石油和天然气的成因_石油天然气地质与勘探ppt课件

1、第二章第二章第二章第二章石油和天然气的成因石油和天然气的成因石油和天然气的成因石油和天然气的成因石油天然气地质与勘探石油天然气地质与勘探石油天然气地质与勘探石油天然气地质与勘探第一节第一节第一节第一节油气成因概述油气成因概述油气成因概述油气成因概述第二节第二节第二节第二节生成的油气的原始物质生成的油气的原始物质生成的油气的原始物质生成的油气的原始物质第三节第三节第三节第三节油气生成的地质环境与理化条件油气生成的地质环境与理化条件油气生成的地质环境与理化条件油气生成的地质环境与理化条件第四节第四节第四节第四节有机质成烃演化模式有机质成烃演化模式有机质成烃演化模式有机质成烃演化模式第五节第五节第五

2、节第五节天然气成因类型及特征天然气成因类型及特征天然气成因类型及特征天然气成因类型及特征第六节第六节第六节第六节烃源岩特征与油源对比烃源岩特征与油源对比烃源岩特征与油源对比烃源岩特征与油源对比一、油气成因有争议的缘由一、油气成因有争议的缘由二、两大成因学派二、两大成因学派三、油气无机成因说三、油气无机成因说四、油气有机成因说四、油气有机成因说五、两种成因学说的主要证据五、两种成因学说的主要证据 油气成因、油气藏构成、油气分布规律，是石油地质学的三大研讨课题，而油气生成是其中的根本性问题。要进展油气勘探任务，需求选择有利的勘探区和有利层位，首先必需处理盆地的油气生成问题。 油气成因问题，在原始物

3、质、客观环境及转化条件等方面，长期存在争论。一、油气成因有争议的缘由一、油气成因有争议的缘由 1.油油气气是是流流体体，可可运运移移，非非原原地地矿矿藏藏，即即产产油油气气地地生生油油气气地地。2.化化学学成成分分复复杂杂。3.原原始始母母质质油油气气？4.涉涉及及学学科科多多。根据在生油气原始物质问题上观点的差异，分：根据在生油气原始物质问题上观点的差异，分：无机成因说无机成因说无机成因说无机成因说有机成因说有机成因说有机成因说有机成因说无机成因说：无机成因说：石油及天然气是在地下深处高温、高压条件下由无机物通过化学反应形成的 。无机物（无机物（C、H 、O、Fe）油气油气有有机机成成因因说

4、说：油气是在地球上生物起源之后，在地质历史发展过程中，由保存在沉积岩中的生物有机质逐步转化而成。生生物物有有机机质质油油气气一泛宇宙说一泛宇宙说二地球深部的无机合成说二地球深部的无机合成说（一）泛宇宙说（一）泛宇宙说 包包含含烃烃类类在在内内的的有有机机化化合合物物是是在在宇宇宙宙天天体体的的无无机机演演化化过过程程中中形形成成的的，在在地地球球形形成成时时就就包包含含有有有有机机物物。1索可洛夫索可洛夫（1889）：）：宇宙说宇宙说前苏联，库德梁采夫库德梁采夫（1949）：）：岩浆说岩浆说2. T.Gold（1993）：地幔脱气说地幔脱气说（二）地球深部的无机（二）地球深部的无机合成说合成说

5、油气是在地球的深处，由于高温、高油气是在地球的深处，由于高温、高压和催化剂的作用下压和催化剂的作用下由由H2O、CO2、H2等简等简单无机物反应形成的。单无机物反应形成的。门捷列夫门捷列夫（1876）：）：碳化物说碳化物说切卡留克切卡留克（1971）：）：高温生成说高温生成说耶兰斯基耶兰斯基（1971）：）：橄榄石蛇纹石化生油说橄榄石蛇纹石化生油说RRobinson（1963，1966）：费费-托地质合成说托地质合成说早期有机成因论早期有机成因论晚期有机成因论晚期有机成因论1.1. 十八世纪中叶，十八世纪中叶，罗蒙诺索夫罗蒙诺索夫：蒸馏说：蒸馏说“石油是煤在地下高温蒸馏的产物。石油是煤在地下高

6、温蒸馏的产物。2.2.二十世纪二十世纪二十年代初期，二十年代初期，维尔纳茨维尔纳茨地球化学概论和生物圈地球化学概论和生物圈详细论述了详细论述了石油的有机组成石油的有机组成和和石油有石油有机成因的主要依据机成因的主要依据，提出了碳循环的模式。，提出了碳循环的模式。3. 3. TreibsTreibs（19331933）：卟啉化合物卟啉化合物的发现和证的发现和证实实石油有机成因重要依据石油有机成因重要依据。4.4.19321932年年古勃金古勃金提出提出“混成说混成说” ：早期有机成因说早期有机成因说5. 5. 20世纪世纪50年代，年代，美国美国P.V.Smith P.V.Smith ；前苏前苏

7、联联B.B.B.B.维维尔尔别：别：现代海洋沉积物中类原油烃类现代海洋沉积物中类原油烃类化合物的分离鉴定化合物的分离鉴定有机成因早期生油说有机成因早期生油说6. Bray等等(1961)：正烷烃的奇偶优势研究正烷烃的奇偶优势研究批判了沉积有机质直接成油说批判了沉积有机质直接成油说7. 阿贝尔松（阿贝尔松（P.H.Abelson） (1963) ：干酪根热解成油说（有机成因晚期成油说）干酪根热解成油说（有机成因晚期成油说）8. Phillippi等等(1965) ：生油门限生油门限8. 70年代初，法国著名地球化学家年代初，法国著名地球化学家 Tissot 等等建立了建立了干酪根热降解生烃演化模

8、式干酪根热降解生烃演化模式，提出，提出并完善了并完善了干酪根晚期生烃学说干酪根晚期生烃学说，总结了油气，总结了油气形成、演化与分布规律。形成、演化与分布规律。19731973年，年，PuseyPusey： “ “地温窗和地温窗和“液态窗液态窗2020世纪世纪8080年代以来：年代以来：“未未低成熟石油；低成熟石油； 煤成烃实际煤成烃实际堆积有机质馏分的深部热演化方式堆积有机质馏分的深部热演化方式一、生物有机质一、生物有机质二、堆积有机质二、堆积有机质三、干酪根三、干酪根一生物有机质类型生物体的有机组分一生物有机质类型生物体的有机组分0.51.50.51384.5石石油油芳芳香香族族化化合合物物

