《高等石油地质学》第1章-现代油气成因地质课件

1、第一章 现代油气成因进展 第一节 干酪根晚期成因理论第二节 低熟油气和煤成油理论第三节 油气成因热点问题讨论第一章 现代油气成因进展 第一节 干酪根晚期成因理论 一、现代油气成因的一般模式 Tissot等（1971，1984）建立干酪根热降解生烃模式，简称为干酪根晚期生烃学说。 油气形成演化过程一般划分为四个逐步过渡的 阶段，即：（1）生物化学生气阶段；（2）热催化生油气阶段； （3）热裂解生凝析气阶段； （4）深部高温生气阶段 理论特点 干酪根母质 晚期 高温 热降解干酪根主要类型划分图干酪根 不溶于有机酸的具有复杂机构的固态有机质干酪根是由不同显微组分所组成 ！（一）生物化学生气阶段特征1

2、埋深较浅（从沉积界面到数百米乃至1500m深处）；2温度较低，介于1060；3以细菌活动为主，与沉积物的成岩作用阶段基本相符，相当于碳化作用的泥炭-褐煤阶段；4在缺乏游离氧的还原环境内，厌氧细菌活跃，生物起源的沉积有机质被选择性分解，转化为分子量更低的生物化学单体（如苯酚、氨基酸、单糖、脂肪酸等），部分有机质被完全分解成CO2、CH4、NH3、H2S和H2O等简单分子；一、现代油气成因的一般模式5有机质除形成少量烃类和挥发性气体以及早期低熟石油外，大部分转化成干酪根保存在沉积岩中；6形成的产物 （1）以甲烷为主,甲烷含量在95%以上，属于干气； （2）缺乏轻质（C4C8）正烷烃和芳香烃； （3

3、）高分子量正烷烃C22C24范围内有明显奇数碳优势； （4）环烷烃中16环均有，但四环分子显畸峰； （5）芳香烃以高分子量化合物为主，显示萘和多核芳香 烃双峰； （6）甲烷稳定碳同位素值异常低，介于-85%-55%。7可以富集形成特大型气藏，具有很高经济价值。 （一）生物化学生气阶段特征 1沉积物埋藏深度超过15002500m，进入后生作用阶段前期； 2地温升至60180，相当于长焰煤焦煤阶段； 3促使有机质转化的最活跃因素是热催化作用； 4. 干酪根发生热降解，杂原子（O、N、S）的键破裂，产生CO2、H2O、NH3、H2S等挥发性物质逸散，同时获得大量低分子液态烃和气态烃； 5有机质大量转

4、化为石油和湿气，成为主要的生油时期，即“生油窗”；（二）热催化生油气阶段特征（二）热催化生油气阶段特征6生成的烃类与石油非常相似，但与原始有机质有了明显区别: （1）正烷烃碳原子数及分子量递减； （2）奇数碳优势消失； （3）环烷烃和芳香烃碳原子数也递减；多环及 多芳核化合物显著减少。7在其他条件相同的情况下，树脂体和高含硫的海相有机质往往成熟较早；藻质体生烃能力量强；腐殖型有机质同样可以成为生油母质，只不过成熟较晚、生气较多而已。 1沉积物埋深起过35004000m； 2地温达到180250，则进入后生作用阶段后期，相当于碳化作用的瘦煤贫煤阶段； 3此时地温超过了烃类物质的临界温度，除继续断

5、开杂原子官能团和侧链，生成少量水、二氧化碳和氧外，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； （三）热裂解生凝析气阶段特征（三）热裂解生凝析气阶段特征4产物特征：（1）C25以上高分子正烷烃含量渐趋于零；（2）只有少量低碳原子数的环烷烃和芳香烃；（3）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，采至地面随后温度、压力降低，反而凝结为液态烃质石油，即凝析油并伴有温气，进入成熟时期。5这个阶段烃类反应的性质可分为两种作用：（1）石油热裂解:高温下脂肪族结构破裂为小分子，芳烃浓缩；（2）石油热催化:高温下贫氢石油产生缩合反应，主要形成固态残渣，并使石油中

6、脂肪族相对增加而杂原子减少。6. 凝析气和湿气的大量生成，主要与高温下石油裂解作用有关，而石油焦化及干酪根残渣热生成的气体量则是有限的。 1当深度超过60007000m，沉积物已进入变生作用阶段，达到有机质转化的末期，相当于半天烟煤-无烟煤的高度碳化阶段； 2温度超过250，以高温高压为特征； 3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； 4这个阶段生成干气甲烷和碳沥青或次石墨。 （这个现象在中科院地球化学研究所的实验室中获得证实；同时，在野外也得到肯定（四川盆地威远隆起震旦系白云岩中见到石油热演化的最终产物甲烷和固态沥青） （四） 深部高温生气阶段特征一、现代油气成因的一

