石油地质学第五章石油和天然气的成因课件.ppt

1、第一节 石油、天然气与油田水的成分和性质第二节 油气成因理论发展概况 第三节 油气生成的物质基础与动力条件第四节 有机质的演化与生烃模式 第五节 天然气的成因类型 第一节第一节 石油、天然气与油田水的成分石油、天然气与油田水的成分和性质和性质一、石油的成分和性质一、石油的成分和性质1 1石油的组分（石油的组分（oil componentoil component）组分是根据石油中的不同成分在不同溶组分是根据石油中的不同成分在不同溶剂中的剂中的选择性溶解选择性溶解对石油成分进行的分类对石油成分进行的分类石油的组分分为石油的组分分为油质、胶质、沥青质油质、胶质、沥青质（1 1）油质）油质：能溶于石

2、油醚而不被硅胶吸附的部分能溶于石油醚而不被硅胶吸附的部分。（2 2）胶质）胶质：用苯和洒精苯从硅胶上解吸（溶解）用苯和洒精苯从硅胶上解吸（溶解）下的石油部分。下的石油部分。又可分为苯胶质和洒精苯胶质。又可分为苯胶质和洒精苯胶质。（3 3）沥青质）沥青质：能溶于氯仿，但不溶于石油醚、苯能溶于氯仿，但不溶于石油醚、苯和洒精苯的部分。和洒精苯的部分。常用的有机溶剂：常用的有机溶剂：石油醚、苯、洒精苯、氯仿石油醚、苯、洒精苯、氯仿2.2.石油的化学组成石油的化学组成59种元素：种元素：石油的元素组成（石油的元素组成（Elemental componentElemental component）（1 1

3、）主要元素：主要元素：氢（氢（H H）：）：10%10%14%14%（2 2）次要元素：次要元素：硫（硫（S S）、）、氮氮(N)(N)、氧氧(O)(O)（3 3）微量元素（灰分）：微量元素（灰分）：如钒（如钒（V）、）、镍镍(Ni)碳（碳（C C）：）：83%83%88%88%、3 3石油的族分（石油的族分（oil componentoil component）按石油中化合物组成对石油成分的一种分类，按石油中化合物组成对石油成分的一种分类，分为分为饱和烃、芳香烃、非烃饱和烃、芳香烃、非烃和和沥青质沥青质四部分。四部分。4 4石油的烃类组成（石油的烃类组成（HydrocarbonsHydroc

4、arbons）（1 1）烷烃（）烷烃（AlkanesAlkanes）C Cn nH H2n+22n+2C1-C4C1-C4为气态烃为气态烃C5-C16C5-C16的直链烷烃呈液态的直链烷烃呈液态C C1717+呈固态呈固态 （2 2）环烷烃（）环烷烃（CycloalkanesCycloalkanes）含有碳环结构的饱和烃含有碳环结构的饱和烃 组成环的碳原子数：组成环的碳原子数：三员环、四员环、五员环、六员环三员环、四员环、五员环、六员环 碳环的数目：碳环的数目：单环烷烃、双环烷烃、三环烷烃单环烷烃、双环烷烃、三环烷烃多环烷烃多环烷烃C CC CC CC CC CC CC CC CC CC CC

5、 CC CC CC C重要环烷烃：重要环烷烃：环环己烷、环戊烷、甲基环己烷、己烷、环戊烷、甲基环己烷、二甲基环戊烷二甲基环戊烷（3 3）芳香烃（）芳香烃（AromaticsAromatics）含有苯环的碳氢化合物含有苯环的碳氢化合物单环芳香烃：单环芳香烃：多环芳香烃：多环芳香烃：稠环芳香烃：稠环芳香烃：分子中含有一个苯环分子中含有一个苯环分子中含有两个或两个分子中含有两个或两个以上的独立苯环以上的独立苯环分子中含有两个或两个分子中含有两个或两个以上的相连的苯环以上的相连的苯环5.5.石油的非烃组成（石油的非烃组成（nonhydrocarbonsnonhydrocarbons）（1 1）含硫化合

