油气成因与烃源岩

1、思考题思考题根据油气生成的机理和产物特征，根据油气生成的机理和产物特征，可以把有机质生油过程划分为哪几可以把有机质生油过程划分为哪几个阶段个阶段？（有机质向油气转化的现代模式及（有机质向油气转化的现代模式及勘探意义）勘探意义）（干酪根成烃演化机制）（干酪根成烃演化机制）分三个阶段：分三个阶段：成岩作用阶段、深成作用阶段、准变质作用阶成岩作用阶段、深成作用阶段、准变质作用阶段段1.成岩作用阶段成岩作用阶段未成熟阶段未成熟阶段从沉积有机质被埋藏开始至门限深度为止。从沉积有机质被埋藏开始至门限深度为止。 地层条件：地层条件：低温（小于低温（小于5060）、低压。）、低压。 有机质特征：有机质特征：微

2、生物化学作用为主，有机质以微生物化学作用为主，有机质以形成干酪根为主，没有形成大量烃类，形成干酪根为主，没有形成大量烃类，O/C大大降大大降低，低，H/C稍微下降。稍微下降。 主要产物及特征：主要产物及特征：生物成因气，有少量的烃类生物成因气，有少量的烃类来自于活生物体，大部分为来自于活生物体，大部分为C15以上的重烃，为生以上的重烃，为生物标志物。正烷烃多具明显的奇偶优势。成岩作物标志物。正烷烃多具明显的奇偶优势。成岩作用阶段后期也可形成一些非生物成因的降解天然用阶段后期也可形成一些非生物成因的降解天然气以及未熟油。气以及未熟油。 鉴别指标：鉴别指标：Ro小于小于0.5%。2.深成作用阶段深

3、成作用阶段成熟阶段成熟阶段 深成作用阶段为干酪根生成油气的主要阶段。该深成作用阶段为干酪根生成油气的主要阶段。该阶段从有机质演化的门限值开始至生成石油和湿气结阶段从有机质演化的门限值开始至生成石油和湿气结束为止。按照干酪根的成熟度和成烃产物划分为两个束为止。按照干酪根的成熟度和成烃产物划分为两个带：带： A生油主带（低生油主带（低中成熟阶段）中成熟阶段） B凝析油和湿气带（高成熟阶段）凝析油和湿气带（高成熟阶段）A生油主带（低生油主带（低中成熟阶段）中成熟阶段）： 有机质特征：有机质特征：干酪根热降解作用为主，干酪根热降解作用为主，H/C大大降低。大大降低。 主要产物及特征：主要产物及特征：成

4、熟的液态石油。以中成熟的液态石油。以中低分子量的烃类低分子量的烃类为主，正烷烃中奇碳优势逐渐消失，环烷烃和芳香烃的碳数和为主，正烷烃中奇碳优势逐渐消失，环烷烃和芳香烃的碳数和环数减少，曲线由双峰变单峰。环数减少，曲线由双峰变单峰。W.C.Pusery把它称为把它称为“液态窗液态窗”或或“石油窗石油窗”。 鉴别指标：鉴别指标： Ro为为0.51.3%。 B B 凝析油和湿气带（高成熟阶段）：凝析油和湿气带（高成熟阶段）： 有机质特征：有机质特征： 高温下，剩余的干酪根和已经形成的重烃继高温下，剩余的干酪根和已经形成的重烃继续热裂解。续热裂解。 主要产物及特征：主要产物及特征： 液态烃急剧减少，液

5、态烃急剧减少，C1C1C8C8的轻烃将迅速的轻烃将迅速增加。在地层温度和压力超过烃类相态转变的临界值时，这些增加。在地层温度和压力超过烃类相态转变的临界值时，这些轻质轻就会发生逆蒸发，反溶解于气态烃之中，形成凝析气和轻质轻就会发生逆蒸发，反溶解于气态烃之中，形成凝析气和更富含气态烃的湿气。更富含气态烃的湿气。 鉴别指标：鉴别指标： RoRo为为1.31.32.0%2.0%。3.准变质作用阶段准变质作用阶段过成熟阶段过成熟阶段 有机质特征：有机质特征： 埋深大、温度高，由于在成熟阶段埋深大、温度高，由于在成熟阶段干酪根中绝大部分可以断裂的侧链和基团已消耗殆尽干酪根中绝大部分可以断裂的侧链和基团已

