第1講 現(xiàn)代油氣生成理論

1、 一 . 干酪根熱降解成烴理論 二、低熟油形成理論 三、煤成油形成及特點 四、現(xiàn)代油氣成因模式 五、碳酸鹽巖生烴問題第一講 現(xiàn)代油氣成因理論 一 . 干酪根熱降解成烴理論 要點： 在成巖作用晚期，有機質主要由干酪根組成，熱降解形成大量油氣； 干酪根是石油的主要前驅物質； 沉積巖必須達到一定埋深（溫度），即門限深度（溫度），才能大量生成石油； 油氣生成數(shù)量取決于干酪根的類型及其所經(jīng)歷的地質時間和溫度。 第一講 現(xiàn)代油氣成因理論近代和古代沉積物中烴含量的差異 將油氣生成、有機質演化分為四個階段: (1)生物化學生氣階段 (2)熱催化生油氣階段 (3)熱裂解生凝析氣階段 (4)深部高溫生氣階段 大量

2、石油生成于一定埋藏深度（地溫）區(qū)間（生油窗）內。烴類的形成與生油巖埋藏深度的關系的一般圖解有機質演化的一般模式有機質演化的一般模式 該理論產(chǎn)生了一系列實用性很強的地化參數(shù)及研究方法:如 (1)成烴演化階段的劃分及生油窗的確定， (2)成烴潛力三要素：有機質豐度、類型和成熟度； (3)有效烴源巖的識別、油源判識；不同時代的幾種生油巖中主要生油帶的起不同時代的幾種生油巖中主要生油帶的起始溫度與埋藏深度的比較始溫度與埋藏深度的比較 干酪根熱降解成烴理論在勘探中卓有成效。 存在問題： （1）忽略了成巖-深成作用早期沉積巖中可溶有機質對油氣形成的的貢獻； （2）不能很好地解釋在生油門限以上形成的大量未熟

3、石油。 1. 低熟油基本概念 （Immature oil） 低熟油：所有非干酪根晚期熱降解成因的各種低溫早熟的非常規(guī)石油。 （未熟-低熟油） 由可溶有機質經(jīng)低溫生物化學或低溫化學反應生成。 相當于干酪根生烴模式的未成熟（Ro0.5%）（未熟油）和低成熟（Ro=0.5-0.7%）（低熟油）階段。二.低熟油形成理論 各種顯微組分的熱穩(wěn)定性與生烴活化能不同，生烴時間和生烴潛力不同。 若源巖有機質中存在大量化學性質不穩(wěn)定、活化能較低的富氫顯微組分，可生成低熟油。2、低熟油生成的物質基礎 （1）樹脂體早期生烴 植物分泌出樹脂，隨沉積物埋藏，樹脂可轉化成樹脂體。 樹脂體可在低溫條件下率先早期生烴。3、低熟

4、油形成機理 （2）木栓質體早期生烴 木栓質體來源于高等植物，在低熱條件下，發(fā)生低活化能的化學反應，生成并釋放以鏈狀結構為主的烴類。 （3）細菌改造陸源有機質早期生烴 細菌作用對陸源有機質進行降解改造，提高富氫程度和“腐泥化”程度，使有機質熱降解生烴反應所需活化能降低，有利于生成低熟油氣。 （4）高等植物蠟質早期生烴 高等植物蠟質易于水解形成長鏈脂肪酸和長鏈脂肪醇。在低溫階段，經(jīng)脫官能團形成原油中C22+正構烷。 （5）藻類類脂物早期生烴 藻類以蛋白質和脂肪物質含量高為特征。 藻生物類脂物結構簡單，在低溫還原條件下，可轉化成鏈烷烴和環(huán)烷烴。 （6）富硫大分子有機質早期降解生烴 干酪根中不同原子間

5、的鍵能: SS：250kj/mol, SC：275kj/mol, CC：350kj/mol. SS和SC鍵易斷裂，富硫大分子可早期低溫降解形成低熟油。低熟油的形成的地質模式低熟油的形成的地質模式吐哈盆地東海盆地低熟油的形成的地質模式低熟油的形成的地質模式蘇北金湖凹陷臨清坳陷板橋凹陷東營凹陷沙四上亞段烴源巖的烴類生成模式圖 4、低熟油的地球化學特征 一般為重質油，也有凝析油和輕質油。 飽和烴含量較低，非烴和瀝青質含量較高，飽/芳比低。 甾烷的立體異構化程度低，如 C29甾烷20S/(20S+20R) 小于0.4為低熟油,小于0.2為未熟油。 5. 低熟油的分布特征 分布廣泛，多與陸相沉積或陸源有

