第九章油气源对比

1、第九章 油气源对比o教学目的 建立油气源对比的思路；掌握油气源对比的基本原理和参数选择的基本原则o教学内容 油气源对比的依据 油气源对比参数选择原则 不同成因原油的地球化学特征o重点及难点 油气源对比方法 油气源对比是通过原油及天然气与可能源岩之间有机母源输入成分的亲缘关系进行对比分析，判识和追溯石油和天然气的可能来源。油气源对比不仅在油气生成机制的研究上具重要理论意义，而且在油气勘探中具有重要的实用价值。当一个探区发现多套含油气层系时，通过油、气源之间的内在成因联系的一致性和共同性确定各自的源岩，已经成为追溯新的油层和指导勘探的重要手段之一。在油气源对比研究中，应当从成烃演化的整个历史过程来

2、考虑，主要利用原油及可能源岩中存在的各类甾、萜生物标记物的母源参数和成熟度参数等综合指纹信息进行多因素对比，从古环境和生源构成等多方面提供判识依据。由于热成熟、运移和次生变化作用的影响，油、气和烃源岩的化学成分可能发生很大的变化，通过对比研究可以弄清含油气盆地中石油、天然气、源岩之间的成因联系，分析油气运移方向、距离以及油气的次生变化，从而进一步圈定可靠的油源区，确定勘探目标，有效地指导油气的勘探和开发工作。一、油气源对比的依据 由于油气的可动性和在漫长地质历史时期运移、聚集过程，甚至在储层成藏后的混合、分异等作用，在组成上会经历一系列的变化，从而使各自的特性和源岩之间的相似性变得模糊甚至完全

3、被掩盖或消失，从而大大增加了油气源对比的多解性和复杂性。因此，油气源对比研究过程中，合理地选择对比参数，并综合各种地质及有机地球化学资料是十分必要的。 所谓油气源对比是指在综合地质和地球化学资料的基础上，建立油、气与烃源岩的成因关系，其实质是运用有机地球化学的基本原理，合理地选择对比参数（指标）来研究石油、天然气、烃源岩之间的相互关系；其基本依据是如果源岩中的干酪根、可溶抽提物沥青与来自该层系的油、气有亲缘关系，则它们在化学组成上必然存在某种程度的相似性，反之非同缘的油气则会表现出较大的差异二、油气源对比参数的选择 油气源对比中研究的三个主要对象是源岩中不溶的干酪根、可溶的沥青以及聚集在圈闭中

4、的石油（凝析油）和天然气，其中油气和沥青中的各种烃类和非烃类化合物一般都可用作对比参数。在现代先进技术引进油气地球化学领域之前，只依据油气的总物理性质，如相对密度、粘度、族组成及含硫量等作为对比指标。这些方法简单易行，但受外界形响较大。20世纪60年代以来，各种现代分离鉴定技术的发展，特别是色谱质谱技术成功地引进有机地球化学研究领域，使地质体中生物标志物的研究，尤其是沉积岩石中甾、萜化合物的立体异构化研究得到迅速发展。70年代以来，商业性色谱质谱计算机联用技术的普及以及高分辨毛细管柱的采用，大大提高了分离复杂混合物的能力，从而使色谱质谱计算机联用技术不仅可鉴定出个别生物标志物及其结构，而且还能

5、对同系物中不同立体构型和各种化合物进行半定量和定量研究，对油气源的追溯、有机物质的演化历程以及生源的研究提供多种有用信息。二、油气源对比参数的选择 目前，油气源对比的地化指标比较多，其中常用的主要指标有：天然气组成、天然气碳同位素、轻烃（C4-C7）、族组成及其碳同位素、C15+正构烷烃、甾烷、萜烷、芳香甾烷等生物标志化石等。 油气源对比参数选择的原则：为避免非成因因素的影响，尽可能选择一些受运移、演化和次生变化影响较小、能直接反映原始有机质特征的化合物或沸点和溶解度相近的化合物的相对浓度比值作为对比参数二、油气源对比参数的选择 (l)选择在演化、运移和次生变化中较稳定的特征化合物，尤其是那些

