有机质生烃演化的阶段性与生ppt课件.ppt

1,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,在沉积盆地发展的地质历史过程中，生物圈中的生物遗体通过沉积水柱进入沉积层后，随着相应沉积单元中生物化学条件、物理化学条件的变化，沉积有机质的组构、化学组成及生成的产物等会发生相应的变化。应当说，在热力学条件增加的过程中，有机质的演化过程是一个逐渐变化的连续过程。但在有机质不同的演化时期，有机质的化学组成和结构变化特征及其在相应地质时期的产物组成特征是存在明显差异的，从而使有机质的演化表现出明显的阶段性。在不同演化阶段，有机质生烃演化属性的总和构成了烃源岩有机质的生烃演化模式。,2,第一节 有机质生烃演化的阶段性,不同组成有机质在地质体中的演化是存在差异的，但在整个演化过程中有机质的演化也存在一定的规律性。Tissot等（1984）总结了从成岩作用至有机质的变质作用过程中有机质生烃演化作用的总体特征（右图）。不难看出，图中有机质在不同演化阶段所生成的烃类产物的特征是明显不同的。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,3,第一节 有机质生烃演化的阶段性,对有机质演化阶段性的认识，是和现代油气成因理论的产生和发展联系在一起的。用以划分的依据是参照有机质生烃作用的特点和有机质的成熟度参数。不同的研究者，对有机质演化阶段的划分存在一定的差异。油气的形成过程或有机质的演化过程大体可分为三个主要演化阶段，即：未熟阶段、成熟阶段和过成熟阶段。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,4,第一节 有机质生烃演化的阶段性,有机质成熟度的概念,有机质成熟度，是指有机质的热演化水平，是有机质在沉积有机质在地温升高的条件下有机质化学性质和物理性变化规律的总和。用以描述有机质热演化水平的各项物理的和化学的参数统称为有机质成熟度参数。有机质成熟度参数是描述有机质热演化水平的度量和标尺。经典的有机质成熟度参数是有机质镜质体反射率（Ro)。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,5,第一节 有机质生烃演化的阶段性,沉积有机质的演化阶段,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,6,第一节 有机质生烃演化的阶段性,一、未熟阶段,在成岩作用早期，引起有机质结构和化学组成变化的主要媒介之一就是微生物的活动。微生物的生存环境较为宽松，温度范围可在-10105 之间，压力最高可达 100MPa,pH 值可在 111 之间变化，以6.58 为主。由于微生物有非常强的适应性,因此，地质体中的微生物数量大、繁殖快、种类多，微生物的生物化学作用过程也是无所不在的。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,7,第一节 有机质生烃演化的阶段性,一、未熟阶段,生活在沉积物最上层的需氧微生物消耗了介质中存在的游离氧，而厌氧细菌则以碳作为能源通过还原碳酸盐得到所需的氧而存在于厌氧环境中。作用的结果使环境的Eh值急剧下降、pH值稍有增加。也就是说，微生物的作用可使环境的还原性增加。在硫酸盐相和亚硫酸盐相，硫酸盐还原菌的作用可使环境中的低价硫的含量大大增加，这些还原硫与年轻沉积物中存在不饱和双键的有机质结合可形成有机的硫化物。此外，在以陆源有机质输入为主的沉积单元中，细菌对有机质的改造作用和细菌代谢产物的加入，可提高有机质的富氢程度和“腐泥化”程度。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,8,第一节 有机质生烃演化的阶段性,一、未熟阶段,在有机质的生物化学作用阶段，地质环境因素是制约和控制进入沉积物中有机质演化特征和演化趋向的主要因素。一方面，环境因素决定了进入沉积物中有机质的数量和质量。这里应存在下述双重含意：其一，环境因素决定了特定环境条件下活的生物群的组合状况和繁茂状况，也就决定了最初可以进入沉积水柱中有机质的结构和数量；其二，环境因素决定了可以进入沉积地层并得以保存的有机质的数量和质量。充氧条件下的生物化学作用会导致有机质的“腐败作用”，使沉积物中有机质的含量少，富氢程度低；另一方面，一定的环境条件决定了沉积物中的有机-无机组合面貌和介质条件，这种条件下的生物化学作用结果可能会导致有机质的生烃演化属性和生烃演化产物的差别。