石油天然气地质2-5天然气成因类型

1,石油天然气地质与勘探,主讲人：张传河中国石油大学胜利学院,2,油气成因概述油气生成的原始物质油气生成的地质环境与物理化学条件有机质成烃演化模式天然气的成因类型及特征烃源岩特征与油源对比,第二章石油和天然气的成因,石油天然气地质与勘探,3,第三节油气生成的地质环境与理化条件,一、油气生成的地质环境二、促使油气生成的理化条件,4,第四节有机质成烃演化模式,一、有机质向油气转化的阶段二、低熟油与煤成油形成理论,5,6,一、天然气成因类型概述二、有机成因气三、无机成因气四、非烃类气体成因五、不同成因类型天然气的识别,第五节天然气的成因类型及特征,7,天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶性。,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。,两大类：有机成因气、无机成因气,一、天然气成因类型概述,无机成因气：根据来源分：宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气,有机成因气：按有机质类型腐殖型气、腐泥型气按热演化阶段生物气、热解气、裂解气腐泥型有机质的热解气和裂解气称为油型气；腐殖型有机质(包括煤)的热解气和裂解气称为煤型气,天然气成因综合分类（戴金星、徐永昌等，1997）,10,（一）、有机成因气形成机理,热解作用：温度作用下有机质降解成烃，大分子烃热裂解成更小分子烃。,生物化学作用：主要指产甲烷菌利用二氧化碳、氢、甲酸、醋酸和甲醇等形成甲烷的过程。,力化学作用：构造作用引起的机械能（压力）作用于有机质，直接参与有机质分解的化学键断裂，即力化学作用。,二、有机成因气,11,催化作用：粘土矿物作为催化剂在有机质成烃演化过程中可加速成烃化学反应速度，并降低了反应的活化能，使有机质在低温阶段形成烃类。,加氢作用：与烃类相比，有机质贫氢富杂原子，通过加氢可形成气态烃；氢主要来源于不饱和环状单元的缩聚作用。,12,脱基团作用：脂肪酸脱羧基形成烃类，氨基酸脱氨基和羧基形成烃类,缩聚作用：具两个或两个以上官能团的物质相互作用，在形成大分子同时形成小分子气态烃的过程,（二）、有机成因气的主要类型,依据有机质的类型有机成因气分,按热演化阶段分,腐泥型气、腐殖型气,生物气、热解气、裂解气,腐泥型有机质的热解气和裂解气合称油型气,腐殖型有机质的热解气和裂解气合称煤型气,14,15,腐泥型生物气腐殖型生物气,1.生物气,在低温（75）、还原条件下，由微生物（厌氧细菌）对沉积物有机质进行生物化学降解所形成的富含甲烷气体。,依有机质类型分,又称生物化学气、生物成因气、细菌气、沼气,16,商业性烃类天然气聚集主要有两种成因类型：生物成因气：占世界天然气资源的20%。热成因气：有机质在较高温度下热降解和裂解作用生成的。占商业性天然气聚集的80%,17,我国典型生物气气田：柴达木盆地东三湖地区，埋深1400米，气藏温度60，第四系砂岩储层，C1/C2=1001000，13C100或数百以上甲烷：富集轻的碳同位素12C，13C低（-55100），多数在-60-80。甲烷：D低（-250150）。腐殖型生物气D：210280；腐泥型生物气D：-150-210。有热解气混入以及厌氧氧化时，同位素可变重气藏埋藏浅（一般环烷烃正烷烃，烯烃最不稳定；芳香烃在低中温(250300)时，自由能超过环烷烃和正烷烃，而在高温条件下则相反。在极高温条件下，芳香烃高度缩合，是最稳定的。,油型气演化方向：从石油伴生气凝析油伴生气热裂解气和高度碳化的石墨,油气的演化服从中低温状态下的规律，即碳数相同的烃类自由能：芳香烃环烷烃正烷烃正烷烃稳定，芳香烃最差,（2）油型气特点,主成气母质：腐泥型、腐腐泥型有机质；热演化阶段：RO大于0.5%,湿气，重烃气含量可达2050%，C1/C2+小（410）13C1低（-55-45），DC1低（-300-180）iC4/nC4比值明显小于1，随有机质成熟度，iC4/nC4，在生油窗约为0.70.8,各种油型气是在干酪根不同热演化阶段的产物，其化学成分不同,1）石油伴生气：,C2+较多，C1/C2+小（1020）；13C1（-50-40），DC1（-250-150），比石油伴生气偏重。,2）凝析油伴生气,以甲烷为主，重烃气极少（12%）；C1/C2+=20100；13C1-35-40,3）裂解干气,由1）2）3）：C2+，CH4；13C1、DC1变重,我国若干油型气的组成特点（陈荣书，1989）,34,油型气分布很广，在含油气盆地中只要发现了油藏，都有可能找到数量不等的油型气。它们可以呈不同状态存在。石油伴生气或呈游离气顶、或呈溶解气状态与油藏伴生，多分布在盆地的中深部，深约15003500m。,35,与煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)热演化有关的天然气，称为煤型气或煤成气。包括成熟、高成熟及过成熟阶段生成的天然气,3.煤型气,煤型气、煤成气和煤层气的差异：煤成气原指煤层在煤化过程中所生成的天然气；也可理解为煤型气的同义语。