第二章现代油气成因理论.ppt

第一节第一节 油气成因理论发展概述油气成因理论发展概述第二节第二节 生成油气的物质基础生成油气的物质基础第三节第三节 油气生成的地质环境与物理化学条件油气生成的地质环境与物理化学条件第四节第四节 有机质演化与成烃模式有机质演化与成烃模式第五节第五节 天然气的成因类型及特征天然气的成因类型及特征第六节第六节 烃源岩研究与油源对比烃源岩研究与油源对比第二章第二章 现代油气成因理论现代油气成因理论第一节第一节 油气成因理论发展概述油气成因理论发展概述一、油气成因有争议的原因一、油气成因有争议的原因 二、两大成因学派二、两大成因学派二、两大成因学派二、两大成因学派   根据在生油气原始物质问题上观点的差异，分：根据在生油气原始物质问题上观点的差异，分：两种有机成因论：两种有机成因论：三、油气成因假说综述三、油气成因假说综述 3. 2020世纪初世纪初————有机说的盛行期有机说的盛行期 沉积有机质馏分的深部热演化模式沉积有机质馏分的深部热演化模式四、有机说主要证据四、有机说主要证据 四、有机说主要证据四、有机说主要证据 五、无机说主要证据五、无机说主要证据 五、无机说主要证据五、无机说主要证据 五、无机说主要证据五、无机说主要证据◇◇ 一、生物有机质类型－生物体的有机组分一、生物有机质类型－生物体的有机组分第二节第二节 生成油气的物质基础生成油气的物质基础二、沉积有机质二、沉积有机质三、干酪根三、干酪根  KerogenKerogen  图：干酪根数量与化工燃料最大资源的比较图：干酪根数量与化工燃料最大资源的比较1、、干酪根的形成干酪根的形成2.2.干酪根结构干酪根结构  3、干酪根的类型、干酪根的类型     2 2 2 2）干酪根化学分类）干酪根化学分类）干酪根化学分类）干酪根化学分类  3 3））干酪根的干酪根的光学分类光学分类                           透射光有机组分的温度增加效应透射光有机组分的温度增加效应（（3 3）光学分类）光学分类—— —— B B、煤岩学分类：、煤岩学分类：镜质组：镜质组：藻类体1（腐泥组），800 ×小孢子体，小孢子体，160× 角质体（壳质组）角质体（壳质组） 800× 结构镜质体（多无荧光）结构镜质体（多无荧光）丝质体（惰质组）丝质体（惰质组） ，，（亮点：无机矿物）（亮点：无机矿物）应用氢指数和氧指应用氢指数和氧指数对生油岩有机质数对生油岩有机质类型的分类类型的分类第三节第三节 油气生成的地质环境与物理化学条件油气生成的地质环境与物理化学条件一、地质条件一、地质条件 长期持续下沉，伴随适当的升降，沉降速度与沉积速度相近或稍大，可长期保持适于生物大量繁殖和有机质沉积保存的环境，形成巨厚的生油岩系，有利于有机质迅速向油气转化。

滨海滨海             浅海（陆棚）浅海（陆棚）       半深海（陆坡）半深海（陆坡） 深海（深海平原）深海（深海平原） 高能环境海水高能环境海水进退频繁进退频繁沉积物粗沉积物粗不利于繁殖、不利于繁殖、堆积和保存堆积和保存水体营养丰富，水体营养丰富，阳光充足阳光充足水体较安静水体较安静生物大量繁殖生物大量繁殖最有利最有利水体营养不足水体营养不足生物不发育生物不发育生物遗体下沉经历巨厚水体生物遗体下沉经历巨厚水体大部分遭到破坏，大部分遭到破坏，陆源有机质很少陆源有机质很少我国主要大型陆相湖盆的发育特征我国主要大型陆相湖盆的发育特征岩相古地理条件：岩相古地理条件： 深水-半深水湖泊是陆相生油岩发育的有利区域 近海地带的深水湖盆是最有利区古气候条件：古气候条件： 直接影响生物的发育，温暖湿润的气候有利于生物的繁殖和发育，是油气生成的有利条件二、物理化学条件二、物理化学条件1.细菌作用细菌作用富含有机富含有机质的开阔质的开阔海沉积物海沉积物中微生物中微生物 代谢作用代谢作用的生化环的生化环境剖面图境剖面图5.5.温度和时间温度和时间《《  石油大量生成成熟点的确定石油大量生成成熟点的确定》》生油门陷温度生油门陷温度生油门陷温度生油门陷温度：：：：有机质热有机质热演化过程中开始大量转化演化过程中开始大量转化为石油的温度。

