第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用.ppt

1、,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,烃源岩评价 油气成因理论 油气源对比 油气资源评价 油气藏成藏地球化学研究 沉积盆地热流和热史研究 油气地球化学勘探（化探） ,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,烃源岩的定性评价是其定量评价和油气资源量评估的基础。也是油气资源评价体系中的的重要组成部分，是在勘探早期是对烃源岩的一种鉴定工作。主要回答勘探区是否存在烃源岩？哪些是烃源岩？烃源岩的品质如何？由于前已述及，油气是由有机质生成的，因此，岩石中有机质的多少、有机质生烃能力的高低及有机质向油气转化的程度就成为决定烃源岩生烃量大小的因素。,第十四章 有机地球化学在油气

2、勘探中的应用,岩石热解分析（Rock-Eval）,基本原理,样品热解属性,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,岩石热解分析（Rock-Eval）,基本原理,分析周期,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,岩石热解分析（Rock-Eval）,基本原理,分析结果,S0:气态烃量，mg烃/g岩 S1:液态烃量，mg烃/g岩 S2:热解烃量，mg烃/g岩 S4:残余有机质二氧化碳量, mgCO2/g岩 Tmax:最高热解峰温，是热解烃S2峰峰顶的温度，与烃源岩的成熟度有关,参数意义,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,岩石热解分析（Rock-Eval）,烃源岩热解参数计算及参数意义,总

3、有机碳：TOC（%）=（0.83(S0+S1+S2）+S4）/10 氢指数：IH（ mg烃/g。TOC）= S2 /TOC）100 烃指数：IHC（ mg烃/g。TOC）=（ S0+S1） / TOC）100 氧指数：IO（ mgCO2/g。TOC）=（S3 /TOC）100 有效碳：Cp(%)= 0.083(S0+S1+S2） 降解率：D（%）=(Cp/TOC）100 生烃潜量：Pg(mg烃/g。岩) = S0+S1+S2,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,烃源岩的定性评价的研究内容 有机质数量（丰度） 有机质类型 有机质成熟度 任何评价工作都涉及评价方法和评

4、价标准问题。烃源岩的定性评价也不例个。选择具有明确地球化学意义的参数和适合的评价标准是烃源岩评价首先需要解决的问题。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,（一）有机质数量（丰度）指标,1、总有机碳（TOC，）或有机碳Corg 2、氯仿沥青“A”（）和总烃（HC，ppm） 3、生烃潜量Pg 4、显微组份全岩体积百分含量,一、有机质数量（丰度）评价,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,（二）有机质数量（丰度）评价标准,陆相烃源岩有机质丰度评价指标（SY/T 5735-1995）,一、有机质数量（丰度）评价,第十四章 有机地球化学在油气勘探

5、中的应用,第一节 烃源岩定性评价,（二）有机质数量（丰度）评价标准,中国煤系泥岩生烃潜力评价标准（陈建平，1997）,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,（二）有机质数量（丰度）评价标准,与不同学者于不同时期所给出的泥质烃源岩的评价的下限标准均比较相近(0.4%0.5%)明显不同，关于碳酸盐岩烃源岩的有机质丰度评价，不同学者、不同时期所给出的评价标准有很大的差别。,一、有机质数量（丰度）评价,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,（二）有机质数量（丰度）评价标准,国内外不同单位及学者提出的碳酸盐岩烃源岩有机质丰度下限标准,第十四章 有机

6、地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,（二）有机质数量（丰度）评价标准,过去给出的碳酸盐岩作为烃源岩的有机质丰度下限较低，除了上述原因之外，还有一项非常重要的考虑，这就是我国碳酸盐岩中有机质的丰度普遍较低，大多在0.2%左右，且成熟度较高。如果按照前述陆相源岩的标准，就在很大程度上否定了我国碳酸盐岩覆盖区（约占陆地面积的1/3）内大部分地区的油气勘探潜力。按排气量的大小确定的工业下限值约为0.250.3。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,二、有机质类型,1.据有机质的来源划分有机质的类型 2.据干酪根的元素组成判识有机质的类型 3.据有机质（干酪

