第2章油气生成油气田开发地质学中国石油大学华东

成因复杂：①油气为流体，在地下可运移；*发现地≠生成地成份复杂：受外界影响大→难以判断来源；成因往往涉及多学科综合分析（需要广泛的知识）缺乏对石油及其原始母质过渡形式的明确认识；第一节油气成因概述焦点:生油气原始物质现在是1页\一共有42页\编辑于星期四①在实验室中，无机物可以合成烃类；

nCO+nH2一、油气无机成因说无机物在高T、高P条件下，转化为油气。主要依据：②火山喷出气体中有甲烷、乙烷等烃类成分；③火星等太阳系星球上发现有烃类；④石油的分布常常与深大断裂有关；（断开地壳，作为通道）。现在是2页\一共有42页\编辑于星期四1.碳化说

1876年俄国门捷列夫3FemCn（碳化铁）+4mH2o(沿大断裂或大裂隙流入)2.宇宙说

1889年10月3日，俄、索可洛夫天文学家在木星、土星、天王星等行星气圈及慧星尾部发现有烃类nCo+nH23.岩浆说

1949年库德梁采夫基岩岩浆中C、H→CH→CH2→CH3→CH4→烃类物质天然气→有机成因+无机成因一、油气无机成因说现在是3页\一共有42页\编辑于星期四二、油气有机成因说2.混成说——1932年古勃金现在是4页\一共有42页\编辑于星期四二、油气有机成因说

3.早期说——1952～1954年间P.V.Smith4.晚期说——1963年阿贝尔松（P.H.Abelson）现在是5页\一共有42页\编辑于星期四

二、油气有机成因说早期说+晚期说

现在是6页\一共有42页\编辑于星期四①

世界99%以上的石油产自沉积岩，少数岩浆岩，变质岩中的石油是来自相邻近的富含有机质的沉积岩。②

含油盆地中，含油层位与富含有机质的层位有依存关系；油气在各时代地层中的富集、分布不同；③

石油中存在生物体特有的化合物、旋光性等。④

生物物质加热催化，可形成烃类。⑤石油及多数天然气中的碳稳定同位数组成与生物物质的碳稳定同位数组成接近；油气有机成因的依据沉积有机质在特定的地质（还原）环境中，在细菌、催化剂、温度和时间、放射性等各种作用下，经历生物化学、热催化、热裂解、高温变质阶段，陆续转化成石油和天然气。现在是7页\一共有42页\编辑于星期四第二节生成油气的原始物质沉积岩中有机质数量——3.8×1015吨主要分布在泥、页岩中在外力地质条件作用下，在还原环境中伴随其它矿物一起沉积、保存下来的生物残留物质一、沉积有机质的来源低等水生动植物为主——藻类3×1015吨×0.01%(转化率)→3×1011吨（石油）现在是8页\一共有42页\编辑于星期四二、干酪根（Kerogen）油母质沉积岩中不溶于一般有机溶剂（非氧化性酸、碱和非极性有机溶剂）的分散的沉积有机质。1.定义？生物聚合体生物单体较小碎片地质聚合体腐殖物质干酪根生物有机组分水体化学及生物化学降解综合作用、聚合作用聚合、失去O2H2ONH3成岩作用现在是9页\一共有42页\编辑于星期四2.干酪根的成分及结构黑色或褐色粉末，无固定的化学成分；C（79%）H（9%）O（3.0%）S（5%）N（2.0%）微量多个核桥键和各种官能团联接形成的三维网状结构；干酪根现在是10页\一共有42页\编辑于星期四

3.干酪根类型——化学分类现在是11页\一共有42页\编辑于星期四0.06-0.161.1-1.60.08-0.21.1-1.350.1–0.250.7-1.1现在是12页\一共有42页\编辑于星期四0.7-1.10.1-0.25H/C

O/C

来源生油潜力1.1-1.600.06-0.161.10-1.350.08-0.2Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型

藻类为主大浮游生物水生低等生物中等陆地高等植物

低天然气的母源现在是13页\一共有42页\编辑于星期四

第三节生成油气的地质条件及理化条件现在是14页\一共有42页\编辑于星期四一、生成油气的地质条件沉积速率＞＞沉降速率：水体变浅、沉积物暴露地表1．

大地构造条件沉积速率＜＜沉降速率：水体急剧变深、生物体易氧化现在是15页\一共有42页\编辑于星期四

持久保持还原环境，适于大量生物繁殖和有机质免遭氧化的水体深度，丰富的原始有机质沉积；沉积厚度大、埋深大、地温梯度高、生储盖组合良好；迅速向油气转化并广泛排烃的地质环境。

