石油工程概论第二章-2

有机质沉积的一般特征沉积环境及其对有机质沉积的影响不同沉积环境（相）有机质的沉积特征第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征一有机质沉积的一般特征虽然几乎所有的沉积物（岩）中都有有机质存在，但其含量、性质、组成和产状随沉积环境（相）、地质时代、岩性和先质有明显的变化。一般而言，沉积有机质的基本分布特征如下：1、地球上大多数沉积有机质以分散的形式存在，只有少部分以煤和油气藏的富集方式存在。如Degenns（1965）统计，地球上的有机质总量约为3.8×1015t，但其中以分散形式存在于页岩中的有机质约为3.6×1015t，而以富集态存在于煤和油中的有机质的仅分别为6×1012t和0.2×1012t，只占分散有机质总量的1/600和1/18000。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征一有机质沉积的一般特征2、有机质的沉积分布特征随地质时代而变。就有机质的数量来说，不同地质时代有所不同。罗诺夫和特拉斯分别对俄罗斯地台和北美各地质时代沉积岩中有机质含量进行的统计表明，两者的有机质丰度都在志留纪和三叠纪出现两个明显的低值。我国学者在70年代进行的统计显示，中新生代有机质的丰度一般高于古生代，从老到新，有机质含量呈现增大的趋势（石毓珵等，1980）。就有机质的性质来说，由于高等植物于泥盆纪才大量繁殖和发育，因此，此前的有机质基本上为水生生物，有机质的性质可能较好（成烃能力较高），而此后的有机质来源则存在水生生物和陆源高等植物的双重贡献，其有机质的性质则与具体的环境有关。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征一有机质沉积的一般特征3、有机质的数量和性质随岩性而变。如Hunt（1961）的统计显示，泥页岩、碳酸盐岩和砂岩这三种主要沉积岩中有机碳的平均含量分别为2.1％、0.29％和0.05％。尽管不同学者的统计所得的具体数值不完全相同，但总体的趋势完全一致。就有机质的性质来说，在其它条件相近的情况下，细粒岩石所含的有机质性质更好，如页岩优于粉砂岩、砂岩。碳酸盐岩由于有机质基本来源于水生生物，有机质性质一般较好。但近年来，我国学者（赵孟军等，2000；张水昌等，2001）已在塔里木盆地奥陶系的碳酸盐岩中发现了产烃能力较低的类似于陆源高等植物的海相宏观藻。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征一有机质沉积的一般特征4、有机质的数量和性质随沉积环境（相）而变。在介绍与此有关的细节之前，有必要先讨论有机质的沉积环境及其对有机质沉积的影响。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征沉积环境是指发生沉积作用的地貌单元，是物理上、化学上、生物学上有别于相邻地区的地球表面。而沉积相是沉积环境的物质表现。因此要认识沉积环境及其对有机质沉积的影响，首先需要剖析环境的物理、化学及生物学参数及其对有机质沉积的影响。沉积作用虽然可以发生在水上环境（如风成沉积），但绝大部分发生在覆水盆地中。同时，水上沉积物中即使有有机质，由于与空气充分接触氧化，有机质也无法保存。因此，下面主要讨论水体环境。二沉积环境及其对有机质沉积的影响第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（一）环境的物理参数及其对有机质沉积的影响1、水流流速2、水体深度与浪基面深度对有机质沉积的影响3、沉积速率（vd）与沉降速率（vs）及其对有机质沉积的影响（二）环境的化学参数及其对有机质沉积的影响1、氧化－还原电位（Eh）2、酸碱度（pH值）3、盐度4、温度（三）水体环境的生物参数及其对有机质沉积的影响（四）各类环境参数之间的相互关系第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（一）环境的物理参数及其对有机质沉积的影响1、水流流速被搬运和沉积的碎屑粒径受水流流速的控制。水流速度越快，水体的搬运能力越强。只有当水流速度逐渐降低时，水中所携带的各种有机、无机颗粒才会由粗到细的逐步沉积。