石油地质学第二章ppt课件.ppt

石 油 地 质 学,第二章 石油的成因及生油气岩,第二章 石油的成因及生油气岩,油气成因理论研究概况生成油气的原始物质 有机质向油气转化的条件 油气生成的热演化模式油气生成的地质环境 天然气的成因类型生油气岩,第一节 油气成因理论研究概况,油气的成因是一个长相争论的基本理论问题。由于:(1).石油、天然气是流体，其产出地与生成地往往不一致，受多种因素控制。(2).化学成分均很复杂(3).油气水常常伴生 更使油气成因的研究变得复杂和困难。人类在长期寻找、勘探和研究油气的基础上，提出了各种假说。这些假说又在实践中不断受到检验、修正和完善，逐步建立起油气生成的理论。今天的干酪根热降解成油的理论，基本能说明油气生成的众多现象，并在勘探实践中取得了显著的成果，这说明现代油气成因理论是基本正确的。,第一节 油气成因理论研究概况,无机成因论 石油工业发展早期，从纯化学角度出发，认为油气是无机成因的。无机成因说大致可归纳为：1、碳化物说（门捷列夫，1876年）：认为在地球内部水与重金属碳化物作用，可以产生碳氢化合物：3FemCn+4mH2O一mFe3O4+C3nH8m 地球形成时期，温度很高，使碳和铁变为液态，互相作用而形成碳化铁。由于它们密度较大，保存在地球深处。后来，地表水沿地壳裂隙向下渗透，与碳化铁作用产生碳氢化合物，沿着裂隙上升到地壳。有些碳氢化合物浸透了岩石，形成油页岩、藻煤及其他含沥青岩石；有些碳氢化合物在地表附近受到氧化，形成地沥青等产物；如果碳氢化合物上升到地壳比较冷却的部分，冷凝下来形成石油，并在孔隙性岩层中聚集便可形成油藏。,第一节 油气成因理论研究概况,2、宇宙说：索可洛夫，1889年 主张：在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在它的气圈中；随着地球冷凝，碳氢化合物被冷凝岩浆吸收，最后，凝结于地壳中而成石油。基本论点：1）在天体中碳和氢的储量很大；2）由碳、氢合成碳氢化合物是出现在天体发展的早期阶段；3）同其他天体一样，地球上形成的碳氢化合物后来为岩浆所吸收；4）当岩浆进一步冷却和紧缩时，包含在其中的碳氢化合物就沿断裂或裂隙分离出来。碳化物说和宇宙说所依据的由无机物制成简单碳氢化合物的实验，至今未找到任何实地证据说明在自然界也发生过这样的过程。3、岩浆说：库得梁采夫，1949年 认为石油的生成同基性岩浆冷却时碳氢化合物的合成有关。这个过程是在高压条件下完成的，因而可以促使不饱和碳氢化合物聚合而成饱和碳氢化合物。并且，依靠石油才在地球上产生了生物，石油中含有生物所需要的一切化学元素，因此，不是石油来自有机物质，恰好相反，而是有机物质来源于石油。,第一节 油气成因理论研究概况,4、高温生成说：切卡留克，1971 实验发现：一些矿物在高温、高压下可分离出甲烷、乙烷等烃类，因此认为油气是上地幔中的氧化铁和水反应所得。5、蛇纹石化生油说：耶兰斯基，1966，1971 但无机成因论者的致命点：（1）是脱离了地质条件来讨论油气的成因，而且将宇宙中发现的简单烃与地球上组成复杂的石油等同起来。（2）无法解释世界上已经发现的油气田99.9%都分布在沉积岩中。（3）无法解释为什么石油具有只有生物有机质才有的旋光性，生标物等问题，而且石油的旋光性在300以上就不存在了，若为无机成因需要高温、高压，石油的旋光性早就消失了。,第一节 油气成因理论研究概况,有机成因论 随着油气勘探和生油研究不断深入，无机成因论逐步为有机成因论所代替。有机成因论的主要论据：世界上99.9%以上的石油产于沉积岩区；而与沉积岩无关的大片岩浆岩、变质岩区没有产出石油；少量工业油流的岩浆岩、变质岩都与沉积岩毗邻；油气中先后鉴定出很多与活生物体有关的生物标志化合物；油气中烃类与生物体中类脂物、沉积有机质在元素组成、化学成分及结构上都存在着相似性和连续性。实验室中模拟地下条件，从多种有机质中获得了烃类。