油氣成因和烴源巖第1頁/共139頁生油理論碳化物說

宇宙說高溫生成說有機(jī)成因說第一節(jié)油氣成因第2頁/共139頁第一節(jié)油氣成因一、油氣無機(jī)成因說

19世紀(jì)中葉提出的碳化物說；

1889年提出了宇宙說；

1904年又提出了火山說；

20世紀(jì)初又提出了巖漿說和高溫生油說；

20世紀(jì)隨著板塊理論的興起又有油氣深成說和深源氣的提出以及在褶皺帶前緣斷裂帶的找油活動。

解釋不了為什么世界90%以上的石油都埋藏在沉積巖中，為什么石油具有只有生物有機(jī)質(zhì)才有的旋光性、生物標(biāo)志化合物等問題。致命要害第3頁/共139頁地球形成之初溫度很高碳、鐵呈液態(tài)Fe+C---FemCn1．碳化物說第4頁/共139頁地球冷球之后，碳化鐵保存在地球深處如果地表水沿地殼裂隙向下滲透，與碳化鐵作用，生成烴3FemCn+4mH2O→mFe3O4+C3nH8m第5頁/共139頁烴類不斷聚集油田形成了烴類上升到地殼巖石中第6頁/共139頁宇宙之中有許多烴類物質(zhì)地球呈熔融狀態(tài)時(shí)，烴被包含在它的氣圈中2．宇宙說第7頁/共139頁烴被巖漿吸收，凝結(jié)于地殼中而成石油地球冷凝第8頁/共139頁3．高溫生成說150公里的上地幔溫度超過15000K、壓力5000MPa，由于FeO及Fe3O4參與H2O、CO2------而成烴類還原第9頁/共139頁

認(rèn)為油氣起源于活的有機(jī)體，即由地史中動植物的遺體轉(zhuǎn)化而來。根據(jù)主張石油形成于沉積物成巖作用的早期或晚期又分為早期有機(jī)成因說和晚期有機(jī)成因說。

19世紀(jì)中葉以來，提出了動物說、植物說以及動植物混成說。進(jìn)入20世紀(jì)，混成說得到了進(jìn)一步的發(fā)展，認(rèn)為富含分散有機(jī)質(zhì)的淤泥就是生成石油的母巖。到了50年代初，Smith提出了“石油是早期生成的烴類富集而成”。后來有人又提出了只有當(dāng)母巖埋藏達(dá)到一定的深度和溫度時(shí)，有機(jī)質(zhì)才大量的生成液態(tài)的成熟烴。因此晚期生油說得到了更多人的擁護(hù)。二、油氣有機(jī)成因說第10頁/共139頁4．有機(jī)成因說有機(jī)成因說主張油氣是在地質(zhì)歷史上由分散在沉積巖中的動物、植物有機(jī)體轉(zhuǎn)化而成。

已經(jīng)證實(shí)，絕大多數(shù)油氣田都分布在沉積巖中；極少數(shù)巖漿巖和變質(zhì)巖中的油藏也同附近生油巖有關(guān)，是油氣側(cè)向和垂向運(yùn)移聚集的結(jié)果。至于基性巖漿中只含有0.5%碳，并且至今尚未證明它們能否形成碳?xì)浠衔铩Ｋ?，指?dǎo)世界油氣勘探實(shí)踐的，是現(xiàn)代石油有機(jī)生成學(xué)說。第11頁/共139頁（1）世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油氣田99.9%都分布在沉積巖中。（2）石油和天然氣在地質(zhì)時(shí)代上的分布很不均衡，這與沉積巖中有機(jī)質(zhì)的分布狀況相吻合。（3）石油的成份具有相似性，說明它們的成因可能大致相同。（4）石油與煤具有同源性。（5）從大量油田測試結(jié)果可知：油層溫度很少超過100℃，有些深部油層溫度最高也就141℃。（6）上新世至更新世地層中發(fā)現(xiàn)的工業(yè)油藏，表明生成石油并聚集成油藏所需的時(shí)間，大約不到一百萬年。（7）研究成果表明，在近代沉積物中確實(shí)存在著油氣生成過程，至今還在進(jìn)行著，而且生成的油氣數(shù)量也很可觀。有機(jī)成因說的證據(jù)第12頁/共139頁

石油和天然氣的成因是一個(gè)非常復(fù)雜的理論問題，盡管目前油氣有機(jī)成因理論日臻完善，在油氣勘探實(shí)踐中發(fā)揮重要的作用，但并不能由此否定油氣無機(jī)成因理論的科學(xué)價(jià)值。近二十多年來，隨著宇宙化學(xué)和地球形成新理論的興起，板塊構(gòu)造理論的發(fā)展和應(yīng)用，以及同位素地球化學(xué)研究的深入，為油氣無機(jī)成因理論提供了一些理論依據(jù)。無論是油氣有機(jī)成因理論還是無機(jī)成因假說，都還有許多問題尚待進(jìn)一步深入研究，諸如地球深部和宇宙空間烴類的成因及分布、各種原始物質(zhì)（包括有機(jī)物與無機(jī)物）轉(zhuǎn)化為油氣的詳細(xì)機(jī)理、不同原始物質(zhì)生成的石油或天然氣有哪些特征。油氣成因理論小結(jié)第13頁/共139頁早期有機(jī)成因說1.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一些生物組分如類脂物、蛋白質(zhì)和碳水化合物在一定條件下都可生成烴類。

2.在現(xiàn)代或近代的沉積物中，觀察有有機(jī)質(zhì)向烴類的轉(zhuǎn)化。

3.某些細(xì)菌是有機(jī)質(zhì)加氫、去羧基轉(zhuǎn)化為類石油物質(zhì)的媒介，而這一過程完成于沉積物埋藏不深的階段。難點(diǎn)：

a.世界上發(fā)現(xiàn)的原生油氣藏幾乎偶在上新世以前；

b.現(xiàn)代沉積物中的烴類性質(zhì)與真正的石油不同。第14頁/共139頁晚期成因說

應(yīng)該看到，原始有機(jī)質(zhì)從沉積、埋藏到轉(zhuǎn)化為石油和天然氣，是一個(gè)逐漸演化的過程。在承認(rèn)晚期成油起主要作用的同時(shí)，也不能一概否定早期成油的影響，只不過在生油的量上可能多少不一，以晚期為主。現(xiàn)在看來，液態(tài)石油的成因主要是晚期成因，而天然氣的成因條件轉(zhuǎn)化較為寬松。第15頁/共139頁氣與油的成因差別1.天然氣氣源廣闊，是多源的，相對而言，油源范圍較窄，往往受到有機(jī)物源的限制，是少源的。沉積層系中烴源巖類型在很大程度上決定氣和油的生成比重，幾乎所有有機(jī)質(zhì)巖類（腐植型、腐泥型、混合型有機(jī)質(zhì)），不同環(huán)境（海相、湖相、沼澤相）的有機(jī)巖類均有成氣條件。

2.生氣是多階段的，而油則是在有機(jī)質(zhì)達(dá)到中演化階段生成的。

3.油、氣都屬于流體礦產(chǎn)，但其流動、擴(kuò)散性質(zhì)以及成藏、保存條件都有很大差別。第16頁/共139頁第二節(jié)沉積有機(jī)質(zhì)

沉積有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)沉積有機(jī)質(zhì)的原始生化組成沉積有機(jī)質(zhì)的形成沉積有機(jī)質(zhì)的分布和豐度沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根第17頁/共139頁油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)沉積有機(jī)質(zhì)干酪根概念保存來源成份分類分類概念成份第18頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)的生物物質(zhì)

定義：通過沉積作用進(jìn)入沉積物中并被埋藏下來的那部分有機(jī)質(zhì)。

從前寒武紀(jì)到泥盆紀(jì)，沉積有機(jī)質(zhì)的唯一來源是海洋浮游植物（藻類）和細(xì)菌，泥盆紀(jì)以后，高等植物也開始變的重要起來。尤其是在成煤作用方面起特別重要的作用，但就對沉積有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)而言，則遠(yuǎn)不及海洋浮游植物和細(xì)菌。部分有機(jī)質(zhì)。第19頁/共139頁（1）在海洋或湖盆沉積環(huán)境中浮游生物（2）但在一些淺水地區(qū)的水底植物。（3）在上述兩種情況下，對死亡植物進(jìn)行再改造的細(xì)菌，可被認(rèn)為是沉積有機(jī)質(zhì)的主要補(bǔ)充來源。

