现代油气成因理论.ppt

《现代油气成因理论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代油气成因理论.ppt（181页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、油气来自于什么物质？油气来自于什么物质？本章要解决的问题本章要解决的问题它是如何形成的？它是如何形成的？有机说和无机说之争有无结局？有机说和无机说之争有无结局？大自然为人类准备了多少油气？大自然为人类准备了多少油气？我们为什么和怎么确定烃源岩及其生烃能力？我们为什么和怎么确定烃源岩及其生烃能力？第二章 现代油气成因理论第一节、油气成因概述第一节、油气成因概述第二节、油气生成的物质基础第二节、油气生成的物质基础第三节、早期成油说与未熟第三节、早期成油说与未熟低熟油气低熟油气第四节、关于无机生油说第四节、关于无机生油说第五节、天然气成因与相关类型第五节、天然气成因与相关类型第六节、烃源岩第六节、烃

2、源岩第七节、油气物理化学对比第七节、油气物理化学对比第一节 油气成因概述 油气生成是其中的根本性问题油气生成是其中的根本性问题石油地质学的三大研究课题石油地质学的三大研究课题油气成因、油气藏形成、油气分布规律油气成因、油气藏形成、油气分布规律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。一、油气成因有争议的原因一、油气成因有争议的原因 油气是流体，可以流动是其天然属性油气是流体，可以流动是其天然属性因此一般现今产出油气的地方往往并非油气的出生地；解决油气成因问题要涉及领域多解决油气成因问题要涉及领域多地质学科、化学学科以及其它学科极其广泛的知识领域，人们地

3、质学科、化学学科以及其它学科极其广泛的知识领域，人们对油气先体（原始母质）与油气之间的过渡形式至今缺乏明确的认对油气先体（原始母质）与油气之间的过渡形式至今缺乏明确的认识，因而难于追寻其形成的踪识，因而难于追寻其形成的踪迹。油气特别是石油的成分是非常复杂的有机混合物油气特别是石油的成分是非常复杂的有机混合物油气中的不同组分可能有不同的来历，加之其有机成分对外油气中的不同组分可能有不同的来历，加之其有机成分对外界物、化条件的变化较为敏感，在其所经历的漫长的地质历史过界物、化条件的变化较为敏感，在其所经历的漫长的地质历史过程中变数繁多，难于把握；程中变数繁多，难于把握；二、两大成因学派二、两大成因

4、学派 一、石油的无机起源学说一、石油的无机起源学说无机成油学说认为，石油是在地壳深处形成的，后来沿着深无机成油学说认为，石油是在地壳深处形成的，后来沿着深大断裂渗透到地壳上部，或者在天体形成时形成，当地壳冷凝时以大断裂渗透到地壳上部，或者在天体形成时形成，当地壳冷凝时以“烃雨烃雨”的形式降落下来，后聚集成油气藏。的形式降落下来，后聚集成油气藏。基本观点是石油是在地下高温、高压条件下形成的而非生物成因基本观点是石油是在地下高温、高压条件下形成的而非生物成因（1）在实验室，用无机）在实验室，用无机C、H元素合成了烃类；元素合成了烃类；（2）在岩浆岩内曾发现过石油、沥青；）在岩浆岩内曾发现过石油、沥

5、青；（3）在宇宙其它星球大气层中也发现有碳氢化合物存在；）在宇宙其它星球大气层中也发现有碳氢化合物存在；（4）在陨石中也发现有碳氢化合物及氨基酸等多达）在陨石中也发现有碳氢化合物及氨基酸等多达100多种；多种；（5）认为用有机观点对世界上有些大的沥青矿（如加拿大的）认为用有机观点对世界上有些大的沥青矿（如加拿大的阿萨巴斯卡沥青矿，储量达阿萨巴斯卡沥青矿，储量达856亿吨以上）不能作出令人满意亿吨以上）不能作出令人满意的解释。的解释。十九世纪中叶：俄国化学家门捷列夫（十九世纪中叶：俄国化学家门捷列夫（18761876）石油是地下深处的重金属碳化物与下渗的水相互作用所生成（碳化物说）：3FemCn

6、+4mH2OmFe3O4+C3nH8m十九世纪晚期十九世纪晚期：索柯洛索柯洛在一些天体中发现有碳氢化物，因此他认为碳氢化物是宇宙所固有的，早在地球尚处于熔融阶段时即已存在于气圈之中了；后来随着地球冷却被吸收并凝结在地壳的上部；于这些碳氢化物沿裂隙溢向地表过程中便可形成油气藏（宇宙说）。此外当时还出现过此外当时还出现过岩浆说岩浆说、火山说火山说等。等。十九世纪后半叶是石油无机起源说相当盛行的时期十九世纪后半叶是石油无机起源说相当盛行的时期。二、石油的有机起源学说二、石油的有机起源学说随着油气勘探的不断深入，越来越多的事实用无机学说无法自圆随着油气勘探的不断深入，越来越多的事实用无机学说无法自圆其

