石油2-3有机质演化生烃的影响因素与模式ppt课件.ppt

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1、石油天然气地质与勘探石油天然气地质与勘探任课人：逄 雯山东胜利职业学院油气成因概述油气成因概述油气成因概述油气成因概述生成油气的原始物质生成油气的原始物质生成油气的原始物质生成油气的原始物质有机质演化生烃的影响因素与模式有机质演化生烃的影响因素与模式有机质演化生烃的影响因素与模式有机质演化生烃的影响因素与模式天然气的成因类型及特征天然气的成因类型及特征天然气的成因类型及特征天然气的成因类型及特征烃源岩评价烃源岩评价烃源岩评价烃源岩评价油源对比油源对比油源对比油源对比 第二章第二章 石油和天然气的成因石油和天然气的成因 石油天然气地质与勘探石油天然气地质与勘探第二节第二节 生成油气的原始物质生成

2、油气的原始物质一、一、生物有机质生物有机质二、二、沉积有机质沉积有机质三、三、干酪根干酪根第三节第三节 油气生成的地质环境与理化条件油气生成的地质环境与理化条件一、油气生成的地质环境一、油气生成的地质环境二、促使油气生成的理化条件二、促使油气生成的理化条件三、有机质向油气转化的阶段三、有机质向油气转化的阶段四、低熟油与煤成油形成理论四、低熟油与煤成油形成理论 沉积有机质转化为烃类，经历一个去氧、加氢，富集碳的过程。原始有机质的堆积、保存、转化过程必须在还原条件下进行。还原环境的形成和持续时间的长短，则受当时的地质环境和理化条件的控制。第三节第三节 油气生成的地质环境与理化条件油气生成的地质环境

3、与理化条件长期稳定下沉的大地构造背景（V沉积V沉降）；较快的沉积（堆积）速率；足够数量和一定质量的原始有机质；低能、还原岩相古地理环境（浅海相，半深深湖相、前三角洲相）；适当的受热和埋藏史。适宜的地质环境，不但为有机质的大量繁殖、堆积、保存、转化创造适宜的地质环境，不但为有机质的大量繁殖、堆积、保存、转化创造了有利的地质条件，而且为促使有机质向油气转化提供了必需的理化条件了有利的地质条件，而且为促使有机质向油气转化提供了必需的理化条件（温度、时间、细菌、催化剂、放射性等）。（温度、时间、细菌、催化剂、放射性等）。有利于有机质形成和转化的地质环境：有利于有机质形成和转化的地质环境：一、一、油气生

4、成的地质油气生成的地质环境环境 有有利利于于有有机机质质堆堆积积、保保存存和和向向油油气气转转化化的的地地区：区：地质历史上形成巨厚沉积岩层的沉积盆地地质历史上形成巨厚沉积岩层的沉积盆地。1、大地构造条件、大地构造条件 板块的边缘活动带，板块内部的裂谷、坳陷，板块的边缘活动带，板块内部的裂谷、坳陷，以及造山带的前陆盆地、山间盆地等大地构造单以及造山带的前陆盆地、山间盆地等大地构造单位。位。一、一、油气生成的地质油气生成的地质环境环境 若沉降速度大大超过沉积速度(VsVd)，水体急剧变深，不利于生物的发育和有机质的保存；若VsVd，水体迅速变浅，盆地上升为陆，有机质易受氧化，不利于有机质的堆积和

5、保存。一、一、油气生成的地质油气生成的地质环境环境1、大地构造条件、大地构造条件 长期持续下沉，伴随适当的升降，沉降速长期持续下沉，伴随适当的升降，沉降速度与沉积速度相近或稍大，可长期保持适于度与沉积速度相近或稍大，可长期保持适于生物大量繁殖和有机质沉积保存的环境，形生物大量繁殖和有机质沉积保存的环境，形成巨厚的生油岩系，有利于有机质迅速向油成巨厚的生油岩系，有利于有机质迅速向油气转化。气转化。一、一、油气生成的地质油气生成的地质环境环境 深深水水-半半深深水水湖湖泊泊是是陆陆相相生生油油岩岩发发育育的的有利区域，有利区域，近海地带的深水湖盆近海地带的深水湖盆最有利。最有利。早早白白垩垩世世的

6、的松松辽辽盆盆地地、早早第第三三纪纪的的渤渤海海湾湾盆盆地地等等都都可可能能属属于于当当时时的的近近海海湖湖盆盆，成成为湖相生油的最有利区域。为湖相生油的最有利区域。2、岩相古地理条件、岩相古地理条件一、一、油气生成的地质油气生成的地质环境环境 水体较深，水体表层处于水体较深，水体表层处于动荡回流状态，其底部水流停动荡回流状态，其底部水流停滞，由于水底有机质的分解，滞，由于水底有机质的分解，氧气又得不到及时补充，便形氧气又得不到及时补充，便形成稳定的还原环境，是有利的成稳定的还原环境，是有利的生油区。生油区。2、岩相古地理条件、岩相古地理条件 深水深水-半深水湖泊半深水湖泊能够汇聚周围河流带来

