煤成油形成环境与成烃机理

2、煤成油形成环境与成烃机理（1）引言（2）煤和含煤岩系的生油潜力（3）煤成油的地球化学特征（4）煤成油形成机理与成烃模式2、煤成油形成环境与成烃机理（1）引言吐鲁番盆地七克台油田油砂与煤系间互露头2、煤成油形成环境与成烃机理（1）引言1、概念：煤成油(“Oilfromcoal”或“Oilderivedfromcoal”)系指煤和煤系地层中集中和分散的陆源有机质，在煤化作用的同时所生成的液态烃类（石油）。在特定的地质条件下，从煤系烃源岩中排驱出来并聚集成藏，甚至形成大油田。2、问题的提出：从60年代后期以来，在世界一系列盆地发现了一批与中、新生界煤系地层有关的重要油气田，引起了人们极大的兴趣，并进行了广泛的研究。研究的主要问题是：（1）各种煤及各种显微组分的成烃潜力；（2）在煤化作用中煤系地层的成烃演化特征和煤成油的物理化学特点；（3）煤系地层的生物标记化合物的特征、生源分析和油源对比；（4）煤和各种显微组分的加水或无水热解生烃模拟及其与自然演化的比较；（5）煤和煤系地层中烃类的排驱和运移及其影响因素。3、意义：继陆相生油之后又开拓了“煤成油”和在煤系地层中找油的新领域。4、效果：80年代以来，在我国煤系地层中取得了很大实效。准噶尔盆地东部、塔里木盆地北部、酒东盆地、三塘湖盆地、焉耆盆和吐哈盆地在煤系地层中发现了大规模的油田。（2）煤和含煤岩系的生油潜力11、烃源岩的类型及特征（1）烃源岩类型煤型烃源的类型一般以煤岩学为基础，可划分为：腐殖煤：腐殖煤主要由高等植物物质组成。残殖煤由等植物中壳质组分富集而成，一般含量50~60%。腐殖—腐泥煤：两者过渡类型腐泥煤：由低等生源物质构成显微组分的特征1胶质镜质体和结构镜质体1，胶质镜质体（橙红）充填于细胞腔内，细胞排列规则。浑源，P1s，透射光125X均质镜质体，红色，宽条带，具角质体镶边，有时可见垂直条带的内生裂隙。浑源，P1s，透射光200X大孢子镜质体（中部），伊24井，P1s，透射光125X丝质体，细胸排列规则，腔空，东胜，J1-2y，透射光125X大孢子体，黄色，荧光性强，薄壁，具纹饰，孢子壁呈花斑状结构，浑源，P1s，反射兰光600X小孢子体，黄色，扁环状，薄壁，无纹饰，密集成群，浑源，P1s，透射光160X显微组分的特征角质体，荧光性强，内部细微结构特征清楚，府谷，P1s，反射兰光激发600X树皮体2，橙黄色，半透明似叠砖状木栓细胞结构排列规整，乐平，P2，透射光200X树脂体，充填在结构镜质体细胞腔内，府谷，P1s，反射兰光激发600X结构藻质体，藻类结构清楚，群体的外缘不规则，可见中央空间空隙，橙黄色荧光较强，浑源，P1s，反射兰光激发800X基质沥青体（中部），褐色荧光，无定形基质，与角质体共生，鱼河堡，J1-2y，反射兰光激发600X渗出沥青体，充填于裂隙内，荧光性较强，富5井，T3y，反射兰光激发490X显微组分的特征渗出沥青体，充填于菌类体腔内，浑源，P1s，反射兰光380X荧光体，黄绿色荧光，粒状，富5井，T3y，反射兰光480X油质体，兰光照射下沿基质镜质体裂隙溢出，并逐渐扩散成条带状，呈黄色荧光，富5井，T3y，反射兰光380X壳屑体，碎屑10，与小孢子体相伴生，伊24井，J1-2y，反射兰光600X显微组分的特征1、角质体，七克台乡煤矿南大槽煤层，J2x，QS-2，紫色反射荧光，160X3；2、孢子体，三缝孢，恰1井，J2x2，H74，蓝色反射荧光，320X3；3、树脂体，具氧化边，七克台乡化工厂煤矿南大槽煤层，J2x，QH—11，蓝色反射荧光160X3；4、木栓质体，弱荧光，七泉湖红星煤矿红灰槽煤层，J1b，HXH—10，蓝色反射荧光，160X3显微组分的特征5、碎屑稳定体，七克台乡煤矿南大槽煤层，J2x，QS—2，紫色反射荧光，160X3；6、藻类体，柯柯亚煤矿南大槽煤层J1b，KMD—1，蓝色反射荧光，320X3；7、沥青质体，柯柯亚煤矿南大槽煤层，J1b，KND