总之，油气的有机成因说，由于充分考虑了油气的生成和产出的地质、地球化学条件。深入对比了油气及有机质的组成特征，因此，更能说明油气的成因。为绝大多数石油地质，地球化学工作者所接受。现代研究证明，部分天然气则很可能是无机成因的。在油气生成的机理和时间上，亦有早期生成论和晚期生成论之争。,第一节 油气成因理论研究概况,早期成油论 主张：油气是地质历史时期中生物有机质在还原环境中转化而来的。依据：1）实验发现，一些生物组分如脂类、蛋白质等在一定条件下可以生成烃类；2）在现代沉积物中发现了液态烃。Zobell（1945）和史密斯（1952）发现里海、黑海和墨西哥湾现代沉积物中不但富含有机质，且存在自由的液态烃类，用放射性碳同位素C14测定了烃的年龄，证明它们是现代生成的，最老的年龄只有1.46万年；3）某些细菌是有机质加氢、去羧基转化为烃类的媒介，这一过程完成于沉积物埋藏不深的阶段，说明烃类只能在早期生成；难点：1）世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世（N2）以前；2）现代沉积物中烃类的性质与石油不同。,第一节 油气成因理论研究概况,现代沉积物中的烃，在性质上与石油中的烃差异太大。这表现在：现代沉积物中缺少C4C7的轻烃，C8C13也极少；现代沉积物C2C7为0.005ppm，C8C13为1ppm，古代沉积物分别为30ppm和50ppm。现代沉积物中的正烷烃有明显的奇碳数优势，正脂肪酸具有偶碳数优势，而古代生油岩和原油无此优势。现代沉积物中很难找到苯、二甲苯等轻芳烃，而它们在石油中则是重要分子。现代沉积物的可溶有机质中非烃馏份多；而在原油中则以饱和烃及芳烃馏份占优势。现代沉积物经细菌作用后虽能生成少量烃类，但主要是甲烷，C2以上的重烃很少。,第一节 油气成因理论研究概况,以上这些都说明：现代沉积物中所发现的烃，与石油烃有着质的区别。它们要变到石油中的烃，还有很长一段距离的转化路程。石油不可能在现代，在浅处，在沉积早期生成。早期成油论的破产说明，在生油研究中精密的分析手段多么重要。史密斯等人正是没有使用气相色谱等先进技术，尽管发现了现代沉积物中有液态烃，但却没能找出它们与石油质的区别。因此，两年后布雷等人一经发现正烷烃的奇碳化势，早期成油论就破了产。,第一节 油气成因理论研究概况,晚期成油论 早在1964年，苏联人拉尔斯卡娅在研究北高索中新生代生油岩时即已发现：生油层埋深12001500米、地温超过5060时，烃类才会大量生成，沥青A/C有的比值才会明显增大。1965年，美国人菲利皮研究了文图拉和洛杉机两个盆地中新统生油岩，发现它们分别在3600米和2400米深处出现烃/C有机比值的明显增大；与此同时，正构、异构和环烷烃的组成也发生了明显变化，逐渐与石油趋于一致。值得注意的是，两个盆地的地温梯度不同：文图拉盆地为2.66/100米，洛杉矾盆地为3.91/100米，烃/C有比值明显增大的转折点深度也不同（亦即上覆层的厚度和压力不同），但转折点的温度却都是115左右。这就证明：油气的生成主要取决于温度，而上覆层的压力作用并不大。根据两个盆地的研究结果，菲利皮首次提出了“生油层成熟度”的概念和一套判别成熟度的指标，并因此而获得了国际有机地球化学协会的第一个“特雷普斯（Tribes）奖”（为纪念第一个发现原油中的卟啉的地球化学家而设）。,第一节 油气成因理论研究概况,晚期成油论的主要依据：世界油气的分布有一定的深度范围，太浅、太深都很少。,第一节 油气成因理论研究概况,据哈尔布蒂(1970)统计，全世界266个“巨型”油田（可采储量5亿桶），其产层深度为：产层深度（米）占“巨型”油田总储量的 2400 13根据兰迪斯(1967)统计，在19491965年期间发现的产层深度4570米的油气田，其中4/5是凝析气田和干气田。世界油气分布与地温的关系更加密切。