第1讲现代油气生成理论

1、 一 . 干酪根热降解成烃理论 二、低熟油形成理论 三、煤成油形成及特点 四、现代油气成因模式 五、碳酸盐岩生烃问题第一讲 现代油气成因理论 一 . 干酪根热降解成烃理论 要点： 在成岩作用晚期，有机质主要由干酪根组成，热降解形成大量油气； 干酪根是石油的主要前驱物质； 沉积岩必须达到一定埋深（温度），即门限深度（温度），才能大量生成石油； 油气生成数量取决于干酪根的类型及其所经历的地质时间和温度。 第一讲 现代油气成因理论近代和古代沉积物中烃含量的差异 将油气生成、有机质演化分为四个阶段: (1)生物化学生气阶段 (2)热催化生油气阶段 (3)热裂解生凝析气阶段 (4)深部高温生气阶段 大量

2、石油生成于一定埋藏深度（地温）区间（生油窗）内。烃类的形成与生油岩埋藏深度的关系的一般图解有机质演化的一般模式有机质演化的一般模式 该理论产生了一系列实用性很强的地化参数及研究方法:如 (1)成烃演化阶段的划分及生油窗的确定， (2)成烃潜力三要素：有机质丰度、类型和成熟度； (3)有效烃源岩的识别、油源判识；不同时代的几种生油岩中主要生油带的起不同时代的几种生油岩中主要生油带的起始温度与埋藏深度的比较始温度与埋藏深度的比较 干酪根热降解成烃理论在勘探中卓有成效。 存在问题： （1）忽略了成岩-深成作用早期沉积岩中可溶有机质对油气形成的的贡献； （2）不能很好地解释在生油门限以上形成的大量未熟

3、石油。 1. 低熟油基本概念 （Immature oil） 低熟油：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。 （未熟-低熟油） 由可溶有机质经低温生物化学或低温化学反应生成。 相当于干酪根生烃模式的未成熟（Ro0.5%）（未熟油）和低成熟（Ro=0.5-0.7%）（低熟油）阶段。二.低熟油形成理论 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。 若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。2、低熟油生成的物质基础 （1）树脂体早期生烃 植物分泌出树脂，随沉积物埋藏，树脂可转化成树脂体。 树脂体可在低温条件下率先早期生烃。3、低熟

4、油形成机理 （2）木栓质体早期生烃 木栓质体来源于高等植物，在低热条件下，发生低活化能的化学反应，生成并释放以链状结构为主的烃类。 （3）细菌改造陆源有机质早期生烃 细菌作用对陆源有机质进行降解改造，提高富氢程度和“腐泥化”程度，使有机质热降解生烃反应所需活化能降低，有利于生成低熟油气。 （4）高等植物蜡质早期生烃 高等植物蜡质易于水解形成长链脂肪酸和长链脂肪醇。在低温阶段，经脱官能团形成原油中C22+正构烷。 （5）藻类类脂物早期生烃 藻类以蛋白质和脂肪物质含量高为特征。 藻生物类脂物结构简单，在低温还原条件下，可转化成链烷烃和环烷烃。 （6）富硫大分子有机质早期降解生烃 干酪根中不同原子间

5、的键能: SS：250kj/mol, SC：275kj/mol, CC：350kj/mol. SS和SC键易断裂，富硫大分子可早期低温降解形成低熟油。低熟油的形成的地质模式低熟油的形成的地质模式吐哈盆地东海盆地低熟油的形成的地质模式低熟油的形成的地质模式苏北金湖凹陷临清坳陷板桥凹陷东营凹陷沙四上亚段烃源岩的烃类生成模式图 4、低熟油的地球化学特征 一般为重质油，也有凝析油和轻质油。 饱和烃含量较低，非烃和沥青质含量较高，饱/芳比低。 甾烷的立体异构化程度低，如 C29甾烷20S/(20S+20R) 小于0.4为低熟油,小于0.2为未熟油。 5. 低熟油的分布特征 分布广泛，多与陆相沉积或陆源有

