《高等石油地質學》第1章-現(xiàn)代油氣成因地質課件

1、第一章 現(xiàn)代油氣成因進展 第一節(jié) 干酪根晚期成因理論第二節(jié) 低熟油氣和煤成油理論第三節(jié) 油氣成因熱點問題討論第一章 現(xiàn)代油氣成因進展 第一節(jié) 干酪根晚期成因理論 一、現(xiàn)代油氣成因的一般模式 Tissot等（1971，1984）建立干酪根熱降解生烴模式，簡稱為干酪根晚期生烴學說。 油氣形成演化過程一般劃分為四個逐步過渡的 階段，即：（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 理論特點 干酪根母質 晚期 高溫 熱降解干酪根主要類型劃分圖干酪根 不溶于有機酸的具有復雜機構的固態(tài)有機質干酪根是由不同顯微組分所組成 ！（一）生物化學生氣階段特征1

2、埋深較淺（從沉積界面到數(shù)百米乃至1500m深處）；2溫度較低，介于1060；3以細菌活動為主，與沉積物的成巖作用階段基本相符，相當于碳化作用的泥炭-褐煤階段；4在缺乏游離氧的還原環(huán)境內，厭氧細菌活躍，生物起源的沉積有機質被選擇性分解，轉化為分子量更低的生物化學單體（如苯酚、氨基酸、單糖、脂肪酸等），部分有機質被完全分解成CO2、CH4、NH3、H2S和H2O等簡單分子；一、現(xiàn)代油氣成因的一般模式5有機質除形成少量烴類和揮發(fā)性氣體以及早期低熟石油外，大部分轉化成干酪根保存在沉積巖中；6形成的產物 （1）以甲烷為主,甲烷含量在95%以上，屬于干氣； （2）缺乏輕質（C4C8）正烷烴和芳香烴； （3

3、）高分子量正烷烴C22C24范圍內有明顯奇數(shù)碳優(yōu)勢； （4）環(huán)烷烴中16環(huán)均有，但四環(huán)分子顯畸峰； （5）芳香烴以高分子量化合物為主，顯示萘和多核芳香 烴雙峰； （6）甲烷穩(wěn)定碳同位素值異常低，介于-85%-55%。7可以富集形成特大型氣藏，具有很高經(jīng)濟價值。 （一）生物化學生氣階段特征 1沉積物埋藏深度超過15002500m，進入后生作用階段前期； 2地溫升至60180，相當于長焰煤焦煤階段； 3促使有機質轉化的最活躍因素是熱催化作用； 4. 干酪根發(fā)生熱降解，雜原子（O、N、S）的鍵破裂，產生CO2、H2O、NH3、H2S等揮發(fā)性物質逸散，同時獲得大量低分子液態(tài)烴和氣態(tài)烴； 5有機質大量轉

4、化為石油和濕氣，成為主要的生油時期，即“生油窗”；（二）熱催化生油氣階段特征（二）熱催化生油氣階段特征6生成的烴類與石油非常相似，但與原始有機質有了明顯區(qū)別: （1）正烷烴碳原子數(shù)及分子量遞減； （2）奇數(shù)碳優(yōu)勢消失； （3）環(huán)烷烴和芳香烴碳原子數(shù)也遞減；多環(huán)及 多芳核化合物顯著減少。7在其他條件相同的情況下，樹脂體和高含硫的海相有機質往往成熟較早；藻質體生烴能力量強；腐殖型有機質同樣可以成為生油母質，只不過成熟較晚、生氣較多而已。 1沉積物埋深起過35004000m； 2地溫達到180250，則進入后生作用階段后期，相當于碳化作用的瘦煤貧煤階段； 3此時地溫超過了烴類物質的臨界溫度，除繼續(xù)斷

5、開雜原子官能團和側鏈，生成少量水、二氧化碳和氧外，主要反應是大量C-C鏈斷裂，包括環(huán)烷的開環(huán)和破裂，液態(tài)烴急劇減少； （三）熱裂解生凝析氣階段特征（三）熱裂解生凝析氣階段特征4產物特征：（1）C25以上高分子正烷烴含量漸趨于零；（2）只有少量低碳原子數(shù)的環(huán)烷烴和芳香烴；（3）相反低分子正烷烴劇增，主要是甲烷及其氣態(tài)同系物，在地下深處呈氣態(tài)，采至地面隨后溫度、壓力降低，反而凝結為液態(tài)烴質石油，即凝析油并伴有溫氣，進入成熟時期。5這個階段烴類反應的性質可分為兩種作用：（1）石油熱裂解:高溫下脂肪族結構破裂為小分子，芳烴濃縮；（2）石油熱催化:高溫下貧氫石油產生縮合反應，主要形成固態(tài)殘渣，并使石油中