也就是说，未熟阶段有机质所经历的生物化学和地球化学作用过程的差异，是影响有机质生烃演化属性的先天性因素。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,9,第一节 有机质生烃演化的阶段性,随着深度增加，微生物逐渐减少,温度的作用逐渐增强，由以生物化学作用为主逐渐转为以地球化学作用为主。该阶段主要形成未熟油与生物气，生成油气的相对量多少主要与有机质的性质和数量有关。该阶段形成的天然气主要为生物甲烷气，有一定量的氮气和很少的二氧化碳及其他气体。,一、未熟阶段,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,10,第一节 有机质生烃演化的阶段性,二、成熟阶段,相当于有机质深成作用阶段，对应的镜质组反射率范围较大，在 0.5%2.0%。温度范围为50150。有机质生烃演化的成熟阶段跨越沉积有机质生成液态烃（包括凝析油）的全过程，也是烃源岩有机质热降解作用生成油气的主要过程。根据不同时期有机质生烃演化的特征，有机质的成熟阶段可进一步划分为三个时期：即成熟作用早期、成熟作用中期的成熟作用晚期。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,11,第一节 有机质生烃演化的阶段性,二、成熟阶段,1成熟作用早期 主要是指镜质组反射率为0.5%0.7%的深成作用早期阶段。对应的煤阶为长焰煤-气煤阶段,温度大致在 5080 之间。国内学者称之为低成熟阶段。近二十来，随着勘探领域的扩展和未熟油气资源（resources of immature oils&gases）的发现，这一阶段有机质演化的特殊性也慢慢得到了体现。众所周知，未熟油是有机质通过低温生物化学反应和低温化学反应所生成的。与干酪根晚期热降解生成的正常成熟原油比较，其根本的差别在于其生烃演化机理的差别。因此，术语immature oils足以在成因上区分与正常成熟原油的差异。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,12,第一节 有机质生烃演化的阶段性,二、成熟阶段 1成熟作用早期,通过对全球范围内未熟油的分布特征的统计和相应烃源岩生烃机理的分析，王铁冠等（1995）的研究认为，镜质组反射率在0.70%以前是未熟油的形成时期。从这一角度出发，在成因和生烃演化机理上进一步区分未熟油或低熟油可能已没有实际意义了。但现实的问题是，一方面，0.5%0.7%的阶段可以是未熟油生成过程的延续，同时，通过缩合作用形成的干酪根也开始了一定的热降解生烃作用。因此，将有机质的成岩作用阶段（Ro0.5%）对应于有机质的未熟阶段的话，对成熟作用早期阶段有机质生烃演化特征的认识是非常必要的。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,13,第一节 有机质生烃演化的阶段性,二、成熟阶段,2 成熟作用中期 相当于有机质深成作用中期阶段,是有机质的主要生油阶段，即所谓的有机质生油主带。对应的镜质组反射率大致在 0.7%1.3%之间,对应的煤阶为气煤一焦煤，经历的温度一般为80150。由于温度较高,干酪根大量降解生成油气,该阶段生成的油气可占干酪根总生油气量的70%80%以上。随成熟度增加,油气产率增加,一般在Ro为1.0%时液态油产率达到最大值。之后由于有机质生油潜量的不断消耗,油的产率不断下降,天然气的产率则不断上升,气油比不断增加。该阶段为正常原油形成阶段。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,14,第一节 有机质生烃演化的阶段性,二、成熟阶段,3成熟作用晚期 相当于有机质深成作用阶段后期,也叫高成熟作用阶段。对应的镜质组反射率在 1.3%2.0%之间,相当于煤阶的焦煤一贫煤阶段,温度大致为 150200。这一阶段，一方面由于低分子化合物的生成活化能或生成焓高于早期形成的高分子量烃类，干酪根通过热降解作用生成部分短链的低分子烃类，同时在Ro约1.5%、温度约150 时液态石油开始裂解并生成凝析油和湿气,直到该阶段末期,形成原油裂解气。该阶段为凝析油的主要形成阶段。干酪根的热降解和原油热裂解的结果,使天然气的产率不断升高。该阶段气油比高，天然气主要为湿气。故这一阶段也称为凝析油和湿气生成阶段。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,15,第一节 有机质生烃演化的阶段性,三、过熟阶段,相当于有机质的变质作用阶段。