【學(xué)習(xí)課件】第四章沉積有機(jī)質(zhì)的演化作用

1、第一節(jié) 演化的階段與標(biāo)志 第二節(jié) 演化產(chǎn)物第三節(jié) 演化的地質(zhì)地球化學(xué)機(jī)理 第四節(jié) 沉積有機(jī)質(zhì)的演化類(lèi)型 第四章 沉積有機(jī)質(zhì)的演化作用精選課件第一節(jié) 演化的階段與標(biāo)志一、 沉積有機(jī)質(zhì)演化階段 二、 沉積有機(jī)質(zhì)演化標(biāo)志三、 沉積有機(jī)質(zhì)演化躍變 精選課件 沉積有機(jī)質(zhì)的完整演化歷程包括： 沉積作用：外、內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用 埋藏作用：內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用 風(fēng)化作用：外、內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用 思考題： 沉積有機(jī)質(zhì)是呈漸進(jìn)式演化還是呈階躍式演化， 抑或二者兼而有之？ 聚集與分散有機(jī)質(zhì)的演化能否相互對(duì)應(yīng)？采用哪 些標(biāo)志來(lái)定義其演化進(jìn)程？ 固態(tài)有機(jī)質(zhì)與流體有機(jī)質(zhì)的成生演化之間表現(xiàn)為 何種動(dòng)態(tài)關(guān)系？ 一、 沉積有機(jī)質(zhì)演化階段 一

2、、 沉積有機(jī)質(zhì)演化階段 精選課件（一）固態(tài)沉積有機(jī)質(zhì)的演化階段圖4-1 沉積有機(jī)質(zhì)演化階段與特征之間的關(guān)系 精選課件（二）流體地質(zhì)有機(jī)質(zhì)的演化階段 無(wú)機(jī)流體:H2O、CO2、N2以及某些稀有氣體等 有機(jī)流體:烴類(lèi)，包括石油和天然氣。 石油天然氣為有機(jī)質(zhì)在演化中形成的衍生物 干氣：泥炭褐煤 階段 天然氣的形成經(jīng)歷 濕氣：氣煤焦煤階段 干氣：貧煤無(wú)煙煤階段 生油門(mén)限或石油生成線：褐煤長(zhǎng)焰煤階段 生油死限或石油死亡線：焦煤階段的初期 “生油窗”：生油門(mén)限與生油死限之間 精選課件物理、化學(xué)標(biāo)志應(yīng)具備的條件 演化程度相同時(shí)，性質(zhì)穩(wěn)定或變異性較?。?在沉積有機(jī)質(zhì)中分布廣泛，易于尋找； 演化程度不同時(shí)，同種

3、參數(shù)的演化幅度要足夠大； 是沉積有機(jī)質(zhì)的主要成分或重要成分,代表性較強(qiáng)； 面積要足夠地大，便于觀察測(cè)量主要的參數(shù)類(lèi)型 物理參數(shù)：Ro,max、 Ro,ran 、 Ro,m 化學(xué)參數(shù): Vdaf、Qdaf、 Mad 有機(jī)元素: Cdaf、Hdaf、Odaf及其原子比（H/C和O/C） 輔助參數(shù)：顯微硬度、熒光參數(shù)以及某些光譜參數(shù)等 二、 沉積有機(jī)質(zhì)演化標(biāo)志 二、 沉積有機(jī)質(zhì)演化標(biāo)志 精選課件精選課件煤化躍變或有機(jī)質(zhì)成熟躍變 三 、沉積有機(jī)質(zhì)演化躍變第一次躍變位置：Ro,max 0.6% CY Vdaf 43% Cdaf 80%作用：瀝青化作用、芳構(gòu)化作用 產(chǎn)物：原生腐殖酸消失，進(jìn)入煙煤階段，油氣

4、開(kāi)始大量生成，出現(xiàn)次生顯微組分（瀝青質(zhì)體，滲出瀝青體） 物性：反射率增大很快，次生熒光出現(xiàn) 精選課件第二次躍變位置：Ro,max 1.3% JM Vdaf 29% Cdaf 87%作用：芳構(gòu)化作用、環(huán)縮合作用、熱解作用 產(chǎn)物：生油停止，CH4大量生成，裂隙氣大量生成 物性：光性 （熒光性消失，顯微組分各向異性增長(zhǎng)）；最小 密度、水分、硬度、孔隙度、孔容、內(nèi) 表面積、濕潤(rùn)熱；最大 結(jié)焦性、發(fā)熱量、脆度、內(nèi)生裂隙 第三次躍變位置：Ro,max 2.5% WY Vdaf 8% Cdaf 91%作用：熱裂解（脫甲基）作用產(chǎn)物：熱裂解氣（干氣）高峰物性：殼質(zhì)組反射率大于惰質(zhì)組，各向異性（R）增長(zhǎng) 精選課

