石油地质学7. 烃源岩

第四章 烃源岩烃源岩（source

rock），也叫生油岩。定义：指富含有机质、在地质历史中生成并排出了或者正在排出石油和天然气的岩石。法国石油地质学家Tissot（1978）定义：“富含有机质、大量生成油气与排出油气的岩石”。烃源岩是一种能够产生或已经产生可移动烃类的岩石。烃源岩应该具备的条件：含有大量有机质即干酪根；达到干酪根转化成油气的门限温度即埋藏深度。相关术语：烃源层或源岩层（source

bed）：由烃源岩组成的地层称为烃源层。源岩层系：在一定地质时期内，具有相同岩性－岩相特征的若干烃源层与其间非烃源层的组合称为源岩层系。一、概念源岩包括油源岩、气源岩和油气源岩，习惯上通常叫作生油岩。生油岩这一概念，不同的人有不尽相同的理解，按照亨特的定义：生油岩是指曾经产生并排出足以形成工业性油、气聚集之烃类的细粒沉积物。当然，在实际研究工作中，尤其在研究初期，有时很难确定是否排出过足够的烃，对这样的生油岩可称之为可能生油岩。Deposition

of

source

rocksMigration

of

petroleum

from

source

rocks

into

reservoir

rocks

after

burial

and

maturat一般是细粒、色暗、富含有机质和微体生物化石的岩石，其中常含原生分散状黄铁矿和游离沥青质。二、类型粘土岩类

碳酸盐岩类煤系地层常见有三类□（1）粘土岩类，主要是泥岩、页岩等。我国主要陆相盆地如松辽、渤海湾、准噶尔、柴达木等含油气盆地，主要烃源岩层多为灰黑、深灰、灰色及灰绿色泥岩、页岩。□（2）碳酸盐岩类，以低能环境下形成的富含有机质的石灰岩、生物灰岩和泥灰岩为主，如沥青质灰岩、隐晶灰岩、豹斑灰岩、生物灰岩、泥质灰岩等，常含泥质成分。□（3）煤系地层，指在成煤环境下形成的含煤地层，其中的煤层和含煤地层中的富含有机质的泥岩可以成为烃源岩。我国广泛分布有含煤层系，石炭-二叠纪、侏罗纪、古近纪是三个主要的聚煤期。煤系地层不仅可以作为气源岩，也可以作为油源岩。页岩面积（×104km2）海相：60～90陆相：20～25海陆过渡相：15～20（许效松等，2004）古生界中国主要盆地页岩发育分布三、有机质的数量有机质的数量是用有机碳的含量来评价的，测定的有机碳含量实际是残余有机碳的百分含量。由于转化为烃的有机碳是非常有限的，所以，它基本上仍能代表生油的物质条件，有机碳含量越高，表示生油的物质基础越好，反之亦然。①粘土岩为0.5%生油岩有机碳的最小值一般是：②碳酸岩为0.1%咸化环境形成的泥质生油岩，其低限可降至0.3%。但应注意的是：并非有机碳含量愈高的岩石既为生油量愈大的岩石，这是因为生油岩的大小还取决于有机物向石油的转化程度。因而有机物的数量如果同时使用有机碳和烃/有机碳（即烃在每克有机碳中的毫克数）来表示，则更具有实际意义。另外，还可配合有机质转化指标β（沥青中的碳/剩余有机碳*100%）、氯仿抽提物、烃含量等指标来反映岩石中有机物的丰度。而且通常将250—300ppm的氯仿沥青含量和50—100ppm的烃含量，定为生油岩的下限值。四、有机质的类型有机质的类型不同，岩石的生油潜力不同。有机质的光学类型、化学类型以及各种类型的生油潜力。此外，干酪根的类型，还可根据生油岩热解参数氢指数IH和氧指数IO加以划分：氢指数=干酪根热解烃（S2）/有机碳氧指数=二氧化碳（S3）/有机碳两参数与干酪根的化学分类参数H/C和O/C比相当，也可用来划分、确定有机质的类型，同样将干酪根划分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型三种类型。Ⅰ型干根：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，只含少量多环芳香烃和含氧官能团，主要来源于水生低等浮游生物，生烃潜力大。Ⅲ型干根：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。Ⅱ型干根：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根。其生烃潜力视其接近Ⅰ型或是接近Ⅲ型而异。随着演化程度的加深，三种干 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。The

mapof

the

type

and

evolvementfor

kerogrn（Tissot,

1974)干

根类型有机质必须经过成熟作用方能形成石油和天然气，成熟作用的水平决定着生成物的性质和数量。用于研究成熟度的方法主要有下列几方面：五、有机质成熟度1、孢粉和干酪根的颜色孢粉和干酪根的颜色随有机质成熟度的增强而加深。未成熟时，孢粉和干酪根的颜色以黄色为主；成熟时，孢粉的颜色以褐色为主，干酪根的颜色为橙色、褐色、褐黑色；过成熟时，孢粉和干酪根的颜色皆变为黑色。〈一〉使用光学方法测定生油岩有机质的成熟度镜煤反射率是测定有机质成熟度的一种好方法，其值主要是通过精密光学仪器MPV3显微光度计测定有机质组分中镜质组分反射率值R。R0＜0.5%-0.7%时，生油岩未成熟;0.5-0.7%＜R0＜1.3%时，成油主带;1.3%＜R0＜2%时，湿气和凝析油带;R0＞2%时，准变质阶段，干气带，只有甲烷。2、镜煤反射率未成熟阶段：红外光谱图上表现为含氧官能团逐渐消失。即C=0官能团由①到③逐渐消失。在成熟阶段：红外光谱的脂肪键逐渐减少，即

