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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,烃源岩与油气的形成,生油门限深度,有效烃源岩,油气藏,存在成熟烃源岩是油气藏形成的重要条件,第一节 油气成因理论发展概述,无机成因说,有机成因说,一、无机成因说（,inorganic theory,）,1,碳化物说,3Fe,m,Cn+4mH,2,O mFe,3,O,4,+C,3n,H,8m,2,宇宙说,（门捷列夫，,1876,）,（索可洛夫，,1889,）,（库得梁采夫，,1949,）,3,、岩浆说,4,、高温生成说（切克留克，,1971,）,H,2,O+CO,2,nC,1,-nC,6,FeO,、,Fe,3,O,4,1500K,5000Mpa,基性岩浆冷却时 碳氢化合物合成,CO,或,CO,2,+H,2,CH,4,+H,2,O,石油无机成因学说在中国,中国科学院广州地球化学研究所一些学者，如：翁克男，肖万生，张惠之，汪本善等：,1996,：在金刚石压腔（，温度为，压力略大于）中进行了石墨和菱铁矿分别与超临界水反应发现其中均有大量的甲烷生成，并伴有,和,；此外还有少量其它烃类。,提出在地球深部高温高压条件下，含碳物质与超临界水反应可能是一种新的、重要的成烃机制,张景廉，西北地质研究所 ；发表无机成因说相关论文数十篇。,论石油的无机成因,，张景廉等，,2001,，石油工业出版社,全面认识无机成烃,无机成因气的存在,理论意义与实际价值,无机成油学说的缺陷：,无,法解释自然界油气分布特点,无法解释石油的生物特质（标记物、性质）,二、有机成因说（,organic theory or hypothesis,）,（,1,）世界上,99.9%,的油气都分布在沉积岩中,（,2,）地层中石油分布与有机质分布相吻合,（,3,）石油和煤的灰分具有相似性,（,4,）油层温度一般不超过,150,（,6,）近代沉积物中的可溶有机质与石油类似,（,7,）实验室加热有机质可以生成石油,1,、支持石油有机成因的一些事实,（,5,）石油中存在很多生物标志化合物；存在旋光性,唯海相生油,未熟,-,低熟油,煤成油,有机成因说的发展完善历程,不仅海相,陆相也能,早期学说,不仅早期,更重要的是干酪根热降解,现代油气有机成因理论,石油有一小部分直接来自有机质中的类脂化合物；大部分是沉积物物成岩后由干酪根生成的；,成油母质,(,干酪根,),有多种来源,.,不同来源的干酪根形成油气的数量和油气的组成。有差异,.,煤也可以形成一定数量的液态油。, 干酪根需要埋藏到一定深度才能大量生成。,2,、现代有机成因学说的基本观点,第二节 烃源岩与油气生成的物质基础,油气有机成因观点：油气是在富含有机质的地层中形成的。,什么地层富含有机质？,哪些有机质能形成较多的油气？,1,、烃源岩、烃源层,烃源岩（,source rock,）：,能够生成油气，并能排出油气的岩石称为烃源岩,主要生油则称为油源岩或生油岩；,主要生气则称为气源岩,烃源层或烃源岩层,（,source bed,）：由烃源岩组成的地层,一、烃源岩及其特征,烃源层具有时代和空间意义。例如，松辽盆地主要烃源岩层为白垩系；其岩类为泥岩，即烃源岩为泥岩,能称之为烃源岩的岩石需要满足,2,个条件,1,）含有丰富的有机质,2,）已经发生生烃和排烃作用,什么样的岩石能成为烃源岩,什么岩石具备丰富的有机质？,2,、烃源岩的岩类和特征,一般岩性特征：,常含分散状的黄铁矿,富含有机质和微体古生物化石,粒细、色暗、,2.0,好,烃源岩,1.0-2.0,中等烃源岩,0.5-1.0,差,烃源岩,0.5,非烃源岩,TOC(%),等级,最重要的是有机质丰度高,泥岩烃源岩评价的有机质丰度指标,(2),碳酸盐岩类烃源岩,灰黑色、深灰色、褐灰色、灰色的石灰岩，生物灰岩，泥灰岩。,常含泥质成分,四川盆地、华南、塔里木、波斯湾盆地,(3),煤系烃源岩,煤和煤系地层中的暗色泥岩。,吐哈盆地侏罗系,烃源岩岩类包括三种类型：,(1),粘土岩类烃源岩,暗色（,灰黑、深灰、灰及灰绿色）,的泥岩和页岩,例如：松辽盆地白垩系、渤海湾盆地第三系,辽河欢,11,（沙三段）,深灰色泥岩夹油页岩,沙四上、沙三中、沙三下和沙一段为有效烃源岩分布层段。,沾化凹陷有效,烃源岩层位多,沙三下,沙三中,沙三上,沙四上,沙一段,塔里木盆地的烃源岩,哪些环境的泥岩富含有机质,?,浅海大陆架地区,深水,-,半深水湖泊环境,前三角洲地区,沼 泽,不同环境下泥岩,不仅含有机质的数量不同,而且有机质的类型也不同,二、生烃原始有机质的类型及其化学组成,(,一,),油气形成的原始有机质,(,有机体,),包括沉积物中的细菌、浮游植物、浮游动物、底栖生物和高等植物。