对应的镜质组反射率大于 2.0%，相应的煤阶为无烟煤阶段,对应温度在 200300 左右。液态石油几乎全部消失，天然气的生成主要是由于干酪根芳香核结构上连接的短烷基支链的热裂解作用。由于干酪根的生烃潜力已经非常低，该阶段形成的天然气有限,少部分天然气通过液态石油裂解而生成。天然气主要由甲烷组成，重烃很少，主要为干气。所以也称为干气阶段。在Ro为2.83.0%时，有机质的生烃潜力基本枯竭，有机质达到所谓的生烃死亡线。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,16,第一节 有机质生烃演化的阶段性,沉积有机质的演化阶段,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,17,第二节 有机质的生烃模式,有机质（烃源岩）的生烃演化模式是有机质在生烃演化过程中所表现的基本规律的总和。含油气盆地中有机质生烃演化模式的研究，是指导油气勘探的重要理论基础。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,18,19,第二节 有机质的生烃模式,一、一般生烃模式 Tissot等（1978）在巴黎盆地、杜阿拉盆地、尤因塔盆地和洛杉矶盆地烃源岩有机质研究的基础上总结了烃类生成的一般模式。在有机质演化阶段的讨论中，对一般生烃模式中的地球化学特点作了概要描述。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,20,第二节 有机质的生烃模式,1未熟阶段生烃演化特征该阶段以低温、低压和微生物生物化学作用为主要特点。有机质成熟度低,有机质的变化以缩合作用为主，在成岩作用结束前形成干酪根。早期的生物化学作用过程主要形成甲烷气体由有机质、尤其是富含纤维素的有机质在厌氧细菌的发酵过程所产生的有利的保存条件下也可形成生物气藏。有少量的烃类来自于活的生物体,大部分为 C15+重烃结构特征大部分与生物体中的生物类脂物接近生物标志化合物。,一、一般生烃模式,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,21,第二节 有机质的生烃模式,1未熟阶段生烃演化特征在一些特定环境的条件下（如弱碱性的强还原环境）一些生物类脂物，如酯、酮、醇等易于以非烃或胶体腐殖酸盐的形式存在于沉积物中。这类组份在温度适度增加的条件下即可转化成烃类，也使得有机质具有较强的早期生烃潜力。大量的有机质通过缩合作用形成干酪根。干酪根是烃源岩成熟作用阶段通过热降解形成烃类的物质基础其化学组成特征取决于原始有机质的类型、有机质沉积环境及细菌改造作用的程度。,一、一般生烃模式,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,22,第二节 有机质的生烃模式,2.成熟阶段生烃演化特征成熟阶段是石油形成的主要阶段。可分为三个次一级阶段：成熟作用早期、成熟作用中期和成熟作用晚期。（1）成熟作用早期 对于那些具有早期生烃潜能的烃源岩而言，由于干酪根并未开始大量的有效的生烃作用，这一阶段仍是未熟油形成过程的延续。这一过程形成的石油仍以密度较高、非烃、沥青质含量高、生物标志化合物含量丰富等为特点。（2）成熟作用中期 随着温度持续上升,当有机质通过成熟作用达到门限值时,干酪根便在热催化下大量裂解形成液态烃及一定量的气体烃类,是生油的主要阶段。生烃的强度与有机质的成熟度有关，通常在Ro约1.0时达到最大值，称之为有机质的生烃高峰。不同类型的有机质，生烃高峰可能具有一定的差别。,一、一般生烃模式,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,23,这里应着重强调一下生烃门限的概念问题。生烃门限是对应于干酪根晚期热降理论的，是指沉积盆地中干酪根开始热降解生烃作用的起始成熟度或深度。跨越这一成熟度或深度后，干酪根便开始有效的生烃作用。显然，生烃门限的概念不表示在低温化学或是低温生物化学反应形成未熟油的门限条件。W.C-Pusey 提出的石油存在的“液态窗”就是对应这个生油主带。他总结了世界上一些油田中石油产层的温度分布状态,指出液态烃在 65.6时开始大量形成,而在高于148.9时则被破坏,因此，他将这一温度范围称之为液态烃窗口。