油气的生成理论课件.ppt

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1、第,3,章,油气的生成与聚集,3.1,油气的生成理论与沉积盆地,3.2,油气的运移与聚集,油气从哪里来？,油气有什么样的赋存规律？,油气和沉积盆地之间有什么样的联系？,3.1,油气的生成理论与沉积盆地,3.1.1,油气的生成理论,3.1.2,外动力地质作用与石油,3.1.3,内动力地质作用与石油,?,导言,?,一、,油气有机成因说,?,二、,生成油气的物质基础,?,三、,生成油气的条件,?,四、,有机质演化成烃模式,?,小结,3.1.1,油气的生成理论,油气,成因,无机学说,有机学说,油气是在地下深处,高温、高压条件下,由无机物变成的,油气是在地质历史,上由分散在沉积岩,中的动物、植物有,机体

2、转化而成,二元论,导言,3.1.1,油气的生成理论,?,出现于,18,世纪后期至,20,世纪中叶，包括碳化说、,宇宙说、岩浆说、变质说等。,?,认为油气是与生命活动无关的无机物生成的，是,宇宙天体中简单的碳、氢化合物或地下深处岩浆,中所含的碳、氢以无机方式合成的。,无机生成学说,导言,3.1.1,油气的生成理论,?,碳化说,：,?,1866,年由法国著名化学家,M,伯塞洛特提出。他经,过实验后认为，在高温下，,CO,2,与碱金属作用可生,成碳化物，后者遇水即成乙炔，进而合成高级碳,氢化合物；,?,1877,年，俄国化学家门捷列夫以碳化铁实验制造,碳氢化合物成功，并认为石油是存在于地下碳化,铁和

3、水生成的，从此创立了此假说。,无机生成学说,导言,3.1.1,油气的生成理论,?,宇宙说：,?,由俄国学者索洛夫于,1889,年首次提出。他认为当星,云凝集逐步固结演化形成地幔和地壳的过程中，星,云或原始大气中甲烷、二氧化碳等气体也被保存于,地幔和地壳中。之后，在深大断裂、大洋中脊、火,山及地震等作用下，地球深部的无机气运移至浅部、,散失在岩石圈、水圈和大气圈之中。,无机生成学说,导言,3.1.1,油气的生成理论,?,岩浆说,：俄国学者,H,A,库德里亚,策夫是该学说的倡导者。他认,为石油的生成同基性岩浆冷却,时碳氢化合物的合成有关。克,拉佐夫于,1979,年曾用,CO,2,和氢气，,并以上地

4、幔的主要岩类之一辉,岩做催化剂，获得气态和液态,烃。,无机生成学说,导言,3.1.1,油气的生成理论,?,由于钻井深度的限制，人类目前主要开发浅层有机成,因的油气，所以现在大多以有机成因为依据。,一、油气有机成因说,石油是生物（包括动植物、微生物等）死亡后演变而成,。,证据,1,：几乎所有的油气田，都是在沉积盆地的沉积岩中发现的。,证据,2,：生物体中三个组成部分,-,蛋白质、碳水化合物、脂肪，,可在一定条件下形成与石油碳氢化合物相类似的物质。,证据,4,：从油母页岩（即生油岩）提炼石油（即人造石油）。,证据,3,：,在石油中发现了血红素和叶绿素等有机物质，前者来,自动物的血液，后者来自植物的

5、叶绿素；石油具有的旋光性，,也是生物具有的特征。,3.1.1,油气的生成理论,海,相,生,油,学,说,浅海之中生活着极小的动物,“,浮游生物”，每年都有,大量的浮游生物死去并且沉到海底。河流又把大量枯萎的,植物和淤泥带到海洋，植物和浮游生物混合在一起，然后,淤泥和盐分又把它们覆盖起来，于是在海底形成一种沉积,物。当这些植物和动物腐烂时，沉积物中就开始生成油和,一、油气有机成因说,3.1.1,油气的生成理论,问题,1,：什么是,海相生油学说？,20,世纪,30,年代，,潘钟祥,等首次提出了陆相生油学说,陆相湖盆是陆地上相对低洼的汇水处，众多的溪流所携带,的陆源、有机碎屑和营养物质源源不断注入湖内

