石油地质学 第四章 烃源岩与油气的形成

第四章烃源岩与油气的形成生油门限深度有效烃源岩油气藏存在成熟烃源岩是油气藏形成的重要条件2第一节油气成因理论发展概述

无机成因说有机成因说3一、无机成因说（inorganictheory）1．碳化物说3FemCn+4mH2OmFe3O4+C3nH8m2．宇宙说（门捷列夫，1876）（索可洛夫，1889）

（库得梁采夫，1949

）3、岩浆说4、高温生成说（切克留克，1971）H2O+CO2nC1-nC6FeO、Fe3O41500K,5000Mpa基性岩浆冷却时碳氢化合物合成CO或CO2+H2CH4+H2O4石油无机成因学说在中国…中国科学院广州地球化学研究所一些学者，如：翁克男，肖万生，张惠之，汪本善等：1996：在金刚石压腔（ＤＡＣ，温度为８００～１５００℃，压力略大于１ＧＰａ）中进行了石墨和菱铁矿分别与超临界水反应发现其中均有大量的甲烷生成，并伴有ＣＯ２和ＣＯ；此外还有少量其它烃类。提出在地球深部高温高压条件下，含碳物质与超临界水反应可能是一种新的、重要的成烃机制张景廉，西北地质研究所；发表无机成因说相关论文数十篇。

《论石油的无机成因》，张景廉等，2001，石油工业出版社5全面认识无机成烃无机成因气的存在理论意义与实际价值无机成油学说的缺陷：无法解释自然界油气分布特点无法解释石油的生物特质（标记物、性质）6二、有机成因说（organictheoryorhypothesis）

（1）世界上99.9%的油气都分布在沉积岩中

（2）地层中石油分布与有机质分布相吻合

（3）石油和煤的灰分具有相似性

（4）油层温度一般不超过150℃

（6）近代沉积物中的可溶有机质与石油类似

（7）实验室加热有机质可以生成石油

1、支持石油有机成因的一些事实（5）石油中存在很多生物标志化合物；存在旋光性7唯海相生油未熟-低熟油煤成油有机成因说的发展完善历程不仅海相,陆相也能早期学说不仅早期,更重要的是干酪根热降解现代油气有机成因理论8①石油有一小部分直接来自有机质中的类脂化合物；大部分是沉积物物成岩后由干酪根生成的；②成油母质(干酪根)有多种来源.不同来源的干酪根形成油气的数量和油气的组成。有差异.煤也可以形成一定数量的液态油。③干酪根需要埋藏到一定深度才能大量生成。2、现代有机成因学说的基本观点9第二节烃源岩与油气生成的物质基础

油气有机成因观点：油气是在富含有机质的地层中形成的。什么地层富含有机质？哪些有机质能形成较多的油气？101、烃源岩、烃源层①烃源岩（sourcerock）：能够生成油气，并能排出油气的岩石称为烃源岩主要生油则称为油源岩或生油岩；主要生气则称为气源岩②烃源层或烃源岩层（sourcebed）：由烃源岩组成的地层一、烃源岩及其特征烃源层具有时代和空间意义。例如，松辽盆地主要烃源岩层为白垩系；其岩类为泥岩，即烃源岩为泥岩11能称之为烃源岩的岩石需要满足2个条件1）含有丰富的有机质2）已经发生生烃和排烃作用什么样的岩石能成为烃源岩什么岩石具备丰富的有机质？122、烃源岩的岩类和特征一般岩性特征：常含分散状的黄铁矿富含有机质和微体古生物化石粒细、色暗、>2.0好烃源岩1.0-2.0中等烃源岩0.5-1.0差烃源岩<0.5非烃源岩TOC(%)等级最重要的是有机质丰度高泥岩烃源岩评价的有机质丰度指标13(2)碳酸盐岩类烃源岩

灰黑色、深灰色、褐灰色、灰色的石灰岩，生物灰岩，泥灰岩。常含泥质成分

四川盆地、华南、塔里木、波斯湾盆地

(3)煤系烃源岩

煤和煤系地层中的暗色泥岩。

吐哈盆地侏罗系烃源岩岩类包括三种类型：(1)粘土岩类烃源岩

暗色（灰黑、深灰、灰及灰绿色）的泥岩和页岩

例如：松辽盆地白垩系、渤海湾盆地第三系14辽河欢11（沙三段）深灰色泥岩夹油页岩15沙四上、沙三中、沙三下和沙一段为有效烃源岩分布层段。沾化凹陷有效烃源岩层位多沙三下沙三中沙三上沙四上沙一段16塔里木盆地的烃源岩17哪些环境的泥岩富含有机质?18浅海大陆架地区19深水-半深水湖泊环境20前三角洲地区21沼泽22不同环境下泥岩,不仅含有机质的数量不同,而且有机质的类型也不同23二、生烃原始有机质的类型及其化学组成

