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1、第五节 生油层层第五节 生油层层研究与油源对比研究与油源对比 烃源岩 指富含有机质能生成并提供工 业数量油气的岩石 生油岩 只提供工业数量的石油的岩石 生气母岩或气源岩 如果只提供工业数量的 天然气的岩石 第二章 石油和天然气的形成 生油层 由生油岩组成的地层 生油层系 在相同的地质背景下和一 定的地史阶段中形成的生油岩与非生 油岩的组合 第二章 石油和天然气的形成 生油层研究 地质研究和地球化学研究 二 二 生油层的地质研究生油层的地质研究 生油岩的岩石类型 生油岩的岩石类型 泥质岩类 泥岩 页岩 粘土岩等 碳酸盐岩类 泥灰岩 生物灰岩以及富含 有机质的灰岩等 泥岩和泥灰岩是石油原始物质大量
2、赋 存的场所 第二章 石油和天然气的形成 岩性 岩相 厚度及分布范围 特征 粒度细 小于0 05mm 颜 色暗 黑 深灰 灰绿 灰褐色等 富含有机质 偶见原生油苗 常见分散 黄铁矿等 岩性特征是确定生油岩最简简便 最 直观观的标标志 第二章 石油和天然气的形成 沉积环境或岩相 一般在利于生物大量繁 殖 保存 且利于生油岩发育的环境最有利 这样的环境只有深水和半深水湖相及浅海相 沼泽相则主要为成煤环境 第二章 石油和天然气的形成 生油层的厚度及分布 分布面积越大 厚度越大 有机质的总量越大 则生烃量越大 但单层厚度很大的块 状泥岩因往往欠压实 产生超压 会抑制生烃能力 不利 于排烃 粘土岩层厚3
3、0 40m 砂层单层厚10 15m 二者显 略等厚互层的地区 生储岩接触面积大 最利于石油的生 成与聚集 三 烃源岩有机地球化学研究三 烃源岩有机地球化学研究 有机质丰度 类型 成熟度 排烃效率有机质丰度 类型 成熟度 排烃效率 一 有机质的丰度 1 有机碳 TOC 系指岩石中残留的有 机碳 即岩石中有机碳链化合物的总称 以单 位重量岩石中有机碳的重量百分数表示 第二章 石油和天然气的形成 有机碳 氯仿沥青 A 和总烃的百分含量 第二章 石油和天然气的形成 组成有机质的元素中C最多 最稳定 可反映有 机质数量 实测Toc是烃源岩中油气生成后 残留下来碳含 量 又称残余 剩余 有机碳 有机碳 有
4、机质 一般 剩余有机质 有机系数 剩余有机碳 有机系数为1 22或1 33 2 氯仿沥青 A 氯仿沥青 A 是指岩石中可抽提的有机质含量 与有机质丰度 类型 成熟度有关 第二章 石油和天然气的形成 第二章 石油和天然气的形成 总烃 HC 含量 总烃为沥青 A 中的饱和烃 芳香烃含量 中国陆相生油层评价标准 胡见义 黄第藩 1991 生油层类别层类别 项项目 好生油层层中等生油层层差生油层层非生油层层 岩相深湖一半深湖相半深湖一浅湖相浅湖一滨滨湖相河流相 干酪根类类型腐泥型中间间型腐殖型腐殖型 H C1 7 1 31 3 1 01 0 0 51 0 0 5 有机碳含量 3 5 1 01 0 0
5、60 6 0 4 0 120 12 0 060 06 0 01500500 250250 10066 33 1 3 03 0 1 51 5 0 75 0 060 06 0 030 03 0 015 300300 120120 50 6 06 0 2 02 0 0 5 0 5 第二章 石油和天然气的形成 二 有机质的类型 二 有机质的类型 第二章 石油和天然气的形成 有机质的类型常从不溶有机质 干酪 根 和可溶有机质 沥青 的性质和组成 来加以区分 干酪根类型的确定是有机 质类型研究的主体 常用的研究方法有 元素分析 光学分析 红外光谱分析以 及岩石热解分析等 另外可溶沥青的研 究也普遍受到重视