7、说，只能证明现代有机成油理论的正确性。其说，只能证明现代有机成油理论的正确性。1世界上已发现的油气田99.9%都分布在沉积岩中，只有极少数石油分布在岩浆岩和变质岩中，且这少数石油也被证明是从沉积岩中运移而来的，而与沉积岩无关的地盾和巨大的结晶岩突起发育区，至今未找到油气聚集。2石油在地层时代的分布上与煤、油页岩及有机质的分布状况相吻合的，表明它们在成因上是有联系的。3虽然世界上的石油没有成份完全相同的，但所有石油的元素组成和化合物组成是相近的或相似的，说明它们的成因可能大致相同。4大量油田测试结果可知，油层温度很少超过100，有些深部油层温度可以高达141，而当T超过250时，烃类就会发生急剧

8、而彻底的裂解，生成石墨及H2，说明石油不可能在高温下形成。5从目前发现的油气藏分析看，石油生成、聚集成藏不需很长的时间，大约需不到一百万年。6石油中含的卟啉化合物，异戊间二烯型化合物，甾醇类，石油的旋光性都证明石油是在低温下，由生物有机质生成的。7石油地质工作者对近代沉积的研究成果表明，在近代沉积中确实存在着油气生成过程，且至今还在进行着，生成的数量也很可观。并且，在实验条件下，用有机质进行地下条件模拟，转化出了烃类，这为有机成因学说提供了有力的科学依据。脂肪酸放在水蒸气中蒸馏得到了液态烷烃。对鮸鱼肝油的蒸馏中获得了相似的烷烃石油的混合物，认为脂肪酸可能是烃类的母质。1对不同的动、植物脂肪酸类

9、进行了成烃模拟实验和野外考查对不同的动、植物脂肪酸类进行了成烃模拟实验和野外考查波罗的海海滨泻湖水底由单细胞藻类组成且正在分解的腐泥，经过蒸馏得到了24.4%的腊质和沥青质液态烃和14.6%的气态烃有机成因说的证据有机成因说的证据2现代沉积物模拟石油形成现代沉积物模拟石油形成3卟啉化合物的发现卟啉化合物的发现首次发现并证实卟啉化合物广泛存在于不同年代、不同成因的含油和沥青建造中，认为卟啉化合物来自叶绿素的生物地球化学转化，是石油有机成因的重要证据。4石油具旋光性等的确认，石油有机成因的证据进一步充实。石油具旋光性等的确认，石油有机成因的证据进一步充实。石油的有机成因观点逐步得到了地质学家和地球

10、化学家的认同，石油的有机成因观点逐步得到了地质学家和地球化学家的认同，但对有机质的成烃演化过程历来存在着各种各样的假说和认识，但对有机质的成烃演化过程历来存在着各种各样的假说和认识，现代油气成因的概念即指有机成因晚期成油说现代油气成因的概念即指有机成因晚期成油说争论的焦点石油是成岩早期形成还是成岩晚期生成的，争论的焦点石油是成岩早期形成还是成岩晚期生成的，石油有机成因的早期成油说和晚期成油说石油有机成因的早期成油说和晚期成油说近来，石油有机成油理论的又一进展是煤成烃理论的发展与完善。二十世纪六十年代以来，在世界各地相继发现了一批与中、新生代煤系地层有关的油气田。煤系地层不仅是天然气的主要来源，

11、而且也能形成相当数量的石油聚集和大油田。到了二十世纪八十年代，人们通过有机岩石学与地球化学相结合的方法和实验模拟对煤成油问题进行了深入的理论探讨，提出了煤系地层有机质生烃机理和演化模式。第二节、油气生成的物质基础第二节、油气生成的物质基础有机说的核心就是认为有机说的核心就是认为油气起源于生物物质油气起源于生物物质生物物质具有生烃能力。生物物质具有生烃能力。从地球现有的生命形式看，生物物质的生物化学组从地球现有的生命形式看，生物物质的生物化学组成主要是成主要是脂类脂类、碳水化合物碳水化合物、蛋白质蛋白质和和木质素木质素。（一）生物有机质类型生物体的有机组分（一）生物有机质类型生物体的有机组分脂脂

12、类类泛指所有不溶于水但溶于脂溶剂（如乙醚、氯仿、苯泛指所有不溶于水但溶于脂溶剂（如乙醚、氯仿、苯等）的脂状物质，既包括油脂也包括固醇类、萜类、烃类等）的脂状物质，既包括油脂也包括固醇类、萜类、烃类和色素等。和色素等。饱和脂肪酸可能主要是正烷烃的母体，而不饱和脂肪酸除可生成正烷烃外还可生成环烷烃乃至苯。脂类中的萜和异戊间二稀化合物、固醇、色素等则可能是环烷烃、芳香烃和异构烷烃的母体。碳水化合物碳水化合物 亦称醣类。碳水化合物是植物的主要组成物质，包括葡萄糖、淀粉、纤维素等。碳水化合物的通式可写成Cn(H2O)m，呈单醣或单醣的聚合体形式存在。纤维素较为稳定，是煤的重要母质之一。纤维素较为稳定，是