长期、持续稳定下沉的沉积盆地一、生成油气的地质条件--

大地构造条件沉积速度≈沉降速度丰富的沉积有机质迅速向油气转化的地质环境渤海湾盆地早第三纪、沉积厚度达3000-5000m，沉积速率，埋藏深度达4000-8000m，地温梯度平均3.95-5℃/100m。现在是16页\一共有42页\编辑于星期四盆地名称陆盆面积×104Km2持续时间Ma最大厚度m塔里木56.3175（JKR）10000±陕甘宁32.0155（TJK）3600渤海湾21.3133（KRQ）10000±松辽26.1175（JKR）5000四川23.0120(JK)柴达木12.118(JKRQ)12000准噶尔13.1265(PTJKR)10000一、生成油气的地质条件--

大地构造条件现在是17页\一共有42页\编辑于星期四滨海浅海（陆棚）半深海（陆坡）深海（深海平原）

高能环境海水进退频繁沉积物粗不利于繁殖、堆积和保存水体营养丰富，阳光充足水体较安静生物大量繁殖最有利水体营养不足生物不发育生物遗体下沉经历巨厚水体大部分遭到破坏，陆源有机质很少2．岩相古地理条件现在是18页\一共有42页\编辑于星期四一、生成油气的地质条件--

岩相古地理条件海相：→浅海海陆过渡海：→三角洲相—波斯湾盆地中新生界，西西伯利亚朱罗系、白垩系，四川盆地的志留系、二叠系陆相：→深湖、半深湖相（松辽、渤海湾）深度适当，面积较大，有机物丰富的水体；低能还原环境；现在是19页\一共有42页\编辑于星期四3.古气候条件直接影响生物的发育，温暖、潮湿气候有利于生物的繁殖和发育。现在是20页\一共有42页\编辑于星期四二、生成油气的理化条件油气生成是一个不断吸收能量的过程1.细菌作用富含有机质的开阔海沉积物中微生物代谢作用的生化环境剖面图按生活习性喜氧细菌

厌氧细菌

通氧细菌细菌：分布最广、繁殖最快、适应性最强现在是21页\一共有42页\编辑于星期四①

生油原始物质②

细菌对有机质分解，产生相应的有机化合物和甲烷气。分离出氧、硫、氮等杂元素，富集碳、氢。按生活习性喜氧细菌

厌氧细菌—还原条件下可分解有机质，产生甲烷、氢气、二氧化碳及有机酸、其它碳氢化合物通氧细菌1.细菌作用现在是22页\一共有42页\编辑于星期四2.催化作用—主要为中浅层无机—主要为粘土矿物，成岩中晚期有机—酵母—不耐高温，成岩早期有机质脂肪酸去羧基类似石油的东西150-250℃粘土蛋白质酵母

氨基酸；碳水化合物单糖酵母在油气生成过程中的作用可能是很重要的，但研究深度不够。有酵母存在时，有机质的分解比在细菌活动时快得多。现在是23页\一共有42页\编辑于星期四3．热力作用——最主要作用温度——最持久、最有效因素时间——在一定范围内补偿温度之不足P.Albrecht(1969)，喀麦隆杜阿拉盆地上白垩统洛格巴巴页岩中烃类生成与地下温度、埋藏深度的关系。◆1370米，有机质开始大量转化为石油，成熟温度为65℃，地层时代距今约70Ma年；◆

2200米，生油量达最高峰主要生油期或生油窗，地温90℃；◆

3000米后，生油作用趋于停止。石油大量生成成熟点的确定现在是24页\一共有42页\编辑于星期四3．热力作用生油门限温度：有机质热演化过程中开始大量转化为石油的温度。生油门限深度：生油门陷温度所对应的深度。石油大量生成成熟点的确定（据P.Albrecht，1969）现在是25页\一共有42页\编辑于星期四3．热力作用美国洛杉矶盆地中－上新统暗色页岩中烃类随埋藏深度的变化苏联前高加索西部第三系迈科普层页岩中烃类随埋藏深度的变化现在是26页\一共有42页\编辑于星期四

松辽盆地鄂尔多斯盆地东营凹陷冀中拗陷柴达木盆地门限温度51～58℃58℃93℃95℃126℃地层时代下白垩统距今1.1×108上三叠统下第三系下第三系上第三系地温梯度℃/100m4.03.13.63.43.0埋深1300m1600m1800m2700m3300m3．热力作用我国不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系现在是27页\一共有42页\编辑于星期四3．热力作用地质条件－－地温梯度较高的地区，有机质不需埋藏太深就能转化为石油。生油岩的时代不同，油气生成的门限温度也不同。在不同地区不同层系中，成熟点的成熟温度（门限温度）存在差异。门限温度的高低与有机质的持续受热时间或地质时代有关。现在是28页\一共有42页\编辑于星期四Logt=3014×