6、消耗殆尽，所以石油潜力枯竭，残余的少量烷基链，尤其是已，所以石油潜力枯竭，残余的少量烷基链，尤其是已经形成的轻质液态烃在高温下继续裂解形成大量的热经形成的轻质液态烃在高温下继续裂解形成大量的热力学上的最稳定的甲烷。力学上的最稳定的甲烷。 干酪根的结构进一步缩聚形干酪根的结构进一步缩聚形成富碳的残余物质。成富碳的残余物质。 主要产物及特征：主要产物及特征： 热裂解甲烷。热裂解甲烷。 鉴别指标：鉴别指标： Ro2.0%。教学目的与教学思路教学目的与教学思路教学重点难点教学重点难点掌握油气生成的地质环境及促使有机质演化掌握油气生成的地质环境及促使有机质演化成烃的因素成烃的因素油气形成的地质条件油气形

7、成的地质条件天然气类型天然气类型第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 油气生成的基本理论油气生成的基本理论 油气生成必须具备什么条件？油气生成必须具备什么条件？ 什么地质环境可以生烃？什么地质环境可以生烃？一、油气生成的地质环境一、油气生成的地质环境二、有机质转化成油的影响因素二、有机质转化成油的影响因素油气生成的地质环境与物化条件 沉积岩中的有机质要向石油转化必须经历一个碳、氢不断增加而氧不断减少的过程，即为一个去氧、加氢、富集碳的过程。 原始有机质的堆积、保存和转化过程，必须是在还原条件下进行，而还原环境的形成及其持续时间的长短则受当时的地质及能源条件所制约。 古地理环境海相环境

8、大陆环境大地构造环境物理化学环境温度与时间细菌活动催化作用放射性 1.长期长期稳定下沉稳定下沉的大地构造背景；的大地构造背景；2.较快较快的沉积（堆积）速度；的沉积（堆积）速度；3.足够足够数量数量和一定和一定质量质量的原始有机质；的原始有机质；4.低能、还原性低能、还原性岩相古地理环境：浅海封岩相古地理环境：浅海封闭环境，半深闭环境，半深-深湖、前三角洲。深湖、前三角洲。5.适当的适当的受热和埋藏受热和埋藏史。史。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩一、油气生成的地质环境一、油气生成的地质环境第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩1.大地构造环境大地构造环境 三种构造环境：

9、三种构造环境： 过补偿过补偿 水体变浅水体变浅 欠补偿欠补偿 水体变深水体变深 补偿补偿 保持一定水体深度保持一定水体深度第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 为了确保有机质不断堆积、长期处于为了确保有机质不断堆积、长期处于还原环境，并提供足够的热能供有机质热还原环境，并提供足够的热能供有机质热解需要，地壳必须有一个解需要，地壳必须有一个长期持续下沉长期持续下沉，以及沉积物得到以及沉积物得到相应补偿相应补偿的构造环境。只的构造环境。只有盆地的下降速度与沉积速度大致相当时有盆地的下降速度与沉积速度大致相当时有机质才有可能大量堆积和保存，才有利有机质才有可能大量堆积和保存，才有利于有机质

10、转化为油气。于有机质转化为油气。 这种大地构造环境主要分布在：这种大地构造环境主要分布在： 板块的边缘活动带板块的边缘活动带 板块内部的裂谷、坳陷板块内部的裂谷、坳陷 造山带的前陆盆地、山间盆地。造山带的前陆盆地、山间盆地。 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 全球构造格局中沉积盆地的分布全球构造格局中沉积盆地的分布大陆板块内大陆板块内部部大大 洋洋 板板 块块碰撞山碰撞山带带大陆板块大陆板块内部内部大西洋大西洋型张裂型张裂大陆边大陆边缘缘西太平洋西太平洋型大陆边型大陆边缘弧沟体缘弧沟体系系陆陆壳壳盆盆地地大大陆陆裂裂谷谷盆盆地地弧弧后后盆盆地地弧弧前前盆盆地地深深海海沟沟开开阔阔

