石油天然氣地質學原理和進展田世澄課件

1、田世澄 中國地質大學（北京）二OO四年六月二日石油天然氣地質原理及進展.前 言一、廣義的新進展 地層學、層序地層學 石油構造、盆地分析 油氣勘探新技術、新方法（地震、測井、鉆井、采油工程等） 二、狹義的新進展 石油地質學領域的新進展，包括：油氣的生成、儲集、運移、聚集成藏，油氣系統(tǒng)等。 石油是當今社會賴以生存的基本能源，是我國經(jīng)濟安全和發(fā)展的最重要的資源之一，也是當今國際社會爭奪的重要戰(zhàn)略物資，屢次中東戰(zhàn)爭的重要根源之一。.石油天然氣地質學新進展一、油氣成因理論及進展二、油氣運移基礎及進展三、油氣成藏理論及進展四、我國油氣資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略.一、油氣成因理論新進展（一）油氣成因的基本理論（二）

2、油氣成因理論的進展 1、低熟油氣形成機理與分布規(guī)律 2、煤成油形成環(huán)境與成烴機理 3、天然氣成因理論與應用 4、碳酸鹽巖油氣地球化學.（一）油氣成因的基本理論1、無機成因和有機成因的爭論 無機成因認為石油及天然氣在地下深處高溫、高壓條件下由無機物變成 有機成因認為油氣是在地質歷史上由分散在沉積巖中的動物、植物有機體轉化而成。（1）無機成因說：有以下5種碳化物說：.門捷列夫于1876提出，他認為地球內(nèi)部水與重金民屬相互作用，產(chǎn)生碳氫化合物宇宙說：.索可洛于于1889年提出 .巖漿說：1949年10月H.A.庫得梁采夫提出溫生成說： .切卡留克1971年提出蛇紋石化生油說：H.H.耶蘭斯基1966

3、，1971年提出（2）有機成因說的基本證據(jù)世界已發(fā)現(xiàn)油田99.9%在沉積巖中。前寒武系至第四系均含石油，且同煤、油頁巖等有機礦產(chǎn)分布一置。石油由多種碳氫化合物組成的非常復雜的混合物。世界上沒有完全相同的兩種石油，也沒有完全不同的石油。.光譜分析證明中、新生代石油灰分以氧化鐵為主，古生代石油灰分氧化釩和氧化鎳為主，與巖石比較富集釩2000倍，鎳1000倍，銅50倍，鈷30倍與煤和石油都是有機生成的。油層溫度很少超過100深部油層溫度達141 ,石油中,輕質芳烴二甲笨甲笨笨,溫度超過700 時就會發(fā)生逆向變化,石油含卟啉化合物石油旋光性,證明石油是低溫條件下生成的。更新世中發(fā)現(xiàn)商業(yè)油藏，說明石油聚

4、集成藏所需的時間不到100萬年?，F(xiàn)代沉積研究表明，確實存在有機質向油氣轉化的過程。.2、生成油氣的物質基礎（1）生油氣母策及其化學組成脂類 又稱類脂化合物是生物體維持其生命活動不可缺少的物質之一。蛋白質 是生物體中一切組織的基本組成部分，是生物體賴以生存的物質基礎，占生物體細胞除水外的80%。碳水化合物 又稱糖類，是自然界分布極廣，是一切生物體中重要組成之一。木質素和丹寧 都具有芳香結構特征。前者是植物細胞壁的主要成分，由芳香醇脫朋縮合而成。丹寧介于木質素與纖維素之間，主要出現(xiàn)在高等植物中。.（2）干酪根（Kerogen)概念Hunt 1997年將干酪根定義為沉積巖中所有不溶于非氧化性的酸、堿

5、的非極性有機溶劑的分散有機質。干酪根的形成如上圖所示。干酪根是沉積有機質的主體，占巖石中有機質的80%90%。Hunt 認為80%95%的石油烴是由干酪根軒化生成。Durand 估計在沉積巖中，干酪根總量比化石燃料資源量大1000倍。.干酪根成分和結構干酪根成分和結構復雜，是一種高分子聚合物，沒有固定的化學成分，沒有固定分子式和結構模型，主要有碳、氫、氧和少量硫、氮組成。Durand 據(jù)世界440個干酪根元素分析，平均碳：76.4%，氫：6.3%，氧：11.1%，三者合計93.8%。干酪根熱解、降解的低分子量產(chǎn)物包括萜、甾族、卟啉、氨基酸、糖、羧酸、酮、醇、烯烴和醚橋。.干酪根類型和演化類型光