13、煤的重要母质之一。碳水化合物被氢还原后可以得到烃类，是成油母质。但难于保存下来，在地质体中也不存在它们的原型。蛋蛋白白质质 蛋白质是组成细胞的基础物质，只要经过去羧蛋白质是组成细胞的基础物质，只要经过去羧基和去氨基后就可以形成烃类。基和去氨基后就可以形成烃类。蛋白质是生物体中氮的主要载体。所以石油蛋白质是生物体中氮的主要载体。所以石油中的含氮化合物可能与之有关。中的含氮化合物可能与之有关。蛋白质易受喜氧细菌的破坏，不利保存。因而地质体蛋白质易受喜氧细菌的破坏，不利保存。因而地质体中也不存在其原型。中也不存在其原型。木木质质素素仅存在于高等植物中，具有比纤维素更强的抗腐能仅存在于高等植物中，具有

14、比纤维素更强的抗腐能力，还有丰富的芳环结构。它们主要是成煤的重要母力，还有丰富的芳环结构。它们主要是成煤的重要母质，也可生成天然气。也有研究者认为石油中的芳烃质，也可生成天然气。也有研究者认为石油中的芳烃和沥青稀或许与之有成因联系。和沥青稀或许与之有成因联系。各生化组分与石油的平均元素组成元素组成（%）CHSNO碳水化合物446-50木质素6350.10.331.6蛋白质53711722脂类7612-12石油851310.50.5上述生物体中各生化组分的平均元素组成如表所示。上述生物体中各生化组分的平均元素组成如表所示。脂类对油气的贡献当居首位。脂类对油气的贡献当居首位。各生化组分对形成油气均

15、有不同程度的贡献，各生化组分对形成油气均有不同程度的贡献，但脂类是最有利成烃的生化组分但脂类是最有利成烃的生化组分各生化组分的元素组成、分子结构及化学稳定性各生化组分的元素组成、分子结构及化学稳定性脂类抗腐能力强，化学成分和结构都最接近于石油，脂类抗腐能力强，化学成分和结构都最接近于石油，因而历来被多数人作为最重要的成油母质。因而历来被多数人作为最重要的成油母质。就元素组成而言，相较之下，脂类只要去掉少量的氧即可转就元素组成而言，相较之下，脂类只要去掉少量的氧即可转化为石油，而碳水化合物和木质素要去掉大量的氧，蛋白质除要化为石油，而碳水化合物和木质素要去掉大量的氧，蛋白质除要去掉大量的氧外还要

16、去掉大量的氮。去掉大量的氧外还要去掉大量的氮。因而在这四类生物聚合物的因而在这四类生物聚合物的数量相等的情况下，脂类将可生成更多的烃。数量相等的情况下，脂类将可生成更多的烃。总而言之，应该说各生化组分对形成油气均有不同程度的总而言之，应该说各生化组分对形成油气均有不同程度的贡献，但普遍认为脂类是最有利成烃的生化组分。换言之，贡献，但普遍认为脂类是最有利成烃的生化组分。换言之，不同生物体中各主要生化组分的一般含量（重量%）蛋白质碳水化合物脂类木质素云杉木166429橡树叶652537针松叶6472817石松孢子842500硅藻286380浮游植物2366110挠足类6525100高等无脊椎动物7

17、020100浮游动物6022180牡蛎5533120植物主含碳水化合物而动物主含蛋白质。脂类在生植物主含碳水化合物而动物主含蛋白质。脂类在生物体中的含量变化很大，一般在动物、低等植物以物体中的含量变化很大，一般在动物、低等植物以及高等植物的某些组织中有较丰富的含量。高等植及高等植物的某些组织中有较丰富的含量。高等植物富于木质素和纤维素，物富于木质素和纤维素，对成煤意义更为重大对成煤意义更为重大。（二）沉积物（岩）中的沉积有机质（二）沉积物（岩）中的沉积有机质近近2000a2000a来黑海中有机质的估算来黑海中有机质的估算干干酪酪根根1干酪根的定义及形成过程干酪根的定义及形成过程于成岩过程中埋藏

18、，并经一系列改造可溶性有机质可溶性有机质（可溶性沥青）：（可溶性沥青）：烃，含烃，含N.S.O化合物化合物原始原始不溶性有机质不溶性有机质：干酪根干酪根（占（占A总量的总量的7090%或更多）或更多）新生沉积有机质（新生沉积有机质（A）A：vv干酪根：干酪根：是指沉积岩中不溶于碱、非氧化性酸（HF、HCI）、非极性有机溶剂（CCl4、CHCl3、苯、酒精）的分散有机质。干酪根是在成岩作用后期形成的。在生物体衰老期间已经开始了。干酪根是在成岩作用后期形成的。在生物体衰老期间已经开始了。生生 物物 体体(藻类、细菌、浮游生物和高等植物藻类、细菌、浮游生物和高等植物)死亡死亡生物有机组分生物有机组分

19、(类脂化合物、蛋白质、糖类和木质素类脂化合物、蛋白质、糖类和木质素)被其它被其它生物吞食生物吞食保存到保存到沉积物（岩）中沉积物（岩）中氧化分解氧化分解沉积有机质沉积有机质生物化学分解作用生物化学分解作用可溶有机质可溶有机质不溶有机质不溶有机质(干酪根干酪根)干干酪酪根根的的演演化化 干酪根是沉积有机质的主体，沉积有机质中的含干酪根是沉积有机质的主体，沉积有机质中的含量量 可占可占70-90%70-90%，甚至更高，甚至更高。沉积有机质中各组分的平均含量（ppm）烃类沥青干酪根现代沉积物6578117500泥质50060020100碳酸盐岩34040021002干酪根的成分和结构干酪根的成分和