(一)油气形成的原始有机质(有机体)包括沉积物中的细菌、浮游植物、浮游动物、底栖生物和高等植物。其数量取决于环境。(二)有机体的组成由下列四类生物化学聚合物构成类脂化合物蛋白质碳水化合物木质素241.类脂化合物（Lipids）动物的皮下组织，植物的孢子、种子及果实

脂肪酸、高级脂肪酸蜡、醇类、甾类和萜类化合物

脂肪酸去羧基加氢可以形成烃类生烃原始有机物质的化学组成

252.蛋白质(Protein)

3.碳水化合物(carbohydrate)Cx（H2O）y

醣或糖类

含氮化合物

容易水解形成氨基酸264.木质素(Lignin)▲主要出现在高等植物中

具有芳香结构，植物细胞的主要组成部分

▲成煤的重要有机组分▲不易水解，可被氧化为芳香酸和脂肪酸27（三）（混合）沉积有机质的分类腐泥型系指脂肪族有机质在缺氧条件下分解和聚合作用的产物；来自海洋或湖泊环境水下淤泥中的孢子及浮游类生物；可以形成石油、油页岩、藻煤。腐殖型系指泥炭形成的产物，来自有氧条件下沼泽环境的陆生植物；主要可以形成天然气和腐殖煤，在一定条件下也可以生成液态石油。281、可溶有机质:（四）（混合）沉积有机质按可溶性分类岩石中可溶于有机溶剂的部分，又称为沥青(Bitumen)。它是沉积有机质已经转化成油的部分。例如：用氯仿抽提烃源岩，可溶部分称为沥青“A”。可按溶剂的选择性溶解进一步分为：油质、胶质和沥青质。可溶有机质和干酪根292、干酪根沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。是油气生成的母质是沉积有机质的主要存在形式301.干酪根的定义J.M.Hunt（1979）沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。三、干酪根(kerogen)

特征312.干酪根的元素组成

高分子聚合物，无固定的化学成分，主要由C、H、O和少量S、N组成

C：76.4%，O：11.1%

H：6.3%，S：3.65%

N：2.02%

CHSONDurand（1980）323.干酪根的结构③形成三维网状系统②由各种官能团交联①脂肪族链状结构和环状结构甚多结构复杂，没有固定的分子式和结构模型美国绿河页岩干酪根B.P.Tissot等（1978）

A：低演化程度；B：高演化程度33芳香结构多、脂肪族链状结构少黄县褐煤干酪根结构

（秦匡宗等，1990）

34

沉积岩中存在不同类型的干酪根，它们元素组成、分子结构构成不同；不同演化程度（埋藏深度和埋藏时间）分子结构的构成不同。354、干酪根类型划分干酪根类型划分的方法显微组分鉴定干酪根元素分析干酪根的分离重液分离除去可溶有机质除去碳酸盐矿物除去硅铝酸盐矿物除去黄铁矿等重矿岩石粉碎抽提盐酸溶解氟氢酸溶解36在显微镜透射光下观测干酪根的构成

藻质无定形草质木质煤质1）干酪根的显微组分鉴定絮状或团块状、薄膜状37惰质组：腐泥组：镜质组：壳质组：显微组分归类（类型）38无定形体藻类体包括无定形体和藻类体，富氢组分

腐泥组：主要来源于藻类或藻类被改造的残余39壳质组树脂体孢粉体木栓质体来源于植物的孢子、角质、表皮组织、树脂、蜡质等。包括孢子体、角质体、树脂体和木栓质体，富氢组分

40镜质组结构镜质体无结构镜质体是植物的茎、叶和木质纤维经过凝胶化作用形成的各种凝胶体。是富氧组分。

41惰质组丝质体丝炭化组分。由木质纤维素经丝炭化作用而形成。属稳定组分，富含氧

422）干酪根类型的元素组成分类根据成分(C、H、O元素组成)对干酪根分为三种类型：

范·克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解

I型干酪根Ⅱ型干酪根Ⅲ型干酪根原始H/C1.25-1.750.65-1.250.46-0.93

原始O/C0.026-0.120.04-0.130.05-0.30IⅡ

Ⅲ43不同干酪根的元素组成实例444.干酪根的类型

范·克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解

（1）Ⅰ型干酪根(TypeⅠ)①原始氢含量高，氧含量低

②以脂肪族直链结构为主，多环芳香结构及含氧官能团很少

③主要来自藻类堆积物，被细菌改造有机质的类脂残留物④生油潜力很大454.干酪根的类型

范·克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解

（2）Ⅱ型干酪根(TypeⅡ)