6、物（）含硫化合物（sulfur compoundssulfur compounds）硫醇类（硫醇类（-SH-SH）：）：硫基化合物硫基化合物硫醚类（硫醚类（-S-S-）：）：硫醚基化合物硫醚基化合物噻吩类：含有一个硫原子和四个碳原子噻吩类：含有一个硫原子和四个碳原子 的不饱和五员环的化合物的不饱和五员环的化合物高硫石油：高硫石油：S2%S2%含硫石油：含硫石油：S=0.5%-2%S=0.5%-2%低硫石油：低硫石油：S0.5%S0.5%（2 2）含氮化合物（）含氮化合物（nitrogen compoundsnitrogen compounds）非碱性含氮化合物：咔唑、卟啉等非碱性含氮化合物：咔

7、唑、卟啉等碱性含氮化合物：吡啶、喹啉、异喹啉等碱性含氮化合物：吡啶、喹啉、异喹啉等卟啉可以用于说明石油的有机成因卟啉可以用于说明石油的有机成因咔唑可以用于研究石油的运移方向咔唑可以用于研究石油的运移方向（3 3）含氧化合物（）含氧化合物（oxygen compoundsoxygen compounds）酸性氧化物：环烷酸、脂肪酸（酸性氧化物：环烷酸、脂肪酸（R-COOHR-COOH）中性氧化合物：酚、醛（中性氧化合物：酚、醛（R-CO-HR-CO-H）和酮（和酮（R-CO-RR-CO-R）6.6.石油的物理性质石油的物理性质（1 1）颜色（）颜色（colourcolour）黑色、黑色、（2 2

8、）密度（）密度（densitydensity）相对密度相对密度:20:20的石油与的石油与4 4同体积水的重量比值同体积水的重量比值轻质油：轻质油：d d0.870.87中等石油（正常石油）：中等石油（正常石油）：d d0.87-0.930.87-0.93重质石油（重油）：重质石油（重油）：0.930.93(0.75-1.00)深綠色、深綠色、黄褐色、黄褐色、淡黄色、淡黄色、无色无色绝对密度（3 3）粘度（）粘度（viscosityviscosity）反映石油流体内摩擦力的参数，反映石油流体内摩擦力的参数，动力粘度动力粘度单位：单位：PaPaS S或或mPa.SmPa.S（1mPa.s=11m

9、Pa.s=1厘泊）厘泊）正常原油的粘度：正常原油的粘度：50mPa.s5%5%干气：干气：重烃气重烃气5%5%（2 2）非烃气体（）非烃气体（nonhydrocarbonsnonhydrocarbons）N N2 2：0.4%-12.5%0.4%-12.5%COCO2 2：4%-5%4%-5%H2SH2S：不含或极微量不含或极微量 惰性气体惰性气体3.天然气的性质天然气的性质（1 1）相对密度）相对密度标准状况下，单位体积天然气与同体积空标准状况下，单位体积天然气与同体积空气质量之比气质量之比（2 2）粘度）粘度0时：时：0.31 10-3mPa.s:20时时:12:12 10 10-3-3m

10、Pa.smPa.s 与与成分、压力、温度有关成分、压力、温度有关（3）天然气的溶解性 天然气可以溶于石油和水中（4）天然气的扩散性（diffusion）扩散作用是物质在浓度梯度的作用下，自扩散作用是物质在浓度梯度的作用下，自发地发生的从高浓度区向低浓度区转移，发地发生的从高浓度区向低浓度区转移，以达到浓度平衡的一种物质传递过程以达到浓度平衡的一种物质传递过程 三、三、油田水的成分和类型油田水的成分和类型 1.1.油田水的概念油田水的概念 油田水（油田水（oilfield water)oilfield water)：2.2.无机组成（无机组成（inorganic componentsinorga

11、nic components）指油田范围内直接与油层连通的地下水指油田范围内直接与油层连通的地下水无机离子：无机离子：ClCl-Na Na+Mg Mg+Ca Ca+HCO HCO3 3-SO SO4 4-2-2 微量元素：微量元素：碘、溴、硼、钡、锶、铵等碘、溴、硼、钡、锶、铵等 3 3有机组成（有机组成（organic componentsorganic components）烃类：烃类：气态烃（气态烃（C C1 1-C-C4 4）、）、苯、甲苯苯、甲苯 甲酚、邻甲酚、甲酚、邻甲酚、环烷酸、脂肪酸环烷酸、脂肪酸酚、酚、有机酸有机酸：一、无机成因说（一、无机成因说（inorganic theo