6、學分類：藻質、無定形、草質、木質和煤質五種，生烴潛能依次減小。煤巖學分為腐泥組（無定形和藻質體）；殼質組（孢子、角質、樹脂、蠟、木栓質等）；鏡質組具鏡煤特征；惰質組（碎質體、菌質體、絲質體）生烴潛能依次降低化學分類 按碳、氫原子比分I型H/C 1.251.75， O/C 0.0260.12II型 H/C 0.651.25O/C 0.040.13III型 H/C 0.460.93 O/C 0.050.3應用巖石熱解參數(shù)也可劃分類型.干酪根類型及其特征.干酪根的演化 法國Tissot用巴黎盆地下托爾辛統(tǒng)頁巖淺層進行干酪根熱演化人模擬實驗，用實驗室高溫快速模擬自然界低溫慢速演化過程，取得了很好的效果

7、。干酪根演化可分三個階段（1）降低碳氧原子比，生成水、二氧化碳（2）降低碳氫原子比，生成液態(tài)烴類、熱降解（3）降低碳氫原子比，生成氣態(tài)烴類、裂解階段.3、油氣生成的地質環(huán)境和物理化學條件（1）油氣生成的地質環(huán)境沉積盆地是有機質堆積保存和轉化成烴的適宜的地質環(huán)境。大地構造要求沉積盆地的沉降時期中，沉降速率與沉積速率保持一個恰當?shù)年P系，使沉降速率與沉積速率相近或稍大，以保持適于生物大量繁殖和有機質名遭氧化的有利水體深度使豐富的有機質保存下來的還原環(huán)境。巖相古地理條件要求無論海相陸相都可具備適于油氣生成的環(huán)境，海相淺海及三角洲區(qū)最有利于油氣生成；陸相深水半深水湖泊是陸相生油巖發(fā)育的區(qū)域。古氣候條件，

8、溫暖濕潤的氣候有利于繁殖和發(fā)育，是油氣生成有利的外界條件之一。.（2）油氣生成的物理化學條件溫度和時間 溫度對有機質成烴是指數(shù)作用而時間是在一定溫度基礎上的線性作用 Connan 利用實際資料揭示了這一特點.溫度和時間溫度對有機質成烴是指數(shù)作用而時間是在一定溫度基礎上的線性作用Connan 認為沉積有機質向石油轉化符合化學動力學一級反應式中 t反應時間； CA反應物在該瞬間的濃度； K反就速率系 數(shù)，又稱降解率；式中 K0頻率因子，代表單位時間單位容積內(nèi)粒子碰撞的次數(shù)，它與容積內(nèi)粒子的大小、濃度及運動快慢有關；E活化能，代表欲使化學反應發(fā)生，必須由粒子碰撞提供的最低能量，它的微小差別對反應速率

9、會有很大影響。通過測定不同溫度下的反應速率，即可計算出活化能；R氣體常數(shù)； T絕對溫度。2-12-22-3.將式（2-3）代入式（2-2），得取對數(shù)，得2-4在未成熟巖石中，飽和烴及瀝青極少，可將 視為常數(shù)，K0也是常數(shù)，上式可簡化為：（2-4）表明lnt與l/T呈直線關系，即反應時間的自然對數(shù)與絕對溫度呈反比直線關系.時間溫度的關系不同地區(qū)不同層系中由于地質條件的差異，成熟門限和成熟溫度也有差別。地溫梯度高的地區(qū)成熟的門限深度比較淺，反之就比較深。時間越老的地層，成熟門限溫度和深度相應較淺，地層越新的地區(qū)，成熟門限的溫度和深度相應較高。上圖B.P. Tissot 根據(jù)巴黎盆地、杜阿拉盆地、尤

10、英塔盆地編的圖。下圖是為我國不同時代的盆地的生烴門限溫度和深度.細菌作用細菌的生存和消亡、抑制和活躍受養(yǎng)料、濕度、溫度、水循環(huán)、和介質的PH值、Eh值以及毒性代謝物所控制。總趨勢隨埋藏深增加而減弱。從淺到深為喜氧菌帶、厭氧硫酸鹽還原菌帶和厭氧碳酸鹽還原甲烷菌帶。細菌通過酵素可使許多不穩(wěn)定的原始生化組分被分解和消化。實驗和野外資料表明，有機質經(jīng)細菌作用后還可直接產(chǎn)生瀝青物質。細菌在自然界有很強的生存適應力和繁殖能力。本身就是一種生烴物質.催化劑在自然條件下，最主要最有現(xiàn)實的催化劑是粘土。蒙脫石型的粘土催化活力最強。催化劑作用主要是一種復雜的自由表面現(xiàn)象，被催化劑所吸附的各種原子在催化原子的激發(fā)下

