生成地質(zhì)環(huán)境及理化條件學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1生成地質(zhì)環(huán)境生成地質(zhì)環(huán)境(hunjng)及理化條件及理化條件第一頁，共40頁。2第1頁/共40頁第二頁，共40頁。3一、生物(shngw)有機質(zhì)二、沉積有機質(zhì)三、干酪根第2頁/共40頁第三頁，共40頁。4一、油氣生成的地質(zhì)(dzh)環(huán)境二、促使油氣生成的理化條件第3頁/共40頁第四頁，共40頁。5 沉積有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為烴類，經(jīng)歷一個去氧、加氫，富集碳的過程。原始有機質(zhì)的堆積、保存、轉(zhuǎn)化過程必須在還原條件下進(jìn)行。還原環(huán)境(hunjng)的形成和持續(xù)時間的長短，則受當(dāng)時的地質(zhì)環(huán)境(hunjng)和理化條件的控制。第4頁/共40頁第五頁，共40頁。6長期穩(wěn)定下沉的大地構(gòu)造背景（V沉積V沉降） ；

2、較快的沉積（堆積）速率；足夠數(shù)量和一定(ydng)質(zhì)量的原始有機質(zhì)；低能、還原巖相古地理環(huán)境（淺海相，半深深湖相、前三角洲相）； 適當(dāng)?shù)氖軣岷吐癫厥贰?適宜的地質(zhì)環(huán)境，不但為有機質(zhì)的大量繁殖、堆積、保存、轉(zhuǎn)化創(chuàng)造了有利的地質(zhì)條件，而且為促使(csh)有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化提供了必需的理化條件（溫度、時間、細(xì)菌、催化劑、放射性等）。 有利于有機質(zhì)形成和轉(zhuǎn)化的地質(zhì)(dzh)環(huán)境：一、油氣生成的地質(zhì)環(huán)境第5頁/共40頁第六頁，共40頁。7 有利于有機質(zhì)堆積、保存(bocn)和向油氣轉(zhuǎn)化的地區(qū)：地質(zhì)歷史上形成巨厚沉積巖層的沉積盆地。1、大地構(gòu)造條件(tiojin) 板塊的邊緣活動帶，板塊內(nèi)部的裂谷、坳陷，以

3、及(yj)造山帶的前陸盆地、山間盆地等大地構(gòu)造單位。第6頁/共40頁第七頁，共40頁。8 若沉降速度大大超過沉積速度(VsVd)，水體(shu t)急劇變深，不利于生物的發(fā)育和有機質(zhì)的保存； 若VsVd，水體迅速變淺，盆地(pnd)上升為陸，有機質(zhì)易受氧化，不利于有機質(zhì)的堆積和保存。第7頁/共40頁第八頁，共40頁。9 長期持續(xù)下沉，伴隨適當(dāng)?shù)纳?，沉降速度與沉積速度相近或稍大，可長期保持適于生物大量繁殖和有機質(zhì)沉積保存的環(huán)境，形成(xngchng)巨厚的生油巖系，有利于有機質(zhì)迅速向油氣轉(zhuǎn)化。第8頁/共40頁第九頁，共40頁。10我國主要大型(dxng)陸相湖盆的發(fā)育特征第9頁/共40頁第十頁

4、，共40頁。11 深水-半深水湖泊是陸相生油巖發(fā)育的有利區(qū)域 近海(jnhi)地帶的深水湖盆最有利 早白堊世的松遼盆地、早第三紀(jì)的渤海灣盆地等都可能屬于當(dāng)時的近海(jnhi)湖盆，成為湖相生油的最有利區(qū)域。 2、巖相古地理(dl)條件 湖泊能夠匯聚周圍河流帶來的大量陸源有機質(zhì)，增加了湖泊營養(yǎng)和有機質(zhì)數(shù)量； 湖泊有一定深度的穩(wěn)定水體，提供水生生物的繁殖發(fā)育條件。這種地區(qū)水體營養(yǎng)豐富，浮游生物及藻類繁盛，往往又是河流三角洲的發(fā)育地帶(ddi)，河水帶來大量陸源有機質(zhì)注入近海湖盆，有機質(zhì)異常豐富。第10頁/共40頁第十一頁，共40頁。12 在淺水湖泊和沼澤區(qū)，水體動蕩，大氣中的氧易于進(jìn)入水體，不利于

