第七讲 油气成因与烃源岩.ppt

1、长江大学工程技术学院石油资源系,胡 芳,石油地质学,思考题 根据油气生成的机理和产物特征，可以把有机质生油过程划分为哪几个阶段？ （有机质向油气转化的现代模式及勘探意义） （干酪根成烃演化机制）,分三个阶段： 成岩作用阶段、深成作用阶段、准变质作用阶段 1.成岩作用阶段未成熟阶段 从沉积有机质被埋藏开始至门限深度为止。 地层条件：低温（小于5060）、低压。 有机质特征：微生物化学作用为主，有机质以形成干酪根为主，没有形成大量烃类，O/C大大降低，H/C稍微下降。 主要产物及特征：生物成因气，有少量的烃类来自于活生物体，大部分为C15以上的重烃，为生物标志物。正烷烃多具明显的奇偶优势。成岩作用

2、阶段后期也可形成一些非生物成因的降解天然气以及未熟油。 鉴别指标：Ro小于0.5%。,2.深成作用阶段成熟阶段 深成作用阶段为干酪根生成油气的主要阶段。该阶段从有机质演化的门限值开始至生成石油和湿气结束为止。按照干酪根的成熟度和成烃产物划分为两个带： A生油主带（低中成熟阶段） B凝析油和湿气带（高成熟阶段）,A生油主带（低中成熟阶段）： 有机质特征：干酪根热降解作用为主，H/C大大降低。 主要产物及特征：成熟的液态石油。以中低分子量的烃类为主，正烷烃中奇碳优势逐渐消失，环烷烃和芳香烃的碳数和环数减少，曲线由双峰变单峰。W.C.Pusery把它称为“液态窗”或“石油窗”。 鉴别指标： Ro为0

3、.51.3%。,B 凝析油和湿气带（高成熟阶段）： 有机质特征： 高温下，剩余的干酪根和已经形成的重烃继续热裂解。 主要产物及特征： 液态烃急剧减少，C1C8的轻烃将迅速增加。在地层温度和压力超过烃类相态转变的临界值时，这些轻质轻就会发生逆蒸发，反溶解于气态烃之中，形成凝析气和更富含气态烃的湿气。 鉴别指标： Ro为1.32.0%。,3.准变质作用阶段过成熟阶段 有机质特征： 埋深大、温度高，由于在成熟阶段干酪根中绝大部分可以断裂的侧链和基团已消耗殆尽，所以石油潜力枯竭，残余的少量烷基链，尤其是已经形成的轻质液态烃在高温下继续裂解形成大量的热力学上的最稳定的甲烷。 干酪根的结构进一步缩聚形成富

4、碳的残余物质。 主要产物及特征： 热裂解甲烷。 鉴别指标： Ro2.0%。,教学目的与教学思路,教学重点难点,掌握油气生成的地质环境及促使有机质演化成烃的因素,油气形成的地质条件 天然气类型,第二章 油气成因与烃源岩,油气形成的地质条件,上节的内容： 油气生成的基本理论 问题的提出： 油气生成必须具备什么条件？ 什么地质环境可以生烃？,一、油气生成的地质环境 二、有机质转化成油的影响因素,第三节 油气形成的地质条件,油气生成的地质环境与物化条件,沉积岩中的有机质要向石油转化必须经历一个碳、氢不断增加而氧不断减少的过程，即为一个去氧、加氢、富集碳的过程。 原始有机质的堆积、保存和转化过程，必须是

5、在还原条件下进行，而还原环境的形成及其持续时间的长短则受当时的地质及能源条件所制约。,古地理环境 海相环境 大陆环境 大地构造环境 物理化学环境 温度与时间 细菌活动 催化作用 放射性,1.长期稳定下沉的大地构造背景； 2.较快的沉积（堆积）速度； 3.足够数量和一定质量的原始有机质； 4.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。 5.适当的受热和埋藏史。,一、油气生成的地质环境,1.大地构造环境,三种构造环境： 过补偿 水体变浅 欠补偿 水体变深 补偿 保持一定水体深度,为了确保有机质不断堆积、长期处于还原环境，并提供足够的热能供有机质热解需要，地壳必须有一个长期持续