11、變得活躍起來，從而有利于結合成新的化合物。在有機質生油過程中催化劑可以改變其原有的結構，斷開其CC和CH鍵，進而分裂出較輕的烴。 溫度100裂解下十六烷高活力催化劑 只需幾個月 低活力催化劑 需一千年單純熱裂解 超過40億年125 以前的熱催化降解可能是主要的生油機制,高溫凝析油和濕氣可能由熱裂解產(chǎn)生,熱降解反應速度由溫度、反應物濃度以及催化劑的濃度和活力所決定。催化劑的參與加快成烴反應速度，降低反應所需的活化能改造烴的性質。.放射性 實驗表明，用a-射線轟擊某些有機質可得到甲烷、二氧化碳和氫，轟擊水可得到氧和氫。氧與有機質作用最后生成二氧化碳，氫可使有機質氫化與二氧化碳化合成甲烷。甲烷在a-

12、射線作用下可疊合成乙烷、更重的氣態(tài)乃至液態(tài)烷烴。 但在實際上有人計算每立方千米含有0.001%鈾，有機質含量1%時，在一個百萬年時間內(nèi)，可生成石油是18萬噸。對于形成工業(yè)油氣藏意義不大，在高放射性的頁巖中未發(fā)現(xiàn)大量游離石油。表明有理論意義無實際意義。 放射性無素增熱有利于有機質的演化。壓力無論模擬實驗（Saigo, 1986; Horvath, 1987;丁福臣等，1991）還是化學熱動力學理論分析計算（何志高，1982），表明高壓阻礙有機質成熟和成烴作用，Horvath,(1987) 進一步指出：短暫的降壓有利于加速有機質的成熟。.4、有機質成烴演化階段與油氣的生成（1）成巖作用階段即未成熟

13、階段 R0 0.2% 干酪根生烴潛力枯竭，以生成的油氣裂解成高溫甲烷，干酪根縮聚為富碳的殘余物。.不同學者對油氣演化的階段的劃分 法國 B.P. Tissot國內(nèi)外不同學者對油氣演化的階段的劃分.不同地區(qū)烴源巖演化階段劃分巴黎盆地下托爾辛頁巖烴內(nèi)成分和結構隨深度的變化東營凹陷下第三系沙三段深油巖的演化圖.（1）低熟油氣形成機理與分布規(guī)律1、低熟油氣的概念2、低熟油氣生成的物質基礎3、低熟油氣物理化學性質與判識標志4、低熟油氣成因機理及其地質模式（二）油氣成因理論的新進展.1、低熟油氣的概念 低熟油氣系指所有非干酪根晚期熱降解成因的各類低溫早熟的非常規(guī)油氣。 低熟油氣形成機理的研究是對現(xiàn)有油氣成

14、因理論的進一步補充和完善，對于促使油氣資源評價技術方法的改進與發(fā)展，拓寬油氣勘探領域，具有重要的理論和實際意義。 初步估算，渤海灣盆地已探明的低熟油儲量在7億噸以上，在吐哈盆地，以煤系地層為油源的原油中這類低熟油也有發(fā)現(xiàn)；在松遼、柴達木、蘇北、泌陽、潛江等盆地都發(fā)現(xiàn)了低熟油。.2、低熟油氣生成的物質基礎（1）顯微組分的“分期生烴” 低熟源巖的生烴潛力歸根結底是低溫條件下源巖中各種富氫顯微組分生烴潛力的綜合表現(xiàn)。 顯微組分包括：鏡質組、 惰質組、殼質組、腐泥組 其不同的組分生烴潛能特別是在低溫條件下生成油氣的能力有顯著的差別。能夠形成低熟油的主要是以下五種成分： 木栓質體 樹脂體 細菌改造的陸源