11、大大洋洋盆盆地地大大洋洋中中脊脊中中谷谷盆盆地地开开阔阔大大洋洋盆盆地地残残留留大大洋洋盆盆地地陆陆内内剪剪张张盆盆地地陆陆源源沉沉积积棱棱柱柱体体周周围围盆盆地地大地构造环境第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩2.岩相古地理环境岩相古地理环境 海相环境：海相环境： 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩2.岩相古地理环境岩相古地理环境 陆相环境：陆相环境：滨湖滨湖沼泽区沼泽区浅湖区浅湖区半深湖区半深湖区深湖深湖 水体较深，水体表层处于水体较深，水体表层处于动荡回流状态，其底部水流停动荡回流状态，其底部水流停滞，由于水底有机质的分解，滞，由于水底有机质的分解，氧气又得不到及时

12、补充，便形氧气又得不到及时补充，便形成稳定的还原环境，是有利的成稳定的还原环境，是有利的生油区。生油区。 晚期生油理论认为：晚期生油理论认为：油气生成油气生成必须具备两个条件必须具备两个条件，一是有足够的，一是有足够的有机质并能保存下来；一是要有足有机质并能保存下来；一是要有足够的热量保证有机质转化为油气。够的热量保证有机质转化为油气。 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩二、有机质转化成油的影响因素二、有机质转化成油的影响因素1.1.第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩二、有机质转化成油的影响因素二、有机质转化成油的影响因素 1. 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与

13、烃源岩二、有机质转化成油的影响因素二、有机质转化成油的影响因素有机质向石油转化是一个热降解过程，温度是最有效和最持有机质向石油转化是一个热降解过程，温度是最有效和最持久的作用因素；温度不足可用延长时间来弥补。久的作用因素；温度不足可用延长时间来弥补。生油岩石的年龄越大，生油岩石的年龄越大，生烃门限温度就越低。生烃门限温度就越低。 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩二、有机质转化成油的影响因素二、有机质转化成油的影响因素由于生存条件的限制，细菌生物化学作用主要出现由于生存条件的限制，细菌生物化学作用主要出现在有机质改造的早期或成岩作用的早在有机质改造的早期或成岩作用的早中期。中期。

14、第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩二、有机质转化成油的影响因素二、有机质转化成油的影响因素 放射性元素（铀、钍和钾）所造成的局部放射性元素（铀、钍和钾）所造成的局部地温增高将有利于有机质的热演化。地温增高将有利于有机质的热演化。 放射性物质产生的高能粒子可以导致水分放射性物质产生的高能粒子可以导致水分解而产生大量的游离氢，同时放射性衰变产生解而产生大量的游离氢，同时放射性衰变产生的能量，游离氢和能量的提供将同时增加油气的能量，游离氢和能量的提供将同时增加油气形成的产率和速度，对于油气的生成非常有利。形成的产率和速度，对于油气的生成非常有利。 沉积岩中：总体上放射性元素含量很低沉积岩

15、中：总体上放射性元素含量很低第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩二、有机质转化成油的影响因素二、有机质转化成油的影响因素 非主要因素非主要因素 概括地说，压力对有机质成烃具有概括地说，压力对有机质成烃具有抑制抑制或或促进作用促进作用。 高压阻碍有机质成熟和成烃作用；高压阻碍有机质成熟和成烃作用； 短暂的降压有利于加速有机质的成熟。短暂的降压有利于加速有机质的成熟。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩二、有机质转化成油的影响因素二、有机质转化成油的影响因素从化学理论讲，压力的增加可以抑制体积增加的化学反应的进从化学理论讲，压力的增加可以抑制体积增加的化学反应的进行。对于干酪根

16、的生烃反应，尤其是较高温度下生成气态烃的行。对于干酪根的生烃反应，尤其是较高温度下生成气态烃的反应，显然是体积增加的反应。反应，显然是体积增加的反应。一、生物成因气一、生物成因气二、油型气二、油型气三、煤型气三、煤型气四、无机成因气四、无机成因气第四节第四节 天然气的成因类型天然气的成因类型天然气按成因可分为四种类型：天然气按成因可分为四种类型：生物成因气、油型气、煤型气生物成因气、油型气、煤型气 和无机成因气和无机成因气第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩天然气：广义上，是指自然形成的、在标准状态下呈天然气：广义上，是指自然形成的、在标准状态下呈气态的单质和化合物。气态的单质和化合