9、，抗抗腐腐能能力力强强，来来自自高高等等植植物物。主主成成煤煤。另另：天天然然气气、芳芳烃烃。0.30.131.6563木木质质素素糖糖类类（葡葡萄萄糖糖、麦麦芽芽糖糖、淀淀粉粉、纤纤维维素素）。易易水水解解难难保保存存，非非主主成成油油物物质质。可可成成煤煤、气气、芳芳烃烃。/50644碳碳水水化化合合物物氨氨基基酸酸聚聚合合物物，较较利利于于生生油油。低低C数数烃烃和和含含N化化合合物物主主要要来来源源。17122753蛋蛋白白质质包包括括：脂脂肪肪、有有机机酸酸、甾甾萜萜类类、蜡蜡、色色素素等等。主主要要来来自自：低低等等植植物物（菌菌藻藻）、动动物物中中。主主生生油油母母质质。/212

10、76类类脂脂化化合合物物0.51.50.51384.5石石油油芳芳香香族族化化合合物物，抗抗腐腐能能力力强强，来来自自高高等等植植物物。主主成成煤煤。另另：天天然然气气、芳芳烃烃。0.30.131.6563木木质质素素糖糖类类（葡葡萄萄糖糖、麦麦芽芽糖糖、淀淀粉粉、纤纤维维素素）。易易水水解解难难保保存存，非非主主成成油油物物质质。可可成成煤煤、气气、芳芳烃烃。/50644碳碳水水化化合合物物氨氨基基酸酸聚聚合合物物，较较利利于于生生油油。低低C数数烃烃和和含含N化化合合物物主主要要来来源源。17122753蛋蛋白白质质包包括括：脂脂肪肪、有有机机酸酸、甾甾萜萜类类、蜡蜡、色色素素等等。主主要

11、要来来自自：低低等等植植物物（菌菌藻藻）、动动物物中中。主主生生油油母母质质。/21276类类脂脂化化合合物物主主要要特特征征NSOHC元元素素%主主要要特特征征NSOHC元元素素%随无机质点一起沉积并保存下来的那部分生物有机质，称沉积有机质沉积有机质，又叫地质有机质地质有机质。沉积有机质的来源：沉积有机质的来源：原地有机质原地有机质、 异地有机质异地有机质 、再沉积有机质再沉积有机质总量很大，分布很不均衡总量很大，分布很不均衡。1.1.1.1.沉积有机质的沉积有机质的沉积有机质的沉积有机质的分布分布分布分布特点特点特点特点不同岩性中分布不均匀。不同岩性中分布不均匀。泥质岩多：泥质岩多：2.1

12、%；砂岩；砂岩0.05%；碳酸盐岩；碳酸盐岩0.29%。不同地质时代不均衡。不同地质时代不均衡。总趋势：总趋势：地层越老地层越老，保存的沉积有机质，保存的沉积有机质越少越少。2 2、影响沉积有机质丰度的因素影响沉积有机质丰度的因素沉积物中富含有机质的地质条件：沉积物中富含有机质的地质条件：长期稳定下沉大地构造背景；长期稳定下沉大地构造背景；较快的沉积（堆积）速度；较快的沉积（堆积）速度；足够数量和一定质量的原始有机质；足够数量和一定质量的原始有机质；温暖湿润、低能还原性岩相古地理环境温暖湿润、低能还原性岩相古地理环境浅海封闭环境，半深深湖、前三角洲浅海封闭环境，半深深湖、前三角洲滨海滨海浅海（

13、陆棚）浅海（陆棚）半深海（陆坡）半深海（陆坡） 深海（深海平原）深海（深海平原）高能环境海水高能环境海水进退频繁进退频繁沉积物粗沉积物粗不利于繁殖、不利于繁殖、堆积和保存堆积和保存水体营养丰富，水体营养丰富，阳光充足阳光充足水体较安静水体较安静生物大量繁殖生物大量繁殖最有利最有利水体营养不足水体营养不足生物不发育生物不发育生物遗体下沉经历巨厚水体生物遗体下沉经历巨厚水体大部分遭到破坏，大部分遭到破坏，陆源有机质很少陆源有机质很少我国主要大型陆相湖盆的发育特征我国主要大型陆相湖盆的发育特征于成岩过程中埋藏，并经一系列改造可溶性有机质可溶性有机质（可溶性沥青）：（可溶性沥青）：烃，含烃，含N.S.

14、O化合物化合物原始原始OM不溶性有机质不溶性有机质：干酪根干酪根（占（占A总量的总量的7090%或更多）或更多）新生沉积有机质（新生沉积有机质（A）A：干酪根：干酪根：是指沉积岩中不溶于碱、非氧化性酸（HF、HCI）、非极性有机溶剂（CCl4、CHCl3、苯、酒精）的分散有机质。1.1.干干酪酪根根的的构构成成及及演演化化 图：干酪根数量与化工燃料最大资源的比较图：干酪根数量与化工燃料最大资源的比较2.干酪根的分布干酪根的分布复杂高分子聚合物，无固定化学成分复杂高分子聚合物，无固定化学成分。C12H12ON0.16S0.43X3.3.干酪根结构和化学组成干酪根结构和化学组成（1 1）干酪根的化

15、学成分）干酪根的化学成分干酪根的元素干酪根的元素含量分布含量分布( (据据B.Durand B.Durand & & J.C.Monin,19J.C.Monin,198080，修正，修正) ) 横座标：横座标：元素含量元素含量/ /样样品分量，品分量，% %； 纵座标：频率，纵座标：频率，% %。N-N-样品数；样品数；m-m-平均值；平均值；a-a-碳；碳；b-b-氢；氢；c-c-氧；氧；d-d-有机硫；有机硫；e-e-氮氮2）核由）核由24个基本砌块组成。个基本砌块组成。3）基本砌块一般包含两层芳香族片状体。）基本砌块一般包含两层芳香族片状体。每个芳香簇片状体中含10个的缩

