《石油天然气地质与勘探》第二章

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,*,*,第一节 油气成因概述,一、油气成因有争议的原因,二、两大成因学派,三、油气无机成因说,四、油气有机成因说,五、两种成因学说的主要证据,第一节 油气成因概述,油气成因、油气藏形成、油气分布规律，是石油地质学的三大研究课题，而油气生成是其中的根本性问题。要进行油气勘探工作，需要选择有利的勘探区和有利层位，首先必须解决盆地的油气生成问题。,油气成因问题，在原始物质、客观环境及转化条件等方面，长期存在争论。,一、油气成因有争议的原因,二、两大成因学派,（一）泛宇宙说,（二）地球深部的无机合成说,三、油气无机成因说,四、油气有机成因说,早期有机成因论,晚期有机成因论,1973,年，,Pusey,：,“,地温窗,”,和,“,液态窗,”,20,世纪,80,年代以来：,“,未,低成熟,”,石油；,煤成烃理论,沉积有机质馏分的深部热演化模式,17,第二节,生成油气的原始物质,一、,生物有机质,二、,沉积有机质,三、,干酪根,（一）生物有机质类型生物体的有机组分,（二）沉积物（岩）中的沉积有机质,我国主要大型陆相湖盆的发育特征,（三）干酪根,Kerogen,1.,干酪根的形成及演化,图：干酪根数量与化工燃料最大资源的比较,2.,干酪根的分布,干酪根的元素含量分布,(,据,B.Durand & J.C.Monin,1980,，修改,),横座标：元素含量,/,样品重量，,%,； 纵座标：频率，,%,。,N-,样品数；,m-,平均值；,a-,碳；,b-,氢；,c-,氧；,d-,有机硫；,e-,氮,（,2,）干酪根的结构,绿河页岩干酪根结构图解,(,据法,B.P.Tissot,等，,1978),A-,微弱演化；,B-,强烈演化,黄县褐煤有机质结构模型,（秦匡宗等，,1990,）,我国某些陆相油源层中干酪根元素组成,(,胡见义，黄第藩，,1991),4.,干酪根的显微组成,以透射光为基础的干酪根显微组分分类,各显微组分的来源及生油潜力,镜质组,藻类体（腐泥组）,800,孢子体,1,（来自菌类），,反射荧光下观察，,600,角质体（壳质组）,800,木栓体（壳质组）,60,结构镜质体,1,（多无荧光）,胶质镜质体,丝质体（惰质组）,（亮点：无机矿物）,5,干酪根的分类,（,2,）,元素组成分类,干酪根类型范氏图,（据,Tissot,和,Welte,，,1984,简化）,I,型干酪根,型干酪根,型干酪根,陆相干酪根类型演化图（胡见义和黄第藩，,1991,）,1-,大庆；,2-,南阳；,3-,泌阳,4-,廊固；,5-,辽河；,6-,柴达木；,7-,四川；,8-,鄂尔多斯,(T),；,9-,鄂尔多斯,(J)10-,抚顺油页岩；,11-,茂名油页岩；,12-,抚顺和茂名煤；,13-,东营；,14-,绿河页岩和藻；,15-,下托尔阶页岩；,16-,演化途径,透射光有机组分的温度增加效应,地质特征,岩相,深湖,半深湖,浅,半深,滨浅湖,河,滨,岩性,灰黑色,泥岩,黑灰色,泥岩,黑褐色泥岩,灰绿色泥岩,红色泥岩,地,质,特,征,TOC,1.52.0,1.01.5,0.61.0,0.40.6,0.15,0.1,0.15,0.050.1,0.01,0.05,1000,500 1000,200 500,100,200,6,4,6,2 4,1 ,2,1,Ro,（,%,）,1.2,0.6,1.2 0.6,1.2 0.6,1.2,0.6,1.3,2,干酪根,类型,1,2,#,评价,评价,极好,好,较好,差,非烃源岩,我国陆相烃源岩评价标准,（,3,）应用岩石热解参数划分干酪根类型,应用氢指数和氧指数对生油岩有机质类型的分类,6.Kerogen,演化,（四）沥青的组成和演化,沉积剖面中，,随深度的增加，干酪根的数量减少，氯仿沥青,“,A,”,的族组分烃类、非烃,+,沥青质含量显著增加。,干酪根数量的减少和沥青数量增加的互补性和成因上的联系性。,杜阿拉盆地洛格巴巴岩系可溶,有机质随深度的变化（,P.Albrecht,，,1976,）,第三节,油气生成的地质环境与理化条件,一、油气生成的地质环境,二、促使油气生成的理化条件,长期稳定下沉大地构造背景,（,V,沉积,V,沉降）,；,较快的沉积（堆积）速度；,足够数量和一定质量的原始有机质；,低能、还原性岩相古地理环境,浅海封闭环境，半深深湖、前三角洲,适当的受热和埋藏史。,一、地质条件,有利于有机质堆积、保存、转化的地质环境必须要有：,我国主要大型陆相湖盆的发育特征,细菌、催化剂、温度和时间,放射性、压力,促使有机质转化为油气的理化条件（物理、化学、生物化学条件）主要有：,二、理化条件,1.,温度,和,时间,1,、,有机质热解生油的速率随温度增加呈指数增加。