第六讲 油气成因与烃源岩.ppt

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1、长江大学工程技术学院石油资源系长江大学工程技术学院石油资源系长江大学工程技术学院石油资源系长江大学工程技术学院石油资源系 胡胡胡胡 芳芳芳芳石油地质学石油地质学第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩第二章思考题1.1.名词解释：沉积有机质名词解释：沉积有机质 干酪根干酪根 2.2.沉积有机质的生化组成主要有哪些？沉积有机质的生化组成主要有哪些？3.3.按化学分类，干酪根可分为几种类型？简述其按化学分类，干酪根可分为几种类型？简述其化学组成特征。化学组成特征。1、沉积有机质：、沉积有机质：通过沉积作用进入沉积物中并被通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏下来的那部分有机质称为沉积有机质。埋藏下

2、来的那部分有机质称为沉积有机质。干酪根：干酪根：为沉积岩中所有不溶于非氧化的酸、为沉积岩中所有不溶于非氧化的酸、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。碱和非极性有机溶剂的分散有机质。2、对对沉沉积积有机有机质质来源提供最多的生化来源提供最多的生化组组成是成是类类脂脂化合物化合物、蛋白、蛋白质质、碳水化合物碳水化合物和木和木质质素素型干酪根：型干酪根：称腐泥型，富含脂肪族结构，富氢贫氧，称腐泥型，富含脂肪族结构，富氢贫氧，H/CH/C高，一般为高，一般为 1.51.51.71.7，而，而O/CO/C低，一般小于低，一般小于 0.10.1，生，生烃潜力为烃潜力为 0.40.40.70.7。型干酪根：型干

3、酪根：富含脂肪链及饱和环烷烃，也含有多环芳香富含脂肪链及饱和环烷烃，也含有多环芳香烃及杂原子官能团。烃及杂原子官能团。H/C H/C 较高，约较高，约 1.31.31.51.5，O/C O/C 较低，较低，约约 0.10.10.20.2，生烃潜力为，生烃潜力为 0.30.30.50.5。型干酪根：型干酪根：称腐殖型。富含多芳香核和含氧基团。称腐殖型。富含多芳香核和含氧基团。H/C 低，通常小于低，通常小于 1.0，而，而 O/C 高，可达高，可达 0.20.3，生烃潜力，生烃潜力为为 0.10.2。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩教学目的与教学思路教学目的与教学思路教学重点难点教

4、学重点难点掌握有机掌握有机质质成成烃烃演化的演化的阶阶段性及成段性及成烃烃模式模式油气成因油气成因现现代模式代模式第二节第二节第二节第二节 沉积有机质的沉积有机质的沉积有机质的沉积有机质的成烃演化成烃演化成烃演化成烃演化上节的内容：上节的内容：上节的内容：上节的内容：生油物质来源生油物质来源沉积有机质沉积有机质 生油母质干酪根的形成、特征及类型生油母质干酪根的形成、特征及类型问题的提出：问题的提出：问题的提出：问题的提出：随着温度、压力的增高，干酪根将会发生什么随着温度、压力的增高，干酪根将会发生什么变化？变化？一、油气成因现代模式一、油气成因现代模式 1.烃的演化烃的演化 2.油气生成的阶段

5、性及特征油气生成的阶段性及特征 3.生油理论的新进展（选讲）生油理论的新进展（选讲）二、有机质演化的主要控制因素二、有机质演化的主要控制因素温度和时间温度和时间 第二节第二节 沉积有机质的成烃演化沉积有机质的成烃演化第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 随深度增随深度增加，干酪根含加，干酪根含量的减少与可量的减少与可溶烃含量增加溶烃含量增加的对应关系密的对应关系密切切揭示了揭示了二者间的内在二者间的内在联系。联系。干酪根转化成油的中间产物干酪根转化成油的中间产物1.1.烃的演化烃的演化氯仿沥青氯仿沥青“A A”和总烃的演化和总烃的演化第二