据统计，世界上99的油田，油藏温度148.9，其中 油藏温度 121 湿气、凝析油藏温度 121149 干气藏温度 149177 工业性气藏很少 177204 无工业性气藏 204世界油气分布的温度，又随生油层的年代而变化。,第一节 油气成因理论研究概况,晚期成油论的意义 提出了生油岩“成熟度”的概念；指出石油的生成需要一定的温度；生油过程有阶段性；从而区分出未成熟生油层与成熟生油层、过成熟生气层；并且提出了一套划分成熟度的指标；预测一个盆地能找到油还是能找到气，如是根本没有成熟生油层，找油希望甚小；根据不同演化阶段的生油率，更精确地计算生油量。,第一节 油气成因理论研究概况,干酪根热降解成油论 依据：现代沉积物中干酪根多；古代岩石中干酪根少，因为消耗于生成石油。据测定：55个现代沉积物的干酪根含量为9597；烃类含量65ppm；791个古代页岩的干酪根含量为 90；烃类含量300ppm；289个古代碳酸盐岩的干酪根含量为65；烃类含量340ppm；,第一节 油气成因理论研究概况,从干酪根到可溶沥青到原油，元素组成有规律地递变，说明它们之间有成因联系。,第一节 油气成因理论研究概况,在自然剖面上可观察到；随理深增大、温度压力增高，干酪根逐渐因消耗于生油而减少，MAB抽提物也减少，含O、N、S化合物略有增多，特别是到了一定深度，烃类明显增多，这是干酪根生油的自然实例。,第一节 油气成因理论研究概况,实验室同样模拟出干酪根生成石油的过程。干酪根在人工加温热降解过程中，先是生成液态烃，然后液态烃裂解，生成气态烃。,法国石油研究院人工加热现代沉积物中的干酪根实验结果（以产物占干酪根质量分数表示）,第一节 油气成因理论研究概况,干酪根热降解成油理论成岩作用阶段早期（在生物化学作用阶段）：各种生物有机碎片结合成不同类型的不溶“干酪根”；在成岩作用阶段晚期和深成作用阶段早期：随着温度升高，干酪根核与核之间或核外的桥键，先沿“薄弱环节”即ON一S等极性键断开，然后是脂链发生断裂；沥青和烃类脱离干酪根核的束缚，从不溶转入可溶状态，“游离”在生油岩中成为“原始”的石油烃和“游离”沥青组份；深成作用阶段后期和变质阶段：在更高温度下，游离沥青继续脱去ONS等杂原子，烃类则从长链断裂成短键，最终变成CH4气体；与此同时，干酪根的核则不断缩合，最后只剩下碳原子，变成石墨两极分化。,第一节 油气成因理论研究概况,有机质从沉积、埋藏到转化为油气，是一个逐渐转化的过程，在承认晚期成油论（干酪根热降解成油论）的同时，不能一概否定早期成油论，只不过在生油气的数量上可能多少不一，以晚期为主，实际上，有些地区油气还是早期生成的，如柴达木盆地第四系生物气藏。现在看来，液态石油的成因主要是晚期的，天然气的生成条件比较宽松，机制也比较复杂。,第二节 生成油气的原始物质,一、沉积有机质的形成和分布 有机质要生成油气，必须：1）有数量充足的、品质良好的原始生油气母质2）有利于有机质向油气演化、改造的环境 只有二者兼备，才可能生成油气。,第二节 生成油气的原始物质,1、形成：活的生物体：脂类脂肪酸和醇 蛋白质氨基酸 碳水化合物糖 木质素芳香酸、酚等 有机物质分解中的产物富含活泼官能团，如：OH、COOH等，因此分解产物相互作用合成新的物质是必然的结果。在演化过程中，有机质中C增加，O减少，芳香核的缩合程度增加，分子量增大，逐渐形成不溶于酸、和碱及有机溶剂的中性有机聚合物，这个过程称为非溶解作用。脂类 生物当作能源利用，从而参加了生物圈有机碳的再循环 生物有机质 蛋白质 经过物理一化学作用而变为简单的分子，如CO2、H2O等的化学组成 碳水化合物 进入沉积物中形成沉积有机质，没有经历完全的再循环和 木质素 物理一化学分解，占生物原始数量的极小部分,第二节 生成油气的原始物质,沉积有机质：指来源于活的生物的遗体及其分泌物和排泄物，直接或间接进人沉积物中，或经过生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积物中，或经过缩聚作用演化生成新的有机化合物及其衍生物的那部分有机质。