油气的生成理论与沉积盆地

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？13.1 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 外动力地质作用与岩石3.1.3 内动力地质作用与沉积盆地2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3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、植物有机体转化而成 二元论导言3.1.1 油气的生成理论4出现于18世纪后期至

2、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5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，CO2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6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

3、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7岩浆说：俄国学者HA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CO2和氢气，并以上地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。8一、油气有机成因说

4、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9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

5、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气。 一、油气有机成因说 3.1.1 油气的生成理论1020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，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11“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

6、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12二、 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13二、 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

7、气生成的物质基础。3.1.1 油气的生成理论14（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15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

8、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（80106km3），有机碳平均含量取1%，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16（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。17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（二）干酪根3.1.1 油气的生成理论

9、18I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（HC原子比l.25l.75，OC原子比0.0260.12），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19型干酪根 （也称混合型）氢含量较高（HC原子比0.651.25，OC原子比0.040.13），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.

10、1 油气的生成理论20型干酪根（称为腐殖型） 具低氢高氧含量（HC原子比0.460.93，OC原子比0.50.30），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21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%

11、左右。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22生油气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23（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24（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25（二）物理化学条件（1）细菌作用对油气生成来讲，最有意

12、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26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，门限温度高些。3.1.1 油气的生成理论27（3）压力作用随着沉积物埋

13、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28（5）放射性作用 放射性作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

14、。3.1.1 油气的生成理论29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30四、 有机质演化成烃模式 在沉积盆地的发育过程中，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。

15、3.1.1 油气的生成理论31生物化学生气阶段 250 32外动力地质作用是地球以外的能，其中主要包括太阳辐射能、日月引力能等。这些能量引起温度、空气、风、雨水、河流、地下水、生物的活动和变化，从而改变地表的面貌，使地壳表层化学元素发生迁移、分散和富集，如风化、剥蚀、沉积、搬运等作用。 风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用负荷地质作用硬结成岩作用外动力地质作用3.1.2 外动力地质作用与岩石333.1.2 外动力地质作用与岩石34化学风化 物理风化 生物风化 3.1.2 外动力地质作用与岩石35机械沉积碎屑岩3.1.2 外动力地质作用与岩石36化学沉积化学盐岩3.1.2 外动力地质作用与岩石37生

16、物沉积珊瑚礁3.1.2 外动力地质作用与岩石38压固作用胶结作用3.1.2 外动力地质作用与岩石393.1.2 外动力地质作用与岩石40交代作用后生作用3.1.2 外动力地质作用与岩石413.1.2 外动力地质作用与岩石42内动力地质作用是地球内部的能，其中主要是地球自转的旋转能、重力能和热能等。这些能量引起整个地壳物质成分、地壳内部结构以及地表形态发生变化，如地壳运动、岩浆作用、地震作用和变质作用等。 地壳运动岩浆作用变质作用地震作用内动力地质作用3.1.3 内动力地质作用与沉积盆地43常见的地质构造：褶皱和断裂断裂构造分为裂缝（节理）和断层裂缝节理断层3.1.3 内动力地质作用与沉积盆地4

17、4正断层逆断层平移断层3.1.3 内动力地质作用与沉积盆地45463.1.3 内动力地质作用与沉积盆地473.1.3 内动力地质作用与沉积盆地483.1.3 内动力地质作用与沉积盆地49为追溯地球的历史，需要知道地质体的年龄，推算各种地质事件发生的时代。地质学家们已经研究出各种关于岩石和构造的相对和绝对年代测定的方法，以致可以把地质事件按年代顺序进行编排。一个岩石单位的相对年代是由它与相邻已知岩石单位的相对层位的关系来决定。绝对年龄是用距今多少年以前来表示，并且是通过某种岩石样品所含放射性元素测定的。 3.1.3 内动力地质作用与沉积盆地501.地层层序律 未经扰动的、成层叠覆的岩层，下面的是

18、生成时期较早的，覆盖在上面的则是生成时期较晚的 它使我们能通过那些似乎是杂乱无章的岩层，辨认出地球史册的先后生成次序。岩层在这里有了时间的意义 ，形成了地质学中的一个重要的基本概念-地层。 丹麦 斯泰诺3.1.3 内动力地质作用与沉积盆地51图4-1波痕（左上）、风成交错层理（右上）、泥裂（左下）、和雨痕（右下）2.地质进化论地球上过去的一切变化都是由现存作用的缓慢活动所形成的。 现在是了解过去的一把钥匙。 把地质学引向了“可知论”的进化发展的道路 将今论古，或称现实主义原理 英 赫顿英 莱伊尔3.1.3 内动力地质作用与沉积盆地523.化石层序律 下面岩层里所含的化石是较早历史时期生物的遗骸形成的，而上面岩层里所含化石是较晚历史时期生物遗骸形成的。 可以恢复一个地区整个地质发展历史 化石不仅对确定层序有用，而且也能反映出当时的环境状况。 英 史密斯3.1.3 内动力地质作用与沉积盆地534.灾变论 干燥陆地的出现并不是由于水面或多或少引起逐渐的和广泛的下降，而是存在过多次地面突然上升和接连多次水的退却。这种水的反复进退不是缓慢的和渐进的，恰恰相反，大多数是突然激变，先是淹没，然后退却，最后才出现现今的大陆基本轮廓。 法 居维叶3.1.3 内动力地质作用与沉积盆地54 238U20