油气地球化学第三章 干酪根.ppt

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1、,第三章 干酪根 kerogen,教学目的：掌握干酪根的概念、干酪根元素组成和显微组分特征、干酪根的类型划分及其评价方法，了解干酪根的化学结构主要内容：干酪根的概念及其制备方法 干酪根的元素组成和显微组分特征 干酪根的类型划分 干酪根的结构模式重点及难点：干酪根的显微组分及其类型划分,第三章 干酪根,第一节 干酪根的概念第二节 干酪根的制备 第三节 干酪根的性质第四节 干酪根的类型划分 第五节 干酪根的结构,第一节 干酪根的概念,干酪根是沉积岩中主要的分散有机质和生油气母质。确定一个盆地油气资源潜力的大小和烃源岩评价的内容主要包含三个方面：有机质的类型（即干酪根的类型）、有机质的数量和有机质的

2、成熟度。干酪根的概念经历过一个发展、演变历程，随着干酪根概念的变化，其制备方法和制备流程也相应地发生改变。Kerogen一词来源于希腊语，指能生成油或蜡状物的物质。最早由G.Brown（1912）使用Kerogen来描述苏格兰油页岩中的有机物质，这些有机物质在干馏时可产生类似石油的物质，概念被限定在具有经济价值的富含有机质的岩石。,后来认识到沉积物中的有机质即使在含量非常低的情况下也能通过人工裂解和长时间的地质埋藏中生成液态石油，因此White（1915）和Trager（1924）将干酪根定义为沉积岩中能够生成石油的所有有机质。在这一时期，干酪根是“加热岩石时能够生油的有机质”的代名词（Dow

3、n和Himus，1941）。但这一概念也引起了一些混乱，沉积岩中的有机质包括生油的干酪根和已经生成的可溶有机质。Breger（1960）建议不考虑沉积物中有机质的含量，仅根据形成干酪根的有机物的化学组成来定义干酪根，根据活体生物有机质的结构，他将干酪根定义为能抵抗生物降解并保存在沉积物中的有机物质，如木质素、色素、类脂化合物等。这些化合物能够生油，但仍然没有解决可溶有机质和不溶有机质的问题。,第一节 干酪根的概念,第一节 干酪根的概念,Forsmann和Hunt（1958）和Forsmann（1963）：干酪根系指一切不溶于有机溶剂的沉积岩分散状有机质，特别是非储集岩中的不溶有机质 Tisso

4、t和Welte（1978）：沉积岩中既不溶于含水的碱性溶剂，也不溶于普通有机溶剂的有机组分，它泛指一切成油型、成煤型的有机物质，但不包括现代沉积物中的腐殖物质 Hunt（1979）：指不溶于非氧化的酸、碱溶剂的沉积岩中全部分散有机质 Durand（1978）：古代沉积物中不溶于常用有机溶剂的所有分散状有机质 Durand（1980）：沉积物中不溶于常用有机溶剂的所有分散状有机质，包括有机矿如腐殖煤和藻煤、沥青质和现代沉积物和土壤中的不溶有机质。考虑了沉积有机质在埋藏过程中的演化阶段和与沉积环境有关的干酪根母质及保存条件以及干酪根及其产物的相关关系。,第一节 干酪根的概念,干酪根的定义 干酪根是

5、指不溶于非氧化的无机酸、碱和有机溶剂的一切有机质,第一节 干酪根的概念,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,沉积物中有机质分布具有不均衡性，干酪根是沉积有机质中最重要的存在形式，其分布最广、数量最多。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 干酪根的制备,一、仪器与试剂 1、试剂 三氯甲烷，盐酸（1:1），40氢氟酸，重液（溴化锌

6、，比重2.1），锌粉等 2、KAPI-A型干酪根自动制备仪（1）硬件结构 该仪器硬件系统主要由计算机系统、温度测控器、制备系统、搅拌器、液源、加液器、滤液系统、废液气处理系统等部分组成（2）软件系统 该仪器的软件系统主要由控制程序、运行处理程序、中断处理程序、显示程序和编辑处理程序等几部分组成,第二节 干酪根的制备,二、制备流程 称取一定量（根据岩性和有机质丰度，泥岩以50g 为宜，碳酸盐岩可以多取样）抽提过的岩样直接倒入反应缸内加水浸没，开动搅拌器，按流程进行各种处理：50g岩粉经氯仿抽提 加水浸没 处理碳酸盐岩：1：1HCl 洗涤二次 盐酸酸化热水 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O

