溫度的影響是主要的，時間的影響是第二位的 溫度和時間的作用是相互補償?shù)?松遼盆地（下白堊統(tǒng)）鄂爾多斯盆地（上三疊統(tǒng)） 泌陽凹陷（古近系） 冀中拗陷（古近系）柴達木盆地（新近系）10 203010 20 3010 20301

27、0 203030 3540烴 有機碳，/烴 有機碳，/烴 有機碳，/烴 有機碳，/飽和烴，1600m1300m1800m2700m3300m58地溫梯度3.1/100m地溫梯度4.0/100m地溫梯度4.2/100m地溫梯度3.4/100m地溫梯度3.0/100m658595126溫度和時間的作用是相互補償?shù)臏囟群蜁r間的作用是相互補償?shù)?GT=100（T-t）/（H-h）式中，式中，GT地溫梯度，地溫梯度，/100mT-深度為深度為H處的地層溫度，處的地層溫度， H-測溫點的深度測溫點的深度t-恒溫帶的溫度，恒溫帶的溫度， h-恒溫帶的深度恒溫帶的深度 地溫梯度的概念：地溫梯度的概念：在地表上

28、層（恒溫帶）以下，深度每增加在地表上層（恒溫帶）以下，深度每增加100米，米，地溫的增加值。地溫的增加值。二、細菌的生物化學作用二、細菌的生物化學作用分為喜氧細菌、厭氧細菌和通性細菌三類 厭氧細菌厭氧細菌CH3COO+H+ CH4+CO2 產(chǎn)產(chǎn) 甲甲 烷烷 菌菌1.乙酸發(fā)酵乙酸發(fā)酵 2.2.二氧化碳還原二氧化碳還原 CO2+3H2 CH4+H2O輔輔 酶酶 M M三、催化作用三、催化作用催化劑是一種加速化學反應(yīng)速度而本身并不消耗的物質(zhì) 2.2.有機酵母催化劑有機酵母催化劑 1.1.無機鹽類催化劑無機鹽類催化劑粘土礦物粘土礦物( (蒙脫石蒙脫石) )：吸附有機質(zhì)：吸附有機質(zhì) 降低有機質(zhì)的成熟溫度

29、降低有機質(zhì)的成熟溫度 加速長鏈分子的斷裂加速長鏈分子的斷裂 改變的產(chǎn)物的組成改變的產(chǎn)物的組成有機酵母催化劑的作用：加速有機質(zhì)的分解有機酵母催化劑的作用：加速有機質(zhì)的分解 四、放射性作用四、放射性作用水在水在射線轟擊下產(chǎn)生游離氫射線轟擊下產(chǎn)生游離氫 ； 熱源熱源一、有機質(zhì)演化階段的劃分一、有機質(zhì)演化階段的劃分第四節(jié)第四節(jié) 有機質(zhì)的演化與生烴模式有機質(zhì)的演化與生烴模式 原始有機質(zhì)原始有機質(zhì) 埋深逐漸加大埋深逐漸加大 乏氧乏氧 + 油、氣油、氣礦物質(zhì)礦物質(zhì) 地溫不斷升高地溫不斷升高 還原環(huán)境還原環(huán)境不同深度范圍不同深度范圍 各種能源條件各種能源條件 轉(zhuǎn)化反應(yīng)性質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)性質(zhì) 有機質(zhì)向油氣有機質(zhì)向油氣