7、的大能够汇聚周围河流带来的大量陆源有机质，增加了湖泊营养和有机质数量；量陆源有机质，增加了湖泊营养和有机质数量；湖泊有一定深度的稳定水体，提供水生生物湖泊有一定深度的稳定水体，提供水生生物的繁殖发育条件。这种地区水体营养丰富，浮游的繁殖发育条件。这种地区水体营养丰富，浮游生物及藻类繁盛，往往又是河流三角洲的发育地生物及藻类繁盛，往往又是河流三角洲的发育地带，河水带来大量陆源有机质注入近海湖盆，有带，河水带来大量陆源有机质注入近海湖盆，有机质异常丰富。机质异常丰富。一、一、油气生成的地质油气生成的地质环境环境 在浅水湖泊和沼泽区在浅水湖泊和沼泽区，水体动荡，大气中的，水体动荡，大气中的氧易于进入

8、水体，不利于有机质的保存；这里的氧易于进入水体，不利于有机质的保存；这里的生物以生物以高等植物高等植物为主，有机质多属为主，有机质多属型干酪根型干酪根，一般生油潜能较差，多适于形成一般生油潜能较差，多适于形成煤煤和生成和生成天然气天然气。但在有些情况下可大量生油，如澳大利亚的吉普但在有些情况下可大量生油，如澳大利亚的吉普斯兰盆地、加拿大的斯科舍盆地、我国的吐哈盆斯兰盆地、加拿大的斯科舍盆地、我国的吐哈盆地都在煤系地层找到了石油。地都在煤系地层找到了石油。一、一、油气生成的地质油气生成的地质环境环境 2、岩相古地理条件、岩相古地理条件滨海滨海 浅海（陆鹏）浅海（陆鹏）半深海（陆坡）半深海（陆坡）

9、深海（深海平原）深海（深海平原）高能环境海水高能环境海水进退频繁进退频繁沉积物粗沉积物粗不利生物繁殖，不利生物繁殖，堆积和保存堆积和保存水体营养丰富，水体营养丰富，阳光充足阳光充足水体较安静水体较安静生物大量繁殖生物大量繁殖最有利最有利水体营养不足水体营养不足生物不发育生物不发育生物遗体下沉经历巨厚水体生物遗体下沉经历巨厚水体大部分遭到破坏，大部分遭到破坏，陆源有机质很少陆源有机质很少一、一、油气生成的地质油气生成的地质环境环境3、古气候条件古气候条件 古古气气候候条条件件直直接接影影响响生生物物的的发发育育，温温暖暖湿湿润润的的气气候候有有利利于于生生物物的的繁繁殖殖和和发发育育，是是油油气

10、气生生成成的有利条件。的有利条件。一、一、油气生成的地质油气生成的地质环境环境第三节第三节 油气生成的地质环境与理化条件油气生成的地质环境与理化条件一、油气生成的地质环境一、油气生成的地质环境二、促使油气生成的理化条件二、促使油气生成的理化条件三、有机质向油气转化的阶段三、有机质向油气转化的阶段四、低熟油与煤成油形成理论四、低熟油与煤成油形成理论不同深度沉积物中有机质与石油的元素组成（据不同深度沉积物中有机质与石油的元素组成（据C.E.ZoBell）深度深度 物质类型物质类型碳，碳，%氢，氢，%氧，氧，%氮，氮，%硫，硫，%浅浅 深深海洋腐殖泥海洋腐殖泥52630110.8近代沉积近代沉积58

11、72490.6古代沉积古代沉积739140.30.3石油石油石油石油858513130.50.50.40.40.10.1 随埋深加大，氧、氮、硫逐渐减少，随埋深加大，氧、氮、硫逐渐减少，而碳、氢相对富集。而碳、氢相对富集。二、二、促使油气生成的理化条件促使油气生成的理化条件元素元素沉积岩中的有机质，沉积岩中的有机质，%石油，石油，%碳碳52-7183-87氢氢7-1011-15氧氧15-35痕量痕量-4氮氮4-6痕量痕量-4硫硫痕量痕量-4沉积岩中有机质与石油的元素组成对比表沉积岩中有机质与石油的元素组成对比表细菌、催化剂、温度和时间细菌、催化剂、温度和时间放射性、压力放射性、压力 促使有机质