20、结构根据化学分析，干酪根是由根据化学分析，干酪根是由C、H、S、N、O元元素组成，一般含素组成，一般含C量为量为65-85%，含，含H量为量为4-8%，其含量比例平均为其含量比例平均为C H O N=87 7 10 2详细观察发现，干酪根是由可辨认的详细观察发现，干酪根是由可辨认的植物颗粒植物颗粒、前期降解、前期降解的的分散有机质分散有机质以及以及次生的沥青质次生的沥青质（孢粉切片中观察到的片（孢粉切片中观察到的片状非晶质物）组成。状非晶质物）组成。另外，干酪根中还见有另外，干酪根中还见有微量微量由植物或动物合成的由植物或动物合成的特殊有机物特殊有机物，如链烷、脂肪酸、萜烷、甾烷、卟啉和直链烃

21、，如链烷、脂肪酸、萜烷、甾烷、卟啉和直链烃，经历了有机质的分解作用和成岩作用后未被破坏的地球化学标志经历了有机质的分解作用和成岩作用后未被破坏的地球化学标志物包含在干酪根中。物包含在干酪根中。2.2 2.2 干酪根的干酪根的干酪根的干酪根的结结构构构构绿河河页岩岩干干酪酪根根结构构图解解 干酪根的结构呈干酪根的结构呈三维网状系统，由多三维网状系统，由多个核被桥键和各种官个核被桥键和各种官能团联接而成。能团联接而成。A-微弱演化；微弱演化；B-强烈演化强烈演化 干酪根一词首先是由干酪根一词首先是由BrownBrown（19121912）提出的，原意是指苏）提出的，原意是指苏格兰页岩中经蒸馏分解出

22、的油状物质，后来转义为能产生油状格兰页岩中经蒸馏分解出的油状物质，后来转义为能产生油状物质的有机质，因此把干酪根称作油母质。物质的有机质，因此把干酪根称作油母质。所谓有机质生油很大程度上就所谓有机质生油很大程度上就是是干酪根向沥青和烃类干酪根向沥青和烃类转化的过程，转化的过程，岩石中的干酪根是生成油气的基本源岩石中的干酪根是生成油气的基本源泉。泉。岩石中的干酪根是生成油气的基本源泉。干酪根是地球上有机质分布最广泛的形式，是煤和液态石油的1,000倍和非储集岩岩石中分散天然沥青的50倍（Hunt，1972；TissotWelte，1978）。干酪根是最主要的原始成烃物质，但并非原始成烃物质的全部

23、。形成油气的原始物质是沉积有机质，而不仅是干酪根。图：干酪根数量与化工燃料最大：干酪根数量与化工燃料最大资源的比源的比较3.3.干酪根的分布干酪根的分布4.干酪根的类型和演化干酪根的类型和演化干酪根是有机质的主体，所以干酪根的类型基本上代表干酪根是有机质的主体，所以干酪根的类型基本上代表了有机质的类型。了有机质的类型。4.1 4.1 化学分类化学分类蒂索（蒂索（1974）按）按H/C和和O/C原子比用图解法将原子比用图解法将干酪根划分为三个类型干酪根划分为三个类型关于干酪根的类型关于干酪根的类型一是按化学方法，二是用光学方法划分。一是按化学方法，二是用光学方法划分。型干酪根型干酪根：型干酪根型

24、干酪根：型干酪根型干酪根：H/C原子比高，原子比高，O/C原子比低，以链状结构较多为特征。富含原子比低，以链状结构较多为特征。富含脂类化合物，只含少量多环芳香烃和含氧官能团，主要来源于水脂类化合物，只含少量多环芳香烃和含氧官能团，主要来源于水生低等浮游生物，生烃潜力大。生低等浮游生物，生烃潜力大。H/C和和O/C原子比介于上述二类之间，属混合型或过渡型干原子比介于上述二类之间，属混合型或过渡型干酪根。其生烃潜力视其接近酪根。其生烃潜力视其接近型或是接近型或是接近型而异。型而异。H/C原子比低，原子比低，O/C原子比高，以芳香结构多为特征。主原子比高，以芳香结构多为特征。主要来源于富含木质素和碳

25、水化合物的陆生高等植物，多为异要来源于富含木质素和碳水化合物的陆生高等植物，多为异地有机质。生油潜力小，但可生成天然气。地有机质。生油潜力小，但可生成天然气。干酪根类型及其演化图由图可见，随着演化程度的加深，三种干酪根的元素组成都向由图可见，随着演化程度的加深，三种干酪根的元素组成都向富碳方向敛合，富碳方向敛合，H、O含量均不断降低，所以当演化程度很高时其含量均不断降低，所以当演化程度很高时其类型难以明确区分。类型难以明确区分。三类干酪根三类干酪根的原始化学成的原始化学成分结构有明显分结构有明显区别区别型干酪根轨型干酪根轨迹起点附近，迹起点附近，含大量脂肪族含大量脂肪族烃机构烃机构型干酪根型干

