油气的现代成因理论

石油工业概论

IntroductionofPetroleumindustry

——地球科学学院——第二节油气的现代成因理论油气成因概述生成油气的原始物质生成油气的地质条件及理化条件油气生成的主要阶段一、油气成因研究现状成因复杂：1.油气为流体：在地下可运移；→发现地≠生成地。2.成份复杂：运移受外界影响大→难以判断来源。3.成因涉及多学科综合分析（需要广泛的知识）。4.缺乏对石油及其原始母质过渡形式的明确认识。焦点与学派：（一）油气的无机成因学说无机物在高温、高压条件下，转化为油气。主要依据：①在实验室中，无机物可以合成烃类——②火山喷出气体中有甲烷、乙烷等烃类成分。③慧星等天体上发现有烃类气体；④石油的分布常常与深大断裂有关（断开地壳作为通道）重点1.碳化说

1876年，俄国化学家门捷列夫提出：“地下深处有重金属碳化物（碳化铁等）与水作用可产生烃类。”2.宇宙说

1889年，俄国学者索可洛夫提出：“碳氢化合物是宇宙间固有的。”——证据：慧星等天体上发现了碳氢化合物。3.岩浆说

1949年，原苏联学者库德梁采夫提出：“基性岩浆中存在C、H、O等元素，随其冷却时可化合为碳氢化合物。”基岩岩浆中C、H→CH→CH2→CH3→CH4→烃类物质证据：岩浆岩、变质岩中相继发现油气藏，基性岩浆中发现天然气。有机成因学说：沉积有机质在特定的地质、还原环境中，在细菌、催化剂、温度、时间、放射性等各种作用下，经历生物化学、热催化、热裂解、高温变质阶段陆续转化为石油和天然气。主要依据：（二）油气有机成因学说①世界99%以上的石油产自沉积岩，少数岩浆岩、变质岩中的石油也可能是来自相邻近的富含有机质的沉积岩。②含油盆地中，含油层位与富含有机质的层位有依存关系。③石油中存在生物体特有的化合物，并具有旋光性等。④生物物质加热催化，可形成少量烃类。⑤碳的稳定同位素组成与生物物质的碳稳定同位素组成接近。视频有机成因重点植物生油理论动物生油理论1.海相生油理论陆相生油理论2.认识的局限性、片面性生成油气的原始物质是沉积有机质早期成油说：沉积有机质在成岩过程中逐步转化为油气。晚期成油说：沉积有机质埋藏到较大深度，到成岩晚期达到成熟，经热降解生成大量油气。3.二、石油生成的物质基础（一）沉积有机质概念：在外力地质作用下，在还原环境中伴随其它矿物一起沉积、保存下来的生物残留物质。来源：低等水生动、植物为主—细菌、藻类最佳。介形虫0.5～1毫米

重点分布特点：沉积有机质主要呈分散状态分布在细粒沉积物（岩）中，总数量约为3.8×1015吨，但分布很不均衡。①不同岩性中分布不均匀。-泥质岩多：2.1%±；-砂岩0.05%；-碳酸盐岩0.29%。②不同地质时代不均衡。总趋势——地层越老，保存的沉积有机质越少。数量的影响因素：-生物物质的产量-原始有机质的保存条件-沉积物堆积速度-沉积物的粒度沉积物中富含有机质的环境条件是：①生物产率高，有机质来源充足；②低能静水还原环境，有机质分解少，保存条件好；③沉积物堆积速度较大，粒度细。（二）干酪根（Kerogen）1、干酪根的定义和形成定义：生油母质，沉积岩中不溶于非氧化型酸、碱和非极性有机溶剂的分散沉积有机质。形成过程：生物体(藻类、细菌、浮游生物和高等植物)死亡生物有机组分(类脂化合物、蛋白质、糖类和木质素)被其它生物吞食保存到沉积物（岩）中氧化分解沉积有机质生物化学分解作用

可溶有机质不溶有机质(干酪根)重点2.干酪根的成分及结构成分：黑色或褐色粉末，是一种高分子聚合物，无固定的化学成分——C（79%）H（9%）O（3%）S（5%）N（2%）微量元素。3.干酪根类型—化学分类据碳、氢、氧元素的组成，干酪根分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型3种类型。类型Ⅰ型-腐泥型Ⅱ型-混合型Ⅲ型-腐殖型H/C1.1-1.61.1-1.350.7-1.1O/C0.06-0.160.08-0.20.1-0.25来源藻类、水生低等微体生物水生低等生物高等植物生油潜力大，主要生成石油和油页岩等潜力中等，主要生成石油和天然气潜力低，主要生成天然气三、油气生成的外在条件（一）生成油气的地质环境：1.大地构造条件－长期、持续稳定下降的沉积盆地沉积盆地——在一定特定时期，沉积物的堆积速率明显大于其周围区域，并具有较厚沉积物的构造单元。松辽盆地泉三段上部沉积体系图塔里木盆地天山山脉昆仑山脉阿尔金山帕米尔高原沉积速度＞＞沉降速度