16、合芳香簇的环状化合物和少量的含N、S、O杂环化合物。片状体直径10A，两层片状体层间距为3.4-8A。（2 2）干酪根结构）干酪根结构1）干酪根干酪根由由核核和和链桥链桥交联而成。链桥一般为脂肪链、交联而成。链桥一般为脂肪链、含硫、或含氧官能键，核和链桥表面可有些官能团。含硫、或含氧官能键，核和链桥表面可有些官能团。-O-S-C-O-C-O-O-O-CH3-OH-C-OHO醚硫化物酮酯羧基羟基甲氧基-O-S-C-O-C-O-O-O-CH3-OH-C-OHO醚硫化物酮酯羧基羟基甲氧基绿河页岩干酪根构造图绿河页岩干酪根构造图解解 ( (据法据法B.P.TissotB.P.Tissot等，等，197

17、8)1978)A-A-微弱演化；微弱演化；B-B-剧烈演剧烈演化化干酪根的结构呈干酪根的结构呈三维网状系统，由多三维网状系统，由多个核被桥键和各种官个核被桥键和各种官能团联接而成。能团联接而成。黄县褐煤有机质构造模型秦匡宗等，黄县褐煤有机质构造模型秦匡宗等，19901990重量百分比 原子比 干酪 根类型 盆地或地区 层位 C H O N S H/C O/C 1 泌阳 南阳 大庆 尤因塔盆地 渐新统核桃园组 渐新统核桃园组 下白垩统青山口组绿河页岩(E2) 63.14 62.96 79.9578.4 8.68 8.71 9.21 9.6 13.54 11.33 3.61 8.6 1.36 0.

18、86 0.7 2.7 1.68 1.66 1.39 1.44 0.16 0.14 0.03 0.12 2 泌阳 南阳 大庆 抚顺 渐新统核桃园组 渐新统核桃园组 下白垩统青山口组 下第三系油页岩 76.55 77.85 72.40 75.65 8.85 8.49 8.06 9.04 12.91 7.86 7.65 11.56 2.03 1.54 2.40 1.35 1.37 1.32 1.34 1.43 0.13 0.08 0.08 0.12 南阳 抚顺 茂名 巴黎盆地 渐新统核桃园组 下第三系油页岩 下第三系油页岩 下托阿尔统 74.47 71.82 73.74 72.7 7.78 7.94

19、 8.22 7.9 19.86 15.95 13.30 12.5 1.89 2.73 2.69 2.1 1.56 2.05 4.8 1.25 1.33 1.34 1.30 0.20 0.17 0.14 0.13 1 鄂尔多斯 鄂尔多斯 三叠系延长统 三叠系延长统 68.28 79.47 5.47 5.55 13.01 9.23 0.96 0.84 0.14 0.09 2 鄂尔多斯 抚顺 茂名 杜阿拉盆地 侏罗系延安统 下第三系次烟煤 下第三系褐煤 上白垩统 77.56 69.62 70.54 72.8 5.08 5.39 5.45 6.01 15.04 21.03 20.21 18.9 3.4

20、3 2.83 2.28 0.53 1.01 0.79 0.93 0.92 0.99 0.15 0.23 0.22 0.19 我国某些陆相油源层中干酪根元素组成(胡见义，黄第藩，1991) 组 分 亚 组 分 无定形絮状，团粒状，薄膜状有机质 腐泥组 藻质体 孢粉体孢子、花粉、菌孢 树脂体 角质体 木栓质体 壳质组 表皮体 结构镜质体 镜质组 无结构镜质体 惰质组 丝质体 以透射光为根底的干酪根显微组分分类 各显微组分的来源及生油潜力各显微组分的来源及生油潜力丝炭化的木质纤维，来源于森林火灾、再沉积有机质，相对富O惰质组惰质组植物的结构和无结构木质纤维，来自高等植物镜质组镜质组陆生植物的孢子、花

21、粉、角质层、树脂、蜡和木栓层等，相对富H壳质组壳质组反反射射率率增增高高生生油油潜潜力力降降低低藻类和其它低等水生生物及细菌。腐泥化产物，相对富H腐泥组腐泥组反射反射率率生油生油潜力潜力原始有机质原始有机质显微组显微组分分丝炭化的木质纤维，来源于森林火灾、再沉积有机质，相对富O惰质组惰质组植物的结构和无结构木质纤维，来自高等植物镜质组镜质组陆生植物的孢子、花粉、角质层、树脂、蜡和木栓层等，相对富H壳质组壳质组反反射射率率增增高高生生油油潜潜力力降降低低藻类和其它低等水生生物及细菌。腐泥化产物，相对富H腐泥组腐泥组反射反射率率生油生油潜力潜力原始有机质原始有机质显微组显微组分分 镜质组镜质组主要

22、存在于、型干酪根中，其反射率（主要存在于、型干酪根中，其反射率（RoRo）可以可以反映成岩作用强度。反映成岩作用强度。泥炭泥炭褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤Ro：0.5%0.5%1.0-1.5%2.5%后来将后来将RoRo引入烃源岩研究中，用以反映有机质向油气引入烃源岩研究中，用以反映有机质向油气转化程度。例如：型干酪根转化程度。例如：型干酪根Ro：0.5%0.5-1.3%1.3-2.0%2.5%有机质未熟有机质未熟成熟成熟高熟高熟过熟过熟藻类体腐泥组800 孢子体孢子体1来自菌类，来自菌类，反射荧光下察看，反射荧光下察看，600 角质体壳质组角质体壳质组 800 木栓体壳质木栓体壳质组组 60

23、 构造镜质体构造镜质体1多无荧光多无荧光胶质镜质体胶质镜质体丝质体惰质组丝质体惰质组 亮点：无机矿物亮点：无机矿物5干酪根的分类干酪根的分类 根根据据原原始始生生物物和和成成矿矿方方向向的的不不同同，有有机机质质分分：有有机机质质类类型型原原始始生生物物主主要要成成矿矿方方向向腐腐泥泥型型有有机机质质富富含含类类脂脂的的孢孢子子和和水水生生浮浮游游生生物物石石油油、油油页页岩岩、腐腐泥泥煤煤腐腐殖殖型型有有机机质质富富含含木木质质素素、纤纤维维素素的的陆陆生生高高等等植植物物甲甲烷烷气气、腐腐殖殖煤煤有有机机质质类类型型原原始始生生物物主主要要成成矿矿方方向向腐腐泥泥型型有有机机质质富富含含类