6、，为水生,生物的生长和繁衍创造了条件，生长发育的浮游藻类和微,生物死亡后便同高等植物的碎屑被埋藏，转化为石油。,陆,相,生,油,学,说,一、油气有机成因说,3.1.1,油气的生成理论,问题,2,：什么是,陆相生油学说？,“,早期生成”论（或称浅层论）,认为石油从现在起正在生成。,“,晚期生成”论（或称深成论）,生物体中的有机质只有在一定的深度和温度条件下,才能变成石油，这个深度就叫做“成熟门限深度”,。,一、油气有机成因说,3.1.1,油气的生成理论,二、,生成油气的物质基础,?,按照有机成因说的观点，生成油气的原始,物质是地质历史时期中的生物有机质，在,生物化学、温度、催化剂等作用下，有机,

7、质逐渐向油气转化，在浅层可生成大量天,然气，埋藏到一定深度大量生成石油。,3.1.1,油气的生成理论,二、,生成油气的物质基础,?,（一）沉积有机质,?,生物体及其分泌物和排泄物可直接或间接进入沉积,物中，或经过生物降解作用和沉积埋藏作用保存在,沉积物或沉积岩中，或经过缩聚作用，演化生成新,的有机化合物及其衍生物，这些有机质通常被称为,沉积有机质。油气是由生物死亡后转变而成的，大,量有机质的存在就是油气生成的物质基础。,3.1.1,油气的生成理论,（一）沉积有机质,地球上总的活生物重量达,10,万亿吨；,一个海藻，在不受任何阻碍的理想条件下，一,天之内就可以繁殖到和地球一般大小；,有人统计了世

8、界上,18,条河流的藻类的含量，有的,高达河水所溶固态物质重量的,59.9%,，最低的也,达,3.25%,。,3.1.1,油气的生成理论,二、,生成油气的物质基础,根据亨特（,Hunt J.M.,，,1979,）的研究,所有沉积物和沉积岩中总的有机碳含量约为,1.2,亿亿吨,，,其中分散于沉积岩中的有机碳为,1.1,亿亿吨,沉积岩中只有约,0.01%,的有机碳,以油气的形式存在于储集层中，,大概,1,万亿吨,。,Parker Trask,认为，近代沉积物平均有机碳含量为,2.5%,，,古代沉积物中约为,1.5%,由于地壳沉积物体积巨大（,80,10,6,km,3,），有机碳平均含量,取,1%,

9、，并且以,0.l,转化为烃类计算，将会生成,8000,亿吨,烃类。,全球累计生产原油约,1500,亿吨,（一）沉积有机质,3.1.1,油气的生成理论,（二）干酪根,3.1.1,油气的生成理论,?,大多数油气是从“干酪根”,逐渐演变形成的。,?,石油有机成因晚期成油说认,为，石油及天然气是沉积有,机质在沉积过程中、在缺氧,的还原环境和一定的压力和,温度条件下生成的不溶于有,机溶剂的物质，即干酪根，,在成岩过程中的晚期经过热,解作用生成的。,问题,3,：什么是干酪根？,干酪根热降解生油假说,生,油,岩,中,有,机,碳,存,在,形,式,液态烃,沥青,干酪根,原油,沥青,干酪根,C,84%,83%,7

10、9%,H,13%,10%,9%,S,2%,4%,5%,N,0.5%,1%,2%,O,0.5%,2%,3%,（二）干酪根,3.1.1,油气的生成理论,I,型干酪根（称为腐泥型）,以含类脂化合物为主，直链烷烃很多，多环芳烃及含氧官能团,很少，具高氢低氧含量（,H,C,原子比,l.25,l.75,，,O,C,原子比,0.026,0.12,），它可以来自藻类沉积物，也可能是各种有机质,被细菌改造而成，生油潜能大，每吨生油岩可生油约,1.8kg,。,（二）干酪根,3.1.1,油气的生成理论,型干酪根,（也称混合型）,氢含量较高（,H,C,原子比,0.65,1.25,，,O,C,原子比,0.04,0.13