26、酪根轨迹起点附近，轨迹起点附近，具多环饱和烃具多环饱和烃结构为特征结构为特征型干酪根型干酪根轨迹起点附近，轨迹起点附近，大部分由带含大部分由带含氧官能团的多氧官能团的多环芳香烃结构环芳香烃结构组成组成炭质泥岩腐泥型（型）干酪根炭质泥岩混合型（2型）干酪根炭质泥岩混合型（2型）干酪根炭质泥岩腐植型（型）干酪根干酪根类型及其性质脂肪族含芳香的脂肪族含脂肪的芳香族芳香族脂肪族化合物含量（%）909050501010芳香族化合物含量（%）191050509090H/C原子比1.251.2511.00.850.85O/C原子比0.80.811.01.51.5热失重（600）（%）8585-5050-30

27、30生油潜力优（0.8）良（0.8-0.5）差(0.5-0.2)极差（0.2贵阳地化所按干酪根的化合物组成分出脂肪族、含芳香脂肪族、含脂肪贵阳地化所按干酪根的化合物组成分出脂肪族、含芳香脂肪族、含脂肪芳香族和芳香族四种类型芳香族和芳香族四种类型4.24.2光学分类光学分类包括在包括在透射光下的孢粉学方法的划分透射光下的孢粉学方法的划分和在和在反反射光下煤岩学射光下煤岩学划分。划分。参照孢粉学研究方法，将经过酸解和浮选分离出来的干参照孢粉学研究方法，将经过酸解和浮选分离出来的干酪根置于显微镜透射光下划分出酪根置于显微镜透射光下划分出无定形絮质无定形絮质、藻质藻质、草质草质、木质木质和和煤质煤质五

28、种组分。五种组分。生油潜能生油潜能：藻质藻质无定形絮质无定形絮质草质草质木质木质煤质煤质依次减小依次减小干酪根类型的各种划分及其地质含义干酪根类型的各种划分及其地质含义类型类型划分依据划分依据腐腐泥泥成成分分腐腐植植成成分分按煤岩学按煤岩学（反射光）（反射光）壳壳质质组组镜镜质质组组惰惰性性组组按孢粉学按孢粉学（透射光）（透射光）絮絮质质藻藻质质草草质质木木质质煤煤质质按按H/C和和O/C原子比原子比、按化合物按化合物脂脂肪肪族族含芳香脂肪含芳香脂肪族族含脂肪芳香含脂肪芳香族族芳芳香香族族物质来源物质来源海洋、湖泊海洋、湖泊陆地陆地陆地陆地陆地、再沉陆地、再沉积积成矿意义成矿意义石油、油页岩、

29、腐泥煤石油、油页岩、腐泥煤油、气油、气气、腐植煤气、腐植煤无油、痕量无油、痕量气气5 5 5 5 干酪根的显微组成干酪根的显微组成干酪根的显微组成干酪根的显微组成 以透射光为基础的干酪根显微组分分类 各各显微微组分的来源及生油潜力分的来源及生油潜力丝炭化的木质纤维，来源于森林火灾、再沉积有机质，相对富O惰质组惰质组植物的结构和无结构木质纤维，来自高等植物镜质组镜质组陆生植物的孢子、花粉、角质层、树脂、蜡和木栓层等，相对富H壳质组壳质组反反射射率率增增高高生生油油潜潜力力降降低低藻类和其它低等水生生物及细菌。腐泥化产物，相对富H腐泥组腐泥组反射反射率率生油生油潜力潜力原始有机质原始有机质显微组显

30、微组分分丝炭化的木质纤维，来源于森林火灾、再沉积有机质，相对富O惰质组惰质组植物的结构和无结构木质纤维，来自高等植物镜质组镜质组陆生植物的孢子、花粉、角质层、树脂、蜡和木栓层等，相对富H壳质组壳质组反反射射率率增增高高生生油油潜潜力力降降低低藻类和其它低等水生生物及细菌。腐泥化产物，相对富H腐泥组腐泥组反射反射率率生油生油潜力潜力原始有机质原始有机质显微组显微组分分藻藻类体（腐泥体（腐泥组）孢子体子体1（来自菌（来自菌类），），角角质体（壳体（壳质组）木栓体（壳木栓体（壳质组）结构构镜质体体1（多无（多无荧光）光）胶胶质镜质体体丝质体（惰质组）（亮点：无机矿物）一般说来，陆源有机质丰富的干酪根

31、主要生成一般说来，陆源有机质丰富的干酪根主要生成石蜡基石油石蜡基石油。而海洋湖泊原地有机质丰富的干酪根主要生成而海洋湖泊原地有机质丰富的干酪根主要生成环烷基石油环烷基石油。碳酸盐岩多含无定形干酪根，有利于生成环烷烃。碳酸盐岩多含无定形干酪根，有利于生成环烷烃。干酪根的组成不仅关系到生烃潜力的大小，而干酪根的组成不仅关系到生烃潜力的大小，而且涉及到生成石油的类型且涉及到生成石油的类型。沉积有机质是生烃的原始物质沉积有机质是生烃的原始物质有机质的丰度（含量）反映了岩石中有机质的数量（浓度），有机质的丰度（含量）反映了岩石中有机质的数量（浓度），干酪根类型则代表了有机质的质量。干酪根类型则代表了有机