17、物。无机成因气无机成因气根据来源机制根据来源机制宇宙气、幔源气、岩浆宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气岩气、变质岩气、无机盐类分解气有机成因气有机成因气按其有机质类型按其有机质类型腐植气、腐泥气腐植气、腐泥气按热演化阶段按热演化阶段生物气生物气、热解气、裂解气、热解气、裂解气腐植型有机质腐植型有机质( (包括煤包括煤) )的热解气和裂解气称为的热解气和裂解气称为煤型气煤型气腐泥型有机质的热解气和裂解气称为腐泥型有机质的热解气和裂解气称为油型气油型气第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩天然气与石油形成条件比较天然气与石油形成条件比较一、生物成因气一、生物成因气 生物成因

18、气生物成因气是指成岩作用阶段早期，在是指成岩作用阶段早期，在浅浅层生物化学作用带层生物化学作用带内，沉积有机质经微生物的内，沉积有机质经微生物的群体发酵和合成作用群体发酵和合成作用形成的天然气，主要是甲形成的天然气，主要是甲烷气及部分烷气及部分 COCO2 2 和少量和少量 N N2 2。有时也混有早期低。有时也混有早期低温降解形成的烃气。温降解形成的烃气。 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩1. 1. 生物成因气的形成生物成因气的形成 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩2.2.生物成因气的特征生物成因气的特征 （1 1）化学组成）化学组成 甲烷含量大于甲烷含量大于98

19、%98%，重烃含量一般小，重烃含量一般小于于1%1%，少量的，少量的 N N2 2 和和COCO2 2，为典型的干气。，为典型的干气。 （2 2）1313C C值值 一般为一般为 55 55 -90-90。 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩3.3.生物成因气的分布生物成因气的分布 生物成因气的分布层位主要在白垩系生物成因气的分布层位主要在白垩系以上，埋深在地表到以上，埋深在地表到20002000米左右。区域上米左右。区域上白垩系生物气主要分布在东北地区，第三白垩系生物气主要分布在东北地区，第三系分布在渤海湾和三水盆地，第四系主要系分布在渤海湾和三水盆地，第四系主要分布在柴达木盆地

20、和长江沿海地区和现代分布在柴达木盆地和长江沿海地区和现代湖泊中。湖泊中。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩4.4.生物成因气大量形成的条件生物成因气大量形成的条件（1 1）拥有丰富的原始有机质拥有丰富的原始有机质 这是细菌活动所需碳源这是细菌活动所需碳源的物质基础。的物质基础。（2 2）适于甲烷菌发育的物理化学条件适于甲烷菌发育的物理化学条件 还原环境和中还原环境和中性水介质条件有利于生物气形成。性水介质条件有利于生物气形成。（3 3）合适的沉积环境合适的沉积环境 严格的缺氧、缺硫酸盐还原环严格的缺氧、缺硫酸盐还原环境，是产境，是产CHCH4 4菌繁殖的必要条件。半咸水和咸水湖，特

21、菌繁殖的必要条件。半咸水和咸水湖，特别是碱性咸水湖是生物气形成聚集的最有利环境。别是碱性咸水湖是生物气形成聚集的最有利环境。（4 4）足够的孔隙空间足够的孔隙空间 产甲烷菌的繁殖需要一定的空产甲烷菌的繁殖需要一定的空间。间。（5 5）较快的沉积速率较快的沉积速率 沉积速率快有利于生物气形成。沉积速率快有利于生物气形成。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩二、油型气二、油型气 是指成油有机质是指成油有机质（腐泥型）腐泥型）在热力作用下以及油热裂解形成的各种在热力作用下以及油热裂解形成的各种天然气。包括湿气（石油伴生气）、凝天然气。包括湿气（石油伴生气）、凝析气和裂解气。析气和裂解气。

22、第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩1.1.油型气的形成油型气的形成 干酪根干酪根 温度温度（热解）（热解）液态烃液态烃 + + 气态烃气态烃 裂解裂解气态烃气态烃（凝析气、甲烷气）（凝析气、甲烷气） 高峰期：在深成作用阶段的中晚期。高峰期：在深成作用阶段的中晚期。第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩2.2.油型气的特征油型气的特征 （重烃含量大于重烃含量大于5%5%，最高可，最高可达达40 40 50%50%（石油和凝析气阶段）；过成熟气（石油和凝析气阶段）；过成熟气以甲烷为主，重烃气一般小于以甲烷为主，重烃气一般小于2%2%。 随着成熟度的增高而增大，随着成熟度的增高而

