第2章 油气成因(已改).ppt

三 石油成因研究史回顾 图 两个多世纪以来 从罗蒙诺索夫 1763 提出蒸馏说算起应该是两个多世纪 关于油气成因问题 不同专家学者曾提出过各种不同的成因假说 在众说纷纭的油气成因学说中 就其观点而言 可归属于有机起源与无机起源两大学派 1 最早的石油成因论 蒸馏说十八世纪中叶 前苏联化学家罗蒙诺索夫 1763 根据他对石油化学的研究 认为石油和煤炭一样是由泥炭在高温作用下 蒸馏 所生成的 这是最早的石油成因学说 也是最早的石油有机成因学说 常被称为蒸馏说 罗蒙诺索夫应是世界上最早研究石油成因的学者 一 石油有机起源的证据有机说的核心就是认为 油气起源于生物物质 油气有机起源说之所以能够确立 有其充分的地质及地球化学论据 归纳总结如下 1 世界上99 以上的油气产自沉积岩 据罗诺夫 1958 的调查统计 含油气盆地的沉积岩有机碳含量三倍于非含油气盆地 有机碳是衡量岩石中有机质丰度的基本参数 可见含油气情况与有机质之间有着密切的关系 2 在石油中普遍存在 生物标记化合物 又叫做指纹化合物 即化学结构为生物物质所特有的化合物 如卟啉 异戊二稀类 甾醇类和萜类 即环状异戊二稀类 等化合物 图 3 石油元素组成 包括微量元素组成 碳同位素组成 都与有机物质 尤其是脂类 近似 而与任何无机物质相差甚远 4 天然石油普遍存在旋光性 而非晶质的旋光性 系由物质分子中碳原子的不对称结构所致 这种具不对称碳原子结构的物质 多为生物标记化合物 只能来自生物界 5 各种生物物质通过热降解均可得到烃类产物 人工实验 利用现代分析技术从现代和古代沉积有机质中检测出了与石油类似或相同的烃类 自然产物 总之 无论对石油性质及分布的考查 还是对生油过程的模拟实验 都为油气有机起源说提供了足以令人信服的证据 这是有机起源说得以确立的坚实基础 沉积岩中的有机质 可分为 干酪根 是指沉积岩中不溶于碱 非氧化性酸和非极性有机溶剂的分散固体有机质 亨特1979 沥青 是指沉积岩中可溶于有机溶剂的分散有机质 沥青包括烃类以及含S N O的非烃有机化合物 胶质和沥青质等 干酪根在沉积有机质中占70 90 甚至更高表h1 图 所以 干酪根是沉积岩中有机质的主体 两部分 小结 在各种生物门类中 以水生低等浮游生物是最主要的成烃原始生物物质 因其出现时间早 产量高 在生物的生化组分中脂类化合物最有利于形成油气 干酪根是地球岩石圈中最广泛的有机质分布形式 干酪根是沉积岩中有机质的主体 干酪根是最主要成烃物质 但并非原始成烃物质的全部 应该说 成烃原始物质是沉积有机质 而不仅仅是干酪根 二 形成油气的原始物质 影响沉积岩 物 中有机质含量的因素 4点 1 原始生物的产量 2 原始有机质的保存条件 3 沉积物的堆积速度 4 沉积物的粒度 1 化学分类蒂索 1974 按H C和O C原子比 将干酪根划分为三种类型 型 H C原子比高 O C原子比低 以链状结构较多为特征 富含脂类化合物 主要来源于水生低等浮游生物 生油潜力大 型 H C原子比低 O C原子比高 以芳香结构多为特征 主要来源于富含木质素和碳水化合物的陆生高等植物 多为异地有机质 生油潜力小 但可生成天然气 型 H C和O C原子比介于上述二类之间 属混合型或过渡型干酪根 其生烃潜力也介于 型 型之间 视其接近 型 或是接近 型而异 化学分类 不同干酪根来源 生烃潜力大小 生成石油的类型不同1含陆源有机质丰富的干酪根 石蜡基石油 陆相和近岸碎屑沉积体系中石油常具有高蜡特征 2含海洋 湖泊原地有机质丰富的干酪根 