15、有機質 生物類脂物 富硫大分子.（1）顯微組分的“分期生烴”低熟源巖的生烴潛力歸根結底是低溫條件下源巖中各種富氫顯微組分生烴潛力的綜合表現(xiàn)。 顯微組分包括： 鏡質組、惰質組、殼質組、腐泥組。結構鏡質體，木質細胞結構保存比較完整，無充填物。透射光X200結構鏡質體，細胞腔被壓成鹿扁形。透射光X200結構鏡質體，細胞結構保存不完整，部分被黃色樹脂體充填。透射光X200團塊狀鏡質體，凝膠化物質成大小不等的團粒結構。透射光X200均質鏡質體，照片中部為紅色結構均勻的均質鏡質體。透射光X200基質鏡質體，橘紅色基質鏡質體中包含黃色類脂組和黑色惰性組等多種顯微組分。透射光X60均質鏡質體，反射光X200基

16、質鏡質體其中包含小孢子半鏡質體等。反射光X500.（1）顯微組分的“分期生烴” 1 殼質組：以下圖片主要是孢子體、角質層和角質體。 孢子體來源于高等植物孢子和花粉的外細胞壁，屬于富氫的顯微組分。 角質體來源于高等植物角質化層和角質層，其表層的可溶烴類和蠟質可能成為早期生烴的物質來源。 小孢子體圖中為黃色被強烈壓扁了的小孢體堆。透射光X320小孢子體黃色、有紋飾和無紋飾的小孢子體。熒光X400大孢子體黃褐色大孢子腔中充填了類脂體。熒光，UV激發(fā)X400角質體黃色、鋸齒狀，熒光，UV激發(fā)X320角質層殘質煤透射光X200角質層殘質煤熒光，UV激發(fā)，X400角質體灰黑色、鋸齒狀、高突起。反射光X20

17、0角質體黃色、鋸齒狀，熒光，UV激發(fā)X400.（1）顯微組分的“分期生烴” 2 殼質組由較為富氫的植物物質（如孢粉質、角質、樹脂、木栓質、蠟等）以及蛋白質、纖維素和其它碳水化合物的細菌降解產(chǎn)物所組成。化學組成上含有較大量的脂族成分。以下圖片主要為木栓體質、樹脂體和瀝青體。 樹脂體是由高等植物樹脂、蠟、香精油、膠漿、油脂等組成。 木栓質體是由高等植物的木栓組織，主要生物化學先質為軟木酯。相應的生烴活化能較低。 瀝青體是可溶有機質早期脫羧機生成的。樹皮殘質煤透射光X200木栓體熒光，UV激發(fā)X400樹脂體熒光，UV激發(fā)X200樹脂體熒光，UV激發(fā)X250熒光瀝青體熒光，UV激發(fā)X250瀝青滲出體熒

18、光，UV激發(fā)X250瀝青體透光X200瀝青體的熒光正光變照片中心為UV照射30分鐘以后的正光變現(xiàn)象熒光，UV激發(fā)X400.（1）顯微組分的“分期生烴” 3 腐泥組以藻類體為主的腐泥組代表菌藻類低等生物生源物質，是典型的富氫顯微組分，具極好的生油潛力。圖版中除可看見藻類體、樹脂體外，還可看到絲質體、半絲質體、粗粒體、微粒體、菌類體，后者均是惰性組分，是高等植物碳化后的產(chǎn)物，不利于生烴。藻類體黃色、棕黃色花瓣狀。熒光，UV激發(fā)X320藻類體。熒光，UV激發(fā)X400半絲質體黑褐色，細胞結構清楚，無充填物。透射光X200絲質體高突起，細胞結構清楚X200反射光粗粒體有明顯突起的團塊狀物質。反射光X20

19、0微粒體分布在藻類互近基質中的淺黃白色細小微料。反光、油浸X1250菌類體黑色四胞和多胞型，透射光X200樹脂鞏膜體渾園形、高突起多裂紋。反射光X200.（1）顯微組分的“分期生烴” 4 殼質組由較為富氫的植物物質（如孢粉質、角質、樹脂、木栓質、蠟等）以及蛋白質、纖維素和其它碳水化合物的細菌降解產(chǎn)物所組成。化學組成上含有較大量的脂族成分。照片1：裸子植物，松杉目花粉照片2：秘魯白堊紀被子植物花粉照片3：裸子植物花粉，classopolis照片4：挪威海第三紀被子植物，Tilia花粉照片5：撒哈拉泥盆紀Hymenozonotriletes lepidophytus的孢子照片6：利比亞早泥盆世Em