6、能够直接反映原始有机质特征的化合物作为对比参数。目前生物标志化合物，尤其是其中的甾烷、萜烷已广泛地用于油气源对比。 (2）不同类型的油气采用不同的对比参效，如油-油对比可用C15+烃类的分布形式，而油-凝析油则主要对比其轻烃组分（C1-C10），气气对比中同位素起着重要作用。 (3)为了减少次生因素的影响，尽量采用有机化合物的分布形式及相对比值，如原油中PrPh比值都可作为有效的对比参数。 (4)单一参数总有其局限性，因此任何对比都应选用多种参数组合进行综合对比，且应考虑地质构造、岩相等多方面资料。 (5)广泛地采用数理统计方法和计算机应用的成果，科学地定量地研究对比参数之间的相关性。 (6)

7、样品间的正相关性不一定是样品相关的必要证据，但负相关性却是样品之间缺乏相关性的有力证据。 参数应用主要非成因因素的影响总组成法 颜色+生物降解、成熟度、水洗、运移API重度+生物降解、成熟度、水洗、运移粘度+生物降解、成熟度、水洗、运移烃类组成+生物降解、成熟度、水洗、运移硫+生物降解、成熟度、水洗、运移氮 +生物降解钒+生物降解镍+生物降解V/(V+Ni)+成熟度全油同位素+生物降解、成熟度饱和烃同位素+生物降解芳烃同位素+水洗分子法正构烷烃+生物降解、成熟度异戊二烯类烷烃+运移甾烷（C26C30）+成熟度三环萜烷+五环三萜烷+生物降解芳烃+水洗、运移含氧、氮、硫的化合物+运移金属卟啉+成熟

8、度二、油气源对比参数的选择 可用于油油和油源对比的参数（指标）很多，大致可分为总组成法和分子组成法两大类： 总组成对比指标包括：物理特性、组成、元素浓度和比值以及同位素比值它们反映的是油和烃源岩中有机物分子的综合特征。 在总组成法油源对比参数中，同位素比值相对可靠，特别是油、岩石抽提物、干酪根的稳定同位素比值是极好的油源对比参数，关键在于它将石油和可能烃源岩中的干酪根和沥青直接联系起来。使用得较多的参数是碳同位素组成13C ，当原始有机质和热演化条件相同时，油与烃源岩之间的碳同位素组成是可比的。 由于同位素的动力分馏效应使产物（原油或沥青）中的碳同位素较残余物（干酪根）中的碳同位素组成轻，但由

9、干酪根形成的沥青碳同位素13C与干酪根13C的差不会大于14，大多数是在23（Tissot, 1984）。二、油气源对比参数的选择 研究表明，虽然沉积物的沉积环境对干酪根碳同位素值有影响，但是对干酪根碳同位素值的影响极大的是干酪根的类型即有机质的原始成分(Tissot , 1984；Galimov,1978；黄第藩等，1988) ，不同有机质类型其碳同位素不同，这就奠定了利用碳同位素组成进行油源对比的基础。 大量统计资料表明了这样的规律，即13C干13C沥13C油，13C干13C沥青质13C非烃13C芳香烃13C饱和烃。在大多数情况下原油的碳同位素组成比对应的干酪根碳同位素位轻，与烃源岩抽提物

10、（沥青）比，13C值亦小于或接近，符合同源干酪根、沥青和石油表现出的相互关系。二、油气源对比参数的选择 分子指标是指单个分子化合物或分子化合物比值，如轻烃（C5-C10）、甾类和萜类的分子异构等，在油气源对比中得到广泛应用。 在油气源对比中，分子指标的选择应尽量选择那些受运移和成藏后次生变化（如生物降解、水洗、氧化作用等）影响较小的参数，尤其是具有成因意义的一些分子指标作为对比参数。 在对比中，也要注意分析特征化合物的存在，特征化合物的存在反映两个样品间可能存在相关性，但两个样品间特征化合物分布的差异是它们缺乏成因联系的有力证据。三、油气源对比的方法 油气源对比的方法比较多，常用的方法可以归纳