环烷基石油 碳酸盐岩多含无定形干酪根 有利于生成环烷烃 由于无定形干酪根的生烃潜力高 所以碳酸盐岩可以在有机碳含量比泥质岩低得多的情况下 生成相对高得多的烃类 见表h2 四 促使有机质演化成烃的因素有机质演化形成油气是一个比较复杂和漫长的生物化学和化学过程 促使有机质转化成烃的因素 有细菌 温度 时间和催化剂等 且在不同的演化阶段起主导作用的因素不尽相同 实际资料表明 生油门限温度通常在50 120 我国的实例 如大庆为50 1250m 冀中为67 1500m 胜利为93 2200m 国外 如杜阿拉盆地为65 1370m 洛杉矶盆地为115 3660m 文图拉盆地为115 2440m 等 门限温度高低主要与有机质受热持续时间或地质时代有关 此外还与有机质类型和催化作用有关 门限温度意味着有机质开始走向成熟 进入主要生油阶段 关于二次生油和延迟生油 所谓二次生油 是指某一层位 埋深已经进入生油门限生烃量开始显著增长 开始生油 上升剥蚀作用 使其埋深低于门限值 中止生油 再沉降接受新的沉积 重新进入门限深度 再度大量生烃 这种生油过程有过中断的现象称为二次生油 若某一层位尚未进入生油门限 地壳抬升 上覆遭受剥蚀 不能连续埋藏尽快进入生油门限 待再度沉降 上覆再度接受沉积 进入生油门限 开始生油 这种延缓生油时间的现象称为延迟生油 五 有机质成岩演化与油气生成的阶段性沉积物在埋藏过程中要发生成岩作用 有机质必然要发生相应的变化 图 而且比无机质点要敏感得多 石油和天然气正是有机质成岩演化总过程中形成的自然产物 有机质演化的进程不同 所得到的烃类产物也不同 关于有机质的成岩演化与油气生成的阶段划分目前较为流行 也比较实用的是三阶段划分方案成岩作用阶段 未成熟阶段深成作用阶段 成熟阶段准变质作用阶段 过成熟阶段一一对应 表h1 成岩阶段阶段划分 有机质演化成烃阶段 注意 同义语成岩作用阶段 细菌 生物化学 作用阶段 未成熟阶段深成作用阶段 退化作用阶段 热催化生烃阶段 成熟阶段准变质作用阶段 交替作用阶段 热裂解生气阶段 过成熟阶段 变质阶段已超出石油地质的研究范围 成岩早期所生成的烃不同于岩石中成熟石油烃 主要差别有 6条 早期生成的烃多是从生物体中继承下来的高分子烃 缺乏C3 14的低分子烃 更无C4 8的烃 而低分子烃在成熟石油中常占50 左右 早期生成的正烷烃中C25以上占有很大比例 且奇数碳原子具有明显优势 而成熟石油中这种优势接近消失 图h1 姥鲛烷 nC17和植烷 nC18比值都大于1 0 i n 环烷烃中 四环 五环和六环的含量较丰 最多的是五环 单环 二环和三环者较少 早期生成的烃缺乏低分子芳香烃 而石油中则有相当数量的苯 甲苯 二甲苯等 在数量方面 岩石中所含的烃要比沉积物所含的烃多2 10倍 结论 石油应该主要是晚期形成的 深成作用阶段烃类组成的变化深成阶段所生成的石油在性质上更加成熟 其主要表征 正烷烃的碳原子数和分子量递减 生物烃所带来的奇碳优势被新生烃所冲淡直至消失 环烷烃和芳香烃的碳原子数和环数减少 正烷烃分布曲线由双峰型变为单峰型 图h1 综上所述 有利于石油生成的最佳地质环境是 要有足够数量和一定质量的原始有机质 要有古地理中的浅海封闭环境或一定深度的湖泊环境 要有长期稳定下沉并伴随有适当升降运动的地壳运动背景 要有较快的沉积堆积速度 要有适当的埋藏受热历史 一 天然气的来源 一 天然气来源概述天然气按其成分可分为烃气和非烃气 狭义的天然气通常是指以烃类为主的天然气 它是多种气体的混合物 不同组分的气体来源有多种途径 