石油与天然气地质学_油气成因与烃源岩.ppt

主要内容石油地质理论生•生油理论•生油物质•生油环境•生油过程•生油岩储•储集层特征•储集层类型•碎屑岩•碳酸盐岩盖•盖层特征•盖层类型•盖层岩性运•初次运移•二次运移聚•圈闭•油气藏•油气聚藏条件保•油气的保存和破坏油气基本特征第二章 油气成因与烃源岩l 油气成因：有机？无机？l 有机成因：早期？晚期？l 物质基础：高等生物？低等生物？l 无机生油说：有无市场？l 干酪根l 油气成因类型 l 烃源岩 l 油气地球化学对比 一、油气成因概述l 油气来自于什么物质？它是如何形成的？l 有机说和无机说之争有无结局？l 大自然为人类准备了多少油气？l 我们为什么和怎么确定烃源岩及其生烃能力？l 只有追根寻源，才能在油气勘探中有的放矢！I、 油气成因    Ø油气成因是石油及天然气地质学中一个带根本性的问题：Ø物质是基础，没有物质，其它一切都无从谈起；Ø油气成因是找油找气的基础；Ø油气勘探必须有的放矢，如选择勘探区，选定勘探目的层，确定目标区（又称靶区），这些具体工作都是在一定的油气成因理论（假说）指导下进行的Ø因此， 阐明油气成因不仅具有理论意义，而且对于指导油气勘探具有重要的现实意义 。

Ø关于油气的成因，已经争论了一个多世纪，至今认识尚未完全统一II、油气成因问题难点所在l 为什么解决油气成因问题如此艰难？油气成因问题之所以这样难于解决，其原因在于：l ① 油气是流体 ，可以流动是其天然属性，因此一般现今产出油气的地方往往并非油气的出生地；l ② 油气、特别是 石油的成分是非常复杂的有机混合物 ，油气中的不同组分可能有不同的来历，加之其有机成分对外界物、化条件的变化较为敏感，在其所经历的漫长的地质历史过程中变数繁多，难于把握；l ③ 解决油气成因问题要 涉及地质、物理、化学、生物等极其广泛的知识领域 ，人们对油气先体（原始母质）与油气之间的过渡形式至今缺乏明确的认识，因而难于追寻其形成的踪迹l 为此，最近 200年来，不同专家学者曾提出过各种不同的油气成因假说在众说纷纭的油气成因争论中，就其观点都可归属于有机起源与无机起源 两大学派III、 石油的有机与无机起源学说l 早在 18世纪中页，俄罗斯化学家罗蒙诺索夫（ 1763）根据石油化学的研究，认为石油和煤炭一样是由泥炭在高温作用下生成这是最早的石油有机成因论，被称为 蒸馏说 l 罗蒙诺索夫要算是世界上最早研究石油并力图解释石油成因的学者。

l 19世纪中期，各种无机起源说也随之应运而生俄国化学家 Д·И· 门捷列夫（ 1876）反对石油和煤在成因上有联系的说法，并提出 碳化物说 ，认为通过无机合成途径可得到烃类，他指出：石油是地下深处的重金属碳化物与下渗的水相互作用所生成：l 3FemCn+4mH2O--mFe3O4+C3nH8ml 上述反应所生成的石油蒸汽在冲向地壳的过程中冷凝于地层孔隙中，当上覆有非渗透层时就可集中形成油气藏l 从化学角度看，该假说是成立的关键在于地下有无 足够数量的重金属碳化物 存在以及上层的 水能否穿越软流圈下渗到地下深处 l19世纪晚期，索柯洛夫 (B·Д·COKOЛOB)提出的 宇宙说 其理论依据是在一些天体中发现有碳氢化物，如在水星、土星、天王星、海王星等星球的气圈中以及慧星的头部都有发现l 在此值得一提的是，这些碳氢化物远不是平均分子量大得多、成分复杂得多的石油l 宇宙说理论 认为，碳氢化物是宇宙固有的，在地球处于熔融阶段时即已存在于气圈之中，其后随着地球冷却被吸收并凝结在地壳的上部，这些碳氢化物沿裂隙溢向地表过程中便可形成油气藏l 此外当时还出现过 岩浆说、火山说 等总之， 19世纪后半叶是石油无机起源说相当盛行的时期。