12、ry inorganic theory）3FemCn+4mH2O mFe3O4+C3nH8m1 1碳化物说碳化物说（门捷列夫，（门捷列夫，18761876）2 2宇宙说宇宙说（索可洛夫，（索可洛夫，18891889）（库得梁采夫，（库得梁采夫，19491949 ）3 3、岩浆说、岩浆说第二节第二节 油气成因理论发展概况油气成因理论发展概况 CO+3H2 H2O+CH4CO2+3H2 H2O+CH4二、有机成因说（二、有机成因说（organic theory or hypothesisorganic theory or hypothesis）（1 1）世界上）世界上99.9%99.9%的油气都分

13、布在沉积岩中的油气都分布在沉积岩中（2 2）地层中石油分布与有机质分布相吻合）地层中石油分布与有机质分布相吻合（3 3）不同油田石油的成分相似，但不相同）不同油田石油的成分相似，但不相同（4 4）石油和煤的灰分具有相似性）石油和煤的灰分具有相似性 （6 6）油层温度一般不超过）油层温度一般不超过150150 （5 5）近代沉积物中的可溶有机质与石油类似）近代沉积物中的可溶有机质与石油类似 （7 7）实验室加热有机质可以生成石油）实验室加热有机质可以生成石油 1、支持石油有机成因的一些事实2 2、有机成因学说、有机成因学说（1 1）早期成因说）早期成因说（2 2）晚期成因说）晚期成因说（干酪根热

14、降解成因说干酪根热降解成因说）原始有机质成岩作用成岩作用早期早期石油和天然气原始有机质干酪根干酪根成岩作用成岩作用早期早期石油和天然气成岩作用中晚成岩作用中晚期期（3 3）有机成因说的新进展）有机成因说的新进展 未熟未熟-低熟油低熟油(早期成因的石油早期成因的石油)煤成油煤成油(集中有机质生油集中有机质生油)第三节第三节 油气生成的物质基础与动力条件油气生成的物质基础与动力条件生成石油的有机物质生成石油的有机物质从原始有机质到干酪根从原始有机质到干酪根太湖蓝藻太湖蓝藻厦门赤潮厦门赤潮渤海湾的蓝藻渤海湾的蓝藻原始有机质：浮游动物、原始有机质：浮游动物、浮游植物、高等植物等浮游植物、高等植物等一、

15、原始有机物质的化学组成一、原始有机物质的化学组成 原始有机质：细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物原始有机质：细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物 1.1.类脂化合物（类脂化合物（LipidsLipids）动物的皮下组织，植物的孢子、种子及果实动物的皮下组织，植物的孢子、种子及果实 脂肪酸、脂肪酸、高级脂肪酸蜡、高级脂肪酸蜡、醇类、醇类、甾类和萜类化合物甾类和萜类化合物 碳水化合物类脂化合物蜡脂甾类化合物甘油酯蛋白质肽链木质素CH OC(CH)CH22X3=OCHOC(CH)CH2X3=OCH OC(CH)CH22X3=OCH(CHOC(CH)CH3xy223)=OCH(CHC3x2)O=OH C

16、OH2CHHCOHOHOOCH3CH O3CHCHCH2H C2HCHCOOH CO3OCH3OCH O3OHH COH2CHHC ONHCO NHCONHCOCHR1CHCHR2R3纤维素HHOHOHHOHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHOHOHOHHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHO第二节第二节 油气生成的物质基础与动力条件油气生成的物质基础与动力条件脂肪酸去羧基加氢可以形成烃类脂肪酸去羧基加氢可以形成烃类2.2.蛋白质蛋白质(Protein)(Protein)含氮化合物含氮化合物 由20多种氨基酸构成 3.3.碳水化合物碳水化合物(carbohyd

17、rate)(carbohydrate)Cx（H2O）y 醣或糖类醣或糖类 4.4.木质素木质素(Lignin)(Lignin)高等植物高等植物 具有芳香结构具有芳香结构 1.干酪根的定义干酪根的定义二、干酪根二、干酪根(kerogenkerogen)干酪根：干酪根：沉积岩中不溶沉积岩中不溶于非氧化的酸、碱和非于非氧化的酸、碱和非极性有机溶剂的有机质极性有机溶剂的有机质沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸 、碱和非极性有机溶剂的碱和非极性有机溶剂的有机质有机质。（3 3）干酪根的定义：）干酪根的定义：包括沉积岩中的分散有机质，也包括沉积岩中的分散有机质，也包括煤中的有机质