12、转化为油气的理化条件（物理、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：化学、生物化学条件）主要有：二、二、促使油气生成的理化条件促使油气生成的理化条件1、细菌作用、细菌作用在沉积末期至成岩早期：在沉积末期至成岩早期：A A1.1.作为养料，被微生物作为养料，被微生物吞食、消耗吞食、消耗2.2.细菌作用细菌作用COCO2 2、H H2 2O O、CHCH4 4（生物成因气）生物成因气）3.3.聚合、缩合聚合、缩合干酪根、少量油干酪根、少量油 细菌：分布最广、繁殖最快、适应力最强细菌：分布最广、繁殖最快、适应力最强 三类：喜氧细菌、厌氧细菌和通性细菌。三类：喜氧细菌、厌氧细

13、菌和通性细菌。在在缺缺游游离离氧氧条条件件下下，有有机机质质可可被被厌厌氧氧细细菌菌分分解解而而产产生生甲甲烷烷、氢氢气气、二二氧氧化化碳碳以以及及有有机机酸酸和和其其他他碳碳氢氢化合物。化合物。细菌作用实质：细菌作用实质：将有机质中的氧、硫、氮等杂将有机质中的氧、硫、氮等杂元素分离出来，使碳、氢，特别是氢富集起来。元素分离出来，使碳、氢，特别是氢富集起来。1、细菌作用、细菌作用 有机酵母存在时，有机质的分解比在细菌活动时快得多。在富含有机质的岩石中，特别是在富含植物残余的岩石中，酵母的活动性最大。2.催化剂作用：催化剂作用：油气生成过程中，催化剂与分散有机质作用，改变有机质的原始结构，形成结

14、构更稳定的烃类物质。有机酵母有机酵母：催化作用强，不耐高温。主要：催化作用强，不耐高温。主要：成岩早期成岩早期 由于某种物质的作用热力学反应被加速，在反应结束时，该物质能够复原，并不被消耗，此种物质称为催化剂，使热力学反应过程加速的作用称为催化作用。主要发生在中浅层主要发生在中浅层125无机盐类：无机盐类：主要分布在主要分布在粘土矿物粘土矿物 成岩中晚期成岩中晚期 蒙脱石蒙脱石型的粘土催化活力最强，高岭石型的粘土催化活力最弱。型的粘土催化活力最强，高岭石型的粘土催化活力最弱。粘土矿物是自然界分布最广的无机盐类催化剂。在实验室用粘土作催化剂，在150250下，可以使酒精和酮脱水或使脂肪酸去羧基，

15、产生类似石油的物质。粘土矿物的催化作用不仅可以降低有机质的成熟温度，促进石油生成。而且对干酪根热解烃的化学组成、产率也都有很大的影响。在相同热解温度下，粘土矿物比例不同，热解烃产率也不同。2.催化剂作用：催化剂作用：主要发生在中浅层主要发生在中浅层125 沉积有机质向油气演化的过程，是在自然条件下，主要受热力作用发生的复杂的化学反应过程。同任何化学反应一样，温度是最有效和最持久的温度是最有效和最持久的作用因素作用因素；在反应过程中，温度不足可用延长反应时温度不足可用延长反应时间来弥补，温度与时间似乎可以互为补偿间来弥补，温度与时间似乎可以互为补偿：高温短时高温短时作用与低温长时作用可能产生近乎

16、同样的效果。作用与低温长时作用可能产生近乎同样的效果。石油中石油中卟啉化合物卟啉化合物（180）和）和旋光性旋光性（330）的存在，说明）的存在，说明形成石油的温度并不太高形成石油的温度并不太高。3.3.温度和时间温度和时间 19741974年，法国学者年，法国学者J.ConnanJ.Connan提出：沉积有机质向石油转化的提出：沉积有机质向石油转化的作用符合化学动力学的一级反应作用符合化学动力学的一级反应。即：反应速度只与反应物浓反应速度只与反应物浓反应速度只与反应物浓反应速度只与反应物浓度的一次方成正比度的一次方成正比度的一次方成正比度的一次方成正比。亦就是说，在任何一瞬间，亦就是说，在任

17、何一瞬间，反应速度只与反应速度只与该物质的浓度该物质的浓度有关有关。-dCA/dt=KCA-（1）式中：式中：CA反应物（干酪根）在反应物（干酪根）在t瞬间的浓度；瞬间的浓度；t反应时间；反应时间；K反应速度常数（降解速率）；反应速度常数（降解速率）；负号负号反应物浓度随反应进行生成物增加而减少。反应物浓度随反应进行生成物增加而减少。3.3.温度和时间温度和时间阿伦纽斯（阿伦纽斯（ArrheniusArrhenius，18891889）：K=A e-E/RT式中：式中：A指数前因子（频率因子）：单位时间单位指数前因子（频率因子）：单位时间单位 容积内粒子碰撞次数（次容积内粒子碰撞次数（次/S.