11、以下三种 1.相关曲线法 选择的石油和烃源岩中的几项指标的相对强度绘制成相关曲线，即可看出石油和烃源岩是否具有亲缘关系 0.01.02.03.04.05.06.0abcdefgh指纹指标指标值i充深A(Th )4女B (Th )2西A(Th )2角C(Th )6秋A(J t ) 14公B(J t )14四川盆地川中地区原油（凝析油）轻烃指纹对比图 右图中角C、充深A、女B、西A等井香溪群凝析油轻烃（C4C7）的指纹对比图，它们与公B、秋A井大安寨组腐泥母质成因的轻烃存在明显的差异，表明它们并非同一来源的产物 三、油气源对比的方法 应用雷达图也可比较好地表现多参数之间的相关性，对于多参数的样品对

12、比应用雷达图能更清楚地显示样品和参数之间的差异2.指纹对比法 三、油气源对比的方法 这种方法只是分别把油气和可能烃源岩有关的轻烃色谱图、原油饱和烃色谱图、甾烷（m/z217）和萜烷（m/z191）的质量色谱图等，直接进行指纹对比。该方法的特点是简单、直观，目前在国内、外使用的最为广泛，它不需要编制其它任何图件，而直接仔细观察色谱峰特征，分析石油和烃源岩之间有无亲缘关系。 三、油气源对比的方法 两个样品甾、萜烷的分布存在明显差异，且白云岩中有特征化合物奥利烷的分布，说明两者之间缺乏成因联系。三、油气源对比的方法 3.归一化对比法 采用归一化对比法时，先选择石油和烃源岩中的有关生物标志物等指标，然

13、后把归一化的相对含量编制成各种相关图。例如，常用的有规则甾烷20R构型的C27C29甾烷三角图；Pr/Ph、Pr/C17和Ph/C18相对含量的三角图；Pr/Ph-蜡烷/C30藿烷的坐标图等。这种方法在国内油源对比中使用的也比较多，其特点是适用于石油分类和大量的石油和烃源岩之间的地球化学对比。 四、不同成因原油的地球化学特征 1海相碳酸盐岩生成的原油 （1）原油的化学性质 我国己知的海相成因原油的密度变化范围在0.71280.9904g/m3之间，包括的原油类型有凝析油、轻质油、正常原油和重质油。由于我国碳酸盐岩地层普遍成熟度较高，所以现发现的与之相关的原油，总体上油质都较轻，在原油族组成上，

14、虽然变化也较大，但总体仍表现出饱和烃含量高、饱芳比大的特点。以下扬子地区为例，其饱和径含量为65%85%, 饱芳比值为29、非烃沥青质含量15 % ，与同一地区的湖相泥岩成因石油有明显区别。 据Ferguson(1988) 报道，国外公认的碳酸盐岩生成的石油特征是：高硫（ 1.0 %）, 低API度（2030），Pr/Ph1.0,Ph/nC181.0，偶碳优势CPI1.0，碳同位素值为-26.5或更高。但Ferguson同时又指出，这些特征没有一个是决定性的。可见，对于碳酸盐岩成因石油，应将其与碳酸盐岩的沉积和成岩环境联系起来研究。四、不同成因原油的地球化学特征 （2）生物标志化合物特征 我国

15、古生界海相碳酸盐岩及其原油生物标志物的总体特征是： 正构烷烃碳数分布呈单峰态，主峰一般位于C15C20之间，具偶碳优势，OEP值小于1,C21-/C22+远大于1，其生源主要来自藻类和菌藻类。 广泛检出C13C20规则无环类异戊砚烯烷烃和C21C45规则和不规则无环类异戊二烯烷烃。生源研究表明，碳数小于20 的规则类异戊二烯烷烃来自叶绿素的侧链植醇，属色素生源；C21C45的长链类异戊二烯烷烃则源于蓝绿藻和古细菌。总体而言，无环类异戊二稀烷烃和正构烷烃在地层中的分布受控于生物进化因素的影响。 规则甾烷以C29甾烷占优势，一般占40%60 C31C35升藿烷系列相对较发育，且明显受盐度控制。 伽