6、下沉，以及沉积物得到相应补偿的构造环境。只有盆地的下降速度与沉积速度大致相当时有机质才有可能大量堆积和保存，才有利于有机质转化为油气。,这种大地构造环境主要分布在： 板块的边缘活动带 板块内部的裂谷、坳陷 造山带的前陆盆地、山间盆地。,大地构造环境,2.岩相古地理环境,海相环境：,2.岩相古地理环境,陆相环境： 滨湖沼泽区 浅湖区 半深湖区 深湖,水体较深，水体表层处于动荡回流状态，其底部水流停滞，由于水底有机质的分解，氧气又得不到及时补充，便形成稳定的还原环境，是有利的生油区。,晚期生油理论认为：油气生成必须具备两个条件，一是有足够的有机质并能保存下来；一是要有足够的热量保证有机质转化为油气

7、。,二、有机质转化成油的影响因素,1.温度和时间 2.细菌 3.催化剂 4.放射性 5.压力,二、有机质转化成油的影响因素,1.温度和时间,二、有机质转化成油的影响因素,有机质向石油转化是一个热降解过程，温度是最有效和最持久的作用因素；温度不足可用延长时间来弥补。,生油岩石的年龄越大， 生烃门限温度就越低。,2.细菌,二、有机质转化成油的影响因素,由于生存条件的限制，细菌生物化学作用主要出现在有机质改造的早期或成岩作用的早中期。,3.催化剂,二、有机质转化成油的影响因素,4.放射性 放射性元素（铀、钍和钾）所造成的局部地温增高将有利于有机质的热演化。 放射性物质产生的高能粒子可以导致水分解而产

8、生大量的游离氢，同时放射性衰变产生的能量，游离氢和能量的提供将同时增加油气形成的产率和速度，对于油气的生成非常有利。 沉积岩中：总体上放射性元素含量很低,二、有机质转化成油的影响因素, 非主要因素,5.压力 概括地说，压力对有机质成烃具有抑制或促进作用。 高压阻碍有机质成熟和成烃作用； 短暂的降压有利于加速有机质的成熟。,二、有机质转化成油的影响因素,从化学理论讲，压力的增加可以抑制体积增加的化学反应的进行。对于干酪根的生烃反应，尤其是较高温度下生成气态烃的反应，显然是体积增加的反应。,一、生物成因气 二、油型气 三、煤型气 四、无机成因气,第四节 天然气的成因类型,第四节 天然气的成因类型,

9、天然气按成因可分为四种类型： 生物成因气、油型气、煤型气 和无机成因气,第二章 油气成因与烃源岩,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。 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 有机成因气 按其有机质类型腐植气、腐泥气 按热演化阶段生物气、热解气、裂解气 腐植型有机质(包括煤)的热解气和裂解气称为煤型气 腐泥型有机质的热解气和裂解气称为油型气,第二章 油气成因与烃源岩,天然气与石油形成条件比较,一、生物成因气,生物成因气是指成岩作用阶段早期，在浅层生物化学作用带内，沉积有机质经微生物的群体发酵和合成作用形成的天然气，主要是甲烷气及部

10、分 CO2 和少量 N2。有时也混有早期低温降解形成的烃气。,第二章 油气成因与烃源岩,1. 生物成因气的形成,第二章 油气成因与烃源岩,2.生物成因气的特征,（1）化学组成 甲烷含量大于98%，重烃含量一般小于1%，少量的 N2 和CO2，为典型的干气。 （2）13C值 一般为 55 -90。,第二章 油气成因与烃源岩,3.生物成因气的分布,生物成因气的分布层位主要在白垩系以上，埋深在地表到2000米左右。区域上白垩系生物气主要分布在东北地区，第三系分布在渤海湾和三水盆地，第四系主要分布在柴达木盆地和长江沿海地区和现代湖泊中。,第二章 油气成因与烃源岩,4.生物成因气大量形成的条件,（1）拥