有機(jī)質(zhì)的來源第20頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)的原始生化組成

元素組成（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）CHSNO碳水化合物446

50木質(zhì)素6350.10.331.5蛋白質(zhì)53711722脂類7612

12干酪根796528瀝青8410312石油84.5131.50.50.5第21頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)的原始生化組成—脂類

狹義的理解主要是動植物的油脂。廣義的理解包括油脂、固醇類、萜類、烴類和色素,所以有人也稱其為類脂。它們的共同特性是不溶于水，但溶于極低性的有機(jī)溶劑如氯仿、四氯化碳、乙醚、苯和丙酮。脂類的特點(diǎn)：一是抗腐能力強(qiáng)；二是化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)都最接近石油。第22頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)的原始生化組成—碳水化合物

碳水化合物是單醣或單醣的聚合體的總稱，通式可寫為Cn（H2O）m，包括葡萄糖、淀粉、纖維素、幾丁質(zhì)等，他們是植物的主要組成，動物中數(shù)量較少。但是碳水化合物大多容易被喜氧細(xì)菌消耗或被水解，難以保存下來。葡萄糖第23頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)的原始生化組成—蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是組成細(xì)胞的基礎(chǔ)物質(zhì)，在動物組織中含量最高，低等植物中的含量高于高等植物。蛋白質(zhì)只要經(jīng)過去羧基和去氨基后便可形成烴類。蛋白質(zhì)構(gòu)成了生物體中大部分含氮化合物。蛋白質(zhì)容易受喜氧細(xì)菌破壞，不利保存。第24頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)的原始生化組成—木質(zhì)素

木質(zhì)素僅存在高等植物中，是一種貧氫、富碳、富氧、富含芳環(huán)結(jié)構(gòu)的高分子聚合物。木質(zhì)素具有比纖維素還強(qiáng)的抗腐能力，是成煤的重要母質(zhì)，也可生成天然氣，也可能是石油中芳烴的母質(zhì)之一。第25頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)的形成

沉積有機(jī)質(zhì)是隨無機(jī)質(zhì)點(diǎn)一起沉積并保存下來的生物殘留物質(zhì)，它主要是生物的遺體也包括其生命過程的排泄物和分泌物。進(jìn)入沉積物中的有機(jī)質(zhì)，主要部分是新生成的復(fù)雜分子，他們在生物體中找不到對應(yīng)物。從生物物質(zhì)的發(fā)源地說，沉積有機(jī)質(zhì)一方面來源于水盆地本身的所謂原地有機(jī)質(zhì)，另一方面來自由河流從周圍陸地?cái)y帶的異地有機(jī)質(zhì)，其中有少量的是來自剝蝕更老的沉積層中有機(jī)質(zhì)即再沉積的物質(zhì)。第26頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)的分布和豐度

豐度用有機(jī)碳含量表示。絕大多數(shù)沉積有機(jī)質(zhì)呈分散狀態(tài)與泥質(zhì)沉積物相伴生。沉積巖中有機(jī)質(zhì)分布的另一特點(diǎn)是不同地質(zhì)時(shí)代是不均衡的。

第27頁/共139頁不同沉積環(huán)境或者不同巖性巖相條件下沉積物中的有機(jī)碳含量差別很大

位置平均值（質(zhì)量％）重量（1016t）位置平均值（質(zhì)量％）重量（1016t）大陸，陸棚，陸坡大洋粘土和頁巖…0.990.82粘土和頁巖…0.220.07碳酸鹽巖…0.330.08碳酸鹽巖…0.280.10砂…0.280.09硅質(zhì)沉積…0.260.04第28頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)分布主要的影響因素

生物物質(zhì)的產(chǎn)量：主要取決于陽光、溫度、濕度、含鹽度和營養(yǎng)。在海洋，溫濕帶的淺海區(qū)有良好的透光性和營養(yǎng)條件，在大陸以濕熱帶最重要。原始有機(jī)質(zhì)的保存條件：指生物死亡后的沉降、沉積和埋藏過程中的氧化還原條件。沉降、沉積速度：有機(jī)、無機(jī)質(zhì)點(diǎn)的絕對速度；有機(jī)、無機(jī)質(zhì)點(diǎn)的相對速度。沉積物的粒度：粒度越細(xì)所含有機(jī)質(zhì)越多。第29頁/共139頁

第一，要求有缺氧的水體，它可以使吸附在礦物顆粒表面上的溶解有機(jī)質(zhì)和微粒有機(jī)質(zhì)被保護(hù)而免受生物的消耗；

第二，要求有機(jī)質(zhì)在水體中滯留時(shí)間短，深度適中的水體中有機(jī)質(zhì)的堆積條件優(yōu)于很深的水體；第三，適度的沉積顆粒的沉積速度對沉積有機(jī)質(zhì)的保存有利。有機(jī)質(zhì)供應(yīng)量一定，則有機(jī)質(zhì)在沉積物中的濃度與礦物顆粒的沉積速度成反比。

沉積有機(jī)質(zhì)的保存條件第30頁/共139頁沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根

沉積巖中不溶于堿、非氧化型酸和有機(jī)溶劑的分散有機(jī)質(zhì)。第31頁/共139頁沉積巖中常溫常壓下不溶于有機(jī)溶劑的固體有機(jī)質(zhì)稱干酪根（Kerogen）。與此對應(yīng)，巖石中可溶于有機(jī)溶劑的部分稱為瀝青。干酪根在熱解或加氫分解時(shí)產(chǎn)生烴類物質(zhì)。干酪根是沉積有機(jī)質(zhì)的主體，約占總有機(jī)質(zhì)的80~90%，

80~95%的石油烴是由干酪根轉(zhuǎn)化而成。干酪根的概念第32頁/共139頁干酪根分離法1、將生油巖粉碎后，先用氯仿抽提，然后用M．A．B(甲醇—丙酮-苯三元溶劑)或E．A．B(乙醇、丙酮、苯三元溶劑)進(jìn)行抽提，除去可溶有機(jī)質(zhì)。2、用鹽酸溶解除去巖樣中碳酸鹽。

氟氫酸溶解除去巖樣中硅鋁酸，如；4、用比重差異原理以重液、超聲波除去干酪根中的黃鐵礦及其它礦物。第33頁/共139頁干酪根的成分和結(jié)構(gòu)

干酪根的元素組成中以C為主，其次為H和O，還有N、S等。它們一般分布范圍C：70-90%，H：3-10%，O：3-19%，N：0.4-4%，S：0.2-5%（據(jù)Tissot，1984）第34頁/共139頁2*1011T干酪根的數(shù)量及最大化石燃料資料量第35頁/共139頁有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化示意圖第36頁/共139頁干酪根的成分和結(jié)構(gòu)

近年來，通過對干酪根進(jìn)行高溫?zé)峤饣虻蜏亟到?，揭示出它們含有活的有機(jī)體的全套有機(jī)結(jié)構(gòu)，包括萜類、卟啉、氨基酸、羧酸、酮、醇、烯烴和醚橋等，說明干酪根系由生物轉(zhuǎn)變而成。通過電子衍射和X射線、紅外吸收光譜、核磁共振、波譜分析等物理方法，發(fā)現(xiàn)干酪根在結(jié)構(gòu)上是一種復(fù)雜的三維大分子，它有很多結(jié)構(gòu)單元（核）。由環(huán)狀化合物組成（芳香環(huán)、雜環(huán)），多個(gè)核通過橋鍵相連接，在橋和后上都有可能具有官能團(tuán)。第37頁/共139頁干酪根的分類干酪根分類光學(xué)分類化學(xué)分類透射光分類反射光分類藻質(zhì)體無定形草質(zhì)體木質(zhì)煤質(zhì)腐泥組殼質(zhì)組鏡質(zhì)組惰質(zhì)組I型AⅡ型BⅢ型B第38頁/共139頁

