干酪根演化规律

1、 以上分析得出两点认识：以上分析得出两点认识：q 有机质含量变化、干酪根结构变化及生成烃类组成的变有机质含量变化、干酪根结构变化及生成烃类组成的变化说明油气生成化说明油气生成具有阶段性具有阶段性，从而提出，从而提出生油门限，门限温度生油门限，门限温度和成熟度和成熟度等概念，为找油找气等概念，为找油找气提供深度和温度的范围。提供深度和温度的范围。 成油门限值成油门限值-有机质开始大量向石油转化的温度称成有机质开始大量向石油转化的温度称成油门限温度，相应的深度为成油门限深度。不同盆地门限值油门限温度，相应的深度为成油门限深度。不同盆地门限值不同不同 。q 不同演化阶段产物不同不同演化阶段产物不同

2、低成熟油气（早期）、成熟阶段油气和高过成熟阶段的低成熟油气（早期）、成熟阶段油气和高过成熟阶段的油气油气不同类型有机质生烃演化模式图不同类型有机质生烃演化模式图 生油上限生油上限生油下限生油下限（凝析油气）（凝析油气）I型型 III型型 综合以上各种分析手段所获得的大量资料可以看到，随综合以上各种分析手段所获得的大量资料可以看到，随深度（温度、时间）的增加，干酪根经历了地球化学的演化深度（温度、时间）的增加，干酪根经历了地球化学的演化过程，这个过程可分为过程，这个过程可分为三个阶段三个阶段： （1 1）成岩阶段成岩阶段：刚形成的年轻干酪根结构松散、芳香片：刚形成的年轻干酪根结构松散、芳香片排列

3、无序，缩聚程度低，故镜质体反射率低，小于排列无序，缩聚程度低，故镜质体反射率低，小于0.50.5，颜，颜色较浅，荧光强。含氧高，色较浅，荧光强。含氧高，O/CO/C原子比大，相应于原子比大，相应于C CO O的红外的红外吸收峰（吸收峰（1710cm-1710cm-1 1）明显。随着演化，）明显。随着演化，O/CO/C原子比迅速下降。原子比迅速下降。该阶段主要以脱氧为特征。该阶段主要以脱氧为特征。 （2 2）深成阶段深成阶段：随埋深和温度升高，镜质体反射率增大，：随埋深和温度升高，镜质体反射率增大，Ro 0.5Ro 0.52.02.0，干酪根开始降解，伴随着大量烃类的生成，干酪根开始降解，伴随着

4、大量烃类的生成，H/CH/C原子比迅速下降，相应于原子比迅速下降，相应于CHCH3 3、CHCH2 2的红外谱带减弱，干酪的红外谱带减弱，干酪根颜色由于芳核的缩合而发生明显的变化，逐渐变深，荧光根颜色由于芳核的缩合而发生明显的变化，逐渐变深，荧光减弱。减弱。该阶段以主要以脱氢为特征。该阶段以主要以脱氢为特征。（3 3）准变质阶段准变质阶段 温度继续升高，镜质体反射率继续增大，温度继续升高，镜质体反射率继续增大，Ro2.0Ro2.0，残，残留的干酪根中仅含少量留的干酪根中仅含少量短烷基链短烷基链。H/CH/C和和O/CO/C原子比均降到原子比均降到最低值，红外光谱中只有与最低值，红外光谱中只有与

5、芳核结构有关芳核结构有关的谱带。干酪根的谱带。干酪根颜色变为黑色，荧光消失，芳香片层排列定向，干酪根形颜色变为黑色，荧光消失，芳香片层排列定向，干酪根形成了愈来愈稳定的结构。成了愈来愈稳定的结构。该阶段以富碳、缩聚为特征。该阶段以富碳、缩聚为特征。演化阶段性及各演化阶段的生成的烃类特征演化阶段性及各演化阶段的生成的烃类特征 成岩阶段：成岩阶段：干酪根结构松散，芳香片排列无序，缩合程干酪根结构松散，芳香片排列无序，缩合程度低，度低，RoRo低于低于0.5%0.5%，含，含O O高，高，O/CO/C大，大，C=OC=O的的IRIR吸收峰吸收峰（1710cm-11710cm-1）随演化程度增高而降低