6、機質有關。具有早期生烴和分期生烴特點。 不是每個盆地都有低熟油，必須具備特定的有機母質和適宜的沉積-成巖環(huán)境，才能形成低熟油。 湖盆范圍小，鄰近物源區(qū)，有機質搬運距離短，沉積速率高，有利于各種沉積有機質的堆積和保存。低熟油的各種沉積低熟油的各種沉積成巖環(huán)境成巖環(huán)境 1. 煤成油的基本概念 煤和煤系地層中分散和集中的陸源有機質，在煤化作用過程中生成的液態(tài)烴。 Oil from coal Oil derived from coal三. 煤成油形成及特點 煤系烴源巖特點：有機碳含量高，可溶有機質含量偏低 與湖相泥質烴源巖相比，煤和含煤巖系相對貧氫，在煤化作用過程中所產(chǎn)生的主要是低分子量的烴類。 多數(shù)

7、情況下，煤系和氣藏相聯(lián)系。 澳大利亞的吉普斯蘭盆地、印度尼西亞的庫特盆地、北海默里盆地發(fā)現(xiàn)了與中、新生界煤系地層有關的重要油氣田； 吐哈盆地也發(fā)現(xiàn)了與侏羅系煤系地層有關的大油田。 煤系地層不僅能生成天然氣，也生油； 在特定的地質條件下，煤成油可從煤系烴源巖中運移出來并聚集成藏，甚至形成大油田。 2煤的顯微組分及其生烴潛力 煤生成液態(tài)烴的能力大小，與煤的類型和顯微組分組成密切相關。 富氫的顯微組分具有更大的液態(tài)烴生成潛力， 煤顯微組分的生烴能力從大到小為： 殼質組、鏡質組、惰質組。 生烴潛力取決于煤中殼質組的數(shù)量與組成。 商業(yè)性煤成油田的形成條件： （1）殼質組含量大于10%； （2）干酪根的氫

8、指數(shù)大于100mg烴/g有機碳； （3）煤層的瀝青化作用達到了氣煤-肥煤階段； （4）良好的油氣聚集、保存條件。 3 煤成油的排驅機理及成烴模式 煤的微孔隙性，高塑性和高吸附性使煤成油的排驅受到限制，并造成地質色層分異效應。 三種排烴機理： 壓實排驅：低熟階段， Ro=0.5-0.7% 連續(xù)瀝青網(wǎng)絡運移：生油窗， Ro=0.7-1.2% 氣溶方式運移：成氣階段，Ro大于1.2%煤成油的成烴模式煤成油的成烴模式 4煤成油的地球化學特征 煤成油排驅和運移具有強烈的地層色層效應： 分子直徑較大和極性較大的油被滯留在源巖內，輕質油和凝析油運移出烴源巖聚集成藏。 4煤成油的地球化學特征 （1） 密度較輕

9、，飽和烴含量高，非烴和瀝青質含量低； （2）正構烷烴中高碳數(shù)組成含量高； （3）具姥鮫烷優(yōu)勢（pr/ph2）； （4）具明顯的藿烷類和C29甾烷優(yōu)勢，含有較豐富的芳香烴類； （5）13C重，富集重碳同位素。 干酪根晚期成烴模式 + 未熟-低熟油形成模式 沉積物（巖）中的可溶有機質和不溶有機質（干酪根）是一個有機聯(lián)系的整體，在成烴演化過程中，隨理化條件的改變，處于一種相互轉化的動態(tài)平衡中。四. 現(xiàn)代油氣生成模式 成巖階段：部分可溶有機質直接轉化為未熟油，另一部分縮合到干酪根中； 深成作用階段：干酪根熱降解成烴過程，要經(jīng)過瀝青物質形成的中間階段；在較高成熟階段，當干酪根的生烴潛力基本枯竭后，由干酪

10、根衍生而來的縮合瀝青成為高成熟輕質石油的主要貢獻者。 沉積有機質乏氧生物化學降解Ro=0.5-1.0%1.5-4.0km60-1804.0-7.0km7.0-10.0kmRo=1.0-2.0%2.0%180-250250-375揮發(fā)物干酪根未熟-低熟 石油熱催化濕氣大量石油 殘余干酪根熱裂解濕氣凝析氣干酪根 殘渣熱變質干氣次石墨生物化學生氣階段成巖作用階段熱催化生油氣階段 熱裂解生凝析氣階段后生作用階段深部高溫生氣階段變生作用階段生油門限生油窗1.5km10-60 CCCCRo 0.5%Ro有機質的生烴模式 二次生烴： 已發(fā)生生烴作用的烴源巖由于構造作用而抬升，溫壓條件改變，生烴作用終止；當該