孢粉學(xué)家用HCL和HF除去無機(jī)礦物質(zhì)后，將有機(jī)殘?jiān)ǜ衫腋┓旁陲@微鏡透射光下觀測，劃分出藻質(zhì)、無定形、絮質(zhì)、草質(zhì)、木質(zhì)和媒質(zhì)五種組分。隨著埋深加大，地溫升高，上述組分的生油潛能按藻質(zhì)—無定形—草質(zhì)—木質(zhì)—媒質(zhì)順序依次降低，（H/C）原子比也降低。孢粉學(xué)分類——透射光方法第39頁/共139頁藻質(zhì)和無定形組分：均來源于海、湖水生浮游生物，前者可識別出藻類形態(tài)，后者呈多孔狀、非晶質(zhì)、無結(jié)構(gòu)、無定形的云霧狀，沒有清晰的輪廓；草質(zhì)組分：由孢子、花粉、角質(zhì)層、葉子表皮和植物細(xì)胞構(gòu)造所組成，大部分來源于陸地；木質(zhì)組分：呈易辯認(rèn)的長形木質(zhì)構(gòu)造的纖維狀物質(zhì)，來源于陸地高等植物；煤質(zhì)組分是陸地天然碳化的植物物質(zhì)與再沉積的碳化物質(zhì)。隨著埋藏深度的加大，地溫升高，上述組分的生油氣潛能按藻質(zhì)-無定形→草質(zhì)→木質(zhì)→煤質(zhì)順序依次減小。

孢粉學(xué)分類——透射光方法第40頁/共139頁藻質(zhì)體無定形草質(zhì)組份生油潛力：藻質(zhì)-無定形→草質(zhì)→木質(zhì)→煤質(zhì)第41頁/共139頁

煤巖學(xué)家在顯微鏡在用25-50倍油浸鏡頭，通過反射光觀察煤或干酪根的顯微組分，其劃分如下：殼質(zhì)組/脂質(zhì)組(腐泥組)：孢質(zhì)體、角質(zhì)體、藻質(zhì)體、樹脂體鏡質(zhì)組：前鏡質(zhì)體、真鏡質(zhì)體及其變種惰性組：碎質(zhì)體、菌質(zhì)體、絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體目前，測鏡煤的反射率已經(jīng)成為判斷有機(jī)質(zhì)成熟度的主要標(biāo)志。這三組的反射率是順序增加的，而生油潛能卻是順序降低的。煤巖學(xué)分類——反射光方法第42頁/共139頁腐泥組：包括無定形體和藻質(zhì)體，其中無定形體為絮狀或團(tuán)塊狀、薄膜狀；殼質(zhì)組：呈暗灰色，富含氫，由孢子、角質(zhì)、樹脂、蠟組成，包括孢粉體、角質(zhì)體、樹脂體、木栓質(zhì)體等；鏡質(zhì)組：呈灰白色，富含氧，具鏡煤(Vitrain)特征，由同泥炭成因有關(guān)的腐殖質(zhì)組成，包括結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體；惰質(zhì)組：呈黃白色，富含碳，包括碎質(zhì)體、菌質(zhì)體、絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體，在碳化過程中，屬不活潑成分。以上四組的反射率依次增大，生油潛能依次降低。煤巖學(xué)分類——反射光方法第43頁/共139頁腐泥組鏡質(zhì)組殼質(zhì)組第44頁/共139頁干酪根類型及其演化圖解根據(jù)干酪根的元素分析結(jié)果，可按H／C和O／C原子比區(qū)分不同類型的干酪根（3類）。隨著埋藏深度加大和溫度升高（成熟作用增強(qiáng)），每種類型有機(jī)質(zhì)都沿著一定軌跡演化：淺處未成熟樣品為高H／C比和O/C比，向深處則逐漸降低?；瘜W(xué)分類第45頁/共139頁干酪根的類型Ⅰ型是分散有機(jī)質(zhì)干酪根中經(jīng)細(xì)菌改造的腐泥類型。Ⅱ型是生油巖中常見的干酪根，又稱混合類型。Ⅲ型是由陸生植物組成的干酪根，又稱腐植型。Ⅳ是殘余型。第46頁/共139頁1為藻腐泥型干酪根2為腐植—腐泥型干酪根第47頁/共139頁腐植型干酪根第48頁/共139頁I型干酪根氫含量高、氧含量低，H/C原子比介于1.25~1.75，O/C原子比介于0.026~0.12。以含類脂化合物為主，直鏈烷烴很多，但多環(huán)芳香烴及含氧官能團(tuán)很少；來自藻類堆積物，或各種有機(jī)質(zhì)被細(xì)菌強(qiáng)烈改造，留下原始物質(zhì)的類脂化合物餾分和細(xì)菌的類脂化合物；生油潛能大。化學(xué)分類第49頁/共139頁Ⅱ型干酪根原始?xì)浜枯^高，但稍低于I型干酪根，H/C原子比0.65~1.25，O/C原子比0.04~0.13。屬高度飽和的多環(huán)碳骨架，含中等長度直鏈烷烴和環(huán)烷烴甚多，也含多環(huán)芳香烴及雜原子官能團(tuán)；來源于海相浮游生物(以浮游植物為主)和微生物的混合有機(jī)質(zhì)；生油潛能中等?；瘜W(xué)分類第50頁/共139頁Ⅲ型干酪根原始?xì)浜康秃脱鹾扛?，H/C原子比0.46~0.93，O/C原子比0.05~0.30，以含多環(huán)芳香烴及含氧官能團(tuán)為主，飽和烴鏈很少，被聯(lián)接在多環(huán)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上；來源于陸地高等植物，含可鑒別的植物碎屑甚多，可被河流帶入海、湖成三角洲或大陸邊緣；熱解時(shí)可給出30%產(chǎn)物，與Ⅰ、Ⅱ型相比，對生油不利，但埋藏到足夠深度時(shí)，可成為有利的生氣來源。化學(xué)分類第51頁/共139頁我國主要陸相含油氣盆地泥質(zhì)巖干酪根中，以Ⅱ型為主，占48.5%，Ⅰ、Ⅲ型分別為22.9%和28.6%。第52頁/共139頁1a、2a、3a分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型未成熟干酪根結(jié)構(gòu)的概念模式第53頁/共139頁油氣生成的地質(zhì)環(huán)境與物化條件

沉積巖中的有機(jī)質(zhì)要向石油轉(zhuǎn)化必須經(jīng)歷一個(gè)碳、氫不斷增加而氧不斷減少的過程，即為一個(gè)去氧、加氫、富集碳的過程。

原始有機(jī)質(zhì)的堆積、保存和轉(zhuǎn)化過程，必須是在還原條件下進(jìn)行，而還原環(huán)境的形成及其持續(xù)時(shí)間的長短則受當(dāng)時(shí)的地質(zhì)及能源條件所制約。

一、古地理環(huán)境海相環(huán)境大陸環(huán)境二、大地構(gòu)造環(huán)境三、物理化學(xué)環(huán)境溫度與時(shí)間細(xì)菌活動催化作用放射性第54頁/共139頁海相環(huán)境有利區(qū)域—淺海、三角洲、海灣、瀉湖

一般認(rèn)為淺海區(qū)及三角洲區(qū)是最有利于油氣生成的古地理區(qū)域。在三角洲發(fā)育部位，陸源有機(jī)質(zhì)源源搬運(yùn)而來，加上原地繁殖的海相生物，致使沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量特別高，是極為有利的生油區(qū)域；在淺海大陸架范圍內(nèi)，水深一般不超過200米，水體較寧靜，陽光、溫度適宜，生物繁盛，尤其各種浮游生物異常發(fā)育，死亡后不需經(jīng)過太厚的水體即可堆積下來。地理環(huán)境分析第55頁/共139頁沙丘三角洲沼澤第56頁/共139頁三角洲是由河流補(bǔ)給沉積物，受河流和海洋/湖泊營力綜合影響的沉積體系。是最復(fù)雜的沉積體系。三角洲第57頁/共139頁