只有当温度达到一定值后，干酪根才开始大量转化为油气,生油门限温度,；,对应的深度,生油门限深度,。,2,、有机质热解生油过程中,t,与,T,间有互补性：,G,T,高,有机质成熟所需时间短；,G,T,低,有机质成熟所需时间长。,石油大量生成成熟点的确定（据,P.Albrecht,，,1969,）,我国不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系,不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系（据,Tissot,等，,1984,）,世界若干含油气盆地生油岩成熟点的温度与时间（据,J.Connan,，,1974,）,2,、细菌作用,呼吸作用,发酵作用,3.,催化剂作用,4.,放射性,5.,压力,镜质体反射率,(%),0 0.5 1.0 1.5,3800,4200,4600,5000,5400,准噶尔盆地,盆,4,井,0.2 0.5 1.0 2.0,1000,2000,3000,4000,5000,6000,深 度,(m),濮阳凹陷,第四节,有机质成烃演化模式,一、,有机质向油气转化的阶段,二、低熟油与煤成油形成理论,有机质演化及烃类形成阶段划分表,深度，,km,温度， ,成岩,阶段,煤阶,Ro,%,饱粉,碳化,程度,干酪根,颜色,K.Peters,张厚福,1981,普西,1973,蒂索,威尔特,1984,傅家谟,1975,黄第藩等，,1991,潘钟祥，,1986,1.5,成岩作用阶段,泥炭,0.5,黄,色,黄,-,浅黄,-,褐色,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,成岩作用阶段,甲,烷,石,油,油,气,形,成,期,未成熟阶段,生物甲烷气阶段,10-60,褐煤,重质油,轻质油阶段,1.5-4.0,后,生,作,用,阶,段,1.0,黄,暗,褐,色,暗褐,色,深暗,褐色,深暗,褐色,成熟阶段,低熟,长焰煤,气煤,肥煤,液,态,窗,深成作用阶段,油,气,成,熟,期,低成熟,60-180,中,成,熟,凝析气,湿气,阶段,湿,气,甲,烷,高成熟原油阶段,4.0-7.0,焦煤,2.0,高,成,熟,瘦煤,180-250,贫煤,7.0-10.0,变生作用阶段,2.5,黑,色,深暗,褐色,黑色,后生作用阶段,最终甲烷气阶段,过,成,熟,阶,段,干气,阶段,半无,烟煤,250-375,3.0,无烟煤,烃类的形成与生油岩埋藏深度的关系的一般图解,有机质成烃演化模式,阶段性,连续过程,D,、深部高温生气阶段,C,、热裂解生凝析气阶段,B,、热催化生油气阶段,A,、生物化学生气阶段,（一） 生物化学生气阶段,6.,烃类组成的特征,在有机质中所占的比重很小,（二） 热催化生油气阶段,若干类型有机质成熟及生烃能力图,(,据,D.W.Waples,1985,）,（三）热裂解生凝析气阶段,（四）深部高温生气阶段,油气有机成因模式,注意：,各个地区，不一定都经历了这四个演化阶段，而温度、深度界限也因地而异，与,G,T,有关，还与有机质类型、演化时间有关。,不同类型的有机质在各演化阶段,Ro,值也不同。,第四节,有机质成烃演化模式,一、,有机质向油气转化的阶段,二、低熟油与煤成油形成理论,（一）低熟油及其形成机理,各种显微组分的热稳定性与生烃活化能不同，生烃时间和生烃潜力不同。,源岩有机质中存在大量,化学性质不稳定、活化能较低的富氢显微组分,，可生成低熟油气。,2.,低熟油生成的物质基础,2.,低熟油形成机理,3.,低熟油的地球化学特征,形成低熟油的地质模型,（二）煤成油的形成机理及生烃模式,煤中不同显微组分生烃模式,2.,煤成油地球化学特征,3,煤的生烃特征,煤成烃演化与腐泥型有机质的生烃演化对比图（据傅家谟等，,1990,）,97,一、天然气成因类型概述,二、有机成因气,三、无机成因气,四、非烃类气体成因,五、不同成因类型天然气的识别,第五节 天然气的成因类型及特征,天然气：,广义上，是指自然形成的、在标准状态下呈气态的单质和化合物。,一、天然气成因类型概述,天然气成因综合分类（戴金星、徐永昌等，,1997,）,天然气与石油形成条件比较,二、有机成因气,要生成大量生物气需具备的条件,生物成因气的特点,各种烃类的热稳定性,（,2,）,油型气特点,主成气母质：腐泥型有机质；热演化阶段：,R,O,=0.5-4.0%,我国若干油型气的组成特点,（陈荣书，,1989,）,由各种产出状态的,腐殖型有机质,在热演化过程中形成的天然气，称为煤型气,。