沉积有机质由两部分组成：1）活的生物体化学结构的继承物质，包括烷烃、脂肪酸、甾、萜、卟啉等生标物；2）非继承物质，生物有机体分解成简单的分子，再聚合形成结构复杂的高分子物质。,第二节 生成油气的原始物质,第二节 生成油气的原始物质,2、分布：有机沉积物 3367.9（单位：1013吨）富集有机质 7.9 分散有机质 3360 煤 石油 沥青 干酪根 烃类 分散沥青 7 0.6 0.3 3200 60 100,干酪根在岩石圈中的数量，占了有机质的绝大部分，自然界中煤与干酪根重量之比为1：457；石油与干酪根之比为1：5330，可见，干酪根的数量足以保证全球石油和煤的生成量。,第二节 生成油气的原始物质,2、分布：有机质在沉积物（岩）中含量变化较大，含量小于10%，90%以上呈分散状态存在，极不均衡，与原始生物物质数量、保存条件、沉积物堆积速度、沉积环境有关。结果造成了不同沉积环境、岩性、时代的岩石，有机质含量不同。沉积有机质丰度，以有机碳表示，因为在沉积物中碳含量最大且最稳定，单位：kg/t（岩石）。,第二节 生成油气的原始物质,二、沉积有机质中的干酪根（一）干酪根（Kerogen）Kerogen：指沉积物不溶于非氧化无机酸、碱和有机溶剂的有机质，但在热解或加氢分解产生烃类物质。岩石中可溶于有机溶剂的部分沥青（bitumen）。,据Durand（1980）估算，沉积岩中干酪根总量1016t化石燃料资源量：石油：41011t天然气：21011t煤：1013t油页岩：1012t地沥青：31011t有机页岩：1014t因此，干酪根总量大于化石燃料1000倍，是充足的。,第二节 生成油气的原始物质,（二）元素组成 占沉积有机质的95%，细软粉末，暗棕到黑色。为高分子聚合物，C为主，H、O次之，少量S、N等。C：7085，H：310，O：320。类似于石油中的胶质和沥青质，但缩合程度更高，分子量也更大。没有一定组成，只有一个组成范围。如有人测定过美国湖相始新统绿河页岩干酪根的分子式约为：C235H397O13N3S5（分子量为3627）。干酪根类型不同，成熟度不同，元素组成变化也很大。,第二节 生成油气的原始物质,（三）结构 复杂，环状结构，三维网状系统，由多个核被桥键和官能团连接而成。,（三）结构复杂，环状结构，三维网状系统，由多个核被桥键和官能团连接而成。,（四）、类型：1、干酪根显微组分特征,第二节 生成油气的原始物质,第二节 生成油气的原始物质,腐泥型（南阳，魏134井，500,腐植-腐泥型（南阳，魏135井，500,腐植型（抚顺，长烟煤，250,第二节 生成油气的原始物质,ST1-2,寒武系,黑色泥岩,粒絮状集合体,ST,2-1,寒武系,黑色泥岩,无定形、絮片状,QT5-1 S,黑色泥岩,粒絮状集合体,QT7-4S S,灰色泥岩,粒状与杆状镜质体,扫描电镜特征,第二节 生成油气的原始物质,2、H/C O/C，可分为三类 型干酪根：单细胞藻类（海藻）残体组成，富含脂类化合物，H/C(hydrogen carbon ratio)高，O/C低，链式结构为主，少环芳烃，含氧官能团，生成液态石油潜力大，油页岩属此类。典型腐泥质类型。型干酪根：介于、之间，过渡性，来源于海洋飘浮植物及浮游动物，生油气潜能介于二者之间。型干酪根：源于富木质素和碳水化合物的高等陆源植物碎屑形成的，河流搬运至海、湖三角洲或大陆边缘，H/C低，O/C高，芳香结构为主，生油潜力小，天然气的主要母质。典型腐殖质类型,第三节 油气生成的地质环境,沉积有机质向油气演化的过程是有机质不断的去氧、加氢、富集碳的过程。这个过程需要一定的地质条件,它们是：一、油气生成需要的基本地质条件(一).必须具有足够数量和一定质量的原始有机物质-生油母质-基础；(二).沉积物必须具有一定的堆积速度-只有这样，才能使沉积有机质迅速埋藏、保存以勉遭受氧化，形成还原环境（reducing environments）。(三).