,一、一般生烃模式,第二节 有机质的生烃模式,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,24,第一节 有机质生烃演化的阶段性,（一）未熟阶段相当于有机质的成岩作用阶段，即干酪根的形成阶段。沉积物埋藏浅，有机质经历的温度较低，5060，对应的干酪根Ro0.5%，相当于煤阶的泥炭一褐煤阶段。早期埋藏阶段的沉积物中，含有大量的水份、矿物、原地生长或外来的死亡有机质和大量的微生物和经微生物改造的有机质,所以，此阶段的化学作用过程以生物化学作用为主，故该阶段也叫有机质的生物化学-地球化学作用阶段，有机质演化的结果是形成了干酪根。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,25,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,（二）成熟作用阶段,RO：0.5%0.7%，5080 对应的煤阶为长焰煤-气煤阶段。国内学者称之为低成熟阶段。,第一节 有机质生烃演化的阶段性,1、成熟作用早期,26,相当于有机质深成作用中期阶段,是有机质的主要生油阶段，即所谓的有机质生油主带。15002000m,RO：0.7%1.3%,80150，对应的煤阶为气煤一焦煤由于温度较高,干酪根大量降解生成油气,该阶段生成的油气可占干酪根总生油气量的70%80%以上。随成熟度增加,油气产率增加,一般在Ro为1.0%时液态油产率达到最大值。之后由于有机质生油潜量的不断消耗,油的产率不断下降,天然气的产率则不断上升,气油比不断增加。该阶段为正常原油形成阶段。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,2、成熟作用中期,27,相当于有机质深成作用阶段后期,也叫高成熟作用阶段。35004000m，RO：1.3%2.0%,150200，相当于焦煤一贫煤阶段由于低分子化合物的生成活化能或生成焓高于早期形成的高分子量烃类，干酪根通过热降解作用生成部分短链的低分子烃类，同时在Ro约1.5%、温度约150 时液态石油开始裂解并生成凝析油和湿气,直到该阶段末期,形成原油裂解气。为凝析油的主要形成阶段。干酪根的热降解和原油热裂解天然气的产率不断升高气油比高，天然气主要为湿气凝析油和湿气生成阶段。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,3、成熟作用晚期,28,第二节 有机质的生烃模式,（三）过熟阶段生烃演化特征 烃源岩有机质经历成熟阶段的降解作用后,干酪根上绝大部分可以断裂的侧链和基团基本消失,已不再具有形成长链液态烃的能力。残余的少量烷基侧链通过热降解或热裂解作用可形成一定量的以甲烷主为的气体。干酪根的结构进一步缩聚形成富碳的残余物质，并最终石墨化。因此，该阶段也称为干气阶段。在Ro约2.83.0%时生烃潜力基本枯竭，为生烃死亡线,一、一般生烃模式,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,29,第二节 有机质的生烃模式,在烃源岩有机质的生烃演化模式中，用以描述有机质生烃演化进程的是有机质的成熟度。在有机质进入沉积地层到生烃演化结束（有机质不具生烃活性，镜质组反射率Ro2.73.0%）的整个阶段，不同的演化时期，其生成的产物的物理性质和化学组成均存在较大的差异。总体变化趋势是：随有机质成熟度的增加，生成的石油物质的密度降低，颜色变浅。化学组成中，杂原子化合物（NOS化合物）丰度下降，低碳数化合物丰度增加，碳稳定同位素13C变重，气油比（GOR）增加。不同演化阶段生成产物的产率和组成的差异，是有机质生烃演化模式的基本特征，同时，烃源岩生、排烃的基本模式，也是造成油藏充注过程中继承性非均质性的根本原因。,二、生烃演化模式中生烃产物组成的变化特征,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,30,第二节 有机质的生烃模式,二、生烃演化模式中生烃产物组成的变化特征,生烃模式中随成熟作用加强有机质生成的油气性质的变化特征,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,31,第二节 有机质的生烃模式,三、不同类型干酪根的生烃模式,生成油气的母质,是由不同结构的显微组分组成的。不同的显微组分，其生烃潜力和生烃特征是不同的。而不同烃源岩中的有机质是由不同结构的有机显微组分组成，因而不同烃源岩的生烃潜力和生烃特征也就不同。