7、根）的显微组分组成鉴别有机质的类型。 4.据岩石（或干酪根）的Rock-Eval热解特征划分有机质的类型,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,二、有机质类型,4.据岩石（或干酪根）的 Rock-Eval热解特征划分有 机质的类型,由氢指数、氧指数划分有机质类型图（据邬立言等，1986）,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,二、有机质类型,4.据岩石（或干酪根）的 Rock-Eval热解特征划分有 机质的类型,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,二、有机质类型,4.据岩石（或干酪根）的 Rock-Eval热

8、解特征划分有 机质的类型,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,二、有机质类型,5.依据红外光谱（官能团）特征划分有机质的类型,有机质的红外谱带可以分为脂族基团、芳香基团和含氧基团三大类。依据这些基团（谱带）的强度，可以选择许多比值来表征有机质的类型。石油天然气总公司1995年颁布的行业标准中就有由红外参数判识有机质类型的方案,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,二、有机质类型,5.依据红外光谱（官能团） 特征划分有机质的类型,不同类型干酪根的红外光谱（傅家漠，1995） 型（侏罗纪 Ro0.65；A（第三纪，Ro0.56）；B型(第三

9、纪，Ro0.56）；型（第三纪，Ro0.42）,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,二、有机质类型,5.据干酪根的稳定碳同位素组成（13C）判识干酪根的类型,陆相干酪根的13C() 与其类型的关系,有机质类型的各种评价方法中，应用较多、比较权威的是依据干酪根的元素组成、显微组分组成、Rock-Eval热解数据等。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,三、有机质成熟度,反映生烃母质干酪根演变特征的元素组成的变化、官能团构成的变化、自由基含量的变化、颜色及荧光性的变化、热失重的变化、碳同位素组成的变化、镜质体反射率的变化以及反映热解产物演

10、化的可溶有机质的含量及组成、烃类的含量及组成均可成为成熟度指标。此外，生物标记化合物异构化参数、奇偶优势参数等等也可以成为成熟度指标。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第一节 烃源岩定性评价,四、生烃潜力综合评价,结合烃源岩有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度进行综合评价。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第二节 烃源岩定量评价,以干酪根生烃理论的建立为标志，地球化学家对有机质成烃的认识实现了从现象到本质和机理的升华。这就为科学、定量地计算生油气量奠定了基础。因此，从上世纪八十年代起，从定性评价到定量计算就成为烃源岩研究的重要发展趋势之一。烃源岩定量评价的实质就是油气资源问

11、题。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第二节 烃源岩定量评价,目前由油公司和研究机构提出并被应用的生烃量定量评价方法很多，但概括起来可以分为三类：一是改进的氯仿沥青法，二是基于有机质成烃机理的成烃率法，三是基于RockEval分析所得的生烃势法。第二类方法按成烃率求取方法的不同又可以分为模拟实验法、化学动力学法、物质平衡法等。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第二节 烃源岩定量评价,一、氯仿沥青法 Q总SHA/(1-K运) 式中，Q总为评价目标的总生油量； S烃源岩的面积； H烃源岩的厚度； A 氯仿沥青A的平均含量（； 烃源岩的比重； K运烃源岩中石油的运移系数。 实际应

12、用过程中，常常将评价目标划分为有限个评价单元，分别计算各个单元的生烃量后求和。 这一公式实际上是由物质平衡原理，即 Q生Q残Q运SHAQ运,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第二节 烃源岩定量评价,二、基于成烃机理的成烃率法 按照现代油气成因机理，单位源岩中油气的生成量取决于有机质的丰度（数量）、类型（反映单位重量有机质的生烃能力）和成熟度（反映有机质向油气转化的程度的成烃转化率）。这样，某评价目标中油气的生成量应该为: QSHTOCIHX 式中，SH源岩的重量； TOC源岩中有机碳含量，可采用恢复后的原始有机碳； IH单位质量有机质的原始生烃潜力（如mgHC/gTOC或kgHC/tT