24、类脂脂的的孢孢子子和和水水生生浮浮游游生生物物石石油油、油油页页岩岩、腐腐泥泥煤煤腐腐殖殖型型有有机机质质富富含含木木质质素素、纤纤维维素素的的陆陆生生高高等等植植物物甲甲烷烷气气、腐腐殖殖煤煤有有机机质质类类型型有有机机质质类类型型原原始始生生物物原原始始生生物物主主要要成成矿矿方方向向主主要要成成矿矿方方向向腐腐泥泥型型有有机机质质腐腐泥泥型型有有机机质质富富含含类类脂脂的的孢孢子子和和水水生生浮浮游游生生物物富富含含类类脂脂的的孢孢子子和和水水生生浮浮游游生生物物石石油油、油油页页岩岩、腐腐泥泥煤煤石石油油、油油页页岩岩、腐腐泥泥煤煤腐腐殖殖型型有有机机质质腐腐殖殖型型有有机机质质富富含

25、含木木质质素素、纤纤维维素素的的陆陆生生高高等等植植物物富富含含木木质质素素、纤纤维维素素的的陆陆生生高高等等植植物物甲甲烷烷气气、腐腐殖殖煤煤甲甲烷烷气气、腐腐殖殖煤煤（1）显微组分分类）显微组分分类根据干酪根中各显微组分的相对含量来划分干酪根的类型相对含量法 T值法 指标 类型 腐泥组+壳质组(%) 镜质组(%) (%) 1 2 90 65-90 25-65 25 75 80 40-80 0-40 0 100)100()75()50()100(惰质组含量镜质组含量壳质组含量腐泥组含量T2元素组成分类元素组成分类干酪根类型范氏图干酪根类型范氏图据据Tissot和和 Welte，1984简化简

26、化 型型干干酪酪根根标准腐泥型（标准腐泥型（1 1）含腐殖腐泥型（含腐殖腐泥型（2 2）中间型（）中间型（）含腐泥的腐殖型（含腐泥的腐殖型（1 1）标准腐殖型（标准腐殖型（2 2）陆相关酪根类型演化图胡见义和黄第藩，19911-大庆；2-南阳；3-泌阳4-廊固；5-辽河；6-柴达木；7-四川；8-鄂尔多斯(T)；9-鄂尔多斯(J)10-抚顺油页岩；11-茂名油页岩；12-抚顺和茂名煤；13-东营；14-绿河页岩和藻；15-下托尔阶页岩；16-演化途径 透射光有机组分的温度添加效应透射光有机组分的温度添加效应地 质地 质特征特征岩相岩相深湖深湖半深湖半深湖浅浅半深半深滨浅湖滨浅湖河河滨滨岩性岩性

27、灰黑色灰黑色泥岩泥岩黑灰色黑灰色泥岩泥岩黑褐色泥岩黑褐色泥岩灰绿色泥岩灰绿色泥岩红色泥岩红色泥岩 地地质质特特征征TOC1.52.01.01.50.61.00.40.60.150 . 1 0.150.050.10.01 0.0510005 0 0 1000200 500100 20064 62 41 21Ro%1.2 0.61.2 0.61.2 0.61.2 0.61.32干酪根干酪根类型类型12#评价评价评价评价极好极好好好较好较好差差非烃源岩非烃源岩我国陆相烃源岩评价规范我国陆相烃源岩评价规范 3 3运用岩石热解参数划分干酪根类型运用岩石热解参数划分干酪根类型游离烃游离烃（S1）、）、热解

28、烃热解烃（S2）、）、CO2（S3）、）、最大热解峰温最大热解峰温（Tmax）氢指数氢指数IH ：IH=S2/有机碳含量有机碳含量氧指数氧指数IO ：IO=S3/有机碳含量有机碳含量根据根据氢指数氢指数IH和氧指数和氧指数IO的的关系确定有机质类型参数。关系确定有机质类型参数。运用氢指数和氧指数对生油岩有机质类型的分类 6.Kerogen6.Kerogen演化演化四沥青的组成和演化四沥青的组成和演化 沥青：沉积有机质中可以被有机溶剂溶解的部分。氯仿沥青氯仿沥青“A A”：岩样未经稀酸（HCl）处理，用氯仿抽提出的产物，称为游离沥青或氯仿沥青“A”。氯仿沥青氯仿沥青“C C”：岩样经稀酸处理后的

29、抽提物，称束缚沥青或沥青“C”。酒精酒精苯沥青：苯沥青：用酒精-苯（1：1）溶解出来的沥青。腐殖酸：腐殖酸：用碱性溶剂抽提出来的产物。是腐殖质的主要成分 堆积剖面中，堆积剖面中， 随深度的添加，干酪根的数量随深度的添加，干酪根的数量减少，氯仿沥青减少，氯仿沥青“A的族组的族组分烃类、非烃分烃类、非烃+沥青质含量显著沥青质含量显著添加。添加。 干酪根数量的减少和沥青数量干酪根数量的减少和沥青数量添加的互补性和成因上的联络添加的互补性和成因上的联络性。性。杜阿拉盆地洛格巴巴岩系可溶杜阿拉盆地洛格巴巴岩系可溶有机质随深度的变化有机质随深度的变化P.AlbrechtP.Albrecht，1976197

30、6一、油气生成的地质环境一、油气生成的地质环境二、促使油气生成的理化条件二、促使油气生成的理化条件不同深度沉积物中有机质与石油的元素组成（据不同深度沉积物中有机质与石油的元素组成（据C.E.ZoBell）0.10.10.40.40.50.513138585石油石油石油石油0.30.314973古代沉积古代沉积0.6924758近代沉积近代沉积0.81130652海洋腐殖泥海洋腐殖泥浅浅深深硫硫，%氮，氮，%氧，氧，%氢，氢，%碳，碳，%物质类型物质类型深度深度0.10.10.40.40.50.513138585石油石油石油石油0.30.314973古代沉积古代沉积0.6924758近代沉积近代