为石油的温度生油门陷深度生油门陷深度生油门陷深度生油门陷深度：：生油门陷生油门陷温度所对应的深度温度所对应的深度石油大量生成成熟点的确定（据石油大量生成成熟点的确定（据P.Albrecht，，1969））——反应速度与时间呈线性反比反应速度与时间呈线性反比石油大量生成成熟点的石油大量生成成熟点的lgt-1/T关系图关系图我国不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系我国不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系在在不不同同的的盆盆地地中中烃烃和和非非烃烃的的生生成成与与埋埋藏藏深深度度的的关关系系世界若干含油气盆地生油岩成熟点的温度与时间（据世界若干含油气盆地生油岩成熟点的温度与时间（据J.Connan，，1974））资料来源资料来源成熟点资料成熟点资料作者作者地理位置地理位置样品样品来源来源主要岩主要岩石类型石类型年龄年龄Ma现时温现时温度，度，℃℃ 实际深实际深度，米度，米岩石类型岩石类型1/TK-1Albrecht （（1969））喀麦隆喀麦隆杜阿拉盆地杜阿拉盆地4口井口井粉砂质粉砂质粘土岩粘土岩70651200粉砂质粉砂质粘土岩粘土岩0.00296Philippii（（1965））加里福尼亚加里福尼亚洛杉机盆地洛杉机盆地2口井口井页岩页岩121152440页岩？页岩？0.00258加里福尼亚加里福尼亚文图拉盆地文图拉盆地3口井口井页岩页岩121272740页岩？页岩？0.00250Louis、、Tissot（（1967）） 法国法国巴黎盆地巴黎盆地17口井、口井、2个采石场个采石场页岩页岩180601400页岩页岩0.00300Connan （（1971、、1972））法国西南部法国西南部阿奎坦盆地阿奎坦盆地1口井口井碳酸盐岩碳酸盐岩112903300泥质、石灰岩泥质、石灰岩0.00275法国西南部法国西南部阿奎坦盆地阿奎坦盆地31口井口井碳酸盐岩碳酸盐岩135722500碳酸盐岩碳酸盐岩0.00289法国东南部法国东南部卡马尔果盆地卡马尔果盆地1口井口井岩性变化大岩性变化大381063250碳酸盐岩、砾岩碳酸盐岩、砾岩0.00264阿尤恩区阿尤恩区奥若河奥若河1口井口井碳酸盐岩、碳酸盐岩、页岩、粉砂岩页岩、粉砂岩105852740粉砂质、粘土岩粉砂质、粘土岩0.00279沙巴苏禄海区沙巴苏禄海区1口井口井页岩、砂岩页岩、砂岩521203050粉砂质、粘土岩粉砂质、粘土岩0.00254新西兰塔拉纳新西兰塔拉纳基盆地（海上）基盆地（海上）1口井口井页岩、粉砂岩、页岩、粉砂岩、砂岩、煤层砂岩、煤层70802900粉砂质页岩、粉粉砂质页岩、粉砂岩、煤层砂岩、煤层0.00283巴西巴西亚马逊盆地亚马逊盆地6口井口井页岩页岩359621750页岩页岩0.00298新西兰塔拉纳新西兰塔拉纳基盆地（陆上基盆地（陆上1口井口井灰质粘土岩、灰质粘土岩、粉砂岩、砂岩粉砂岩、砂岩32953350灰质页岩灰质页岩0.00272第四节第四节 有机质演化与成烃模式有机质演化与成烃模式一、有机质向油气转化的阶段及一般模式一、有机质向油气转化的阶段及一般模式A、、 生物化学生气阶段生物化学生气阶段D、深部高温生气阶段、深部高温生气阶段油气有机成因模式油气有机成因模式 n1. 低熟油形成机理 （Immature oil）n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。