20、phanisporites sP.。 裸蕨植物孢子照片7：挪威海早白堊世Anemia sp.裂葉蕨孢子照片8：英國石炭紀Reinschospora孢子照片912：卡利阿可海溝全新統(tǒng)的簡單的或正 在分裂的蕈孢子照片13：大西洋全新統(tǒng)的真菌的絲狀體照片14：撒哈拉Maestrichtien的木質碎屑照片15：北海第三紀的木質碎屑照片16：利比亞志留紀木質碎屑照片17：北海的道格統(tǒng)表皮碎屑.（1）顯微組分的“分期生烴” 5 殼質組由較為富氫的植物物質（如孢粉質、角質、樹脂、木栓質、蠟等）以及蛋白質、纖維素和其它碳水化合物的細菌降解產(chǎn)物所組成?；瘜W組成上含有較大量的脂族成分。照片1：澳大利亞晚奧陶世筆

21、石胎管（黃色）照片2：同樣來自澳大利亞的筆石胎管照片3：撒哈拉志留紀Gigantostrace的表皮碎屑照片4：撒哈拉泥盆紀Gigantostrace的表皮碎屑照片5：撒哈拉晚泥盆世牙形刺照片6：撒哈拉晚泥盆世牙形刺照片7：撒哈拉晚泥盆世牙形刺照片8：西大西洋全新世牙形刺照片9：塞內(nèi)加爾上白堊世馬斯特利赫特亞階的微有 孔蟲照片10：利比亞古新世微有孔蟲照片11：塞內(nèi)加爾上白堊世馬斯特利赫特亞階的微 有孔蟲照片12：幾丁質動物Desmochitina sp.照片13：利比亞奧陶紀幾丁質動物cyathochitina.照片14：撒哈拉上志留紀幾丁質動物Urochitina sp. Chitinoz

22、oaire照片15：利比亞志留紀幾丁質動物Pterochitina sp. Chitinozoaire.（1）顯微組分的“分期生烴” 6 腐泥組以藻類體為主的腐泥組代表菌藻類低等生物生源物質，是典型的富氫顯微組分，具極好的生油潛力。照片1：撒哈拉晚泥盆世Micrhystridium sP.塔斯馬尼 藻照片2：撒哈拉泥盆世Baltisphaeridium sP.塔斯馬尼藻照片3：英國牛津階腰鞭毛藻Scrinodinium crystallinum照片4：利比亞白堊紀腰鞭毛藻Deflandrea sP.照片5：利比亞志留紀塔斯馬尼藻leiofusa striata照片6：利比亞塔斯馬尼藻Micrh

23、ystridium sp.照片7：利比亞志留紀Deflandrastrum的cenobiale藻類照片8：洛林的托爾辛階Tytthodiscus的monadoide藻照片9：撒哈拉上泥盆紀塔斯馬尼巖中的monadoide藻照片10：利比亞泥盆紀Prasinophycees.的藻類孢子照片11：蘇格蘭二疊紀叢粒藻群體照片12：利比亞志留紀底棲藻類的“莖”切面照片13：底棲藻類碎屑。Liptinise.藻類組織切面.（1）顯微組分的“分期生烴” 7 腐泥組以藻類體為主的腐泥組代表菌藻類低等生物生源物質，是典型的富氫顯微組分，具極好的生油潛力。照片1：伊朗Mishrif層凝塊狀結構有機質照片2：加拿

24、大桑頓亞階凝塊決結構有機質照片3：英國啟莫里階凝塊狀結構有機質照片4：哥倫比亞白堊紀粒狀有機質照片5：撒哈拉志留紀粒狀有機質照片6：澳大利亞白堊紀海綿狀有機質照片7：加里曼丹中新世的海綿狀有機質照片8：剛果早白堊世薄膜狀有機質照片9：西爾特（利比亞）白堊紀的次膠態(tài)有機質照片10：突尼斯海岸的Albo-cenamonien的次膠態(tài)有 機質以下為鏡質組：照片11：撒哈拉中泥盆紀的凝膠化有機質照片12：北?？寰S牛津階的凝膠化有機質照片13：安哥拉海岸早白堊世的凝膠化有機質.（1）顯微組分的“分期生烴” 8干酪根的顯微組分特征：I型藻類干酪根照片1：利比亞白堊系照片2：卡薩芒斯海土侖階照片3：挪威海