18、cm3）；）；R气体常数（气体常数（8.315J/K.mol）；）；E反应物活化能；反应物活化能；T绝对温度（绝对温度（K）（）（273.15+t ）；）；e自然对数的底（自然对数的底（2.71828）3.3.温度和时间温度和时间 K值可由阿伦纽斯方程求得：若若Co反应物初始浓度（反应物初始浓度（t=o），），则：则：即lnC0A/CA=Kt ；所以：K1/t lnC0/C反应时间的自然对数与绝对温度成反比直线关系lnA-E/RT=-lnt+lnlnC0A/CAA为常数；为常数；Co/C也可视为一常数也可视为一常数 3.3.温度和时间温度和时间v1）有有机机质质热热解解生生油油的的速速率率随随

19、温温度度增增加加呈呈指指数数增增加加。当当T太太低低时时，有有机机质质热热解解速速度度很很慢慢。只只有有当当温温度达到一定值后，干酪根才开始大量转化为油气。度达到一定值后，干酪根才开始大量转化为油气。v2）有机质随埋深加大，当温度达到一定数值时，开始大量向石油转化，这个温度称生油门限温度生油门限温度。对应的深度称生油门限深度生油门限深度。3.3.温度和时间温度和时间v3）有机质热解生油过程中t与T有互补性，一定温度范围内高温短时间可与低温长时间达到同样的效果。高地温高地温有机质成熟所需时间短有机质成熟所需时间短低地温低地温有机质成熟所需时间长有机质成熟所需时间长 3.3.温度和时间温度和时间

20、3.3.温度和时间温度和时间随着有机质埋藏深度的加大，随着有机质埋藏深度的加大，当温度达到一定数值，才开始当温度达到一定数值，才开始大量转化为油气，这个对应的大量转化为油气，这个对应的温度（深度）称为门限温度温度（深度）称为门限温度（深度）。（深度）。相同的门限温度在地温较高相同的门限温度在地温较高的地区出现的较浅，而在地温的地区出现的较浅，而在地温较低的地区出现的相对较深。较低的地区出现的相对较深。同时对于温度和时间的相互补同时对于温度和时间的相互补偿关系，在温度很低的情况下，偿关系，在温度很低的情况下，时间本身并不能起作用。时间本身并不能起作用。在时间和温度综合作用下，有利于油气生成并保存

21、的盆地应该在时间和温度综合作用下，有利于油气生成并保存的盆地应该是是年轻的热盆地年轻的热盆地年轻的热盆地年轻的热盆地（地温梯度高）和（地温梯度高）和古老的冷盆地古老的冷盆地古老的冷盆地古老的冷盆地。不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系（据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，等，1984）生油岩的时代不同，生油门限温度不同。生油岩的时代不同，生油门限温度不同。干酪根类型不同，对生油门限温度也有影响。干酪根类型不同，对生油门限温度也有影响。4.4.放射性放射性 富含有机质的粘土岩中富集大量放射性物质。用射线轰击某些有机质可得到甲烷、二氧化碳和氢，轰击水可产生

22、大量游离氢和氧，氢可使有机质氢化或与二氧化碳化合生成甲烷，继续在射线轰击下可生成更重的气态烃乃至液烃。放射性元素所造成的局部地温增高将有利放射性元素所造成的局部地温增高将有利于有机质的热演化。于有机质的热演化。沉积岩中：总体上放射性元素含量很低沉积岩中：总体上放射性元素含量很低 可产生游离氢可产生游离氢 次要因素次要因素5.5.压力压力高压阻碍有机质成熟和成烃作用高压阻碍有机质成熟和成烃作用。短暂的降压有利于加速有机质的成熟。短暂的降压有利于加速有机质的成熟。在有机质向油气转化过程中，上述各条件的作用在有机质向油气转化过程中，上述各条件的作用强度不同。强度不同。细菌和催化剂细菌和催化剂都是在特

23、定阶段作用显著，加速有都是在特定阶段作用显著，加速有机质降解生油、生气；机质降解生油、生气；放射性放射性作用则可不断提供游离氢的来源；作用则可不断提供游离氢的来源；高压高压阻碍有机质成熟和成烃作用阻碍有机质成熟和成烃作用 温度与时间温度与时间在油气生成全过程中都有着重要作用。在油气生成全过程中都有着重要作用。所以，有机质向油气的转化，是在适宜的地质环所以，有机质向油气的转化，是在适宜的地质环境里，多种因素综合作用的境里，多种因素综合作用的结果。结果。二、二、促使油气生成的理化条件促使油气生成的理化条件第三节第三节 油气生成的地质环境与理化条件油气生成的地质环境与理化条件一、油气生成的地质环境一