11、烴源巖再次被深埋，受熱溫度超過一次生烴停止時的溫度，并超過遲緩深度達到二次生烴門限，烴源巖又大量生烴。 二次生烴特點： （1）烴源巖一次生烴后仍具有生烴潛力； （2）一次生烴與二次生烴間隔時間很長，剝蝕間斷時間通常在上億年； （3）一次生烴過程生成的油氣早已散失，商業(yè)性油氣聚集來自二次生烴過程。哈西邁斯歐德地區(qū)生油巖與油氣聚集關系哈西邁斯歐德地區(qū)生油巖與油氣聚集關系哈西邁斯歐德地區(qū)生油巖的埋藏史以及烴類哈西邁斯歐德地區(qū)生油巖的埋藏史以及烴類生成和地質時間關系圖生成和地質時間關系圖 1. 碳酸鹽巖烴源巖有機質的類型及賦存形式 靜水環(huán)境，有機質原始組分由富氫的藻、浮游生物及微生物組成，有機質類型以

12、腐泥型為主。 有機質賦存形式具多樣性和復雜性。游離和分散狀態(tài)是主體，存在一定數(shù)量的包裹體有機質。五. 碳酸鹽巖生烴理論 2.碳酸鹽巖烴源巖有機質的豐度及生烴潛力 有機碳含量較低，一般0.3-0.5%; 轉化率較高。 碳酸鹽巖0.3-0.5%有機碳含量的烴轉化率相當于泥巖1.0-1.5%的轉化率。 優(yōu)質碳酸鹽巖烴源巖缺乏陸源有機質和碎屑，一般具暗色紋層，形成于較高鹽度的缺氧環(huán)境中，有機質含量高。 碳酸鹽巖烴源巖孔隙度低、吸附能力低，微裂縫發(fā)育，排烴效率高。 3. 碳酸鹽巖有機質演化的遲滯效應 遲滯效應：相對于具有相同熱演化歷史的陸源有機質而言，演化程度滯后。 與泥質烴源巖相比，在相同的熱演化條件

13、下，碳酸鹽巖有機質熱演化程度低，成烴演化階段滯后，滯后程度Ro可達0.3%。 在高演化階段（Ro大于1 1.5%），仍可形成液態(tài)烴。 這種效應主要受碳酸鹽巖成巖作用的“欠壓實”和“海相沉積環(huán)境”制約。 4. 碳酸鹽巖生烴過程及成烴演化模式 第一階段：早期成巖階段， Ro介于0.2 0.6%，有機質處于未熟-低熟階段，富含類脂物的有機質在微生物作用下，在低溫條件下直接由生物大分子解聚而形成未成熟油。 第二階段：成巖作用晚期，有機質成熟作用階段， Ro介于0.6-1.4%，干酪根在熱力作用下開始大量降解生烴，主要生油階段。 第三階段：深成作用階段和變生作用初期， Ro介于1.4-2.5%，干酪根生

14、烴潛力已枯竭，主要由包裹體有機質和部分束縛有機質繼續(xù)提供烴類來源，使其在高過成熟階段仍能生成液態(tài)石油。 以后的階段主要生成高溫甲烷氣為主。碳酸鹽巖生烴演化模式圖碳酸鹽巖生烴演化模式圖 1. 烴源巖評價主要內容 （1）烴源巖地質特征：巖性，顏色，厚度，沉積環(huán)境 （2）烴源巖地球化學特征： 有機質豐度：有機碳含量，氯仿瀝青含量 有機質類型：腐泥型、腐殖-腐泥型、腐泥-腐殖型、腐泥型 有機質成熟度：未熟、低熟、成熟、高熟、過熟 （3）油源對比六. 烴源巖評價 2. 烴源巖地球化學指標評價方法 巖心或巖屑分析 有機質豐度： 有機質類型：元素分析、鏡檢、熱解 有機質成熟度：鏡檢、熱解、色譜、色譜-質譜

15、（3）油源對比：色譜、色譜-質譜、同位素石油、天然氣與生油巖對比所要求的研究內石油、天然氣與生油巖對比所要求的研究內容的圖示容的圖示 隨熱演化程度加深，低穩(wěn)定構型(型、R型)甾、萜烷化合物向熱力學較穩(wěn)定的構型(、20S、22S)轉化，穩(wěn)定構型與低穩(wěn)定構型的比值反映成熟度甾、萜烷異構化比值如C3122S/(22S+22R)，C2920S/(20S+20R)值的增加與Ro值的增大呈明顯的正相關性。 3. 利用測井方法評價烴源巖 （1）利用密度測井法計算有機碳含量 泥質烴源巖由巖石顆粒(m)、空隙(i)、黃鐵礦(p)、有機質(o)四部分組成。顆粒和空隙流體的體積密度mi，則地層密度: = Vo o + Vp p +(1- Vo- Vp )mi 黃鐵礦與有機質呈線性增長關系： Vp = 0.135Vo + 0.0078 Vp = (-0.9922 mi- 0.039 ) TOC= Vo (100 o ) /(R) R為