第8章 油气的生成

主讲教师：柳广弟第八章油气的生成第八章油气的生成第一节油气生成的物质基础第二节油气生成的条件及过程第三节烃源岩第一节油气生成的物质基础一、关于油气成因问题的历史争论无机成因说：认为石油是由无机物质形成的。主要有碳化物说、宇宙说、岩浆说等。无机成因说主要石油工业发展的早期（19世纪和20世纪早期）比较流行有机成因说：认为石油是由有机物质形成的，如浮游动物、浮游植物、高等植物等。油气成因的现代观点：石油是有机成因的，天然气主要也是有机成因的，但不排除一部分天然气是无机成因的。第一节油气生成的物质基础二、生成石油的有机物质——从原始有机质到干酪根太湖蓝藻厦门赤潮浮游动物原始有机质：浮游动物、浮游植物、高等植物等第一节油气生成的物质基础二、生成石油的有机物质——从原始有机质到干酪根原始有机质在埋藏以后，经过一系列的化学和物理的变化，演变为一种称为“干酪根”的有机物质，保存在岩石中。第一节油气生成的物质基础1.干酪根的定义干酪根：沉积岩中不溶于非氧化的酸、碱和非极性有机溶剂的有机质2.干酪根的成分干酪根是一种高分子聚合物，无固定的化学成分，主要由C、H、O和少量S、N组成126006121890abcde00891816N=328m=76.4N=334m=6.30N=324m=11.1N=316m=3.65N=326m=2.0259.192.81.514.11.229.5012.30.233.8（据，，修改）B.Durand&J.C.Monin1980横坐标：元素含量样品质量，；纵坐标：频率，；—样品数；—平均值；—碳；—氢；—氧‘—有机硫；—氮/%%NmabcdeC：76.4%，O：11.1%H：6.3%，S：3.65%N：2.02%第一节油气生成的物质基础第一节油气生成的物质基础3.干酪根的结构OMOCHCH-CHCH-O-OHCHOHCHC-O-=OOOHHOCHCHCHCHC-OOHCHOOMOSCHCHMOCHCH-C-=OHCCHOHNHOHCHCOHCHCHCCHCHC=OHOOM黄县褐煤干酪根结构OOOC=OHHOCOOOOHOC=OCOOOOHOHOHOHOOSAOOBS=OCOCO===OOC=O芳香烃环杂环正烷烃链饱和烃环美国绿河页岩干酪根结构干酪根结构属于三维网状系统，具有多个芳香结构的核，核上连接着数量不等的具有脂肪族结构的支链，这些核被链状桥、键和各种官能团连接起来。第一节油气生成的物质基础1.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O/C原子比Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型Ⅰ型演化轨迹Ⅱ型演化轨迹Ⅲ型演化轨迹范·克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解4.干酪根的类型（1）Ⅰ型干酪根原始氢含量高，氧含量低以脂肪族直链结构为主，多环芳香结构及含氧官能团很少主要来自藻类生油潜力大第一节油气生成的物质基础1.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O/C原子比Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型Ⅰ型演化轨迹Ⅱ型演化轨迹Ⅲ型演化轨迹范·克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解4.干酪根的类型（2）Ⅱ型干酪根原始氢含量较高，氧含量较低含有较多的脂肪族直链结构，也含有多环芳香结构及含氧官能团主要来自浮游生物生油潜力中等第一节油气生成的物质基础1.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O/C原子比Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型Ⅰ型演化轨迹Ⅱ型演化轨迹Ⅲ型演化轨迹范·克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解4.