5、有機質(zhì)的保存；這里的生物以高等植物為主，有機質(zhì)多屬型干酪根，一般生油潛能(qin nn)較差，多適于形成煤和生成天然氣。 但在有些情況下可大量生油，如澳大利亞的吉普斯蘭盆地、加拿大的斯科舍盆地、我國的吐哈盆地都在煤系地層找到了石油。第11頁/共40頁第十二頁，共40頁。13濱海(bn hi) 淺海（陸鵬） 半深海（陸坡） 深海（深海平原） 高能環(huán)境海水進(jìn)退頻繁沉積物粗不利生物繁殖(fnzh)，堆積和保存水體營養(yǎng)(yngyng)豐富，陽光充足水體較安靜生物大量繁殖最有利水體營養(yǎng)不足生物不發(fā)育生物遺體下沉經(jīng)歷巨厚水體大部分遭到破壞，陸源有機質(zhì)很少第12頁/共40頁第十三頁，共40頁。143、 古氣

6、候條件 古氣候條件直接影響生物的發(fā)育，溫暖(wnnun)濕潤的氣候有利于生物的繁殖和發(fā)育，是油氣生成的有利條件。第13頁/共40頁第十四頁，共40頁。15一、油氣生成的地質(zhì)(dzh)環(huán)境二、促使油氣生成的理化條件第14頁/共40頁第十五頁，共40頁。不同(b tn)深度沉積物中有機質(zhì)與石油的元素組成（據(jù)C.E.ZoBell）深度深度 物質(zhì)類型物質(zhì)類型碳，碳，%氫，氫，%氧，氧，%氮，氮，% 硫硫，%淺淺 深深海洋腐殖泥海洋腐殖泥52630110.8近代沉積近代沉積5872490.6古代沉積古代沉積739140.30.3 隨埋深加大，氧、氮、硫逐漸(zhjin)減少，而碳、氫相對富集。二、促使油

7、氣(yuq)生成的理化條件第15頁/共40頁第十六頁，共40頁。有機質(zhì)烴類去O、加H、富集C還原條件地質(zhì)+理化條件元素元素沉積巖中的有機質(zhì)，沉積巖中的有機質(zhì)，%石油，石油，%碳碳52-7183-87氫氫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沉積巖中有機質(zhì)與石油(shyu)的元素組成對比表第16頁/共40頁第十七頁，共40頁。細(xì)菌、催化劑、溫度和時間(shjin)放射性、壓力 促使有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為油氣的理化條件(tiojin)（物理、化學(xué)、生物化學(xué)條件(tiojin)）主要有： 第17頁/共40頁第十八頁，共40頁。191、細(xì)菌(xjn)作用類脂化合物蛋白

8、質(zhì)碳水化合物木質(zhì)素水解微生物酶作用可溶生物單體有機質(zhì)脂肪酸氨基酸單糖酚(A)在沉積(chnj)末期至成巖早期：A1.作為養(yǎng)料，被微生物吞食、消耗2.細(xì)菌作用CO2、H2O、CH4（生物成因氣）3.聚合、縮合干酪根、少量油第18頁/共40頁第十九頁，共40頁。 細(xì)菌：分布最廣、繁殖最快、適應(yīng)力最強 三類：喜氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌和通性細(xì)菌。 在缺游離氧條件下，有機質(zhì)可被厭氧細(xì)菌分解而產(chǎn)生甲烷(ji wn)、氫氣、二氧化碳以及有機酸和其他碳?xì)浠衔铩?細(xì)菌作用實質(zhì)：將有機質(zhì)中的氧、硫、氮等雜元素分離出來，使碳、氫，特別(tbi)是氫富集起來。第19頁/共40頁第二十頁，共40頁。溶解物柱狀圖水-沉積物柱

9、狀剖面 生物化學(xué)帶空氣光合作用帶水O2沉積物喜氧帶O硫酸鹽還原帶碳酸鹽還原帶 交代 作用 柱狀圖細(xì)菌作用S042-HS-HCO3-CH4H2光合作用喜氧呼吸喜氧的厭氧呼吸厭氧的游離氧純化學(xué)分解C H O2O2+A喜氧菌分解A有機酸+CO +H O22喜氧呼吸殘余有機酸產(chǎn)H菌H +CO22H2脫S菌還原SO42-SFeSH S+S2+Fe殘余有機酸產(chǎn)H菌H +CO221、部分A：微生物養(yǎng)料2、因有游離氧存在：3、厭氧菌用硫酸鹽中結(jié)合氧厭氧呼吸、分解A用碳酸鹽中結(jié)合氧C H O2O2+C H O2O2+4、厭氧菌厭氧呼吸、分解AC+2H O24H2甲烷生成菌+CO2生物成因氣(黃鐵礦)無游離氧富含