6、机质有关。具有早期生烃和分期生烃特点。 不是每个盆地都有低熟油，必须具备特定的有机母质和适宜的沉积-成岩环境，才能形成低熟油。 湖盆范围小，邻近物源区，有机质搬运距离短，沉积速率高，有利于各种沉积有机质的堆积和保存。低熟油的各种沉积低熟油的各种沉积成岩环境成岩环境 1. 煤成油的基本概念 煤和煤系地层中分散和集中的陆源有机质，在煤化作用过程中生成的液态烃。 Oil from coal Oil derived from coal三. 煤成油形成及特点 煤系烃源岩特点：有机碳含量高，可溶有机质含量偏低 与湖相泥质烃源岩相比，煤和含煤岩系相对贫氢，在煤化作用过程中所产生的主要是低分子量的烃类。 多数

7、情况下，煤系和气藏相联系。 澳大利亚的吉普斯兰盆地、印度尼西亚的库特盆地、北海默里盆地发现了与中、新生界煤系地层有关的重要油气田； 吐哈盆地也发现了与侏罗系煤系地层有关的大油田。 煤系地层不仅能生成天然气，也生油； 在特定的地质条件下，煤成油可从煤系烃源岩中运移出来并聚集成藏，甚至形成大油田。 2煤的显微组分及其生烃潜力 煤生成液态烃的能力大小，与煤的类型和显微组分组成密切相关。 富氢的显微组分具有更大的液态烃生成潜力， 煤显微组分的生烃能力从大到小为： 壳质组、镜质组、惰质组。 生烃潜力取决于煤中壳质组的数量与组成。 商业性煤成油田的形成条件： （1）壳质组含量大于10%； （2）干酪根的氢

8、指数大于100mg烃/g有机碳； （3）煤层的沥青化作用达到了气煤-肥煤阶段； （4）良好的油气聚集、保存条件。 3 煤成油的排驱机理及成烃模式 煤的微孔隙性，高塑性和高吸附性使煤成油的排驱受到限制，并造成地质色层分异效应。 三种排烃机理： 压实排驱：低熟阶段， Ro=0.5-0.7% 连续沥青网络运移：生油窗， Ro=0.7-1.2% 气溶方式运移：成气阶段，Ro大于1.2%煤成油的成烃模式煤成油的成烃模式 4煤成油的地球化学特征 煤成油排驱和运移具有强烈的地层色层效应： 分子直径较大和极性较大的油被滞留在源岩内，轻质油和凝析油运移出烃源岩聚集成藏。 4煤成油的地球化学特征 （1） 密度较轻

9、，饱和烃含量高，非烃和沥青质含量低； （2）正构烷烃中高碳数组成含量高； （3）具姥鲛烷优势（pr/ph2）； （4）具明显的藿烷类和C29甾烷优势，含有较丰富的芳香烃类； （5）13C重，富集重碳同位素。 干酪根晚期成烃模式 + 未熟-低熟油形成模式 沉积物（岩）中的可溶有机质和不溶有机质（干酪根）是一个有机联系的整体，在成烃演化过程中，随理化条件的改变，处于一种相互转化的动态平衡中。四. 现代油气生成模式 成岩阶段：部分可溶有机质直接转化为未熟油，另一部分缩合到干酪根中； 深成作用阶段：干酪根热降解成烃过程，要经过沥青物质形成的中间阶段；在较高成熟阶段，当干酪根的生烃潜力基本枯竭后，由干酪

10、根衍生而来的缩合沥青成为高成熟轻质石油的主要贡献者。 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有机质的生烃模式 二次生烃： 已发生生烃作用的烃源岩由于构造作用而抬升，温压条件改变，生烃作用终止；当该

11、烃源岩再次被深埋，受热温度超过一次生烃停止时的温度，并超过迟缓深度达到二次生烃门限，烃源岩又大量生烃。 二次生烃特点： （1）烃源岩一次生烃后仍具有生烃潜力； （2）一次生烃与二次生烃间隔时间很长，剥蚀间断时间通常在上亿年； （3）一次生烃过程生成的油气早已散失，商业性油气聚集来自二次生烃过程。哈西迈斯欧德地区生油岩与油气聚集关系哈西迈斯欧德地区生油岩与油气聚集关系哈西迈斯欧德地区生油岩的埋藏史以及烃类哈西迈斯欧德地区生油岩的埋藏史以及烃类生成和地质时间关系图生成和地质时间关系图 1. 碳酸盐岩烃源岩有机质的类型及赋存形式 静水环境，有机质原始组分由富氢的藻、浮游生物及微生物组成，有机质类型以