31、沉积0.81130652海洋腐殖泥海洋腐殖泥浅浅深深硫硫，%氮，氮，%氧，氧，%氢，氢，%碳，碳，%物质类型物质类型深度深度随埋深加大，氧、氮、硫逐渐减少，随埋深加大，氧、氮、硫逐渐减少，而碳、氢相对富集。而碳、氢相对富集。有机质烃类去O、加H、富集C还原条件地质+理化条件痕痕量量-4硫硫痕痕量量-44-6氮氮痕痕量量-415-35氧氧11-157-10氢氢83-8752-71碳碳石石油油，%沉沉积积岩岩中中的的有有机机质质，%元元素素痕痕量量-4硫硫痕痕量量-44-6氮氮痕痕量量-415-35氧氧11-157-10氢氢83-8752-71碳碳石石油油，%沉沉积积岩岩中中的的有有机机质质，%元

32、元素素沉沉积积岩岩中中有有机机质质与与石石油油的的元元素素组组成成对对比比表表长期稳定下沉大地构造背景长期稳定下沉大地构造背景V V堆积堆积VV沉沉降降 ；较快的堆积堆积速度；较快的堆积堆积速度；足够数量和一定质量的原始有机质；足够数量和一定质量的原始有机质；低能、复原性岩相古地理环境低能、复原性岩相古地理环境浅海封锁环境，半深深湖、前三角洲浅海封锁环境，半深深湖、前三角洲适当的受热和埋藏史。适当的受热和埋藏史。一、地质条件一、地质条件有利于有机质堆积、保管、转化的地质环境必需求有：有利于有机质堆积、保管、转化的地质环境必需求有：我国主要大型陆相湖盆的发育特征我国主要大型陆相湖盆的发育特征细菌

33、、催化剂、温度和时间细菌、催化剂、温度和时间放射性、压力放射性、压力 促使有机质转化为油气的理化条件物促使有机质转化为油气的理化条件物理、化学、生物化学条件主要有：理、化学、生物化学条件主要有： 二、理化条件二、理化条件 1. 1.温度和时间温度和时间有机质向石油转化是一个热降解过程有机质向石油转化是一个热降解过程，温度是最有温度是最有效和最持久的作用因素效和最持久的作用因素；温度不足可用延长反应时间来温度不足可用延长反应时间来弥补。弥补。根据化学动力学的一级反应化学动力学的一级反应：反应速度只与反应物反应速度只与反应物反应速度只与反应物反应速度只与反应物浓度的一次方成正比浓度的一次方成正比浓

34、度的一次方成正比浓度的一次方成正比。-dCA/dt=KCARTEeKK0K值可由阿抡纽斯方程求得：ARETARTEt1ln1、有机质热解生油的速率随温度添加呈指数添加。只需当温度到达一定值后，干酪根才开场大量转化为油气 生油门限温度； 对应的深度 生油门限深度。2、有机质热解生油过程中t与T间有互补性：GT高有机质成熟所需时间短；GT低有机质成熟所需时间长。石油大量生成成熟点确实定据石油大量生成成熟点确实定据P.Albrecht，1969我国不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系我国不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系据不同盆地不

35、同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系据Tissot等，等，1984世界假设干含油气盆地生油岩成熟点的温度与时间据世界假设干含油气盆地生油岩成熟点的温度与时间据J.Connan，19740.00272灰质页岩灰质页岩33509532灰质粘土岩、灰质粘土岩、粉砂岩、砂岩粉砂岩、砂岩1口井口井新西兰塔拉纳新西兰塔拉纳基盆地（陆上基盆地（陆上0.00298页岩页岩175062359页岩页岩6口井口井巴西巴西亚马逊盆地亚马逊盆地0.00283粉砂质页岩、粉粉砂质页岩、粉砂岩、煤层砂岩、煤层29008070页岩、粉砂岩、页岩、粉砂岩、砂岩、煤层砂岩、煤层1口井口井新西兰塔拉纳新西兰塔拉纳基盆地（海上）基盆

36、地（海上）0.00254粉砂质、粘土岩粉砂质、粘土岩305012052页岩、砂岩页岩、砂岩1口井口井沙巴苏禄海区沙巴苏禄海区0.00279粉砂质、粘土岩粉砂质、粘土岩274085105碳酸盐岩、碳酸盐岩、页岩、粉砂岩页岩、粉砂岩1口井口井阿尤恩区阿尤恩区奥若河奥若河0.00264碳酸盐岩、砾岩碳酸盐岩、砾岩325010638岩性变化大岩性变化大1口井口井法国东南部法国东南部卡马尔果盆地卡马尔果盆地0.00289碳酸盐岩碳酸盐岩250072135碳酸盐岩碳酸盐岩31口井口井法国西南部法国西南部阿奎坦盆地阿奎坦盆地0.00275泥质、石灰岩泥质、石灰岩330090112碳酸盐岩碳酸盐岩1口井口井法

37、国西南部法国西南部阿奎坦盆地阿奎坦盆地Connan （1971、1972）0.00300页岩页岩140060180页岩页岩17口井、口井、2个采石场个采石场法国法国巴黎盆地巴黎盆地Louis、Tissot（1967）0.00250页岩？页岩？274012712页岩页岩3口井口井加里福尼亚加里福尼亚文图拉盆地文图拉盆地0.00258页岩？页岩？244011512页岩页岩2口井口井加里福尼亚加里福尼亚洛杉机盆地洛杉机盆地Philippii（1965）0.00296粉砂质粉砂质粘土岩粘土岩12006570粉砂质粉砂质粘土岩粘土岩4口井口井喀麦隆喀麦隆杜阿拉盆地杜阿拉盆地Albrecht （1969）

38、1/TK-1岩石类型岩石类型实际深实际深度，米度，米现时温现时温度，度，年龄年龄Ma主要岩主要岩石类型石类型样品样品来源来源地理位置地理位置作者作者成熟点资料成熟点资料资料来源资料来源0.00272灰质页岩灰质页岩33509532灰质粘土岩、灰质粘土岩、粉砂岩、砂岩粉砂岩、砂岩1口井口井新西兰塔拉纳新西兰塔拉纳基盆地（陆上基盆地（陆上0.00298页岩页岩175062359页岩页岩6口井口井巴西巴西亚马逊盆地亚马逊盆地0.00283粉砂质页岩、粉粉砂质页岩、粉砂岩、煤层砂岩、煤层29008070页岩、粉砂岩、页岩、粉砂岩、砂岩、煤层砂岩、煤层1口井口井新西兰塔拉纳新西兰塔拉纳基盆地（海上）基盆