以颗粒形式存在的有机质，由于密度较低，易于搬运而难以沉积，仅当水流速度非常之低时，有机碎屑才能与细小的粘土矿物一起沉积。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（一）环境的物理参数及其对有机质沉积的影响1、水流流速被吸附的有机质因为可以更快地通过水体沉淀下去，被氧化和微生物破坏、降解的可能性减少。因此，矿物颗粒的吸附作用可能是沉积有机质聚集的主要原因。另外，水体中成胶态分布的有机质，首先经过絮凝作用，再经过沉积掩埋于沉积物中。至于那些原地生成于沉积物中的有机质，如底栖生物和微生物提供的有机质，它们在沉积物沉积的过程中直接被掩埋在沉积物中。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（一）环境的物理参数及其对有机质沉积的影响1、水流流速由于有机质颗粒一般较小，同时密度小，加上越细的矿物颗粒，比表面积越大，吸附能力越强，因此，沉积物（岩）中，有机质丰度与碎屑粒径成反比，即与水流流速成反比。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（一）环境的物理参数及其对有机质沉积的影响2、水体深度与浪基面深度及其对有机质沉积的影响浪基面是指水盆地波浪有效作用水体的底面。浪基面之上是波浪造成的湍流高能环境，浪基面以下不受波浪的干扰，为静水低能环境。浪基面的深度与水体面积有关，海洋中波浪波及的最大深度较深，湖浪的规模小于海洋，浪基面的深度也就小得多。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（一）环境的物理参数及其对有机质沉积的影响2、水体深度与浪基面深度及其对有机质沉积的影响水体深度与浪基面深度的关系控制着沉积物的沉积和保存。当水体深度远小于浪基面深度时，为动水、高能、氧化环境，有机质和细碎屑不易沉积，即使沉积下来也容易被氧化，因此以砂砾、介壳、砂屑灰岩等粗屑沉积为特征，有机质含量很低；当水体深度稍大于浪基面深度时，为静水、低能、还原环境，以具致密纹理的粉砂岩和泥质岩为特征，当有机质来源丰富时，可形成大范围丰富的有机质沉积；当水体深度远大于浪基面深度时，太深的水体不利于有机质的沉积，有机质经过很深的水体，常被其它生物或氧化所消耗。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（一）环境的物理参数及其对有机质沉积的影响3、沉积速率（vd）与沉降速率（vs）及其对有机质沉积的影响水体与沉积物的界面是一个非常重要的界面，特别是细粒沉积物之下，由于与水体中氧气的交换受到抑制，容易形成还原环境，有利于有机质的保存。因此一般而言，较快的沉降和沉积有利于有机质的保存，有机质的丰度较高。深海平原有机质丰度较低，可能就与过慢的沉积速率有关，而小而肥的洛杉矶含油气盆地，可能就与较高的沉积速率导致的有机质的有效保存有关。但是，另一方面，在有机质供应量一定的条件下，过快的沉积速率将导致“稀释效应”。因此，过快或者过慢的沉积可能都不利于有机质的沉积和保存。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（一）环境的物理参数及其对有机质沉积的影响3、沉积速率（vd）与沉降速率（vs）及其对有机质沉积的影响就沉降与沉积速率的比较来说，若沉降速率远远超过沉积速率（vsvd），水体急剧变深，沉积物补给不足，生物死亡后，在下沉过程中易遭受巨厚水体所含氧气的氧化破坏，多以粘土及化学溶解物质沉积为主；反之，若沉降速率显著低于沉积速率（vsvd），由于补偿远大于沉降速率，水体迅速变浅，直至盆地填满消亡，上升为陆地，沉积物暴露地表，有机质易受空气中的氧气所氧化，也不利于有机质的堆积和保存。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（一）环境的物理参数及其对有机质沉积的影响3、沉积速率（vd）与沉降速率（vs）及其对有机质沉积的影响只有在长期持续下沉过程中伴随着适当的升降，沉降速率与沉积速率相近或前者稍大时(vs≈vd)，才能持久保持还原环境。