①原始氢含量较高，氧含量较低

②含有脂肪族直链结构，也含有较多的芳香结构及含氧官能团③主要来自浮游生物（浮游植物为主）④生油潜力中等464.干酪根的类型

范·克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解

（3）Ⅲ型干酪根(TypeⅢ)①原始氢含量低，氧含量高

②多环芳香结构及含氧官能团含量高，脂肪族直链结构少③主要来自高等植物④生油潜力小，以生气为主475、干酪根的形成与演化生物化学作用氨基酸糖类类脂化合物木质素聚合作用缩合作用黄腐酸腐殖酸腐黑物聚合缩合干酪根生物聚合体（biopolymer）地质聚合体（geopolymer）蛋白质碳水化合物类脂化合物木质素

干酪根是沉积有机质经过一系列生化作用而形成的地质聚合体48干酪根的演化①成岩作用阶段

Diagenisis

氧的消耗②退化作用阶段

Catagenesis

氢的消耗③

变生作用阶段（交替作用阶段）

Metagenesis

碳高度富集

随温度增加(埋藏深度增加)，干酪根H/C和O/C不断降低，碳不断富集的过程49红外光谱反映的干酪根结构变化干酪根演化过程中，其结构的变化50干酪根演化的产物

——油气埋藏深度增加随埋深增加，干酪根数量越来越少，形成油气的数量则越来越多。早中期主要形成油，晚期主要形成气。51第三节干酪根生油气的动力学条件干酪根生油气的过程，就是干酪根结构上的支链发生断裂脱落的过程这个过程需要能量

温度、催化剂、微生物等对干酪根降解和裂解都有作用52一、温度和时间的作用

实验室热模拟表明，不仅温度高低对干酪根生烃反应有作用，加温持续时间对干酪根生烃反应也有明显作用。干酪根生烃过程符合化学反应动力学一级反应定律53说明干酪根降解和裂解过程涉及一系列复杂化学反应。不同温度下，反应类型也有差别。只能说“总体上符合一级化学反应定律”。541、一级反应(Firstorderreaction):反应的速度与反应物浓度的一次方成正比

式中：t为反应时间，s；C为反应物的浓度；k为反应速度常数。（1）55阿伦纽斯方程：

（2）反应速度常数k可用阿伦纽斯方程描述

式中：k0称为频率因子E为活化能R为气体常数T为绝对温度代表单位时间单位容积内粒子碰撞的次数，它与容积内粒子的大小、浓度及运动快慢有关。代表欲使化学反应发生，必须由粒子碰撞提供的最低能量℃+273℃8.3144J/mol·k56C为在时刻t反应物的浓度。

C0是反应开始时（t=0）反应物的浓度，（3）式积分，得：（1）对57C为在时刻t反应物的浓度。

C0是反应开始时（t=0）反应物的浓度，（3）②温度和时间具有互补性，高温短时间和低温长时间可以达到相同的反应程度。

①反应程度与温度呈指数关系，与时间呈线性关系（3）式可以得到两个重要结论：58温度的倒数（1/T）与时间的对数（lnt）具有线性关系对两边取对数，得：59在干酪根热降解生烃反应条件中，温度是决定性的。时间的作用是有条件的，只有温度达到一定时，时间才起作用。注意:60随着埋藏深度的增大和温度的增高，干酪根开始大量生烃的温度称为干酪根的成熟温度或生油门限，这个成熟温度所在的深度称为成熟点或门限深度

2.生油门限和成熟点

61一个盆地的生油门限深度与烃源岩的地质年代、地温梯度、有机质类型有关地质年代体现了时间的作用地温梯度对地层的增温效果

T=To+D.h有机质类型不同活化能要求不同62实际地质资料同样证明：温度与时间的互补性63①温度和时间的作用是相互补偿的；年代较新，成熟门限温度则较高。烃源岩地质年龄与其干酪根成熟门限温度的关系64②时代越新，门限温度越高

65②时代越新，门限温度越高

66二、细菌的生物化学作用分为喜氧细菌、厌氧细菌和通性细菌三类

CH3COO－+H+CH4+CO2产甲烷菌CO2和乙酸来源：细菌对有机质的分解1.乙酸发酵

2.二氧化碳还原

CO2+3H2CH4+H2O辅酶MCH3COO－+H+CH4+CO2产甲烷菌CO2+3H2CH4+H2O辅酶M67三、催化作用催化剂是一种加速化学反应速度而本身并不消耗的物质

2.无机盐类催化剂粘土矿物(蒙脱石)：吸附有机质并起到固体酸催化机理①降低有机质的成熟温度

②加速长链分子的断裂

③改变产物的组成：1.有机酵母催化剂

有机酵母催化剂的作用：加速有机质的分解

6869四、压力的作用压力对干酪根降解的作用比较复杂，需要进一步研究；生活中的高压锅，似乎说明高压可加快成熟作用；地质统计的结果，一些盆地表现出压力对熟化的抑制作用；许多超压盆地没有出现压力对有机质演化有抑制作用。70第四节有机质的生烃模式②退化作用阶段