C=H官能团由④-⑤，对应的三脂肪族谱峰逐渐消失。准变质阶段。只在光谱图上留有C=C芳核。〈二〉使用干酪根红外光谱研究有机质的成熟度对岩样加温热解可测出其中所含吸附烃(S1)，干酪根热解烃（S2）和二氧化碳（S3）等物质。根据转化率S1/(S1+S2)和热解峰温t(热解过程中温度达到的高峰值)可以用来确定有机质的成熟度。S1/(S1+S2)达到0.1时，有机质进入成熟生油区。S1/(S1+S2)达到0.4以后，进入湿气带。〈三〉使用热解方法测定成熟度根据C15+烃类特征鉴定成熟度主要应用奇偶优势比参数。岩石抽提物中奇、偶碳原子正烷烃的相对丰度，称为正烷烃奇偶优势比。它有两种表示方法：1、正烷烃的CPI值由于现代沉积物中奇碳正烷烃大于相邻的偶碳正烷烃，古代沉积物中奇碳正烷烃略大于相邻的偶碳正烷烃，而油中两者近等。据此，使用CPI——碳优势指数来反映成熟度。其具体计算公式：CPI=1/2[(C25+C27+……+C33)/（C24+C26+……+C32）+(C25+C27+……+C33)/（C24+C26+……+C34）]〈四〉根据C15+烃类特征鉴定成熟度原油中CPI值在0.9-1.15之间，沉积岩的CPI值接近这个范围就是生

油岩，且越接近1的附近，就愈成熟。OEP值就是取主峰碳前后两项得出的奇偶碳优势值，计算公式是：OEP=[Ci+6Ci+2+Ci+4/4Ci+1+4Ci+3](-1)i+1其中i为主峰碳碳数减2，例如主峰碳数为17，则i为15，式中的分母即为偶碳量，当主峰碳为18时，则指数为负值，分子分母颠倒，最终又使分母为偶碳。一般认为OEP＜1.2时，生油岩进入成熟阶段。2、正烷烃的OEP值芳香结构分布指数，我们在前面以介绍过了：ASI=I类初级氢原子/II类初级氢原子ASI值达0.8-1.4范围时，表示烃类已成熟，可列为生油岩。好了，常用的成熟度研究方法就介绍完了，这些方法结合有机质的类型进行综合分析，效果最佳。〈五〉芳香结构分布指数坚定成熟度对生油岩进行研究，一方面是通过宏观的粗略观察，即看一看岩石是否含有大量有机质，岩石的颜色是否为暗色，是否是细粒岩石等等。另一方面是利用测定有机碳、氯仿抽提物和烃的含量，来定量分析生油岩的特征。形成生油岩的有利古地理环境主要有浅海、半深—深湖、三角洲相三个沉积区带。在滨海区，海水进退频繁，氧气自由进入，对有机质保存十分不利；深海区有机质供给十分有限；只有浅海区，水体宁静，有机质供给充分，最有利于生油岩的形成。特别是深湖，海湾和近三角洲相是最有利的生油岩形成环境。在湖泊里，最有利于生油岩形成的地带环境不是滨湖—沼泽区，也不是浅湖区，而是半深—深湖区。另外，湖泊三角洲的前三角洲相区，也是非常有利的生油岩形成相带。六、生油岩形成的有利古地理环境Upwelling

of

water

rich

in

nutrients

on

a

continental

margin

with

deposition

of

organic-r七、石油地球化学对比石油地球化学对比，包括油—油对比，油—

岩对比、气—气对比以及油—气—岩对比等内容，其中又尤以油—岩对比最为重要，对于具有多套

含油层系的勘探，为准确寻找目的层，有重要的

研究意义。下面我们就介绍一下目前对比研究研究常用的一些参数。石油中的微量元素钒、镍是作为卟啉络合物随卟啉一起从母岩进入石油的。其绝对含量可能随风化、运移的作用而变化，但V/Ni比率常无明显变化。因此，同源层原油的V/Ni比值应具有相似性，故可用于油源的对比研究。1、微量元素碳同位素是目前应用较为普通的对比参数，由于石油不同组分或馏分的δ13C值不同，所以应用δ13C进行对比，最好是按不同馏分和组分进行。一般从饱和烃—全油—芳烃—非烃—沥青质，它们的δ13C值依次增加。如测得的油—油或油—岩各组分的δ13C值相近且变化相似，则对比结果较好。反之较差。2、碳同位素由于卟啉类、三萜类、异戊间二烯类化合物，不受轻组分流失和风化作用的影响，所以它们的分布特征可用于油源对比。此处的分布特征，即包含了绝对含量的特征，也包含有同类化合物不同类型之间的相对含量变化特征。这当中应用最为广泛的是异戊间二烯型烷烃，曾一度被誉为“指纹”化合物。对比时，一般采用C15-21的异戊间二烯型烷烃的分布特征作为对比标志，以C19（姥鲛烷）的含量为100，将C15-21这七种分子的相对含量绘制成图。3、生物标记化合物除上之外，石油地球化学对比还可使用配对分子、正烷烃分布曲线的特征。在此不一一介绍了。在对比研究中，可以根据油样的特征和其它实际条件灵活选取。但最常用的是：V/Ni比、生物标记化合物、碳同位素三个方面。对比时，尽量结合实际地质资料，多方面综合分析对比。作业：评价生油岩的主要依据有哪些？运用H/C和O/C原子比如何对干酪根类型进行划分，各类型的原始物质来源及成矿方向？生油岩评价：深灰色泥岩