海灣及瀉湖，因有半島、群島、沙堤或生物礁帶與大海相隔，攜帶大量氧氣的洶涌波濤難以侵入，新的氧氣不易補(bǔ)給，在這種半閉塞無底流的環(huán)境中，也對保存有機(jī)質(zhì)有利。這些區(qū)域，浮游生物特別發(fā)育，屬于Ⅱ型干酪根；若有陸源有機(jī)質(zhì)加入，則可見到Ⅱ型與Ⅲ型干酪根的混合產(chǎn)物。波斯灣盆地的中、新生界，西西伯利亞的侏羅系、白堊系，墨西哥灣的中、新生界，以及我國四川盆地的志留系、二疊系、三疊系都屬于淺海環(huán)境的產(chǎn)物。第58頁/共139頁砂壩-瀉湖體系------砂壩又稱障壁島、堤島、堡島，泛指近海與海岸線延伸方向平行分布的一系列砂壩和砂島。被砂壩從毗鄰海域隔離出來、但仍與海洋溝通或有限溝通的淺水域稱瀉湖。兩者互相依存而構(gòu)成

砂壩-瀉湖體系。第59頁/共139頁不利區(qū)域——濱海、深海區(qū)濱海區(qū)，海水進(jìn)退頻繁，浪潮作用強(qiáng)烈，不利于生物繁殖和有機(jī)質(zhì)的堆積保存；深海區(qū)生物本來就少，死后下沉至海底需經(jīng)歷巨厚水體，易遭氧化破壞；加上離岸又遠(yuǎn)，陸源有機(jī)質(zhì)需經(jīng)長途搬運(yùn)，早被淘汰氧化，都不有利于有機(jī)質(zhì)的堆積和保存。

不利區(qū)不利區(qū)第60頁/共139頁陸相環(huán)境有利區(qū)域—深水、半深水湖泊

尤其在近海地帶的深水湖盆更是最有利的生油坳陷，因?yàn)榻^(qū)域地勢低洼、沉降較快，是陸表水的匯集地帶，容易長期積水而形成深水湖泊，保持安靜的還原環(huán)境。湖泊能夠匯聚周圍河流帶來的大量陸源有機(jī)質(zhì)，同時(shí)提供水生生物的繁殖發(fā)育條件。有機(jī)質(zhì)豐富，以Ⅰ型和Ⅲ型干酪根為主。不利環(huán)境——淺水湖泊和沼澤區(qū)第61頁/共139頁油氣藏呈環(huán)帶狀分布:內(nèi)環(huán)為氣藏，外環(huán)為凝析油氣藏或油藏庫車坳陷庫車期末：三疊系最大生氣強(qiáng)度120×108m3/km2庫車期末最大生氣強(qiáng)度：侏羅系165×108m3/km2第62頁/共139頁不利環(huán)境——淺水湖泊和沼澤區(qū)

在淺水湖泊和沼澤區(qū)，水體動蕩，大氣中的氧易于進(jìn)入水體，不利于有機(jī)質(zhì)的保存；這里的生物以高等植物為主，有機(jī)質(zhì)多屬Ⅲ型干酪根。一般認(rèn)為，Ⅲ型干酪根生油潛能差，多適于造煤和生成煤系氣、沼氣，為天然氣的生源。不過，近年來油氣勘探表明，煤系地層有機(jī)質(zhì)不僅可以生氣，而且其中某些顯微組分也可以生油，如澳大利亞的吉普斯蘭盆地、加拿大的斯科舍盆地、我國的吐哈盆地都在煤系地層找到了石油。第63頁/共139頁不利環(huán)境——淺水湖泊和沼澤區(qū)

土壤層殘積層半風(fēng)化層有機(jī)質(zhì)少難于保存第64頁/共139頁

全球構(gòu)造格局中沉積盆地的分布大陸板塊內(nèi)部大洋板塊碰撞山帶大陸板塊內(nèi)部大西洋型張裂大陸邊緣西太平洋型大陸邊緣弧溝體系陸殼盆地大陸裂谷盆地弧后盆地弧前盆地深海溝開闊大洋盆地大洋中脊中谷盆地開闊大洋盆地殘留大洋盆地陸內(nèi)剪張盆地陸源沉積棱柱體周圍盆地大地構(gòu)造環(huán)境第65頁/共139頁

沉積盆地的各個(gè)沉降時(shí)期中，研究沉降速度(Vs)與沉積速度(Vd)之間的關(guān)系至為重要。

（1）若沉降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過沉積速度(VsVd)，水體急劇變深，生物死亡后，在下沉過程中易遭巨厚水體所含氧氣的氧化破壞；（2）反之，若沉降速度顯著低于沉積速度(VsVd)，水體迅速變淺，乃至盆地上升為陸，沉積物暴露地表，有機(jī)質(zhì)易受空氣中的氧所氧化，也不利于有機(jī)質(zhì)的堆積和保存。波斯灣前陸盆地構(gòu)造橫剖面圖第66頁/共139頁

只有在長期持續(xù)下沉過程中伴隨適當(dāng)?shù)纳?，沉降速度與沉積速度相近或前者稍大時(shí)，才能持久保持還原環(huán)境。

在這種條件下：（1）可以長期保持適于生物大量繁殖和有機(jī)質(zhì)免遭氧化的有利水體深度，保證豐富的原始有機(jī)質(zhì)沉積下來；（2）可以造成沉積厚度大、埋藏深度大、地溫梯度大，生、儲層頻繁相間廣泛接觸，有助于原始有機(jī)質(zhì)迅速向油氣轉(zhuǎn)化并廣泛排烴的優(yōu)越環(huán)境。

第67頁/共139頁

適宜的地質(zhì)環(huán)境為有機(jī)質(zhì)的大量繁殖、堆積和保存創(chuàng)造了有利的地質(zhì)條件，有機(jī)質(zhì)向石油及天然氣演化還必須具備適當(dāng)?shù)臈l件，如：溫度時(shí)間細(xì)菌催化劑放射性。物理化學(xué)環(huán)境溫度與時(shí)間—時(shí)間溫度關(guān)系、TTI值、

在地質(zhì)環(huán)境里，無論油氣的生成、運(yùn)移或破壞，都離不開溫度的制約。在世界各國的油氣勘探中，成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，追根求源，也往往是同溫度作用有關(guān)；尤其是在海上開展油氣勘探，鉆探成本高，必須在現(xiàn)代數(shù)字地震勘探的基礎(chǔ)上，進(jìn)行有機(jī)質(zhì)的熱成熟度分析，作出早期油氣資源預(yù)測，圈定油氣生成的有利區(qū)塊，選擇鉆探對象，以便提高鉆探成功率。第68頁/共139頁第69頁/共139頁

2．時(shí)間-溫度指數(shù)(TTI指數(shù))1971年，前蘇聯(lián)學(xué)者Н.В.Лопатин首次提出時(shí)間-溫度指數(shù)的概念，用來表示時(shí)間與溫度兩種因素同時(shí)對沉積物中有機(jī)質(zhì)熱成熟度的影響。根據(jù)這一原理，Н.В.Лопатин假設(shè)成熟度與時(shí)間呈線性變化關(guān)系、與溫度呈指數(shù)變化關(guān)系。據(jù)此規(guī)定兩個(gè)參數(shù)：溫度因子(γ)反映成熟度對溫度的指數(shù)關(guān)系，即溫度每增加10℃，成熟作用速率增加一倍，用增加一個(gè)因子r表示，溫度因子γ=rn=2n，這里n代表任意10℃間隔Ti—Ti+1內(nèi)，n=(Ti－100)/10，并選取100~110℃作為基準(zhǔn)間隔，令其指數(shù)值n=0，。時(shí)間因子(Δt)表示沉積物在每個(gè)溫度間隔內(nèi)經(jīng)歷的時(shí)間長短(以百萬年為單位)。于是任意溫度間隔i內(nèi)的成熟度可表達(dá)為：