32、质的质量。复习复习1生成油气的沉积有机质有那些类型2干酪根的概念3以反射光下的煤或干酪根的显微组分分类第三节、油气生成的地质环境和物理化学条件第三节、油气生成的地质环境和物理化学条件生物有机质的存在及数量的多少生物有机质的存在及数量的多少，是油气生成的内在物质基础；，是油气生成的内在物质基础；要生成大量的油气还要靠外部条件要生成大量的油气还要靠外部条件有机质转化为石油烃类，其堆积、保存和转化过程必须处于适有机质转化为石油烃类，其堆积、保存和转化过程必须处于适宜的地质环境沉积盆地宜的地质环境沉积盆地原始有机质的堆积、保存和转化过程必须在还原条件下进行，而还原始有机质的堆积、保存和转化过程必须在还

33、原条件下进行，而还原环境的形成及其持续时间的长短受当时的地质及能源条件所制约原环境的形成及其持续时间的长短受当时的地质及能源条件所制约3.1油气生成的地质环境油气生成的地质环境 要生成大量的油气，必须有足够的生物有机质，这就要求必须要有利于生物的大量生长和繁殖的环境。另一方面，有机质在陆地表面易被氧化，不易保存，需要有保存条件。还要求有利于有机质大量向油气转化的地质条件。这种有利于有机质大量堆积、保存和转化的地质环境受区域大地构造和岩相古地理条件的控制。有利于有机质堆积、保存、转化的地质环境必须要有：有利于有机质堆积、保存、转化的地质环境必须要有：长长期期稳稳定定下下沉沉大大地地构构造造背背景

34、景（V V沉沉积积V V沉沉降降）；较快的沉积（堆积）速度；较快的沉积（堆积）速度；足够数量和一定质量的原始有机质；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、前三角洲浅海封闭环境，半深深湖、前三角洲 适当的受热和埋藏史。适当的受热和埋藏史。3.1油气生成的地质环境油气生成的地质环境3.1油气生成的地质环境油气生成的地质环境3.1.1大地构造条件大地构造条件3.1.2岩相古地理条件岩相古地理条件3.1.3古气候条件古气候条件3.1.1大地构造条件大地构造条件为确保水体有利生物繁盛的古地理环境的长期存在和沉积物长为确保水体有利生物

35、繁盛的古地理环境的长期存在和沉积物长期处于还原环境，地壳必须有一个期处于还原环境，地壳必须有一个持续下沉的大地构造环境持续下沉的大地构造环境；同时；同时长期持续下沉的大地构造背景，又需要得到长期持续下沉的大地构造背景，又需要得到沉积物的相应补偿沉积物的相应补偿。首先在地质历史上只有哪些曾发生过持续下沉的沉积盆地才是有利于生物生长的环境，才有沉积物的沉积，才能为油气生成、运聚提供有利场所。长期、持续稳定下降的沉积盆地长期、持续稳定下降的沉积盆地沉积速度沉降速度沉积速度沉降速度水体迅速变浅，盆地上升水体迅速变浅，盆地上升为陆地沉积物暴露于地表不为陆地沉积物暴露于地表不利于有机质堆积、保存利于有机质

36、堆积、保存沉积速度沉降速度沉积速度沉降速度水体急剧变深，有机质容水体急剧变深，有机质容易遭巨易遭巨厚水体所含氧的破坏厚水体所含氧的破坏不利于有机质保存不利于有机质保存沉积速度沉积速度沉降速度沉降速度丰富的沉积有机质、埋藏深丰富的沉积有机质、埋藏深度大、地温梯度大、生储广度大、地温梯度大、生储广泛接触迅速向油气转化的地泛接触迅速向油气转化的地质环境质环境3.1.2岩相古地理条件岩相古地理条件具有足够数量和适当质量的有机质是油气生成的物质基具有足够数量和适当质量的有机质是油气生成的物质基础。础。首先需要首先需要水体中有大量水生生物的繁殖水体中有大量水生生物的繁殖，以作为有机质供给，以作为有机质供给

37、之源泉；之源泉；丰富的有机质堆积和保存是油气生成的重要前提，这就需要丰富的有机质堆积和保存是油气生成的重要前提，这就需要相对宁静的沉积水体相对宁静的沉积水体和和较为稳定的还原环境较为稳定的还原环境。一般说来，。一般说来，浅浅海盆地海盆地和具有一定深度的和具有一定深度的内陆湖泊内陆湖泊，是上述条件可能得以兼，是上述条件可能得以兼备的较为理想的古地理环境。备的较为理想的古地理环境。滨海滨海 浅海（陆棚）浅海（陆棚）半深海（陆坡）深海（深海平原）半深海（陆坡）深海（深海平原）高能环境、海水高能环境、海水进退频繁，沉积进退频繁，沉积物粗不利于繁殖物粗不利于繁殖、堆积和保存。、堆积和保存。水体营养丰富，