Catagenesis

氢的消耗①成岩作用阶段

Diagenisis

氧的消耗③

变生作用阶段（交替作用阶段）

Metagenesis

碳高度富集干酪根形成演化及其形成的产物（油气）具有明显的分段性71一、有机质生油气阶段的划分①生物化学生气阶段②热催化生油气阶段③热裂解生湿气阶段④深部高温生气阶段①未成熟阶段(immature)②成熟阶段(mature)③高成熟阶段(high-mature)④过成熟阶段(over-mature)划分为四个阶段：72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

未成熟成熟高成熟

过成熟

有机质向油气转化模式未熟-低熟油成熟油凝析气甲烷73二、有机质不同演化阶段的基本特征1.生物化学生气阶段（未成熟阶段）

①范围：Ro<0.5%

温度：10～60℃

深度：0～1500m②机理：生物化学作用

生物降解作用（形成生物化学单体）;

生物聚合作用（形成地质聚合物）；

厌氧细菌作用（形成气体（CH4)）。74生物化学单体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、单醣、脂肪酸等等)，部分有机质被完全分解成CO2、NH3和H2O等简单分子。生物CH4气；厌氧细菌还原小分子的乙酸、CO2,形成生物CH4气

未熟-低熟油干酪根沉积有机质大部分转化成干酪根生物化学作用阶段沉积有机质所形成的产物CO2+H2CH475未熟-低熟油特点未熟-低熟油,定义：非干酪根晚期热降解生成的油组成特点在正烷烃C22—C34范围内有明显的奇数碳优势；环烷烃中1-6环均有，但四环分子显畸峰；芳香烃亦以高分子量化合物为主，显示萘和多核芳香烃双峰。有时杂原子化合物较多。物性密度有轻、有重；多数相对较大粘度相对较大76未熟油-低熟油的形成条件1、未熟-低熟阶段，Ro=0.2%-0.7%2、特殊的有机质

树脂体木栓质体藻类类脂物富硫有机质细菌改造过的陆源有机质77二、有机质演化的基本特征2.热催化生油气阶段（成熟阶段）

①范围：Ro=0.5%～1.2%

温度：60℃～180℃②机理：热降解作用热催化作用③产物：液态石油和伴生气（石油伴生气）

是生油的主要阶段干酪根发生热降解生油气，自身缩聚。78热催化生油气阶段生成的石油的特点

正烷烃奇碳优势消失；环烷烃和芳香烃的碳数减少

未成熟油正构烷烃分布成熟油正构烷烃分布79随埋深增加干酪根由不成熟到成熟，石油组成的变化（实例）80与热催化生油气阶段有关的几个概念1、生油门限和生油点（前面已讲）2、生油窗

“生油窗”：地下液态石油形成的深度范围干酪根生液态石油的主要时期所对应的温度范围或深度范围。

从生油门限开始到基本停止形成液态石油为止

Ro=0.5%-1.2%

81二、有机质演化的基本特征3.热裂解生凝析油气阶段（高成熟阶段）

①范围：Ro=1.2%～2.0%

温度：180℃～250℃③机理：热裂解作用，（C-C键的断裂）

②产物：凝析油和湿气

液态石油的裂解干酪根的裂解包括：82凝析油的特点地面条件下为密度较小的液态油，密度小于0.8（0.78)；在地层温压下溶于气体，形成单一气态（地下为气藏）。成分相当于汽油，即35-190℃的馏分，由C6-C11构成主体凝析油与石油相比，其含有的杂质要少的多，可不经加工直接用于内燃机的燃料。通常1吨凝析油可炼0.9吨成品油83凝析油的形成地下深处特定条件下(超过临界压力),以湿气形式存在于地下,采到地面由于压力的降低而凝结成油.(注:不是所有气体均凝结成液态油)在地下需要有大量小分子气态烃同时存在，地表状态气油比不小于600-800m3/m384热裂解生湿气作用包括：