6、脂肪族相對增加而雜原子減少。6. 凝析氣和濕氣的大量生成，主要與高溫下石油裂解作用有關，而石油焦化及干酪根殘渣熱生成的氣體量則是有限的。 1當深度超過60007000m，沉積物已進入變生作用階段，達到有機質轉化的末期，相當于半天煙煤-無煙煤的高度碳化階段； 2溫度超過250，以高溫高壓為特征； 3已形成的液態(tài)烴和重質氣態(tài)烴強烈裂解，變成熱力學上最穩(wěn)定的甲烷； 4這個階段生成干氣甲烷和碳瀝青或次石墨。 （這個現(xiàn)象在中科院地球化學研究所的實驗室中獲得證實；同時，在野外也得到肯定（四川盆地威遠隆起震旦系白云巖中見到石油熱演化的最終產物甲烷和固態(tài)瀝青） （四） 深部高溫生氣階段特征一、現(xiàn)代油氣成因的一

7、般模式 1在生物化學生氣階段，現(xiàn)代沉積物中烴類含量太低，不足以成為已知油氣的烴源。與之相反，與現(xiàn)代沉積物相比較，不同地質時代沉積巖中烴含量卻顯著增加，這表明沉積物在淺埋過程中，生烴作用異常明顯（Hunt,1961）。 2發(fā)現(xiàn)未成熟的石油： （1）1969年開始的國際深海鉆探計劃（DSDP），先后在墨西哥灣、西太平洋和西地中海的中生界和更新統(tǒng)沉積物巖心中發(fā)現(xiàn)了未成熟的運移石油、瀝青和烴類氣體（ Davis和 Brey, 1969; Mclver, 1971,1973）。 二、存在的問題二、存在的問題 （2）加拿大波弗特-馬更些盆地第三系的天然氣、原油和凝析油為低熟烴類（Snowdon,1980;

8、Snowdon和Powell,1982） （3）泰國彭世洛盆地詩麗吉油田第三系烷基原油（Lawwongngam和Philp,1991） （4）印度上阿薩姆盆地中新統(tǒng)環(huán)烷芳香基原油（ivedi等） （5）美國加利福尼亞沿岸圣瑪麗亞盆地中新統(tǒng)蒙特利爾高硫重油（Orr,1986） 上述烴類雖然在產狀、物理性質和化學組成不盡相同，但它們均屬低成熟度范疇，不可能是干酪根晚期熱降解的產物，運用Tissot的生烴演化理論模式既無法闡明其烴機理，也不能解決其資源評價及勘探實踐。 第二節(jié) 低熟油氣和煤成油理論一、低熟油氣形成機理 （一） 六種成因1、樹脂體早期生烴機理2、木栓質體早期生烴機理 3、陸源有機質細菌

9、改造作用早期生烴機理 4、高等植物蠟質早期生烴機理 5、藻類類脂物早期生烴機理 6、富硫大分子有機質早期降解生烴機理 一、低熟油氣形成機理 （二）陸源有機質細菌改造早期生烴機制實例分析 （以板橋凹陷 為例）（三）生物類脂物早期生烴機制實例分析 （以蘇北盆地 為例） 一、低熟油氣形成機理 一、低熟油氣形成機理 （四）富硫大分子早期降解生烴機制實例分析（以德南洼陷 為例） 二、煤成油機理 （一）成油機理 1三種有機質在成油演化過程中發(fā)生“兩極分化”作用 聚合程度最高的干酪根在降解生成聚合程度較低的腐殖酸和聚合程度最低的抽提物的同時，還生成了聚合程度更高的干酪根（它不同于原來的干酪根）；腐殖酸在演化

