沉積有機(jī)質(zhì)的演化作用課件

第一節(jié)演化的階段與標(biāo)志第二節(jié)演化產(chǎn)物第三節(jié)演化的地質(zhì)－地球化學(xué)機(jī)理第四節(jié)沉積有機(jī)質(zhì)的演化類型第四章沉積有機(jī)質(zhì)的演化作用第一節(jié)演化的階段與標(biāo)志一、沉積有機(jī)質(zhì)演化階段二、沉積有機(jī)質(zhì)演化標(biāo)志三、沉積有機(jī)質(zhì)演化躍變沉積有機(jī)質(zhì)的完整演化歷程包括：沉積作用：外、內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用

埋藏作用：內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用

風(fēng)化作用：外、內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用

思考題：

①沉積有機(jī)質(zhì)是呈漸進(jìn)式演化還是呈階躍式演化，抑或二者兼而有之？②聚集與分散有機(jī)質(zhì)的演化能否相互對(duì)應(yīng)？采用哪些標(biāo)志來(lái)定義其演化進(jìn)程？③固態(tài)有機(jī)質(zhì)與流體有機(jī)質(zhì)的成生演化之間表現(xiàn)為何種動(dòng)態(tài)關(guān)系？

一、沉積有機(jī)質(zhì)演化階段一、沉積有機(jī)質(zhì)演化階段

圖4-1沉積有機(jī)質(zhì)演化階段與特征之間的關(guān)系

（二）流體地質(zhì)有機(jī)質(zhì)的演化階段

無(wú)機(jī)流體:H2O、CO2、N2以及某些稀有氣體等

有機(jī)流體:烴類，包括石油和天然氣。石油天然氣為有機(jī)質(zhì)在演化中形成的衍生物

干氣：泥炭～褐煤階段天然氣的形成經(jīng)歷濕氣：氣煤~焦煤階段

干氣：貧煤~無(wú)煙煤階段

生油門限或石油生成線：褐煤~長(zhǎng)焰煤階段

生油死限或石油死亡線：焦煤階段的初期

“生油窗”：生油門限與生油死限之間

物理、化學(xué)標(biāo)志應(yīng)具備的條件①演化程度相同時(shí)，性質(zhì)穩(wěn)定或變異性較??；②在沉積有機(jī)質(zhì)中分布廣泛，易于尋找；③演化程度不同時(shí)，同種參數(shù)的演化幅度要足夠大；

④是沉積有機(jī)質(zhì)的主要成分或重要成分,代表性較強(qiáng)；

⑤面積要足夠地大，便于觀察測(cè)量主要的參數(shù)類型

物理參數(shù)：Ro,max、Ro,ran、Ro,m

化學(xué)參數(shù):

Vdaf、Qdaf、Mad

有機(jī)元素:

Cdaf、Hdaf、Odaf及其原子比（H/C和O/C）

輔助參數(shù)：顯微硬度、熒光參數(shù)以及某些光譜參數(shù)等二、

沉積有機(jī)質(zhì)演化標(biāo)志

二、

沉積有機(jī)質(zhì)演化標(biāo)志

第二次躍變位置：Ro,max1.3%JMVdaf29%Cdaf87%作用：芳構(gòu)化作用、環(huán)縮合作用、熱解作用

產(chǎn)物：生油停止，CH4大量生成，裂隙氣大量生成

物性：光性（熒光性消失，顯微組分各向異性增長(zhǎng)）；最小密度、水分、硬度、孔隙度、孔容、內(nèi)表面積、濕潤(rùn)熱；最大結(jié)焦性、發(fā)熱量、脆度、內(nèi)生裂隙

第三次躍變位置：Ro,max2.5%WYVdaf8%Cdaf91%作用：熱裂解（脫甲基）作用產(chǎn)物：熱裂解氣（干氣）高峰物性：殼質(zhì)組反射率大于惰質(zhì)組，各向異性（△R）增長(zhǎng)

躍變特征

躍變序次

第一次第二次第三次第四次第五次躍變點(diǎn)位置

0.6%Ro,max,43%Vdaf,80%Cdaf

1.3%Ro,max,29%Vdaf,87%Cdaf

2.5%Ro,max,8%Vdaf,91%Cdaf

3.7%Ro,max,4%Vdaf,93.5%Cdaf

6.5%Ro,max,3%Vdaf,96%Cdaf

躍變機(jī)理

瀝青化作用芳構(gòu)化作用

芳構(gòu)化作用環(huán)縮合作用熱裂解作用

熱裂解（脫甲基）作用

環(huán)縮合作用拼疊作用

環(huán)縮合作用拼疊作用秩理化作用

演化產(chǎn)物

原生腐殖酸消失，進(jìn)入生油窗,出現(xiàn)次生組分

生油作用基本結(jié)束,甲烷開始大量生成

熱裂解氣大量生成,干氣生成達(dá)到高峰

生烴作用基本停止,達(dá)到生氣死限

鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組的預(yù)石墨化進(jìn)程顯著開始

主要物理性質(zhì)變化

鏡質(zhì)組反射率開始顯著增高,次生熒光開始出現(xiàn)