在这种条件下，不仅可以长期保持适于生物大量繁殖和有机质免遭氧化的有利水体深度，保证丰富的原始有机质沉积下来，而且可以造成沉积厚度大、埋藏深度大，生、储层频繁相间广泛接触，有助于原始有机质迅速向油气转化并广泛排烃的优越环境。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（二）环境的化学参数及其对有机质沉积的影响1、氧化－还原电位（Eh）氧化－还原电位是环境氧化还原能力的量度，主要受含氧量控制，是对有机质沉积保存最重要的环境要素。当Eh等于零时，为中性；Eh为正值时，表明环境富氧，为氧化环境，有机质被氧化、消耗，转化成CO2和H2O，变价元素（如Fe,Mn等）将会以高价态存在；Eh为负值时，表明环境缺氧，为还原环境，变价元素以低价态存在。一般来说，有机质主要保存在强还原至弱还原环境中，所以，如果沉积物中有机质含量丰富，本身就指示了处于良好的还原环境。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（二）环境的化学参数及其对有机质沉积的影响1、氧化－还原电位（Eh）对氧化还原极为敏感的是变价元素的化合物，常用的标志是含铁自生矿物，由氧化环境至还原环境出现次序为：褐铁矿-赤铁矿-海绿石-鳞绿泥石-菱铁矿-白铁矿和黄铁矿（氧化）（弱氧化弱还原）（弱还原）（强还原）第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（二）环境的化学参数及其对有机质沉积的影响1、氧化－还原电位（Eh）地球化学界面（或地球化学墙）是指Eh值或pH值的某种特定值或某种特定界线，特定的矿物或沉积物只在界线一边存在，不在界线另一边存在。有机物界面（或有机物墙）就位于Eh值为零的面上，在此界面之上为氧化环境，有机质不能保存；在此界面之下为还原环境，有机质才能保存。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（二）环境的化学参数及其对有机质沉积的影响2、酸碱度（pH值）酸碱度的划分主要根据水介质中氢离子浓度，pH=-lg[H+]。酸性介质pH7，中性介质pH=7，碱性介质pH7。硅和钙是地壳的重要组成元素，二氧化硅在酸性条件下稳定（沉淀），在碱性条件下溶解；而碳酸钙则相反，在酸性条件下溶解，碱性条件下沉淀。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（二）环境的化学参数及其对有机质沉积的影响2、酸碱度（pH值）海水的pH值介于7.26～8.40之间，一般为8左右，属弱碱性介质；而大陆水体，除咸水湖泊和盐湖外，一般为酸性介质。当pH≥7.8时，有机质常与碳酸盐一起沉积，有机质含量较高，形成碳酸盐岩生油岩，这种环境缺乏陆源沉积物补给，有机质以水生生物为主，成烃潜力较高；在pH7的酸性沼泽环境，有机质多为腐殖型。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（二）环境的化学参数及其对有机质沉积的影响3、盐度水的盐度是其中所溶解的固体物质的质量百分比。水体含盐度对生物的影响极大，直接影响着生物群落的发育和沉积物的性质。不同种类的生物，对水体含盐度的适应能力不同，可分为狭盐性生物和广盐性生物。正常盐度的海水，生物种类最多。盐度偏高或偏低时，生物种类都减少，但由于个体数量增加，不一定生物总量减少。但盐度增加导致的盐类沉积有利于有机质沉积后的保存，这可能与微生物的发育受到抑制有关。另外，盐跃层的形成可使水体对流停滞，导致下部水体缺氧而有利于有机质的保存。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（三）水体环境的生物参数及其对有机质沉积的影响生物既是有机质的提供者，又是影响有机质和沉积物沉积的重要环境参数。生物的活动可贯穿整个沉积演化过程，它在沉积演化各阶段的过程中有巨大的影响。在对有机质沉积有影响的生物因素中，最重要的是微生物（细菌）的作用。第二章石油地质第二节有机质的沉积和分布特征二沉积环境及其对有机质沉积的影响（三）水体环境的生物参数及其对有机质沉积的影响细菌是地球上分布最广、繁殖最快的一种生物。它