11、有丰富的原始有机质 这是细菌活动所需碳源的物质基础。 （2）适于甲烷菌发育的物理化学条件 还原环境和中性水介质条件有利于生物气形成。 （3）合适的沉积环境 严格的缺氧、缺硫酸盐还原环境，是产CH4菌繁殖的必要条件。半咸水和咸水湖，特别是碱性咸水湖是生物气形成聚集的最有利环境。 （4）足够的孔隙空间 产甲烷菌的繁殖需要一定的空间。 （5）较快的沉积速率 沉积速率快有利于生物气形成。,第二章 油气成因与烃源岩,二、油型气,油型气是指成油有机质（腐泥型）在热力作用下以及油热裂解形成的各种天然气。包括湿气（石油伴生气）、凝析气和裂解气。,第二章 油气成因与烃源岩,1.油型气的形成,干酪根 温度（热解）

12、 液态烃 + 气态烃 裂解 气态烃 （凝析气、甲烷气）,高峰期：在深成作用阶段的中晚期。,第二章 油气成因与烃源岩,2.油型气的特征,（1）化学组成：重烃含量大于5%，最高可达40 50%（石油和凝析气阶段）；过成熟气以甲烷为主，重烃气一般小于2%。 （2）13C值：随着成熟度的增高而增大，由石油伴生气的 -55 -40 到凝析油伴生气的 -45 -30 再到干气为 -35。,第二章 油气成因与烃源岩,3.油型气的分布,油型气分布普遍，东部北起松辽，南至广东三水和广西百色盆地，中部稳定区的鄂尔多斯和四川盆地，西部的塔里木、准葛尔和柴达木盆地。层位上从震旦系到第三系各层系均有分布。,第二章 油气

13、成因与烃源岩,三、煤型气,煤系气：凡与煤系有机质热演化有关的天然气。 煤成（层）气：煤层在煤化过程中所生成的天然气。属于煤型气的一种 煤型气：煤系地层中分散有机质在热演化过程中所生成的天然气。 目前用煤型气来概括，即煤型气是指煤系地层中煤和分散有机质在煤化作用和再煤化作用过程中形成的天然气。,第二章 油气成因与烃源岩,1. 煤型气的形成,腐殖型,腐殖煤、腐殖型干酪根 泥炭化作用 泥炭、生物成因气（因缺乏保存条件难以聚集） 成岩作用阶段 褐煤、生物成因气（非烃含量高） 变质作用阶段（热力作用）,第二章 油气成因与烃源岩,变质作用阶段（热力作用） 长焰煤 气煤、肥煤 轻质油和C2 C4 重烃气 焦

14、煤、瘦煤 煤型裂解气 贫煤、烟煤、无烟煤,煤型气,第二章 油气成因与烃源岩,2.煤型气的特征 （1）化学组成：重烃含量可达10% 以上，甲烷一般占70% 95%；非烃CO2 量最大，N2 次之，H2S 最少。 （2）13C值：一般为 -41. -24.9。 3.煤型气的分布 煤型气多分布在煤系地层发育区。,第二章 油气成因与烃源岩,四、无机成因气,由地壳内部、深海大断裂、深海沉积物形成，包括氮气、二氧化碳 、硫化氢、氦气等。,第二章 油气成因与烃源岩,1.无机成因气的形成,无机成因气是指不涉及有机物质反应的一切作用和过程所形成的气体。包括地球深部岩浆活动、变质作用、无机矿物分解、放射作用以及宇

15、宙空间产生的气体。,四、无机成因气,第二章 油气成因与烃源岩,无机成因气,烃类气体无机成因甲烷,非烃气体,稀有气体氦气,其它气体 （CO2、N2、H2S）,第二章 油气成因与烃源岩,氮气：高温高压条件下，含氮化合物裂解形成。 二氧化碳 ：碳酸盐在深埋高温或岩浆活动提供的热源下分解形成。 硫化氢：由火山喷发形成。 氦气：放射性气体衰变形成，岩浆中铀和钍放射性蜕变的产物。,第二章 油气成因与烃源岩,化学组成甲烷占优势，非烃含量较高；13C值大于 -20。,2.无机成因气的特征,3.无机成因气的分布,多分布在大断裂、岩浆体。,第二章 油气成因与烃源岩,思考题,1. 试述有利于油气生成的大地构造环境和岩相古地理环境（地质条件）。 2. 天然气可划分哪些成因类型？有哪些特征？,如何识别不