—1，蓝色反射荧光，160X3；8、基质镜质体B（腐泥镜质体）、角质体与不发荧光的惰质体，柯柯亚煤矿南大槽煤层，J1b，KND—1，蓝色反射荧光，160X3显微组分1、I型油滴（外溢），221兵团煤矿东槽煤层，J2x，DHS—14，紫色反射荧光，16X3；2、Ⅱ型油滴（串珠状），孢子体，柯柯亚煤矿正槽煤层，J1b，KZ—3，紫色反射荧光，64X3；3a、串珠状Ⅱ型油滴，七泉湖红星煤矿红灰槽煤层，J1b，HXH—15，蓝色反射荧光，128X3；3b、Ⅱ型油滴，葫形，七克台化工厂煤矿南大槽煤层，J2x，QH—2，紫色反射荧光，64X3；4a、油滴，七克台化工厂煤矿南大槽煤，J2x，QH—2，紫色反射荧光，128X3；4b、同4a，可见牛顿晕环，干物镜白反射光，128X3显微组分5、裂缝中Ⅲ型油滴（褐灰色），柯柯亚煤矿南大槽煤层，J1b，KND—1，蓝色反射荧光，205X3；6、基质镜质体B中渗出的油，雁3井煤，J2x1+2，H96，蓝色反射荧光，160X3；7、裂纹中渗入丝质体细胞腔内的油滴，地湖南大槽煤层，J2x，DH—15，紫色反射荧光，160X3；8、裂纹中的油滴，哈密县一矿6号煤层，J2x，HS—6—1，紫色反射荧光，160X3（2）煤和含煤岩系的生油潜力21、烃源岩的类型及特征（2）有机质丰度、类型有机质丰度：总有机碳一般都20%，高达70%通常以岩石显微组分统计表示。具有异常高的可溶有机质含量和总烃浓度。有机质类型：实质上是以占有机质绝大部分的镜质组、惰性组、壳质组和腐泥组等组分构成来确定的。1、烃源岩的类型及特征（3）可熔有机质的地化特征不同类型的源岩，族组成特征有比较明显的差别：①腐泥煤：总烃上相对较高，常达40%左右，饱/芳值略大于1；族组成特片大致接近于非煤型Ⅱ型有机质，反映了低等水生生物和细菌的生源贡献。②残殖煤：富集了大量富氢显微组分，可溶有机质中总烃含量较高，可达45.4%，甚至略高于通常的陆源Ⅱ型有机质；残殖煤的芳烃含量明显大于饱和烃，其饱/芳值仅为0.6%左右，大大低于陆源Ⅱ型有机质（饱/芳值≈1.46）③典型腐殖—腐泥煤：可溶有机质特征明显与煤化程度相关。R00.5%时，总烃含量仅29.3%，饱/芳比值0.4，随成熟度增高，总烃含量增加，但饱/芳比值却随之下降；即使总烃含量与湖相的有机质相当时，低的饱/芳比值也可与之区别。④煤可溶有机质：饱和烃组分一般以C22+正烷烃为主；姥鲛烷常高于植烷(姥/植比大于3)，以二萜类和三萜烷较为丰富为特征；细菌生源的补身烷系列和藿烷系列也是主要的生物标志物，孕甾烷、甾烷和三环萜烷不发育。芳烃组分中可见芳构化的二萜类和倍半萜或芳构化陆源三萜类占优势的现象；但在成熟阶段则以萘系列含量高、芴系列化合物发育为特征。（4）有机质的演化特征1煤在持续一段时间的温度、压力条件下将发生煤化作用首先，煤的热演化在总体上表现为增碳过程。在R00.7%时，有机碳平均为54.59%；在R0为0.70%~0.82时，有机碳增至65.80%；在R0为1.06%~1.83%时，有机碳达到76.80%；与烃源岩演化过程相反。在含煤地层中，可溶有机质对成烃的贡献也是不容忽视的。以1600cm-1计富芳香结构，以1460cm-1计脂族基团，以1700cm-1计含氧基团。由图中可以清楚看到脂族基团的减少。其次，有机质的热演化过程也是有机质本身的成岩和变质作用过程，这种有机/有机相互作用体系造成煤型烃源岩有机质生烃和初次运移的特殊性。（5）有机质的演化特征2煤及其显微组分在演化过程中的变化特征见表（5）有机质的演化特征3煤及其显微组分在演化过程中的变化特征见图（5）有机质的演化特征4煤系有机质成熟演化过程的化学变化可以大致归纳为：脱水作用；脱羧基作用；脱烷基作用，特殊情形之一为脱甲基作用；缩聚作用：脱烷基作用最显著的范围是“液态窗”，这时的反应产物均系原油范畴内化合物。