25、啟莫里階照片4：英國啟莫里階型脂質體干酪根照片5：孢子（馬達加斯加侏羅紀）照片6：孢子（撒哈拉晚泥盆世）照片7：花粉（阿基坦里阿斯世）型褐煤、腐殖質干酪根照片8：植物碎屑（愛爾蘭里阿斯世）照片9：植物碎屑（卡薩芒斯海馬斯特利赫特亞階）照片10：植物碎屑（挪威海里阿斯世）.（2）可溶有機質生烴的可能性 形成低熟油氣生成的物質基礎有以下五種類型： 藻類及高等植物類脂物、樹脂體、木栓質體、細菌改造陸源有機質生烴、富硫大分子有機物 另外，沉積物中的可溶有機質，也是早期生烴的原始物資，從埋藏開始，在還原條件下，存在著以脫羧為特征的成烴轉化作用，它與顯微組分早期生烴相輔相成，顯微組分既有特定的固體形態(tài)，同

26、時又可以用有機地球化學方法把它分為可溶和不可溶的兩個組成部分。.（3）低熟烴源巖的基本地球化學特征 1氯仿瀝青“A”的族組成特征。 組成： 飽和烴占6%55% 芳烴占8%25% “非烴+瀝青質”占30%85% 特征： 飽和烴含量低（一般小于60%） 非烴含量相對較高（占氯仿瀝青族組成的20%以上）、非瀝比大（一般遠大于1）的特點，成為低熟源巖的主要標志之一，反映出源巖中脂類雜原子化合物聚合程度偏低的特征。.（3）低熟烴源巖的基本地球化學特征 2 化合物分布特征 組成：以飽和烴和非烴為主，芳烴和瀝青質含量相對較低，芳構化與聚合程度不高。 飽和烴餾分以正烷烴為主（含量占60%80%），含有單甲基支

27、鏈烷烴、類異戊二 烯烷烴、萜烷類膠甾烷類等，成熟度低，對烴類分布影響較小。 芳烴餾分飲食多環(huán)芳烴、芳香甾萜類和各種含硫化合物等成分，是甾萜類生物標志 物早期芳構化產(chǎn)物。 含有相當數(shù)量熱穩(wěn)定性低的生物標志物，如5(H)糞甾烷、17 (H)，21 (H)藿烷、13(H)，14 (H)三環(huán)萜烷、脫羥基維生素E、卟啉以及長側鏈噻吩類，甚至還有甾烯、螺甾烯、藿烯和新藿烯等不飽和烴,表明R0值0.210.65%，常規(guī)成熟度參數(shù)C29甾烷20S/(20S+20R)為0.36，最低為0.09。.（3）低熟烴源巖的基本地球化學特征 3 顯微組分組成特征 主要的五種顯微組分前已述及，其表示和特征如下：以兩種方式表

28、示： TMCS3包括礦物瀝青基質在內(nèi)的顯微組分總量 TMC不包括礦物瀝青基質在內(nèi)的顯微組分總量 特征： 貧惰性組分含量低于5% 鏡質組、腐泥組和殼質組三者間不同的分配比例反映出其生源構成和有機質類型的差異 不同地區(qū)顯微組分組成的多樣性與復雜性 TMC值與源巖豐度指標呈正相關，即有機碳、氯仿瀝青、總烴和產(chǎn)油潛量隨顯微組分含量TMC增加而增加，但為非線性關系 TMCS3含量與其烴類餾分中微生物生源標志物總含量呈現(xiàn)較好的正相關性，表明TMCS3的形成與菌藻類微生物之間存在密切的成因聯(lián)系。.（3）低熟烴源巖的基本地球化學特征 低熟源巖的“二段式”熱演化特征 有機質的演化從兩個方面反映出來： 一是從不溶

29、有機物；二是從可溶有機物 低熟烴源巖的有機質演化具有明顯的階段性，而且一般都表現(xiàn)為“兩段式”變化的界線大致以R0值0.55%0.65%為界。 反映出低熟烴源巖由“未成熟”向“成熟”演化過程中，由低熟油氣生烴機制向常規(guī)的成熟油氣生烴機制的轉折。 有機質演化階段劃分及有機質演化的不均一性 以蘇北盆地為例.3、低熟油氣物理化學性質與判識標志（1）低熟天然氣及其物理化學性質 概念 在微生物生化作用成因的生物甲烷氣生成高峰之后、干酪根熱降解成因的常規(guī)成熟石油生成高峰之前，凡由沉積有機質中某些具有化學活性的熱不穩(wěn)定組分，經(jīng)低溫生物化學或（和）低溫化學反應所和成的氣態(tài)烴類，均屬低熟氣的范疇。Galimov對