干酪根的类型（3）Ⅲ型干酪根原始氢含量低，氧含量高多环芳香结构及含氧官能团含量高，脂肪族直链结构较少主要来自高等植物生油潜力差OMOCHCH-CHCH-O-OHCHOHCHC-O-=OOOHHOCHCHCHCHC-OOHCHOOMOSCHCHMOCHCH-C-=OHCCHOHNHOHCHCOHCHCHCCHCHC=OHOOM干酪根的结构芳香结构的核脂肪族链状结构的支链连接核与支链的化学键温度的升高第二节油气生成的条件及过程1.温度和时间的作用第二节油气生成的条件及过程随着埋藏深度的增加，温度逐渐升高。烃源岩中的有机质在热力（温度）的作用下逐渐生成了石油和天然气温度在油气生成中起主要作用；时间在油气生成中起重要作用，温度的不足可以用时间来补偿。1.温度和时间的作用1230.010.020.030.045065100150温度，℃Km深度，饱和烃总有机碳/1.37AC－深度－温度关系曲线；－石油生成百分率－深度关系曲线大量生油成熟点CA随着埋藏深度的增大和温度的增高，干酪根开始大量生烃的温度称为干酪根的成熟温度或生油门限，这个成熟温度所在的深度称为成熟点生油门限1.温度和时间的作用第二节油气生成的条件及过程第二节油气生成的条件及过程1.温度和时间的作用松辽盆地（下白垩统）鄂尔多斯盆地（上三叠统）泌阳凹陷（古近系）冀中拗陷（古近系）柴达木盆地（新近系）102030102030102030102030303540烃有机碳，％/烃有机碳，％/烃有机碳，％/烃有机碳，％/饱和烃，％1600m1300m1800m2700m3300m58℃地温梯度3.1/100m℃地温梯度4.0/100m℃地温梯度4.2/100m℃地温梯度3.4/100m℃地温梯度3.0/100m℃65℃85℃95℃126℃第二节油气生成的条件及过程2.油气生成的过程和阶段未成熟阶段成熟阶段高成熟阶段过成熟阶段第二节油气生成的条件及过程2.油气生成的过程和阶段（1）生物化学生气阶段（未成熟阶段）①范围温度：10～60℃深度：0～2000m②机理：生物化学作用③产物：生物甲烷、CO2、H2O，干酪根、少量高分子液态烃（2）热催化生油气阶段（成熟阶段）①范围温度：60～180℃深度：2000～4500m②机理：热催化作用③产物：液态石油为主第二节油气生成的条件及过程2.油气生成的过程和阶段（3）热裂解生湿气阶段（高成熟阶段）①范围温度：180～250℃深度：4500～6500m②机理：热裂解作用③产物：湿气为主第二节油气生成的条件及过程2.油气生成的过程和阶段（4）深部高温生气阶段（过成熟阶段）①范围温度：250℃深度：6500m②机理：热裂解\热变质③产物：干气第二节油气生成的条件及过程2.油气生成的过程和阶段第三节烃源岩烃源岩（sourcerock）：能够生成油气，并能排出油气的岩石称为烃源岩1.烃源岩的概念及其岩性特征一般岩性特征：常含分散状的黄铁矿富含有机质和微体古生物化石粒细、色暗、(1)粘土岩类烃源岩:暗色泥岩、页岩(2)碳酸盐岩类烃源岩：暗色石灰岩、生物灰岩等(3)煤系烃源岩：煤和煤系泥岩第三节烃源岩2.烃源岩的地球化学特征（1）有机质丰度有机碳含量（TOC）：岩石中的有机碳占岩石重量的百分比，％等级TOC(%)非烃源岩0.5差烃源岩0.5-1.0中等烃源岩1.0-2.0好烃源岩2.01.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O/C原子比Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型Ⅰ型演化轨迹Ⅱ型演化轨迹Ⅲ型演化轨迹范·克雷维伦（D.W.VanKrevelen）图解（2）有机质类型第三节烃源岩2.烃源岩的地球化学特征（3）有机质的成熟度成熟度(maturity):在温度的作用下有机质的热演化程度镜质体反射率Ro：镜质体反射光的能力，用％表示无结构镜质体未成熟阶段：Ro0.5%成熟阶段：Ro=0.5%～1.2%高成熟阶段：Ro=1.2%～2.0%过成熟阶段：Ro2.0%本章要点油气生成的基本物质：干酪根的定义、成分、结构和类型；不同类型干酪根的特征油气生成的机理：温度和时间在油气生成中的作用，生油门限的概念油气生成的阶段，每个阶段的基本特点烃源岩的岩性特征，烃源岩的地球化学指标