24、、油气生成的地质环境二、促使油气生成的理化条件二、促使油气生成的理化条件三、有机质向油气转化的阶段三、有机质向油气转化的阶段四、低熟油与煤成油形成理论四、低熟油与煤成油形成理论 有机质向油气转化是在还原强还原环境下进行有机质向油气转化是在还原强还原环境下进行的。初期受细菌生物化学作用控制，中、后期受温的。初期受细菌生物化学作用控制，中、后期受温度控制。度控制。随埋深增大，温度增高随埋深增大，温度增高，有机质逐步地连续地向有机质逐步地连续地向油气转化（为一油气转化（为一连续过程连续过程）。不同深度范围促使其不同深度范围促使其转化的地质和理化条件不同，产物有明显不同，反转化的地质和理化条件不同，产

25、物有明显不同，反映了有机质向油气转化过程具有明显的映了有机质向油气转化过程具有明显的阶段性阶段性。三、三、有机质向油气转化的阶段有机质向油气转化的阶段四个逐步过渡的阶段：生物化学生气阶段沉积有机质演化的未成熟阶段 热催化生油气阶段成熟阶段 热裂解生凝析气阶段高成熟阶段 深部高温生气阶段过成熟阶段三、三、有机质向油气转化的阶段有机质向油气转化的阶段v1.埋深埋深：0-1500米米v2.温度温度：1060v3.演化阶段：演化阶段：Ro（镜质体反射率）（镜质体反射率）0.5%沉积物的成岩作用阶段沉积物的成岩作用阶段；碳化作用中的泥炭碳化作用中的泥炭-褐煤阶段；褐煤阶段；v4.4.作用因素：作用因素：

26、以生物化学作用为主；以生物化学作用为主；（一）一）生物化学生气阶段生物化学生气阶段此阶段从沉积有机质被埋藏开始至门限深度为止v 5.演化过演化过程及产物：程及产物：部分作为微生物养料部分作为微生物养料被菌解、氧化、消耗掉被菌解、氧化、消耗掉CO2、H2O；大多数大多数经经地质聚合地质聚合和和缩合缩合Kerogen（黄浅褐色（黄浅褐色）可溶单体有机质：可溶单体有机质：部分经部分经细菌生化作用细菌生化作用CO2、H2O、CH4（生物成因气）、生物成因气）、NH3少量未成熟油少量未成熟油，明显奇数碳优势明显奇数碳优势v主要产物：主要产物：生物气、干酪根、少量油生物气、干酪根、少量油（一）一）生物化学

27、生气阶段生物化学生气阶段（一）一）生物化学生气阶段生物化学生气阶段v 6.烃类组成的特征烃类组成的特征在有机质中所占的比重很小在有机质中所占的比重很小 高分子量高分子量化合物为化合物为主，显示主，显示萘和四芳萘和四芳烃双峰烃双峰 四环四环分子分子显畸显畸峰峰 高分子量高分子量正烷烃正烷烃C22C34范围范围内有明显内有明显的奇数碳的奇数碳优势优势（一）一）生物化学生气阶段生物化学生气阶段 在这个阶段生成的生物气，或称生物化学气，在这个阶段生成的生物气，或称生物化学气，甲烷含量在甲烷含量在95%95%以上，属干气；甲烷稳定碳同位素以上，属干气；甲烷稳定碳同位素值异常低，介于值异常低，介于-55-

28、55-85-85。它们可以富集成特大型气藏，埋藏深度浅，易它们可以富集成特大型气藏，埋藏深度浅，易于勘探和开发，是经济效益高的研究对象。于勘探和开发，是经济效益高的研究对象。该阶段的该阶段的镜质体反射率镜质体反射率 RoRo0.5%0.5%；干酪根颜干酪根颜色为黄浅褐褐色。色为黄浅褐褐色。（一）一）生物化学生气阶段生物化学生气阶段（二）二）热催化生油气阶段热催化生油气阶段v1.1.深度：深度：1500 1500 4000m4000mv2.2.温度：温度：6060180180v3.3.演化阶段演化阶段：后生作用阶段前期：后生作用阶段前期 （长焰煤（长焰煤-焦煤阶段焦煤阶段）有机质成熟、进入生油门

29、限有机质成熟、进入生油门限v4.4.作用因素：作用因素：热力热力+催化剂的作用催化剂的作用干酪根生成油气的主要阶段v5.5.演化过程及其产物演化过程及其产物 v 有机质大量转化为石油和湿气有机质大量转化为石油和湿气 主要生油时期：主要生油时期：“生油窗生油窗生油窗生油窗”v 随深度和温度的加大，在热力和催化剂的作用下，干酪根演随深度和温度的加大，在热力和催化剂的作用下，干酪根演化达到了成熟，大量化学键开始断裂，形成大量烃类分子。化达到了成熟，大量化学键开始断裂，形成大量烃类分子。v 沉积有机质演化达到了成熟，开始大量生成液态石油时的沉积有机质演化达到了成熟，开始大量生成液态石油时的埋藏深度和地

