《第四章 石油和天然气的生成与烃源岩》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 石油和天然气的生成与烃源岩（198页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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第一节 油气成因理论发展概述 无机成因说有机成因说一、无机成因说（inorganic theory ）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+H2 CH4+H2O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
2、善等：1996：在金刚石压腔（，温度为，压力略大于）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，并伴有和；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）二、有机成因说（organic theory or hypothesis） （1）世界上99.9%的油气都分布在
3、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；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。 干酪根需
4、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？1、烃源岩、烃源层烃源岩（source rock）：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烃源层或烃源岩层（source bed）：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 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
5、岩石能成为烃源岩什么岩石具备丰富的有机质？2、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(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 辽河欢
6、11 （沙三段）深灰色泥岩夹油页岩沙四上、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塔里木盆地的烃源岩哪些环境的泥岩富含有机质?浅海大陆架地区深水-半深水湖泊环境前三角洲地区沼泽不同环境下泥岩,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1.类脂化合物（Lipids）动物的皮下组织，植物的孢子、种
7、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 2.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4.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（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
8、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。1 1、可溶有机质、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，又称为沥青岩石中可溶于有机溶剂的部分，又称为沥青(Bitumen)(Bitumen)。它是沉积有机质已经转化成油的部分。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，可溶部分称为沥青例如：用氯仿抽提烃源岩，可溶部分称为沥青“ “A”A”。可按溶剂的选择性溶解进一步分为：可按溶剂的选择性溶解进一步分为：油质、胶质和沥青质。油质、胶质和沥青质。 可溶有机质和干酪根2 2、干酪根、干酪根沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸沉积岩中
9、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、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。 是油气生成的母质是油气生成的母质 是沉积有机质的主要存在形式是沉积有机质的主要存在形式1.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2.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）3.干酪根的结构形成三维网状系统由各种官能团交联脂肪族链状结构和环状结构
10、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） 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。4、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、薄膜状惰质组：腐
11、泥组：镜质组：壳质组：显微组分归类（类型）无定形体藻类体包括无定形体和藻类体，富氢组分 q腐泥组：主要来源于藻类或藻类被改造的残余q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 q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。 q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 2）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 型干酪根型干酪根原始H/C
12、 1.25-1.75 0.65-1.25 0.46-0.93 原始O/C 0.026-0.12 0.04-0.13 0.05-0.30I 不同干酪根的元素组成实例4.干酪根的类型 范克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解（1）型干酪根(Type )原始氢含量高，氧含量低 以脂肪族直链结构为主，多环芳香结构及含氧官能团很少 主要来自藻类堆积物，被细菌改造有机质的类脂残留物生油潜力很大4.干酪根的类型 范克雷维伦（D.W.Van Krevelen）图解 （2）型干酪根(Type ) 原始氢含量较高，氧含量较低 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主要来自浮游生物（浮游植物为
13、主）生油潜力中等4.干酪根的类型 范克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解（3）型干酪根(Type )原始氢含量低，氧含量高 多环芳香结构及含氧官能团含量高，脂肪族直链结构少主要来自高等植物生油潜力小，以生气为主5、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干酪根的演化成岩作用阶段 Diagenisis 氧的消耗退化作用阶段 Catagenesis 氢的消耗 变生作用阶段（
14、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。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一、温度和时间的作用 实验室热模拟表明，不仅实验室热模拟表明，不仅温度高低温度高低对干酪根对干酪根生烃反应有作用，生烃反应有作用，加温
15、持续时间加温持续时间对干酪根生烃对干酪根生烃反应也有明显作用。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干酪根生烃过程符合化学反应动力学一级反应定律级反应定律说明 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”。1、一级反应(First order reaction):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）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，
16、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 +2738.3144J/molkC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C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）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。 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：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：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: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 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实际地质资料同样证明：温度与时间的互补性温度和时间的作用是相互补