干酪根裂解

液态油裂解

石油裂解生湿气具重要地位85二、有机质演化的基本特征4.深部高温生气阶段（过成熟阶段）

①范围：Ro>2.0%

温度：>250℃

②机理：热裂解、热变质③产物：干气、固体沥青，次石墨86有机质演化的基本特征小结：87有机质演化的基本特征小结：湿气、凝析油石油及湿气（石油伴生气）88盆地中的烃源岩不一定全部经历了四个演化阶段，这取决于各烃源岩层的埋藏历史；盆地中的不同烃源岩层演化阶段不同。层位埋藏较深的演化程度较高；经历多次升降作用的盆地，其烃源岩可能存在“二次生烃”现象。注意:不同埋藏史与生烃过程（…………表示成熟门限深度）地质年龄埋藏深度89三、不同有机质生烃（模式）的差异性1、不同有机质各阶段界限差异差别：生油门限生油高峰90三、不同有机质生烃（模式）的差异性2、不同有机质生烃性质和数量的差异生液态烃的数量和油气的总量I和II型均高于III型91四、煤成烃特点煤是由多种类型有机质（不同显微组分）构成。生烃模式是其各组分的叠合结果，煤的类型不同，形成液态油和油气总量就不同煤具有早期生油特点生油能力取决于其脂质组和基质镜质体的含量92五、生烃演化模式的意义预测盆地油气资源的类型未熟-低熟油资源正常成熟油资源凝析油和天然气资源干气资源

上述各种或几种资源93一、天然气形成的特点1.成气物质的多源性：无机物，有机物。有机物包括原始有机质、各种类型的干酪根、煤、可溶有机质、液态烃2.成气机理的多样性：微生物生物化学作用(有机质分解、CO2还原）、热降解、热裂解、无机化学反应、核反应3.成气环境的广泛性：地表环境、不同深度的地下环境、水体、地壳深部、太空第五节天然气成因类型和鉴别94天然气和石油形成条件的比较95

划分依据②成气作用的机理①成气物质的来源(有机物\无机物?)二、天然气的成因类型划分961.有机成因气（oganicgas）

泛指沉积有机质所形成的天然气，包括分散或集中有机质（煤、储层中的油）形成的天然气

(1)按成气物质的来源划为分二个亚类

①油型气(oil-typegas)

②煤型气(coal-typegas)

由腐泥型母质，即Ⅰ型或Ⅱ1型干酪根形成的天然气

由腐殖型母质，即Ⅲ型或Ⅱ2型干酪形成的天然气

97（2）按成气机理或外营力作用划分

①生物成因气（biogeneticgas）

指有机质在未成熟阶段(Ro<0.5%),在低温条件下经厌氧细菌的生物化学作用形成的天然气

②热降解气（pyrolysisgas)

在成熟和高成熟阶段干酪根热降解作用形成的天然气

③热裂解气（crackinggas）

指过成熟阶段(Ro>2.0%)由已形成的液态烃或残余干酪根经高温热裂解作用形成的天然气

98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

未成熟成熟高成熟

过成熟

未熟-低熟油成熟油凝析气甲烷沉积有机质不同演化阶段形成的有机气类型生物气石油伴生气凝析油伴生气裂解气亚生物气992.无机成因气（inoganicgas）

泛指各种环境下由无机物质形成的天然气。以非烃气体为主，CO2常见；CH4含量低。宇宙空间中放散性反应、核反应及化学反应生成的天然气。以含He和H2为特征(1)宇宙气

(2)岩浆岩气

岩浆喷发或侵入过程中由高温化学作用形成的天然气，以含CO2和H2为特征(3)变质岩气

变质过程中高温作用形成的天然气

(4)无机盐分解气

沉积岩中由无机盐类的化学分解形成的气体，以含CO2和H2S为特征(5)幔源气

指地幔或从地幔通过不同方式上升到沉积圈中的天然气。100我国东部二氧化碳气藏无机气藏最常见的是二氧化碳气藏101甲烷可无机成因的证据化学家很早就在实验室通过无机化学反应获得了甲烷；人们早就发现太阳系外侧行星的大气圈中含有气态甲烷；在陨石固体中以及在地壳岩石内与岩浆活动有关的多种金属和金刚石矿中也有数量不等的甲烷气；在东太平洋洋隆热液喷出口观测到射出的气体中含有较高的甲烷气含量。102三、各类天然气的形成特征1.无机成因气(1)组成：CH4含量低，以非烃气体为主，CO2常见(2)同位素：富集重碳同位素δ13C1>-30‰，绝大多数δ13C1>-20‰深源气常有较高的氦气含量103104我国有机与无机成因天然气的二氧化碳碳同位素1052.生物成因气(1)组成：(2)同位素：

CH4占绝对优势，可高达98%

富集轻的碳同位素，δ13C1<-55‰

106我国生物气组成实例107

生物气的形成条件1)严格的缺游离氧、缺硫酸盐环境，这是厌氧的甲烷菌群繁殖的必要条件。2)地温低于75℃时，甲烷菌才能大量繁殖；当温度超过75℃时，甲烷菌大量死亡，不利于甲烷气的生成。108产甲烷菌在严格的

