第七講油氣成因與烴源巖

第七講油氣成因與烴源巖第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日思考題根據(jù)油氣生成的機理和產(chǎn)物特征，可以把有機質(zhì)生油過程劃分為哪幾個階段？（有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的現(xiàn)代模式及勘探意義）（干酪根成烴演化機制）第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日分三個階段：成巖作用階段、深成作用階段、準變質(zhì)作用階段1.成巖作用階段—未成熟階段從沉積有機質(zhì)被埋藏開始至門限深度為止。

地層條件：低溫（小于50～60℃）、低壓。

有機質(zhì)特征：微生物化學作用為主，有機質(zhì)以形成干酪根為主，沒有形成大量烴類，O/C大大降低，H/C稍微下降。

主要產(chǎn)物及特征：生物成因氣，有少量的烴類來自于活生物體，大部分為C15以上的重烴，為生物標志物。正烷烴多具明顯的奇偶優(yōu)勢。成巖作用階段后期也可形成一些非生物成因的降解天然氣以及未熟油。

鑒別指標：Ro小于0.5%。第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.深成作用階段—成熟階段

深成作用階段為干酪根生成油氣的主要階段。該階段從有機質(zhì)演化的門限值開始至生成石油和濕氣結(jié)束為止。按照干酪根的成熟度和成烴產(chǎn)物劃分為兩個帶：

A生油主帶（低—中成熟階段）

B凝析油和濕氣帶（高成熟階段）A生油主帶（低—中成熟階段）：

有機質(zhì)特征：干酪根熱降解作用為主，H/C大大降低。

主要產(chǎn)物及特征：成熟的液態(tài)石油。以中—低分子量的烴類為主，正烷烴中奇碳優(yōu)勢逐漸消失，環(huán)烷烴和芳香烴的碳數(shù)和環(huán)數(shù)減少，曲線由雙峰變單峰。把它稱為“液態(tài)窗”或“石油窗”。

鑒別指標：Ro為0.5～1.3%。第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日B凝析油和濕氣帶（高成熟階段）：

有機質(zhì)特征：高溫下，剩余的干酪根和已經(jīng)形成的重烴繼續(xù)熱裂解。主要產(chǎn)物及特征：液態(tài)烴急劇減少，C1～C8的輕烴將迅速增加。在地層溫度和壓力超過烴類相態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界值時，這些輕質(zhì)輕就會發(fā)生逆蒸發(fā)，反溶解于氣態(tài)烴之中，形成凝析氣和更富含氣態(tài)烴的濕氣。

鑒別指標：

Ro為1.3～2.0%。第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日3.準變質(zhì)作用階段—過成熟階段

有機質(zhì)特征：埋深大、溫度高，由于在成熟階段干酪根中絕大部分可以斷裂的側(cè)鏈和基團已消耗殆盡，所以石油潛力枯竭，殘余的少量烷基鏈，尤其是已經(jīng)形成的輕質(zhì)液態(tài)烴在高溫下繼續(xù)裂解形成大量的熱力學上的最穩(wěn)定的甲烷。干酪根的結(jié)構(gòu)進一步縮聚形成富碳的殘余物質(zhì)。

主要產(chǎn)物及特征：熱裂解甲烷。

鑒別指標：Ro＞2.0%。第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日教學目的與教學思路教學重點難點掌握油氣生成的地質(zhì)環(huán)境及促使有機質(zhì)演化成烴的因素油氣形成的地質(zhì)條件天然氣類型第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二章油氣成因與烴源巖第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日油氣形成的地質(zhì)條件上節(jié)的內(nèi)容：油氣生成的基本理論問題的提出：

★油氣生成必須具備什么條件？★什么地質(zhì)環(huán)境可以生烴？第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日一、油氣生成的地質(zhì)環(huán)境二、有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成油的影響因素第三節(jié)油氣形成的地質(zhì)條件第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日油氣生成的地質(zhì)環(huán)境與物化條件

沉積巖中的有機質(zhì)要向石油轉(zhuǎn)化必須經(jīng)歷一個碳、氫不斷增加而氧不斷減少的過程，即為一個去氧、加氫、富集碳的過程。

原始有機質(zhì)的堆積、保存和轉(zhuǎn)化過程，必須是在還原條件下進行，而還原環(huán)境的形成及其持續(xù)時間的長短則受當時的地質(zhì)及能源條件所制約。古地理環(huán)境海相環(huán)境大陸環(huán)境大地構(gòu)造環(huán)境物理化學環(huán)境溫度與時間細菌活動催化作用放射性第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日

1.長期穩(wěn)定下沉的大地構(gòu)造背景；2.較快的沉積（堆積）速度；3.足夠數(shù)量和一定質(zhì)量的原始有機質(zhì)；4.低能、還原性巖相古地理環(huán)境：淺海封閉環(huán)境，半深-深湖、前三角洲。5.適當?shù)氖軣岷吐癫厥?。第二章油氣成因與烴源巖一、油氣生成的地質(zhì)環(huán)境第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二章油氣成因與烴源巖1.大地構(gòu)造環(huán)境