其数量取决于环境。,(,二,),有机体的组成,由下列四类生物化学聚合物构成,类,脂化合物,蛋白质,碳水化合物,木质素,1.,类脂化合物（,Lipids,）,动物的皮下组织，植物的孢子、种子及果实,脂肪酸、,高级脂肪酸蜡、,醇类、,甾类和萜类化合物,脂肪酸去羧基加氢可以形成烃类,生烃原始有机物质的化学组成,2.,蛋白质,(Protein),3.,碳水化合物,(carbohydrate),C,x,（,H,2,O,）,y,醣或糖类,含氮化合物,容易水解形成,氨基酸,4.,木质素,(Lignin),主要出现在高等植物中,具有芳香结构，植物细胞的主要组成部分,成煤的重要有机组分,不易水解，可被氧化为芳香酸和脂肪酸,（三）（混合）沉积有机质的分类,腐泥型,系指脂肪族有机质在缺氧条件下分解和聚合作用的产物；,来自海洋或湖泊环境水下淤泥中的孢子及浮游类生物；,可以形成石油、油页岩、藻煤。,腐殖型,系指泥炭形成的产物，来自有氧条件下沼泽环境的陆生植物；,主要可以形成天然气和腐殖煤，在一定条件下也可以生成液态石油。,1,、可溶有机质,:,（四）（混合）沉积有机质按可溶性分类,岩石中可溶于有机溶剂的部分，又称为沥青,(Bitumen),。,它是沉积有机质已经转化成油的部分。,例如：用氯仿抽提烃源岩，可溶部分称为沥青“,A”,。,可按溶剂的选择性溶解进一步分为：,油质、胶质和沥青质。,可溶有机质和干酪根,2,、干酪根,沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸 、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。,是油气生成的母质,是沉积有机质的主要存在形式,1.,干酪根的定义,J. M. Hunt,（,1979,）,沉积岩中,所有不溶于非氧化性的酸 、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。,三、干酪根,(,kerogen,),特征,2.,干酪根的元素组成,高分子聚合物，无固定的化学成分，,主要由,C,、,H,、,O,和少量,S,、,N,组成,C：76.4%，,O：11.1%,H：6.3%，,S：3.65%,N：2.02%,C,H,S,O,N,Durand,（,1980,）,3.,干酪根的结构,形成,三维网状系统,由各种官能团交联,脂肪族链状结构和环状结构甚多,结构复杂，没有固定的分子式和结构模型,美国绿河页岩干酪根,B.P.Tissot,等（,1978,）,A,：低演化程度；,B,：高演化程度,芳香结构多、脂肪族链状结构少,黄县褐煤干酪根结构,（秦匡宗等，,1990,）,沉积岩中存在不同类型的干酪根，它们元素组成、分子结构构成不同；,不同演化程度（埋藏深度和埋藏时间）分子结构的构成不同,。,4,、干酪根类型划分,干酪根类型划分的方法,显微组分鉴定,干酪根元素分析,干酪根的分离,重液分离,除去可溶有机质,除去碳酸盐矿物,除去硅铝酸盐矿物,除去黄铁矿等重矿,岩石粉碎,抽提,盐酸溶解,氟氢酸溶解,在显微镜透射光下观测干酪根的构成,藻质,无定形,草质,木质,煤质,1,）干酪根的显微组分鉴定,絮状或团块状、薄膜状,惰质组：,腐泥组：,镜质组：,壳质组：,显微组分归类（类型）,无定形体,藻类体,包括无定形体和藻类体，富氢组分,腐泥组,：,主要来源于藻类或藻类被改造的残余,壳质组,树脂体,孢粉体,木栓质体,来源于植物的孢子、角质、表皮组织、树脂、蜡质等。包括孢子体、角质体、树脂体和木栓质体，富氢组分,镜质组,结构镜质体,无结构镜质体,是植物的茎、叶和木质纤维经过凝胶化作用形成的各种凝胶体。是富氧组分。,惰质组,丝质体,丝炭化组分。由木质纤维素经丝炭化作用而形成。