表 微生物 细菌 降解热解作用 分散有机质和有机矿产 深部无机成因气大气渗入 非烃气降解 两个大分子物质相互作用降低分子量 产生烃类的过程 裂解 一个大分子物质因结合键断裂分解为小分子烃的过程 天然气根据形成机理可分为 有机成因气和无机成因气 二 天然气的成因类型1生物成因气 含成岩气 2油型气 型干酪根 3煤型气 型干酪根和成煤有机质 4无机成因气这样 就将天然气划分为四种基本成因类型 表 天然气成因类型 有机成因气 根据主要作用因素 热解气 主体 影响生物成因气产率的因素 对于微生物合成甲烷的过程已作过大量实验 而有利于生物气形成的因素 可大致归纳为以下4个方面 有丰富的有机质 严格缺氧 缺 少 硫酸盐的环境 pH值以接近中性 pH值6 0 8 0 为宜 温度在35 42 为最佳 图 适合甲烷菌大量繁殖 生成甲烷的温度一般低于75 3 生物成因气的 13C1值较低 一般为 60 85 之间 最低可为 90 最高可到 55 腐植型母质生物成因气其 13C1值约为 58 80 若有深部热成因气的加入 13C1值可高达 45 50 甲烷含量高生物成因气的组成特点重烃含量低 两低一高 13C1值低 表h2 二 油型气油型气 是指成油有机质 腐泥型或 A型干酪根 在进入成熟阶段后 以热力作用为主形成的天然气 包括石油伴生气和石油热裂解气 石油伴生气 成熟阶段早中期油型气凝析油伴生湿气 成熟阶段晚期热裂解干气 过成熟阶段 第六节烃源岩 生油岩 一 概述1 烃源岩概念及研究意义烃源岩是与油气 有机成因说 紧密联系的概念 对于 无机成因说 就不存在烃源岩的问题 如何研究评价烃源岩呢 这是有机学派经常要面对的一个课题 不过依据油气成因的现代概念 关于烃源岩的研究内容已经十分丰富了 烃源岩 包括油源岩 气源岩和油气源岩 习惯上也通常称之为 生油岩 关于烃源岩的概念 不同学者有不同的定义 烃源岩的定义蒂索 B P Tissot 1978 定义为 可能产生或已经产生石油的岩石叫做生油岩 亨特 J M Hunt 1979 则将烃源岩限定为 曾经产生并排出了足以形成工业性油 气聚集之烃类的细粒沉积 从找油找气角度出发 这一概念比较合适 当然 从油气成因的现代概念来理解 并着眼于生成油气来讲 亨特的定义就限定为成熟的烃源岩 而从广义成烃角度来看 烃源岩既包括成熟烃源岩 也包括未成熟烃源岩 因为生物成因气也可以形成工业性油气聚集 总之 生油岩主要是由低能环境下沉积的粘土和碳酸盐淤泥组成 但并非所有低能环境下的细粒沉积都是生油岩 对生油岩的研究 通常要从有机质丰度 有机质类型和有机质成熟度等三个方面来分析 才能作出正确评价 有机质丰度生油岩研究鉴别从有机质类型定性定量评价有机质成熟度 干酪根中可能遇到的大分子结构 返回 Kerogen是通过桥键和不同基团联接多个被称为核的结构单元而成 核可以是单环或缩合环 芳香环 脂族环及含硫或氮的杂环 桥键大多为氧 硫或肽键 还有其它有机官能团 可能含有脂类化合物 但最多的还是羟基化合物 其结构一般是无序的 但在深成热解过程中也发生一些有序结构 1 芳香族环 2 杂环 3 饱和烃 4 脂肪族链 微弱演化 强烈演化 巴黎盆地托尔页岩有机质各组分含量随深度变的化 据Tissot 1971 从对巴黎盆地的典型研究看 随着埋深加大和温度的增高 有机质中的干酪根含量不断下降 而烃类和胶质 沥青烯 沥青质的基本组成 的含量 氯仿抽提物 则相应上升 另外 MAB抽提物 即甲醇 丙酮 苯混合溶剂抽提物 的含量也是逐渐减少的 返回 MAB抽提物是极性极强的富含S