【学习课件】第四章沉积有机质的演化作用

1、第一节 演化的阶段与标志 第二节 演化产物第三节 演化的地质地球化学机理 第四节 沉积有机质的演化类型 第四章 沉积有机质的演化作用精选课件第一节 演化的阶段与标志一、 沉积有机质演化阶段 二、 沉积有机质演化标志三、 沉积有机质演化跃变 精选课件 沉积有机质的完整演化历程包括： 沉积作用：外、内营力地质作用 埋藏作用：内营力地质作用 风化作用：外、内营力地质作用 思考题： 沉积有机质是呈渐进式演化还是呈阶跃式演化， 抑或二者兼而有之？ 聚集与分散有机质的演化能否相互对应？采用哪 些标志来定义其演化进程？ 固态有机质与流体有机质的成生演化之间表现为 何种动态关系？ 一、 沉积有机质演化阶段 一

2、、 沉积有机质演化阶段 精选课件（一）固态沉积有机质的演化阶段图4-1 沉积有机质演化阶段与特征之间的关系 精选课件（二）流体地质有机质的演化阶段 无机流体:H2O、CO2、N2以及某些稀有气体等 有机流体:烃类，包括石油和天然气。 石油天然气为有机质在演化中形成的衍生物 干气：泥炭褐煤 阶段 天然气的形成经历 湿气：气煤焦煤阶段 干气：贫煤无烟煤阶段 生油门限或石油生成线：褐煤长焰煤阶段 生油死限或石油死亡线：焦煤阶段的初期 “生油窗”：生油门限与生油死限之间 精选课件物理、化学标志应具备的条件 演化程度相同时，性质稳定或变异性较小； 在沉积有机质中分布广泛，易于寻找； 演化程度不同时，同种

3、参数的演化幅度要足够大； 是沉积有机质的主要成分或重要成分,代表性较强； 面积要足够地大，便于观察测量主要的参数类型 物理参数：Ro,max、 Ro,ran 、 Ro,m 化学参数: Vdaf、Qdaf、 Mad 有机元素: Cdaf、Hdaf、Odaf及其原子比（H/C和O/C） 辅助参数：显微硬度、荧光参数以及某些光谱参数等 二、 沉积有机质演化标志 二、 沉积有机质演化标志 精选课件精选课件煤化跃变或有机质成熟跃变 三 、沉积有机质演化跃变第一次跃变位置：Ro,max 0.6% CY Vdaf 43% Cdaf 80%作用：沥青化作用、芳构化作用 产物：原生腐殖酸消失，进入烟煤阶段，油气

4、开始大量生成，出现次生显微组分（沥青质体，渗出沥青体） 物性：反射率增大很快，次生荧光出现 精选课件第二次跃变位置：Ro,max 1.3% JM Vdaf 29% Cdaf 87%作用：芳构化作用、环缩合作用、热解作用 产物：生油停止，CH4大量生成，裂隙气大量生成 物性：光性 （荧光性消失，显微组分各向异性增长）；最小 密度、水分、硬度、孔隙度、孔容、内 表面积、湿润热；最大 结焦性、发热量、脆度、内生裂隙 第三次跃变位置：Ro,max 2.5% WY Vdaf 8% Cdaf 91%作用：热裂解（脱甲基）作用产物：热裂解气（干气）高峰物性：壳质组反射率大于惰质组，各向异性（R）增长 精选课

5、件第四次跃变位置：Ro,max 3.7% WY3WY2 Vdaf 4% Cdaf 93.5%作用：环缩合作用，秩理化作用、拼叠作用 产物：进入超无烟煤（预石墨化）阶段，生烃作用停止 物性壳质组反射率最大；顺磁性暂时消失；导电性明显增强；孔隙性、大分子结构出现转折 精选课件跃变特征 跃变序次 第一次第二次第三次第四次第五次跃变点位置 0.6%Ro,max, 43%Vdaf,80%Cdaf 1.3%Ro,max, 29%Vdaf,87%Cdaf 2.5%Ro,max, 8%Vdaf,91%Cdaf 3.7%Ro,max, 4%Vdaf,93.5%Cdaf 6.5%Ro,max, 3%Vdaf,96