属稳定组分，富含氧,2,）干酪根类型的元素组成分类,根据成分,(,C,、,H,、,O,元素组成,),对干酪根分为三种类型：,范,克雷维伦（,D.W.Van,Krevelen,）,图解,I,型干酪根,型干酪根,型干酪根,原始,H/C 1.25-1.75 0.65-1.25 0.46-0.93,原始,O/C 0.026-0.12 0.04-0.13 0.05-0.30,I,不同干酪根的元素组成实例,4.,干酪根的类型,范,克雷维伦（,D.W.Van,Krevelen,）,图解,（,1,）,型干酪根,(Type,),原始氢含量高，氧含量低,以脂肪族直链结构为主，多环芳香结构及含氧官能团很少,主要来自藻类堆积物，被细菌改造,有机质的类脂残留物,生油潜力很大,4.,干酪根的类型,范,克雷维伦（,D.W.Van,Krevelen,）,图解,（,2,）,型干酪根,(Type,),原始氢含量较高，氧含量较低,含有脂肪族直链结构，也含有较多的芳香结构及含氧官能团,主要来自浮游生物（浮游植物为主）,生油潜力中等,4.,干酪根的类型,范,克雷维伦（,D.W.Van,Krevelen,）,图解,（,3,）,型干酪根,(Type,),原始氢含量低，氧含量高,多环芳香结构及含氧官能团含量高，脂肪族直链结构少,主要来自高等植物,生油潜力小，以生气为主,5,、干酪根的形成与演化,生物化学作用,氨基酸,糖类,类脂化合物,木质素,聚合作用,缩合作用,黄腐酸,腐殖酸,腐黑物,聚合,缩合,干酪根,生物聚合体,（biopolymer）,地质聚合体,（,geopolymer,）,蛋白质,碳水化合物,类脂化合物,木质素,干酪根是沉积有机质经过一系列生化作用而形成的地质聚合体,干酪根的演化,成岩作用阶段,Diagenisis,氧的消耗,退化作用阶段,Catagenesis,氢的消耗,变生作用阶段,（交替作用阶段）,Metagenesis,碳高度富集,随温度增加,(,埋藏深度增加,),，干酪根,H/C,和,O/C,不断降低，碳不断富集的过程,红外光谱反映的干酪根结构变化,干酪根演化过程中，其结构的变化,干酪根演化的产物,油气,埋藏深度增加,随埋深增加，干酪根数量越来越少，形成油气的数量则越来越多。,早中期主要形成油，晚期主要形成气。,第三节 干酪根生油气的动力学条件,干酪根生油气的过程，就是干酪根结构上的支链发生断裂脱落的过程,这个过程需要能量,温度、催化剂、微生物等对干酪根降解和裂解都有作用,一、温度和时间的作用,实验室热模拟表明，不仅,温度高低,对干酪根生烃反应有作用，,加温持续时间,对干酪根生烃反应也有明显作用。,干酪根生烃过程符合化学反应动力学一级反应定律,说明,干酪根降解和裂解过程涉及一系列复杂化学反应。,不同温度下，反应类型也有差别。只能说“总体上符合一级化学反应定律”。,1,、一级反应,(First order reaction):,反应的速度与反应物浓度的一次方成正比,式中：,t,为反应时间，,s,；,C,为反应物的浓度；,k,为,反应速度常数,。,（,1,）,阿伦纽斯方程：,（,2,）,反应速度常数,k,可用,阿伦纽斯方程描述,式中：,k,0,称为频率因子,E,为活化能,R,为气体常数,T,为绝对温度,代表单位时间单位容积内粒子碰撞的次数，它与容积内粒子的大小、浓度及运动快慢有关。,代表欲使化学反应发生，必须由粒子碰撞提供的最低能量,+273,8.3144J/mol,k,C,为在时刻,t,反应物的浓度。,C,0,是反应开始时（,t=0,）,反应物的浓度，,（,3,）,式积分，得：,（,1,）,对,C,为在时刻,t,反应物的浓度。,C,0,是反应开始时（,t=0,）,反应物的浓度，,（,3,）,温度和时间具有互补性，高温短时间和低温长时间可以达到相同的反应程度。,反应程度与温度呈指数关系，与时间呈线性关系,（,3,）式可以得到两个重要结论：,温度的倒数（,1/T,）,与时间的对数（,lnt,）,具有线性关系,对,两边取对数，得：,在干酪根热降解生烃反应条件中，温度是决定性的。时间的作用是有条件的，只有,温度达到一定时,，时间才起作用。,注意,:,随着埋藏深度的增大和温度的增高，干酪根开始大量生烃的温度称为干酪根的成熟温度或,生油门限,，这个成熟温度所在的深度称为,成熟点或门限深度,2.,生油门限和成熟点,一个盆地的生油门限深度与烃源岩的地质年代、地温梯度、有机质类型有关,地质年代体现了时间的作用,地温梯度对地层的增温效果,T=,To+D.h,有机质类型不同活化能要求不同,实际地质资料同样证明：温度与时间的互补性,温度和时间的作用是相互补偿的,；年代较新，成熟门限温度则较高。,烃源岩地质年龄与其干酪根成熟门限温度的关系,时代越新，门限温度越高,时代越新，门限温度越高,二、细菌的生物化学作用,分为喜氧细菌、,厌氧细菌,和通性细菌三类,CH,3,COO,+H,+,CH,4,+CO,2,产 甲 烷 菌,CO,2,和乙酸来源：细菌对有机质的分解,1.,乙酸发酵,2.,二氧化碳还原,CO,2,+3H,2,CH,4,+H,2,O,辅 酶,M,CH,3,COO,+H,+,CH,4,+CO,2,产 甲 烷 菌,CO,2,+3H,2,CH,4,+H,2,O,辅 酶,M,三、催化作用,催化剂是一种加速化学反应速度而本身并不消耗的物质,2.,无机盐类催化剂,粘土矿物,(,蒙脱石,),：吸附有机质,并起到固体酸催化机理,降低有机质的成熟温度,加速长链分子的断裂,改变产物的组成：,1.,有机酵母催化剂,有机酵母催化剂的作用：加速有机质的分解,四、压力的作用,压力对干酪根降解的作用比较复杂，需要进一步研究；,生活中的高压锅，似乎说明高压可加快成熟作用；,地质统计的结果，一些盆地表现出压力对熟化的抑制作用；许多超压盆地没有出现压力对有机质演化有抑制作用。