30、 作用效果不同作用效果不同 及主要產(chǎn)物不同及主要產(chǎn)物不同 具階段性具階段性 1.1.根據(jù)油氣生成機理和產(chǎn)物類型劃分根據(jù)油氣生成機理和產(chǎn)物類型劃分生物化學生氣階段生物化學生氣階段熱催化生油氣階段熱催化生油氣階段熱裂解生濕氣階段熱裂解生濕氣階段深部高溫生氣階段深部高溫生氣階段一、有機質(zhì)演化階段的劃分一、有機質(zhì)演化階段的劃分2.2.根據(jù)有機質(zhì)成熟度劃分根據(jù)有機質(zhì)成熟度劃分成熟度成熟度( (maturity): :在溫度的作用下有機質(zhì)的熱演化程度在溫度的作用下有機質(zhì)的熱演化程度 鏡質(zhì)體反射率鏡質(zhì)體反射率 RoRo（ vitrinite reflectance in oil） ： 鏡質(zhì)體反射光的能力鏡質(zhì)

31、體反射光的能力未成熟階段未成熟階段 Ro 0.5%Ro 2%Ro 2%一、有機質(zhì)演化階段的劃分一、有機質(zhì)演化階段的劃分二、有機質(zhì)的生烴模式二、有機質(zhì)的生烴模式1.1.生物化學生氣階段（未成熟階段）生物化學生氣階段（未成熟階段） 范圍：范圍：Ro0.5%Ro0.5% 溫度：溫度：10106060 深度：深度：0 02000m2000m機理：生物化學作用機理：生物化學作用 產(chǎn)物產(chǎn)物：生物甲烷：生物甲烷、 CO2、H2O， 少量高分子液態(tài)烴少量高分子液態(tài)烴 未熟油未熟油. .未熟油低熟油成熟油干酪根干酪根二、有機質(zhì)的生烴模式二、有機質(zhì)的生烴模式1.1.生物化學生氣階段（未成熟階段）生物化學生氣階段（

32、未成熟階段） 未熟-低熟油氣：指所有非干酪根晚期熱降解成因的各種低溫、早熟的非常規(guī)油氣。范圍：范圍：Ro 2.0%2.0% 溫度：溫度：250250 機理：熱裂解、熱變質(zhì)機理：熱裂解、熱變質(zhì) 產(chǎn)物：產(chǎn)物：干氣（甲烷）干氣（甲烷）固體瀝青、次石墨固體瀝青、次石墨沉積有機 質(zhì) 大量石油 干酪根凝析 氣生化降解熱催化熱裂解熱變質(zhì)乏氧 揮發(fā)物濕氣 濕氣 殘余干酪根 干酪根殘渣 1.5m10600.5%RO生物化學生氣階段成巖作用階段（）Diagenesis 熱催化生油氣階段熱裂解生凝析氣階段后生作用 階段（） Catagenesis 未熟 低熟石 油次石墨干氣 1.54.0Km601800.5%1.2

33、RO深部高溫生氣階段變生作用階段（）Metagenesis 三、有機質(zhì)生烴模式的應(yīng)用三、有機質(zhì)生烴模式的應(yīng)用1 1、是有機質(zhì)演化的理想和完整模式，具體盆地有、是有機質(zhì)演化的理想和完整模式，具體盆地有機質(zhì)的演化更加復(fù)雜并且不一定完整。機質(zhì)的演化更加復(fù)雜并且不一定完整。2 2、不同盆地由于地質(zhì)演化和地溫梯度的不同，達到、不同盆地由于地質(zhì)演化和地溫梯度的不同，達到各演化階段的溫度和深度可能有很大差異。各演化階段的溫度和深度可能有很大差異。 三、有機質(zhì)生烴模式的應(yīng)用三、有機質(zhì)生烴模式的應(yīng)用 松遼盆地（下白堊統(tǒng)）鄂爾多斯盆地（上三疊統(tǒng)） 泌陽凹陷（古近系） 冀中拗陷（古近系）柴達木盆地（新近系）10 2