鏡質(zhì)組的密度、水分、顯微硬度、孔隙率等達(dá)到最小值

鏡質(zhì)組光學(xué)各向異性顯著增大,顯微硬度開始急劇增高

順磁性暫時(shí)消失,孔隙性演化趨勢(shì)發(fā)生轉(zhuǎn)折

顯微組分光學(xué)各向異性急劇增大

表4-1沉積有機(jī)質(zhì)演化躍變的主要特征

沉積固態(tài)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物演化的總體規(guī)律

①某些原生顯微組分消失，同時(shí)新生成了某些顯微組分；②肉眼可見的光澤逐漸增強(qiáng)，條帶狀結(jié)構(gòu)趨于明顯；③顯微組分的熒光性和透光性逐漸消失，反光性持續(xù)增強(qiáng)；④孔隙性、吸附性等物理性質(zhì)出現(xiàn)規(guī)律性演化；

一、沉積固態(tài)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物

一、沉積固態(tài)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物

二

流體有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物

氣態(tài)的天然氣（不包括沼氣）廣義的石油液態(tài)的原油、固態(tài)的瀝青和地蠟等原油中的烴類非烴飽和烴不飽和烴烷烴環(huán)烷烴正構(gòu)烷烴異構(gòu)烷烴芳香烴單環(huán)多環(huán)稠環(huán)原油的化學(xué)成分石油與天然氣基本性質(zhì)的差別

①天然氣的產(chǎn)出類型具有多樣性的特征；②石油的化合物組成比天然氣更為復(fù)雜；

分子量H/C原子比

石油：75~2751.4~2.2天然氣：<203~4

③兩者在物理性質(zhì)方面的差別更為明顯；④二者的運(yùn)移能力、運(yùn)移速度、運(yùn)移規(guī)模有差異。

圖4-7世界氣藏中天然氣的成分構(gòu)成（轉(zhuǎn)引自陳榮書等，1986）（一）脫邊基側(cè)鏈過(guò)程

脫氫過(guò)程：烷基與大分子骨架之間化學(xué)鍵的斷裂

脫氧過(guò)程：羰基、羥基、醚基、羧基等與骨架的鍵裂以及水、二氧化碳等逸出的過(guò)程

理想終點(diǎn)：H/C和O/C原子比均等于零

一、演化的地球化學(xué)機(jī)理演化縮聚作用：芳香稠環(huán)體系增大固態(tài)殘余有機(jī)質(zhì)降解作用：邊基側(cè)鏈發(fā)生降解流體有機(jī)質(zhì)一、演化的地球化學(xué)機(jī)理沉積有機(jī)質(zhì)顯微組分在演化過(guò)程中的脫氫、脫氧軌跡（據(jù)克瑞維倫，1961）A，藻類體；E，角質(zhì)體；V，鏡質(zhì)組；F，絲質(zhì)體（二）芳香體系縮聚過(guò)程

芳環(huán)縮合芳環(huán)平面碳網(wǎng)芳香稠環(huán)體系基本結(jié)構(gòu)單元:延展度（La）堆砌度（Lc）層面間距（d）碳網(wǎng)層數(shù):堆砌度與層面間距之比沉積有機(jī)質(zhì)大分子基本結(jié)構(gòu)單元維度示意圖（轉(zhuǎn)引楊起等，1979）（二）受熱時(shí)間

演化時(shí)限：在某一溫度段下演化發(fā)生進(jìn)展的時(shí)間，亦稱有效受熱時(shí)間。演化程度與時(shí)間為線性關(guān)系，但與溫度之間表現(xiàn)為指數(shù)關(guān)系，因此溫度是控制演化程度的關(guān)鍵因素；如果演化程度一定，則溫度與時(shí)間互為補(bǔ)償，即短時(shí)高溫或長(zhǎng)時(shí)低溫可以達(dá)到同樣的演化效果。沉積有機(jī)質(zhì)成熟度與溫度－時(shí)間關(guān)系的圖解模型（引自Bostick，1979）第四節(jié)有機(jī)質(zhì)演化的類型一、有機(jī)質(zhì)深成熱演化作用二、巖漿熱演化作用三、動(dòng)力演化作用

深成演化作用：是在正常地?zé)釄?chǎng)條件下、埋藏深度不斷加大的過(guò)程中進(jìn)行的。希爾特定律或規(guī)則正常熱演化作用沉積有機(jī)質(zhì)的演化程度隨埋深的加大而增高的現(xiàn)象。