,第四节 有机质的生烃模式,退化作用阶段,Catagenesis,氢的消耗,成岩作用阶段,Diagenisis,氧的消耗,变生作用阶段,（交替作用阶段）,Metagenesis,碳高度富集,干酪根形成演化及其形成的产物（油气）具有明显的分段性,一、,有机质生油气阶段的划分,生物化学生气阶段,热催化生油气阶段,热裂解生湿气阶段,深部高温生气阶段,未成熟阶段,(immature),成熟阶段,(mature),高成熟阶段,(high-mature),过成熟阶段,(over-mature),划分为四个阶段：,生物化学生气阶段,热催化生油气阶段,热裂解生凝析气阶段,深部高温生气阶段,未成熟 成 熟,高成熟,过成熟,有机质向油气转化模式,未熟,-,低熟油,成熟油,凝,析,气,甲烷,二、有机质不同演化阶段的基本特征,1.,生物化学生气阶段（未成熟阶段）,范围：,Ro,2.0%,温度：,250,机理：,热裂解、热变质,产物：,干气,、,固体沥青，次石墨,有机质演化的基本特征,小结：,有机质演化的基本特征,小结：,湿气、凝析油,石油及湿气（石油伴生气）,盆地中的烃源岩不一定全部经历了四个演化阶段，这取决于各烃源岩层的埋藏历史；,盆地中的不同烃源岩层演化阶段不同。层位埋藏较深的演化程度较高；,经历多次升降作用的盆地，其烃源岩可能存在,“,二次生烃,”,现象。,注意,:,不同埋藏史与生烃过程（,表示成熟门限深度）,地质年龄,埋藏深度,三、不同有机质生烃（模式）的差异性,1,、不同有机质各,阶段界限差异,差别：,生油门限,生油高峰,三、不同有机质生烃（模式）的差异性,2,、不同有机质,生烃性质和数量的差异,生液态烃的数量和油气的总量,I,和,II,型均高于,III,型,四、,煤,成烃特点,煤是,由多种类型有机质（不同显微组分）构成,。,生烃模式是其各组分的,叠合结果,，煤的类型不同，形成液态油和油气总量就不同,煤具有,早期生油,特点,生油能力,取决于其脂质组和基质镜质体的含量,五、生烃演化模式的意义,预测盆地油气资源的类型,未熟,-,低熟油资源,正常成熟油资源,凝析油和天然气资源,干气资源,上述各种或几种资源,一、天然气形成的特点,1.,成气物质的多源性：,无机物，有机物。有机物包括原始有机质、各种类型的干酪根、煤、可溶有机质、液态烃,2.,成气机理的多样性：,微生物生物化学作用,(,有机质分解、,CO2,还原）、热降解、热裂解、无机化学反应、核反应,3.,成气环境的广泛性：,地表环境、不同深度的地下环境、水体、地壳深部、太空,第五节 天然气成因类型和鉴别,天然气和石油形成条件的比较,划分依据,成气作用的机理,成气物质的来源,(,有机物,无机物,?),二、天然气的成因类型划分,1.,有机成因气,（,oganic,gas,）,泛指沉积有机质所形成的天然气，包括分散或集中有机质（煤、储层中的油）形成的天然气,(1),按成气物质的来源划为分二个亚类,油型气,(oil-type gas),煤型气,(coal-type gas),由腐泥型母质，即,型或,1,型干酪根形成的天然气,由腐殖型母质，即,型或,2,型干酪形成的天然气,（,2,）,按成气机理或外营力作用划分,生物成因气（,biogenetic gas,）,指有机质在未成熟阶段,(Ro2.0%),由已形成的液态烃或残余干酪根经高温热裂解作用形成的天然气,生物化学生气阶段,热催化生油气阶段,热裂解生凝析气阶段,深部高温生气阶段,未成熟 成 熟,高成熟,过成熟,未熟,-,低熟油,成熟油,凝,析,气,甲烷,沉积有机质不同演化阶段形成的有机气类型,生物气,石油伴生气,凝析油伴生气,裂解气,亚生物气,2.,无机成因气,（,inoganic,gas,）,泛指各种环境下由无机物质形成的天然气。,以非烃气体为主，,CO2,常见；,CH4,含量低。,宇宙空间中放散性反应、核反应及化学反应生成的天然气。