34、03010 20 3010 203010 203030 3540烴 有機碳，/烴 有機碳，/烴 有機碳，/烴 有機碳，/飽和烴，1600m1300m1800m2700m3300m58地溫梯度3.1/100m地溫梯度4.0/100m地溫梯度4.2/100m地溫梯度3.4/100m地溫梯度3.0/100m658595126Ro是是劃分劃分有機有機質(zhì)演質(zhì)演化階化階段的段的主要主要標志標志同一盆地不同層位的有機質(zhì)經(jīng)同一盆地不同層位的有機質(zhì)經(jīng)歷的演化階段是不相同的歷的演化階段是不相同的 三、有機質(zhì)生烴三、有機質(zhì)生烴模式的應(yīng)用模式的應(yīng)用同一源巖層中的有機質(zhì)在地質(zhì)歷同一源巖層中的有機質(zhì)在地質(zhì)歷史上實際上經(jīng)歷

35、了不同階段史上實際上經(jīng)歷了不同階段3 3、有機質(zhì)演化的四個階段對于同一、有機質(zhì)演化的四個階段對于同一層位的有機質(zhì)是一個歷史的概念，層位的有機質(zhì)是一個歷史的概念，但目前只能觀察到它演化到現(xiàn)在的但目前只能觀察到它演化到現(xiàn)在的狀態(tài)，而無法直接觀察它演化的歷狀態(tài)，而無法直接觀察它演化的歷史過程。史過程。 15002500300040005000未成熟階段成熟階段高成熟階段過成熟階段 第五節(jié)第五節(jié) 天然氣的成因類型天然氣的成因類型一、天然氣的成因類型一、天然氣的成因類型分類原則：分類原則： 成氣作用的機理成氣作用的機理成氣物質(zhì)的來源成氣物質(zhì)的來源( (有機物有機物 無機物無機物?)?)1.1.無機成因氣

36、無機成因氣2.2.有機成因氣有機成因氣3.3.混合成因氣混合成因氣1.1.無機成因氣無機成因氣（inoganic gasinoganic gas） 泛指各種環(huán)境下由無機物質(zhì)形成的天然氣泛指各種環(huán)境下由無機物質(zhì)形成的天然氣。(1)(1)宇宙氣宇宙氣 宇宙空間中放散性反應(yīng)、核反應(yīng)及化學反應(yīng)生成的天然氣，宇宙空間中放散性反應(yīng)、核反應(yīng)及化學反應(yīng)生成的天然氣，以含以含HeHe和和H H2 2為特征為特征(2)(2)巖漿巖氣巖漿巖氣 巖漿噴發(fā)或侵入過程中由高溫化學作用形成的天然氣，巖漿噴發(fā)或侵入過程中由高溫化學作用形成的天然氣，以含以含COCO2 2和和H H2 2為特征為特征(3)(3)變質(zhì)巖氣變質(zhì)巖氣

37、 變質(zhì)過程中高溫作用形成的天然氣變質(zhì)過程中高溫作用形成的天然氣 1.1.無機成因氣無機成因氣（inoganic gasinoganic gas） (4)(4)無機鹽分解氣無機鹽分解氣 沉積巖中由無機鹽類的化學分解形成的氣體，沉積巖中由無機鹽類的化學分解形成的氣體，以含以含CO2和和H2S為特征為特征 (5)(5)幔源氣幔源氣 指地?；驈牡蒯Ｍㄟ^不同方式上升到沉積圈中的天然氣指地?；驈牡蒯Ｍㄟ^不同方式上升到沉積圈中的天然氣 包括與火山噴發(fā)有關(guān)的天然氣，部分溫泉氣以及沿包括與火山噴發(fā)有關(guān)的天然氣，部分溫泉氣以及沿深大斷裂或轉(zhuǎn)換斷層上升的高溫氣或低溫氣深大斷裂或轉(zhuǎn)換斷層上升的高溫氣或低溫氣 4 4）