6、章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩氯仿沥青氯仿沥青“A A”：岩石中可抽提有机质的含量，指的岩石中可抽提有机质的含量，指的是未经酸处理，直接可以经由氯仿抽提出的有机质。是未经酸处理，直接可以经由氯仿抽提出的有机质。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩烷烃的演化烷烃的演化 正构烷烃的演化正构烷烃的演化 异构烷烃的演化异构烷烃的演化 环烷烃的演化环烷烃的演化 芳香烃的演化芳香烃的演化第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩高分子量正烷高分子量正烷烃，烃，C22C34范围内具明显范围内

7、具明显的奇数碳优势的奇数碳优势高分子量化高分子量化合物为主，合物为主，显示萘和四显示萘和四芳烃双峰芳烃双峰正烷烃碳数及分子量正烷烃碳数及分子量奇数碳优势消失；环烷奇数碳优势消失；环烷烃、芳烃碳数烃、芳烃碳数第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩2.油气生成的阶段性及特征 门限温度：门限温度：随着埋随着埋藏深度的增加，当温度藏深度的增加，当温度升高到一定的数值，有升高到一定的数值，有机质才开始大量转化为机质才开始大量转化为石油，这个温度界限称石油，这个温度界限称为门限温度。为门限温度。门限深度：门限深度：与门限与门限温度相对应的深度称为温度相对应的深度称为门限深度。门限深度。第二节第二节

8、第二节第二节 沉积有机质的沉积有机质的沉积有机质的沉积有机质的成烃演化成烃演化成烃演化成烃演化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。初期受生物化学作用控制，中、后期受温度的。初期受生物化学作用控制，中、后期受温度控制。控制。随埋深增大，温度增高，有机质逐步连续地向油随埋深增大，温度增高，有机质逐步连续地向油气转化（为一连续过程）。不同深度范围促使其气转化（为一连续过程）。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，转化的地质和理化条件不同，产物有明显不同，反映了有机质向油气转化过程具有明显的阶段性。反映了有机质向油气转化过程具有明显

9、的阶段性。第二节第二节第二节第二节 沉积有机质的沉积有机质的沉积有机质的沉积有机质的成烃演化成烃演化成烃演化成烃演化四个逐步过渡的阶段：四个逐步过渡的阶段：生物化学生气阶段生物化学生气阶段沉积有机质演化的未成熟阶段沉积有机质演化的未成熟阶段热催化生油气阶段热催化生油气阶段成熟阶段成熟阶段热裂解生凝析气阶段热裂解生凝析气阶段高成熟阶段高成熟阶段深部高温生气阶段深部高温生气阶段过成熟阶段过成熟阶段（1 1）生物化学生气阶段）生物化学生气阶段（2 2）热催化生油气阶段）热催化生油气阶段（3 3）热裂解生凝析气阶段）热裂解生凝析气阶段（4 4）深部高温生气阶段）深部高温生气阶段连续过程连续过程阶段性阶

10、段性（1）生物化学生气阶段 10烃类的形成与生油岩埋藏深度的关系图解烃类的形成与生油岩埋藏深度的关系图解高分子量高分子量正烷烃正烷烃C22-C34范范围内有明围内有明显的奇数显的奇数碳优势碳优势高分子量高分子量化合物为化合物为主，萘和主，萘和多环芳烃多环芳烃双峰双峰四环分四环分子高峰子高峰（2）热催化生油气阶段（3）热裂解生凝析气阶段（4）深部高温生气阶段 分三个阶段：分三个阶段：成岩作用阶段成岩作用阶段未成熟阶段未成熟阶段 后生作用阶段后生作用阶段成熟阶段成熟阶段 变生作用阶段变生作用阶段过成熟阶段过成熟阶段第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 1.1.成岩作用阶段成岩作用阶段未成