n有机质经低温生物化学或低温化学反应生成液态烃n相当于干酪根生烃模式的未成熟（Ro0.5%）和低成熟（Ro=0.5--0.7%）阶段二. 现代油气生成理论进展n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n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，可生成低熟油气低熟油生成的物质基础低熟油生成的物质基础n（1）树脂体早期生烃n（2）木栓质体早期生烃n（3）细菌改造陆源有机质早期生烃n（4）高等植物蜡质早期生烃n（5）藻类类脂物早期生烃n（6）富硫大分子有机质早期降解生烃低熟油形成机理低熟油形成机理n一般相对密度较重，也有低熟凝析油和轻质油n饱和烃含量较低，非烃和沥青质相对含量较高，饱/芳比低n甾烷的立体异构化程度低，如C29 20S/(20S+20R) 小于0.4为低熟油,小于0.2为未熟油n低熟油的地球化学特征低熟油的地球化学特征低熟油的形成的地质模型低熟油的形成的地质模型低熟油的形成的地质模型低熟油的形成的地质模型  2.腐殖煤的成烃机理及生烃模式腐殖煤的成烃机理及生烃模式     煤和煤系地层中集中和分散的煤和煤系地层中集中和分散的陆源有机质陆源有机质陆源有机质陆源有机质，在，在煤化作用的煤化作用的煤化作用的煤化作用的同时同时同时同时所生成的烃类被称为所生成的烃类被称为煤成烃煤成烃煤成烃煤成烃。

 Oil from coal ； Oil derived from coal• 煤的生烃模式：煤的生烃模式：天然气：天然气：    广义上，自然形成的、在标准状态下呈气态的单质广义上，自然形成的、在标准状态下呈气态的单质和化合物和化合物• 狭义的天然气：狭义的天然气：一种以烃类气体为主体一种以烃类气体为主体, ,常伴有一常伴有一定数量非烃的元素和化合物的混合物定数量非烃的元素和化合物的混合物第五节第五节 天然气的成因类型及特征天然气的成因类型及特征一、天然气类型一、天然气类型一、天然气类型一、天然气类型天然气成因综合分类（戴金星、徐永昌等，天然气成因综合分类（戴金星、徐永昌等，1997））二、无机成因天然气二、无机成因天然气•类型类型根据来源机制根据来源机制宇宇宙宙气气幔幔源源气气火火山山气气岩岩浆浆岩岩气气变变质质岩岩气气无无机机盐盐类类分分解解气气• 无机成因天然气分布无机成因天然气分布• 无机成因天然气成分：无机成因天然气成分：——非烃气、烃气非烃气、烃气三、有机成因气三、有机成因气•有机成因天然气形成机理有机成因天然气形成机理2.2.有机成因天然气形成机理有机成因天然气形成机理2.2.有机成因天然气形成机理有机成因天然气形成机理 3.生物成因气生物成因气• 要生成大量生物气必须具备的条件：要生成大量生物气必须具备的条件：n概概念念：：在在未未成成熟熟- -低低成成熟熟阶阶段段，，可可溶溶有有机机质质极极性性分分子子通通过过脱脱羧羧基基和和脱脱官官能能团团作作用用、、不不溶溶有有机机质芳环结构的缩合作用形成小分子烃类。