康南研究世界若干含油气盆地的主要生油层，分析了成熟点的现时温度和地质年龄的关系，得出生油层的时间（t）对数与绝对温度（T）的倒数存在线性关系，即：大庆、胜利等油田的实际资料也符合3．热力作用石油大量生成成熟点的lgt-1/T关系图现在是29页\一共有42页\编辑于星期四③温度和时间在一定范围内互补，即达到成熟点（门限温度）后，高温短时间可等效于低温长时间②沉积有机质的时代越新、受热时间越短→门限温度越高；沉积有机质的时代越老、受热时间越长→门限温度越低；①相同的门限温度在地温梯度大的地区出现的较浅，即门限深度浅，反之亦然；结论：3．热力作用有利于油气生成并保存的盆地，应是年轻的热盆地和古老的冷盆地，未达成熟阶段、已达破坏阶段均不利。现在是30页\一共有42页\编辑于星期四4.放射性作用钾、铀、钍——粘土岩、页岩中多见

现在是31页\一共有42页\编辑于星期四第四节生成油气的主要阶段生物化学生气阶段热催化生油气阶段热裂解生凝析气阶段深部高温生气阶段1.CO2+H2O；2.石油；3.湿气；4.甲烷；5.胶质-沥青质；6.不溶有机质；7.溶于碱的物质；8.溶于酸的物质；现在是32页\一共有42页\编辑于星期四一、生物化学生气阶段埋深：0～1500；温度10～60℃；细菌活动为主

——成岩作用阶段原始生物有机质可溶生物单体有机质水解微生物酶作用主要产物：生物成因气、干酪根、少量低熟油部分作为微生物养料被菌解、氧化、消耗掉—CO2、H2O；部分经细菌生化作用—CO2

、H2O、CH4（生物化学气）、NH3；大部分经地质聚合、缩合—干酪根（黄～浅褐色）；少量早期低熟油—明显奇数碳优势，缺乏轻质正烷烃。现在是33页\一共有42页\编辑于星期四烃类特点：成熟烃－正烷烃碳原子数及分子量递减，奇数碳优势消失，环烷烃及芳香烃碳原子数也递减，多环及多芳核化合物显著减少。埋深1500～4000米，地温60～180℃；热催化作用；（粘土矿物的催化作用可以降低有机质的成熟温度）；——后生作用阶段前期。

二、热催化生油气阶段有机质成熟，干酪根发生热降解，杂原子键破裂产生挥发性物质（CO2、H2O、N2）逸散，产生大量低分子液态烃和气态烃：石油和湿气——主要的生油时期、“生油窗”。干酪根热力进入生油门限大量石油原油伴生气残余干酪根湿气催化剂现在是34页\一共有42页\编辑于星期四烃类特点：C25以上高分子正烷烃含量渐趋于零，只有少量低碳原子数的环烷烃和芳香烃；低分子正烷烃剧增，主要产物是甲烷及其气态同系物，在地下深处呈气态，采至地面随温度压力降低，反而凝结为液态轻质石油，即凝析油。埋深4000～7000米，地温180-250℃；热裂解、热焦化——后生作用阶段后期。

三、热裂解生凝析气阶段

地温超过了烃类物质的临界温度，除继续断开杂原子官能团和侧链，生成少量水和二氧化碳、氮外，主要是碳-碳键断裂，液态烃急剧减少。残余干酪根液态烃热裂解焦化凝析气、湿气干酪根残渣现在是35页\一共有42页\编辑于星期四埋深＞7000米，地温＞250℃；高温高压下热变质——变生作用阶段。四、深部高温生气阶段

以高温高压为特点，干酪根和已经形成的液态烃及重质气态烃发生强烈裂解，产生全部沉积有机质热演化的最终产物——甲烷和固态沥青或石墨。湿气凝析气干酪根残渣干气甲烷石墨热变质高温高压现在是36页\一共有42页\编辑于星期四

沉积有机质挥发物干酪根未熟-低熟石油湿气大量石油

残留干酪根湿气凝析气干酪根残渣干气次石墨＜1.5km10-60℃

生物化学生气阶段成岩作用阶段

热催化生油气阶段

热裂解生凝析气阶段深部高温生气阶段变生作用阶段后生作用阶段60-180℃180-250℃＞7.0km250-375℃成熟门限现在是37页\一共有42页\编辑于星期四生油层系——一定地质时期内，具相同岩性和沉积相特征的若干生油层及其间非生油层的组合。第五节生油层生油岩？一、概念能够生成并提供具有工业数量石油和天然气的岩石又称烃源岩、母岩生油层——生油岩组成的地层

能够生成石油和天然气的岩石现在是38页\一共有42页\编辑于星期四

二、生油层的岩性特征及分类特征：暗色、细粒、富含有机质及微体生物化石，常见分散状黄铁矿，偶见原生油苗。分类：泥质岩类（碎屑岩）：黑色泥岩、页岩、粉砂质泥岩，个别泥质粉砂岩；如松辽、渤海湾。碳酸盐岩类：富含有机质的生物灰岩、泥灰岩、石灰岩；如中东波斯湾、四川、塔里木现在是39页\一共有42页\编辑于星期四

三、生油岩的地球化学指标1．有机质丰度指标有机碳含量——（单位质量岩石中有机碳的质量百分数）最好生油岩好生油岩较好生油岩较差生油岩差生油岩泥岩C有

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