N O的重质化合物 其元素组成最接近于干酪根 可代表干酪根降解生烃过程的中间产物 干酪根类型及其演化图 据Tissot 1974 由图可见 随着演化程度的加深 三种干酪根的元素组成都向富碳方向敛合 H O含量均不断降低 所以当演化程度很高时其类型难以明确区分 型干酪根 H C和O C原子比介于上述二类之间 属混合型或过渡型干酪根 其生烃潜力视其接近 型或是接近 型而异 型干酪根 H C原子比低 O C原子比高 以芳香结构多为特征 主要来源于富含木质素和碳水化合物的陆生高等植物 多为异地有机质 生油潜力小 但可生成天然气 返回1 回2 返回3 返回1 返回2 干酪根类型及其性质 返回 中科院贵阳地化所按其化合物组成将干酪根分为脂肪族 含芳香脂肪族 含脂肪芳香族和芳香族四种类型 P58b2 5 干酪根各种划分的对照及其地质含义 返回1 元素分析转2再返 P59b2 6 沉积物中细菌的分布 返回 P60b2 7 现代海洋沉积物不溶有机质加热产物 返回 据伊什瓦塔里 R Ishiwatari P61b2 8 以上两表中显示 随着温度的升高 产物的数量相应增加 产物中的低分子成分也逐渐增多 返回 P61b2 9 烃类显著地增长出现在1370m深 65 处 于2200m 90 达到最大值 尔后反而下降 至3 000m 115 基本终止了生油过程 其所以下降 乃是在较高温度下裂解为低分子产物所致 返回 杜阿拉盆地白垩纪地层中烃类的生成与深度和温度的关系 据P Albrechtetc 1976 该盆地生油门限温度为72 生油高峰约为90 生油结束约为150 前图 杜阿拉盆地 相应温度分别为65 90 115 法国阿奎特因盆地细粒碳酸盐岩中C15 烃类生成与温度的关系 LeTran 1972 返回 由图中明显可见 沉积有机质的时代越新 生油门限温度越高 时代越老 门限温度越低 图中时 温线的斜率是由活化能所决定的 图中的虚线是后来依据镜煤反射率提供的信息添加进去的 虚线绘出了油气生成过程开始与结束的界限 在沉积物年轻而地温度梯度较小的盆地 图中的左下方 中 地温达不到门限值 无工业石油生成 在沉积物古老而地温梯度较大的盆地 图中的右上方 中 地温已超过生油门限 即使有油也已破坏 裂解成气 石油生成的时 温关系 据Connan 1974 引自Hunt 1979 1 巴西亚马逊盆地 2 法国巴黎盆地 3 法国阿奎特因盆地 4 西非阿尤恩地区 5 喀麦隆杜阿拉盆地 6 新西兰塔拉纳基盆地 7 法国卡马格盆地 8 新西兰塔拉纳基盆地 9 美国洛杉矶盆地 10 美国文图拉盆地 11 法国阿奎特因盆地 返回 在250 下油酸的热催化产物 返回 P65b2 10 正十六烷热裂解和热催化裂解所需要的时间 据Goldstein 1980 返回 有机质的成岩演化 返回 从生物有机质到干酪根形成示意图 返回 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 据Rice Claypool 1981 图中碳酸盐还原带是生成甲烷的主要生化带 CH4 返回2 返回1 墨西哥湾天鹅岛近代沉积样品分析结果 经碳同位素测定 这些烃的年龄为距今11800 14600 1400年 说明是同生的 由表中还可看出 烃类是靠沥青还原而产生的 另外一些 如在里海海湾 帕雷湾 旧金山湾等 研究也得到了类似的结果 返回 P70b2 12 有机质各组成随深度的变化 据B Durand 1980 1 CO2 H2O 2 油 3 湿气 4 甲烷 5 