11、,），但较型干酪根略低，为高度饱和的多环碳骨架，含,中等长度直链烷烃和环烷烃较多，也含多环芳烃及杂原子官能,团，来源于海相浮游生物和微生物，生油潜能中等，每吨生油,岩可生油约,1.2kg,。,（二）干酪根,3.1.1,油气的生成理论,型干酪根（称为腐殖型）,具低氢高氧含量（,H,C,原子比,0.46,0.93,，,O,C,原子比,0.5,0.30,），以含多环芳烃及含氧官能团为主，饱和烃很少，来源于陆,地高等植物，对生油不利，但可成为有利的生气来源。每吨生油岩,可生油约,0.6kg,。,（二）干酪根,3.1.1,油气的生成理论,根据德根斯和伦特（,1965,）的研究,分散在沉积岩中沉积有机质约

12、为,0.38,亿亿吨,各种方法估计表明，地壳中干酪根总量约为,0.3,亿亿吨，,只要,有约,0.01%,的干酪根转化为储层中的石油,，其全球石油储量就,可达,3000,亿吨。,大量统计资料表明，在近代沉积物中，干酪根占沉积有机,质总量的,95%,以上，在古代生油岩中占,70%90%,左右。,烃类,沥青,干酪根,现代沉积物,95(0.5),781(4.5),17500(100),泥岩,500(2.5),600(3),20100(100),碳酸盐岩,340(16),400(20),2100(100),沉积有机质中,各组分的平均,含量,mg/L,（二）干酪根,3.1.1,油气的生成理论,生,油,气,

13、条,件,物质条件,环境条件,沉积有,机质,古地理环境与地质条件,物理化学条件,加氢、去氧,富集碳,油气,三、,生成油气的条件,3.1.1,油气的生成理论,问题,4,：生成油气的条件有哪些？,（一）古地理环境与地质条件,?,（,1,）长期被淹没的水体。,?,（,2,）离岸近地区。,?,（,3,）浅海（湖）地区。,?,（,4,）稳定的水体。,?,（,5,）地壳长期稳定沉降，,而且沉降幅度应与沉积物补,偿的速度大体一致。,3.1.1,油气的生成理论,（二）物理化学条件,细菌作用,温度与时间,压力作用,催化剂作用,放射性作用,3.1.1,油气的生成理论,（二）物理化学条件,?,（,1,）细菌作用,?,

14、对油气生成来讲，最有意义的是厌氧细菌，在缺乏游离氧的,还原条件下，有机质可被厌氧细菌分解而产生甲烷、氢气、,二氧化碳以及有机酸和其他碳氢化合物。,?,（,2,）温度与时间,?,沉积有机质向油气演化的过程，同任何化学反应一样，温,度是最有效和最持久的作用因素。若沉积物埋藏太浅，地温,太低，有机质热解生成烃类所需反应时间很长，难以生成工,业数量的石油；随着埋藏深度的增大，当温度升高到一定数,值，有机质才开始大量转化为石油。,3.1.1,油气的生成理论,热力,作用,=,温度,+,时间,门限温度,不同含油气盆地的生油层，其门限温度是不,同的。,时代较老的生油层，门限温度低些；,时代较,新的生油层，门限

15、温度高些。,3.1.1,油气的生成理论,（二）物理化学条件,?,（,3,）压力作用,?,随着沉积物埋藏深度增加，上覆地层厚度增大，沉积物的温,度、压力随之升高。压力升高将促进化学反应，显然较高的,压力将有利于生油过程的进行。此外，压力也可促进大分子,烃类加氢转化为较小分子的烃类。,?,（,4,）催化剂作用,?,催化剂是一种化学反应加速剂。有机质成油转化是一个复,杂漫长的物理化学过程，生油母质多是结构复杂的高分子物,质，要使其转化为分子相对很小的石油烃类，催化剂的参与,是不可或缺的。粘土就是一种很好的催化剂。,3.1.1,油气的生成理论,（二）物理化学条件,?,（,5,）放射性作用,?,放射性作