必须具有长期稳定下沉的构造环境，才能使沉积物不断得到补偿，不断增加埋藏深度，造成沉积有机质向油气转化所需要的温度。二、有利于油气生成的构造条件(一).根据板块学说：地壳上板块的边缘活动带、板块内部的裂谷、坳陷以及造山带的前陆盆地、山间盆地等大地构造部位，是在地质历史时期中曾经发生长期持续下沉的地区，是地壳上油气资源最主要的分布地区。(二).沉积盆地中处于长期持续稳定下沉的沉积坳陷是含油气盆地内最有利的生油凹陷，是因为：1坳陷中沉积物厚度最大，埋藏深度最大，地温较高；2坳陷中水体最深，沉积物以细粒为主，是生油岩最发育的地区；3沉积盆地中的坳陷区下沉快，沉积物补偿快，形成还原环境，有利于沉积有机质的保存和油气转化。（三）盆地的下沉速度与沉积物沉积速度大致相当，持久保持还原环境。,第三节 油气生成的地质环境,三、油气生成的岩相古地理条件 形成沉积有机质的主要场所是海洋、湖泊。1.浅海大陆架(continental shelf)是浮游生物最发育的海洋环境。水体宁静，水深不超过200米，阳光充足，温度适宜,因此是生物繁衍最有利的地区，保存好。2.海湾和泻湖(lagoon)由于群岛、半岛、堤坝或生物礁的阻止，使其与海洋隔离，含氧海水不易进入，形成封闭、半封闭环境，对沉积有机质的形成、保存有利，如:三大湾.3.三角洲地区(delta)是海洋和陆地交汇的地区。原地生长的海生生物发育，河流搬运来自陆地，陆源有机质丰富，故生油母质非常充足。4.大陆环境下的湖泊(lacustrine)中，深水湖相半深水湖相是陆相盆地中油气生成最有利的地区。,第四节 有机质向油气转化的能源条件,一、细菌（bacteria）微生物（microbials），在咸水、淡水中均有，包括：喜氧细菌（aerobic bacteria）通氧细菌厌氧细菌（anaerobic bacteria）对石油生成最有意义，游离氧不存在。在隔氧条件下，有机质的大分子被分解，O N S被分离，使C H富集有机化合物分解、聚合稳定干酪根，伴有部分甲烷、CO2、H2作用：促进作用，在早期阶段显著。二、温度与时间 地球是一个地温场，在地壳中的温度由内向外逐渐降低，因此，随着埋藏深度增加，温度增加。大量实验和野外观察表明：1）对沉积岩中的干酪根加热后，才能生成石油；2）低温下，干酪根生成液态烃和挥发组分量少，只有达到一定温度，才能大量生成，随着温度再增高，生成烃的量减少，且主要是气。3）烃含量随深度变化不同阶段不一样，低温下速度慢，到一定温度快。,第四节 有机质向油气转化的能源条件,文图拉和洛杉机两个盆地中新统生油岩，发现它们分别在3600米和2400米深处出现烃/C有机比值的明显增大；两个盆地的地温梯度不同：文图拉盆地为2.66/100米，洛杉矾盆地为3.91/100米，烃/C有比值明显增大的转折点深度也不同（亦即上覆层的厚度和压力不同），但转折点的温度却都是115左右。这就证明：油气的生成主要取决于温度，而上覆层的压力作用并不大。门限温度：有机质开始大量转化成石油的温度。达到门限温度的深度叫成熟点。一般地，50120作为石油门限温度范围。不同沉积盆地，不同层位，门限温度不同。与有机质类型、埋藏时间有关。松辽盆地 3.14.8/100m加瓦尔油田（中东）5.1/100m（世界第一大油田）但是，不是温度越高越好。太高，石油裂解成气态烃；太低，生油速度太慢。,第四节 有机质向油气转化的能源条件,4）干酪根生成烃类符合化学动力学的一级反应，用阿仑尼乌斯方程表示。温度是影响油气生成的主要控制因素。时间与温度相互补偿。一般沉积盆地越老，门限温度越低。上述公式适用于连续沉降且均匀沉积的盆地，有机质的受热史与地层的埋藏史有关，只有二者结合，才能算出总成熟度效应，目前多用TTI值。只要已知E、A、H、沉积速度、地温梯度，则可算出TTI值，但一般E、A不易求得，近似计算。如Waples法，认为温度每增高10，化学反应速度增加一倍。,第四节 有机质向油气转化的能源条件,式中：TTI时间t时的TTI值；T(H,t)古地温。