胶质 沥青质 6 不溶于有机溶剂的有机质 7 可溶于碱的有机质 8 可溶于酸的有机质 虚线表示这些组成可能叠置 返回 近代 古代沉积物和原油中正烷烃的分布 据J E 科珀和E E 布雷 近代 古代沉积物和油层水中脂肪酸的分布 据J E 科珀和E E 布雷 返回2 返回1 作为母质埋深函数的烃类形成的一般模式 据Tissotetc 1974 返回1 返回3 返回2 返回4 1 利比亚锡尔特盆地2 苏门答腊中部 杜里 3 北海 埃科菲斯克 4 阿拉伯湾 加瓦尔 5 阿尔及利亚 哈西 迈萨乌德 6 佛罗里达州 杰伊 7 马拉开波湖 拉马尔 8 苏门答腊中部 米纳斯 9 阿拉斯加 普鲁德霍湾 10 南派斯 27号地区 11 西西伯利亚的气和油 12 洛杉矶 威尔明顿油田 液态窗 的概念 据普西 1973 返回 巴黎盆地下托尔页岩烷烃成分和结构随埋藏深度的变化A 饱和烃成分的演化 B 正烷烃分布的演化 C 异戊间二烯烃与正C18烷 正C17烷演化的比较 Jo Va An Ce Es Do Bo为采样地层代号 返回1 返回3 返回2 下托尔页岩中各有机组分的含量随深度变化图 据Tissotetc 1971 返回 有机质成熟演化的阶段性 返回 P73b2 13 海洋分区剖面图 返回2 陆棚 返回1 1 04 0 37 0 06 加利福尼亚圣华金盆地的北科莱斯 莱维油田该图表明上中新统斯蒂文斯砂岩储集岩中油水界面发生褶皱 这表示上新世末期斯蒂文斯石油已经聚集 据Hardoin 1963 返回 国外已知低熟油气资源的分布 返回 该表为Hunt 1979 对构成天然气组成各种来源主次的排序 天然气组成的来源 返回 P86b2 14 有机质成烃演化阶段划分 返回2 P87b2 15 返回1 各类有机质演化到不同成熟阶段时累积生气量与成煤量的重量比 按我国目前常用术语 该阶段应包括贫煤 无烟煤 据李汶国 1984 各阶段以净煤重为100 返回2 返回1 P88b2 16 天然气成因类型 返回 温度对于甲烷生成数量的影响 据J G Zeikus M R Winfrey 1976 门多塔湖沉积物 图中标明m数为取样深度 室内培养时间为30天 微生物合成甲烷过程中最佳温度为35 42 返回 国内外若干生物成因气成分表 返回1 P92b2 20 返回2 返回 P92b2 21 为估计有75 是生物成因气 25 是从较深处运移上来的热解成因气 据Rice和Claypool 1981 估计远景储量 干酪根成油在热演化过程中的结构 H C原子比值变化与成烃关系图示 据Hunt 1979 返回 1200 时容器严重变形无法计量 据杨天宇王涵云 1984 返回1 返回2 P96b2 22 1吨原油在不同温度下裂解气产率图 据杨天宇王涵云 1984 返回 植物主要有机组分的元素组成 返回 P97b2 23 腐质型有机质成煤过程中成气阶段的划分及相应的煤阶 R0值简表 返回 P99b2 24 腐植型有机质在成煤过程中成气阶段划分及生成气体的一般模式图 据 和 等资料引自 1979略作修改和补充 返回 煤气发生率 m3气 t煤 92 据 补充 返回 P100b2 25 国内外若干煤型气田天然气的化学组成 返回 P101b2 26 我国煤型气甲烷 乙烷 丙烷的 13C值分布 据戴金星等 1985 返回 甲烷在铁 方铁矿缓冲剂平衡条件下的稳定性 据MacDonald 1982 右图表示在较低的温度 逸度值接近铁 方铁矿缓冲剂条件下 甲烷的稳定性比CO2和H2O更好 返回 该表是前人对各类岩浆侵入岩体 