因此，从这层意义上讲，烃源岩有机质的生烃模式，是烃源岩中具有不同生烃潜力的单组份生烃模式的加和。程克明(1990)、赵长毅等(1996)曾根据煤系地层不同显微组分的生烃演化特征,提出了不同显微组分的生烃演化模式。可见，不同显微组分的油气生成相对量有一定的、甚至是较大的差别，大量生油生气时期也有差异，有的生油窗范围宽，有的则较窄。反映了母质类型对生烃模式的重要影响。这也就预示着，不同沉积盆地的不同沉积单元中，显微组份组成的千差万别也会造成有机质生烃模式的千差万别。因此，一般的生烃模式，往往不能全面地概括或代表不同地质环境的沉积单元中有机质生烃模式的差异，更不能满足油气勘探和科研工作的需要。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,32,第二节 有机质的生烃模式,三、不同类型干酪根的生烃模式,不同显微组份生烃演化模式的比较（据程克明，1990；赵长毅等，1996）,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,33,第二节 有机质的生烃模式,三、不同类型干酪根的生烃模式,不同类型干酪根生烃产物特征(Snowdon,1982),第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,34,第二节 有机质的生烃模式,三、不同类型干酪根的生烃模式,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,35,第二节 有机质的生烃模式,三、不同类型干酪根的生烃模式,根据以上分析可以看出，目前建立的不同生烃母质的生烃模式的差别主要在于：(1)不同类型干酪根或烃源岩生油门限存在较大差别；(2)各类干酪根的最大产烃率不同；(3)不同类型干酪根在不同演化阶段的产物中的气油比（GOR）不同；(4)不同类型有机质的演化阶段的划分也存在差异。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,36,第二节 有机质的生烃模式,三、不同类型干酪根的生烃模式,我国是陆相烃源发育的国家。由于陆相烃源岩中通常包含有不同的典型的分属、型有机质的藻类体、孢子体和镜质体等一些富氢组份，造成了不同的沉积盆地有机质类型的差别较大。,中国陆相烃源岩的不同类型有机质生烃模式的比较（据杨万里等，1980）,成熟阶段,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,37,第二节 有机质的生烃模式,三、不同类型干酪根的生烃模式,不同类型的干酪根，其生烃模式的主要差别：(1)对应于、1、2、型干酪根，随着有机质类型的变差，生烃模式中的生油门限深度（或成熟度）逐渐增加；而生油主峰由早而晚的出现的顺序是：2类、类、1 类和类；（2）模式中的生烃强度用干酪根产烃率表示，四个模式中最大生烃强度分别为 43%、28%、20%、7%，类和1类的最大生烃强度位置在生油主峰附近,而2类和类的最大生 烃强度位置在干气阶段；(3)模式中的类和1类生成的产物中油多气少,2类和类气多油少,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,38,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,近十年来，一些特殊成因类型油气的勘探工作取得了长足的进步，如低熟油、煤成油等。这些特殊成因类型原油成因理论的发展和相应生烃机理和生烃模式的研究，是对石油干酪根晚期热降解成因理论及其生烃模式的完善和补充。有机组成中某有机组份呈现优势分布时，烃源岩的生烃模式则同样表现出较强的特殊性,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,39,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,1）富含木栓质体烃源岩有机质早期生烃机理 我国吐哈盆地下保罗统八道湾组煤系中存在这种富含木栓质体的烃源岩。木栓质体平均含量为4%,最高达 13.5%,占富氢组份组成的40-80%，成为主要富氢组分之一。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,40,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,树皮中的栓化层是由软木脂层和蜡间互层叠加而成。