5、件第四次躍變位置：Ro,max 3.7% WY3WY2 Vdaf 4% Cdaf 93.5%作用：環(huán)縮合作用，秩理化作用、拼疊作用 產(chǎn)物：進(jìn)入超無(wú)煙煤（預(yù)石墨化）階段，生烴作用停止 物性殼質(zhì)組反射率最大；順磁性暫時(shí)消失；導(dǎo)電性明顯增強(qiáng)；孔隙性、大分子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折 精選課件躍變特征 躍變序次 第一次第二次第三次第四次第五次躍變點(diǎn)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

6、%Cdaf 躍變機(jī)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(jìn)入生油窗, 出現(xiàn)次生組分 生油作用基本結(jié)束, 甲烷開(kāi)始大量生成 熱裂解氣大量生成, 干氣生成達(dá)到高峰 生烴作用基本停止, 達(dá)到生氣死限 鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組的預(yù)石墨化進(jìn)程顯著開(kāi)始 主要物理性質(zhì)變化 鏡質(zhì)組反射率開(kāi)始顯著增高, 次生熒光開(kāi)始出現(xiàn) 鏡質(zhì)組的密度、水分、顯微硬度、孔隙率等達(dá)到最小值 鏡質(zhì)組光學(xué)各向異性顯著增大, 顯微硬度開(kāi)始急劇增高 順磁性暫時(shí)消失, 孔隙性演化趨勢(shì)發(fā)生轉(zhuǎn)折 顯微組分光學(xué)各向異性急劇增大 表4-1 沉

7、積有機(jī)質(zhì)演化躍變的主要特征 精選課件第二節(jié) 沉積有機(jī)質(zhì)的演化產(chǎn)物 一、沉積固態(tài)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物二、流體有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物 精選課件沉積固態(tài)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物演化的總體規(guī)律 某些原生顯微組分消失，同時(shí)新生成了某些顯微組分； 肉眼可見(jiàn)的光澤逐漸增強(qiáng)，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(qiáng)； 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(jī)質(zhì)產(chǎn)物 一、沉積固態(tài)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物精選課件 二 流體有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物 氣態(tài)的天然氣（不包括沼氣）廣義的石油 液態(tài)的原油、 固態(tài)的瀝青和地蠟等原油中的烴類(lèi)非烴飽和烴不飽和烴烷烴環(huán)烷烴正構(gòu)烷烴異構(gòu)烷烴芳香烴單環(huán)多環(huán)稠環(huán)精選課件原油的化學(xué)成分精選課件石油與天然

8、氣基本性質(zhì)的差別 天然氣的產(chǎn)出類(lèi)型具有多樣性的特征； 石油的化合物組成比天然氣更為復(fù)雜； 分子量 H/C原子比 石油： 75275 1.42.2 天然氣： 20 34 兩者在物理性質(zhì)方面的差別更為明顯； 二者的運(yùn)移能力、運(yùn)移速度、運(yùn)移規(guī)模有差異。 精選課件圖4-7 世界氣藏中天然氣的成分構(gòu)成 （轉(zhuǎn)引自陳榮書(shū)等，1986 ）精選課件第三節(jié) 沉積有機(jī)質(zhì)演化的地質(zhì)地球化學(xué)機(jī)理 一、有機(jī)質(zhì)演化的地球化學(xué)機(jī)理*二、有機(jī)質(zhì)演化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型* 三、沉積有機(jī)質(zhì)演化的地質(zhì)因素 精選課件（一）脫邊基側(cè)鏈過(guò)程 脫氫過(guò)程：烷基與大分子骨架之間化學(xué)鍵的斷裂 脫氧過(guò)程：羰基、羥基、醚基、羧基等與骨架的 鍵裂以及水、二

9、氧化碳等逸出的過(guò)程 理想終點(diǎn)：H/C和O/C原子比均等于零 一、演化的地球化學(xué)機(jī)理 演化縮聚作用：芳香稠環(huán)體系增大 固態(tài)殘余有機(jī)質(zhì)降解作用：邊基側(cè)鏈發(fā)生降解 流體有機(jī)質(zhì) 一、演化的地球化學(xué)機(jī)理 精選課件沉積有機(jī)質(zhì)顯微組分在演化過(guò)程中的脫氫、脫氧軌跡（據(jù)克瑞維倫，1961）A，藻類(lèi)體；E，角質(zhì)體；V，鏡質(zhì)組；F，絲質(zhì)體精選課件 （二）芳香體系縮聚過(guò)程 芳環(huán) 縮合芳環(huán) 平面碳網(wǎng) 芳香稠環(huán)體系 基本結(jié)構(gòu)單元: 延展度（La） 堆砌度（Lc） 層面間距（d） 碳網(wǎng)層數(shù):堆砌度 與層面間距之比沉積有機(jī)質(zhì)大分子基本結(jié)構(gòu)單元維度示意圖（轉(zhuǎn)引楊起等，1979）精選課件 （一）受熱溫度 地?zé)釄?chǎng)溫度由大地?zé)崃餍纬?/p>