13、OC,反映有机质的类型）；TOCIH则反映了单位重量源岩的生烃潜力； X成烃转化率（无量纲，或用百分数表示）计算生油量时用成油转化率，计算生气量时用成气转化率。IHX则反映了单位重量有机碳的生烃量； 具体各变量的单位可根据实际需要组合。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第二节 烃源岩定量评价,二、基于成烃机理的成烃率法 一旦确定了有机质的成烃（油、气）转化率X(等于已生烃量/总生烃潜力)，生烃量的定量评价问题就迎刃而解了。问题的关键在于合理、准确得到X。 求取成烃转化率的方法有很多，概括起来，可分为三大类，即热模拟实验法、化学动力学法和物质平衡法。相应地，有关的生烃量计算方法也可分别

14、按这三种方法来命名。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第二节 烃源岩定量评价,二、基于成烃机理的成烃率法 1.热模拟实验法,产气量，ml/gTOC,温度增加,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第二节 烃源岩定量评价,二、基于成烃机理的成烃率法 2.化学动力学法,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第二节 烃源岩定量评价,二、基于成烃机理的成烃率法 3物质平衡法,利用物质平衡法计算有机母质转化过程中的油气产量（或者油气产率）的基本思想是由前苏联学者乌斯宾斯基（1954）提出的：有机母质转化前的初始重量（M0）等于转化后的残余有机母质重量（M）和各种产物重量（Xi，i代表不

15、同的产物组分）之和。从原理上讲，这是一种科学、合理的方法。 但由于除了原始有机质和CO2、H2O、H2的组成外，地球化学家感兴趣的油气产物和残余有机质的组成都随着成熟作用不断演变，人们几乎没有办法一一对应地确定达到某一演化程度时各种产物的精确组成。因此，往往只能确定它们的大致对应组成，从而很难严格配平 。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,油气源对比是有机地球化学研究中的一个重要课题，它直接服务于油气勘探。在一个含油盆地中有若干个油藏和油层组，这些石油来源于共同的生油岩还是不同时代的生油岩，特别是出现多套生储组合时，搞清它们的运移方向和途径，确定其主要生油层和储油层

16、的持点，对油层分类和远景评价具有重要意义（徐伟民，1993）。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,根据勘探和生产的各种问题，原油对比的目的变化很大。原则上要求作对比的项目有（图22-1）：不同原油之间的彼此对比，油与其生油岩的对比，气与气的对比，并且如有可能的话，应进行气与油和生油岩的对比（B.P.Tissot 等，1984）。对勘探地质学家时常提出的问题如下： （1）能否鉴别存在于一个沉积盆地中的石油，凝析油或天然气的不同类型或不同系列？每个系列是属单一成因还是多种成因？ （2）能否鉴别石油、凝析油或天然气的生油岩？能否预测导致在盆地各部位释出了不同或相同原油的一

17、给定生油岩在盆地内的相变情况？,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,高质量的油气源对比需要全面的完整地球化学资料和地质资料，最终的解释必须与所有应用的地质和地球化学资料相符合，也要与当地和区域的地质和地球化学情况相符合。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,一、油气源对比的回顾与展望,（一）油气源对比的历史 在过去三十年中随着人们对油气起源问题认识的逐渐明确，油一源岩对比的概念在引人了尖端的分子识别技术之后发生了革命性的变化，特别是联机的气相色谱-质谱（GC-MS）技术在石油工业界得到普遍应用之后。GC-MS数据包含了生物标志物的分布指标，现

18、在已成为油-源岩对比中起主导作用的工具，这些数据连同碳同位素数据为每一组分或化合物族系（如芳烃）提供了判别特征，因而为每一种可靠的油-源岩对比提供了许多信息。这两种技术的结合以联机气相色谱-同位素质谱的形式开创了油一源岩对比的新阶段。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,一、油气源对比的回顾与展望,（二）油源对比研究中存在的若干问题 (1)石油代表了烃源岩体生成和运移出的烃类流体，选择作油源分析的烃源岩仅代表潜在烃源岩体中一个小个体，如果它不能代表整个烃源岩体，甚至所选样品根本就不是有效烃源岩，则肯定导致不正确的结论。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节