作为术栓质体的前身物，具有聚合度低和长链类脂物多的特点，也决定了木栓质体可在较低的热力学条件下发生低活化能的化学反应，生成并释放以链状为主的烃类。Khorasani(1987,1991)从木栓质体荧光演化特征及富木栓质体煤的热解实验两方面证实了木栓质体在 Ro约 0.35%0.50%时，显微荧光光谱发生迅速而明显的红移现象，指示剧烈的化学组成变化；Ro 0.60%时，木栓质体和富木栓质成分的干酪根有能力生成大量 C12+脂肪烃和芳烃，并且约50%的木栓质体的生烃潜力在达到传统上确定的常规成熟石油“生油窗”之前，就已经消耗掉了。在有机质的成熟演化阶段，参与热降解生烃作用的仅有极少量的木栓质体和其它生烃的富氢组份。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,41,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,2）富含树脂体烃源岩有机质早期生烃机理 加拿大波弗特-马更些三角洲第三系烃源岩中树脂体含量达515%(Snowdon,1980;Snowdon 和 Powell,1982)。我国东部沿海地区第三纪煤系中也均有较高的树脂体含量，普遍占全岩体积的5%以上（王铁冠，钟宁宁，1990；王铁冠，1992）。在山东沾化凹陷垦东地区和东海盆地的西湖凹陷第三系烃源岩中树脂体含量也较高，并在相关的沥青与原油中检测出相当数量的二萜类树脂生源的烃类标志物(王铁冠、钟宁宁等，1995)。说明富含树脂体的烃源岩的分布较为普遍，而且生烃作用过程明显。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,42,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,2）富含树脂体烃源岩有机质早期生烃机理 树脂随分泌树脂的母体植物埋藏地下后石化成树脂体。在化学成分与分子结构上，树脂体是由挥发性与非挥发性萜类馏分组成。挥发性馏分包括单萜、倍半萜和某些二萜烯类；非挥发性馏分主要为二萜烯酸类和三萜烯酸类，此外还有还有醇类、醛类、酯类和树脂素等。树脂酸类化合物的化学结构较为稳定，树脂体仍然继承了各种树脂酸的基本分子骨架类型。树脂酸作为含羧基的非烃生物类脂物，其化学组成、分子结构和聚合程度都比干酪根简单得多，树脂酸脱羧基、加氢转化成环状烃类的化学反应所需的活化能和热力学条件也较缩合程度较高的干酪根热降解生烃的条件低得多。因此，当干酪根仍处于未熟-低熟阶段时，树脂体可能在低温条件下率先早期生烃（Lane 和 Jackson,1980；Snowdon 和Powell,1982；Snowdon,1991)。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,43,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,3）经细菌改造的陆源有机质早期生烃机理 生物化学作用阶段，对以陆源有机质输入为主的烃源岩而言，细菌对有机质的改造过程可能是具有普遍意义的过程。沉积-成岩作用阶段，在适宜的介质环境条件下，大量陆源有机质的存在可以为细菌繁衍提供充足的碳源和能源，而细菌作用结果又对陆源有机质进行降解改造。细菌代谢产物的加入，可反过来改变陆源有机质的结构，增大其 H/C 原子比，提高有机质的富氢程度与“腐泥化”程度，并使有机质热降解或热聚集、脱官能团以及加氢生烃反应所需的活化能降低，从而有利于生成低熟油气。在一些沉积单元，强烈的细菌改造作用或细菌代谢产物的加入，甚至使原本以陆源有机质为主的烃源岩具有了“腐泥型”有机质具有的生烃演化趋向。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,44,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,3）经细菌改造的陆源有机质早期生烃机理 我国黄骅拗陷板桥凹陷第三系、景谷盆地的第三系烃源岩有机质均具有这种特点。这些烃源岩中的孢子体、藻类体均有明显的降解现象，可溶有机质中富含细菌改造高等植物的生源标志物，如果8,14-断三萜类、不同芳构化程度的脱A-三萜类等。来源于细菌的异构烷烃、反异构烷类和不同结构的单甲基烷烃也十分丰富，标志细菌对陆源有机质生烃作用的双重贡献。