6、；此阶段为脱氧，产物：）随演化程度增高而降低；此阶段为脱氧，产物：H H2 2S S，H H2 2O O，CHCH4 4； 深成阶段：深成阶段：干酪根开始裂解，干酪根开始裂解，H/CH/C速降低，大量排烃，速降低，大量排烃，RORO到到1.0%1.0%，热失重明显，产物主要是烃类（油气），是生，热失重明显，产物主要是烃类（油气），是生烃主要阶段；烃主要阶段； 准变质阶段：准变质阶段：残余干酪根中仅含少量短烷基侧链，残余干酪根中仅含少量短烷基侧链，H/CH/C、O/CO/C比值均到最低值，比值均到最低值，R RO O 2.0%2.0%，芳香片定向排列，产物主，芳香片定向排列，产物主要甲烷和残碳。

7、要甲烷和残碳。一、油气生成模式及各演化阶段的产物一、油气生成模式及各演化阶段的产物 以以IIII型干酪根为例（型干酪根为例（Tissot andTissot andWelteWelte，19741974）第三节第三节 油气生成模式油气生成模式 q 油气生烃模式油气生烃模式 (干酪根降解成油理论干酪根降解成油理论)基本观点基本观点q 各演化阶段的产物各演化阶段的产物 生烃模式（分三个阶段生烃模式（分三个阶段） 1. 1. 生物甲烷气阶段生物甲烷气阶段成岩阶段成岩阶段 Ro0.5Ro0.50.70.7为成岩阶段，有机质未成熟。为成岩阶段，有机质未成熟。 特点：特点：有机质未成熟（未大量转化为烃类）

8、有机质未成熟（未大量转化为烃类） 低温、低压微生物作用为主低温、低压微生物作用为主 主要产物主要产物 形成甲烷和低成熟油（干酪根中结构不稳定的最先脱落下来）形成甲烷和低成熟油（干酪根中结构不稳定的最先脱落下来），在，在有利的保存条件下可形成生物气藏有利的保存条件下可形成生物气藏和一定量低熟油（富含胶质和沥青和一定量低熟油（富含胶质和沥青质）质） 。 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，形成阶段后期杂原子键断裂，形成COCO2 2和和H H2 2O O以及一些高分子量的杂原子以及一些高分子量的杂

9、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。热降解天然气及未成熟油。 以上得出：油气演化存在阶段性，不同演化阶段的产物不同以上得出：油气演化存在阶段性，不同演化阶段的产物不同2 石油形成阶段石油形成阶段 0.50.50.70.7Ro1.0Ro1.01.31.3 （1 1）生油主带：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，在热催化下大量裂解形成液态烃及一定量的气体

10、，这是生油的主要阶这是生油的主要阶段。段。 产物：液态石油和伴生气，形成油藏产物：液态石油和伴生气，形成油藏 （2 2） 凝析油和湿气带：凝析油和湿气带： 在高温下在高温下C CC C键断裂更快，剩余的干酪根和已经形成的重烃继续键断裂更快，剩余的干酪根和已经形成的重烃继续热裂解，轻烃（热裂解，轻烃（C C1 1C C8 8）比例迅速增加。）比例迅速增加。 产物：凝析油和凝析气产物：凝析油和凝析气 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。发生逆蒸发，反溶解于气

11、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。这是高成熟阶段，凝析油也主要形成于该阶段。 3 3 、 热裂解甲烷气阶段热裂解甲烷气阶段准变质阶段准变质阶段 RoRo 2 2为深成阶段后期，有机质为高成熟为深成阶段后期，有机质为高成熟 经过上述的深成阶段，干酪根上绝大部分可以断裂的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。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。

12、干酪根的结构进一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，该阶段也称为步缩聚形成富碳的残余物质。因此，该阶段也称为干气阶干气阶段段。 特点：特点： （1 1）干酪根已达过成熟，可裂解部分消失，烃类裂解为主；）干酪根已达过成熟，可裂解部分消失，烃类裂解为主； （2 2）产物：甲烷气）产物：甲烷气 二、陆相生油岩的生烃模式二、陆相生油岩的生烃模式q 干酪根晚期降解成油理论的局限性干酪根晚期降解成油理论的局限性q 上述的生烃模式是真对上述的生烃模式是真对I I型和型和II II型干酪根。对于型干酪根。对于IIIIII型干酪根，尤其是富含型干酪根，尤其是富含树脂