38、渤海灣盆地冀中坳陷趙蘭莊構(gòu)造古近系孔店組）渤海灣盆地冀中坳陷趙蘭莊構(gòu)造古近系孔店組和沙河街組四段所產(chǎn)天然氣含和沙河街組四段所產(chǎn)天然氣含H H2 2S S高達高達92%92%，同地層，同地層中富含硫酸鹽有關(guān)。中富含硫酸鹽有關(guān)。1 1）美國中部大陸本得隆起等氣田，）美國中部大陸本得隆起等氣田，氮含量氮含量高達高達80%80%90%90%，伴有，伴有7%7%9%9%的的氦氦，推斷這種氣體同深源巖漿成，推斷這種氣體同深源巖漿成因有關(guān)；因有關(guān)； 2 2）松遼盆地南部萬金塔氣田，）松遼盆地南部萬金塔氣田，COCO2 2含量含量90%90%，為幔源，為幔源巖漿成因氣；巖漿成因氣； 3 3）渤海灣盆地東營凹陷

39、平方王油田古近系所產(chǎn)天然）渤海灣盆地東營凹陷平方王油田古近系所產(chǎn)天然氣，氣， COCO2 2含量達含量達63%63%66%66%，系喜馬拉雅期玄武巖與石，系喜馬拉雅期玄武巖與石灰?guī)r接觸后碳酸鈣的熱分解所致；灰?guī)r接觸后碳酸鈣的熱分解所致；無機成因氣無機成因氣實例實例2.2.有機成因氣有機成因氣（oganic gasoganic gas） 泛指沉積巖中分散或集中有機質(zhì)或可燃有機礦產(chǎn)形成的天然氣泛指沉積巖中分散或集中有機質(zhì)或可燃有機礦產(chǎn)形成的天然氣 (1)(1)有機成因氣按成氣物質(zhì)的來源劃為分二個亞類有機成因氣按成氣物質(zhì)的來源劃為分二個亞類 油型氣油型氣(oil-type gas)(oil-type

40、 gas) 煤型氣煤型氣(coal-formed gas)(coal-formed gas) 由腐泥型母質(zhì)，即由腐泥型母質(zhì)，即型或型或11型干酪根形成的天然氣型干酪根形成的天然氣 由腐殖型母質(zhì)，即由腐殖型母質(zhì)，即型或型或22型干酪形成的天然氣型干酪形成的天然氣 （2 2）有機成因氣按成氣機理或外營力作用劃分）有機成因氣按成氣機理或外營力作用劃分 生物成因氣（生物成因氣（biogenetic gasbiogenetic gas） 指有機質(zhì)在未成熟階段指有機質(zhì)在未成熟階段(Ro0.5%),(Ro2.0%)(Ro2.0%)由已形成的液態(tài)烴或殘余干由已形成的液態(tài)烴或殘余干酪根經(jīng)高溫熱裂解作用形成的天然

41、氣酪根經(jīng)高溫熱裂解作用形成的天然氣 油型裂解氣油型裂解氣煤型裂解氣煤型裂解氣（2 2）有機成因氣按成氣機理或外營力作用劃分）有機成因氣按成氣機理或外營力作用劃分 3.3.混合成因氣（混合成因氣（multi-genetic gasmulti-genetic gas）：）：無機氣與有機氣的混合無機氣與有機氣的混合 無機成因氣、生物成因氣、煤型氣、油型氣無機成因氣、生物成因氣、煤型氣、油型氣二、天然氣和石油在形成條件上的差異二、天然氣和石油在形成條件上的差異 1.1.成氣物質(zhì)的多源性：成氣物質(zhì)的多源性：原始有機質(zhì)、各種類型的干酪根、煤、可溶有原始有機質(zhì)、各種類型的干酪根、煤、可溶有機質(zhì)、液態(tài)烴、無機