P60表26 镜质体反射率Ro与TTI值的关系式：Ro=0.2 TTI0.3 Ro=(logTTI1.28)/3.8 0.3TTI10 Ro=(logTTI0.69)/2.82 10TTI30 Ro=(logTTI0.14)/1.74 30TTI75 Ro=(logTTI0.67)/1.2 75TTI300 Ro=(logTTI1.01)/0.98 300TTI2000 Ro=(LogTTI1.59)/0.73 2000TTI6000 Ro=(logTTI2.09)/0.57 6000TTI40000,第四节 有机质向油气转化的能源条件,未成熟,低成熟,成 熟,成熟晚期,高成熟期,过成熟期,第四节 有机质向油气转化的能源条件,三、催化剂 一定的促进作用。破坏原始结构，分子重新分布稳定的烃类物质1、粘土矿物（吸附性）：蒙脱石比表面大，催化能力最强；伊利石次之；高岭石最弱；250 对油酸的催化实验表明：粘土：油酸=2：1增加到3：1时，烃产率从20%增加到36%。2、酵母素：由动植物，微生物产生，在有机质分解早期有重要意义。四、放射性U Th K放射性元素，粘土岩（泥、页岩）、碳酸盐岩中有一定的富集。总结：1 细菌的作用主要发生在沉积物埋藏不深、温度不是很高的情况下；2 放射性作用不断提供游离氢的来源，但并非必要；3 温度与催化剂在成油过程中起着重要作用，温度与时间互为补偿。,第五节 油气生成的热演化模式,第五节 油气生成的热演化模式,第五节 油气生成的热演化模式,一般生烃模式1.生物甲烷气阶段成岩阶段主要特点：以低温、低压和微生物生物化学作用为主。有机质未成熟，Ro0.5%，没有大量转化为烃类。产物：主要形成的烃是甲烷，在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生物体，大部分为C15+重烃，具特征结构，为生物标志化合物。原始的干酪根组成取决于有机质的类型及细菌改造的程度，在成岩阶段后期杂原子键断裂，形成CO2和H2O以及一些高分子量的杂原子化合物，如胶质、沥青质。成岩阶段后期也可形成一些非生物成因的热降解天然气及未成熟油。,第五节 油气生成的热演化模式,2.石油形成阶段 生油主带：随着温度持续上升，有机质开始成熟，当达到门限值时，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，这是生油的主要阶段。新生的烃具有中到低分子量，没有特征的结构及特殊的分布，它们数量不断增加，逐渐稀释了继承性的生物标志化合物。按照形成的原油组成，可以将其分为低成熟原油，成熟原油。石油成熟度愈低，非烃组分愈丰富，重质烃比例愈高，继承性的生物分子多，原油比重大。成熟度高的原油，由于干酪根和已形成的重质烃继续裂解，形成了更多的轻质烃，非烃组分大大减少，石油比重变轻。凝析油和湿气带：在高温下CC键断裂更快，剩余的干酪根和已经形成的重烃继续热裂解，轻烃（C1C8）比例迅速增加。在地层温度和压力超过烃类相态转变的临界值时，这些轻质烃就会发生逆蒸发，反溶解于气态烃中，形成凝析气和更富含气态烃的湿气。这是高成熟阶段，凝析油也主要形成于该阶段。,第五节 油气生成的热演化模式,3.热裂解甲烷气阶段准变质阶段 经过上述的深成阶段，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。残余的少量烷基链，尤其是已经形成的轻质液态烃在高温下继续裂解形成大量的最稳定的甲烷。干酪根的结构进一步缩聚形成富碳的残余物质。因此，该阶段也称为干气阶段。注意：一般生烃模式，往往不能全面地概括各地区不同生油母质生油岩的成烃特征。因此，20世纪80年代有许多学者利用更多的资料，试图突破“一般生烃模式”的示意性质，提出不同类型干酪根或烃源岩的成烃模式。,第五节 油气生成的热演化模式,第五节 油气生成的热演化模式,第六节 天然气的成因类型,第六节 天然气的成因类型,第六节 天然气的成因类型,一、无机成因气（一）火山气：与火山喷发有关的气体.