39、地（海上）0.00254粉砂质、粘土岩粉砂质、粘土岩305012052页岩、砂岩页岩、砂岩1口井口井沙巴苏禄海区沙巴苏禄海区0.00279粉砂质、粘土岩粉砂质、粘土岩274085105碳酸盐岩、碳酸盐岩、页岩、粉砂岩页岩、粉砂岩1口井口井阿尤恩区阿尤恩区奥若河奥若河0.00264碳酸盐岩、砾岩碳酸盐岩、砾岩325010638岩性变化大岩性变化大1口井口井法国东南部法国东南部卡马尔果盆地卡马尔果盆地0.00289碳酸盐岩碳酸盐岩250072135碳酸盐岩碳酸盐岩31口井口井法国西南部法国西南部阿奎坦盆地阿奎坦盆地0.00275泥质、石灰岩泥质、石灰岩330090112碳酸盐岩碳酸盐岩1口井口井法

40、国西南部法国西南部阿奎坦盆地阿奎坦盆地Connan （1971、1972）0.00300页岩页岩140060180页岩页岩17口井、口井、2个采石场个采石场法国法国巴黎盆地巴黎盆地Louis、Tissot（1967）0.00250页岩？页岩？274012712页岩页岩3口井口井加里福尼亚加里福尼亚文图拉盆地文图拉盆地0.00258页岩？页岩？244011512页岩页岩2口井口井加里福尼亚加里福尼亚洛杉机盆地洛杉机盆地Philippii（1965）0.00296粉砂质粉砂质粘土岩粘土岩12006570粉砂质粉砂质粘土岩粘土岩4口井口井喀麦隆喀麦隆杜阿拉盆地杜阿拉盆地Albrecht （1969）

41、1/TK-1岩石类型岩石类型实际深实际深度，米度，米现时温现时温度，度，年龄年龄Ma主要岩主要岩石类型石类型样品样品来源来源地理位置地理位置作者作者成熟点资料成熟点资料资料来源资料来源2、细菌作用、细菌作用类脂化合物蛋白质碳水化合物木质素水解微生物酶作用可溶生物单体有机质脂肪酸氨基酸单糖酚(A)在沉积末期至成岩早期：在沉积末期至成岩早期：A A1.1.作为养料，被微生物作为养料，被微生物吞食、消耗吞食、消耗2.2.细菌作用细菌作用COCO2 2、H H2 2O O、CHCH4 4（生物成因气）生物成因气）3.3.聚合、缩合干酪根、少量油聚合、缩合干酪根、少量油呼吸作用呼吸作用发酵作用发酵作用溶

42、解物柱状图水-沉积物柱状剖面 生物化学带空气光合作用带水O2沉积物喜氧带O硫酸盐还原带碳酸盐还原带 交代 作用 柱状图S042-HS-HCO3-CH4H2光合作用喜氧呼吸喜氧的厌氧呼吸厌氧的发酵作用生物成因气成气机理3. 催化剂作用有机酵母有机酵母：催化作用强，不耐高温。主要：催化作用强，不耐高温。主要：成岩早期成岩早期无机盐类无机盐类：最主要的是最主要的是粘土矿物粘土矿物。 成岩中晚期成岩中晚期蒙脱石型的粘土催化活力最强。蒙脱石型的粘土催化活力最强。4. 放射性放射性放放射射性性元元素素所所造造成成的的局局部部地地温温增增高高将将有有利利于于有有机机质质的的热热演演化化。可可产产生生游游离离

43、氢氢沉沉积积岩岩中中：总总体体上上放放射射性性元元素素含含量量很很低低。非非主主要要因因素素5. 压力压力 高高压压阻阻碍碍有有机机质质成成熟熟和和成成烃烃作作用用。短短暂暂的的降降压压有有利利于于加加速速有有机机质质的的成成熟熟。镜质体反射率镜质体反射率(%)0 0.5 1.0 1.538004200460050005400准噶尔盆地盆4井0.2 0.5 1.0 2.0100020003000400050006000深深 度度(m)濮阳凹陷一、有机质向油气转化的阶段一、有机质向油气转化的阶段二、低熟油与煤成油构成实际二、低熟油与煤成油构成实际有机质演化及烃类构成阶段划分表有机质演化及烃类构成

44、阶段划分表深度，深度，km温度，温度， 成岩成岩阶段阶段煤阶煤阶Ro%饱粉饱粉碳化碳化程度程度干酪根干酪根颜色颜色K.Peters张厚福张厚福1981普西普西1973蒂索蒂索威尔特威尔特1984傅家谟傅家谟1975黄第藩黄第藩等，等，1991潘钟祥，潘钟祥，1986 1.5成岩成岩作用作用阶段阶段泥炭泥炭0.5黄黄色色黄黄-浅黄浅黄-褐色褐色生物化生物化学生气学生气阶段阶段热催化热催化生油气生油气阶段阶段热裂解热裂解生凝析生凝析气阶段气阶段深部深部高温高温生气生气阶段阶段成成岩岩作作用用阶阶段段甲甲烷烷石石油油油油气气形形成成期期未成熟未成熟阶段阶段生物甲生物甲烷气阶烷气阶段段10-60褐煤褐

45、煤重质油重质油轻质油轻质油阶段阶段1.5-4.0后后生生作作用用阶阶段段1.0黄黄 暗暗褐褐色色暗褐暗褐色色 深暗深暗褐色褐色深暗深暗褐色褐色成成熟熟阶阶段段低低熟熟长焰煤长焰煤气煤气煤肥煤肥煤液液态态窗窗深深成成作作用用阶阶段段油油气气成成熟熟期期低低成成熟熟60-180中中成成熟熟凝析气凝析气湿气湿气阶段阶段湿湿气气甲甲烷烷高高成成熟熟原原油油阶阶段段4.0-7.0焦煤焦煤2.0高高成成熟熟瘦煤瘦煤180-250贫煤贫煤7.0-10.0变生变生作用作用阶段阶段2.5黑黑色色深暗深暗褐色褐色黑色黑色后后生生作作用用阶阶段段最最终终甲甲烷烷气气阶阶段段过过成成熟熟阶阶段段干气干气阶段阶段半无半