成熟度i=ΔTTIi=rni·Δti=2ni·ΔtI第70頁/共139頁

現(xiàn)今沉積厚1100m現(xiàn)今沉積厚600m第71頁/共139頁

(1)研究成熟度，確定特定層位的油氣保存狀態(tài)：根據(jù)地質(zhì)模型，計(jì)算各生油層和儲集層的現(xiàn)時(shí)TTI值，結(jié)合干酪根類型，即可判斷生油層油氣生成進(jìn)入了哪個(gè)階段，從而預(yù)測能鉆遇石油、濕氣或干氣聚集的儲集層深度，以指導(dǎo)鉆探工作。(2)確定有利生油氣區(qū)范圍：通過盆地內(nèi)若干點(diǎn)位制作地質(zhì)模型，計(jì)算各生油層的現(xiàn)時(shí)TTI值，勾繪各層TTI等值線，圈出進(jìn)入生油窗的分布范圍，以便確定有利的生油區(qū)和生氣區(qū)。(3)確定石油生成時(shí)間對圈閉進(jìn)行評價(jià)：在地質(zhì)模型上對各層都計(jì)算出TTI值后，連接各層生油門限和石油的死線，在模型中畫出全部地質(zhì)歷史上的生油窗界限，確定各生油層石油生成開始與結(jié)束的時(shí)間，再同圈閉形成時(shí)間配合分析，以推測圈閉接納石油的可能性，對圈閉的含油遠(yuǎn)景作出正確評價(jià)。時(shí)間-溫度指數(shù)在勘探中的應(yīng)用第72頁/共139頁

按其生活習(xí)性可將細(xì)菌分為喜氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌和通性細(xì)菌三類。對油氣生成來講，最有意義的是厭氧細(xì)菌。在缺乏游離氧的還原條件下，有機(jī)質(zhì)可被厭氧細(xì)菌分解而產(chǎn)生甲烷、氫氣、二氧化碳以及有機(jī)酸和其他碳?xì)浠衔铩?/p>

細(xì)菌在油氣生成過程中的作用實(shí)質(zhì)是將有機(jī)質(zhì)中的氧、硫、氮、磷等元素分離出來，使碳、氫，特別是氫富集起來，并且細(xì)菌作用時(shí)間愈長，這種作用進(jìn)行得愈徹底。（1）細(xì)菌的催化：CO2+4H2→CH4+2H2O

（2）某些細(xì)菌使氫氣將硫酸鹽還原為硫化氫：SO4+5H2→H2S+4H2O

（3）細(xì)菌使不飽和有機(jī)化合物加氫產(chǎn)生飽和烴。

細(xì)菌活動第73頁/共139頁

催化作用

在自然界有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的過程中，主要存在無機(jī)鹽類和有機(jī)酵母兩類催化劑。粘土礦物是自然界分布最廣的無機(jī)鹽類催化劑。粘土的催化能力同其吸附性質(zhì)有關(guān)。催化劑表面吸附兩種或兩種以上物質(zhì)的原子時(shí)，它們便會相互作用而形成新的化合物。蒙脫石粘土催化能力最強(qiáng)，高嶺石粘土最弱。有機(jī)酵母催化劑能加速有機(jī)質(zhì)的分解。當(dāng)有酵母存在時(shí)，有機(jī)質(zhì)的分解比在細(xì)菌活動時(shí)還要快得多。實(shí)驗(yàn)證明，在過氧化物的破壞過程中，如以酵母代替膠體氫氧化鐵，將使催化作用的活動性急劇增加很多倍。從蘇聯(lián)格羅茲尼油田井下剖面的酵母研究發(fā)現(xiàn)：酵母的作用不決定于巖石的埋藏深度，而決定于巖石的成分。在富含有機(jī)質(zhì)的巖石中，特別是在富含植物殘余的巖石中，酵母的活動性最大。第74頁/共139頁

放射性

在粘土巖中富集大量放射性物質(zhì)，沉積物所含水在α射線轟擊下可產(chǎn)生大量游離氫，所以這些放射性物質(zhì)的作用也可能是促使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源之一。小結(jié)

1、細(xì)菌和催化劑都是在特定階段作用顯著，加速有機(jī)質(zhì)降解生油、生氣；

2、放射性作用則可不斷提供游離氫的來源；

3、只有溫度與時(shí)間在油氣生成全過程中都有著重要作用。所以，有機(jī)質(zhì)向油氣的轉(zhuǎn)化，是在適宜的地質(zhì)環(huán)境里，多種因素綜合作用的結(jié)果。第75頁/共139頁第三節(jié)沉積有機(jī)質(zhì)的成烴演化

有機(jī)質(zhì)的成烴演化階段與油氣生成干酪根熱演化成烴與熱模擬實(shí)驗(yàn)促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素有機(jī)質(zhì)成巖演化與成烴作用（據(jù)Tissot&Welte，1984）第76頁/共139頁第77頁/共139頁成烴演化階段1）成巖作用階段即未成熟階段

2）生成作用階段即成熟階段

3）準(zhǔn)變質(zhì)作用階段即過成熟階段第78頁/共139頁（一）生物化學(xué)生氣階段

1、環(huán)境：當(dāng)原始有機(jī)質(zhì)堆積到盆底之后，開始了生物化學(xué)生氣階段。這個(gè)階段的深度范圍是從沉積界面到數(shù)百乃至1500m深處，溫度介于10~60℃，以細(xì)菌活動為主，

2、產(chǎn)物：在這個(gè)階段，埋藏深度較淺，溫度、壓力較低，有機(jī)質(zhì)除形成少量烴類和揮發(fā)性氣體以及早期低熟石油外，大部分轉(zhuǎn)化成干酪根保存在沉積巖中。由于細(xì)菌的生物化學(xué)降解作用，產(chǎn)物以甲烷為主，缺乏輕質(zhì)(C4~C8)正烷烴和芳香烴。到本階段后期，埋藏深度加大，溫度接近60℃，開始生成少量液態(tài)石油。在特定的生源構(gòu)成和適宜環(huán)境條件下可生成相當(dāng)數(shù)量的未熟-低熟油。

3、意義：值得強(qiáng)調(diào)指出：在這個(gè)階段生成的生物化學(xué)氣，或稱細(xì)菌氣，甲烷含量在95%以上，屬干氣；甲烷穩(wěn)定碳同位素值異常低，介于-55~-85‰。它們可以富集成特大型氣藏，埋藏深度淺，易于勘探和開發(fā)，是經(jīng)濟(jì)效益高的研究對象。

第79頁/共139頁（二）熱催化生油氣階段1、環(huán)境：隨著沉積物埋藏深度超過1500~2500m，進(jìn)入后生作用階段前期，有機(jī)質(zhì)經(jīng)受的地溫升至60~180℃，促使有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的最活躍因素是熱催化作用。在有粘土礦物的催化作用下，地溫不需太高，便可達(dá)到成熟門限，干酪根發(fā)生熱降解，雜原子(O、N、S)的鍵破裂產(chǎn)生二氧化碳、水、氮、硫化氫等揮發(fā)性物質(zhì)逸散，同時(shí)獲得大量低分子液態(tài)烴和氣態(tài)烴

2、產(chǎn)物：這個(gè)階段產(chǎn)生的烴類已經(jīng)成熟，在化學(xué)結(jié)構(gòu)上顯示出同原始有機(jī)質(zhì)有了明顯區(qū)別，而與石油卻非常相似，正烷烴碳原子數(shù)及分子量遞減，奇數(shù)碳優(yōu)勢消失；環(huán)烷烴及芳香烴碳原子數(shù)也遞減，多環(huán)及多芳核化合物顯著減少。

3、意義：在熱催化作用下，有機(jī)質(zhì)能夠大量轉(zhuǎn)化為石油和濕氣，成為主要的生油時(shí)期，在國外常稱為“生油窗”。第80頁/共139頁（三）熱裂解生凝析氣階段

1、環(huán)境：當(dāng)沉積物埋藏深度超過3500~4000m，地溫達(dá)到180~250℃。在這個(gè)階段烴類反應(yīng)的性質(zhì)，可分為石油熱裂解(Cracking)與石油熱焦化(Coking)兩種作用：石油熱裂解是指在高溫下脂肪族結(jié)構(gòu)破裂為較小分子，變?yōu)榧淄榧捌錃鈶B(tài)同系物，并使石油所含芳香烴濃縮集中；石油熱焦化是指在高溫下貧氫石油(一般以含雜元素-芳香烴為主)產(chǎn)生縮合反應(yīng)，主要形成固態(tài)殘?jiān)?，并使石油中脂肪族相對增加而雜原子減少。