42、物質(zhì)機質(zhì)、液態(tài)烴、無機物質(zhì)2.2.成氣機理的多樣性：成氣機理的多樣性：微生物生物化學作用、熱降解、熱裂解、微生物生物化學作用、熱降解、熱裂解、無機化學反應(yīng)、核反應(yīng)無機化學反應(yīng)、核反應(yīng)3.3.成氣環(huán)境的廣泛性：成氣環(huán)境的廣泛性：地表環(huán)境、不同深度的地下環(huán)境、水體、地殼深部、地表環(huán)境、不同深度的地下環(huán)境、水體、地殼深部、太空太空生成條件石油天然氣母質(zhì)類型、1型干酪根、干酪根；原始有機質(zhì)、無機物形成機理干酪根的熱降解生物化學反應(yīng)，熱降解作用、熱裂解作用、無機化學反應(yīng)形成的深度1000多米至5000米左右沉積表面至近萬米形成的環(huán)境淺海、三角洲、深湖-半深湖、特殊的沼澤各種有利于有機質(zhì)堆積的環(huán)境，除上述

43、生油環(huán)境外，成煤環(huán)境也有利于生氣，幔源、無機環(huán)境天然氣和石油形成條件的對比天然氣和石油形成條件的對比三、各類天然氣的特征三、各類天然氣的特征 1.1.無機成因氣無機成因氣(1)(1)組成：組成：CHCH4 4含量低含量低， 以非烴氣體為主，以非烴氣體為主，COCO2 2常見常見(2)(2)同位素：同位素： 富集重碳同位素富集重碳同位素 1313C C1 1-30-30，絕大多數(shù)，絕大多數(shù)1313C C1 1-20-202.2.生物成因氣生物成因氣(1)(1)組成：組成：(2)(2)同位素：同位素： CHCH4 4占絕對優(yōu)勢，可高達占絕對優(yōu)勢，可高達98%98% 干氣干氣富集輕的碳同位素，富集輕

44、的碳同位素，1313C C1 1-55-55 3.3.油型氣油型氣（1 1）原油伴生氣和凝析油伴生氣）原油伴生氣和凝析油伴生氣組成：重烴氣含量高，一般超過5%，有時可達20%50% 濕氣原油伴生氣：原油伴生氣：13C1=-55=-55-45-45凝析油伴生氣凝析油伴生氣：13C1=-50=-50-40-40碳同位素：碳同位素：13C1=-55=-55-40-40（2 2）裂解氣（過成熟階段生成的氣）裂解氣（過成熟階段生成的氣） 碳同位素：碳同位素：1313C C1=-40=-40-35-35 組成：組成：以以CH4為主（干氣）為主（干氣），重烴氣，重烴氣2%4.4.煤型氣煤型氣組成：甲烷組成：

45、甲烷CH4含量較高，重烴氣含量較低，一般含量較高，重烴氣含量較低，一般 沉積速率沉積速率只有補償型盆地最有利于烴源巖的形成只有補償型盆地最有利于烴源巖的形成二、烴源巖的類型和地質(zhì)特征二、烴源巖的類型和地質(zhì)特征 超補償型盆地超補償型盆地沉降速率沉降速率 沉積速率沉積速率補償型盆地補償型盆地沉降速率沉降速率 沉積速率沉積速率4. .烴源巖形成的古氣候條件烴源巖形成的古氣候條件 溫暖潮濕的氣候條件溫暖潮濕的氣候條件二、烴源巖的類型和地質(zhì)特征二、烴源巖的類型和地質(zhì)特征 三、烴源巖地球化學特征三、烴源巖地球化學特征 烴源巖地球化學特征：烴源巖地球化學特征：有機質(zhì)豐度、類型、成熟度有機質(zhì)豐度、類型、成熟度 1.1.有機質(zhì)豐度（有機質(zhì)豐度（organic matter abundanceorganic matter abundance） （1 1）有機碳含量）有機碳含量（Total Organic Carbon Content） (TOC)總有機碳含量：干酪根中的有機碳加上可溶有機質(zhì)中的碳；總有機碳含量：干酪根中的有機碳加上可溶有機質(zhì)中的碳；剩余有機碳含量：巖石中殘留的有機碳的