7、+CO2 处理硅酸盐 1：1HCl+40%HF 150ml 洗涤二次 盐酸酸化热水 SiO2+4HF=SiF4+2H2O 处理硅酸盐 1：1HCl 100ml+40%HF 150ml 洗涤二次 第一次酸化热水，第二次热水,第二节 干酪根的制备,处理黄铁矿 重液浮选或用10-20g 锌粉+1：1HCl 350ml Zn+2HCl=ZnCl2+H2 FeS2+2H=FeS+H2S FeS+2HCl=FeCl2+H2S 洗涤 酸化热水三次，热水三次 烘干、检查、过筛、装入称样瓶，保存干燥器中备用 不利的副反应：SiF4+4H2O=H4SiO4+HF SiO2+2HF=H2SiO6 Ca+2F-=Ca

8、F2,整个过程需注意安全操作和防止污染,第二节 干酪根的制备,三、干酪根的纯度测定 称取2040mg干酪根样品，置于马福炉中升温至850灼烧半小时称重至恒量 测定灰分中铁的含量，计算黄铁矿及其它无机矿物的含量 干酪根中杂质含量过多，对以后的测试分析会造成困难和误差，因干酪根中允许杂质含量小于实测灰份（Ad）的35%，测定灰份中的Fe或FeO3的含量后可以近似计算出干酪根中总无机物（An），包括黄铁矿（FeS2）和其它无机矿物含量，实测灰份大于35%的样品可采用下列方法处理：（1）溴化锌（比重2:1）重液分离法或氯仿淘洗法。（2）锌粉/HCl还原法。,第二节 干酪根的制备,纯度计算方法 有机质纯

9、度%=100%-An An=Ad+0.5Fe2O3%FeS2=1.5Fe2O3%其它无机矿物%=An-FeS2%式中：Ad干酪根实测灰份%；An干酪根中无机物含量，%,第二节 干酪根的制备,四、干酪根的分析方法,通过燃烧法测定干酪根中H、C、O元素的含量；在显微镜下观测干酪根的显微组成；在电子显微镜下观察干酪根的显微组成；利用岩石热解色谱分析干酪根中氢、氧指数；利用红外光谱可测定干酪根中基团的含量,第三节 干酪根的性质,含有机质的沉积岩通过盐酸（HCL）除去碳酸盐岩矿物后，再用氢氟酸（HF）除去菱铁矿等杂质后，利用重力分异原理除去粘土矿物等，所得到的干酪根是一种细小、柔软的无定形粉末，颜色为褐

10、黑色，在显微镜透射光下呈浅黄色至深褐色，多数为多孔、非晶质颗粒，,一、干酪根的物理性质,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,第三节 干酪根的性质,干酪根密度反射率与其类型和成熟度的关系（KinghonR.R.F.,1983）,干酪根的折射率和相对密度等物理性质与煤等天然有机质相似，但其反射率和相对密度受干酪根类型和成熟度的控制，在相同成熟度条件下，干酪根的反射率和相对密度表现为：型型型,第三节 干酪根的性质,干酪根、煤、沥青折射率和相对密度的比较,二、干酪根的元素组成,干酪根的元素组成中，主要以C、H、O元素为主，含有少量的N

11、、S、P及微量金属元素。C元素含量一般为70%85%，H元素一般为3%10%，O元素一般为3%20%。由于干酪根是一种高分子聚合物，因此没有一定的组成 影响干酪根元素组成主要因素包括：有机质母质类型、有机质的沉积环境、有机质热演化程度 通常水生生物来源的干酪根富含H、N；而以陆源高等植物来源的干酪根一般含O量较高；深水还原条件下或海相形成的干酪根中富含H、N；而在近岸氧化环境中形成的干酪根则贫H、N 随着有机质的热演化程度增加，油气的大量生成，残余干酪根中C含量相对增加,第三节 干酪根的性质,一些典型干酪根的元素组成,第三节 干酪根的性质,三、干酪根的显微组分及其特征,由于干酪根中不同显微组分

12、的来源及化学组成不同，其成烃特征也有明显差异，因此对干酪根显微组分的研究具有重要意义 干酪根显微组分的划分是从煤岩学的基础上发展起来的。根据煤和有机质在显微镜下的特征，在煤岩学中将有机显微组分划分为三大类：壳质组、镜质组和惰质组；而在油气地球化学中，将干酪根的显微组分划分为类脂组、壳质组、镜质组和惰质组。,第三节 干酪根的性质,干酪根的显微组分及其特征,第三节 干酪根的性质,丝质体（Fu）,半丝质体（Se）,结构镜质体（Te）,均质镜质体（Te）,a一藻类体；V一无结构镜质体，d一碎屑镜质体。,木栓质体和团块镜质体,反射光特征,孢子体（S）,树脂体（R）,壳屑体（L）,富氢镜质体（VF）,藻类