7、般模式 1在生物化学生气阶段，现代沉积物中烃类含量太低，不足以成为已知油气的烃源。与之相反，与现代沉积物相比较，不同地质时代沉积岩中烃含量却显著增加，这表明沉积物在浅埋过程中，生烃作用异常明显（Hunt,1961）。 2发现未成熟的石油： （1）1969年开始的国际深海钻探计划（DSDP），先后在墨西哥湾、西太平洋和西地中海的中生界和更新统沉积物岩心中发现了未成熟的运移石油、沥青和烃类气体（ Davis和 Brey, 1969; Mclver, 1971,1973）。 二、存在的问题二、存在的问题 （2）加拿大波弗特-马更些盆地第三系的天然气、原油和凝析油为低熟烃类（Snowdon,1980;

8、Snowdon和Powell,1982） （3）泰国彭世洛盆地诗丽吉油田第三系烷基原油（Lawwongngam和Philp,1991） （4）印度上阿萨姆盆地中新统环烷芳香基原油（ivedi等） （5）美国加利福尼亚沿岸圣玛丽亚盆地中新统蒙特利尔高硫重油（Orr,1986） 上述烃类虽然在产状、物理性质和化学组成不尽相同，但它们均属低成熟度范畴，不可能是干酪根晚期热降解的产物，运用Tissot的生烃演化理论模式既无法阐明其烃机理，也不能解决其资源评价及勘探实践。 第二节 低熟油气和煤成油理论一、低熟油气形成机理 （一） 六种成因1、树脂体早期生烃机理2、木栓质体早期生烃机理 3、陆源有机质细菌

9、改造作用早期生烃机理 4、高等植物蜡质早期生烃机理 5、藻类类脂物早期生烃机理 6、富硫大分子有机质早期降解生烃机理 一、低熟油气形成机理 （二）陆源有机质细菌改造早期生烃机制实例分析 （以板桥凹陷 为例）（三）生物类脂物早期生烃机制实例分析 （以苏北盆地 为例） 一、低熟油气形成机理 一、低熟油气形成机理 （四）富硫大分子早期降解生烃机制实例分析（以德南洼陷 为例） 二、煤成油机理 （一）成油机理 1三种有机质在成油演化过程中发生“两极分化”作用 聚合程度最高的干酪根在降解生成聚合程度较低的腐殖酸和聚合程度最低的抽提物的同时，还生成了聚合程度更高的干酪根（它不同于原来的干酪根）；腐殖酸在演化

10、过程中也降解生成了部分油气，但同时也生成新的腐殖酸，更主要的是其大部分在演化早期聚合成干酪根了；最引人注目的是，可溶抽提物本身也在生成分子量更小的油气的同时，聚合生成了部分干酪根和腐殖酸。 二、煤成油机理 （一）成油机理 2三种有机质成油贡献既有差别也有变化 （1）总体上,腐殖酸对成油贡献不大，且随褐煤热演化程度升高而减少 （2）可溶抽提物是褐煤中丰度最小的一种有机质，仅占有机质的1.61%。然而，它在褐煤的整个成油演化过程中始终扮演着十分重要的角色 （3）与泥岩中分散有机质生油的情况类似，煤中干酪根也是煤成油的最主要的母质，它也在成油过程中发挥着主导和主力作用 （二）吐哈盆地侏罗系八道湾组煤

11、生油演化模式 八道湾组煤的“壳质组+腐泥组”组成中，以木栓质体为主，角质体和孢子体也占有一定比例 Ro约0.50%时还有一个显著的转化率高峰 木栓质体在早期演化不太强的热力条件下，以热分解和热解聚的形式，而不是通过干酪根热降解的方式，产生各种“碎片”并可进入氯仿抽提物中 三种成烃模式的对比TISSOT模式煤成油模式碳酸盐岩成烃模式第三节 油气成因热点问题讨论当前油气生成方面的主要研究热点1、多源多期生烃造成的混源问题2、二次生烃问题3、深部超压环境对生烃的拟制作用4、古老源岩生烃问题（高成熟、低丰度 海相碳酸岩盐）5、优质烃源岩产烃问题第三节 油气成因热点问题讨论一、多源多期生烃造成的混源问题

12、 1 、成因 （1）多旋回沉积盆地发育多套烃源岩； （2）不同烃源岩进入生烃门限时间不同； （3） 不同烃源岩有机质类型不同。 2 、混源特征（1） 原油或天然气成份变化（2） 原油或天然气成熟度不唯一（3） 碳同位素指标有变化（4） 生物标志物出现多源特征（5） 其它现象一、多源多期生烃造成的混源问题早期成藏晚期成藏原油成份和成熟度发生变化 3 、应用中的问题（1） 两期混源中每一期注入量难以确定 （柴西）；（2） 影响主成藏期的确定；（3） 影响到有利勘探目标的评价和优选一、多源多期生烃造成的混源问题第三节 油气成因热点问题讨论二、二次生烃问题 1 、定义烃源岩在受热温度降低导致一次生烃历