2、產(chǎn)物：此時(shí)地溫超過了烴類物質(zhì)的臨界溫度，除繼續(xù)斷開雜原子官能團(tuán)和側(cè)鏈，生成少量水、二氧化碳和氮外，主要反應(yīng)是大量C-C鏈斷裂，包括環(huán)烷的開環(huán)和破裂，液態(tài)烴急劇減少。相反，低分子正烷烴劇增，主要是甲烷及其氣態(tài)同系物，在地下深處呈氣態(tài)，采至地面隨溫度、壓力降低，反而凝結(jié)為液態(tài)輕質(zhì)石油，即凝析油并伴有濕氣，進(jìn)入了高成熟時(shí)期。

3、意義：在深度較大的部位可以尋找優(yōu)質(zhì)的凝析油氣藏。第81頁/共139頁（四）深部高溫生氣階段

1、環(huán)境：當(dāng)深度超過6000~7000m，沉積物已進(jìn)入變生作用階段，達(dá)到有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的末期，溫度超過了250℃，以高溫高壓為特征。

2、產(chǎn)物：已形成的液態(tài)烴和重質(zhì)氣態(tài)烴強(qiáng)烈裂解，變成熱力學(xué)上最穩(wěn)定的甲烷；這個(gè)階段出現(xiàn)了全部沉積有機(jī)質(zhì)熱演化的最終產(chǎn)物干氣甲烷和碳瀝青或石墨。

3、意義：埋藏很深的生油巖，有機(jī)質(zhì)演化程度高，主要以產(chǎn)氣為主，尋找液態(tài)石油的希望不大。第82頁/共139頁圖4-12干酪根從成巖作用階段到準(zhǔn)變質(zhì)作用階段的演化圖（據(jù)Tissot等，1978）第83頁/共139頁成巖演化階段烴類產(chǎn)物煤階固定碳（%）鏡煤反射率（%）H/C原子比地溫（0C）深度（m）孢粉顏色主要反應(yīng)成熟程度成巖階段生物甲烷泥炭褐煤＜55＜0.5＞0.84＜50＜1000淺黃橙黃生物化學(xué)未成熟深成階段重質(zhì)油、干氣、中質(zhì)油、濕氣長焰煤氣煤肥煤55-750.5-1.30.840.6950-1501000-4000橙-褐熱降解成熟輕質(zhì)油、濕氣焦煤瘦煤75-851.3-2.00.690.62150-2004000-6000棕?zé)崃呀鉁?zhǔn)變質(zhì)階段高溫甲烷貧煤無煙煤＞85＞2.0＜0.62＞200＞6000黑熱裂解過成熟第84頁/共139頁

以上是有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的整個(gè)過程大致劃分為四個(gè)階段，這反映油氣演化的一般模式。對不同的沉積盆地而言，由于其沉降歷史、地溫歷史及原始有機(jī)質(zhì)類型的不同，其中的有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的過程不一定全都經(jīng)歷這四個(gè)階段，有的可能只進(jìn)入了前兩個(gè)階段，尚未達(dá)到第三階段；而且，每個(gè)階段的深度和溫度界限也可能略有差別。在地質(zhì)發(fā)展史較復(fù)雜的沉積盆地，例如經(jīng)歷過數(shù)次升降作用，生油巖中的有機(jī)質(zhì)可能由于埋藏較淺尚未成熟就遭遇抬升，直到再度沉降埋藏到相當(dāng)深度后，方才達(dá)到了成熟溫度，有機(jī)質(zhì)仍然可以生成大量石油，即所謂“二次生油”。

第85頁/共139頁促使沉積有機(jī)質(zhì)演化成烴的因素

細(xì)菌溫度和時(shí)間催化劑放射性壓力第86頁/共139頁細(xì)菌

按其生活習(xí)性可分為3類：喜氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌和通性細(xì)菌。細(xì)菌所起的作用是將原始的有機(jī)質(zhì)中的O、S、N、P等元素分離出來，使C、H特別是H富集起來。細(xì)菌一般作用于有機(jī)質(zhì)改造早期。第87頁/共139頁溫度和時(shí)間1.只有對沉積有機(jī)質(zhì)演化而成的干酪根加熱以后才能生成石油烴類；

2.溫度較低時(shí)，加熱干酪根生成的液態(tài)烴和揮發(fā)組分產(chǎn)率較低。只有達(dá)到一定溫度，才會大量生成液態(tài)烴。而溫度繼續(xù)上升到一定程度，液態(tài)烴又會減少，氣態(tài)烴生成量繼續(xù)增加。第88頁/共139頁第四節(jié)天然氣成因天然氣：烴氣與非烴氣烴氣：有機(jī)與無機(jī)天然氣分為：生物成因氣、油型氣、煤型氣和無機(jī)成因氣。第89頁/共139頁生物成因氣不溶有機(jī)質(zhì)可溶有機(jī)質(zhì)菌體揮發(fā)性酸其他酶的發(fā)酵作用產(chǎn)酸菌

產(chǎn)甲烷菌菌體CH4+O2其他

定義：在成巖作用早期還原環(huán)境中生物化學(xué)作用帶內(nèi)，沉積有機(jī)質(zhì)因微生物群體發(fā)酵和合成作用形成的甲烷氣和部分CO2和少量的N2，有時(shí)混有早期低溫降解作用形成的甲烷氣及重?zé)N氣。

形成條件：豐富的有機(jī)質(zhì)和強(qiáng)還原環(huán)境是前提條件，最有機(jī)的生氣母質(zhì)是草本腐植型-腐泥腐植型。

化學(xué)組成：甲烷＞98%，重?zé)N＜1%，還含有少量的N2和CO2。第90頁/共139頁油型氣

定義：指成油有機(jī)質(zhì)（腐泥型和混合型干酪根）在熱力作用下以及石油熱裂解形成的各種天然氣，主要包括石油伴生氣、凝析油伴生氣和熱裂解伴生氣。

化學(xué)組成：石油和凝析油伴生氣在化學(xué)組成上的進(jìn)本特點(diǎn)是重?zé)N氣含量一般大于5%，最高可達(dá)40-50%，甚至可超過甲烷含量。過成熟干氣則以甲烷為主，重?zé)N氣一般小于2%。在碳穩(wěn)定同位素上，由石油伴生氣-凝析油伴生氣-過成熟干氣，13C逐步富集，δ13C1增大，大致分別為-55‰—-40‰、-45‰—-30‰、≥-35‰。第91頁/共139頁與成油有機(jī)質(zhì)演化有關(guān)的天然氣隨深度生成模式

成油有機(jī)質(zhì)成熟演化過程中產(chǎn)生的天然氣以烴氣為主，但仍有數(shù)量不等的非烴氣。CO2主要形成于深成作用階段的早中期；N2主要形成于深成階段的中期；H2S主要形成于深成階段中期到準(zhǔn)變質(zhì)階段。產(chǎn)氣高峰在深成作用的中晚期。第92頁/共139頁煤型氣

定義：指煤系有機(jī)質(zhì)（腐植型干酪根和腐植煤）在變質(zhì)作用過程中形成的熱成因氣。煤系又稱含煤巖系，是以含有煤層和煤線為特征的沉積巖系。當(dāng)腐植有機(jī)質(zhì)高度聚集時(shí)便形成腐植煤。成煤作用與煤型氣的形成：成煤作用階段分為泥炭化階段和煤化作用階段。當(dāng)埋藏逐步加深，在溫度、壓力和時(shí)間等因素的作用下，堆積的植物遺體和碎片按泥炭—褐煤—長焰煤—?dú)饷骸拭骸姑骸菝骸毭骸獰o煙煤的序列轉(zhuǎn)化?；瘜W(xué)組成：重?zé)N氣有時(shí)達(dá)到10%以上，甲烷氣一般占70-95%。非烴氣含N2和Hg蒸汽，也含CO2，貧H2S。計(jì)算煤型氣的儲量常用煤氣發(fā)生率，視煤氣發(fā)生率，階煤氣發(fā)生率，煤系泥巖產(chǎn)氣率，泥巖視產(chǎn)氣率和泥巖階產(chǎn)氣率。