11、熟阶段未成熟阶段 从沉积有机质被埋藏开始至门限深度为止从沉积有机质被埋藏开始至门限深度为止。地层条件：地层条件：低温（小于低温（小于50506060）、低压。低压。有机质特征：有机质特征：微生物化学作用为主，有机质以形微生物化学作用为主，有机质以形成干酪根为主，没有形成大量烃类，成干酪根为主，没有形成大量烃类，O/C大大降低，大大降低，H/C稍微下降。稍微下降。主要产物及特征：主要产物及特征：生物成因气生物成因气，有少量的烃类来有少量的烃类来自于活生物体，大部分为自于活生物体，大部分为C C1515以上的重烃，为生物标志以上的重烃，为生物标志物。正烷烃多具明显的奇偶优势。成岩作用阶段后期物。正

12、烷烃多具明显的奇偶优势。成岩作用阶段后期也可形成一些非生物成因的降解天然气以及未熟油。也可形成一些非生物成因的降解天然气以及未熟油。鉴别指标：鉴别指标：RoRo小于小于0.5%0.5%。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩2.2.后生作用阶段后生作用阶段成熟阶段成熟阶段 后生后生作用阶段为干酪根作用阶段为干酪根生成油气的主要阶段。生成油气的主要阶段。该阶该阶段从有机质演化的门限值开段从有机质演化的门限值开始至生成石油和湿气结束为始至生成石油和湿气结束为止止。按照干酪根的成熟度和按照干酪根的成熟度和成烃产物划分为两个带：成烃产物划分为两个带：生油主带生油主带（低低中成熟阶中成熟阶段段）

13、凝析油和湿气带凝析油和湿气带（高成熟高成熟阶段阶段）第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 生油主带生油主带（低中成熟阶段）：有机质特征：有机质特征：干酪根热降解作用为主，干酪根热降解作用为主，H/C大大降低。大大降低。主要产物及特征：主要产物及特征：成熟的液态石油成熟的液态石油。以中。以中低分子量的烃类为主，正烷烃中奇碳优势逐低分子量的烃类为主，正烷烃中奇碳优势逐渐消失，环烷烃和芳香烃的碳数和环数减少，渐消失，环烷烃和芳香烃的碳数和环数减少，曲线由双峰变单峰。曲线由双峰变单峰。W.C.PuseryW.C.Pusery把它称为把它称为“液态液态窗窗”或或“石油窗石油窗”。鉴别指标：鉴别

14、指标：Ro为为0.51.3%。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 凝析油和湿气带凝析油和湿气带（高成熟阶段）：有机质特征：有机质特征：高温下，剩余的干酪根和已高温下，剩余的干酪根和已经形成的重烃继续热裂解经形成的重烃继续热裂解。主要产物及特征：主要产物及特征：液态烃急剧减少，液态烃急剧减少，C C1 1C C8 8的轻烃将迅速增加。在地层温度和压力超过的轻烃将迅速增加。在地层温度和压力超过烃类相态转变的临界值时，这些轻质轻就会发烃类相态转变的临界值时，这些轻质轻就会发生逆蒸发，反溶解于气态烃之中，形成凝析气生逆蒸发，反溶解于气态烃之中，形成凝析气和更富含气态烃的湿气和更富含气态烃的

15、湿气。鉴别指标：鉴别指标：Ro为为1.32.0%。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩3.3.变质作用阶段变质作用阶段过成熟阶段过成熟阶段 有机质特征：有机质特征：埋深大、温度高，由于在埋深大、温度高，由于在成熟阶段干酪根中绝大部分可以断裂的侧链成熟阶段干酪根中绝大部分可以断裂的侧链和基团已消耗殆尽，所以石油潜力枯竭，残和基团已消耗殆尽，所以石油潜力枯竭，残余的少量烷基链，尤其是已经形成的轻质液余的少量烷基链，尤其是已经形成的轻质液态烃在高温下继续裂解形成大量的热力学上态烃在高温下继续裂解形成大量的热力学上的最稳定的甲烷。的最稳定的甲烷。干酪根的结构进一步缩聚干酪根的结构进一步缩聚形