以含,He,和,H,2,为特征,(1),宇宙气,(2),岩浆岩气,岩浆喷发或侵入过程中由高温化学作用形成的天然气，以含,CO,2,和,H,2,为特征,(3),变质岩气,变质过程中高温作用形成的天然气,(4),无机盐分解气,沉积岩中由无机盐类的化学分解形成的气体，以含,CO,2,和,H,2,S,为特征,(5),幔源气,指地幔或从地幔通过不同方式上升到沉积圈中的天然气 。,我国东部二氧化碳气藏,无机气藏最常见的是二氧化碳气藏,甲烷可无机成因的证据,化学家很早就在实验室通过无机化学反应获得了甲烷；,人们早就发现太阳系外侧行星的大气圈中含有气态甲烷；,在陨石固体中以及在地壳岩石内与岩浆活动有关的多种金属和金刚石矿中也有数量不等的甲烷气；,在东太平洋洋隆热液喷出口观测到射出的气体中含有较,高的甲烷气含量。,三、各类天然气的形成特征,1.,无机成因气,(1),组成：,CH,4,含量低,，,以非烃气体为主，,CO,2,常见,(2),同位素：,富集重碳同位素,13,C,1,-30,，,绝大多数,13,C,1,-20,深源气常有较高的氦气含量,我国有机与无机成因天然气的二氧化碳碳同位素,2.,生物成因气,(1),组成：,(2),同位素：,CH,4,占绝对优势，可高达,98%,富集轻的碳同位素，,13,C,1,-55,我国生物气组成实例,生物气的形成条件,1),严格的缺游离氧、缺硫酸盐环境，这是厌氧的甲烷菌群繁殖的必要条件。,2),地温低于,75,时，甲烷菌才能大量繁殖；当温度超过,75,时，甲烷菌大量死亡，不利于甲烷气的生成。,产甲烷菌在严格的厌氧环境中才能大量繁殖,微生物代谢作用的生化环境剖面图,硫酸盐浓度与甲烷产量,微生物合成甲烷的机理和过程,不溶有机质,可溶有机质,挥发性有机酸,+H,2,+CO,2,CH,4,酶的发酵作用,产酸,菌,产氢菌,产,甲烷菌,酶的发酵作用,产酸,菌,产氢菌,产,甲烷菌,酶的发酵作用,产酸,菌,产氢菌,我国生物气分布,柴达木盆地东部、浙江与东南沿海、松辽、二连、渤海湾、江汉、苏北、百色等盆地有发现。,典型实例,-,柴达木盆地东部第四系,国外典型实例：,西西伯利亚乌连戈依气田,3.,油型气,（,1,）原油伴生气和凝析油伴生气,组成：重烃气含量高，一般超过,5%,，有时可达,20%,50%,原油伴生气：,13,C,1,=-55,-45,凝析油伴生气,：,13,C,1,=-50,-40,碳同位素：,13,C,1,=-55,-40,（,2,）裂解气（过成熟阶段生成的气）,碳同位素：,13,C,1,=-40,-35,组成：,以,CH,4,为主（干气）,，重烃气,2%,石油裂解生湿气具重要地位,油型气形成机制,4.,煤型气,组成：甲烷,CH,4,含量较高，重烃气含量较低，一般,10% ,伴有凝析油产出,高,Pr/Ph,和低伽马蜡烷,环己烷指数,25%,克拉,2,井,3499.873534.66m,天然气碳同位素特征：,13,C,1,=-31.1,，,13,C,2,=-16.8,，,13,C,3,=-18.5,，,13,C,4,=-17.8,，,具有典型煤系气特点。,四、各类成因天然气的鉴别,无机成因气区,：,13,C1,由,-7,到,-41,，,13,C,co2,由,+27,到,-7,(,在,0,附近特别集中,),。洋脊喷出气、温泉气、火山气和各种岩浆岩和宇宙物质包裹体中的气体均落于此区 。,生物化学气区,：,13C1,由,-54,到,-92,，,13Cco2,由,-36,到,+1,。,有机质热裂解气区,。,13C1,由,-40,到,-19,，,13Cco2,由,-30,到,-16,。沉积岩中的分散有机质、泥炭、煤和石油热裂解气均落于此区。,13,C,1,-,13,C,co2,分类（,图版）,1,运用甲烷碳同位素、二氧化碳碳同位素,2,、,C,1,/C,2+3,-,13,C,1,图版,3.,油型气与煤型气的鉴别,煤型气的重碳同位素更富集,Stahl,的回归公式,煤型气：,13,C,1,=14lgRo-28,油型气：,13,C,1,=17lgRo-42,不论油型气，还是煤型气，,其,13,C,1,均随源岩,Ro,值的增大而增大，,即天然气的成熟度越高，越富集重的碳同位素,在相同的源岩热演化程度下，,煤型气的,13,C,1,值较油型气的,13,C,1,值大，,即煤型气较油型气更富集重碳同位素,伴生凝析油和轻质油某些组成特征,C7,轻烃系列三角图（正庚烷、甲基环己烷、二甲基环戊烷）,来自水生生物（类脂物）,来自藻类类和细菌,来自高等植物,天然气成因判别注意事项：,天然气成因的判别需要多种参数联合,标准是相对的,与地区的地质条件有关，需要结合地质环境综合分析,第六节 烃源岩评价,一、烃源岩的形成条件,二、烃源岩评价的地球化学方法,三、烃源岩生烃潜力,四、烃源岩的生烃历史,一、烃源岩形成的条件,决定烃源岩形成和分布的地质因素,大地构造环境,岩相古地理环境,古气候条件,1,、大地构造条件,长期沉降的盆地,沉降速度与沉积速度相近；或者,沉积速率,稍小于,沉降速率,的,欠补偿盆地,例如：渤海湾盆地烃岩发育于凹陷强烈期（,沙四段、沙三段）,，尤其最大湖泛时期（沙三段）,长期持续下沉过程中伴随偶尔适当的抬升，形成生、储层频繁相间、广泛接触，形成厚度大的,生油层系,。