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,45,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,4）富含生物类脂物烃源岩有机质的早期生烃机理 陆相湖盆常见有低等生源有机质与高等植物有机质混源的沉积有机质。某些藻类（如丛粒藻、盘星藻、颗石藻和螺旋藻等）富含以脂肪酸、醇和烃类形式存在的生物类脂物。在化学成分上，所有藻类均以蛋白质和脂肪物质含量较高为特征。藻类活体和近代沉积物中的藻类含有极丰富的nC16和nC18脂肪酸，并富集同碳数的不饱和脂肪酸，此外还有相当丰富的藻甾醇,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,46,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,4）富含生物类脂物烃源岩有机质的早期生烃机理,藻类死亡埋藏后，其细胞有机质和细胞内类脂物聚合成藻类体，成为干酪根的重要成分，而游离的油状物质则作为藻的生物类脂物演化为可溶性的非烃-沥青质混合物，存在于 未熟的有机藻或藻类体内(Bazhenova 和 Arefiev,1990)。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,47,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,4）富含生物类脂物烃源岩有机质的早期生烃机理高等植物富含蜡质。蜡质主要覆盖于植物的茎、叶、花和果实表面，呈蜡状薄层。在化 学组成上，蜡质主要是一元长链脂肪酸和一元长链脂肪醇所形成的醋类，此外还包含有 C21 C27 奇碳数正构烷烃、C24C34偶碳数游离脂肪酸、长链单酮、C22C32偶碳数和奇碳数伯醇 和仲醇（图10-9）以及羟酮等。蜡脂类易于水解形成长链脂肪酸和长链脂肪醇(图10-9)。在弱碱性的强还原环境，可水解成长链脂肪酸盐和脂肪醇。一方面长链脂肪酸盐的形成可大大提高生物类脂物的水溶性，同时所有含羧基、羟基和酮基官能团的长链化合物，经脱官能团形成原油中的 C22+正构烷烃，这类化学反应过程无需高活化能，可以在低温阶段完成。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,48,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,4）富含生物类脂物烃源岩有机质的早期生烃机理 我国苏北盆地金湖、洪湖凹陷第三系烃源岩、黄骅拗陷北塘凹陷第三系烃源岩、江汉盆地潜江凹陷的部分第三系烃源岩就属这类类脂物较为丰富的烃源岩。这些烃源岩可溶有机质的的Pr/Ph普遍小于1，在有机质成熟度极低时均有极高的沥青“A”含量，且沥青“A”中烃类和非烃含量丰富，说明有机质在低温阶段经历了较充分的生烃过程。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,49,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,5）富含富硫大分子有机质的早期降解生烃机理生物体中不含富硫和含硫化合物。富硫大分子（包括非烃、沥青质和富硫干酪根）的形成一般归结于早期成岩作用阶段无机还原硫与有机分子的加成过程，并且要求具有强还原的沉积环境，沉积盆地水体咸化至硫酸盐阶段，沉积物中缺少Fe。沉积物中细菌还原硫酸盐提供一定数量的还原硫(H2S 或 无素S)，与具有两个双键的有机分子起加成反应，形成含有硫无素的硫化物。这类硫化物主要是由细菌、藻类和高等植物中不饱和羧酸、烯醇和醇等形成的硫醇、硫醚、噻吩、四氢噻吩、噻烷等结构单元有机硫化物。(Sinninghe Damste 和 de Leeuw,1990),第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,50,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,5）富含富硫大分子有机质的早期降解生烃机理,在沉积-成岩阶段形成的富硫有机大分子(非烃、沥青质和干酪根),由于其中的 S-C和 S-S 键的分解键能(275kj/mol 和 250kj/mol)明显低于 C-C 键的平均分解键能(350kj/mol)，故容易在较低热力学条件下发生降解，成为早期生烃的一种重要母质。临清坳陷德南洼陷和江汉盆地第三系烃源岩是我国陆相湖盆中富含富硫大分子有机质的烃源岩的典型实例。