38、阳水体营养丰富，阳光充足、水体较安光充足、水体较安静，最有利于生物静，最有利于生物大量繁殖。大量繁殖。水体营养不足、生物不发育，水体营养不足、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氧化，而且陆源大部分遭到氧化，而且陆源有机质很少。有机质很少。能还原环境能还原环境有利于有机质保存的低有利于有机质保存的低有机物丰富的水体有机物丰富的水体深度适当、面积较大、深度适当、面积较大、有利的岩相、古地理环境有利的岩相、古地理环境：海相：海相：浅海、三角洲相（波斯湾、墨西哥湾含油气盆地）（波斯湾、墨西哥湾含油气盆地）陆相：陆相：深湖、半深湖相（松辽、渤海湾）（松辽、渤海湾）深度

39、适当、面积较大、有机质丰富的水体、低等还原环境深度适当、面积较大、有机质丰富的水体、低等还原环境大陆环境的深水、半深水湖泊是陆相生油岩发育区域。因为一大陆环境的深水、半深水湖泊是陆相生油岩发育区域。因为一方面湖泊能够汇聚周围河流带来的大量陆源有机质，增加了湖泊营方面湖泊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；另一方面湖泊有一定深度的稳定水体，提供水生养和有机质数量；另一方面湖泊有一定深度的稳定水体，提供水生物的繁殖发育条件。特别是近海地带深水湖盆，更是最有利的生油物的繁殖发育条件。特别是近海地带深水湖盆，更是最有利的生油坳陷，因为那儿地势低洼、沉降较快，能长期保持深水

40、湖泊环境，坳陷，因为那儿地势低洼、沉降较快，能长期保持深水湖泊环境，保持安静的还原环境。保持安静的还原环境。总之，地质历史中的总之，地质历史中的前三角洲前三角洲、泻湖泻湖、海湾海湾及其它带有及其它带有封闭性质的坳封闭性质的坳陷区陷区，是最有利的海域古地理环境。此外近些年来有人发现，某些，是最有利的海域古地理环境。此外近些年来有人发现，某些陆坡陆坡部分也有相当丰富的有机质沉积，这是值得注意的新情况。部分也有相当丰富的有机质沉积，这是值得注意的新情况。关于关于古气候条件古气候条件是针对陆相盆地生油问题提出来的。一般认是针对陆相盆地生油问题提出来的。一般认为只有在温暖潮湿的气候条件下，湖盆才能保持一

41、定深度的水体为只有在温暖潮湿的气候条件下，湖盆才能保持一定深度的水体及生物发育的繁盛。但若为补给充足的汇水盆地，即使气候干燥及生物发育的繁盛。但若为补给充足的汇水盆地，即使气候干燥或半干燥，湖盆也可保持一定深度的水体，使生物在一定时期内或半干燥，湖盆也可保持一定深度的水体，使生物在一定时期内得以继续繁殖和保存，使之具备油气生成的物质基础。得以继续繁殖和保存，使之具备油气生成的物质基础。潮湿气候下可以造成有利的生烃环境，干燥或半干燥气候潮湿气候下可以造成有利的生烃环境，干燥或半干燥气候条件在一定时期内仍具有生成油气的可能性。如：柴达木盆地条件在一定时期内仍具有生成油气的可能性。如：柴达木盆地3.

42、1.3古气候条件古气候条件大地构造条件是根本的，它控制着岩相古地理及古气候特征大地构造条件是根本的，它控制着岩相古地理及古气候特征 有机质演化形成油气是一个比较复杂和漫长的生物化学和有机质演化形成油气是一个比较复杂和漫长的生物化学和化学过程。化学过程。其中促使有机质转化成烃的因素主要有其中促使有机质转化成烃的因素主要有 细菌细菌、温度温度、时间时间和和催化剂催化剂，在不同的演化阶段起主导作用的因素不尽相同。在不同的演化阶段起主导作用的因素不尽相同。3.2物理化学条件物理化学条件3.2.1温度和时间温度和时间温度对有机演化成烃有重要作用。温度对有机演化成烃有重要作用。烃类显著地增长出现在1,37

43、0m深（65）处，于2,200m（90）达到最大值，尔后反而下降，至3,000m（115）基本终止了生油过程。是在较高温度下裂解为是在较高温度下裂解为低分子产物所致。低分子产物所致。生油门限温度为72，生油高峰约为90，生油结束约为150。生油数量开始显著增长生油数量开始显著增长时的温度叫做时的温度叫做门限温度门限温度。对应的深度叫做对应的深度叫做门限深度门限深度温度与深度的关系取决于温度与深度的关系取决于地温梯度地温梯度。门限温度的高低主要与有机质受热持续时间或地质时代有门限温度的高低主要与有机质受热持续时间或地质时代有关，此外还与有机质类型和催化作用有关。关，此外还与有机质类型和催化作用有

44、关。门限温度意味着有机质开始走向成熟，进入主要生油阶段。门限温度意味着有机质开始走向成熟，进入主要生油阶段。时间本身不能单独起作用，但在有机质的热降解演化过时间本身不能单独起作用，但在有机质的热降解演化过程中，时间却是一个不可忽略的因素。程中，时间却是一个不可忽略的因素。与温度相比，时间居于次要地位；与温度相比，时间居于次要地位；生油层的年代越久远，受热时间越漫长，门限温度就越低。生油层的年代越久远，受热时间越漫长，门限温度就越低。石油生成的时-温关系(据Connan,1974,引自Hunt,1979)1-巴西亚马逊盆地；2-法国巴黎盆地；3-法国阿奎特因盆地；4-西非阿尤恩地区；5-喀麦隆杜