19、 油气源对比,一、油气源对比的回顾与展望,（二）油源对比研究中存在的若干问题 (2)不同的样品成熟度。良好的油源对比要求沥青“A”与所对比的原油在成熟度上基本相似，以避免成熟度的影响。研究表明，成熟度广泛影响着烃源岩中生物标志化合物的分布，同一烃源岩在不同成熟阶段具有显著不同的化学组成特征。高过成熟阶段的烃源岩中残留烃与地质历史中生成的油的地球化学特征可比性较差，这使得多旋回复杂含油气盆地中油源对比变得比较困难。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,一、油气源对比的回顾与展望,（二）油源对比研究中存在的若干问题 (3)油源对比中正相关不一定是样品相关的“必要证据”，负

20、相关才是样品之间缺乏相关性的“有力证据”(Peters等，1993)。油源对比研究仅根据一些生物标志化合物参数的相似性就作出油岩相关的结论，其可靠性值得斟酌。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,一、油气源对比的回顾与展望,（二）油源对比研究中存在的若干问题 (4)油气多期注入(尤其是气的过量注入)及运移过程和成藏后的次生变化(如气脱沥青作用、生物降解作用、储层原油裂解作用、水洗作用、相分馏作用及地质色层效应等)对烃类总体组成和分子参数及同位素组成有重大影响，这会导致油源对比结果的失真。油源对比结果要注意现象的特殊性与解释的合理性。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中

21、的应用,第三节 油气源对比,一、油气源对比的回顾与展望,（三）油源对比发展趋势 1多种分析手段的使用 2地球化学与地质学相结合,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,二、油源对比技术,（一）油源对比的依据和主要方法 油源对比的依据是：虽然石油经过运移、聚集以及继续演化，由于经受的物理化学条件的差别，或受到水洗和生物降解等影响，而引起原油性质上有较大的差别，但同源的石油、石油与源岩之间，总保持某些亲缘关系，其中某些成分，特别是一些所谓的“指纹指标”如生物标志物及其含量，或某些成分之间的比值将保持不变或少变。这是油源对比研究的基础。但有时遇到不同源的原油有些指标完全可以对比

22、，而同源的原油或与源岩之间却无可比性，因此，油源对比需要采用多种方法、多种指标，例如有反映原油总的性质的指标、反映同系物分布特征的指标和反映物源特征的生物标志物等指标。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,二、油源对比技术,（一）油源对比的依据和主要方法 在对比研究中，必须判断哪些数据对成因关系等问题的解释更可靠，哪些数据受后生变化如排驱、运移、生物降解、水洗和热裂解的影响。此外，必须解决其他复杂的问题，例如对比样品的成熟度差异、烃源岩的相变化、在单个油藏中源自不同烃源岩原油的可能混合作用以及原油和烃源岩沥青的内在区别。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三

23、节 油气源对比,二、油源对比技术,（一）油源对比的依据和主要方法 当样品有关成因联系的所有证据是可比的，就会获得可比性的对比结论。由于在任何两个样品中不可避免地存在差异，所以建立可比性的对比结论的关键并不是找出样品间的相同点，而是找出样品间的差异，并通过正常的转化过程、成熟度区别、原油和烃源岩沥青的内在差异、自然变化（如相态）形成分析的不确定性来解释这种差异。如果在两个样品之间能找出哪怕是一个重要区别，而无法通过自然变化或后生变化获得合理的解释，对比的结果则是不可比的，即得出样品间无成因联系的结论。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,二、油源对比技术,（一）油源对比

24、的依据和主要方法,提高对比可信度方法简表,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,二、油源对比技术,（二）油源对比的项目和指标,油源对比中研究的三个主要对象是干酪根、可溶的沥青和聚集在圈闭中的石油、凝析油和天然气。其中油气和沥青中的各种烃类和非烃类化合物一般可用作对比参数。但是，由于油气形成的漫长性和本身的可流动性，在运移、聚集甚至储层中经历一系列的变化，这样就会模糊甚至完全掩盖这些原生的相似性，从而大大增加了对比的多解性和复杂性。因此，合理地选用对比参数，并综合各种地质及地化资料是十分必要的。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,二、油源对比技