6、 1 Kerogen分类 a 元素分类 孙虎 前磨头地区源岩的H C O C关系图 第二章 石油和天然气的形成 b 热解法 由J Espitalie等发展 了一种研究生油岩特征的热 解方法 即生油岩分析仪 可以直接从岩样测出其中所 含的吸附烃 S1 干酪根 热解烃 S2 和二氧化碳 S3 与水等含氧挥发物 以 及相应的温度 第二章 石油和天然气的形成 前磨头地区源岩氢指数与氧指数 第二章 石油和天然气的形成 第二章 石油和天然气的形成 孢粉学分类藻 质絮 质草 质木 质煤 质 煤岩学分 类 显微组分壳 质 组镜质组情质组 显微组分细分藻质体无定形 孢 粉 角质体 树脂体 木栓体 结构镜质体 无
7、结构镜质体 丝质体 微粒体 巩膜体 元素 分析 Tissot分类藻质型 腐泥型 腐植型 残余型 中国分类腐 泥 型 腐植型 煤质型 原始H C原子比1 70 1 501 50 1 301 0 0 700 60 0 50 原始O C原子比 0 1 0 2 0 10 3 0 20 3 0 25 岩石热解 分析 生烃潜力S1 S2 kg t岩石 66 4 2 2 降解率 5010 50 10 IH mg g有机碳 800800 500 150 IO mg g有机碳 4060 40150 50 红外光谱 分析 2930 cm 1 1600 cm 1 3 0 3 0 0 4 1460 cm 1 1600
8、 cm 1 1 201 20 0 45 0 25 有机质来源海生 湖生陆生陆生 陆生强氧化 或再循环 化石燃料以油 油页岩 藻煤和残植 煤为主 油气以气和腐植煤为主无油 少量气 烃源岩中的干酪根分类 据陈荣书 1989 补充 其它其它干酪根分类 中国陆相 分类 中国陆相 标标准腐殖型 2 含腐泥腐殖型 1 腐殖腐泥型 含腐殖腐泥型 I2 标标准腐泥型 I1 H C 1 5 0 C 0 300 30 0 250 25 0 150 15 0 10 0 10 红红 1460 1600 0 80 外 2920 1600 3 25 13C 22 5 22 5 25 5 25 5 28 28 HI 岩石热
9、热解 475 第二章 石油和天然气的形成 2 可溶沥青有机质的类型 a 正构烷烃 第二章 石油和天然气的形成 来源于陆生高 等植物的有机质气 相色谱图上具有高 分子量的正构烷烃 其碳数范围从 C10 C40 主峰碳 位置在 nC27 nC29 和 nC31 第二章 石油和天然气的形成 来源于海相的浮游植物和藻类的有机质气 相色谱图上具有中等分子量的正构烷烃 主峰 碳位置在 nC15 和 nC17 为单峰型 如台湾新竹的 上第三系原油为海 相原油 南海北部 湾下第三系原油为 陆相原油 第二章 石油和天然气的形成 若为混合来源 的有机质 正构烷 烃会出现前后两个 峰 即为双峰型 如美国犹英他盆地
10、始新统沉积物 第二章 石油和天然气的形成 b 甾萜烷 第二章 石油和天然气的形成 第二章 石油和天然气的形成 C27甾 烷主 要来 自浮 游生 物 C29甾 烷主要 来自陆 源高等 植物 孙虎 前磨头地区源岩三种甾烷组成的三角图 第二章 石油和天然气的形成 三 有机质的成熟度 三 有机质的成熟度 第二章 石油和天然气的形成 1 镜质组反射率 R0 镜质组是一组富氧的显微组份 由泥炭成因有关的腐 殖质组成 具镜煤 或煤素质 特征 其结构为以芳香烃 为核 常有不同的支链烷基 在热演化过程中 链烷热解 析出 芳环稠合 出现微片状结构 芳环片间距逐渐缩小 致使反射率增大 透射率减小 颜色变暗 这是一种
11、不 可逆反应 镜质组反射率与成岩作用关系密切相关 热变 质作用愈深 镜质组反射率愈大 盆地中有机质热演化程度 干酪根的类型不同其各成熟阶段Ro值也有一定差别 2 孢粉和干酪根颜色法 未成熟阶段 为浅黄至黄色 成熟阶段为褐黄 至棕色 过成熟 阶段为深棕色至 黑色 第二章 石油和天然气的形成 3 岩石热解法 第二章 石油和天然气的形成 成熟度指标标未成熟生油凝析油湿气干气 镜质镜质体反射率 2 0 Tmax I类类 490 11类类 490 类类 505 我国生油岩的Tmax范围 邬立言 1986 第二章 石油和天然气的形成 4 正烷烃 第二章 石油和天然气的形成 随着有机质成熟度的 增加 CPI