10、過程中也降解生成了部分油氣，但同時也生成新的腐殖酸，更主要的是其大部分在演化早期聚合成干酪根了；最引人注目的是，可溶抽提物本身也在生成分子量更小的油氣的同時，聚合生成了部分干酪根和腐殖酸。 二、煤成油機理 （一）成油機理 2三種有機質成油貢獻既有差別也有變化 （1）總體上,腐殖酸對成油貢獻不大，且隨褐煤熱演化程度升高而減少 （2）可溶抽提物是褐煤中豐度最小的一種有機質，僅占有機質的1.61%。然而，它在褐煤的整個成油演化過程中始終扮演著十分重要的角色 （3）與泥巖中分散有機質生油的情況類似，煤中干酪根也是煤成油的最主要的母質，它也在成油過程中發(fā)揮著主導和主力作用 （二）吐哈盆地侏羅系八道灣組煤

11、生油演化模式 八道灣組煤的“殼質組+腐泥組”組成中，以木栓質體為主，角質體和孢子體也占有一定比例 Ro約0.50%時還有一個顯著的轉化率高峰 木栓質體在早期演化不太強的熱力條件下，以熱分解和熱解聚的形式，而不是通過干酪根熱降解的方式，產生各種“碎片”并可進入氯仿抽提物中 三種成烴模式的對比TISSOT模式煤成油模式碳酸鹽巖成烴模式第三節(jié) 油氣成因熱點問題討論當前油氣生成方面的主要研究熱點1、多源多期生烴造成的混源問題2、二次生烴問題3、深部超壓環(huán)境對生烴的擬制作用4、古老源巖生烴問題（高成熟、低豐度 海相碳酸巖鹽）5、優(yōu)質烴源巖產烴問題第三節(jié) 油氣成因熱點問題討論一、多源多期生烴造成的混源問題

12、 1 、成因 （1）多旋回沉積盆地發(fā)育多套烴源巖； （2）不同烴源巖進入生烴門限時間不同； （3） 不同烴源巖有機質類型不同。 2 、混源特征（1） 原油或天然氣成份變化（2） 原油或天然氣成熟度不唯一（3） 碳同位素指標有變化（4） 生物標志物出現(xiàn)多源特征（5） 其它現(xiàn)象一、多源多期生烴造成的混源問題早期成藏晚期成藏原油成份和成熟度發(fā)生變化 3 、應用中的問題（1） 兩期混源中每一期注入量難以確定 （柴西）；（2） 影響主成藏期的確定；（3） 影響到有利勘探目標的評價和優(yōu)選一、多源多期生烴造成的混源問題第三節(jié) 油氣成因熱點問題討論二、二次生烴問題 1 、定義烴源巖在受熱溫度降低導致一次生烴歷

13、程被終止之后，當受熱溫度再次增高并達到有機質再次活化所需要的臨界熱動力學條件時，烴源巖發(fā)生的再次生烴演化。 二、二次生烴問題 2 、問題 （1）烴源巖二次深埋期間，有機質成熟作用存在明顯的“遲滯”或“鈍化”現(xiàn)象，即再次活化的臨界溫度往往要偏高一些。 （2）二次生烴同樣受有機質的成因類型和埋藏成巖條件的影響。不同盆地會有一定差異。 （3）多旋回盆地可能經(jīng)歷多次終止與活化，發(fā)生三次甚至更多次數(shù)的生烴作用。二、二次生烴問題 3 、二次生烴模式(秦勇，2001） （1）二次生烴特征與起始成熟度密切相關，起始成熟度不同，二次生烴的發(fā)展過程、生烴量、烴類組成、遲滯性等都不相同。 （2）二次生烴歷程均存在一

14、個生烴高峰，且與一次連續(xù)生烴相比始終存在不同程度的滯后特征。 （3）若起始成熟度位于一次連續(xù)生烴的“生油窗”范圍內，則二次生烴量通常都高于未熟有機質的一次連續(xù)生烴量。 二、二次生烴問題 3 、二次生烴模式 （4）在起始成熟度進入一次連續(xù)生烴“生油門限”的前提下，二次生烴歷程中普遍存在兩個生油高峰。其中第二個生烴高峰為二次生烴的高峰。 （5）二次生烴作用的生烴“死線”與一次連續(xù)生烴基本一致，均在Ro （3.5%4.0%）間。 （6）二次生烴的上述特征和演化規(guī)律嚴格受生烴動力學的控制。 （1）二次生烴特征與起始成熟度密切相關，起始成熟度不同， 二次生烴的發(fā)展過程、生烴量、烴類組成、遲滯性都不相同。