46、无烟煤烟煤250-3753.0无烟煤无烟煤烃类的构成与生油岩埋藏深度的关系的普通图解烃类的构成与生油岩埋藏深度的关系的普通图解有机质成烃演化方式有机质成烃演化方式阶段性阶段性延续过程延续过程D、深部高温生气阶段、深部高温生气阶段C、热裂解生凝析气阶段、热裂解生凝析气阶段B、热催化生油气阶段、热催化生油气阶段A、生物化学生气阶段、生物化学生气阶段1.埋深埋深：0-1000米；米；2.温度温度：10603.演化阶段：演化阶段：Ro0.5%沉积物的成岩作用阶段沉积物的成岩作用阶段 ；碳化作用中的泥炭碳化作用中的泥炭-褐煤阶段；褐煤阶段；4.4.作用因素：作用因素：浅层以浅层以细菌细菌生物化学作用为主

47、；生物化学作用为主；较深层以化学作用为主较深层以化学作用为主 5.演化过程及产物：演化过程及产物：部分作为微生物养料部分作为微生物养料被菌解、氧化、消耗掉被菌解、氧化、消耗掉CO2、H2O；大多数大多数经经地质聚合地质聚合和和缩合缩合Kerogen（黄浅褐色黄浅褐色）可溶单体有机质：可溶单体有机质：部分经部分经细菌生化作用细菌生化作用CO2、H2O、CH4（生物成因气）、生物成因气）、NH3少量未成熟油少量未成熟油，明显奇数碳优势明显奇数碳优势类脂化合物蛋白质碳水化合物木质素水解微生物酶作用可溶生物单体有机质脂肪酸氨基酸单糖酚(A)主要产物：主要产物：生物成因气、干酪根、少量油生物成因气、干酪

48、根、少量油 6. 烃类组成的特征烃类组成的特征在有机质中所占的比重很在有机质中所占的比重很小小 高分子量高分子量化合物为化合物为主，显示主，显示萘和四芳萘和四芳烃双峰烃双峰四环四环分子分子显畸显畸峰峰正烷烃环烷烃芳烃13 20 30 330 2 4 6原始沉积有机质含量百分数0100ABCD43215687埋深CO 、H O、CH 、N 等2242碳质残渣高分子量高分子量正烷烃正烷烃C22C34范围内有范围内有明显的奇明显的奇数碳优势数碳优势1.1.深度：深度：1500 1500 25002500- -35003500m m2.2.温度：温度：5050- -6060150150- -18018

49、03.3.演化阶段：后生作用阶段前期演化阶段：后生作用阶段前期（长焰煤（长焰煤- -焦煤阶段焦煤阶段）有机质成熟、进入生油门限有机质成熟、进入生油门限4.4.作用因素：作用因素：热力热力+ +催化剂的作用催化剂的作用5.5.演化过程及其产物演化过程及其产物6.6.烃类组成的特征烃类组成的特征0 2 4 615253513 20 30 33正烷烃环烷烃芳烃0 2 4 615253513 20 30 33正烷烃环烷烃芳烃产生的烃类：正烷烃碳原子数及分子量递减，产生的烃类：正烷烃碳原子数及分子量递减，中、低中、低分子量的分子是正构烷烃中的主要组分，分子量的分子是正构烷烃中的主要组分，奇数碳优势消失奇

50、数碳优势消失奇数碳优势消失奇数碳优势消失；环烷烃及芳香烃碳原子数也递减，多环及多芳核化合物；环烷烃及芳香烃碳原子数也递减，多环及多芳核化合物显著减少。显著减少。假设干类型有机质成熟及生烃才干图假设干类型有机质成熟及生烃才干图( (据据D.W.Waples,1985D.W.Waples,19851.1.深度：深度：4000400060006000米；米；2.2.温度：温度：180018002502503.3.演化阶段：演化阶段：后生作用后期后生作用后期碳化作用瘦煤碳化作用瘦煤- -贫煤阶段贫煤阶段有机质高成熟时期有机质高成熟时期4.4.作用因素：作用因素：石油热裂解、热焦化石油热裂解、热焦化5.

51、5.演化过程及其产物演化过程及其产物6.6.烃类组成的特征烃类组成的特征碳原子数环数碳原子数1525350 2 4 613 20 30 33液态烃急剧减少液态烃急剧减少；低分子正烷烃剧增，主低分子正烷烃剧增，主要产物是甲烷及其气态同系物。要产物是甲烷及其气态同系物。四深部高温生气阶段四深部高温生气阶段1.深度深度6000-7000m；温度温度250 ；高温高压高温高压2.变生作用阶段变生作用阶段（半无烟煤（半无烟煤-无烟煤的高度碳化阶段）无烟煤的高度碳化阶段）3.作用因素：热变质作用因素：热变质4.作用特点及主要产物：作用特点及主要产物：2.0%Ro湿气凝析气深部高温高压下热变质干气（CH4）

52、石墨干酪根残渣 沉积有机质乏氧生物化学降解Ro=0.5-1.0%1.5-4.0km60-1804.0-7.0km7.0-10.0kmRo=1.0-2.0%2.0%180-250250-375挥发物干酪根未熟-低熟 石油热催化湿气大量石油 残余干酪根热裂解湿气凝析气干酪根 残渣热变质干气次石墨生物化学生气阶段成岩作用阶段热催化生油气阶段 热裂解生凝析气阶段后生作用阶段深部高温生气阶段变生作用阶段生油门限生油窗1.5km10-60 CCCCRo 0.5%Ro 油气有机成因方式油气有机成因方式 留意：留意： 各个地域，不一定都阅历了这四个演化阶段，各个地域，不一定都阅历了这四个演化阶段，而温度、深度