第93頁/共139頁

實(shí)測表明，煤的揮發(fā)分隨煤化作用增強(qiáng)明顯減低，由褐煤—煙煤—無煙煤，揮發(fā)分大約由50%降低到5%。這些揮發(fā)分主要以CH4、CO2、H2O、N2、NH3等氣態(tài)產(chǎn)物的形式逸出，是形成煤型氣的基礎(chǔ)。第94頁/共139頁

從形成煤型氣的角度出發(fā)，應(yīng)注意在煤化作用過程成煤物質(zhì)的四次較為明顯的變化（煤化躍變）：第一次躍變發(fā)生于長焰煤開始階段，第二次躍變發(fā)生于肥煤階段，第三次躍變發(fā)生于煙煤—無煙煤階段，第四次躍變發(fā)生于無煙煤—變質(zhì)無煙煤階段。在這四次躍變中，媒質(zhì)變化最明顯的是第一次和第二次。煤型氣的形成及產(chǎn)率不僅與煤階有關(guān)，還與煤巖組成有關(guān)。第95頁/共139頁無機(jī)成因氣

定義：地球深部巖漿巖活動、變質(zhì)巖和宇宙空間分布的可燃?xì)怏w以及巖石無機(jī)鹽類分解產(chǎn)生的氣體，都屬于無機(jī)成因氣或非生物成因氣。它屬于干氣。

化學(xué)組成：一般以甲烷為主，C2+含量很少，一般＜1%，常可見微量烯烴，并含有較高的H2、N2、CO2、CO和He。一般將δ13C1＞-20‰作為無機(jī)成因起的可靠證據(jù)。第96頁/共139頁各

種

氣

體

的

判

別

方

式第97頁/共139頁第四節(jié)天然氣成因天然氣：烴氣與非烴氣烴氣：有機(jī)與無機(jī)天然氣分為：生物成因氣、油型氣、煤型氣和無機(jī)成因氣。第98頁/共139頁生物成因氣不溶有機(jī)質(zhì)可溶有機(jī)質(zhì)菌體揮發(fā)性酸其他酶的發(fā)酵作用產(chǎn)酸菌

產(chǎn)甲烷菌菌體CH4+O2其他

定義：在成巖作用早期還原環(huán)境中生物化學(xué)作用帶內(nèi)，沉積有機(jī)質(zhì)因微生物群體發(fā)酵和合成作用形成的甲烷氣和部分CO2和少量的N2，有時(shí)混有早期低溫降解作用形成的甲烷氣及重?zé)N氣。

形成條件：豐富的有機(jī)質(zhì)和強(qiáng)還原環(huán)境是前提條件，最有機(jī)的生氣母質(zhì)是草本腐植型-腐泥腐植型。

化學(xué)組成：甲烷＞98%，重?zé)N＜1%，還含有少量的N2和CO2。第99頁/共139頁油型氣

定義：指成油有機(jī)質(zhì)（腐泥型和混合型干酪根）在熱力作用下以及石油熱裂解形成的各種天然氣，主要包括石油伴生氣、凝析油伴生氣和熱裂解伴生氣。

化學(xué)組成：石油和凝析油伴生氣在化學(xué)組成上的進(jìn)本特點(diǎn)是重?zé)N氣含量一般大于5%，最高可達(dá)40-50%，甚至可超過甲烷含量。過成熟干氣則以甲烷為主，重?zé)N氣一般小于2%。在碳穩(wěn)定同位素上，由石油伴生氣-凝析油伴生氣-過成熟干氣，13C逐步富集，δ13C1增大，大致分別為-55‰—-40‰、-45‰—-30‰、≥-35‰。第100頁/共139頁與成油有機(jī)質(zhì)演化有關(guān)的天然氣隨深度生成模式

成油有機(jī)質(zhì)成熟演化過程中產(chǎn)生的天然氣以烴氣為主，但仍有數(shù)量不等的非烴氣。CO2主要形成于深成作用階段的早中期；N2主要形成于深成階段的中期；H2S主要形成于深成階段中期到準(zhǔn)變質(zhì)階段。產(chǎn)氣高峰在深成作用的中晚期。第101頁/共139頁煤型氣

定義：指煤系有機(jī)質(zhì)（腐植型干酪根和腐植煤）在變質(zhì)作用過程中形成的熱成因氣。煤系又稱含煤巖系，是以含有煤層和煤線為特征的沉積巖系。當(dāng)腐植有機(jī)質(zhì)高度聚集時(shí)便形成腐植煤。成煤作用與煤型氣的形成：成煤作用階段分為泥炭化階段和煤化作用階段。當(dāng)埋藏逐步加深，在溫度、壓力和時(shí)間等因素的作用下，堆積的植物遺體和碎片按泥炭—褐煤—長焰煤—?dú)饷骸拭骸姑骸菝骸毭骸獰o煙煤的序列轉(zhuǎn)化?；瘜W(xué)組成：重?zé)N氣有時(shí)達(dá)到10%以上，甲烷氣一般占70-95%。非烴氣含N2和Hg蒸汽，也含CO2，貧H2S。計(jì)算煤型氣的儲量常用煤氣發(fā)生率，視煤氣發(fā)生率，階煤氣發(fā)生率，煤系泥巖產(chǎn)氣率，泥巖視產(chǎn)氣率和泥巖階產(chǎn)氣率。

第102頁/共139頁

實(shí)測表明，煤的揮發(fā)分隨煤化作用增強(qiáng)明顯減低，由褐煤—煙煤—無煙煤，揮發(fā)分大約由50%降低到5%。這些揮發(fā)分主要以CH4、CO2、H2O、N2、NH3等氣態(tài)產(chǎn)物的形式逸出，是形成煤型氣的基礎(chǔ)。第103頁/共139頁

從形成煤型氣的角度出發(fā)，應(yīng)注意在煤化作用過程成煤物質(zhì)的四次較為明顯的變化（煤化躍變）：第一次躍變發(fā)生于長焰煤開始階段，第二次躍變發(fā)生于肥煤階段，第三次躍變發(fā)生于煙煤—無煙煤階段，第四次躍變發(fā)生于無煙煤—變質(zhì)無煙煤階段。在這四次躍變中，媒質(zhì)變化最明顯的是第一次和第二次。煤型氣的形成及產(chǎn)率不僅與煤階有關(guān)，還與煤巖組成有關(guān)。第104頁/共139頁無機(jī)成因氣

定義：地球深部巖漿巖活動、變質(zhì)巖和宇宙空間分布的可燃?xì)怏w以及巖石無機(jī)鹽類分解產(chǎn)生的氣體，都屬于無機(jī)成因氣或非生物成因氣。它屬于干氣。

化學(xué)組成：一般以甲烷為主，C2+含量很少，一般＜1%，?？梢娢⒘肯N，并含有較高的H2、N2、CO2、CO和He。一般將δ13C1＞-20‰作為無機(jī)成因起的可靠證據(jù)。第105頁/共139頁各

種

氣

體

的

判

別

方

式第106頁/共139頁第五節(jié)烴源巖一、定義二、描述三、理想的烴源巖第107頁/共139頁一、定義：

也叫母巖或生油巖。在天然條件下曾經(jīng)產(chǎn)生并排出過烴類且足以形成工業(yè)性油氣聚集的細(xì)粒沉積。主要是低能帶富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥質(zhì)巖和碳酸巖鹽沉積。第108頁/共139頁二、描述：

有機(jī)質(zhì)的數(shù)量有機(jī)質(zhì)的類型有機(jī)質(zhì)的成熟度

第109頁/共139頁有機(jī)質(zhì)的數(shù)量

包括有機(jī)質(zhì)的豐度和烴源巖的體積。有機(jī)質(zhì)豐度的主要指標(biāo)為有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”和總烴的百分含量。沉積巖中的碳以碳酸鹽巖和有機(jī)碳兩種形式存在，在組成生物體的主要元素中，碳含量最高、最穩(wěn)定，因此是最主要的豐度指標(biāo)。氯仿瀝青“A”是對巖石進(jìn)行氯仿抽提再進(jìn)行色層分離可得到總烴含量，也能反映有機(jī)質(zhì)的豐度。第110頁/共139頁我國陸相生油層評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)好生油層中等生油層差生油層非生油層巖相深湖-半深湖相半深湖-淺湖相淺湖-濱海相河流相干酪根類型腐泥型中間型腐植型腐植型H/C1.7-1.31.3-1.01.0-0.51.0-0.5有機(jī)碳含量（%）3.5-1.01.0-0.60.6-0.4＜0.4氯仿瀝青“A”含量（%）＞0.120.12-0.060.06-0.01＜0.01總烴含量（10-6）＞500500-250250-100＜100總烴/有機(jī)碳（%）＞66-33-1＜1第111頁/共139頁有機(jī)質(zhì)的類型