16、成富碳的残余物质。形成富碳的残余物质。主要产物及特征：主要产物及特征：热裂解甲烷。热裂解甲烷。鉴别指标：鉴别指标：Ro2.0%。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩油气有机成因模式成岩阶段成岩阶段油气生成油气生成阶段阶段第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 对不同的沉积盆地，由于其沉降历史、地温历史及原始有对不同的沉积盆地，由于其沉降历史、地温历史及原始有机质类型的不同，有机质向油气转化的过程不一定全都经历这机质类型的不同，有机质向油气转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，尚未达到第三个阶四个阶段，有的可能只进入了前两个阶段，尚未达到第三个阶段，而

17、且每个阶段的深度和温度界限也有差别。段，而且每个阶段的深度和温度界限也有差别。3.3.干酪根成油理论的新进展干酪根成油理论的新进展未未低成熟油的成因低成熟油的成因 强还原咸化环境藻类成烃强还原咸化环境藻类成烃 盐湖相沉积有机质在低温条件下转化成烃盐湖相沉积有机质在低温条件下转化成烃 含煤岩系特殊的富氢显微组分早期成烃含煤岩系特殊的富氢显微组分早期成烃 内因：内因：有机质类型有机质类型 外因：外因：局部咸化环境、较高的地温梯度局部咸化环境、较高的地温梯度第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩定定义义：指指所所有有非非干干酪酪根根晚晚期期降降解解成成因因的的各各种种低低温温早早熟的非常规油

18、气。熟的非常规油气。3.3.干酪根成油理论的新进展干酪根成油理论的新进展 现有研究成果表明低熟油是在生物甲烷现有研究成果表明低熟油是在生物甲烷气生烃高峰之后，烃源岩中某些特定有机质，气生烃高峰之后，烃源岩中某些特定有机质，在埋藏升温达到干酪根晚期热降解大量生油在埋藏升温达到干酪根晚期热降解大量生油高峰以前，经由不同生烃机制的低温生物化高峰以前，经由不同生烃机制的低温生物化学或低温化学反应生成并释放的烃类，包括学或低温化学反应生成并释放的烃类，包括凝析油、轻质油、正常石油、重油和高凝固凝析油、轻质油、正常石油、重油和高凝固点油等。点油等。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩3.3.干酪

19、根成油理论的新进展干酪根成油理论的新进展 国外学者从地质分析和实验室研究等多国外学者从地质分析和实验室研究等多方面入手探讨了低熟油气的成因机理，并提方面入手探讨了低熟油气的成因机理，并提出了不同的假说或模式，如树脂体早期生烃、出了不同的假说或模式，如树脂体早期生烃、木栓质体早期生烃、藻类生物类脂物早期生木栓质体早期生烃、藻类生物类脂物早期生烃、干酪根早期降解生烃以及细菌作用等。烃、干酪根早期降解生烃以及细菌作用等。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩3.3.干酪根成油理论的新进展干酪根成油理论的新进展 我国地球化学界对低熟油的认识和研究我国地球化学界对低熟油的认识和研究始于始于808

20、0年代初，目前已取得了可喜的研究进年代初，目前已取得了可喜的研究进展。王铁冠等（展。王铁冠等（19951995）在国内外研究成果的）在国内外研究成果的基础上，通过对大量中国含油气盆地的实例基础上，通过对大量中国含油气盆地的实例解剖，分析了木栓质体、树脂体、细菌改造解剖，分析了木栓质体、树脂体、细菌改造陆源有机质、藻类和高等植物生物类脂物以陆源有机质、藻类和高等植物生物类脂物以及富硫大分子（非烃、沥青质和干酪根）等及富硫大分子（非烃、沥青质和干酪根）等五种不同原始母质的早期生烃机制。五种不同原始母质的早期生烃机制。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成