,名词解释,沉积速率,：沉积厚度,m/Ma,。不同时期沉积速率不同。,沉积中心,：沉积物最细的部位，不同时期，沉积中心会变化（沉积中心转移）,沉降速率,：盆地基地沉降幅度,m/Ma,。不同时期沉降速率不同,沉降中心,：盆地基地沉降幅度最大的地方。不同时期，沉降中心会变化（沉降中心转移）,补偿盆地,：沉积速率,=,沉降速率,欠补偿盆地,：沉积速率,沉降速率,生油层系：,在一定地质时期内，具相同岩性,-,岩相特征的若干生油层与其间非生油层的组合，称为生油层系。,有利于沉积有机质的保存；,烃源岩形成厚度大、埋藏深和较高地温,长期沉降盆地的有利方面,2,.,烃源岩形成的沉积环境,有利的岩相古地理环境,浅海大陆架地区,深水,-,半深水湖泊环境,前三角洲地区,沼 泽,3,、烃源岩形成的古气候条件,温暖湿润气候，有利于生物繁殖。,主要烃源岩发育的层位都是当时是湿润气候。,生物大量繁殖的时代：第三纪、白垩纪、侏罗纪、石炭,-,二叠纪等时期。,二、烃源岩的地球化学研究,地球化学研究的方面：,有机质丰度,有机质类型,有机质成熟度,目的,从地球化学角度来研究烃源岩,特别是研究烃源岩的,有效性,:,解决烃源岩在哪里,?,范围多大,?,何时成熟生烃,?,1.,有机质丰度,（,organic matter abundance,）,（,1,）有机碳含量,(TOC),(,Total Organic Carbon Content,）,总有机碳含量：岩石中干酪根中的有机碳加上可溶有机质中的碳；,实际上，只能是剩,余有机碳含量,有机碳含量与有机质含量之间的关系,:,有机质是有机碳的,1.22,倍,单位：,%,，占岩石的重量百分比,常用于表示丰度的参数：,有机碳含量,岩石的生烃潜力,泥质烃源岩评价标准,等级,TOC(%),非烃源岩,2.0,渤海湾盆地的沙三段,(,古近系渐新统,),：,1-3%,松辽盆地青山口组，嫩江组,(,下白垩统,),：,2.2%-2.4%,苏北盆地阜宁组四段，二段,(,古近系渐新统,),：,1.2%-1.6%,泌阳凹陷核,桃园组,(,古近系,) 1.66%,烃源岩的有机碳丰度评价标准,碳酸盐岩烃源岩评价标准,碳酸盐岩的有机碳平均含量比泥岩低得多,一般，碳酸盐岩作为油源岩：,TOC0.5%,碳酸盐岩作为气源岩：,(TOC0.2%),有机碳含量评价标准,注意,:,烃源岩中的有机碳分布的非均质性,A.,页岩韵律层,(,季节变化、水深变化）影响有机质丰度,纵向上有机碳含量有变化,沙四上、沙三中、沙三下和沙一段为有效烃源岩分布层段。,沾化凹陷有效,烃源岩层位多,沙三下,沙三中,沙三上,沙四上,沙一段,B.,碳酸盐层系中，泥灰岩、泥质灰岩、灰岩中的泥质条带，缝合线中有机碳丰度相对较高,满东,1,英南,2,平面上，同一层烃源岩有机碳含量随,沉积环境和岩性变化而,变化,注意,:,烃源岩中的有机碳分布的非均质性,烃源岩中的有机碳分布的非均质性,一套从岩性看可能是烃源岩，在纵向上和横向上其有机碳含量是分布不均的,一套泥岩层或碳酸盐岩层不是都可以作为烃源岩的，只有有机碳达到烃源岩标准的那些岩性段才是烃源岩层,有机质丰度,(2),岩石热解生烃潜量,P1,峰：热解温度小于,300,时出现的峰，,S1,。,岩石中的残留,烃。单位：,kg,（,烃）,/t,（,岩石）,P2,峰：热解温度在,300-500,时出现的峰，,S2,。,岩石中的干酪根在热解过程中生成的烃。单位：,kg,（,烃）,/t,（,岩石）,P3,峰：,S3,，,热解过程中生成的,CO,2,岩石热解：岩石粉碎后直接在仪器上加热促使其中的有机质分解,生烃潜量：,Pg=S,1,+S,2,等级,Pg(kg/t),非烃源岩,6.0,泥岩源岩的岩石热解评价标准,生烃潜量,2,有机质类型的研究,烃源岩地球化学研究内容,(1),干酪根元素分析方法,（,3,）岩石热解方法,（,2,）干酪根,显微组分分析方法,范,克雷维伦（,D.W.Van,Krevelen,）,图解,（,1,）根据干酪根的元素组成划分干酪根类型,（,2,）根据干酪根镜下显微组分鉴定进行研究,惰质组：,腐泥组：,镜质组：,壳质组：,T=（100A+50B-75C-100D）/100,A,、,B,、,C,、,D,分别为腐泥组、壳质组、镜质组和惰质组的含量,T,80,型,T,=80-40,1,型,T=40-0,2,型,T,0,型,(3),岩石热解方法,氢指数：,I,H,=S,2,/TOC,氧指数：,I,O,=S,3,/TOC,3,.,有机质的成熟度（,maturity