30、温被称为埋藏深度和地温被称为门限深度门限深度和和门限温度门限温度。（二）二）热催化生油气阶段热催化生油气阶段 产生的烃类：正烷烃碳数及分子量递减，产生的烃类：正烷烃碳数及分子量递减，中、中、低分子量的分子是正构烷烃中的主要组分，低分子量的分子是正构烷烃中的主要组分，奇数奇数奇数奇数碳优势消失碳优势消失碳优势消失碳优势消失；环烷烃及芳香烃碳原子数也递减，；环烷烃及芳香烃碳原子数也递减，多环及多芳核化合物显著减少。多环及多芳核化合物显著减少。v6.6.烃类组成的特征烃类组成的特征（二）二）热催化生油气阶段热催化生油气阶段（三）热裂解生凝析气阶段三）热裂解生凝析气阶段v1.1.深度：深度：40004

31、00060006000米；米；v2.2.温度：温度：180 180 250250v3.3.演化阶段：演化阶段：后生作用后期后生作用后期 碳化作用瘦煤碳化作用瘦煤-贫煤阶段贫煤阶段 有机质高成熟时期有机质高成熟时期v4.4.作用因素：作用因素：石油热裂解、热焦化石油热裂解、热焦化 残余干酪根继续断开杂原子官能团和侧链，生成少量残余干酪根继续断开杂原子官能团和侧链，生成少量水、二氧化碳、氮和低分子量烃类。同时由于地温水、二氧化碳、氮和低分子量烃类。同时由于地温超过了超过了液态烃存在的临界温度，液态烃存在的临界温度，已不再有液态烃生成，前期已生已不再有液态烃生成，前期已生成的液态烃类开始裂解，主要反

32、应是大量成的液态烃类开始裂解，主要反应是大量C-C键断裂，包键断裂，包括环烷的开环和破裂，括环烷的开环和破裂，C C数烃数烃低低C C数烃，液数烃，液气。干酪气。干酪根残渣结构更紧密，暗褐色。根残渣结构更紧密，暗褐色。v5.5.演化过程及其产物演化过程及其产物（三）热裂解生凝析气阶段三）热裂解生凝析气阶段v6.6.烃类组成的特征烃类组成的特征液态烃急剧减少液态烃急剧减少，C25以上高以上高分子正烷烃含量渐趋于零，只有分子正烷烃含量渐趋于零，只有少量低碳原子数的环烷烃和芳香少量低碳原子数的环烷烃和芳香烃可稳定存在；烃可稳定存在；低分子正烷烃剧低分子正烷烃剧增，主要产物是甲烷及其气态同增，主要产物

33、是甲烷及其气态同系物。系物。（三）热裂解生凝析气阶段三）热裂解生凝析气阶段此阶段此阶段烃类反应烃类反应的两种样式：的两种样式：石油热裂解石油热裂解(Cracking)(Cracking)：高温下脂肪族结构破裂高温下脂肪族结构破裂为较小分子，生成为较高氢含量的甲烷及其气态同为较小分子，生成为较高氢含量的甲烷及其气态同系物等轻烃类；系物等轻烃类；并使石油所含芳香烃浓缩集中。并使石油所含芳香烃浓缩集中。石油热焦化石油热焦化(Coking)Coking)：高温下贫氢石油高温下贫氢石油(一般以一般以含杂元素含杂元素-芳香烃为主芳香烃为主)产生缩合反应，主要形成贫产生缩合反应，主要形成贫氢的固态残渣，并使

34、石油中脂肪族相对增加而杂原氢的固态残渣，并使石油中脂肪族相对增加而杂原子减少，同时残余干酪根也变得贫氢。子减少，同时残余干酪根也变得贫氢。凝析气和湿气的大量生成，主要是与高温下石油凝析气和湿气的大量生成，主要是与高温下石油裂解有关；石油焦化及干酪根残渣热解生成的气体裂解有关；石油焦化及干酪根残渣热解生成的气体量有限。量有限。（三）热裂解生凝析气阶段三）热裂解生凝析气阶段v1.深度深度6000-7000m；v2.温度温度250；高温高压高温高压v3.变生作用阶段变生作用阶段（半无烟煤（半无烟煤-无烟煤的高度碳化阶段）无烟煤的高度碳化阶段）v5.作用因素：热变质作用因素：热变质v5.作用特点及主要