18、。包括煤中的有机质。总的岩石矿 物总的 有机质干 酪根（不 溶）沥青部分（可溶有机质）沥青质 树 脂+芳香烃饱 和烃含，重分子分 子量一般 超过CHOSN 500只含、的烃 类，分子 量一般小于CH600岩石中有机质的组成岩石中有机质的组成总的岩石矿 物总的 有机质干 酪根（不 溶）沥青部分（可溶有机质）沥青质 树 脂+芳香烃饱 和烃含，重分子分 子量一般 超过CHOSN 500只含、的烃 类，分子 量一般小于CH600总有机质总的岩石矿 物总的 有机质干 酪根（不 溶）沥青部分（可溶有机质）沥青质 树 脂+芳香烃饱 和烃含，重分子分 子量一般 超过CHOSN 500只含、的烃 类，分子 量一

19、般小于CH600可溶有机质2.2.干酪根的成分干酪根的成分 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=2.0259.192.81.514.1 1.229.5012.30.233.8（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/%Nma bcdeC C：76.4%76.4%，O O：11.1%11.1%H H：6.3%6.3%，

20、S S：3.65%3.65%N N：2.02%2.02%3.干酪根的结构干酪根的结构OOOC=OHHOCOOOOHOC=OCOOOOHOHOHOHOOSAOOBS=OCOCO=OOC=O芳香 烃环杂环正烷烃链饱和 烃环三维网状系统含有多个核含脂肪族链状结构核被桥、键和 官能团连接美国绿河页岩干酪根B.P.Tissot等（1978）芳香结构多、脂肪族链状结构少芳香结构多、脂肪族链状结构少OMOCH CH-CHCH-O-OHCHOHCHC-O-=OOOHHOCH CHC H CH C-OOHCH OOMOSCHCHMOCHCH-C-=OH CCH OHNHOH C HCOHCHCH CCH CH

21、C=OHOOM黄县褐煤干酪根结构（秦匡宗等，1990）4.4.干酪根的类型干酪根的类型 根据成分根据成分(C C、H H、O O元素组成元素组成)对干酪根分类：三种类型对干酪根分类：三种类型 1.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O/C原子比型型 型 型演化轨迹型演化轨 迹型演化轨迹范克雷维伦（D.W.Van Krevelen）图解（1）型干酪根型干酪根(Type(Type)原始氢含量高，氧含量低原始氢含量高，氧含量低 以脂肪族直链结构为主，多环以脂肪族直链结构为主，多环芳香结构及含氧官能团很少芳香结构及含氧官能团很少 主要来自藻类堆积物，被细主要来自藻类堆积物，被细菌改造菌

22、改造有机质的类脂残留物有机质的类脂残留物生油潜力很大生油潜力很大4.4.干酪根的类型干酪根的类型 根据成分根据成分(C C、H H、O O元素组成元素组成)对干酪根分类：三种类型对干酪根分类：三种类型 1.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O/C原子比型型 型 型演化轨迹型演化轨 迹型演化轨迹范范克雷维伦（克雷维伦（D.W.Van Krevelen）图图解解（2）型干酪根型干酪根(Type(Type)原始氢含量较高，氧含量较低原始氢含量较高，氧含量较低 含有脂肪族直链结构，也含有含有脂肪族直链结构，也含有较多的芳香结构及含氧官能团较多的芳香结构及含氧官能团主要来自浮游生物（浮

23、游植主要来自浮游生物（浮游植物为主）物为主）生油潜力中等生油潜力中等4.4.干酪根的类型干酪根的类型 根据成分根据成分(C C、H H、O O元素组成元素组成)对干酪根分类：三种类型对干酪根分类：三种类型 1.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O/C原子比型型 型 型演化轨迹型演化轨 迹型演化轨迹范克雷维伦（D.W.Van Krevelen）图解（3）型干酪根型干酪根(Type(Type)原始氢含量低，氧含量高原始氢含量低，氧含量高 多环芳香结构及含氧官能团含多环芳香结构及含氧官能团含量高，脂肪族直链结构少量高，脂肪族直链结构少主要来自高等植物主要来自高等植物生油潜力小，以生