45、阿拉盆地；6-新西兰塔拉纳基盆地；7-法国卡马格盆地；8-新西兰塔拉纳基盆地；9-美国洛杉矶盆地；10-美国文图拉盆地；11-法国阿奎特因盆地沉积有机质的时代新沉积有机质的时代新，生油门限温度越高生油门限温度越高；时代越老时代越老门限温度越低门限温度越低。地温梯度高的地区，有机质不用埋藏太深就可以转化为石油和天然气。在地温梯度很低的地区，有机质埋藏很深才能大量转化为油气。有机质类型不同，其有机质成熟度的温度也不同。否则，或没有达到成熟阶段，或已达破坏阶段，对油气勘探均不利。有利于油气生成并保存的盆地应为年轻的热盆地和古老的冷盆地。3.2.2细菌细菌 细菌可使原始生物物质中的许多组分被氧化和分解

46、。细菌可使原始生物物质中的许多组分被氧化和分解。沉积有机质经细菌作用后，以沉积有机质经细菌作用后，以气态和溶解态气态和溶解态移走氮、硫、氧和移走氮、硫、氧和磷等杂原子的有机质，使其碳、氢相对富集，从而在整体上成为更磷等杂原子的有机质，使其碳、氢相对富集，从而在整体上成为更接近于石油样的物质。接近于石油样的物质。细菌本身也是良好的生油原始材料。细菌本身也是良好的生油原始材料。按照生活习性，可分为三类按照生活习性，可分为三类呼吸作用呼吸作用 发酵作用酵作用3.2.3催化剂催化剂催化剂可使不饱和烃发生聚合及使石蜡烃芳构化。催化剂可使不饱和烃发生聚合及使石蜡烃芳构化。在干酪根成烃反应中的作用主要是降低

47、反应所需的活化能，在干酪根成烃反应中的作用主要是降低反应所需的活化能，从而增加活化分子的百分率，以产生增加反应产物的效应。从而增加活化分子的百分率，以产生增加反应产物的效应。在自然界有机质向油气转化过程中，主要存在在自然界有机质向油气转化过程中，主要存在2类催化剂类催化剂无机最主要的是粘土矿物：蒙脱石、伊利石等蒙脱石、伊利石等有机酵母：动植物与微生物产生的一种胶体物质，催化作用强，但不耐高温。有机质有机质 脂肪酸脱去羧基脂肪酸脱去羧基 类似石油的物质类似石油的物质150250粘土粘土蛋白质蛋白质 酵酵 母母 氨基酸氨基酸碳水化合物碳水化合物 单糖单糖催化作用催化作用主要发生在主要发生在中浅层中

48、浅层，地温，地温125。正十六烷热裂解和催化裂解所需要的时间(据Goldstein,1980)用高活力催化剂在用高活力催化剂在100下裂解正十六烷下裂解正十六烷只需要几个月，只需要几个月，用低活力催化剂则需用低活力催化剂则需要要1000年，年，而不用催化剂单纯的而不用催化剂单纯的热解所需时间已超过热解所需时间已超过了地球的年龄了地球的年龄。3.2.4放射性放射性放射性作用可能是促使有机质向油气转化的能源之一。主要放放射性作用可能是促使有机质向油气转化的能源之一。主要放射性元素有铀、钍和钾。在砂岩和砾岩中的重矿物组份中，这些射性元素有铀、钍和钾。在砂岩和砾岩中的重矿物组份中，这些放射性元素含量高

49、；钾放射性元素含量高；钾K40在化学盐类含量高；铀和钍在页岩、在化学盐类含量高；铀和钍在页岩、粘土岩、泥灰岩及其它含大量胶体团块的岩石中含量最大。粘土岩、泥灰岩及其它含大量胶体团块的岩石中含量最大。3.2.5压力压力 一般认为，高压对于实体及增大的裂解反应是不利的一般认为，高压对于实体及增大的裂解反应是不利的它可以阻止液态裂解为液态烃。它可以阻止液态裂解为液态烃。如华盛顿油田、巴尔湖油田地层温度均超过200，仍为油藏。可见压力对油气的形成及转化可以起到某些作用。对有机质演化成烃最主要的因素是温度和时间，次为催对有机质演化成烃最主要的因素是温度和时间，次为催化剂，细菌只在有机质演化的早期阶段起重

50、要作用化剂，细菌只在有机质演化的早期阶段起重要作用.在有机质向油气转化的过程中，不同物化条件的作用强度在有机质向油气转化的过程中，不同物化条件的作用强度不同。细菌和催化剂都是在特定阶段作用显著，加速有机质降不同。细菌和催化剂都是在特定阶段作用显著，加速有机质降解生油、生气；放射性作用则可不断提供游离氢的来源；解生油、生气；放射性作用则可不断提供游离氢的来源；只有温度与时间在油气生成全过程中都有着重要作用。只有温度与时间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，是在适宜的地质环境里，多所以，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结果。种因素综合作用的结果。