12、腐泥型为主。 有机质赋存形式具多样性和复杂性。游离和分散状态是主体，存在一定数量的包裹体有机质。五. 碳酸盐岩生烃理论 2.碳酸盐岩烃源岩有机质的丰度及生烃潜力 有机碳含量较低，一般0.3-0.5%; 转化率较高。 碳酸盐岩0.3-0.5%有机碳含量的烃转化率相当于泥岩1.0-1.5%的转化率。 优质碳酸盐岩烃源岩缺乏陆源有机质和碎屑，一般具暗色纹层，形成于较高盐度的缺氧环境中，有机质含量高。 碳酸盐岩烃源岩孔隙度低、吸附能力低，微裂缝发育，排烃效率高。 3. 碳酸盐岩有机质演化的迟滞效应 迟滞效应：相对于具有相同热演化历史的陆源有机质而言，演化程度滞后。 与泥质烃源岩相比，在相同的热演化条件

13、下，碳酸盐岩有机质热演化程度低，成烃演化阶段滞后，滞后程度Ro可达0.3%。 在高演化阶段（Ro大于1 1.5%），仍可形成液态烃。 这种效应主要受碳酸盐岩成岩作用的“欠压实”和“海相沉积环境”制约。 4. 碳酸盐岩生烃过程及成烃演化模式 第一阶段：早期成岩阶段， Ro介于0.2 0.6%，有机质处于未熟-低熟阶段，富含类脂物的有机质在微生物作用下，在低温条件下直接由生物大分子解聚而形成未成熟油。 第二阶段：成岩作用晚期，有机质成熟作用阶段， Ro介于0.6-1.4%，干酪根在热力作用下开始大量降解生烃，主要生油阶段。 第三阶段：深成作用阶段和变生作用初期， Ro介于1.4-2.5%，干酪根生

14、烃潜力已枯竭，主要由包裹体有机质和部分束缚有机质继续提供烃类来源，使其在高过成熟阶段仍能生成液态石油。 以后的阶段主要生成高温甲烷气为主。碳酸盐岩生烃演化模式图碳酸盐岩生烃演化模式图 1. 烃源岩评价主要内容 （1）烃源岩地质特征：岩性，颜色，厚度，沉积环境 （2）烃源岩地球化学特征： 有机质丰度：有机碳含量，氯仿沥青含量 有机质类型：腐泥型、腐殖-腐泥型、腐泥-腐殖型、腐泥型 有机质成熟度：未熟、低熟、成熟、高熟、过熟 （3）油源对比六. 烃源岩评价 2. 烃源岩地球化学指标评价方法 岩心或岩屑分析 有机质丰度： 有机质类型：元素分析、镜检、热解 有机质成熟度：镜检、热解、色谱、色谱-质谱

15、（3）油源对比：色谱、色谱-质谱、同位素石油、天然气与生油岩对比所要求的研究内石油、天然气与生油岩对比所要求的研究内容的图示容的图示 随热演化程度加深，低稳定构型(型、R型)甾、萜烷化合物向热力学较稳定的构型(、20S、22S)转化，稳定构型与低稳定构型的比值反映成熟度甾、萜烷异构化比值如C3122S/(22S+22R)，C2920S/(20S+20R)值的增加与Ro值的增大呈明显的正相关性。 3. 利用测井方法评价烃源岩 （1）利用密度测井法计算有机碳含量 泥质烃源岩由岩石颗粒(m)、空隙(i)、黄铁矿(p)、有机质(o)四部分组成。颗粒和空隙流体的体积密度mi，则地层密度: = Vo o + Vp p +(1- Vo- Vp )mi 黄铁矿与有机质呈线性增长关系： Vp = 0.135Vo + 0.0078 Vp = (-0.9922 mi- 0.039 ) TOC= Vo (100 o ) /(R) R为