基底结晶岩系内 包括矿物包裹体内 地热泉和热液喷出口产出天然气的组成及其同位素测定资料的总结 并与有机成因气加以对比分析 得出的深源无机成因气特征的一些基本认识 深源气藏识别标志 返回 P103b2 27 与有机质演化有关的天然气 烃和非烃 随深度生成模式图 据Hunt 1979 返回 烃类在岩石总量 干酪根和沥青中所占的比例 据Tissot Welte 1978 返回 烃源岩有机碳含量的下限值是很重要的指标 该表中 原地矿部石油地质中心实验室 1980 根据中国陆相泥质生油岩生油条件与有机碳含量的关系 将生油岩有机碳含量的下限定为0 5 但许多地球化学家认为 有机碳最小值为0 4 的细粒页岩也能够产生足以形成工业聚集的石油 而对碳酸盐岩 有机碳最小值可低至0 3 甚至0 1 梁耿刚等均为0 5 中国陆相泥质生油岩生油条件与有机碳含量的关系 据原地矿部无锡中心实验室 1980 返回 P106b2 28 抽提物及总烃的分级标准 据原地矿部石油地质中心实验室 返回 P107b2 29 生油岩评价标准 石油部全国统一标准 返回 P108b2 30 岩样热解分析的记录及应用 Espitalie等 1974 返回 实例 我国松辽盆地白垩系良好的生油岩其最高值可达22 65kg 烃 t 岩石 较好的生油岩为2 17 12 35kg 烃 t 岩石 差的生油岩仅有0 56kg 烃 t 岩石 据 S1 S2 生油岩划分标准 据Tissot 1978 返回 P108b2 31 干酪根元素组成及其类型 返回 注意 选用有机质未成熟 低成熟烃源岩分析 P109b2 32 据Tissot 1978 应用氢指确定生油岩中的有机质类型 Espitalieetc 1977 返回1 去1h2 不同类型干酪根热解特征 据李永康等 1982 返回 P109b2 33 利用苯 正巳烷区分干酪根类型 据F M Thompson 1979 返回 P110b2 34 实验室加热褐煤时反射率随温度而以指数形式升高 据Ting 1975 返回 Ro 随着成熟度增加而升高 其原因主要在于镜质组由被链绞合的缩合芳环束组成 成熟度增加 芳环束结合增大并缩合成更规则的芳香页片 随缩合芳香页片加大 定位排列增强 导致反射率的逐渐升高 并在缩合过程中析出氢形成甲烷 碳酸盐岩有机质演化阶段的划分 据王忠等 1984 返回 P112b2 36 根据镜煤反射率确定的油气带的近似界线 据Tissotetc 1978 返回 有机质成熟作用相 据J M Hunt 1979 返回 P113b2 37 使用热解方法鉴定母岩的成熟度转化率和峰温可用来确定热演化 据Tissot 1978 返回 我国生油岩的Tmax范围 据邬立言 1986 返回 P114b2 38 干酪根从成岩作用阶段到准变质作用阶段的演化图 据Tissot 1978 返回 因干酪根类型不同释放氧与释放氢开始和持续的时间不同 型干酪根开始得早持续时间长 型干酪根开始得晚 持续时间短 释放氢 型干酪根开始得早 持续时间长 这表现出三种干酪根产烃性质和潜力不同 成油门限值也不同 释放氧 三种类型干酪根各产烃带开始时的元素组成 返回 P116b2 39 型干酪根 巴黎盆地下托森 撒哈拉志留系 演化的红外光谱 据Tissot 1978 返回 成岩作用阶段 是O C原子比明显降低和H C原子比微弱降低 主要表现为含氧官能团 C O 逐渐消失 1770cm 1吸收峰从 到 减弱 深成作用阶段 型干酪根 H C原子比从1 25降到0 5 O C原子比降到0 05 