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(jī)質(zhì)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(qū)物質(zhì)； 沉積巖必須達(dá)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(zhì)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(jī)質(zhì)演化分為四個階段: (1)生物化學(xué)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(nèi)。烴類的形成與生油巖埋藏深度的關(guān)系的一般圖解有機(jī)質(zhì)演化的一般模式有機(jī)質(zhì)演化的一般模式 該理論產(chǎn)生了一系列實用性很強(qiáng)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(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)對油氣形成的的貢獻(xiàn)； （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(jī)質(zhì)經(jīng)低溫生物化學(xué)或低溫化學(xué)反應(yīng)生成。 相當(dāng)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(jī)質(zhì)中存在大量化學(xué)性質(zhì)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(zhì)基礎(chǔ) （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(zhuǎn)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(jī)理 （2）木栓質(zhì)體早期生烴 木栓質(zhì)體來源于高等植物，在低熱條件下，發(fā)生低活化能的化學(xué)反應(yīng)，生成并釋放以鏈狀結(jié)構(gòu)為主的烴類。 （3）細(xì)菌改造陸源有機(jī)質(zhì)早期生烴 細(xì)菌作用對陸源有機(jī)質(zhì)進(jìn)行降解改造，提高富氫程度和“腐泥化”程度，使有機(jī)質(zhì)熱降解生烴反應(yīng)所需活化能降低，有利于生成低熟油氣。 （4）高等植物蠟質(zhì)早期生烴 高等植物蠟質(zhì)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(tuán)形成原油中C22+正構(gòu)烷。 （5）藻類類脂物早期生烴 藻類以蛋白質(zhì)和脂肪物質(zhì)含量高為特征。 藻生物類脂物結(jié)構(gòu)簡單，在低溫還原條件下，可轉(zhuǎn)化成鏈烷烴和環(huán)烷烴。 （6）富硫大分子有機(jī)質(zhì)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(zhì)模式低熟油的形成的地質(zhì)模式吐哈盆地東海盆地低熟油的形成的地質(zhì)模式低熟油的形成的地質(zhì)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(xué)特征 一般為重質(zhì)油，也有凝析油和輕質(zhì)油。 飽和烴含量較低，非烴和瀝青質(zhì)含量較高，飽/芳比低。 甾烷的立體異構(gòu)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(jī)質(zhì)有關(guān)。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(jī)母質(zhì)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(jī)質(zhì)搬運距離短，沉積速率高，有利于各種沉積有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)，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(jī)碳含量高，可溶有機(jī)質(zhì)含量偏低 與湖相泥質(zhì)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(guān)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(guān)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(zhì)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(guān)。 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(zhì)組、鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組。 生烴潛力取決于煤中殼質(zhì)組的數(shù)量與組成。 商業(yè)性煤成油田的形成條件： （1）殼質(zhì)組含量大于10%； （2）干酪根的氫

8、指數(shù)大于100mg烴/g有機(jī)碳； （3）煤層的瀝青化作用達(dá)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(qū)機(jī)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(qū)受到限制，并造成地質(zhì)色層分異效應(yīng)。 三種排烴機(jī)理： 壓實排驅(qū)：低熟階段， Ro=0.5-0.7% 連續(xù)瀝青網(wǎng)絡(luò)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(xué)特征 煤成油排驅(qū)和運移具有強(qiáng)烈的地層色層效應(yīng)： 分子直徑較大和極性較大的油被滯留在源巖內(nèi)，輕質(zhì)油和凝析油運移出烴源巖聚集成藏。 4煤成油的地球化學(xué)特征 （1） 密度較輕

9、，飽和烴含量高，非烴和瀝青質(zhì)含量低； （2）正構(gòu)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(jī)質(zhì)和不溶有機(jī)質(zhì)（干酪根）是一個有機(jī)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(zhuǎn)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(jī)質(zhì)直接轉(zhuǎn)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(zhì)形成的中間階段；在較高成熟階段，當(dāng)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(zhì)石油的主要貢獻(xiàn)者。 沉積有機(jī)質(zhì)乏氧生物化學(xué)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(zhì)干氣次石墨生物化學(xué)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(jī)質(zhì)的生烴模式 二次生烴： 已發(fā)生生烴作用的烴源巖由于構(gòu)造作用而抬升，溫壓條件改變，生烴作用終止；當(dāng)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(dá)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(guān)系哈西邁斯歐德地區(qū)生油巖與油氣聚集關(guān)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(zhì)時間關(guān)系圖生成和地質(zhì)時間關(guān)系圖 1. 碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)的類型及賦存形式 靜水環(huán)境，有機(jī)質(zhì)原始組分由富氫的藻、浮游生物及微生物組成，有機(jī)質(zhì)類型以

12、腐泥型為主。 有機(jī)質(zhì)賦存形式具多樣性和復(fù)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(jī)質(zhì)。五. 碳酸鹽巖生烴理論 2.碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)的豐度及生烴潛力 有機(jī)碳含量較低，一般0.3-0.5%; 轉(zhuǎn)化率較高。 碳酸鹽巖0.3-0.5%有機(jī)碳含量的烴轉(zhuǎn)化率相當(dāng)于泥巖1.0-1.5%的轉(zhuǎn)化率。 優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖烴源巖缺乏陸源有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)演化的遲滯效應(yīng) 遲滯效應(yīng)：相對于具有相同熱演化歷史的陸源有機(jī)質(zhì)而言，演化程度滯后。 與泥質(zhì)烴源巖相比，在相同的熱演化條件

13、下，碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度低，成烴演化階段滯后，滯后程度Ro可達(dá)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(yīng)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(jī)質(zhì)處于未熟-低熟階段，富含類脂物的有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)和部分束縛有機(jī)質(zhì)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(nèi)容 （1）烴源巖地質(zhì)特征：巖性，顏色，厚度，沉積環(huán)境 （2）烴源巖地球化學(xué)特征： 有機(jī)質(zhì)豐度：有機(jī)碳含量，氯仿瀝青含量 有機(jī)質(zhì)類型：腐泥型、腐殖-腐泥型、腐泥-腐殖型、腐泥型 有機(jī)質(zhì)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(xué)指標(biāo)評價方法 巖心或巖屑分析 有機(jī)質(zhì)豐度： 有機(jī)質(zhì)類型：元素分析、鏡檢、熱解 有機(jī)質(zhì)成熟度：鏡檢、熱解、色譜、色譜-質(zhì)譜

15、（3）油源對比：色譜、色譜-質(zhì)譜、同位素石油、天然氣與生油巖對比所要求的研究內(nèi)石油、天然氣與生油巖對比所要求的研究內(nèi)容的圖示容的圖示 隨熱演化程度加深，低穩(wěn)定構(gòu)型(型、R型)甾、萜烷化合物向熱力學(xué)較穩(wěn)定的構(gòu)型(、20S、22S)轉(zhuǎn)化，穩(wěn)定構(gòu)型與低穩(wěn)定構(gòu)型的比值反映成熟度甾、萜烷異構(gòu)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(guān)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(jī)碳含量 泥質(zhì)烴源巖由巖石顆粒(m)、空隙(i)、黃鐵礦(p)、有機(jī)質(zhì)(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(jī)質(zhì)呈線性增長關(guān)系： Vp = 0.135Vo + 0.0078 Vp = (-0.9922 mi- 0.039 ) TOC= Vo (100 o ) /(R) R為