35、产物：作用特点及主要产物：已形成的液态烃和重质气已形成的液态烃和重质气态烃强烈裂解，变成热力学上最稳定的甲烷；干酪态烃强烈裂解，变成热力学上最稳定的甲烷；干酪根进一步缩聚，根进一步缩聚，H/C原子比降到很低，生烃潜力逐原子比降到很低，生烃潜力逐渐枯竭。最终干酪根将形成碳沥青或石墨。渐枯竭。最终干酪根将形成碳沥青或石墨。（四）深部高温生气阶段四）深部高温生气阶段 有机质向油气演化的过程在实验室、野外观察和深井钻探结果中都得到了证实。实验结果实验结果 中国科学院地球化学研究所对石油进行高温高压试验，发现当压力固定不变，石油随温度升高向两极明显分化，最后形成气体与固态沥青。演化过程是石油油+气油+气

36、+固态沥青+液态沥青气体+固态沥青。野外观察野外观察 如在四川盆地威远隆起震旦系白云岩中见到石油热演化的最终产物甲烷和固态沥青，后者呈不规则浸染状或粒状分布于白云岩的裂缝或洞穴中，成熟度高，通常为碳沥青和焦沥青。深井钻探深井钻探 国外近代大批超深井钻探结果显示，深层多产天然气，罕见液态石油。以上将有机质向油气转化的整个过程大致划以上将有机质向油气转化的整个过程大致划分为四个阶段，这反映油气演化的一般模式。分为四个阶段，这反映油气演化的一般模式。对不同的沉积盆地，由于其沉降历史、地温对不同的沉积盆地，由于其沉降历史、地温历史及原始有机质类型的不同，有机质向油气转历史及原始有机质类型的不同，有机质

37、向油气转化的过程不一定全都经历这四个阶段，有的可能化的过程不一定全都经历这四个阶段，有的可能只进入了前两个阶段，尚未达到第三阶段；而且，只进入了前两个阶段，尚未达到第三阶段；而且，每个阶段的深度和温度界限也有差别。每个阶段的深度和温度界限也有差别。三、三、有机质向油气转化的阶段有机质向油气转化的阶段 在地质发展史较复杂的沉积盆地，如经历过在地质发展史较复杂的沉积盆地，如经历过数次升降作用，生油岩中的有机质可能由于埋藏数次升降作用，生油岩中的有机质可能由于埋藏较浅尚未成熟就遭遇抬升，到再度沉降埋藏到相较浅尚未成熟就遭遇抬升，到再度沉降埋藏到相当深度后，方才达到了成熟温度，有机质仍然可当深度后，方

38、才达到了成熟温度，有机质仍然可以生成大量石油，即所谓以生成大量石油，即所谓“二次生油二次生油”。三、三、有机质向油气转化的阶段有机质向油气转化的阶段有机质演化及烃类形成阶段划分表有机质演化及烃类形成阶段划分表深度，深度，km温度，温度，成岩成岩阶段阶段煤阶煤阶Ro%饱粉饱粉碳化碳化程度程度干酪根干酪根颜色颜色K.Peters张厚福张厚福1981普西普西1973蒂索蒂索威尔特威尔特1984傅家谟傅家谟1975黄第藩黄第藩等，等，1991潘钟祥，潘钟祥，1986 1.5成岩成岩作用作用阶段阶段泥炭泥炭0.5黄黄色色黄黄-浅黄浅黄-褐色褐色生物化生物化学生气学生气阶段阶段热催化热催化生油气生油气阶段

39、阶段热裂解热裂解生凝析生凝析气阶段气阶段深部深部高温高温生气生气阶段阶段成成岩岩作作用用阶阶段段甲甲烷烷石石油油油油气气形形成成期期未成熟未成熟阶段阶段生物甲生物甲烷气阶烷气阶段段10-60褐煤褐煤重质油重质油轻质油轻质油阶段阶段1.5-4.0后后生生作作用用阶阶段段1.0黄黄 暗暗褐褐色色暗褐暗褐色色 深暗深暗褐色褐色深暗深暗褐色褐色成成熟熟阶阶段段低低熟熟长焰煤长焰煤气煤气煤肥煤肥煤液液态态窗窗深深成成作作用用阶阶段段油油气气成成熟熟期期低低成成熟熟60-180中中成成熟熟凝析气凝析气湿气湿气阶段阶段湿湿气气甲甲烷烷高高成成熟熟原原油油阶阶段段4.0-7.0焦煤焦煤2.0高高成成熟熟瘦煤瘦

40、煤180-250贫煤贫煤7.0-10.0变生变生作用作用阶段阶段2.5黑黑色色深暗深暗褐色褐色黑色黑色后后生生作作用用阶阶段段最最终终甲甲烷烷气气阶阶段段过过成成熟熟阶阶段段干气干气阶段阶段半无半无烟煤烟煤250-3753.0无烟煤无烟煤有有机机质质的的生生烃烃模模式式 油气有机成因模式油气有机成因模式 第三节第三节 油气生成的地质环境与理化条件油气生成的地质环境与理化条件一、油气生成的地质环境一、油气生成的地质环境二、促使油气生成的理化条件二、促使油气生成的理化条件三、有机质向油气转化的阶段三、有机质向油气转化的阶段四、低熟油与煤成油形成理论四、低熟油与煤成油形成理论 Tissot提出了干酪