of organic matter,）,烃源岩地球化学研究内容,（,1,）镜质体反射率,（,2,）干酪根的颜色,（,3,）可溶有机质的数量,(6),岩石热解最高峰温,(,Tmax,),（,4,）抽提物中正构烷烃的分布和奇偶优势比,（,5,）抽提物中的甾、萜烷异构化比值,(7),时间温度指数（,TTI),（,1,）镜质体反射率（,Ro,）,Ro,：,用显微镜下用放大,25-50,倍的油浸物镜，在反射光下测定镜质组的反射率。,反射率：,指光线垂直入射时，反射光强度与入射光强度的百分比。单位：,%,镜质体：植物的茎、叶和木质纤维经过,凝胶化,作用形成的各种凝胶体,镜质体反射率的变化特点,镜质体反射率随,演化程度,增加而增加,Ro,具不可逆性。,Ro,是温度和有效受热时间的函数,在连续沉积剖面中，镜质体反射率的对数值与深度呈线性关系,镜质体反射率的对数值与深度呈线性关系,干酪根演化程度的反射率界限,未成熟,(immature),成熟,(mature),高成熟,(high-mature),过成熟,(over-mature),Ro2.0%,（,2,）干酪根的颜色,随干酪根演化程度的增加，其颜色会逐渐变暗；,由黄色、淡褐色、褐色向暗褐色、深暗褐色、黑色改变,干酪根颜色与干酪根的,H/C-O/C,原子比有一定的对应关系,干酪根的颜色随成熟度的增加而变深,（,3,）依据可溶有机质数量,“,A”,、“,A”/TOC,、“,HC”/TOC,（,4,）抽提物中的,正烷烃分布特征,（低演化程度）,奇数碳优势,锯齿状,主峰碳偏大碳数,（高演化程度）,奇偶碳均势,平滑状分布,主峰碳偏轻碳数,奇偶优势比（,Odd-Even Predominance,）,正烷烃奇偶优势参数,碳优势指数（,Carbon Preference Index,）,C,24,到,C,34,的范围内奇数碳烃类与偶数碳烃类的含量进行比值,主峰碳前后（连同主峰碳）相邻的,5,个正烷烃奇数碳与偶数碳烃含量的比值,CPI,OEP,近代沉积物,5.5-2.4,5.5-2.5,古代沉积岩,2.4-0.9,2.5-1.0,原 油,1.2-0.9,1.2,烃源岩成熟的,CPI,和,OEP,标准,烃源岩抽提物中正构烷烃的,CPI,或,OEP,值小于,1.2,不同演化程度烃源岩抽提物与原油的比较,（,5,）甾烷、萜烷异构化比值,甾族化合物是由三个六员环和一个五员环组成的四个环的化合物,萜烷是有环异戊间二烯型的化合物,最常见的是三萜烷和五萜烷,C,29,甾烷：,20S,构型,20R,构型,C,31,藿烷：,22R,构型,22S,构型,普遍存在异构体：,构型,构型,三萜环烷烃,(,C,31,藿烷）,C,29,甾烷,（生物构型）,（地质构型）,随演化程度增加向地质构型改变,C,29,甾烷,：,C,31,藿烷：,0 0.70(Ro=1.0%),0 0.55(Ro=0.8%),0 0.6(Ro=0.65%),甾烷、萜烷异构化比值,只能用于区分未熟、低熟到成熟，不能用于判别高成熟或过成熟情况,(6),岩石热解最高峰温,(,Tmax,),（）,（,7,）,TTI,指数（,Time-Temperature Index,）,TTI=,(,i,ti,）,=,（,2,ni,ti,）,i,:,温度因子,与温度高低有关；,n+1,=,2,n,;,n=,(,对应温度,-100)/10,ti,：对应温度段的时间因子，在对应温度间隔所持续的时间,原理：烃源岩生烃与其所经历的地层温度呈幂指数关系，与其在该温度所持续的时间呈线性关系。烃源岩的演化具有累积效果。,TTI,就是计算烃源岩从埋藏开始所经历的所有埋藏历程中，时间和温度的作用的综合累加结果,TTI,计算步骤,1,、制作埋藏史曲线（,t-h,),通过各层地层厚度、地质年代、剥蚀厚度等资料,2,、编制温度史（不同时期温度随深度变化）,(T=,To+D.h,),3,、以,10,为间隔，编制各温度间隔的温度因子（,i,）,和持续时间（,ti,）,表,4,、计算各温度间隔成熟度的增量,TTI=,i,ti,5,、累加所有区间（或某时期之前）成熟度的增量,(,i,ti,）,15,0.65,生油门限,TTI,与烃源岩成熟阶段,TTI,方法的最大优点是能够研究烃源岩的演化历史，即不同地质时期烃源岩的演化程度和生油气时期,TTI,方法可以在勘探早期缺少井资料条件下，运用地震资料开展盆地规模的烃源岩,演化史,研究,该方法与埋藏史和古地温恢复的精度有关。