10、有機質(zhì)的敞開海沉積物中微生物代謝作用的生化環(huán)境剖面圖（據(jù)Rice Claypool，1981）第20頁/共40頁第二十一頁，共40頁。 有酵母存在時，有機質(zhì)的分解比在細(xì)菌活動時快得多。 在富含有機質(zhì)的巖石中，特別(tbi)是在富含植物殘余的巖石中，酵母的活動性最大。2. 催化劑作用(zuyng)：主要(zhyo)中淺層125 油氣生成過程中，催化劑與分散有機質(zhì)作用，改變有機質(zhì)的原始結(jié)構(gòu)，形成結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的烴類物質(zhì)。有機酵母：催化作用強，不耐高溫。主要：成巖早期第21頁/共40頁第二十二頁，共40頁。無機鹽類：最主要的是粘土礦物 成巖中晚期蒙脫石型的粘土催化活力最強。 粘土礦物是自然界分布最廣的無

11、機鹽類催化劑。在實驗室用粘土作催化劑，在150250下，可以使酒精和酮脫水或使脂肪酸去羧基，產(chǎn)生類似石油的物質(zhì)。 粘土礦物的催化作用不僅(bjn)可以降低有機質(zhì)的成熟溫度，促進(jìn)石油生成。而且對干酪根熱解烴的化學(xué)組成、產(chǎn)率也都有很大的影響。在相同熱解溫度下，粘土礦物比例不同，熱解烴產(chǎn)率也不同。第22頁/共40頁第二十三頁，共40頁。24 沉積有機質(zhì)向油氣演化的過程，是在自然條件下，主要(zhyo)受熱力作用發(fā)生的復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。 同任何化學(xué)反應(yīng)一樣，溫度是最有效和最持久的作用因素；在反應(yīng)過程中，溫度不足可用延長反應(yīng)時間來彌補，溫度與時間似乎可以互為補償：高溫短時作用與低溫長時作用可能產(chǎn)生近乎

12、同樣的效果。 石油中卟啉化合物（180）和旋光性（330）的存在，說明形成石油的溫度并不太高。 3.溫度(wnd)和時間第23頁/共40頁第二十四頁，共40頁。 1974年，法國學(xué)者J.Connan提出：沉積有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的作用符合化學(xué)動力學(xué)的一級反應(yīng)。即：反應(yīng)速度只與反應(yīng)物濃度的一次方成正比。亦就是說，在任何一瞬間，反應(yīng)速度只與該物質(zhì)(wzh)的濃度有關(guān)。-dCA/dt=KCA- （1）式中CA反應(yīng)物（干酪根）在t瞬間的濃度(nngd)； t反應(yīng)時間； K反應(yīng)速度常數(shù)（降解速率）； 負(fù)號反應(yīng)物濃度(nngd)隨反應(yīng)進(jìn)行生成物增加而減少。RTEeKK0 K值可由阿倫紐斯方程(fngchng)

13、求得：第24頁/共40頁第二十五頁，共40頁。阿倫紐斯（Arrhenius，1889）： K=A e-E/RTA指數(shù)前因子（頻率(pnl)因子）：單位時間單位 容積內(nèi)粒子碰撞次數(shù)（次/S.cm3）；R氣體常數(shù)（8.315J/K.mol）；E反應(yīng)物活化能；T絕對溫度（K）（273.15+t ）；e自然對數(shù)的底（2.71828）第25頁/共40頁第二十六頁，共40頁。若Co反應(yīng)物初始(ch sh)濃度（t=o），則：AACCtAAkdtCdC00/即lnC0A/CA=Kt ；所以(suy)：K1/t lnC0/CARETARTEt1ln反應(yīng)時間的自然對數(shù)(z rn du sh)與絕對溫度成反比直線

14、關(guān)系lnA-E/RT=-lnt+lnlnC0A/CAA為常數(shù)；Co/C也可視為一常數(shù)第26頁/共40頁第二十七頁，共40頁。28v1）、有機質(zhì)熱解生油的速率隨溫度增加呈指數(shù)增加。當(dāng)T太低時，有機質(zhì)熱解速度很慢。只有當(dāng)溫度達(dá)到一定值后，干酪根才開始大量轉(zhuǎn)化(zhunhu)為油氣。第27頁/共40頁第二十八頁，共40頁。29v2）、有機質(zhì)隨埋深加大，當(dāng)溫度達(dá)到一定數(shù)值時，開始大量向石油(shyu)轉(zhuǎn)化，這個溫度稱生油門限溫度。對應(yīng)的深度稱生油門限深度。第28頁/共40頁第二十九頁，共40頁。30v3）、有機質(zhì)熱解生油過程中t與T有互補性，一定溫度(wnd)范圍內(nèi)高溫短時間可與低溫長時間達(dá)到同樣的效