13、程被终止之后，当受热温度再次增高并达到有机质再次活化所需要的临界热动力学条件时，烃源岩发生的再次生烃演化。 二、二次生烃问题 2 、问题 （1）烃源岩二次深埋期间，有机质成熟作用存在明显的“迟滞”或“钝化”现象，即再次活化的临界温度往往要偏高一些。 （2）二次生烃同样受有机质的成因类型和埋藏成岩条件的影响。不同盆地会有一定差异。 （3）多旋回盆地可能经历多次终止与活化，发生三次甚至更多次数的生烃作用。二、二次生烃问题 3 、二次生烃模式(秦勇，2001） （1）二次生烃特征与起始成熟度密切相关，起始成熟度不同，二次生烃的发展过程、生烃量、烃类组成、迟滞性等都不相同。 （2）二次生烃历程均存在一

14、个生烃高峰，且与一次连续生烃相比始终存在不同程度的滞后特征。 （3）若起始成熟度位于一次连续生烃的“生油窗”范围内，则二次生烃量通常都高于未熟有机质的一次连续生烃量。 二、二次生烃问题 3 、二次生烃模式 （4）在起始成熟度进入一次连续生烃“生油门限”的前提下，二次生烃历程中普遍存在两个生油高峰。其中第二个生烃高峰为二次生烃的高峰。 （5）二次生烃作用的生烃“死线”与一次连续生烃基本一致，均在Ro （3.5%4.0%）间。 （6）二次生烃的上述特征和演化规律严格受生烃动力学的控制。 （1）二次生烃特征与起始成熟度密切相关，起始成熟度不同， 二次生烃的发展过程、生烃量、烃类组成、迟滞性都不相同。

15、（2）二次生烃历程均存在一个生烃高峰，且与一次 连续生烃相比始终存在不同程度的滞后特征（3）若起始成熟度位于一次连续生烃的“生油窗”范围内，则 二次生烃量通常都高于未熟有机质的一次连续生烃量（4）在起始成熟度进入一次连续生烃“生油门限”的 前提下，二次生烃历程中普遍存在两个生油高峰（5）二次生烃作用的生烃“死线”与一次连续生 烃基本一致，均在Ro （3.5%4.0%）间1 、问题的理论依据（1）有机质热解生烃，是固态干酪根向液态烃转化的化学反应过程，过高的压力必然阻止反应的进行。（2）压力增高，单个烃类化合物的焓值降低。从热力学观点来看，焓值降低愈多，表明该化合物形成时放热更多，即这个化合物处

16、于相对稳定的状态，从而阻扰了反应的进行（据何志高，1982）。（3）熵（分子运动的混乱程度）随压力的增加而降低。根据化学反应的熵增加原理，降低熵显然不利于反应的进行（据何志高，1982）。 三、 深部超压环境对生烃的拟制作用三、 深部超压环境对生烃的拟制作用2 、证据（1）模拟实验结果 Ro在高温高压实验条件下的变化 （据姜峰等，1998）； 单点演化模拟实验（据陈善勇等，2003） （2）盆地实例 歧北深层（据陈善勇等，2003）； 国外实例Ro在高温高压实验条件下的变化单点演化模拟实验歧北深层国外实例国外实例 3 、潜在意义（1）并非所有的盆地深部都超过液态窗的下限；（2）可能有相当一部分

17、超压盆地目前仍处于生烃阶段；（3）盆地深部某些古老的地层可能仍有生烃潜力（古生界、前寒武系）三、 深部超压环境对生烃的拟制作用 四、 古老源岩生烃问题 1 、问题的提出 （1）中国含油气盆地的烃源岩主要是二叠系以上层 位。国外存在古老源岩的盆地： 1） 欧洲的含油气盆地石炭系 2） 阿帕拉齐亚盆地奥陶系 3） 中东和北非盆地志留系 （2）中国多旋回叠合盆地中的海相古生界和前寒武 系是否仍有生烃价值。 （3） 高成熟、低丰度碳酸盐岩古老源岩的评价问题 第三节 油气成因热点问题讨论 2 、研究概况（1） 华北北部中上元古界源岩（郝石生等，1990） 平泉县“双洞背斜古油藏” 被认为是一个被破坏了的

18、原生油藏（液态油苗和沥青）。 指出“雾迷山组洪水庄组”等层段具有勘探远景。（2） 中国西部泥盆系烃源岩研究（王飞宇，2000） 四、 古老源岩生烃问题 五、优质源岩产烃问题 1 、背景 （1）有效烃源岩产烃一直是广泛接受的观点 （2）从排烃角度认为过厚的烃源岩可能不利 于排烃 （3）烃源岩厚度对烃源岩致关重要 第三节 油气成因热点问题讨论五、优质源岩产烃问题 2、新的发现（1）国外许多盆地发育的烃源岩厚度不大，但丰度非常高（阿尔伯达盆地，西伯利亚盆地）。阿尔伯达盆地西部落基山前（Banff）考察结果（2002年9月） 1）泥盆系最上部与密西西比组（下石炭统）过渡带（353Ma）发育Exshaw 组，该组下部为一套“ Black Shale”段； 2）黑色泥岩总厚度10m左右； 3）TOC含量高达5（是在过成熟条件：氢指数接近零），推算原始有机质含量可能更高（约20）； 4）该盆地未成熟地区Exshaw 组的TOC可达到14； 5）该