15、（2）二次生烴歷程均存在一個生烴高峰，且與一次 連續(xù)生烴相比始終存在不同程度的滯后特征（3）若起始成熟度位于一次連續(xù)生烴的“生油窗”范圍內，則 二次生烴量通常都高于未熟有機質的一次連續(xù)生烴量（4）在起始成熟度進入一次連續(xù)生烴“生油門限”的 前提下，二次生烴歷程中普遍存在兩個生油高峰（5）二次生烴作用的生烴“死線”與一次連續(xù)生 烴基本一致，均在Ro （3.5%4.0%）間1 、問題的理論依據(jù)（1）有機質熱解生烴，是固態(tài)干酪根向液態(tài)烴轉化的化學反應過程，過高的壓力必然阻止反應的進行。（2）壓力增高，單個烴類化合物的焓值降低。從熱力學觀點來看，焓值降低愈多，表明該化合物形成時放熱更多，即這個化合物處

16、于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，從而阻擾了反應的進行（據(jù)何志高，1982）。（3）熵（分子運動的混亂程度）隨壓力的增加而降低。根據(jù)化學反應的熵增加原理，降低熵顯然不利于反應的進行（據(jù)何志高，1982）。 三、 深部超壓環(huán)境對生烴的擬制作用三、 深部超壓環(huán)境對生烴的擬制作用2 、證據(jù)（1）模擬實驗結果 Ro在高溫高壓實驗條件下的變化 （據(jù)姜峰等，1998）； 單點演化模擬實驗（據(jù)陳善勇等，2003） （2）盆地實例 歧北深層（據(jù)陳善勇等，2003）； 國外實例Ro在高溫高壓實驗條件下的變化單點演化模擬實驗歧北深層國外實例國外實例 3 、潛在意義（1）并非所有的盆地深部都超過液態(tài)窗的下限；（2）可能有相當一部分

17、超壓盆地目前仍處于生烴階段；（3）盆地深部某些古老的地層可能仍有生烴潛力（古生界、前寒武系）三、 深部超壓環(huán)境對生烴的擬制作用 四、 古老源巖生烴問題 1 、問題的提出 （1）中國含油氣盆地的烴源巖主要是二疊系以上層 位。國外存在古老源巖的盆地： 1） 歐洲的含油氣盆地石炭系 2） 阿帕拉齊亞盆地奧陶系 3） 中東和北非盆地志留系 （2）中國多旋回疊合盆地中的海相古生界和前寒武 系是否仍有生烴價值。 （3） 高成熟、低豐度碳酸鹽巖古老源巖的評價問題 第三節(jié) 油氣成因熱點問題討論 2 、研究概況（1） 華北北部中上元古界源巖（郝石生等，1990） 平泉縣“雙洞背斜古油藏” 被認為是一個被破壞了的

18、原生油藏（液態(tài)油苗和瀝青）。 指出“霧迷山組洪水莊組”等層段具有勘探遠景。（2） 中國西部泥盆系烴源巖研究（王飛宇，2000） 四、 古老源巖生烴問題 五、優(yōu)質源巖產烴問題 1 、背景 （1）有效烴源巖產烴一直是廣泛接受的觀點 （2）從排烴角度認為過厚的烴源巖可能不利 于排烴 （3）烴源巖厚度對烴源巖致關重要 第三節(jié) 油氣成因熱點問題討論五、優(yōu)質源巖產烴問題 2、新的發(fā)現(xiàn)（1）國外許多盆地發(fā)育的烴源巖厚度不大，但豐度非常高（阿爾伯達盆地，西伯利亞盆地）。阿爾伯達盆地西部落基山前（Banff）考察結果（2002年9月） 1）泥盆系最上部與密西西比組（下石炭統(tǒng)）過渡帶（353Ma）發(fā)育Exshaw 組，該組下部為一套“ Black Shale”段； 2）黑色泥巖總厚度10m左右； 3）TOC含量高達5（是在過成熟條件：氫指數(shù)接近零），推算原始有機質含量可能更高（約20）； 4）該盆地未成熟地區(qū)Exshaw 組的TOC可達到14； 5）該