16、马蜡烷为常见的非藿烷骨架型五环三萜烷。下扬子地区海相碳酸盐岩的伽马蜡烷/C30藿烷的比值介于0.250.45之间。 三环萜烷含量较高，其碳数分布范围从1931，最高可达39，三环萜烷/五环三萜烷一般为0.350.50，可能揭示了碳酸盐岩沉积的环境有利于富含长链三环萜烷的菌藻类的繁殖或保存。 四、不同成因原油的地球化学特征 指标海相原油湖相原油正构烷烃单峰态分布，主峰为双峰态或三峰态，主峰碳数多变Pr/Ph11锥满烷系列重排锥满烷丰度高重排锥满烷丰度低，C26优势明显萜烷类三环萜丰富，碳数范围宽（C29C33），三环萜/霍烷0.8，伽马腊烷丰度低，C29/C301三环萜丰度低，碳数范围宽（C29

17、C24），三环萜/霍烷0.1，伽马腊烷丰度高，C29/C300.2甾烷类孕甾烷系列和重排甾烷丰度较高，甾烷碳数分布呈“V”型，C2920S/（20S+20R）0.4孕甾烷系列和重排甾烷丰度较低，甾烷碳数分布呈“V”或反“L”型，C2920S/（20S+20R）0.313C1 -29-29海相碳酸盐岩成因石油的地球化学特征 四、不同成因原油的地球化学特征 2陆相原油的地球化学特征 （1）原油的性质 根据中国中、新生代陆相原油分析统计，原油普遍高含蜡（一般为1O%25%）的特征，这主要与烃源岩富含陆源植物蜡有关，如植物的孢子、花粉、表皮等组织或器官都富含生物蜡。由于有机质沉积时，硫酸盐含量低，原油

18、含硫量低（一般为0.1%0.5%），表现出淡水-半咸水湖盆沉积的特征。此外，具有低钒/镍比（一般小于1）的特点。 （2）原油的烃类族组成 原油的烃类族组成以烷烃为主，环烷烃次之，芳香烃较少，多属石蜡基原基。 四、不同成因原油的地球化学特征 （3）生物标志化合物特征 饱和烃馏分 饱和烃馏分中检测出了C13C20规则无环类异戊二烯烷烃，并有丰富的甾烷、萜烷类化合物，既有来源于水生生物及菌藻类的生物标志化合物，如双环倍半萜烷（C14C16）、三环萜烷（C19C30）、藿烷（C30C35）及伽马蜡烷等，又有被子植物生源的奥利烷、伽马羽扇烷和裸子植物树脂生源的二萜类。四环萜烷和C30重排藿烷虽属于细菌生

19、源，但以沼泽化环境烃源岩生成的原油中最常见，并与陆源有机质输入有关。甾烷类生要由C27C29甾烷、重排甾烷及4-甲基甾烷组成，此外还有少量的孕甾烷和升孕甾烷。甾类化合物主要为藻类生源产物，但C29甾烷可能来源于高等植物。在陆相原油中，C29甾烷明显商于C27甾烷。据Seifert(1980)研究报道，在印度尼西亚陆相原油中发现了从粒藻烷，经与人工合成的从粒藻烯比较，二者有相似结构，从粒藻烷是由淡水-半咸水中从粒藻演变而来，这点在研究陆相原油的生物标志化合物时值得注意 四、不同成因原油的地球化学特征 芳烃馏分 陆相原油芳经馏分中含有丰富的芳构化生物标志化合物，主要类型有： 芳构化倍半萜类与二萜类

20、：前者只检测出卡达烯，后者仅见惹烯和海松烯，属被子植物树脂生源完全芳构化的生物标志化合物。 芳构化三环萜烷：主要包括m/z181 及m/z209的两个C24C26二芳三环萜烷和m/z205的C26 C28三芳三环萜烷芳构化三环萜烷是常规三环萜烷芳构化的产物，与三环萜烷一样，属于细菌、藻类生源，但它是在酸性氧化环境中形成的，常与陆源有机质有关。 芳构化三萜类：主要是陆生被子植物生源的奥利烷、乌散烷及羽扇烷芳构化的产物，也有微量细菌生源的芳构化藿烷。它们大都是在酸性氧化作用较强的湖相沉积中形成的，与陆源有机质有关。 苯并藿烷：指示细菌生源，是在酸性氧化环境中形成的，在煤系地层及湖相腐殖偏腐殖泥岩中