12、值和 OEP值愈 接近1 并趋于稳定 奇偶优势比即正烷烃中奇碳分子比偶碳分 子的相对浓度 它有两种表示方法 即碳优势 指数 CPI 和奇偶优势指数 OPE 第二章 石油和天然气的形成 5 甾族化合物 对于非环状体系 与手征碳原子连接的四个基团 按质量大小依次为A B C D 假定观测者位于质量 最小的原子或原子团D的对面 A B C是顺时针方向 排列时 则称为R型 反时针方向排列时 称为S型 生物体中单一的异构 化变成两种热稳定性相似 的异构体的混合物 如甾 族形成在C 20位置上R型 和S型异构体的混合物 第二章 石油和天然气的形成 环状体系中就以 或 表示基团位置 当手征中 心上的原子或原
13、子团在环平面下边 即指向纸内 为 用虚线表示 相反 在环平面上边 即指向纸外 为 用实线表示 两种构型一般具有不 同的热稳定性 生物体中 是低稳定型 地质体中是 高稳定型 如藿烷的C 17 和C 21位置上的H 由17 H 21 H 转化为 17 H 21 H 第二章 石油和天然气的形成 随成熟度的增大 甾烷系列中表现出S构 型向S和R构型混合演化 低稳定型的 型向 稳定型的 型演化 常用的指标有甾烷系列 中的 C2920S 20 S R C29甾烷和 C29 C29甾烷 这些指标与沉积 环境的关系密切 只能在母质类型相同时使用 第二章 石油和天然气的形成 C29 C29甾烷 C2920S 2
14、0 S R C29甾烷 第二章 石油和天然气的形成 四 有机质的转化指标 四 有机质的转化指标 采用氯仿沥青 有机碳 总烃 有机 碳 总烃 氯仿沥青 饱和烃 芳烃 总烃 非烃等比值可以进一步了解有机质的转 化率 第二章 石油和天然气的形成 6 6 油源对比油源对比 油源对比包括油 岩 油 油 气 气 油 气 岩的对比 实 际上地化对比的核心问题就是油 岩和气 岩的对比以及天然气 的成因分类 其主要意义是 1 查明盆地内含油层与生油层的 关系 确定生储盖组合的产能及 分布特征 2 了解油气运移的方向和途径 第二章 石油和天然气的形成 一 油源对比原则一 油源对比原则 对比的原则 性质相同的两种油
15、气应源于 同一母岩 母岩排出的石油应与母岩中残留的石 油相同 实际上油气在运移过程中会受到各种因 素的影响 因此 相似即同源 指标应选择在生油岩和原油中共同含有的 不受运移 热变质作用所影响的化合物 第二章 石油和天然气的形成 二 常用对比指标二 常用对比指标 1 正烷烃分布曲线 第二章 石油和天然气的形成 2 微量元素 常用钒和镍 V Ni1为海相环境 而 且 V Ni随年代越老 比值越小 可能由于V 较Ni不稳定 第二章 石油和天然气的形成 第二章 石油和天然气的形成 异戊二烯型烷型分布状况示意图 据Welte 1979 15 21个碳原子的类异戊二烯型烷烃的分布特征作为对比标志 3 生物
16、标志化合物 第二章 石油和天然气的形成 姥鲛烷 正十七烷 植烷 正十八烷 姥鲛烷 植烷 正 十七烷 正十八烷 作为对比标志 第二章 石油和天然气的形成 西德弗斯特油田 27到30个碳原子的四环 五环环烷烃 胆甾烷 麦角甾烷 埃第安烷 谷甾烷 藿烷 羊毛甾烷 J2石油 J2页岩 J1页岩 J1页岩 西德弗斯特油田石油与生油岩的C27 环状化合物的对比 据Welte 1975 石油主要来自中侏罗统的页岩 第二章 石油和天然气的形成 甾烷和萜烷的质量色谱图 用于油 油和油 岩对比 吐鲁番盆地原油饱和烃和 生油岩 煤的抽提物中甾 烷 m z 217 和五环三萜烷 m z 191 质量色谱图 据 黄第藩等 1989 台参一井和七克台油田的原油属 同源 母质为J1b的煤和 型母 岩 而胜金口油田的原油来自 J2q的生油岩 4 碳 氢稳定同位素 第二章 石油和天然气的形成 不同馏分或组分 原油碳 氢稳定 同位素对比 由于饱和烃 芳烃和N S O化合物的碳 氢同 位素具有连续性的差异 所以 这些原油是分别属 于两种碳 氢同位素组成 不同的母岩 第二章 石油和天然气的形成 同位素类型曲线进行油 岩对比