三種構(gòu)造環(huán)境：過補償水體變淺欠補償水體變深補償保持一定水體深度第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二章油氣成因與烴源巖

為了確保有機質(zhì)不斷堆積、長期處于還原環(huán)境，并提供足夠的熱能供有機質(zhì)熱解需要，地殼必須有一個長期持續(xù)下沉，以及沉積物得到相應(yīng)補償?shù)臉?gòu)造環(huán)境。只有盆地的下降速度與沉積速度大致相當時有機質(zhì)才有可能大量堆積和保存，才有利于有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為油氣。第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日這種大地構(gòu)造環(huán)境主要分布在：

板塊的邊緣活動帶板塊內(nèi)部的裂谷、坳陷造山帶的前陸盆地、山間盆地。第二章油氣成因與烴源巖第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日

全球構(gòu)造格局中沉積盆地的分布大陸板塊內(nèi)部大洋板塊碰撞山帶大陸板塊內(nèi)部大西洋型張裂大陸邊緣西太平洋型大陸邊緣弧溝體系陸殼盆地大陸裂谷盆地弧后盆地弧前盆地深海溝開闊大洋盆地大洋中脊中谷盆地開闊大洋盆地殘留大洋盆地陸內(nèi)剪張盆地陸源沉積棱柱體周圍盆地大地構(gòu)造環(huán)境第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二章油氣成因與烴源巖2.巖相古地理環(huán)境

海相環(huán)境：

第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二章油氣成因與烴源巖2.巖相古地理環(huán)境

陸相環(huán)境：濱湖—沼澤區(qū)淺湖區(qū)半深湖區(qū)深湖

水體較深，水體表層處于動蕩回流狀態(tài)，其底部水流停滯，由于水底有機質(zhì)的分解，氧氣又得不到及時補充，便形成穩(wěn)定的還原環(huán)境，是有利的生油區(qū)。第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日

晚期生油理論認為：油氣生成必須具備兩個條件，一是有足夠的有機質(zhì)并能保存下來；一是要有足夠的熱量保證有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為油氣。

第二章油氣成因與烴源巖二、有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成油的影響因素第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日1.溫度和時間2.細菌3.催化劑4.放射性5.壓力第二章油氣成因與烴源巖二、有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成油的影響因素第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日

1.溫度和時間

第二章油氣成因與烴源巖二、有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成油的影響因素第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化是一個熱降解過程，溫度是最有效和最持久的作用因素；溫度不足可用延長時間來彌補。生油巖石的年齡越大，生烴門限溫度就越低。第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日

2.細菌

第二章油氣成因與烴源巖二、有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成油的影響因素由于生存條件的限制，細菌生物化學作用主要出現(xiàn)在有機質(zhì)改造的早期或成巖作用的早—中期。第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日

3.催化劑第二章油氣成因與烴源巖二、有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成油的影響因素第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日

4.放射性放射性元素（鈾、釷和鉀）所造成的局部地溫增高將有利于有機質(zhì)的熱演化。放射性物質(zhì)產(chǎn)生的高能粒子可以導致水分解而產(chǎn)生大量的游離氫，同時放射性衰變產(chǎn)生的能量，游離氫和能量的提供將同時增加油氣形成的產(chǎn)率和速度，對于油氣的生成非常有利。

沉積巖中：總體上放射性元素含量很低第二章油氣成因與烴源巖二、有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成油的影響因素→非主要因素第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日

5.壓力概括地說，壓力對有機質(zhì)成烴具有抑制或促進作用。

高壓阻礙有機質(zhì)成熟和成烴作用；

短暫的降壓有利于加速有機質(zhì)的成熟。第二章油氣成因與烴源巖二、有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成油的影響因素從化學理論講，壓力的增加可以抑制體積增加的化學反應(yīng)的進行。對于干酪根的生烴反應(yīng)，尤其是較高溫度下生成氣態(tài)烴的反應(yīng)，顯然是體積增加的反應(yīng)。第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日一、生物成因氣二、油型氣三、煤型氣四、無機成因氣第四節(jié)天然氣的成因類型第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)天然氣的成因類型天然氣按成因可分為四種類型：生物成因氣、油型氣、煤型氣和無機成因氣第二章油氣成因與烴源巖第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日天然氣：廣義上，是指自然形成的、在標準狀態(tài)下呈氣態(tài)的單質(zhì)和化合物。無機成因氣根據(jù)來源機制——宇宙氣、幔源氣、巖漿巖氣、變質(zhì)巖氣、無機鹽類分解氣有機成因氣按其有機質(zhì)類型——腐植氣、腐泥氣按熱演化階段——生物氣、熱解氣、裂解氣腐植型有機質(zhì)(包括煤)的熱解氣和裂解氣稱為煤型氣腐泥型有機質(zhì)的熱解氣和裂解氣稱為油型氣第二章油氣成因與烴源巖第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日天然氣與石油形成條件比較第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日一、生物成因氣

生物成因氣是指成巖作用階段早期，在淺層生物化學作用帶內(nèi)，沉積有機質(zhì)經(jīng)微生物的群體發(fā)酵和合成作用形成的天然氣，主要是甲烷氣及部分CO2和少量N2。有時也混有早期低溫降解形成的烴氣。第二章油氣成因與烴源巖1.生物成因氣的形成