有機(jī)質(zhì)的類型常從不溶有機(jī)質(zhì)（干酪根）和可溶有機(jī)質(zhì)（瀝青）進(jìn)行分析。干酪根類型的確定是有機(jī)質(zhì)類型研究的主體，常用的研究方法有元素分析、光學(xué)分析、紅外線光譜分析以及巖石熱解分析等。第112頁/共139頁元素分析

元素分析：是從化學(xué)性質(zhì)和本質(zhì)上來把握其類型的。從全球來看，石油主要產(chǎn)生于腐泥型或腐植形過渡的有機(jī)質(zhì)；腐植型主要生成天然氣。陸相烴源巖中干酪根類型和劃分：Ⅰ型為腐泥型，Ⅲ型為腐植形，Ⅱ型為混合型中的中間型，Ⅱ1型為腐植腐泥型，Ⅱ2型為腐泥腐植型。還有Ⅳ型為媒質(zhì)型或殘余型。第113頁/共139頁干酪根的類型第114頁/共139頁光學(xué)分析

光學(xué)分析方法包括孢粉學(xué)法和煤巖學(xué)法。

孢粉學(xué)法是按干酪根在透射光下的微觀結(jié)構(gòu)，將其分為藻質(zhì)、絮質(zhì)、草質(zhì)、木質(zhì)和媒質(zhì)，前3種為腐泥型有機(jī)質(zhì)，后2種為腐植型和殘余型有機(jī)質(zhì)。

煤巖學(xué)法是將干酪根的顯微組成分為殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰性組，其中殼質(zhì)組為腐泥型有機(jī)質(zhì)，多數(shù)鏡質(zhì)組為腐植型有機(jī)質(zhì)，惰性組為媒質(zhì)型有機(jī)質(zhì)。第115頁/共139頁巖石熱解分析

烴源巖評價(jià)儀：用巖石熱解分析儀直接從巖樣中測出所含的吸附烴（S1）、干酪根熱解烴（S2）和二氧化碳（S3）與水等含氧揮發(fā)物以及相應(yīng)的溫度。氫指數(shù)（S2/有機(jī)碳，IH）和氧指數(shù)（S3/有機(jī)碳，IO）與干酪根元素組成分析能很好對比?？衫眠@兩個(gè)指數(shù)繪制范氏圖確定烴源巖中有機(jī)質(zhì)的類型。第116頁/共139頁烴源巖中的干酪根分類

孢粉學(xué)分類藻質(zhì)絮質(zhì)草質(zhì)木質(zhì)媒質(zhì)煤巖學(xué)分類顯微組分殼質(zhì)組鏡質(zhì)組惰性組顯微組分細(xì)分藻質(zhì)體無定形孢粉、角質(zhì)體、樹脂體、木栓體結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體絲質(zhì)體、微粒體、鞏膜體

元素分析Tissot分類藻質(zhì)型（Ⅰ）腐泥型（Ⅱ）腐植型（Ⅲ）殘余型（Ⅳ）中國分類腐泥型（Ⅱ）腐植型（Ⅲ）媒質(zhì)型（Ⅳ）原始H/C原子比1.70-1.501.50-1.301.0-0.700.60-0.50原始O/C原子比＜0.1＜0.2-0.10.3-0.20.3-0.25巖石熱解分析生烴潛力＞66-4＜2＜2降解率（%）＞5010-50＜10IH（mg/g有機(jī)碳）＞800800-500＜150

IO（mg/g有機(jī)碳）＜4060-40150-50

紅外光譜分析2930（cm-1）/1600（cm-1）＞3.0＞3.0＜0.4

1460（cm-1）/1600（cm-1）＞1.201.20-0.45＜0.25

有機(jī)質(zhì)來源海生、湖生陸生陸生陸生強(qiáng)氧化或再循環(huán)

化石燃料以油、油頁巖、藻煤和殘植煤為主油氣以氣和腐植煤為主無油、少量氣第117頁/共139頁可溶瀝青分析

比較典型的指標(biāo)有正烷烴、甾烷、萜烷等。在正烷烴的氣相色譜上，高分子量奇C優(yōu)勢正烷烴常反映原始有機(jī)物是陸地的高等植物，而中分子量的奇C優(yōu)勢正烷烴主要來自藻類或與之相關(guān)的酸。萜烷多見于高等植物。第118頁/共139頁有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是指在有機(jī)質(zhì)所經(jīng)歷的埋藏時(shí)間內(nèi)，由于增溫作用所引起的各種變化。評價(jià)有機(jī)質(zhì)成熟度常用且有效的方法包括：鏡質(zhì)體反射率（R0）法、孢粉和干酪根的顏色法、巖石熱解法和可溶有機(jī)質(zhì)的化學(xué)法。還要應(yīng)用多種成熟度標(biāo)尺和TTI等預(yù)測方法來估算烴源巖中有機(jī)質(zhì)的成熟度。第119頁/共139頁鏡質(zhì)體反射率法以及孢粉和干酪根顏色法成巖演化階段鏡煤反射率（%）孢粉顏色成熟度成巖階段＜0.5淺黃橙黃未成熟深成階段0.5-1.3橙-褐成熟1.3-2.0棕準(zhǔn)變質(zhì)階段＞2.0黑過成熟

鏡質(zhì)體反射率也稱鏡煤體反射率，它是溫度和有效加熱時(shí)間的函數(shù)且具不可逆性，是確定煤化作用階段的最佳參數(shù)。在顯微鏡透射光下，孢子、花粉和其他微體化石隨成熟度作用的增強(qiáng)而顯不同顏色。第120頁/共139頁可溶有機(jī)質(zhì)的化學(xué)法碳優(yōu)勢指數(shù)第121頁/共139頁碳優(yōu)勢指數(shù)的意義

石油中的正烷烴，主要是新生的，并且隨有機(jī)質(zhì)成熟度的增加，低分子量正烷烴增多，致使正烷烴分布曲線的主峰移至低C數(shù)范圍。早期具有明顯優(yōu)勢的奇數(shù)C原子隨熱解作用的繼續(xù)進(jìn)行，奇C優(yōu)勝逐漸消失，在原油中奇偶數(shù)C原子量幾乎相等，所以從不成熟-成熟，奇C優(yōu)勢逐漸消失。第122頁/共139頁

時(shí)間—溫度指數(shù)（TTI）的有機(jī)質(zhì)成熟度預(yù)測。應(yīng)用TTI法的關(guān)鍵問題是要忠實(shí)地重建沉積盆地的埋藏歷史和受熱溫度史。沉積埋藏史與受熱歷史模式圖第123頁/共139頁三、理想的烴源巖普遍認(rèn)為理想的烴源巖主要為粘土巖類和碳酸鹽巖類，一般為暗色的、細(xì)粒的巖石，富含有機(jī)質(zhì)和微體古生物化石，常含指示還原環(huán)境的黃鐵礦，偶見原生油苗，均為低能環(huán)境產(chǎn)物。粘土巖類烴源巖：泥巖、頁巖碳酸鹽巖類烴源巖：灰?guī)r、生物灰?guī)r、泥灰?guī)r最有利的生油氣巖相為：淺海相、三角洲和深水-半深水湖相。第124頁/共139頁一、對比的意義

從廣義上說包括油-油對比，油-巖對比，氣-氣對比，氣-巖對比，油-氣-巖對比和天然氣成因分類，其中油-巖和氣-巖對比以及天然氣成因分類是核心問題。第六節(jié)油氣地球化學(xué)對比第125頁/共139頁二、對比參數(shù)的選取

基礎(chǔ)：性質(zhì)相同的兩種油氣應(yīng)源