25、术,（二）油源对比的项目和指标,一般来讲，遴选的对比参数应满足以下条件： （1）在其物理分离(例如运移作用、热蚀变和细菌蚀变所引起的选择性分离)过程中及在其后的时期内，对于生油岩和石油所起的任何作用并没有严重地影响这些对比参数； （2）其在岩石和石油中有足够特征的化合物分布，可以区分各种生油岩和石油。 随着分析技术的迅速发展，用于油源对比的项目或指标越来越多，但实际应用效果不完全一致，因而必须根据具体地质情况和技术条件加以选择，进行综合对比。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,二、油源对比技术,（二）油源对比的项目和指标,常用的对比参数： 1物性类；2原油孢粉；3.

26、 钒、镍含量和硫含量 ；4族组成 ；5正构烷烃和一般环烷烃 ；6.类异戊二烯烷烃 ；7基团类 ；8同位素 ；9生物标志化合物 由于生物标记化合物所表达信息的精确性以及能够获得大量的数据，故生物标记化合物是所有对比方法中用途最大的。除了进行原油与另外种原油或与烃源岩抽提物的直接对比外，某些生物标记化合物还能用于对于原油时代的估计，这种能力对于寻找与一种特定原油可对比的烃源岩是非常有意义的。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,二、油源对比技术,（二）油源对比的项目和指标,原油中一些生物标记化合物时代分布（转引自林壬子，1998）,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用

27、,第三节 油气源对比,三、油源对比研究实例,塔里木盆地塔河油田油源研究,1984年9月在塔里木盆地北部沙雅隆起雅克拉构造上，沙参1井奥陶系风化壳喷出高产油气流，从此塔里木盆地古生界石油的来源问题，引起我国石油勘探界的高度关注。 通过“七五”、“八五”、“九五”、“十五（前期）”连续长达十八年的国家科技攻关项目，组织国内各系统、多层面专家学者的研究与探索，使得对于塔里木盆地的油源问题的认识逐渐趋于明朗化，石油地质家与勘探家关于海相石油烃源层的共识，主要聚焦于下古生界寒武系奥陶系的海相烃源岩。但是就全盆地的尺度而言，有关盆地内海相石油的油源或主力烃源层的确切层位，仍然众说纷纭，还存在着寒武系、下奥

28、陶系与“中上奥陶统之争。下面拟从地球化学和地质两方面的证据来客观探讨油源。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,三、油源对比研究实例,塔里木盆地塔河油田油源研究,1984年9月在塔里木盆地北部沙雅隆起雅克拉构造上，沙参1井奥陶系风化壳喷出高产油气流，从此塔里木盆地古生界石油的来源问题，引起我国石油勘探界的高度关注。 通过“七五”、“八五”、“九五”、“十五（前期）”连续长达十八年的国家科技攻关项目，组织国内各系统、多层面专家学者的研究与探索，使得对于塔里木盆地的油源问题的认识逐渐趋于明朗化，石油地质家与勘探家关于海相石油烃源层的共识，主要聚焦于下古生界寒武系奥陶系的海

29、相烃源岩。但是就全盆地的尺度而言，有关盆地内海相石油的油源或主力烃源层的确切层位，仍然众说纷纭，还存在着寒武系、下奥陶系与“中上奥陶统之争。下面拟从地球化学和地质两方面的证据来客观探讨油源。,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,三、油源对比研究实例,塔里木盆地塔河油田油源研究,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,三、油源对比研究实例,塔里木盆地塔河油田油源研究,1生物标志物与碳稳定同位素的油源对比研究 （1） C31/C30、C35/C34藿烷油源对比,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,三、油源对比研究实例,塔里木盆地塔河油田油源研究,1生物标志物与碳稳定同位素的油源对比研究 （2） C28/C29甾烷与C21/C23三环萜烷油源对比,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,三、油源对比研究实例,塔里木盆地塔河油田油源研究,1生物标志物与碳稳定同位素的油源对比研究 （3） C26降胆甾烷油源对比,第十四章 有机地球化学在油气勘探中的应用,第三节 油气源对比,三、油源对比研究实例,塔里木盆地塔河油田油源研究,1生物标志物与碳稳定同位素的油源对比研究 （3） C2