,3.,煤型气,煤层或腐殖型干酪根,以含带许多烷基侧链和含氧官能团的缩合多核芳香烃为主，所以，,热演化中以产气态烃为主,。,煤化过程不同阶段，形成的产物组成有所不同。,两种类型：,煤型热解湿气,煤型裂解干气,腐植型有机质煤化过程的阶段与成气模式,1.,泥炭褐煤早期阶段,：,Ro250300ppm,利用总烃含量与有机碳含量的相关图，对烃源岩进行分级评价,:,烃源岩评价图（王启军等，,1988,）,其中百分数,1.0%,为烃,/,有机碳值,2,有机质的类型,（前已述，此处略）,我国陆相烃源岩评价标准,3.,有机质的成熟度,盆地中烃源岩有机质的热演化程度。,Kerogen,颜色及,H/C,、,O/C,原子比,有机质演化图,唐讷盆地干酪根颜色的阿伦纽斯图,唐纳盆地干酪根热演化同,H.V.,比较图,未成熟甲烷,湿气和凝析气,石油,深变质甲烷,孢粉颜色和热变质指数（,TAI,）,（,TAI,：,Thermal alteration Index,）,（,2,）利用烃源岩可溶有机质的组成特征研究成熟度,不同盆地中烃类和非烃的生成与埋藏深度的关系,（,B.P.Tissot,，,1984,）,有机质演变的主要阶段注有“未成熟”、“,PZOF,”,（主要生油带）、“,ZGF,”,（裂解生气带）。相应的温度为现今的地温，在杜阿拉盆地中第一个温度是现今温度，第二个温度是据,Tissot,和,Espitalie,（,1975,）计算的古地温,A,、正烷烃分布曲线：,正烷烃分布特征,和,奇偶优势,B,、,正烷烃奇偶优势,：,正烷烃奇偶优势特征,：,近代，古代沉积物和 油层水中脂肪酸的分布,近代，古代沉积物和石油中正烷烃的分布,甾、萜烷异构化比值,根据加利福尼亚近海盆地油样中甾烷不对,称中心的异构化作用的成熟度参数,（,3,）时间,温度指数（,TTI,）,（,1,）洛帕廷法求取,TTI,基本原理：,图： 地质模型上的等,TTI,曲线,TTI,与,Ro,、,TAI,及有机质演化成烃、保存阶段的对应关系：,TTI,法存在的问题：,4,热解法在烃源岩评价中的应用,热解分析周期和图谱（,Espitalie,等，,1974,）,应用氢指数和氧指数对生油岩有机质类型的分类,用热解法鉴定生油岩的成熟度 转化率和（或）峰温可作为热演化的指标,四、烃源岩生烃量计算,成因体积法：,计算公式：,第一节 油气成因概述,第二节 油气有机成因基本原理,第三节 天然气的成因类型及特征,第四节 烃源岩研究,第五节 油源对比研究简介,第二章,石油和天然气的成因,石油天然气地质与勘探,五、油源对比,1,、,油源对比的概念和目的,2,、油源对比的依据,3,、油源对比指标的选择,四种基本的作用影响石油的化学组成：,173,4,、 常用油源对比指标,1,）正烷烃分布特征,2,）碳同位素,13,C,3,）生物标志化合物,三个原油的稳定碳同位素类型曲线形态和变化趋势一致，表明它们具有相关性,178,生物标志化合物（,Biomarker,）是沉积物中的有机质以及原油、油页岩和煤中那些来源于活的生物体，在有机质演化过程中具有一定稳定性，没有或很少发生变化，基本保存了原始生化组分的碳骨架，记载了原始生物母质特殊分子结构信息的有机化合物，也称为分子化石。,3,）生物标志化合物,3,）生物标志化合物对比参数,柴达木盆地原油和生油岩中不同碳数生物构型甾烷碳数分布三角图,生物标志物多因素综合对比,1.,油气成因两大学派的根本分歧是什么？油气无机成因理论的主要观点有哪些？近年来有何进展？油气有机成因理论的主要观点有哪些？,2.,生物有机质有哪些主要类型？成烃潜力如何？,3.,什么是沉积有机质？沉积物（岩）中沉积有机质数量的多少取决于哪些因素？,4.,何为干酪根？干酪根的演化特点如何？如何对干酪根进行类型的划分？,5.,有利于油气生成的大地构造条件和岩相古地理、古气候环境是怎样的？,6.,有哪些理化条件影响有机质向油气的转化？如何影响？其中最主要的影响因素是什么？,思 考 题,7.,有机质向油气转化的过程可以分成哪几个阶段？各阶段有何特征？,8.,什么是生油门限、生油窗、时间,-,温度指数、氯仿沥青,“,A,”,？,9.,什么是低熟油？低熟油气的成因机理有哪些？,10.,煤中有利于石油生成的显微组分主要有哪些？煤成烃的演化阶段有什么特点？,11.,什么是烃源岩、烃源岩系,?,通常从哪几个方面来评价烃源岩质量的好坏？反映烃源岩有机地化特征的主要指标有哪些？,12.,石油和天然气的生成条件有何异同？,13.,什么是生物气、油型气、煤型气？不同成因类型的天然气的判识标志有有哪些？,14.,什么是油源对比？油源对比的基本原理和目的是什么？目前常用的油源对比的主要方法有哪几类？,思 考 题,