一、深成演化作用

徐州煤田從太原組經(jīng)山西組到下石盒子組，成煤環(huán)境由受海水強(qiáng)烈影響的泥炭沼澤向純陸相泥炭沼澤轉(zhuǎn)化，沉積有機(jī)質(zhì)的生物降解程度逐漸降低，造成富氫鏡質(zhì)組顯微組分（如具有熒光的基質(zhì)鏡質(zhì)體）的含量隨層位增高而減少，導(dǎo)致鏡質(zhì)組反射率隨層位增高而增大。巖漿熱演化作用：是在異常高熱地?zé)釄?chǎng)條件下發(fā)生的，系巖漿上涌帶來(lái)的熱流與正常地?zé)釄?chǎng)背景的疊加作用。

1、區(qū)域巖漿熱演化作用

區(qū)域巖漿熱演化作用：起源于巖漿向地殼淺部侵入，但巖漿體未能進(jìn)入烴源原巖層。

二、巖漿熱演化作用

特點(diǎn)：1）等演化線或等演化面的產(chǎn)狀往往與煤層的產(chǎn)狀無(wú)關(guān)，只與巖漿侵入體的頂面形態(tài)基本一致；

德國(guó)布臘姆舍巖體與沉積有機(jī)質(zhì)等演化線之間的關(guān)系（引自Teichmuller等，1982）

2）等演化帶的寬度多窄于深成熱演化作用，在水平分帶和垂向分帶中都是如此；3）等演化線的展布方向往往與構(gòu)造線方向不一致，表明淺部構(gòu)造對(duì)區(qū)域巖漿熱演化作用的控制作用相對(duì)較弱。

4）光學(xué)各向異性顯微組分較為普遍，出現(xiàn)了鑲嵌結(jié)構(gòu)、似流變結(jié)構(gòu)、裂解碳等各類新生光學(xué)結(jié)構(gòu)；a—各向同性體；b—各向同性體，粗、細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)；c—球粒狀各向異性熱解炭；d—中間相小球體反射正交偏光e—粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)；f—片狀、纖維狀粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)體；g—球粒狀各向異性熱解炭；h—各向異性絲質(zhì)體反射正交偏光5）次生氣孔較為發(fā)育，尤其是在鏡質(zhì)組中普遍可見；6）同生礦物受到較為強(qiáng)烈的改造，黃鐵礦等的重結(jié)晶明顯；7）與同演化程度的深成熱演化沉積有機(jī)質(zhì)相比，氫含量、揮發(fā)份產(chǎn)率、H/C等相對(duì)較低；8）蝕變礦化現(xiàn)象普遍存在，廣泛發(fā)育熱液脈體，F(xiàn)、Cl、As等與巖漿期后熱液有關(guān)的元素往往較為富集，特別是流體包裹體，是一種良好的地質(zhì)溫度計(jì)和地質(zhì)壓力計(jì)。9）重磁異常：隱伏巖體的存在，正航磁異常2、巖漿接觸熱演化作用

巖漿接觸熱演化作用起源于巖漿與含沉積有機(jī)質(zhì)巖系或有機(jī)質(zhì)的近距離或直接接觸。巖漿高溫的熱傳導(dǎo)、氣水熱液以及巖漿期后殘余釋放熱導(dǎo)致沉積有機(jī)質(zhì)發(fā)生演化，巖漿侵位時(shí)對(duì)地層造成的壓力也對(duì)演化起到了重要推動(dòng)作用。因此，巖漿接觸熱演化作用對(duì)沉積有機(jī)質(zhì)具有短時(shí)高溫的作用特征。巖基、巖株、巖床、巖墻、巖脈特征：

1）變質(zhì)范圍窄于深成熱變質(zhì)和區(qū)域巖漿熱變質(zhì)；

2）接觸帶上被烘烤成天然焦或石墨；3）變質(zhì)程度、變質(zhì)帶寬度隨離巖體的距離而變化，且分帶明顯：4）出現(xiàn)熱變組分和熱變結(jié)構(gòu)，各向異性質(zhì)、小球體等鑲嵌結(jié)構(gòu)；5）煤的工藝性質(zhì)發(fā)生變化，Vdaf、Hdaf、Qdaf、CdafAd；6）常有圍巖蝕變現(xiàn)象，變質(zhì)巖、變質(zhì)結(jié)構(gòu)安徽淮北某煤礦煤的接觸演化分帶（引自楊起等，1979）1輝綠巖；2二級(jí)天然焦；3一級(jí)天然焦；4無(wú)煙煤；5貧煤；6瘦煤；7焦煤；8焦肥煤；9夾矸；10采樣位置湖南南部