l1863年 ， Lanrent把脂肪酸放在水蒸气中蒸馏得到了液态烷烃两年后 ， Waren 和Storrer也从对鮸鱼肝油的蒸馏中获得了相似的烷烃石油的混合物，并认为脂肪酸可能是烃类的母质l1866年，美国人 Lesquereau美国东部泥盆系的石油可能是海相有机质产生的，这是美国主张石油有机成因的第一人l 自 1888年起，  Enger和 Heofer对不同的动、植物脂肪酸类进行了成烃模拟实验和野外考查，一同完善了 生物（有机）成因学说 （ Engler & Heofer， 1909）l 有意义的是，  Enger和 Heofer研究了波罗的海泻湖底由单细胞藻类组成、正在分解的腐泥，经过蒸馏得到的成分如下：l 腊质和沥青质液态烃： 24.4%l 气态烃： 14.6%l 这一实验开创了利用现代沉积物模拟石油形成的先河l 总之， 19世纪石油有机学派主要通过观察和实验为石油有机成因提供了佐证就形成石油的原始物质来说：l 动物说 — 以低等动物为主l 植物说 — 以藻类为主l 高等植物 — 主张石油与煤同源于高等植物，只是沉积环境不同而已l 其中最有生命力的是 动植物混成说  IV、石油的有机成因理论Ø20世纪上半叶是各种成烃理论论战最为活跃的时期，特别是有机成因理论，得到大量实验的支持而获得了空前发展，有机成油说得到了大多数人的认可，其优势日趋明显。

Ø经过波东尼 （ G.Potonie,1906） 的发展， 有机学派混成说 已构成近代生油概念的雏型波东尼认为动植物都是成油的原始材料，它们和矿物质点一起形成腐泥岩，腐泥岩经天然蒸馏即可产生石油Ø在混成说基本确立之后，人们转而注意有利生油的生物化学组分于是又先后出现过 脂肪说、碳水化合物说、蛋白质说 等Ø古勃金 (И·M·Γyбки н, 1932） 认为，各种生化组分均可参与生油，它们可来自 海洋动植物残体 ，也可来自陆地携入的生物分解产物；含有这些分散有机质的淤泥就是将来生成石油的母岩；母岩在早期主要由于细菌的作用而产生分散态石油，晚期由于负荷加大将油水一起挤入多孔岩层，继后油水按比重分开并运移聚集到层内一定的部位后形成油气藏Ø此间俄国学者维尔纳茨基还研究了有机质的地质作用，在其 《 地球化学概论 》 （ 1933）中详细讨论了石油的有机组成和有机成因，提出了碳循环模式从此成油理论步入了地球化学研究阶段Ø古勃金和维尔纳茨基将石油有机成因说推向新的高度，形成了较为完整的生油岩理论ØTreibs(1934)首次发现并证实卟啉化合物广泛存在于不同年代、不同成因的含油和沥青建造中，认为 卟啉化合物 来自叶绿素的生物地球化学转化， 是石油有机成因的重要证据 。

Ø再加上 石油具旋光性 等的确认，石油有机成因的证据进一步充实Ø20世纪四十、五十年代还有人提出过原生说，认为石油起源于生物体中固有的烃类；据估计，海洋植物每年可产生 12×106t烃，如果说有 0.01% 被保存下来，那么 1亿年就可满足世界石油储量 但生物体中原生烃含量甚微，难于富集，以其作为成油的主要原料是不适宜的 Ø这一时期研究脂肪酸是烃类母质的实验进一步深入（ Eisma & Jurg,1964；Almon ,1974）， 并对成烃机理进行了探讨，还对有机化合物醇、酯、酮和醛的成烃转化以及叶绿素、氨基酸和聚萜烯的转化作了研究Ø就形成石油的生化组分而言，无论是脂肪、蛋白质还是碳水化合物乃至木质素（木栓质体），都有证据证明可以形成烃类，但通常认为 包括脂肪和原生烃在内的脂类物质是最主要的成油原始生化组分 Ø石油的有机成因观点逐步得到了地质学家和地球化学家的认同，但对有机质的成烃演化过程历来存在着各种各样的假说和认识，这些不同认识间的争论归结起来可概括为石油是 成岩早期形成 还是 成岩晚期生成 的，这就是石油有机成因的 早期成油说和晚期成油说  V、早期成油说和晚期成油说Ø20世纪上半叶是早期成油说空前活跃的时期，实际上这一时期的有机学派大多持早期成油观点。