6、%Cdaf 跃变机理 沥青化作用芳构化作用 芳构化作用环缩合作用热裂解作用 热裂解（脱甲基）作用 环缩合作用拼叠作用 环缩合作用拼叠作用秩理化作用 演化产物 原生腐殖酸消失，进入生油窗, 出现次生组分 生油作用基本结束, 甲烷开始大量生成 热裂解气大量生成, 干气生成达到高峰 生烃作用基本停止, 达到生气死限 镜质组和壳质组的预石墨化进程显著开始 主要物理性质变化 镜质组反射率开始显著增高, 次生荧光开始出现 镜质组的密度、水分、显微硬度、孔隙率等达到最小值 镜质组光学各向异性显著增大, 显微硬度开始急剧增高 顺磁性暂时消失, 孔隙性演化趋势发生转折 显微组分光学各向异性急剧增大 表4-1 沉

7、积有机质演化跃变的主要特征 精选课件第二节 沉积有机质的演化产物 一、沉积固态有机质产物二、流体有机质产物 精选课件沉积固态有机质产物演化的总体规律 某些原生显微组分消失，同时新生成了某些显微组分； 肉眼可见的光泽逐渐增强，条带状结构趋于明显； 显微组分的荧光性和透光性逐渐消失，反光性持续增强； 孔隙性、吸附性等物理性质出现规律性演化； 一、沉积固态有机质产物 一、沉积固态有机质产物精选课件 二 流体有机质产物 气态的天然气（不包括沼气）广义的石油 液态的原油、 固态的沥青和地蜡等原油中的烃类非烃饱和烃不饱和烃烷烃环烷烃正构烷烃异构烷烃芳香烃单环多环稠环精选课件原油的化学成分精选课件石油与天然

8、气基本性质的差别 天然气的产出类型具有多样性的特征； 石油的化合物组成比天然气更为复杂； 分子量 H/C原子比 石油： 75275 1.42.2 天然气： 20 34 两者在物理性质方面的差别更为明显； 二者的运移能力、运移速度、运移规模有差异。 精选课件图4-7 世界气藏中天然气的成分构成 （转引自陈荣书等，1986 ）精选课件第三节 沉积有机质演化的地质地球化学机理 一、有机质演化的地球化学机理*二、有机质演化的反应动力学模型* 三、沉积有机质演化的地质因素 精选课件（一）脱边基侧链过程 脱氢过程：烷基与大分子骨架之间化学键的断裂 脱氧过程：羰基、羟基、醚基、羧基等与骨架的 键裂以及水、二

9、氧化碳等逸出的过程 理想终点：H/C和O/C原子比均等于零 一、演化的地球化学机理 演化缩聚作用：芳香稠环体系增大 固态残余有机质降解作用：边基侧链发生降解 流体有机质 一、演化的地球化学机理 精选课件沉积有机质显微组分在演化过程中的脱氢、脱氧轨迹（据克瑞维伦，1961）A，藻类体；E，角质体；V，镜质组；F，丝质体精选课件 （二）芳香体系缩聚过程 芳环 缩合芳环 平面碳网 芳香稠环体系 基本结构单元: 延展度（La） 堆砌度（Lc） 层面间距（d） 碳网层数:堆砌度 与层面间距之比沉积有机质大分子基本结构单元维度示意图（转引杨起等，1979）精选课件 （一）受热温度 地热场温度由大地热流形成

10、，即地温梯度 乘埋藏深度再加上地表浅处恒温带温度。 地温梯度：单位深度条件下地温的变化幅 度，一般用/100m表示。 大地热流值：地温梯度与岩石热导率之间 的乘积，用HFU或mW/m2表示。 异常低热地热场：地温梯度小于2/100m 正常地热场：24/100m 异常高热地热场：大于4/100m二、有机质演化的地质因素精选课件（二）受热时间 演化时限：在某一温度段下演化发生进展的时 间，亦称有效受热时间。 演化程度与时间为线性关系，但与温度之 间表现为指数关系，因此温度是控制演化程度 的关键因素；如果演化程度一定，则温度与时 间互为补偿，即短时高温或长时低温可以达到 同样的演化效果。（三）演化压