30、西西伯利亞大氣田探明儲量的成氣機制,他認為是腐殖型有機質在較低溫度下,由芳環(huán)化合物縮合作用為主所形成,經(jīng)理論計算和模擬實驗,得到了如圖所示的結果。右圖為Hunt（1979）提出并得到公認的天然氣形成模式圖，可分為兩個階段，即溫度0.57g./cm3)，生物氣相對密度較小( 0.57g./cm3 )。 徐永昌基于Hunt和Galimov的資料，編制了各成氣階段甲烷形成相對強度的模式圖。把甲烷的形成階段分為：生物氣（BG）；生物熱催化過渡帶氣（BTG）；熱催化氣（TG）；熱裂解氣（TTG）等多個階段。 低熟氣就位于生物熱催化過渡帶，腐殖型有機質在低熟階段R0值為0.45%0.70%）可能產(chǎn)生的甲烷

31、數(shù)量，足以形成特大氣田。.（2）低熟油一般物理化學性質低熟油的物性特點 密度：變化范圍很寬，從0.71.0g/cm3，多數(shù)位于0.850.94g/cm3之間。 可分為以下四種類型： 高密度、高粘度、高含硫原油。 密度為0.890.98g/cm3，粘度為數(shù)千mPas， 高含硫一般大于2%。如江漢的廣華、王場油 田、河南的泌陽油田、勝利的八面河油田等。 高密度、低蠟、低硫原油。 密度為0.870.94g/cm3, 粘度差別大,含硫小于0.6%，低的為35 mPas，高的超過 2000mPas。如勝利的沾化凹陷、蘇北的海安凹陷、遼河的高升油田為代表。 高蠟、低硫、中高密度原油。 密度0.860.90

32、g/cm3, 粘度為幾個mPas，含蠟量高，一般大于25%。以大港的南 皮、大慶的新北（黑帝廟）油層、勝利的德1井、百色盆地為代表。高含 蠟反 映生源母質可能與富長鏈脂肪族的高等植物和富含類脂質的生物有關，其沉積 條件為弱還原的微咸水環(huán)境。 低密度、低粘度、低凝點原油。 在大港板橋沙一段和青海柴達木上侏羅統(tǒng)地層中以凝析油產(chǎn)出。其生源母質與 高等植物富氫組分有關。.低熟油的族組成特征 特征： 飽和烴含量相對較低 “非烴+瀝青質”含量相對較高 演化程度相對偏低的低熟油和膏鹽沉積環(huán)境形成的低熟油在族組成上表現(xiàn)為飽和烴含量更低(30%40%)、極性組分“非烴+瀝青質”含量更高（40%60%）的特點。

33、飽芳比低和非瀝比高是低熟油在族組成上的另一共同特征。大多數(shù)油樣飽芳比值介于14，低熟油的非瀝比相對較高，其中75%以上油樣的非瀝比大于5，而成熟原油通常小于3。造成這一原因是低熟油的形成與生物類脂物的早期轉化成烴有關。（2）低熟油一般物理化學性質.（3）低熟油化合物分布特征 飽和烴餾分組成 主要是由各種鏈烷烴（正烷烴、支鏈烷烴和類異戊二烯烷烴）和各種環(huán)狀烷烴（甾烷和萜烷）組成。不同的是低熟油中各類化合物的分布型式有明顯的特殊性，其中含有相當數(shù)量的熱穩(wěn)定性差的化合物。 芳烴餾分組成 芳烴餾分比常規(guī)原油顯得格外復雜，能檢測到萘、菲、屈等系列常規(guī)多環(huán)芳烴，還能檢測到具有不同芳構化程度的甾、萜類化合物

34、和一些含硫（如烷基噻吩類）和含氧（如脫羥基維生素E系列）化合物。后三者在一些低熟油中豐度甚高，可能與某些特殊沉積環(huán)境和特殊生源輸入的低熟源巖有關。 非烴餾分含氧化合物組成 在低熟油非烴餾分中檢測到的含氧化合物包括各種脂肪醇、脂及酸等，其中又以正構醇、酮及酸豐度相對較高。經(jīng)研究它們是成熟原油正構烷烴的原始成分。 在低熟油非烴餾分中還檢測到一些藿烷酸、甾烷酮和甾醇等具有明確生源意義的生物標志物，但豐度均很低。甾烷酮中C27、C28、C29化合物豐度相當，而甾醇中常呈現(xiàn)出C27的優(yōu)勢。.（4）烴類餾分的生源構成 原油的化合物分布組成受生源輸入、沉積成巖環(huán)境和成熟度三重因素的制約。 根據(jù)表2-2烴類化