21、因与烃源岩第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩煤成烃的形成煤成烃的形成 煤煤成烃：成烃：煤系地层的有机质在不同的演煤系地层的有机质在不同的演 化阶段，其富氢组分所生成的气态和液化阶段，其富氢组分所生成的气态和液 态烃类。态烃类。演化特点：演化特点：沥青化作用沥青化作用 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩煤成油范围较宽而复杂，不同显微组分生烃高峰出现的条件不同，基煤成油范围较宽而复杂，不同显微组分生烃高峰出现的条件不同，基质镜质体、角质体、木栓质体、沥青质体和树脂体在镜质体反射率为质

22、镜质体、角质体、木栓质体、沥青质体和树脂体在镜质体反射率为0.40.6时就可达到生烃高峰，形成低熟油；而藻类体、角质体和孢时就可达到生烃高峰，形成低熟油；而藻类体、角质体和孢子体的生烃高峰出现在镜质体反射率为子体的生烃高峰出现在镜质体反射率为1.0附近，造成煤中液态烃的附近，造成煤中液态烃的生成具有多阶段性。生成具有多阶段性。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 有有机机质质演演化化过过程程主主要要是是一一个个生生物物化化学学和和化化学学作作用用的的过过程程，影影响响其其演演化化的的因因素素很很多多，有有温温度度、时时间间、细细菌菌、催催化化剂剂和和压压力力等等因因素素，其其中中起起

23、主主要要控控制制作作用用的的因素是因素是温度和时间温度和时间。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩二、有机质演化的主要控制因素二、有机质演化的主要控制因素温度和时间温度和时间1.1.温度温度 化学动力学定律的一级反应方程：化学动力学定律的一级反应方程：速度常数速度常数k k由阿氏方程求得：由阿氏方程求得：E E：为为活活化化能能，与与键键强强度度成成正正比比，同同温温下下，E E越越大大，反反应应越越慢慢；只只有有超超过过E E值值，才才能能反反应应，相相应应的的温温度度为为门门限限温温度度，与与有有机机质类型有关。质类型有关。T T：为为绝绝对对温温度度，决决定定其其活活化化分分子

24、子数数和和碰碰撞撞几几率率，同同活活化化能能条件下，温度增高，速度增加。条件下，温度增高，速度增加。A A：为频率因子。：为频率因子。R R：气体常数。：气体常数。C:C:干酪根浓度干酪根浓度第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩2.2.时间时间 一级反应方程积分：一级反应方程积分：阿氏方程取对数：阿氏方程取对数：上式代入下式整理得：上式代入下式整理得：反反应应时时间间的的对对数数与与反反应应温温度度成成反反比比，表表明明反应温度和时间可互补。反应温度和时间可互补。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 从以上化学定律的原理可以得出：从以上化学定律的原理可以得出：有有机机质质在

25、在反反应应过过程程中中，温温度度起起决决定定作作用用，时间有补偿作用；时间有补偿作用；时时间间的的补补偿偿是是有有限限的的，温温度度所所产产生生的的热热量应超过活化能量应超过活化能E E。压力大阻碍有机质转化，但影响不大。压力大阻碍有机质转化，但影响不大。因因此此，门门限限温温度度的的高高低低取取决决于于有有机机质质类类型型，型型 型型 型型；而而门门限限深深度度的的大大小小取取决决于地温梯度，地温梯度高，门限深度低。于地温梯度，地温梯度高，门限深度低。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 有机质开始大量转化成石油的温度叫有机质开始大量转化成石油的温度叫门限温度门限温度。它的它的高低首先取决于有机质的组分，并与有机质受热持续时高低首先取决于有机质的组分，并与有机质受热持续时间或地质年代有关，此外还受催化作用影响。间或地质年代有关，此外还受催化作用影响。思考题思考题根据油气生成的机理和产物特根据油气生成的机理和产物特征，可以把有机质生油过程划征，可以把有机质生油过程划分为哪几个阶段？分为哪几个阶段？