红外光谱的特征是 脂键逐渐减少 2960cm 1 1460cm 1 1380cm 1吸收峰减弱 芳核 CH的吸收峰从930cm 1移到700cm 1 准变质作用阶段 对于 型干酪根 H C原子比 0 5 这时脂键和C O键完全消失 只剩下芳核C H键 C O 轻烃类型与温度的关系 返回 该表可见 埋深相当温度41 时 轻烃以芳烃为主 相当于生油岩之未成熟阶段 埋深相当温度66 轻烃以环烷烃为主 103 轻烃以烷烃为主 环烷烃和烷烃为主的阶段即相当于生油岩之成熟阶段 埋深相当温度195 轻烃中烷烃占66 以上 此时烃类多裂化成气态烃 即相当于生油岩的成气阶段 包括湿气和干气 P116b2 40 近代 古代沉积物和原油中正烷烃的分布 返回 现代沉积物中奇碳正烷烃 偶碳正烷烃 古代沉积物中奇碳正烷烃略 偶碳正烷烃 石油中两者几乎相等 据干酪根分析所得各成熟标志的对应情况 返回 据沥青的组成和丰度所得各成熟标志的对应情况 据B Durand 返回 石油 天然气和生油岩对比时要研究的内容 据Tissotetc 1978 返回 威利斯顿盆地三种类型的原油和它们各自的生油岩抽提物正烷烃分布曲线 据J A Williams 1974 图上可见 三种原油 其正烷烃分布曲线明显不同 而各类原油与其源岩抽提物的正烷烃分布曲线却十分相似 证明了不同原油同其母岩的亲缘关系 返回 德国西北部原油异戊二稀型烷烃分布状况示意图 由图可见 左 中两油样相异 右 中两油样相似 据此 再结合地质资料便可推断母岩了 返回 威尔特采用15 21个碳原子异戊二烯型烷烃分布特征作对比标志 以C19 姥鲛烷 为100 将这7种分子的相对含量绘图 中 右相似 西德弗斯特油田石油与生油岩C27 环状化合物的对比 据Welte 自左向右分别代表胆甾烷 麦角甾烷 埃第安烷 谷甾烷 藿烷和可能的羊毛甾烷 返回 中侏罗统产油 在中 下侏罗统共有三个页岩层为可能生油岩 原油成分配对对比 返回 图中的红线是具有相同母岩的挪威北海油样A与油样B的R值曲线 绿线是毫无相干的北海油样A与美国犹他州油样C的R值曲线 0 11 02 03 04 0 比率 配对成分 R 储集层充注作用 a 石油从有效烃源岩的生油区运移出来 并进入图右所示的圈闭内 b 在初期充注过程中 最粗的层系先被石油充注 由于储集层范围内的连通性差 大范围的混合作用不可能发生 c 和 d 油柱高度增加 使储集层岩石的其它部分 并非全部 被石油饱和 返回 规则的异戊二烯类化合物 返回 五环三萜烷 五升藿烷骨架结构和碳原子排列顺序 萜 实际上是一种环状的异戊二烯类化合物 它的碳骨架是由两个或更多个异戊二烯结构单元以头尾相连的形式组成的 凡是由两个异戊二烯结构单元 即10个碳原子 组成的化合物 就叫单萜 由三个异戊二烯结构单元 即10个碳原子 组成的化合物 就叫倍半萜 由四个异戊二烯结构单元 即20个碳原子 组成 就叫二萜 由六个异戊二烯结构单元 即3O个碳原子 组成的就叫三萜 以此类推 返回 甾烷的基本骨架及碳原子排列顺序 甾 是一个像形字 甾族化合物的共同特征是包含有一个四环的碳环结构 可以看成是一部分 或完全 氢化的菲与一个环戊烷稠合的碳环 同时还具有三个侧链 甾的骨架结构在A B环和C D环之间都有一个角甲基 C 10 C 13 而在环戊烷基上 C 17 带有一个侧链 返回 实验 TTI值的计算及应用 依据石油成因的现代概念 促使有机质演化成烃的诸因素中 温度和时间是最主要的因素 有机质成熟度的增加与温度成指数关系 且成熟度随时间成线性增加 