2、影响油/气比分配的地球化学因素（1）显微组分组成（2）煤化作用过程的油气分异（3）排烃和运移过程的油气分异3、煤成油的实验模拟烃源岩生烃的实验模拟已成为石油地球化学研究的重要实验技术之一。（1）开放体系热模拟（2）封闭体系热模拟下图是在水介质下热模拟轨迹与自然界演化轨迹基本一致。4、烃源岩评价标准煤层烃源岩尚未有一个统一的标准，石勘院黄第藩等参考Tissot和Welte的生油岩生烃潜力分级（1979，1984），对含煤地层S1+S2与有机碳含量、氯仿沥青量和烃含量分别进行了相关性研究，确定了各项指标的对应关系和生油岩的评价标准。（3）煤成油的地球化学特征11、原油物性（1）颜色：外观透明、半透明或不透明，颜色由无色、浅黄色、黄色、棕黄色、褐色至黑褐色都有，但半透明和浅色者较多。（2）密度：原油密度范围为0.705~0.905g/cm3，最大频率分布在0.805~0.825g/cm3，属于轻质油；凝析油最大频率分布在0.725~0.745g/cm3。较一般湖相泥生成的正常原油要轻。（3）粘度：原油粘度一般较小，易流动。（4）含蜡量：原油含蜡量2%~27%，以7.5~13.5%为主，最大频率分布在10.5%~13.5%，平均10.3%。（5）凝固点：原油凝固点范围为-18~30℃，凝析油一般低于零度，其它原油一般5℃，最大频率分布在10~15℃，较一般原油低很多。（6）含硫量：原油的含硫量不到0.2%，属低硫原油。4、烃源岩评价标准三塘湖盆地中生代煤系有机质丰度评价图（据钟宁宁等）1、J2x暗色泥岩；2、J1+2S暗色泥岩；3、J1b暗色泥岩；4、J2t暗色泥岩；5、J2x煤和炭质泥岩；6、J1+2s煤和炭质泥岩；7、J1b暗色泥岩；8、J2t暗色泥岩（3）煤成油的地球化学特征22、族组成（1）煤中氯仿沥青“A”具有沥青质非烃芳烃烷烃的基本组成（2）煤成油中①饱和烃含量高（50%~80%）②非烃+沥青质含量低（10%）总之，煤成油的总体特征是低密度、低粘度、低凝固点、低含硫、中—高含蜡、高饱和烃和低非烃+沥青质（3）煤成油的地球化学特征33、烃类馏分化合物分布与组成特征（1）饱和烃馏分特征（见表）①富含高碳数正构烷烃②高的Pr/Ph比值③富含高等植物生源的环烷烃类及其衍生物：倍半萜类、二萜类。④富含陆源三萜烷⑤明显的藿烷类和C29甾烷的优势（3）煤成油的地球化学特征44、芳烃馏分芳烃馏分由芳香甾萜类、苯和常规多环芳烃(PAH)和噻吩类构成。前者是沉积有机质生烃过程中早期芳构化的产物，直接继承了环状萜类或甾类生物先质的环状骨架型式；后者是晚期芳构化产物，其中包括少数含杂原子的多环芳烃，在成熟原油中占绝对优势。煤成油中几乎不含芳香甾烷。反映高等植物树脂生源的芳香倍半萜类（卡达烯）、芳香二萜类（惹烯、西蒙内莉烯和海松烯等）以及非藿烷型（奥利烷型、乌散烷型和羽扇烷型）分子骨架的芳看三萜类都很常见。（3）煤成油的地球化学特征55、碳同位素的特征值原油的碳同位素值取决于油源岩的沉积环境和成烃母质的类型或生源构成。Ⅲ型干酪根的13C值为-26.0‰~-20.0‰，与高等植物的13C相似。煤成凝析油与同源的煤成原油有相似的同位素组成或稍重于同源的原油。（3）煤成油的地球化学特征66、油源对比（1）意义：煤成油的油源对比有两重含义：一是确定原油是否来源于煤系，即解决是不是煤成油的问题；二是确定煤系中哪一类烃源岩或显微组分对煤成油起主要作用，即解决是什么类型煤成油的问题。煤成油的油源对比更是强调分子地球化学的生物标志物研究和有机岩石学的显微组分剖析、同位素地球化学分析以及石油地质的综合研究，还是认识煤成油成烃机理和初次运移机理的重要步骤。（2）烃源岩、原油（油显示）的生物标志物组成特征各个层位烃源岩的生物标志物分布特征有较大的差异见下表。（3）煤成油的地球化学特征77、油源对比（2）烃源岩、原油（油显示）的生物标志物组成特征原油（油显示）的生物标志物组成特征见下表。（3）煤成油的地球化学特征87、油源对比（2）生烃显微组分剖析中生界烃源岩的一个突出特点就是富含孢子体和角质体。烃