23、增大，由石油伴生气的由石油伴生气的 -55 -55 -40-40 到凝析油伴生到凝析油伴生气的气的 -45 -45 -30-30 再到干气为再到干气为 -35-35。 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩3.3.油型气的分布油型气的分布 油型气分布普遍，东部北起松辽，南油型气分布普遍，东部北起松辽，南至广东三水和广西百色盆地，中部稳定区至广东三水和广西百色盆地，中部稳定区的鄂尔多斯和四川盆地，西部的塔里木、的鄂尔多斯和四川盆地，西部的塔里木、准葛尔和柴达木盆地。层位上从震旦系到准葛尔和柴达木盆地。层位上从震旦系到第三系各层系均有分布。第三系各层系均有分布。 第二章第二章 油气成因与烃

24、源岩油气成因与烃源岩三、煤型气三、煤型气 煤系气：煤系气：凡与煤系有机质热演化有关的天然气。凡与煤系有机质热演化有关的天然气。 煤成（层）气：煤成（层）气：煤层在煤化过程中所生成的天然煤层在煤化过程中所生成的天然气。属于煤型气的一种气。属于煤型气的一种 煤型气：煤型气：煤系地层中分散有机质在热演化过程中煤系地层中分散有机质在热演化过程中所生成的天然气。所生成的天然气。 目前用煤型气来概括，即目前用煤型气来概括，即煤型气煤型气是指煤系地层中煤是指煤系地层中煤和分散有机质在煤化作用和再煤化作用过程中形成的和分散有机质在煤化作用和再煤化作用过程中形成的天然气。天然气。 第二章第二章 油气成因与烃源岩

25、油气成因与烃源岩1. 1. 煤型气的形成煤型气的形成 腐殖型腐殖型腐殖煤、腐殖型干酪根腐殖煤、腐殖型干酪根 泥炭化作用泥炭化作用泥炭、生物成因气（因缺乏保存条件难以聚集）泥炭、生物成因气（因缺乏保存条件难以聚集） 成岩作用阶段成岩作用阶段褐煤、生物成因气（非烃含量高）褐煤、生物成因气（非烃含量高） 变质作用阶段（热力作用）变质作用阶段（热力作用） 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 变质作用阶段（热力作用）变质作用阶段（热力作用）长焰煤长焰煤气煤、肥煤气煤、肥煤 轻质油和轻质油和C C2 2 C C4 4 重烃气重烃气焦煤、瘦煤焦煤、瘦煤 煤型裂解气煤型裂解气贫煤、烟煤、无烟煤贫煤

26、、烟煤、无烟煤煤型气煤型气第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩 （1 1）化学组成：）化学组成：重烃含量可达重烃含量可达10% 10% 以上，以上，甲烷一般占甲烷一般占70% 70% 95%95%；非烃；非烃COCO2 2 量最大，量最大，N N2 2 次之，次之，H H2 2S S 最少。最少。 （2 2）1 31 3C C值：值：一般为一般为 -41.-41. - -24.924.9。 煤型气多分布在煤系地层发育区。煤型气多分布在煤系地层发育区。 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩四、无机成因气四、无机成因气 由地壳内部、深海大断裂、深海由地壳内部、深海大断裂、深海沉

27、积物形成，包括氮气、二氧化碳沉积物形成，包括氮气、二氧化碳 、硫化氢、氦气等。硫化氢、氦气等。 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩1.1.无机成因气的形成无机成因气的形成 无机成因气是指不涉及有机物质无机成因气是指不涉及有机物质反应的一切作用和过程所形成的反应的一切作用和过程所形成的气体。包括地球深部岩浆活动、气体。包括地球深部岩浆活动、变质作用、无机矿物分解、放射变质作用、无机矿物分解、放射作用以及宇宙空间产生的气体。作用以及宇宙空间产生的气体。四、无机成因气四、无机成因气 第二章第二章 油气成因与烃源岩油气成因与烃源岩无机成因气无机成因气烃类气体烃类气体无机成因甲烷无机成因甲烷非烃气体非烃气体稀有气体氦气稀有气体氦气其它气体其它气体（CO2、N2、H2S）第二章