煤层气是指以吸附状态存在于煤层中的煤成气。,36,（1）煤型气的形成阶段,煤型气的原始有机质，主要来自各种门类植物的遗体，不同时代参与成煤作用的植物门类不同。志留纪以前，以藻菌类植物为主，仅形成腐泥煤。志留纪开始出现陆生植物，石炭纪以来，陆生高等植物成为成煤原始有机质的主要来源。这些有机质（主要为碳水化合物和木质素）若大量堆积，随着埋深的增加，经泥炭化及煤化作用或成岩作用，可演变成不同煤阶的煤或腐殖型（型）干酪根。煤层或腐殖型干酪根在化学成分及结构上以含带许多烷基侧链和含氧官能团的缩合多核芳香核为主，在热演化过程中以产气态烃为主。,37,氧气有限，随着埋深的增加，经泥炭化及煤化作用，可演变成不同煤阶的煤；呈分散状态伴随矿物质一起沉积下来，随着埋深的增加，经成岩作用则形成腐殖型(型)干酪根。,原始有机质：陆生高等植物为主，有机组成主要是碳水化合物及木质素。,（1）煤型气的形成阶段,38,煤层或腐殖型干酪根以含带许多烷基侧链和含氧官能团的缩合多核芳香烃为主，所以，热演化中以产气态烃为主。煤化过程不同阶段，形成的产物组成有所不同。,两种类型：,煤型热解湿气煤型裂解干气,腐植型有机质煤化过程的阶段与成气模式,1.泥炭褐煤早期阶段：Ro0.4%,地温小于75，相当于生物化学生气阶段；2.褐煤中期长焰煤阶段：形成的气主要为CO2和CH4，含少量重烃，为成岩和热解作用形成；3.气煤瘦煤阶段：主要形成煤型湿气和煤型油，有时重烃气含量超过甲烷；4.贫煤-无烟煤阶段：形成以甲烷为主的煤型干气。,煤中不同显微组分生烃模式,煤气发生率：从泥炭阶段到某一煤阶，每吨煤所生成的烃类气体的总量（体积）,视煤气发生率：从褐煤到某一煤阶，每吨煤所生成的烃类气体的总量（体积）,与有机组分的性质和丰度、煤阶、实验条件和计算方法等因素有关。,在表示煤型气产率的大小时，常用煤气发生率或视煤气发生率来表示。,（2）煤型气的主要特点,1）主要分布于含煤盆地和煤系地层发育的盆地。,2）原始母质：煤及煤系中的型干酪根,3）烃气为主，主要为甲烷气,4）煤化过程不同阶段，形成的产物组成有所不同,5）甲烷13C一般在-25-42。13C1随RO增大而增大。相同RO时，煤型气13C1大于油型气13C1。,6）与煤型气一起形成的凝析油中，常含有较高的苯、甲苯以及甲基环己烷和二甲基环戊烷。,7）常含汞蒸气，一般含量超过700毫微克/米3,43,国内外若干煤型气的组成（据陈荣书，1989）,1959年在荷兰北部发现格罗宁根大气田，并在查明了二叠系赤底统风成砂岩中巨大天然气聚集来自中石炭统煤系地层以后，煤型气开始被人们所重视。后来，在北海盆地南部发现十几个大气田，探明总储量逾4.51012米3，成为世界第二大产气区。从此，俄、美、澳等许多国家普遍注意在含煤盆地中寻找煤型气气藏。在煤炭资源极丰富的德国，探明的煤型气储量占天然气总储量的93%。我国有着丰富的煤炭资源，煤型气是我国天然气勘探的重要领域。,45,中国大气田一览表,Q1、Q2,Q1、Q2,46,指来源于非有机物质的气体，主要是由岩浆活动、变质作用、无机盐类分解等产生的气体。它包括地球深部岩浆活动、变质作用、无机矿物分解作用、放射作用以及宇宙空间所产生的气体。非烃气主要来自无机作用。也有很多迹象表明，甲烷也有无机成因来源。,三、无机成因气,47,1、无机成因气的类型,幔源气直接来源于地壳深部及上地幔的气体。火山气与火山作用有关，包括喷出气、高温气、温泉气岩浆岩气岩浆岩中化学作用生成的气体。变质岩气变质岩中化学作用生成的气体。宇宙气宇宙空间核反应、放射性反应及化学反应生成气无机盐类分解气沉积岩中无机盐分解产生的气体，如碳酸盐分解产生的CO2气体、硫酸盐还原产生的H2S气体等。,48,与深大断裂活动有关，常沿深大断裂运移至浅层，或沿结晶岩与沉积岩之间的不整合进入紧邻结晶岩的沉积岩中，聚集成藏。构造活动单元，特别是古老地层更有可能分布无机成因气。,2、无机成因气的分布,49,3、无机成因气的成分,（1）非烃气,种类较多，包括CO2、CO、N2、H2以及He、Ar和Ne等惰性气体；以CO2、N2、H2O等气体为主。,幔源气体氦同位素丰度3He/4He比值高，为空气中的3He/4He比值的8倍。,无机成因的CO2的碳同位素13C一般在-80，最高可达27,50,甲烷为主，C2+很少；甲烷的碳同位素丰度13C1-20；烃类为主的气藏很少，在烃类为主的气藏或含烃类气体的气藏中，烃气以CH4为主，即干气。,（2）烃气,13C-20，3He/4He8RA无机成因气的标志。,3、无机成因气的成分,实例1：济阳坳陷滨南地区某油气田1）下第三系气藏：CO2含量63-66%，其余为CH4等气体。2）滨古11井奥陶系气藏（深2240米）CO2达97.3%这里CO2不可能只靠地层正常埋藏产生的地温而形成，而是喜山期岩浆同石灰岩接触引发高温，导致碳酸盐分解所致。,实例2：匈牙利潘农盆地米哈伊气田不整合覆盖在结晶基岩之上的第三系砂层，产出天然气中CO2含量达95%，CH4仅4.5%，可能来自结晶基岩深处。CO2可能是岩浆活动直接产生的。其中13C98%，干气；重烃含量低。低