质芳环结构的缩合作用形成小分子烃类n标标志志：：甲甲烷烷含含量量变变化化很很大大，，多多数数为为湿湿气气；； δδ1313C C1 1一般为一般为-60-60～～-50‰-50‰n 生物生物-热催化过渡带气热催化过渡带气4.  油型气油型气•油型气油型气形成过程形成过程5.   煤型气煤型气煤中不同显微组分生烃模式煤中不同显微组分生烃模式•煤化过程及煤气发生率煤化过程及煤气发生率图：腐植型有机质煤化过程的图：腐植型有机质煤化过程的阶段与成气模式阶段与成气模式 B B、、煤型气主要特点煤型气主要特点第六节第六节 烃源岩研究与油源对比烃源岩研究与油源对比一、一、   烃源岩的地质特征烃源岩的地质特征二、烃源岩的有机地球化学特征二、烃源岩的有机地球化学特征——有机质丰度、类型、成熟度、排烃效率有机质丰度、类型、成熟度、排烃效率（一）有机质的丰度（一）有机质的丰度（一）有机质的丰度（一）有机质的丰度（二）有机质的类型（二）有机质的类型（三）有机质的成熟度（三）有机质的成熟度——盆地中有机质的热演化程度盆地中有机质的热演化程度镜质体反射率镜质体反射率镜质体反射率镜质体反射率RoRo孢粉颜色和热变质指数（孢粉颜色和热变质指数（孢粉颜色和热变质指数（孢粉颜色和热变质指数（TAITAI））））干酪根颜色及干酪根颜色及干酪根颜色及干酪根颜色及H/OH/O、、、、O/CO/C原子比原子比原子比原子比正烷烃分布特征及奇偶优势正烷烃分布特征及奇偶优势正烷烃分布特征及奇偶优势正烷烃分布特征及奇偶优势时间时间时间时间——温度指数温度指数温度指数温度指数主要评价主要评价指标指标★★     根据镜质组反射率确定的油和气带的近似界限根据镜质组反射率确定的油和气带的近似界限唐讷盆地干酪根颜色的阿伦纽斯图唐讷盆地干酪根颜色的阿伦纽斯图   唐纳盆地干酪根热演化同唐纳盆地干酪根热演化同H.V.比较图比较图未成熟甲烷未成熟甲烷湿气和凝析气湿气和凝析气石油石油深变质甲烷深变质甲烷 近代，古代沉积物和近代，古代沉积物和           油层水中脂肪酸的分布油层水中脂肪酸的分布   近代，古代沉积物和近代，古代沉积物和石油中正烷烃的分布石油中正烷烃的分布不同类型的石油的正烷烃分布曲线图不同类型的石油的正烷烃分布曲线图• 随热演化程度加深，低稳定构型(αα型、R型)甾、萜烷化合物向热力学较稳定的构型(ββ、20S、22S)转化，稳定构型与低稳定构型的比值反映成熟度6.甾、萜烷异构化比值甾、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。

根据加利福尼亚近海盆地油样中甾烷不对根据加利福尼亚近海盆地油样中甾烷不对      称中心的异构化作用的成熟度参数称中心的异构化作用的成熟度参数（四）排烃系数（四）排烃系数 是指从烃源岩中排出的烃量占全部生成烃量的百分数——一般用一般用烃转化率烃转化率（总烃（总烃/TOC）指标来表示指标来表示控制排烃的因素分析：控制排烃的因素分析：三、油源对比三、油源对比油源对比的前提油源对比的前提和原则：和原则：•常用的油源对比指标常用的油源对比指标1）异戊间二烯型烷烃）异戊间二烯型烷烃2））C27+环烷烃环烷烃 3）正烷烃分布特征）正烷烃分布特征 4）碳同位素）碳同位素δ13C 图：图：   怀俄明州两个相关石油的气相色普图怀俄明州两个相关石油的气相色普图两个原油同源，两个原油同源，但其差异是成但其差异是成熟度的不同引熟度的不同引起的起的 根据生物标志物和根据生物标志物和同位素对比，认为同位素对比，认为是同源的，但由于是同源的，但由于它们的生物降解程它们的生物降解程度不同，所以其气度不同，所以其气相色谱图差别较大相色谱图差别较大正烷烃受生物降解、正烷烃受生物降解、成熟演化和运移作成熟演化和运移作用等次生变化的影用等次生变化的影响较大响较大2~3个油源，个油源，We-45、、Ha-M10、、We-N8三个油样三个油样“指纹指纹”特征特征相近：没有相近：没有A、、B、、C三种，三种，F 最大，最大，E次之，次之，G、、D较小，较小，其油源属侏罗系生油层。