烃源岩和原油中含硫芳烃均占绝对优势。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,51,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,5）富含富硫大分子有机质的早期降解生烃机理,Orr(1986)曾指出，干酪根中有机硫含量达 8%14%或 S/C0.04时，可称为富硫干酪根。我国的低熟源岩的“干酪根”的含硫量一般达不到这一标准。但这些成熟度较低的烃源岩中都富含含硫的可溶有机质，如临清坳陷德南洼陷低熟烃源岩中，一些类脂的硫化物(长链烷基噻吩、长链烷基四氢噻吩和长链烷基噻烷类等)可占芳烃馏分的73.2%86.8%(王铁冠、钟宁宁等，1995)。另外，这类烃源岩的非烃和沥青质含量高。富硫大分子降解时，最初生成的石油含硫最高，随着成熟度增高，生成的石油中硫含量不断降低。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,52,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理,5）富含富硫大分子有机质的早期降解生烃机理,富硫有机质的生烃演化机理一方面可能具有生物类脂物的生烃特点，即在一定的条件下，生物类脂物通过与还原硫的反应形成硫醇、硫醚、长链烷基噻吩、长链烷基四氢噻吩和长链烷基噻烷类等低分子量的类脂硫化物（图10-9）；同时，在有机质缩合过程中形成富硫大分子，并导致富硫干酪根（-S干酪根）的形成。S-C和 S-S 键的断裂特征，使这些富硫大分子在温度较低时即可通过降解作用形成烃类。因此，富硫有机质在低温阶段的生烃属性可能兼有生物类脂物通过简单反应形成烃类和干酪根降解生烃的双重作用特点。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,53,第二节 有机质的生烃模式,四、特殊类型有机质的生烃模式,2几类特殊有机组成烃源岩的生烃模式,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,54,小结,1对应于有机质演化的成岩作用、深成作用和变质作用，生烃演化过程也表现出相应的阶段性，相应的生烃阶段为未熟阶段、成熟阶段和过熟阶段。2在有机质的一般生烃演化模式中，未熟阶段主要是生物甲烷气的形成阶段，成熟阶段主要对应液态烃的生成阶段。其中Ro从0.5-1.3%为正常石油的形成阶段，Ro1.3-2.0%为凝析油和湿气的形成阶段。过熟阶段以生气作用为主，Ro2.0-3.0%为高温裂解气（甲烷气）的形成阶段。在Ro接近或超过3.0%时，有机质的生烃活性基本枯竭。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,55,小结,3.在随成熟度增加的整个生烃演化过程中，生成的石油的物理性质和化学性质表现出有规律的变化：密度降低，颜色变浅。化学组成中，杂原子化合物（NOS化合物）丰度下降，低碳数化合物丰度增加，碳稳定同位素13C变重，气油比（GOR）增加。用以表征成熟度的参数值增加；4我国是陆相沉积发育的国家。有机质类型丰富的特点使得不同沉积盆地烃源岩有机质的生烃模式千差万别。总体变化特征是：随有机质类型的变差，生烃模式中的生油门限深度（或成熟度）逐渐增加；最大生烃强度降低，生成的产物的气油比（GOR）增加。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,56,小结,5未熟油（Immature oils）是通过低温生物化学或低温化学作用形成的原油，与正常成熟原油比较，其主要的差别是生烃演化机理的差别。对那些具有早期生烃潜力的有机质而言，生烃模式中未熟油生成峰的峰值与正常原油生成峰的峰值的大小差异，与具有早期生烃潜能的有机质的结构和生烃属性有关。,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,57,思考题,1.什么是烃源岩（或沉积有机质）的生烃演化模式？有哪几个主要演化阶段？各阶段生烃物的组成有何特征？2.生烃门限的具体定义是什么？生烃门限的差异与哪些因素有关？3.不同类型有机质生烃模式有哪些差别？4.有哪几种特殊类型的有机质（烃源岩）具有早期生烃能力？其生烃模式与常规生烃模式有何成因关系？,第七章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式,