包括喷出气、高温气、温泉气。（二）岩浆气：岩浆活动过程中，由于化学作用形成的气体。（三）变质岩气：在变质过程中，由于化学作用形成的气体。（四）宇宙气：宇宙空间由于核反应、放射性作用及化学反应生成的气体（五）无机盐类分解气：沉积岩中无机盐类分解产生的气体。如：碳酸盐岩分解产生的CO2，硫酸盐岩还原产生的H2S气体。,第六节 天然气的成因类型,二、有机成因气（一）生物化学气：还原环境下，温度75度，细菌分解有机质产生的CH4气体。（二）煤型气：凡与煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)热演化有关的天然气。（三）油型气：与成油有关的Kerogen在热演化过程中达到成熟、高成熟、过成熟阶段所生成的天然气。分为：1.石油伴生气(湿气)2.凝析油伴生气 3.腐泥型裂解气,三、天然气成因类型综合判识,（一）、有机甲烷（生物成因）和无机甲烷（非生物成因）的鉴别1、甲烷碳同位素：甲烷气体的13C1值分布范围很宽。一般而言，无机成因甲烷的13C1值要比有机成国甲烷大得多。前者13C1值都在-30以上，后者13C1值除一些特殊情况外，一般都小于30，目前世界上已知的有机甲烷13C1值最重者都出现在煤层甲烷样品中，但均不超过-10，所以，几乎可以肯定，13C1值大于-10者为无机成因甲烷。,第六节 天然气的成因类型,第六节 天然气的成因类型,第六节 天然气的成因类型,在-3013C110的区间内，有机成因甲烷与无机成因甲烷都有分布。但对于有机甲烷而言，只有高成熟和过成熟的煤成气（包括煤层甲烷）13C1值才大于-30。戴金星（1993）指出，用上图所示的甲烷碳同位素组成与甲烷含量图版可以很容易区别有机煤成气甲烷与无机甲烷。2、地质的方法：无机甲烷多与地热区、火山区和洋中脊有关，即直接与岩浆活动有关。煤成甲烷气则产出自煤系或煤盆地之中。此外，无机成因甲烷气中CO2较多，常含N2，He。,第六节 天然气的成因类型,（二）、有机成因烃气组分的进一步鉴别1、生物气甲烷 生物气甲烷的鉴别主要标志是其碳、氢同位素的组成。据世界范围生物气甲烷的碳同位素组成数据的统计，具有工业价值的生物气藏的13C1分布范围为-55-85，明显富集轻碳同位素，组成主要以甲烷为主。另外，生物气甲烷不与油伴生，这是判别生物气甲烷的重要地质依据。,第六节 天然气的成因类型,2、油型烃气与煤成烃气的判别 a、甲烷碳同位素组成判别法。不论是油型甲烷，还是煤型甲烷，13C1值都有随母岩成熟度增加而增大的特点，而且有可以相对确定的变化区间。我国学者戴金星等等给出的判别方程如下：煤型甲烷：13C1=14.12lgRo34.39 油型甲烷：13C1=15.80lgRo42.20,第六节 天然气的成因类型,b、C1C4烷烃系列的单体烃同位素组成判别法。有机成因的C1C4烷烃系列同位素组成有这样的规律：同源同期的烷烃气中，随碳数增加，13C1值增大，即：13C113C213C313C4 在成熟度相当时，煤型烷烃的C1C4系列同位素组成一般都重于油型烷烃的对应组分。,第六节 天然气的成因类型,第六节 天然气的成因类型,烷烃气单体烃同位素13C113C213C313C4的变化规律，有时会发生某个组分的逆转现象，或称倒转。戴金星（1990）认为，导致C1C4单体烃同位素组成变化规律倒转的原因有：有机烃气与无机烃气的混合；煤型气与油型气的混合；同型不同源气的混合或同源不同期气的混合；烷烃气全部或某些组分被细菌氧化；地温增高。,第六节 天然气的成因类型,c、C4C10轻烃指纹和组成判别法。轻烃术语源出石油化学，是指沸程在200以前的汽油馏分，主要为C4C10的化合物。这与天然气中伴生凝析油和轻质油的碳数范围相近。所有的天然气，包括湿气、凝析气和干气，都可通过低温或吸附的方法进行重烃浓缩，获得或多或少的轻烃，其中包含正烷烃、环烷烃、芳烃及其同分异构体有上百个化合物。