53、界限也因地而异，与而温度、深度界限也因地而异，与GT有关，还有关，还与有机质类型、演化时间有关。与有机质类型、演化时间有关。 不同类型的有机质在各演化阶段不同类型的有机质在各演化阶段Ro值也不同。值也不同。一、有机质向油气转化的阶段一、有机质向油气转化的阶段二、低熟油与煤成油构成实际二、低熟油与煤成油构成实际低熟油：低熟油：所有非干酪根晚期热降解成因的各所有非干酪根晚期热降解成因的各种低温早熟的非常规石油，称低熟油种低温早熟的非常规石油，称低熟油。相当于干酪根生烃模式的未成熟（Ro0.5%）和低成熟（Ro=0.5-0.7%）阶段。有机质经低温生物化学或低温化学反应生成液态烃。1.低熟油含义低熟

54、油含义 （Immature oil）各种显微组分的热稳定性与生烃活化能不同，生烃时间和生烃潜力不同。源岩有机质中存在大量化学性质不稳定、活化能较低的富氢显微组分，可生成低熟油气。2.2.低熟油生成的物质根底低熟油生成的物质根底2.2.低熟油构成机理低熟油构成机理（1 1）树脂体早期生烃）树脂体早期生烃（2 2）木栓质体早期生烃）木栓质体早期生烃（3 3）细菌改造陆源有机质早期生烃）细菌改造陆源有机质早期生烃（4 4）高等植物蜡质早期生烃）高等植物蜡质早期生烃（5 5）藻类类脂物早期生烃）藻类类脂物早期生烃（6 6）富硫大分子有机质早期降解生烃）富硫大分子有机质早期降解生烃一般相对密度较重，也有

55、低熟凝析油和轻质油。饱和烃含量较低，非烃和沥青质相对含量较高，饱/芳比低。甾烷的立体异构化程度低，如C29 20S/(20S+20R) 小于0.4为低熟油,小于0.2为未熟油。构成低熟油的地质模型构成低熟油的地质模型二煤成油的构成机理及生烃方式二煤成油的构成机理及生烃方式 1. 1. 煤成油煤成油（Oil from coal ； Oil derived from coal）煤和煤系地层中集中和分散的腐殖型有机质，在煤化作用的同时所生成的液态烃类被称为煤成油煤成油。 腐殖煤的主要显微组分为腐殖煤的主要显微组分为镜质组镜质组，可含有相当数，可含有相当数量的量的壳质组壳质组，腐泥组和惰质组含量较低。

56、，腐泥组和惰质组含量较低。煤的显微组分煤的显微组分生油（烃）能力从大到小的顺序：生油（烃）能力从大到小的顺序：壳质组壳质组镜质组镜质组惰质组惰质组煤中不同显微组分生烃方式煤中不同显微组分生烃方式 含氧、氮、硫化合物含氧、氮、硫化合物与与沥青质含量低沥青质含量低（小于（小于1010），），饱和烃含量高饱和烃含量高（可达（可达50508080）；硫含量低。）；硫含量低。 正烷烃正烷烃：高碳数组成含量高，正烷烃分布曲线特征：高碳数组成含量高，正烷烃分布曲线特征与一般的陆源石油相似。与一般的陆源石油相似。 生物标志化合物生物标志化合物特征：特征：明显姥鲛烷优势明显姥鲛烷优势（Pr/PhPr/Ph 4

57、4），），富富含高等植物来源的各种含高等植物来源的各种萜类萜类，明显明显藿烷类藿烷类和和C C2929规规则则甾烷优势甾烷优势。 相对于腐泥型有机质生成的原油：相对于腐泥型有机质生成的原油：芳香烃芳香烃含量含量丰富丰富。 高高 1313C C值值，一般，一般- -27.0027.00- -25.0025.00相对密度相对密度较低较低煤成烃演化与腐泥型有机质的生烃演化对比图据傅家谟等，1990 一、天然气成因类型概述一、天然气成因类型概述二、有机成因气二、有机成因气三、无机成因气三、无机成因气四、非烃类气体成因四、非烃类气体成因五、不同成因类型天然气的识别五、不同成因类型天然气的识别 天然气：天

58、然气： 广义上，是指自然构成的、在规范形广义上，是指自然构成的、在规范形状下呈气态的单质和化合物。状下呈气态的单质和化合物。两大类：无机成因气无机成因气和有机成因气有机成因气无机成因气：无机成因气：根据来源机制宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气有机成因气：有机成因气：按其有机质类型腐殖气、腐泥气腐殖气、腐泥气按热演化阶段生物气、热解气、裂解气生物气、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煤型气一、天然气成因类型概述一、天然气成因类型概述天然气成因综合分类戴金星

59、、徐永昌等，天然气成因综合分类戴金星、徐永昌等，1997无机成因气 幔源气、岩浆成因气、放射成因气、变质成因气、无机盐类分解气 成熟度 母质 气的 类型 成因类型 未熟阶段 成熟阶段 高成熟阶段 过成熟阶段 油型气 A 腐泥型气 原油伴生热解气 裂解凝析气（湿气） 裂解干气 煤型气 有 机 成 因 气 B 腐殖型气 生物化学气 热解气（凝析气） 裂解干气 混合成因气 异源多源混合气、同源多阶混合气 天然气与石油构成条件比较天然气与石油构成条件比较生成条件石油.天然气原始母质以低等植物中的类脂化合物、蛋白质、碳水化合物为主更广泛，除生油原始物质可生气外，高等植物中的木质素及纤维素也可生气。还有无

60、机来源气。生成环境必须在乏氧还原-强还原环境才利于生油。除还原-强还原环境外，有氧存在的弱还原环境也可生成天然气有机成因生成过程沉积物埋藏初期：深度1000米。T小于60。T、P不够大，有机质未成熟，尚不能生油有机质可被细菌分解，产生低温CH4（干气）、CO2和水热催化生油气：深度1000-4000米；60-150（180）热催化作用下，有机质生成大量石油。热催化作用下，可生成一定量湿气热裂解生凝析气：深4000-7000米。150-250。生成少量轻质油。生凝析气，（采至地表，反凝为凝析油。）深部高温生气：深大于7000米。大于250。几乎不能生油。生成高温甲烷气（干气）。生成条件石油.天然气原始母质以低等