其油源属侏罗系生油层We-18和和Ne-57两个油样两个油样“指纹指纹” 特征近似：没有特征近似：没有C、、G，，F最最大，大，E和和A次之，次之，B最小，油最小，油源属侏罗系源属侏罗系酒泉盆地原油对比图酒泉盆地原油对比图下第三系、白垩下第三系、白垩系、志留系的原系、志留系的原油，正烷烃和异油，正烷烃和异烷烃分布上，形烷烃分布上，形态基本相似态基本相似 ，，均来自下白垩统均来自下白垩统 柴达木盆地原油和生油岩中不同碳数生物构型甾烷碳数分布三角图柴达木盆地原油和生油岩中不同碳数生物构型甾烷碳数分布三角图 第三系原油中第三系原油中5 ，，14 ，，17 甾烷（甾烷（20R）的碳数分布的变化幅）的碳数分布的变化幅度不大，可划分为度不大，可划分为A、、B、、C、、D四个点群四个点群A点群为干柴沟构造的点群为干柴沟构造的低熟油，以低熟油，以C27和和C29均势为特征均势为特征B点群为狮子沟构造带原油，点群为狮子沟构造带原油，C点点群为茫崖坳陷北区的低熟原油，二者均以群为茫崖坳陷北区的低熟原油，二者均以C27的不很强的优势为特征，的不很强的优势为特征，C28的相对含量有一定的差别。

的相对含量有一定的差别D点群表现为明显的点群表现为明显的C27优势而侏优势而侏罗系原油显然不同于第三系原油罗系原油显然不同于第三系原油•  受母质类型、有机质受母质类型、有机质演化程度等影响演化程度等影响•  如油与岩有亲缘关系，如油与岩有亲缘关系，它们的正构烷烃分布它们的正构烷烃分布特征具相似性特征具相似性 冷湖冷湖4、、5号原油的延长值与潜伏地区岩样的偏离度小于号原油的延长值与潜伏地区岩样的偏离度小于0.5‰,而与而与冷湖冷湖J25样品偏差较大，说明原油不是来自样品偏差较大，说明原油不是来自J25生油层，而是来自与生油层，而是来自与潜伏地区相同的生油岩潜伏地区相同的生油岩侏罗系原油与侏罗系生油岩对比较差，而与二叠系生油岩侏罗系原油与侏罗系生油岩对比较差，而与二叠系生油岩对比较好，说明侏罗系原油来源于二叠系生油岩对比较好，说明侏罗系原油来源于二叠系生油岩 三个原油的稳定碳同位素类型曲线形态和变化趋势一致，表明它们具有相关性 若若岩岩与与油油有有亲亲缘缘关关系系，，二二者者的的母母源源性性质质、、沉沉积积环环境境、、成成熟熟度度应应一一致致选择参数时必须同时考虑上述各因素选择参数时必须同时考虑上述各因素。

 消除单一指标局限性消除单一指标局限性•反映母源的参数：反映母源的参数： (霍烷霍烷+莫烷莫烷)C29/C30                  ααα(20R)甾烷甾烷C27/C29  、、ααα(20R)甾烷甾烷C28/C29•反映沉积环境的参数：反映沉积环境的参数：伽玛蜡烷伽玛蜡烷/C30(莫烷莫烷+霍烷霍烷)•反映成熟度的参数：反映成熟度的参数：αααC29甾烷甾烷S/(S+R)、、C32霍烷霍烷S/R、、                  C29甾烷甾烷ββ/(αα+ββ)、、C29霍烷霍烷/莫烷、莫烷、                   C31霍烷霍烷22S/（（22R+22S)•生物标志物多因素综合对比生物标志物多因素综合对比。