41、根晚期热解生烃理论。有机质演化经历了成岩作用早期的微生物降解阶段，其中微生物的作用主要是使沉积有机质转化成为干酪根的前生，进而形成干酪根。干酪根又在进一步的埋藏及温度作用下热演化成熟生烃，当达到“生油门限”时（R0=0.5%）开始热降解生烃，随后进入生油高峰。石油主要来自不溶有机质即干酪根的晚期热降解作用。未熟低熟油的发现和研究是对干酪根晚期热降解生烃理论的补充，促使人们反思干酪根晚期热降解生烃理论模式的某种局限性，并且重新研究与认识未熟低成熟烃源岩对油气的贡献及其生烃机理。（一）低熟油及其形成机理（一）低熟油及其形成机理 自七十年代以来，在许多国家和地区相继发现了这样自七十年代以来，在许多国

42、家和地区相继发现了这样一类石油，其生物标志化合物的成熟度参数比干酪根晚期一类石油，其生物标志化合物的成熟度参数比干酪根晚期热降解成因的石油明显偏低，表明此类石油是在经受较低热降解成因的石油明显偏低，表明此类石油是在经受较低温度作用条件下形成的。温度作用条件下形成的。在我国东部渤海湾、泌阳、江汉、百色、松辽、苏北在我国东部渤海湾、泌阳、江汉、百色、松辽、苏北及西部地区的柴达木、准噶尔等盆地都发现了这种成熟度及西部地区的柴达木、准噶尔等盆地都发现了这种成熟度偏低的石油资源。偏低的石油资源。（一）低熟油及其形成机理（一）低熟油及其形成机理n低熟油：低熟油：所有非干酪根晚期热降解成因所有非干酪根晚期热

43、降解成因的各种低温早熟的非常规石油，称低熟的各种低温早熟的非常规石油，称低熟油油。n相当于干酪根生烃模式的未成熟（Ro0.5%）和低成熟（Ro=0.5-0.7%）阶段。n有机质经低温生物化学或低温化学反应生成液态烃。1.低熟油含义低熟油含义（Immature oil）n低熟油：低熟油：在生物化学和（或）低温化学在生物化学和（或）低温化学反应作用下，在有机质成岩作用阶段和反应作用下，在有机质成岩作用阶段和（或）干酪根晚期热降解生烃早期形成（或）干酪根晚期热降解生烃早期形成和排出的原油，生油母岩具有低的热演和排出的原油，生油母岩具有低的热演化程度和不同于成熟原油的有机地球化化程度和不同于成熟原油的

44、有机地球化学特征。学特征。1.低熟油含义低熟油含义（Immature oil）低熟油理论是对传统干酪根生烃理论的补低熟油理论是对传统干酪根生烃理论的补充和完善，它进一步说明了油气形成的多阶段充和完善，它进一步说明了油气形成的多阶段性和复杂性；突出强调了不同环境和母源条件性和复杂性；突出强调了不同环境和母源条件下形成的沉积有机质转化为油气所需的物理化下形成的沉积有机质转化为油气所需的物理化学条件可以明显不同，所以不能用统一的成熟学条件可以明显不同，所以不能用统一的成熟度参数来简单的划分有机质的演化阶段。度参数来简单的划分有机质的演化阶段。（一）低熟油及其形成机理（一）低熟油及其形成机理 1.1.

45、煤成油煤成油（Oil from coal ；Oil derived from coal）煤和煤系地层中集中和分散的腐殖煤和煤系地层中集中和分散的腐殖型有机质，在煤化作用过程中所生成的型有机质，在煤化作用过程中所生成的液态烃类。液态烃类。（二）煤成油的形成机理及生烃模式（二）煤成油的形成机理及生烃模式 v 腐腐殖殖煤煤的的主主要要显显微微组组分分为为镜镜质质组组，可可含含有有相相当当数量的数量的壳质组壳质组，腐泥组和惰质组含量较低。，腐泥组和惰质组含量较低。v 生油（烃）能力从大到小的顺序为：生油（烃）能力从大到小的顺序为：壳质组壳质组镜质组镜质组惰质组惰质组v煤的液态烃生成潜力取决于富富氢氢组组分分壳壳质质组组含量的多少；一些富富氢氢镜镜质质组组，如基质镜质体也可能成为煤成油的主要贡献者。2煤的显微组成及其成烃潜力煤的显微组成及其成烃潜力