21、分布较广泛。 芳构化甾类：仅见C26C28三芳甾、C27C29甲基三芳甾及其它微量甾类芳构化产物陆相原油各类生物标志化合物的形成大都与陆源有机质输入有关。在有大量陆源有机质输入的淡水湖泊中，不仅腐殖质组分急剧增多，而且水介质的酸性氧化作用也明显增强，这种沉积环境的演变既有利于形成陆游生物标志化合物，也有利于各种生物标志化合物的芳构化，甾烷与藿烷的重排现象也较普遍。当然，生物标志化合物的芳构化和重排作用也与有机质的热演化程度有关。 四、不同成因原油的地球化学特征 3煤成油的地球化学特征 一般认为，煤成油的地球化学特征是其形成环境和生源输入特点的综合反映PhilP (1994)归纳总结了国外煤成油

22、的若干重要地球化学特征： 在族组成中，饱和烃含量高于芳烃、非烃和沥青质（澳大利亚典型煤成油的非径沥青质含量一般10%） 硫含量低，甚至可以忽略不计； 正烷烃分布在C20C40范围最大，异戊二烯类烷烃中,Pr/Ph值一般大于4； 倍半萜类中有补身烷和桉叶油烷等既反映生源又反映沉积环境的化合物，还有其它来源于五员环同系物，可能与细菌作用有关的化合物； 反映不同植物属种和原油时代的二萜类化合物； 一般都有藿烷类化合物，而且长侧链藿烷浓度随其碳数增加呈指数递减但甲基藿烷和降藿烷不常见： C30重排藿烷常见； 有时可见非藿烷型萜烷，如奥利烷、羽扇烷、乌散烷和多杜松烷以及不饱和三萜烷的存在； 规则甾烷分布

23、以C29甾烷占优势。四、不同成因原油的地球化学特征 我国己发现的煤成油的原油类型较多，外观透明、半透明或小透明，颜色由无色、浅黄色、黄色、棕黄色、褐色至黑褐色都有，但半透明和浅色者较多，原油密度较轻，一般为中蜡原油，凝固点低，族组成中饱和烃含量可达50%98%，非烃沥青质含量为l%20%。具有一些特征的生物标志化合物分布。 1.普光天然气以原油裂解气为主川东北飞仙关组、长兴组不同气藏天然气的Ln C2/C3Ln C1/C2相关图天然气轻烃（2-MC6+3-MC6）/nC6与MCC6/nC7比值相关图 012345345678川岳84(P ch)2双庙川岳83河坝毛坝铁山福成寨沙罐坪普光2(P

24、ch)2罗家寨铁山坡渡口河ln C /1C2ln C /C23五、气源对比实例（普光气田） 2.普光天然气属腐泥型为主的混合型气(T1f)(T1j)中高中高H2S低低H2S飞仙关组储层沥青500-600 热解产物的乙烷碳同位素值 -29 普光5井（P2ch）和紫2井（T1f）天然气的d13C甲苯值（-25.9-26.1）比煤 （d13C甲苯=-19.91-20.7） 及龙潭组煤系泥岩（III型，d13C甲苯=-22.45-22.7）的热解产物要轻得多，相差在 3 以上，气源来自混合型母质。 3.普光天然气与川东石炭系、威远震旦系天然气不同源 气源不是S1，也不是 1普光气区与威远气田震旦系灯影

25、组天然气的d d13C1与与 d d13C2相关图川东及川东北地区天然气的d d13C1与与d d13C2关系图 普光T f1威远Z dy2普光P ch2川岳84P ch2毛坝等T f1d13C1()-27-29-31-33-34-30-32-28d13C2()-26-28-30-32-34-36毛坝2威远灯影组川岳83双庙1川岳83川岳84(P1-2)双庙1川岳84普光5普光5普光2普光2普光6普光6普光7普光7威基井 干酪根 C1-30.45-32.6川东北寒武系干酪根平均值 4.主力气源为二叠系，也有下志留统气源 （1）干酪根与甲烷气d d13C对比究竟干酪根与裂解生成甲烷的d d13C分馏度是多少？4.5!川西北低成熟T1f泥灰岩热模拟生成的甲烷碳同位素值原始干酪根的d d13C=-27.5 沉积物连续生气各阶段干酪根与生成CH4的d d13C值变化（B.P.Tissot据Galimov资料编制，1984） 普光气区的主力气源是二叠系（P