厌氧环境中才能大量繁殖微生物代谢作用的生化环境剖面图硫酸盐浓度与甲烷产量109微生物合成甲烷的机理和过程不溶有机质可溶有机质挥发性有机酸+H2+CO2CH4酶的发酵作用产酸菌产氢菌产甲烷菌酶的发酵作用产酸菌产氢菌产甲烷菌酶的发酵作用产酸菌产氢菌110我国生物气分布柴达木盆地东部、浙江与东南沿海、松辽、二连、渤海湾、江汉、苏北、百色等盆地有发现。111典型实例

-柴达木盆地东部第四系112113114国外典型实例：——西西伯利亚乌连戈依气田1153.油型气（1）原油伴生气和凝析油伴生气组成：重烃气含量高，一般超过5%，有时可达20%～50%

原油伴生气：δ13C1=-55‰～-45‰凝析油伴生气：δ13C1=-50‰～-40‰碳同位素：δ13C1=-55‰～-40‰（2）裂解气（过成熟阶段生成的气）

碳同位素：δ13C1=-40‰～-35‰

组成：以CH4为主（干气），重烃气<2%116117石油裂解生湿气具重要地位油型气形成机制1184.煤型气组成：甲烷CH4含量较高，重烃气含量较低，一般<20%碳同位素：δ13C1=-42‰～-25‰，多数大于-35‰煤型气的凝析油中含有较高的高等植物类生物标记物119伴生凝析油和轻质油某些组成特征C7轻烃系列三角图（正庚烷、甲基环己烷、二甲基环戊烷）来自水生生物（类脂物）来自藻类类和细菌来自高等植物120琼东南盆地

崖13-1气田121天然气属于湿气C2+>10%,伴有凝析油产出高Pr/Ph和低伽马蜡烷环己烷指数>25%122123克拉2井3499.87~3534.66m天然气碳同位素特征：

13C1=-31.1‰，

13C2=-16.8‰，

13C3=-18.5‰，

13C4=-17.8‰，具有典型煤系气特点。

124125四、各类成因天然气的鉴别

Ⅰ无机成因气区：δ13C1由-7‰到-41‰，δ13Cco2由+27‰到-7‰(在0‰附近特别集中)。洋脊喷出气、温泉气、火山气和各种岩浆岩和宇宙物质包裹体中的气体均落于此区。Ⅱ生物化学气区：δ13C1由-54‰到-92‰，δ13Cco2由-36‰到+1‰。Ⅲ有机质热裂解气区。δ13C1由-40‰到-19‰，δ13Cco2由-30‰到-16‰。沉积岩中的分散有机质、泥炭、煤和石油热裂解气均落于此区。δ13C1-δ13Cco2分类（ГуцаΛо图版）1．运用甲烷碳同位素、二氧化碳碳同位素1262、C1/C2+3-δ13C1图版1273.油型气与煤型气的鉴别煤型气的重碳同位素更富集128Stahl的回归公式煤型气：δ13C1=14lgRo-28油型气：

δ13C1=17lgRo-42

①不论油型气，还是煤型气，其δ13C1均随源岩Ro值的增大而增大，即天然气的成熟度越高，越富集重的碳同位素②在相同的源岩热演化程度下，煤型气的δ13C1值较油型气的δ13C1值大，即煤型气较油型气更富集重碳同位素129伴生凝析油和轻质油某些组成特征C7轻烃系列三角图（正庚烷、甲基环己烷、二甲基环戊烷）来自水生生物（类脂物）来自藻类类和细菌来自高等植物130天然气成因判别注意事项：天然气成因的判别需要多种参数联合标准是相对的与地区的地质条件有关，需要结合地质环境综合分析131第六节烃源岩评价一、烃源岩的形成条件二、烃源岩评价的地球化学方法三、烃源岩生烃潜力四、烃源岩的生烃历史132一、烃源岩形成的条件

决定烃源岩形成和分布的地质因素大地构造环境岩相古地理环境古气候条件1331、大地构造条件长期沉降的盆地沉降速度与沉积速度相近；或者沉积速率稍小于沉降速率的欠补偿盆地例如：渤海湾盆地烃岩发育于凹陷强烈期（沙四段、沙三段），尤其最大湖泛时期（沙三段）长期持续下沉过程中伴随偶尔适当的抬升，形成生、储层频繁相间、广泛接触，形成厚度大的生油层系。134名词解释沉积速率：沉积厚度m/Ma。不同时期沉积速率不同。沉积中心：沉积物最细的部位，不同时期，沉积中心会变化（沉积中心转移）沉降速率：盆地基地沉降幅度m/Ma。不同时期沉降速率不同沉降中心：盆地基地沉降幅度最大的地方。不同时期，沉降中心会变化（沉降中心转移）补偿盆地：沉积速率=沉降速率欠补偿盆地：沉积速率<沉降速率过补偿盆地：沉积速率>沉降速率生油层系：在一定地质时期内，具相同岩性-岩相特征的若干生油层与其间非生油层的组合，称为生油层系。135有利于沉积有机质的保存；烃源岩形成厚度大、埋藏深和较高地温长期沉降盆地的有利方面1362.烃源岩形成的沉积环境