第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二章油氣成因與烴源巖第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.生物成因氣的特征

（1）化學組成

甲烷含量大于98%，重烴含量一般小于1%，少量的N2和CO2，為典型的干氣。

（2）δ13C值

一般為–55～-90‰。

第二章油氣成因與烴源巖第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日3.生物成因氣的分布

生物成因氣的分布層位主要在白堊系以上，埋深在地表到2000米左右。區(qū)域上白堊系生物氣主要分布在東北地區(qū)，第三系分布在渤海灣和三水盆地，第四系主要分布在柴達木盆地和長江沿海地區(qū)和現(xiàn)代湖泊中。第二章油氣成因與烴源巖第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日4.生物成因氣大量形成的條件（1）擁有豐富的原始有機質(zhì)這是細菌活動所需碳源的物質(zhì)基礎(chǔ)。（2）適于甲烷菌發(fā)育的物理化學條件還原環(huán)境和中性水介質(zhì)條件有利于生物氣形成。（3）合適的沉積環(huán)境嚴格的缺氧、缺硫酸鹽還原環(huán)境，是產(chǎn)CH4菌繁殖的必要條件。半咸水和咸水湖，特別是堿性咸水湖是生物氣形成聚集的最有利環(huán)境。（4）足夠的孔隙空間產(chǎn)甲烷菌的繁殖需要一定的空間。（5）較快的沉積速率沉積速率快有利于生物氣形成。第二章油氣成因與烴源巖第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日二、油型氣

油型氣是指成油有機質(zhì)（腐泥型）在熱力作用下以及油熱裂解形成的各種天然氣。包括濕氣（石油伴生氣）、凝析氣和裂解氣。

第二章油氣成因與烴源巖1.油型氣的形成

第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日干酪根溫度（熱解）液態(tài)烴+氣態(tài)烴

裂解氣態(tài)烴（凝析氣、甲烷氣）

高峰期：在深成作用階段的中晚期。第二章油氣成因與烴源巖第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.油型氣的特征

（1）化學組成：重烴含量大于5%，最高可達40～50%（石油和凝析氣階段）；過成熟氣以甲烷為主，重烴氣一般小于2%。

（2）δ13C值：隨著成熟度的增高而增大，由石油伴生氣的-55～-40‰

到凝析油伴生氣的-45～-30‰

再到干氣為≥-35‰。

第二章油氣成因與烴源巖第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日3.油型氣的分布

油型氣分布普遍，東部北起松遼，南至廣東三水和廣西百色盆地，中部穩(wěn)定區(qū)的鄂爾多斯和四川盆地，西部的塔里木、準葛爾和柴達木盆地。層位上從震旦系到第三系各層系均有分布。

第二章油氣成因與烴源巖第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日三、煤型氣

煤系氣：凡與煤系有機質(zhì)熱演化有關(guān)的天然氣。

煤成（層）氣：煤層在煤化過程中所生成的天然氣。屬于煤型氣的一種

煤型氣：煤系地層中分散有機質(zhì)在熱演化過程中所生成的天然氣。

目前用煤型氣來概括，即煤型氣是指煤系地層中煤和分散有機質(zhì)在煤化作用和再煤化作用過程中形成的天然氣。

第二章油氣成因與烴源巖1.煤型氣的形成

腐殖型第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日腐殖煤、腐殖型干酪根

泥炭化作用泥炭、生物成因氣（因缺乏保存條件難以聚集）

成巖作用階段褐煤、生物成因氣（非烴含量高）

變質(zhì)作用階段（熱力作用）

第二章油氣成因與烴源巖第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日

變質(zhì)作用階段（熱力作用）長焰煤氣煤、肥煤輕質(zhì)油和C2～C4重烴氣焦煤、瘦煤煤型裂解氣貧煤、煙煤、無煙煤煤型氣第二章油氣成因與烴源巖第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.煤型氣的特征

（1）化學組成：重烴含量可達10%以上，甲烷一般占70%～95%；非烴CO2

量最大，N2

次之，H2S最少。

（2）δ13C值：一般為-41.‰

～-24.9‰。3.煤型氣的分布

煤型氣多分布在煤系地層發(fā)育區(qū)。

第二章油氣成因與烴源巖第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日四、無機成因氣

由地殼內(nèi)部、深海大斷裂、深海沉積物形成，包括氮氣、二氧化碳、硫化氫、氦氣等。

第二章油氣成因與烴源巖1.無機成因氣的形成

無機成因氣是指不涉及有機物質(zhì)反應(yīng)的一切作用和過程所形成的氣體。包括地球深部巖漿活動、變質(zhì)作用、無機礦物分解、放射作用以及宇宙空間產(chǎn)生的氣體。第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日四、無機成因氣

第二章油氣成因與烴源巖無機成因氣烴類氣體——無機成因甲烷非烴氣體稀有氣體－氦氣其它氣體（CO2、N2、H2S）第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二章油氣成因與烴源巖

氮氣：高溫高壓條件下，含氮化合物裂解形成。

二氧化碳：碳