10、，即地溫梯度 乘埋藏深度再加上地表淺處恒溫帶溫度。 地溫梯度：?jiǎn)挝簧疃葪l件下地溫的變化幅 度，一般用/100m表示。 大地?zé)崃髦担旱販靥荻扰c巖石熱導(dǎo)率之間 的乘積，用HFU或mW/m2表示。 異常低熱地?zé)釄?chǎng)：地溫梯度小于2/100m 正常地?zé)釄?chǎng)：24/100m 異常高熱地?zé)釄?chǎng)：大于4/100m二、有機(jī)質(zhì)演化的地質(zhì)因素精選課件（二）受熱時(shí)間 演化時(shí)限：在某一溫度段下演化發(fā)生進(jìn)展的時(shí) 間，亦稱(chēng)有效受熱時(shí)間。 演化程度與時(shí)間為線性關(guān)系，但與溫度之 間表現(xiàn)為指數(shù)關(guān)系，因此溫度是控制演化程度 的關(guān)鍵因素；如果演化程度一定，則溫度與時(shí) 間互為補(bǔ)償，即短時(shí)高溫或長(zhǎng)時(shí)低溫可以達(dá)到 同樣的演化效果。（三）演化壓

11、力 靜壓力和動(dòng)壓力有利于沉積有機(jī)質(zhì)物理性 質(zhì)的改變，對(duì)其化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變起促進(jìn)作用。 精選課件沉積有機(jī)質(zhì)成熟度與溫度時(shí)間關(guān)系的圖解模型（引自Bostick，1979）精選課件精選課件第四節(jié) 有機(jī)質(zhì)演化的類(lèi)型一、有機(jī)質(zhì)深成熱演化作用二、巖漿熱演化作用三、動(dòng)力演化作用 精選課件 深成演化作用：是在正常地?zé)釄?chǎng)條件下、埋藏深度不 斷加大的過(guò)程中進(jìn)行的。 希爾特定律或規(guī)則 正常熱演化作用 沉積有機(jī)質(zhì)的 演化程度隨埋 深的加大而增 高的現(xiàn)象。 一、深成演化作用 精選課件 巖漿熱演化作用：是在異常高熱地?zé)釄?chǎng)條件下發(fā)生 的，系巖漿上涌帶來(lái)的熱流與正 常地?zé)釄?chǎng)背景的疊加作用 。 1、區(qū)域巖漿熱演化作用 區(qū)域巖漿熱

12、演化作用：起源于巖漿向地殼淺部 侵入，但巖漿體未能進(jìn) 入烴源原巖層。 二、巖漿熱演化作用 精選課件 特點(diǎn)：1）等演化線或等演化面的產(chǎn)狀往往與煤層的產(chǎn)狀無(wú)關(guān)，只與 巖漿侵入體的頂面形態(tài)基本一致；2）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；3）等演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(duì)區(qū)域巖漿熱演化作用的控制作用相對(duì)較弱。 4）光學(xué)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(lèi)新生光學(xué)結(jié)構(gòu)； 精選課件5）次生氣孔較為發(fā)育，尤其是在鏡質(zhì)組中普遍可見(jiàn)；6）同生礦物受到較為強(qiáng)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

13、積有機(jī)質(zhì)相比，氫含量、揮 發(fā)份產(chǎn)率、H/C等相對(duì)較低；8）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 包裹體，是一種良好的地質(zhì)溫度計(jì)和地質(zhì)壓力計(jì)。9）重磁異常：隱伏巖體的存在，正航磁異常精選課件2、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 機(jī)質(zhì)巖系或有機(jī)質(zhì)的近距離或直接接觸。 巖漿高溫的熱傳導(dǎo)、氣水熱液以及巖漿期 后殘余釋放熱導(dǎo)致沉積有機(jī)質(zhì)發(fā)生演化，巖漿侵 位時(shí)對(duì)地層造成的壓力也對(duì)演化起到了重要推動(dòng) 作用。因此，巖漿接觸熱演化作用對(duì)沉積有機(jī)質(zhì) 具有短時(shí)高溫的作用特征。 巖基、巖株、巖床、巖墻、巖脈精選課件特征：

14、 1）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 分帶明顯： 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 鑲嵌結(jié)構(gòu)； 5）煤的工藝性質(zhì)發(fā)生變化，Vdaf、Hdaf、Qdaf、Cdaf Ad ； 6）常有圍巖蝕變現(xiàn)象，變質(zhì)巖、變質(zhì)結(jié)構(gòu) 精選課件 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(jí)天然焦；3 一級(jí)天然焦； 4 無(wú)煙煤； 5 貧煤；6 瘦煤；7 焦煤； 8 焦肥煤；9 夾矸；10 采樣位置 精選課件湖南南部騎田嶺花崗巖周?chē)拿杭?jí)分帶（轉(zhuǎn)引自韓德馨等，1998）2345精選課件三、沉積有機(jī)質(zhì)的動(dòng)力演化作用 美國(guó)學(xué)者懷特早在1913年就根據(jù)對(duì)北美阿帕拉契亞煤田的研究提出了煤的“動(dòng)力變質(zhì)”概念。 動(dòng)力演化作用機(jī)理有三種假說(shuō) 摩擦熱假說(shuō)、機(jī)械化學(xué)假說(shuō)、動(dòng)力能假說(shuō) 共同的表現(xiàn)