有利的岩相古地理环境137浅海大陆架地区138深水-半深水湖泊环境139前三角洲地区140沼泽1413、烃源岩形成的古气候条件温暖湿润气候，有利于生物繁殖。主要烃源岩发育的层位都是当时是湿润气候。生物大量繁殖的时代：第三纪、白垩纪、侏罗纪、石炭-二叠纪等时期。142二、烃源岩的地球化学研究

地球化学研究的方面：有机质丰度有机质类型有机质成熟度

目的从地球化学角度来研究烃源岩,特别是研究烃源岩的有效性:解决烃源岩在哪里?范围多大?何时成熟生烃?1431.有机质丰度（organicmatterabundance）

（1）有机碳含量(TOC)(TotalOrganicCarbonContent）

总有机碳含量：岩石中干酪根中的有机碳加上可溶有机质中的碳；实际上，只能是剩余有机碳含量有机碳含量与有机质含量之间的关系:有机质是有机碳的1.22倍单位：%，占岩石的重量百分比常用于表示丰度的参数：有机碳含量岩石的生烃潜力144①泥质烃源岩评价标准等级TOC(%)非烃源岩<0.5差烃源岩0.5-1.0中等烃源岩1.0-2.0好烃源岩>2.0渤海湾盆地的沙三段(古近系渐新统)：1-3%松辽盆地青山口组，嫩江组(下白垩统)：2.2%-2.4%苏北盆地阜宁组四段，二段(古近系渐新统)：1.2%-1.6%泌阳凹陷核桃园组(古近系)1.66%

烃源岩的有机碳丰度评价标准145②碳酸盐岩烃源岩评价标准碳酸盐岩的有机碳平均含量比泥岩低得多

一般，碳酸盐岩作为油源岩：TOC>0.5%

碳酸盐岩作为气源岩：(TOC>0.2%)有机碳含量评价标准146注意:

烃源岩中的有机碳分布的非均质性A.页岩韵律层(季节变化、水深变化）影响有机质丰度①纵向上有机碳含量有变化147沙四上、沙三中、沙三下和沙一段为有效烃源岩分布层段。沾化凹陷有效烃源岩层位多沙三下沙三中沙三上沙四上沙一段148B.碳酸盐层系中，泥灰岩、泥质灰岩、灰岩中的泥质条带，缝合线中有机碳丰度相对较高149满东1英南2②平面上，同一层烃源岩有机碳含量随沉积环境和岩性变化而变化注意:

烃源岩中的有机碳分布的非均质性150烃源岩中的有机碳分布的非均质性一套从岩性看可能是烃源岩，在纵向上和横向上其有机碳含量是分布不均的一套泥岩层或碳酸盐岩层不是都可以作为烃源岩的，只有有机碳达到烃源岩标准的那些岩性段才是烃源岩层151有机质丰度——(2)岩石热解生烃潜量

P1峰：热解温度小于300℃时出现的峰，S1。岩石中的残留烃。单位：kg（烃）/t（岩石）P2峰：热解温度在300-500℃时出现的峰，S2。岩石中的干酪根在热解过程中生成的烃。单位：kg（烃）/t（岩石）P3峰：S3，热解过程中生成的CO2岩石热解：岩石粉碎后直接在仪器上加热促使其中的有机质分解152生烃潜量：Pg=S1+S2等级Pg(kg/t)非烃源岩<0.5差烃源岩0.5-2.0中等烃源岩2.0-6.0好烃源岩>6.0泥岩源岩的岩石热解评价标准生烃潜量1532．有机质类型的研究烃源岩地球化学研究内容(1)干酪根元素分析方法（3）岩石热解方法（2）干酪根显微组分分析方法154范·克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解

（1）根据干酪根的元素组成划分干酪根类型155（2）根据干酪根镜下显微组分鉴定进行研究惰质组：腐泥组：镜质组：壳质组：T=（100A+50B-75C-100D）/100A、B、C、D