水体迅速变浅，盆地上升为陆地，沉积物暴露于地表，不利于有机质堆积、保存。沉积速度＜＜沉降速度

水体急剧变深，有机质容易遭巨厚水体所含氧的破坏不利于有机质保存。沉积速度≈沉降速度

丰富的沉积有机质、埋藏深度大、地温梯度大、生储广泛接触迅速向油气转化的地质环境。2.岩相古地理条件滨海浅海（陆棚）半深海（陆坡）深海（深海平原）高能环境、海水进退频繁，沉积物粗，不利于繁殖、堆积和保存。水体营养丰富，阳光充足、水体较安静，最有利于生物大量繁殖。水体营养不足、生物不发育，生物遗体下沉经历巨厚水体大部分遭到氧化，而且陆源有机质很少。有利的岩相、古地理环境：深度适当、面积较大、有机质丰富的水体、低能还原环境-海相：→浅海、三角洲相（波斯湾、墨西哥湾含油气盆地）-陆相：→深湖、半深湖相（松辽、渤海湾）3.古气候条件温暖、潮湿的气候有利于生物的繁殖和发育（二）油气生成的理化条件1．温度与时间——最主要作用温度—最持久、最有效的作用因素时间—补偿温度之不足温度和时间在一定范围内互补，即高温短时热力作用等效于低温长时。—随有机质埋深的加大和温度的升高，有机质逐渐开始生成油气。当温度升高到一定数值有机质开始大量生成石油，这个温度界限称为有机质的成熟温度或称为门限温度。—成熟温度所在的深度称为成熟点(门限深度)。在实际中用的较多的往往是指门限深度(生油门限)。2.细菌作用①

细菌本身为生油原始物质②

细菌对有机质分解，产生相应的有机化合物和甲烷气。——由于细菌怕热，只能在<100℃的浅层中起作用：在油气生成的早期阶段作用显著。喜氧细菌：在游离氧存在的条件下都能生存。厌氧细菌：在无游离氧，而存化合氧的条件下才能生存。通性细菌：在有无游离氧的条件下都能生存。3.催化作用无机催化剂—最主要的是粘土矿物：蒙脱石、伊利石等有机催化剂—酵母：动植物与微生物产生的一种胶体物质，催化作用强，但不耐高温。有机质脂肪酸脱去羧基类似石油的物质150—250℃粘土蛋白质酵母氨基酸碳水化合物单糖催化作用主要发生在中浅层，地温＜125℃。蒙脱石伊利石4.放射性作用许多沉积岩中都含有少量的放射性元素：钾、铀、钍——粘土岩、页岩中多见放射性元素所造成的局部地温增高有利于有机质的热演化，但沉积岩中的放射性元素含量很低——非主要因素。钾铀钍四、有机质演化与成烃模式→生物化学生气阶段→热催化生油气阶段→热裂解生凝析气阶段→深部高温生气阶段重点①腐泥组（sapropelite）：

主要包括无定形体和藻类体，是富氢组分。②壳质组（exinite）：

主要来源于植物的孢子、角质、植物的表皮组织、树脂、蜡质等。包括孢子体、角质体、树脂体和木栓质体。是富氢组分。③镜质组（vitrinite）：

是植物的茎、叶和木质纤维经过凝胶化作用形成的各种凝胶体。镜质体是富氧组分。

④惰质组（inertinite）：

是一种丝炭化组分。由木质纤维素经丝炭化作用而形成。属稳定的不活泼组分，富含氧。目前，测镜质组的反射率已经成为判断有机质成熟度的主要标志。反射光下观察有机质可以划分为四种——镜质体反射率Ro镜质体（在绿光中）的反射光强度对垂直入射光强度的百分比。范围：Ro<0.5%；温度：10～60℃(下限温度不定高可到100℃左右)；深度：沉积界面～数百米到2000余米；作用：以细菌的生物化学作用为主，对有机质的分解。产物：CH4（生物化学气）、CO2、H2O，干酪根、少量低熟油。1．生物化学生气阶段(未成熟阶段)2．热催化生油气阶段（成熟阶段）范围：Ro=0.5%～1.2%；温度：60℃～180℃；深度：（1500-2500m）～（3500-4500m）；作用：热催化作用——地温的升高对有机质热降解：温度作用使干酪根所含的侧链和支链发生断裂，形成大量低分子量液态烃和气态烃。粘土矿物催化作用促进发生；产物：以低分子量液态烃为主，包括部分湿气，是液态石油形成的主要阶段。生油窗/生油高峰范围：Ro=1.2%～2.0%；温度：180℃～250℃；深度：（3500-4500m）～（6000-7000m）；作用：热裂解反应，主要是C-C键的断裂，高分子量烃类裂解为低分子量的烃类(液态烃的大量裂解)；产物：甲烷及其同系物，低分子量正烷烃为主，湿气为主。3．热裂解生湿气阶段（高成熟阶段）范围：Ro>2.0%；温度：>250℃；深度：>（6000-7000m）；作用：高温热裂解，

前一阶段湿气，液态烃的进步裂解，干酪根残渣的裂解和缩聚；产物：甲烷（干气），固体沥青，次石墨。4．深部高温生干气阶段（过成熟阶段）五、生油（气）岩烃源岩（sourceroc