,第六节 天然气的成因类型,在C7轻烃化合物的组成中，一般正庚烷的含量主要反映藻类和细菌生烃的贡献，甲基环己烷主要反映高等植物的木质素和纤维素的贡献，二甲基环戊烷主要来源于水生生物的类脂化合物，因此采用这三个化合物组成的三角图可以区分不同成因的油气。,第六节 天然气的成因类型,源于腐泥母质的轻烃组分中富含正构烷烃源于腐植母质的轻烃组分中则富含异构烷烃和芳香烃，利用不同母质所生成轻烃的这些特征，可以鉴别与之同生油型气和煤成气。,第六节 天然气的成因类型,除气体同位素组成和成分组成的判别方法外，凝析油的碳同位素组成、凝析油烷芳指数和石蜡指数，以及天然气（包括凝析油、气藏储层沥青）的生物标志物都已有效地用于煤型气和油型气的判别上。,第六节 天然气的成因类型,一、基本概念（一）生油岩：又称油源岩、生油气母岩、烃源岩（source rock）。具备生油气能力，曾经生成并排出足以形成工业数量油气的岩石（1979，美国亨特）。（二）生油气层：由生油气岩组成的地层。（三）生油气层系：在一定地质时期内具有相同岩性、岩相特征的若干生油气层与期间非生油气层的组合，称生油层系。（四）生油气区：盆地内生油气层系分布的区域。生油气岩研究目的：根据地质与地球化学分析结果，在沉积盆地剖面上确定生油气层，空间上划分出有利的生油气区，计算生油气量，解决油气在哪里生？怎么生？生多少？有机质丰度、类型、成熟度,第七节 生油岩（source rock）,第七节 生油岩,二、生油气岩的岩石类型及特征 岩性是最直观标志。（一）粘土岩类生油层 1.岩类：泥岩(mudstone)、页岩(shale)2.特征：(1)颜色较暗，以灰色、灰黑色、灰绿色为主(有机质丰富)。(2)生物化石丰富，沉积环境安静、缺氧，水体稳定。(3)富含分散状原生黄铁矿，水平层理。（二）碳酸盐岩类生油层 1.岩类：石灰岩(carbonate rock)，生物灰岩(biosparite)，泥灰岩(micrite)。2.特征：(1)岩性主要为低能环境下形成的隐晶粉晶灰岩。(2)颜色较深，多为灰色、深灰色、褐灰色。(3)含生物化石丰富，含原生黄铁矿。,第七节 生油岩,三、生油气岩的岩相特征浅海相、三角洲相、深水半深水湖相。1.浅海相：在退潮线以下水深200米的地带，其范围与大陆架相当，是浮游生物最发育的海洋环境。水体宁静，水深不超过200米，阳光充足，温度适宜,因此是生物繁衍最有利的地区。1）、岩石类型：岩石类型比较多，有碳酸盐岩，也有碎屑岩和粘土岩。2）、结构构造：水平层理发育。3）、生物化石：由于阳光充足。环境稳定，生物繁盛，化石丰富。浅海相的粘土岩和碳酸盐岩中含有丰富的有机质，具备了良好的生油条件。,第七节 生油岩,2.三角洲相(delta)是海洋和陆地交汇的地区。前三角洲亚相：位于三角洲前缘亚相的外侧，是三角洲沉积体系中分布最广，沉积最厚的相带。沉积作用大部分是在波基面以下较深范围内进行的。主要由暗色富含有机质的粘土和粉砂质粘土组成。含泥量高达80，为河流搬运的泥质悬浮物质和胶体溶液在海底的沉积物。沉积构造不发育，常见水平纹层和透镜状层理，向外海相化石变丰富，含海绿石，水平虫孔多，呈带状出现。原地生长的海生生物发育，河流搬运来自陆地，陆源有机质丰富，故生油母质非常充足。,第七节 生油岩,3.大陆环境下的湖泊(lacustrine)中，深水湖相半深水湖相是陆相盆地中油气生成最有利的地区。,（富含有机质的薄层状岩石）,第七节 生油岩,四、生油岩的地球化学特征（一）有机质丰度指标 1.剩余有机碳：2.“A”：3.总烃（二）有机质成熟度指标 1.镜质体反射率(o)Vitrinite reflectance 2.热变指数Thermal alternation index 3.Kerogen颜色 类型 4.正构烷烃奇偶优势(OEP值）5.正构烷烃分布特征 6.芳香烃结构指数（三）有机质类型指标,第七节 生油岩,第七节 生油岩,五、我国陆相生油气层系类型,