16、用可以促进有机质的成油转化。,主要放射性元素铀、钍、钾等在粘土岩、,碳酸盐岩中都有一定的富集。在实验室用,射线轰击软脂酸，可得到少量与正十一,烷及正十二烷近似的液体。,3.1.1,油气的生成理论,（二）物理化学条件,?,在有机质向油气转化过程中，上述各种条件,的作用强度不同。细菌和催化剂都是在特定,阶段作用显著，加速有机质降解生油、生气；,放射性作用则可不断提供游离氢的来源；只,有温度与时间在油气生成全过程中都有着重,要作用。所以，有机质向油气的转化，是在,适宜的地质环境里，多种因素综合作用的结,果。,3.1.1,油气的生成理论,（二）物理化学条件,四、有机质演化成烃模式,?,在沉积盆地的发育

17、过程中，原始有机质伴随,其他矿物质沉积后，随着埋藏深度逐渐加大，,经受地温不断升高，在乏氧的还原环境下，,有机质逐步向油气转化。在不同深度范围内，,促使有机质演化的不同的物理化学条件，致,使有机质的转化反应及主要产物都有明显的,区别。,3.1.1,油气的生成理论,问题,5,：有机质演化成烃模式是什么？,生物化学生气阶段,当原始有机质堆积到盆底之后，开,始了生物化学生气阶段。其深度范围是,从沉积界面到数百米乃至,1500m,深处，,温度介于1060，以细菌活动为主。,在还原环境下，沉积有机质被厌氧细菌,选择性分解，转化为分子量更低的生物,化学单体，部分有机质被完全分解成,CO2,、,CH4,、,

18、NH3,、,H2S,和,H2O,等简单分子。,在这个阶段，埋藏深度较浅，温度、,压力较低，大部分有机质转化成干酪根,保存在沉积岩中。由于细菌的生物化学,降解作用，产物以甲烷为主，它们可以,富集成特大型气藏，埋藏深度浅，易于,勘探和开发。,热催化生油气阶段,沉积物埋藏深度超过,15004000m,时，,地温升至60180，促使有机质转,化的最活跃因素是热催化作用。其,中粘土矿物的催化作用可以降低有,机质的成熟温度，促进石油生成。,实验证明，粘土矿物有助于干酪根,产生低分子液态和气态烃。因此，,在有粘土矿物的催化作用下，地温,不需太高，便可使干酪根发生热降,解，获得大量低分子液态烃和气态,烃。在热

19、催化作用下，有机质能够,大量转化为石油和湿气，成为主要,的生油时期，这个阶段通常称为,“生油窗”。,热裂解生凝析气阶段,当沉积物埋藏深度超过,40007000m,，地,温达到180250，超过了烃类物质的临,界温度，主要反应是大量,C-C,链断裂，包,括环烷的开环和破裂，液态烃急剧减少。,C25,以上高分子正烷烃含量渐趋于零，只,有少量低碳原子数的环烷烃和芳香烃；,相反，低分子正烷烃剧增，主要是甲烷,及其气态同系物，在地下深处呈气态，,采至地面随温度、压力降低，反而凝结,为液态轻质石油，即凝析油，并伴有湿,气，此时有机质进入了高成熟时期。,深部高温生气阶段,当深度超过,7000m,，温度超过了

20、,250，以高温高压为特征，已形,成的液态烃和重质气态烃强烈裂解，,变成热力学上最稳定的甲烷；干酪,根残渣释出甲烷后进一步缩聚，,H/C,原子比降至,0.450.3,，接近甲,烷生成的最低限。所以，这个阶段,出现了全部沉积有机质热演化的最,终产物干气甲烷和碳沥青或石墨。,小,结,上述有机质向油气转化的四个阶段只是一个模式，对不同,的沉积盆地而言，由于其沉降史、地温史及原始有机质类型,的不同，其中的有机质向油气转化的过程不一定全都经历这,四个阶段，有的可能只进入了前两个阶段，尚未达到第三阶,段；而且，每个阶段的深度和温度界限也可能有较大差别。,另外，由于源岩有机质显微组成的非均质性、不同的显,微组成的化学成分和结构的差别，决定了有机质不可能有完,全统一的生烃界线，不同演化阶段，可能存在不同的生烃机,制。,