35、合物的生物標志涵義采用生物標志物組合的方法可以大體上判斷低熟油的生源構成。不同低熟油的飽和烴餾分生源構成和芳烴餾分生源構成見圖。 根據(jù)低熟油的族組成和飽和烴、芳烴餾分的生源構成，還可以折算出低熟油總烴餾分的生源構成百分比，為研究低熟油的原始成烴母質與劃分低熟油成因類型提供重要依據(jù)。1、高等植物生源；2、細菌生源；3、藻類生源；4、色素生源；5、原生動物生源；6、未知生物.（5）低熟油氣的判別 低熟油的判識 判別低熟油最有效的指標是甾烷的立體異構體比值(立體異構化參數(shù)) 。如C27和C29甾烷/( +)和C29甾烷20S/（20S+20R）等。 不穩(wěn)定的生物標志物，例如各種甾烯和藿烯、5 (H)

36、糞甾烷、脫羥基維生素E系列、卟啉及長鏈烷基四氫噻吩和噻吩系列等。 根據(jù)我國低熟油的研究發(fā)現(xiàn)， C29甾烷20S/（20S+20R）參數(shù)定量化判別低熟油最為有效，其中5 (H)糞甾烷在低熟油中分布最為廣泛，因此，這兩項指標可作為判別低熟油的最主要標志。一般認為， C2920S/（20S+20R）值0.4、 C29/( + )值0.4同時有5(H)糞甾烷等熱不穩(wěn)定的化合物存在，可作為判別低熟油的可靠標志。 低熟氣的判識 主要依靠氣體化學組分、碳、氫穩(wěn)定同位素。 成份上 甲烷含量一般在60%以上，若含有大量非烴氣體（如CO2）時，甲烷含量低于60%； 重烴含量介于生物氣與“熱催化氣”（成熟氣）之間；

37、 干燥系數(shù)一般較大， C1/C1-5值為0.61.0。但當它與低熟油伴生時，氣體濕度較大，C1/C1-5也可0.70， Ph/C180.10。類：代表了淡水湖相形成的低熟 油，如松遼盆地黑 帝廟油層等。其Pr/Ph介于0.400.70之 間， Ph/ C18介于0.100.30之間。 類：代表了由半咸水咸水湖泊環(huán)境中混合型有機 質生成的低熟油。我國低熟油的大部分屬于此 類，如濟陽坳陷等。其Pr/Ph介于0.100.45之間， Ph/nC18介于0.300.60之間。類：代表了鹽湖環(huán)境中形成的低熟油，如潛江凹陷 等，以低Pr/Ph值（0.60）為特征。.4、低熟油氣成因機理及其地質模式1（1）木

38、栓質體早期生烴機理 軟木脂作為木栓質體的前身物，具有聚合度低和長鏈類脂物多的特點，可在較低的熱力學條件下生成并釋放以鏈狀結構為主的烴類。 實驗證實木栓質體在R0值約0.35%0.50%時，顯微熒光光譜發(fā)生迅速而明顯的紅移，指示劇烈的化學組成變化；木栓質體和富木栓質成分的干酪根有能力生成大量C12脂族烴和芳烴，并且約50%的木栓質體生烴潛力在達到傳統(tǒng)上確定的常規(guī)成熟石油“生油窗”之前，就已經(jīng)消耗掉了。蘇北盆地低熟源巖藻類體含量與氯仿瀝青“A”、總烴含量的關系吐哈盆地木栓質體早期生烴吐哈盆地八道灣組木栓質體等組分含量與氯仿瀝青“A”含量、飽/芳比和R0值的相關性a為與氯仿瀝青“A”關系；b為與飽/芳比關系；c為與R0的關系.4、低熟油氣成因機理及其地質模式2（2）樹脂體早期生烴機理 樹脂隨分泌樹脂的母體植物埋藏以下，石化成樹脂體。 樹脂酸脫羧基、加氫轉化成環(huán)烷烴的化學反應所需的活化能和熱力學條件也較干酪根熱