13、体的陆相有机质，树脂体的陆相有机质，RoRo为为0.4%0.4%时即可生油，这种油富含环烷烃的轻质时即可生油，这种油富含环烷烃的轻质油。油。 注意两点（两个特例）：注意两点（两个特例）： a: a: 碳酸盐源岩由于缺乏粘土矿物，其生烃演化存在碳酸盐源岩由于缺乏粘土矿物，其生烃演化存在迟缓效应迟缓效应。如四川盆地川西北雷口坡组一段的。如四川盆地川西北雷口坡组一段的R RO O为为1.65%1.65%，而凝析油含量为，而凝析油含量为10001000克克/m/m3 3，油存在的死亡线，油存在的死亡线R RO O在在2.0%2.0%以后。以后。 b: b: 对于陆相煤系有机质，特别是富含树脂体的有机对

14、于陆相煤系有机质，特别是富含树脂体的有机质，加拿大地球化学家质，加拿大地球化学家Snowdom(1985)Snowdom(1985)也提出其生烃模也提出其生烃模式。式。印度尼西亚库特盆地马哈坎三角洲印度尼西亚库特盆地马哈坎三角洲、澳大利亚的澳大利亚的吉普斯兰盆地吉普斯兰盆地煤系地层煤系地层R RO O在在0.4%0.4%，生成富含环烷烃的，生成富含环烷烃的凝析油，其生烃母质主要是树脂体。凝析油，其生烃母质主要是树脂体。 碳酸盐源岩的生烃机制与泥页岩存在一些差异，碳酸盐源岩的生烃机制与泥页岩存在一些差异，由于碳酸盐源岩缺乏粘土矿物，生烃演化存在由于碳酸盐源岩缺乏粘土矿物，生烃演化存在迟缓迟缓效应

15、效应。生油高峰期滞后于泥页岩，这些是干酪根晚。生油高峰期滞后于泥页岩，这些是干酪根晚期降解理论的局限性，期降解理论的局限性，SnowdomSnowdom生烃模式是生烃模式是干酪根干酪根晚期降解理论的发展与完善晚期降解理论的发展与完善。 生油上限生油上限生油下限生油下限（凝析油气）（凝析油气）I型和型和II型型 III型型过成程过成程过成熟过成熟 （1 1） 油气的生成具有阶段性，分成熟、高成熟和过成熟三个阶段，各个阶油气的生成具有阶段性，分成熟、高成熟和过成熟三个阶段，各个阶段油气地球化学特征不同。根据储层油气特征确定捕获的阶段性。段油气地球化学特征不同。根据储层油气特征确定捕获的阶段性。 （

16、2 2） 正常油及轻质油与湿气伴生正常油及轻质油与湿气伴生 （3 3） IIIIII型有机质型有机质R RO O1.5%1.5%以后进入干气生成以后进入干气生成 阶段阶段不不同同类类型型有有机机质质演演化化模模式式一、影响油气生成的主要因素一、影响油气生成的主要因素1 1、阿仑尼乌斯方程、阿仑尼乌斯方程 干酪根生成烃类符合干酪根生成烃类符合化学动力学的一级反应化学动力学的一级反应，用，用阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯方程描述方程描述( (用该公式可描述干酪根油气生成过程用该公式可描述干酪根油气生成过程) )。第四节 油气生成模式 RTEAK/e 式中式中 K K 反应速率常数；反应速率常数； A A 频

17、率因子；频率因子； E E 活化能；活化能； R R 气体常数；气体常数； T T 反应时绝对温度反应时绝对温度ARTEt ln 在油气生成过程中，在油气生成过程中，时间和温度存在着补偿关系，因此时间和温度存在着补偿关系，因此门限温度不仅取决于古地温，还取决于烃源岩的地质时代即门限温度不仅取决于古地温，还取决于烃源岩的地质时代即该温度下的时间间隔该温度下的时间间隔。 当干酪根类型相同时，烃源岩时代越新，门限温度就越高，当干酪根类型相同时，烃源岩时代越新，门限温度就越高，反之，烃源岩层越老，其门限温度就越低。反之，烃源岩层越老，其门限温度就越低。 但是时间和温度的作用并不完全相同，温度对有机质的