19世纪末 E.Orton(1888)在对当时关于石油生成、运移和聚集的观点作评述时就表明其更倾向于石油早期形成，这可能是最早出现的油气早期形成观点ØMcCoy & Keyte(1934)、 Van Tuyl & Parker(1941)、 Levorsen(1954)、Weeks(1961) 和 Hedberg(1964)等通过对世界各种地质资料的研究确信，油气能够在早期低温条件下形成并聚集在早期形成的圈闭中Ø古勃金（ 1937）也认为生油是从有机软泥或生物软泥中开始的，以后就一直不停地在有机岩夹层和围岩层的成岩变化过程中完成在整个过程中温度并不特别高，在厌氧细菌的参与下，液态石油或半液态石油是在软泥或没有完全变硬的岩层里开始形成的；当岩层在上覆重荷下逐渐压实时，随着压力的增加，石油和水被挤入疏松岩层 --砂岩、石灰岩层内Ø史密斯（ P.V.Smith,1954） 引进先进分析技术，首次在现代沉积物中发现了烃类这是一次飞跃性的突破，为此获得了诺贝尔奖Ø这一时期研究者从地质学、地球化学以及生物学等方面对成烃母质、成烃过程、地球化学条件及物理 -化学环境等环节论述了石油的早期形成与聚集。

Ø20世纪五十年代中期开始，由于色谱，特别是气相色谱技术的应用，地质体中微量可溶有机质的研究得到了快速发展 Bray & Evans(1961)和 Cooper(1963)提出，现代沉积物和生物体中的 正烷烃碳数分布具有奇偶优势，脂肪酸的碳数分布具有偶奇优势 ，而在古老沉积物和石油中不具备这些优势Ø同时现代沉积物中烃类丰度极低，难以构成大规模油气聚集这一发现动摇了沉积有机质直接成油（早期成油说）观点，为有机质高温降解成油理论的发展开辟了广阔的前景Ø这一时期，石油工业和石油地质学发展迅速，有机地球化学成功地应用于石油成因和形成条件诸方面的研究上，石油有机成因理论得到进一步充实和发展大量研究表明，石油的生成不仅是烃类的富集过程，更主要的是烃类的一个新生过程在有机质改造过程中， 只有达到一定温度或埋藏深度时，有机质才能大量转化成石油 （ Abelson ,1953；Philippi,1965; Tissot et al,1972）ØPusey Ⅲ （ 1973） 根据古地温研究指出，原油在地下一定温度和深度范围内分布，提出了 “地温窗 ”和 “液体窗 ”的概念由于这些研究显示大量生油阶段是有机质处于成岩作用的晚期阶段，同时认为生油原始物质主要是岩石中的不溶有机质 — 干酪根，因此这一时期逐步形成了 干酪根晚期成油理论 。

ØTissot & Welter(1978) 和 Hunt(1979)先后发表了两部专著，对这一成烃理论作了系统的、科学的论述，形成了一个相当完整的成油理论体系这一理论揭示了常规油气的生成演化规律，而据此衍生出油气潜力评价的地球化学参数和研究方法，已成为近代油气勘探的主要指导思想和准则，且取得了显著成效Ø还应提及，唯海相生油论在相当一段时间内很盛行只有 Кpзг（ 1923）认为陆相植物是石油的原始物质；南廷格尔曾于 1939年探讨过陆相生油的可能 20世纪四十年代，我国学者潘钟祥、黄汲清等力排众议，以中国油田实例雄辨地论证了陆相生油是客观存在的现实，动摇了唯海相生油论，而今已很少有人再反对陆相生油了Ø以上对石油成因的研究和发展历程仅是一个轮廓性的回顾实际上在各个时期中除主流派外，在某些问题某个环节上持有不同观点者不乏其人但随着技术的进步和知识的积累，油气有机起源说不仅有了充分的论据，而且形成了相当完整的体系，从而被大多数业内人士所接受Ø然而，正如朱起煌（ 1991）所言，石油的成因问题，终究不是一个简单的问题，它也许象一个复杂的方程，有两个或多个解Ø近些年来，有国内学。