分别为腐泥组、壳质组、镜质组和惰质组的含量

T>80Ⅰ型

T=80-40Ⅱ1型T=40-0Ⅱ2型T<0Ⅲ

型156(3)岩石热解方法氢指数：IH=S2/TOC氧指数：IO=S3/TOC1573.有机质的成熟度（maturityoforganicmatter）

烃源岩地球化学研究内容（1）镜质体反射率（2）干酪根的颜色

（3）可溶有机质的数量(6)岩石热解最高峰温(Tmax)（4）抽提物中正构烷烃的分布和奇偶优势比（5）抽提物中的甾、萜烷异构化比值(7)时间温度指数（TTI)158（1）镜质体反射率（Ro）Ro：用显微镜下用放大25-50倍的油浸物镜，在反射光下测定镜质组的反射率。反射率：指光线垂直入射时，反射光强度与入射光强度的百分比。单位：%镜质体：植物的茎、叶和木质纤维经过凝胶化作用形成的各种凝胶体159镜质体反射率的变化特点镜质体反射率随演化程度增加而增加Ro具不可逆性。Ro是温度和有效受热时间的函数在连续沉积剖面中，镜质体反射率的对数值与深度呈线性关系160镜质体反射率的对数值与深度呈线性关系161干酪根演化程度的反射率界限①未成熟(immature)②成熟(mature)③高成熟(high-mature)④过成熟(over-mature)Ro<0.5%Ro=0.5%-1.2%Ro=1.2%-2.0%Ro>2.0%162（2）干酪根的颜色

随干酪根演化程度的增加，其颜色会逐渐变暗；由黄色、淡褐色、褐色向暗褐色、深暗褐色、黑色改变

干酪根颜色与干酪根的H/C-O/C原子比有一定的对应关系163干酪根的颜色随成熟度的增加而变深164（3）依据可溶有机质数量“A”、“A”/TOC、“HC”/TOC165166（4）抽提物中的正烷烃分布特征（低演化程度）奇数碳优势锯齿状主峰碳偏大碳数（高演化程度）奇偶碳均势平滑状分布主峰碳偏轻碳数167奇偶优势比（Odd-EvenPredominance）正烷烃奇偶优势参数碳优势指数（CarbonPreferenceIndex）C24到C34的范围内奇数碳烃类与偶数碳烃类的含量进行比值主峰碳前后（连同主峰碳）相邻的5个正烷烃奇数碳与偶数碳烃含量的比值168CPIOEP近代沉积物5.5-2.45.5-2.5古代沉积岩2.4-0.92.5-1.0原油1.2-0.9<1.2烃源岩成熟的CPI和OEP标准

烃源岩抽提物中正构烷烃的CPI或OEP值小于1.2不同演化程度烃源岩抽提物与原油的比较169（5）甾烷、萜烷异构化比值

甾族化合物是由三个六员环和一个五员环组成的四个环的化合物

萜烷是有环异戊间二烯型的化合物最常见的是三萜烷和五萜烷C29甾烷：20S构型20R构型C31藿烷：22R构型22S构型普遍存在异构体：构型构型三萜环烷烃(C31藿烷）C29甾烷（生物构型）（地质构型）随演化程度增加向地质构型改变

170C29甾烷：C31藿烷：00.70(Ro=1.0%)00.55(Ro=0.8%)00.6(Ro=0.65%)甾烷、萜烷异构化比值只能用于区分未熟、低熟到成熟，不能用于判别高成熟或过成熟情况171(6)岩石热解最高峰温(Tmax)

（℃）172（7）TTI指数（Time-TemperatureIndex）TTI=(γi·Δti）=

（2ni·Δti）γ

i:温度因子,与温度高低有关；

γ

n+1=2·

γ

n

;n=(对应温度-100)/10Δti：对应温度段的时间因子，在对应温度间隔所持续的时间

原理：烃源岩生烃与其所经历的地层温度呈幂指数关系，与其在该温度所持续的时间呈线性关系。烃源岩的演化具有累积效果。173TTI就是计算烃源岩从埋藏开始所经历的所有埋藏历程中，时间和温度的作用的综合累加结果174TTI计算步骤1、制作埋藏史曲线（t-h)通过各层地层厚度、地质年代、剥蚀厚度等资料2、编制温度史（不同时期温度随深度变化）(T=To+D.h)1753、以10℃为间隔，编制各温度间隔的温度因子（γ

i）和持续时间（Δti）表4、计算各温度间隔成熟度的增量ΔTTI=γ

i·Δti5、累加所有区间（或某时期之前）成熟度的增量

(γ

i·Δti）176150.65生油门限TTI与烃源岩成熟阶段177TTI方法的最大优点是能够研究烃源岩的演化历史，即不同地质时期烃源岩的演化程度和生油气时期TTI方法可以在勘探早期缺少井资料条件下，运用地震资料开展盆地规模的烃源岩演化史研究该方法与埋藏史和古地温恢复的精度有关。TTI数值级数大，精度有缺陷。TTI方法的特点178三、烃源岩生烃强度和生烃量计算生烃强度：单位面积的烃源岩柱所形成的烃量。单位：kg烃/km2生烃强度与有机质丰