18、热但是时间和温度的作用并不完全相同，温度对有机质的热演化起主导作用，反应速率与温度成指数关系，与时间成线演化起主导作用，反应速率与温度成指数关系，与时间成线性关系。也就是说，温度增加性关系。也就是说，温度增加1010，时间需增加一倍才是等，时间需增加一倍才是等效的。效的。 上述公式适用于连续沉降且均匀沉积的盆地，有机质的受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。度效应。不同盆地中烃和非烃的生成与埋藏深度的不同盆地中烃和非烃的生成与埋藏深度的 关系关系 (Tissot ,19

19、84)中国各地质时代生油岩有代表性的中国各地质时代生油岩有代表性的 烃转化率曲线烃转化率曲线( (黄第藩黄第藩,1991),1991)2 2、影响油气生成的主要因素、影响油气生成的主要因素（1 1）温度是油气生成的主要控制因素）温度是油气生成的主要控制因素 随着埋藏深度增加，温度增加。随着埋藏深度增加，温度增加。 大量实验和野外观察表明：大量实验和野外观察表明：q 对沉积岩中的干酪根加热后，才能生成石油；对沉积岩中的干酪根加热后，才能生成石油；q 低温下，干酪根生成液态烃和挥发组分量少，只有达低温下，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，生成液到一定温

20、度，才能大量生成，随着温度再增高，生成液态烃的量减少，主要是生气。态烃的量减少，主要是生气。q 烃含量随深度变化不同阶段不一样，低温下速度慢，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。到一定温度快。 文图拉和洛杉机两个盆地中新统生油岩，发现它们分别在文图拉和洛杉机两个盆地中新统生油岩，发现它们分别在36003600米和米和24002400米深处出现烃米深处出现烃/C/C有机比值的明显增大有机比值的明显增大。 两个盆地的地温梯度不同：文图拉盆地为两个盆地的地温梯度不同：文图拉盆地为2.66/ 1002.66/ 100米，米，洛杉矾盆地为洛杉矾盆地为3.91 /1003.91 /

21、100米，烃米，烃/C/C有比值明显增大的转折点深度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是115115左右。这就证明：油气的生成主要取决于温度，而上覆层左右。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。的压力作用并不大。门限温度门限温度：有机质开始大量转化成石油的温度。达到门限温度：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的深度叫成熟点成熟点。 一般地，一般地，5012050120作为石油门限温度范围。不同沉积盆地，作为石油门限温度范围。不同沉积盆地，不同层位，

22、门限温度不同。与有机质类型、埋藏时间有关。不同层位，门限温度不同。与有机质类型、埋藏时间有关。 松辽盆地松辽盆地 3.14.8/100m3.14.8/100m 加瓦尔油田（中东）加瓦尔油田（中东） 5.1/100m5.1/100m （世界第一大油田）（世界第一大油田） 但是，不是温度越高越好。但是，不是温度越高越好。 太高，石油裂解成气态烃；太高，石油裂解成气态烃； 太低，生油速度太慢。太低，生油速度太慢。 3 3 不同类型干酪根活化能不同，进入生烃温度不同不同类型干酪根活化能不同，进入生烃温度不同 干酪根开始大量裂解成油只有在地壳中干酪根开始大量裂解成油只有在地壳中提供的热能达到反应所需的活

23、提供的热能达到反应所需的活化能化能时才能发生，一般干酪根开始裂解的活化能为（时才能发生，一般干酪根开始裂解的活化能为（11111515）4184J/mol4184J/mol。所以只有当埋深和地温超过门限值，才会有大量石油生成。所以只有当埋深和地温超过门限值，才会有大量石油生成。 E（4184J/mol）II II型干酪根活化能分布较宽，型干酪根活化能分布较宽，由于杂原子键较多，由于杂原子键较多，活化能值较活化能值较I I型低，峰值为型低，峰值为50504184J/mol4184J/mol，门限温度门限温度较低较低。 IIIIII型干酪根活化能分布平缓型干酪根活化能分布平缓，最大值集中在，最大值集中在60604184J/mol4184J/mol， 故门限温度介于故门限温度介于I I型和型和II II型之间。由型之间。由此，此，TissotTissot和和WelteWelte提出了油气生成界限：提出了油气生成界限：II II干酪根首干酪根首先进入门限，相当于先进入门限，相当于R RO O0.50.5， IIIIII型次之，型次之，R RO O0.60.6，I I型干酪根最后，型干酪根最后，R RO O0.70.7。 不同类型干酪根的活化能不同，不