成熟度对有机质的影响是叠加的 不可逆的 有机质的成熟度实际上是其埋藏所经历的地史时期成熟度累加的总和 据此 洛帕廷 N V Lopatin 1971 提出了用时间 温度指数 TTI 表示成熟度的方法 这个方法经D W Waples 1980 的发展 在油气勘探中已被广泛应用 看教材P123 125文具 1 TTI值计算反映有机质成熟度的基本公式所谓有机质成熟度 是指有机质被埋藏后所经历的时间内因增温效应而发生的变化 其公式可以表示为 i Ti i Ti rin式中 i代表i温度间隔内达到的成熟度 为温度因子 为温度每升高10 时增加的成熟度比率 rn T为时间因子 T代表产生i温度间段的沉积所对应的时间 或表示为 TTI Tn rn 鉴于成熟度对有机质的影响是叠加的 不可逆的 所以某烃源岩有机质的总成熟度实际上是每个温度间隔段所获得成熟度的总和 故式中nmax和nmin是所经历的最低和最高的温度间隔段 2 TTI值的计算方法和步骤第一步作埋藏史曲线图 图h1 首先根据钻井或地震剖面的地层划分数据 读出各地层单元的埋藏深度 同时通过钻井所取得的古生物或样品的绝对年龄测定 确定各地层界线的绝对年龄 然后以绝对年龄 以百万年为单位 为横坐标 以深度为纵坐标 依次画各时代地层的底面在各沉积阶段完结时的埋藏深度 包括均匀下沉 上升和侵蚀准平面 与所经历年代的坐标曲线 折线 以年代的纵向区间分段 在区间内各时代地层的埋藏史曲线 折线段 应是平行的 将区间的曲线 折线段 依次相连 即可作出某地层单元的埋藏史曲线图 图h1 第二步划等温栅格线先计算出现今的地温梯度 地温梯度 井下实测温度 地表温度 深度 并假定其所经历的整个地史时期中地温梯度和地表温度都保持不变 然后根据地温梯度即可换算出所需任一深度的地温 再以10 为间隔在埋藏史图上画等温栅格线 该图即为地质学模型图 图h2 第三步绘制TTI值计算表从埋藏史剖面上读取各层段在各等温栅格线内停留的时间 Tn填入表中 以100 110 间隔为基数 指数n 0 其它温度间隔的指数在此基础上每少10 减小1 每升高10 增加1 如表 然后根据前面给出的公式算出各温度间隔内研究目的层的成熟度增量 TTI Tn rn 和自其开始沉积直到现今各层段的累加TTI值 总成熟度 前图中A层的TTI值计算结果 见表 第四步TTI值的解释和应用计算出TTI值后 要赋予它特定的成熟度含义 才能用之以确定成熟度 为此 必须将TTI值与常用成熟度指标 镜质体反射率 RO 或热变指数 TAI 进行对比 Waples根据对31个地区402个样品的分析对比 提出了与有机质演化和油气生成及保存各主要阶段对应的TTI值 如表所列 必须指出 TTI值计算 建立地质模型是基础 若存在区域性不整合时 地质模型的准确性 在很大程度上取决于剥蚀厚度的定量估算 特别是不整合面多 剥蚀厚度欠准确的地区 就直接影响到地质模型的准确性 在计算时 还要注意 自抬升降温开始 直到沉降使烃源岩有机质成熟度达到抬升前曾经达到的最大成熟度等效值 累加TTI值中这段时间间隔内的TTI值应当扣除 此外 今古地温不一致 也可能给TTI值计算带来误差 对于连续沉积的地质剖面 利用钻井或地震勘探提供的地层系统 厚度和年代 就可用之编制地质模型 方法简便 在缺乏地球化学分析资料的地区 可用于预测可能的烃类产物性质 该方法正愈来愈广泛地被采用 实习 图中A B C层 以A层为例 它是早白垩世的沉积 A层之底是125百万年前的沉积表面 深度为0米 自这套沉积物开始沉积以来 由左往右的沉积发展史经历