11、力 静压力和动压力有利于沉积有机质物理性 质的改变，对其化学结构的改变起促进作用。 精选课件沉积有机质成熟度与温度时间关系的图解模型（引自Bostick，1979）精选课件精选课件第四节 有机质演化的类型一、有机质深成热演化作用二、岩浆热演化作用三、动力演化作用 精选课件 深成演化作用：是在正常地热场条件下、埋藏深度不 断加大的过程中进行的。 希尔特定律或规则 正常热演化作用 沉积有机质的 演化程度随埋 深的加大而增 高的现象。 一、深成演化作用 精选课件 岩浆热演化作用：是在异常高热地热场条件下发生 的，系岩浆上涌带来的热流与正 常地热场背景的叠加作用 。 1、区域岩浆热演化作用 区域岩浆热

12、演化作用：起源于岩浆向地壳浅部 侵入，但岩浆体未能进 入烃源原岩层。 二、岩浆热演化作用 精选课件 特点：1）等演化线或等演化面的产状往往与煤层的产状无关，只与 岩浆侵入体的顶面形态基本一致；2）等演化带的宽度多窄于深成热演化作用，在水平分带和垂 向分带中都是如此；3）等演化线的展布方向往往与构造线方向不一致，表明浅部 构造对区域岩浆热演化作用的控制作用相对较弱。 4）光学各向异性显微组分较为普遍，出现了镶嵌结构、似流 变结构、裂解碳等各类新生光学结构； 精选课件5）次生气孔较为发育，尤其是在镜质组中普遍可见；6）同生矿物受到较为强烈的改造，黄铁矿等的重结晶明显；7）与同演化程度的深成热演化沉

13、积有机质相比，氢含量、挥 发份产率、H/C等相对较低；8）蚀变矿化现象普遍存在，广泛发育热液脉体， F、Cl、As 等与岩浆期后热液有关的元素往往较为富集，特别是流体 包裹体，是一种良好的地质温度计和地质压力计。9）重磁异常：隐伏岩体的存在，正航磁异常精选课件2、岩浆接触热演化作用 岩浆接触热演化作用起源于岩浆与含沉积有 机质岩系或有机质的近距离或直接接触。 岩浆高温的热传导、气水热液以及岩浆期 后残余释放热导致沉积有机质发生演化，岩浆侵 位时对地层造成的压力也对演化起到了重要推动 作用。因此，岩浆接触热演化作用对沉积有机质 具有短时高温的作用特征。 岩基、岩株、岩床、岩墙、岩脉精选课件特征：

14、 1）变质范围窄于深成热变质和区域岩浆热变质； 2）接触带上被烘烤成天然焦或石墨； 3）变质程度、变质带宽度随离岩体的距离而变化，且 分带明显： 4）出现热变组分和热变结构，各向异性质、小球体等 镶嵌结构； 5）煤的工艺性质发生变化，Vdaf、Hdaf、Qdaf、Cdaf Ad ； 6）常有围岩蚀变现象，变质岩、变质结构 精选课件 安徽淮北某煤矿煤的接触演化分带（引自杨起等，1979） 1 辉绿岩；2 二级天然焦；3 一级天然焦； 4 无烟煤； 5 贫煤；6 瘦煤；7 焦煤； 8 焦肥煤；9 夹矸；10 采样位置 精选课件湖南南部骑田岭花岗岩周围的煤级分带（转引自韩德馨等，1998）2345精选课件三、沉积有机质的动力演化作用 美国学者怀特早在1913年就根据对北美阿帕拉契亚煤田的研究提出了煤的“动力变质”概念。 动力演化作用机理有三种假说 摩擦热假说、机械化学假说、动力能假说 共同的表现