,TTI,数值级数大，精度有缺陷。,TTI,方法的特点,三、烃源岩生烃强度和生烃量计算,生烃强度,：单位面积的烃源岩柱所形成的烃量。单位：,kg,烃,/km,2,生烃强度,与有机质丰度、有机质类型、演化程度、烃源岩的厚度有关,生烃中心,：生烃量最大,(,生烃强度最大,),的地方。,生烃量,=,(,SiDi,),Si:,单元面积,Di:,单元内的生烃强度,烃源岩生烃过程的复杂性,烃源岩层受构造运动的影响会发生沉降和抬升的变化,烃源岩层的升降导致其地温的改变,(,地层温度,=,地表温度,+,深度,地温梯度,),烃源岩升与降的历史,(,何时及持续多久,),会影响烃源岩中有机质,/,干酪根的受热历史和生烃过程,四、烃源岩埋藏历史与烃源岩演化,1500,2500,3000,4000,5000,未,成熟阶段,成熟阶段,高,成熟阶段,过,成熟阶段,（,1,）一个盆地存在多套生油地层，其中干酪根可能分别处于不同的演化阶段,（,2,）受盆地升降影响，可能出现不同演化阶段,基岩,只进入未成熟和成熟阶段,在经过抬升的盆地中，可能只残留了成熟度较高的层系,抬升再埋藏的盆地中，可能缺失中间的演化阶段,2.0,1.3,（,3,）地层中的有机质在地质历史上可能经历了不同阶段,（,4,）受盆地升降历史影响，可能出现“二次生烃”过程,二次生烃定义：,干酪根在埋藏过程中，受到地层抬升和再沉降过程的影响，经历了地层抬升干酪根生烃过程停止，而地层再次沉降干酪根再次生烃的现象,烃源岩发生二次生烃的条件：,不同埋藏史与生烃过程（,表示成熟门限深度）,地质年龄,埋藏深度,再次沉降作用的干酪根埋深（温度）超过前期沉降时的埋深（温度）,再次沉降之前，干酪根曾经达到过生烃门限,前期的生烃过程干酪根没有全部转化成油气,（,5,）不同位置相同层位中的有机质可能处于不同演化阶段,生油门限深度,a.,同一构造单元内，埋藏深度,/,温度不同,b.,不同构造单元，埋藏过程不同，埋藏深度,/,温度经历不同,小结,岩层中的有机质在地质历史上多经历了不同热演化阶段,盆地不同部位同一层位的有机质可以处于不同的演化阶段,同一盆地不同层位的有机质经历的演化阶段是不相同的,内容：油,(,气,),与烃源岩的对比油（气）与油（气）的对比,目的：确定,油油,(,气,),之间、油,(,气,),与烃源岩之间的亲缘关系和成因联系,第七节 油气源对比,确定油气的来源层位和位置，搞清油气的来胧去脉,油,-,油、气,-,气、油,-,气、油气与源岩可能的关系,同源,同一层位、同一洼陷,同源不同期,同一层位、同一洼陷、不同时期形成,不同源,不同位置同一层位,同一位置不同层位,不同位置不同层位,一油气源对比原理,（相似性原则）,来自同一源岩的油气在化学组成上具有相似性,烃源岩所形成的油气无论运移或储存在哪里，其化学组成具有可比性；油气存在与其母质有成生联系的生物标志分子。,油 源岩,油 “,A”,油 油,油 气,二油源对比参数的选择,1,、油源对比指标选择的原则：,在烃源岩与石油中并存；,受运移、热变质作用影响较小或有规律可寻,2,、常用的油源对比指标,正构烷烃分布,异戊间二稀型烷烃,生物标志化合物,碳同位素,生物标志化合物,(biomarker),：,是沉积有机质、石油中那些来源于活的生物体、具有明显分子结构特征、分子量相当大的有机化合物,。,在有机质的演化过程中表现出一定的化学稳定性，其结构没有或很少发生变化，或只发生重排，基本保持原始生化组分的碳骨架,生物标记物反映的油源问题,生源母质类型参数,规则,C27,甾烷,/ C29,甾烷；,C27,、,C28,、,C28,甾烷三角图；。,沉积有机质环境参数,伽马蜡烷,/C30,（莫烷,+,霍烷）、,Pr/Ph,有机质成熟度参数,C29,甾烷,/(,+,),、,C29,甾烷（,20S/,（,20S+20R,）、,C31,霍烷,22S/,（,22S+22R,）、三降霍烷,Ts/(,Tm+Ts,),三、油源对比指标应用,正烷烃分布特征,怀俄明州具有成因联系但成熟度不同的两个原油的色谱图,异戊间二烯型烷烃相对含量,三、油源对比指标应用,规则甾烷分布,C,27,甾烷,（,胆甾烷）,C,28,甾烷,（,麦角甾烷）,C,29,甾烷,（,谷甾烷）,三、油源对比指标应用,生物标志化合物多参数对比,三、油源对比指标应用,碳同位素组成,三、油源对比指标应用,
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