15、果。高地溫有機質(zhì)成熟所需時間短低地溫有機質(zhì)成熟所需時間長第29頁/共40頁第三十頁，共40頁。石油大量生成成熟(chngsh)點的確定（據(jù)P.Albrecht，1969）第30頁/共40頁第三十一頁，共40頁。我國不同(b tn)盆地不同(b tn)時代生油巖埋藏深度與油氣生成的關(guān)系 在時間和溫度綜合作用下，有利于油氣生成并保存的盆地應(yīng)該是年輕的熱盆地（地溫梯度(t d)高）和古老的冷盆地。第31頁/共40頁第三十二頁，共40頁。不同盆地不同時代生油巖埋藏(micng)深度與油氣生成的關(guān)系（據(jù)Tissot等，1984）生油巖的時代不同(b tn)，生油門限溫度不同(b tn)。干酪根類型不同(

16、b tn)，對生油門限溫度也有影響。第32頁/共40頁第三十三頁，共40頁。世界若干(rugn)含油氣盆地生油巖成熟點的溫度與時間（據(jù)J.Connan，1974）資料來源資料來源成熟點資料成熟點資料作者作者地理位置地理位置樣品樣品來源來源主要巖主要巖石類型石類型年齡年齡Ma現(xiàn)時溫現(xiàn)時溫度，度， 實際深實際深度，米度，米巖石類型巖石類型1/TK-1Albrecht （1969）喀麥隆喀麥隆杜阿拉盆地杜阿拉盆地4口井口井粉砂質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖粘土巖70651200粉砂質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖粘土巖0.00296Philippii（1965）加里福尼亞加里福尼亞洛杉機盆地洛杉機盆地2口井口井頁巖頁巖1211524

17、40頁巖？頁巖？0.00258加里福尼亞加里福尼亞文圖拉盆地文圖拉盆地3口井口井頁巖頁巖121272740頁巖？頁巖？0.00250Louis、Tissot（1967） 法國法國巴黎盆地巴黎盆地17口井、口井、2個采石場個采石場頁巖頁巖180601400頁巖頁巖0.00300Connan （1971、1972）法國西南部法國西南部阿奎坦盆地阿奎坦盆地1口井口井碳酸鹽巖碳酸鹽巖112903300泥質(zhì)、石灰?guī)r泥質(zhì)、石灰?guī)r0.00275法國西南部法國西南部阿奎坦盆地阿奎坦盆地31口井口井碳酸鹽巖碳酸鹽巖135722500碳酸鹽巖碳酸鹽巖0.00289法國東南部法國東南部卡馬爾果盆地卡馬爾果盆地1口井

18、口井巖性變化大巖性變化大381063250碳酸鹽巖、礫巖碳酸鹽巖、礫巖0.00264阿尤恩區(qū)阿尤恩區(qū)奧若河奧若河1口井口井碳酸鹽巖、碳酸鹽巖、頁巖、粉砂巖頁巖、粉砂巖105852740粉砂質(zhì)、粘土巖粉砂質(zhì)、粘土巖0.00279沙巴蘇祿海區(qū)沙巴蘇祿海區(qū)1口井口井頁巖、砂巖頁巖、砂巖521203050粉砂質(zhì)、粘土巖粉砂質(zhì)、粘土巖0.00254新西蘭塔拉納新西蘭塔拉納基盆地（海上）基盆地（海上）1口井口井頁巖、粉砂巖、頁巖、粉砂巖、砂巖、煤層砂巖、煤層70802900粉砂質(zhì)頁巖、粉粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、煤層砂巖、煤層0.00283巴西巴西亞馬遜盆地亞馬遜盆地6口井口井頁巖頁巖359621750頁巖頁巖0.00298新西蘭塔拉納新西蘭塔拉納基盆地（陸上基盆地（陸上1口井口井灰質(zhì)粘土巖、灰質(zhì)粘土巖、粉砂巖、砂巖粉砂巖、砂巖32953350灰質(zhì)頁巖灰質(zhì)頁巖0.00272第33頁/共40頁第三十四頁，共40頁。4. 放射性 富含有機質(zhì)的粘土巖中富集大量放射性物質(zhì)。用射線轟擊某些(mu xi)有機質(zhì)可得到甲烷、二氧化碳和氫，轟擊水可產(chǎn)生大量游離氫和氧，氫可使有機質(zhì)氫化或與二氧化碳化合生成甲烷，繼續(xù)在射線轟擊下可生成更重的氣態(tài)烴乃至液烴。 放射性元素所造成(zo chn)的局部地溫增高將有利于有機質(zhì)的熱演化。沉積巖中：總體上放射性元素含量很低 可產(chǎn)生游離氫 次要因素第34頁/共40頁