13、体（A）,树脂体（R）,木栓质体（S）,角质体（C）,荧光特征,树脂体（R）,寒武系,黑色泥岩,粒絮状集合体,寒武系,黑色泥岩,无定形、絮片状,S,黑色泥岩,粒絮状集合体,S,灰色泥岩,粒状与杆状镜质体,扫描电镜特征,第四节 干酪根的类型划分,一、干酪根的元素分类 型干酪根：H/C原子比一般大于1.5，O/C原子比一般小于0.1，主要来源于藻类和微生物的脂类化合物，以生油为主 干酪根：H/C原子比1.01.5，O/C原子0.1 0.2，主要来源于浮游动、植物和微生物，既能生油，也能生气 干酪根：H/C原子比一般小于1.0，O/C原子比可达0.2或0.3，来源于陆地植物的木质素、纤维素等，以成气

14、为主 干酪根：H/C原子比约0.5 0.6，O/C原子比大于0.3，为残余有机质或再循环有机质，其生烃能力极低,优点：采用的是原子比参数，反映干酪根总体的元素组成及其性质，对确定干酪根的类型和生油潜力是有意义的。不足：该分类方法受有机质演化程度的影响，从Van Krevelen图上可看出：各类型干酪根随埋深增加、温度升高而发生演化，其H/C、O/C原子比逐渐趋于接近，因而在干酪根成熟度较高的情况下用此法分类较困难。另一方面，相同类型干酪根，因受近地表风化的影响，其O/C原子比有较大增加，H/C原子比稍下降。,第四节 干酪根的类型划分,二、干酪根的显微组成分类 目前国内普遍通行的分类方法是根据干

15、酪根类型指数TI值来进行分类，具体办法是将鉴定的各组分百分含量代入下式计算TI值,干酪根的显微组分分类,第四节 干酪根的类型划分,优点：能通过干酪根的形态、颜色、透明度、荧光等特征，直接观察干酪根，确定干酪根的显微组分，具有直观、快速、经济、简单等优点，应用也较广泛，适用于有机质的各个演化阶段。不足：观察到的只是一个样品中干酪根的很少一部分，而具有形态的干酪根，包括一些动、植物微化石和碎屑，如藻、孢子等，又只代表干酪根显微组分的一小部分。完整的微化石很少，大部分为无定形干酪根，没有确定的形态和结构，无法根据光学性质加以鉴定。,第四节 干酪根的类型划分,三、热解色谱分类方法 烃源岩快速评价仪（R

16、ock-Eval）S1：岩石中300以下已存在的游离烃 S2：300500岩石中干酪根热解烃的含量（潜在烃），也含少量的重质组分的裂解产物 S3：干酪根中含氧基团热解为CO2的含量,第四节 干酪根的类型划分,第四节 干酪根的类型划分,如何确定干酪根类型？,应用氢、氧指数对源岩干酪根分类,岩石热解参数分类法具有快速的优点，但也存在明显的不足，主要表现在：（1）S3测不准；（2）随成熟度增高，S2不断降低，导致H/C变低，而且在成熟度高时与应用H/C原子比和O/C原子比划分干酪根类型一样，就区分不开了；（3）和之间的界限太宽。,第四节 干酪根的类型划分,干酪根类型划分应采用多种方法互相验证、综合分

17、析，以利于进行正确的判断。Mukhopadhyay等（1985）根据干酪根显微组分组合及其光学特征并考虑氢指数与H/C原子比对干酪根进行了综合分类,第四节 干酪根的类型划分,Petters（l995）综合应用有机岩石学、元素分析、岩石热解分析和总有机碳对干酪根质量的评价。,应用有机岩石学、元素分析、岩石热解分析和总有机碳对干酪根质量的评价,第四节 干酪根的类型划分,第五节 干酪根的结构,一、干酪根结构研究的含义 干酪根是各种显微组分的混合物，不可能存在单一化学结构模式，研究中常引入“平均分子结构”的概念，一个复杂混合物的“平均分子结构”能够反映混合物分子群体的典型化学与物理性质，但它并不是该群

18、体中任何一个具体分子的化学结构。结构模型：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。,二、干酪根结构的研究方法,研究干酪根结构的方法（据傅家谟等，1995）,第五节 干酪根的结构,三、干酪根的结构,结构模型：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。,绿河干酪根网络的假设结构（据Duran，1982）,绿河页岩干酪根网络的亚单元图解（据Duran，1982）,第五节 干酪根的结构,第五节 干酪根的结构,名词解释 干酪根简述题简述不同干酪根类型的显微组分特征简述不同干酪根类型与油气生成的关系简述依据原子比、显微组分、岩石热解分析干酪根类型的优缺点简述干酪根的制备流程及注意事项简述干酪根结构研究的方法及其意义,本章复习思考题,课外作业一,根据下表生油岩干酪根元素分析数据，在干酪根分类图上确定干酪根类型,根据下表生油岩干酪根显微组分分析数据，计算TI值并确定干酪根类型,课外作业二,