24、气为主生油潜力小，以生气为主5.5.干酪根的形成和演化干酪根的形成和演化 蛋白质蛋白质碳水化合物碳水化合物生物化学作用生物化学作用氨基酸氨基酸糖类糖类类脂化合物类脂化合物木质素木质素聚合作用聚合作用缩合作用缩合作用黄腐酸黄腐酸腐殖酸腐殖酸腐黑物腐黑物聚合聚合缩合缩合干酪根干酪根生物聚合体生物聚合体（biopolymer）地质聚合体地质聚合体（geopolymer）5.5.干酪根的形成和演化干酪根的形成和演化 成岩作用阶段 Diagenisis 氧的消耗干酪根的演化规律：退化作用阶段 Catagenesis 氢的消耗 变生（交替）作用阶段 Metagenesis 碳高度富集H/C和和O/C降低，

25、碳富集降低，碳富集OMOCH CH-CHCH-O-OHCHOHCHC-O-=OOOHHOCH CHC H CH C-OOHCH OOMOSCHCHMOCHCH-C-=OH CCH OHNHOH C HCOHCHCH CCH CH C=OHOOM干酪根的结构干酪根的结构芳香结构的核芳香结构的核脂肪族链状结构的支链脂肪族链状结构的支链连接核核支链的桥和键连接核核支链的桥和键化学键的断裂主要受温度和时间的控制，用化学动力学的一级反应来描述 三、油气生成的动力学条件三、油气生成的动力学条件 1.1.温度和时间的作用温度和时间的作用(1)(1)从从化学动力学化学动力学看温度和时间的作用看温度和时间的作用

26、 化学动力学(kinetics):kinetics):一级反应(First order reaction):研究化学反应速度及其影响因素的一门科学 反应的速度与反应物浓度的一次方成正比反应的速度与反应物浓度的一次方成正比 式中：式中：t t为反应时间，为反应时间，s s；C C为反应物的浓度；为反应物的浓度；k k为反应速度常数。为反应速度常数。kCdtdC（1）RTEekk0阿伦纽斯方程：阿伦纽斯方程：式中：式中：k0称为频率分子称为频率分子E为活化能，为活化能，R为气体常数为气体常数T为绝对温度为绝对温度tCCdtkCdC00ktCC0lntekCCRTE00ln（2）对（对（1 1）式积

27、分，得：）式积分，得：C为在时刻t反应物的浓度。C0是反应开始时（t=0）反应物的浓度，（3）tekCCRTE00lnC为在时刻t反应物的浓度。C0是反应开始时（t=0）反应物的浓度，（3）温度和时间具有互补性，高温短时间和低温长时温度和时间具有互补性，高温短时间和低温长时间可以达到相同的反应程度。间可以达到相同的反应程度。在干酪根生烃过程中，干酪根的反应程度与温度在干酪根生烃过程中，干酪根的反应程度与温度呈指数关系，与时间呈线性关系，温度的影响是主呈指数关系，与时间呈线性关系，温度的影响是主要的，时间的影响是次要的；要的，时间的影响是次要的；分析（分析（3 3）式可以得到两个重要结论：）式可

28、以得到两个重要结论：从化学动力学看温度和时间的作用从化学动力学看温度和时间的作用作者地理位置样品来源年龄（Ma）地层温度（）深度（m）岩石类型1/T（K-1）喀 麦 隆杜阿拉盆地加利福尼亚落杉矶盆地加利福尼亚文图拉盆地法国17口井,巴黎盆地2个采石场Connan法国西南部阿奎坦盆地1口井112903300泥质石灰岩0.00275-1974法国西南部阿奎坦盆地31口井135722500碳酸盐岩0.00289法国东南部卡马尔果盆地1口井381063250碳酸盐岩砾岩0.00264阿尤恩区奥若河沙巴苏绿海区1口井121203050粉砂质黏土岩0.00254新西兰塔拉纳基盆地(海上)巴西亚马逊盆地6口

29、井359621750页岩0.00289新西兰塔拉纳基盆地(陆上)资料来源成熟点资料Albrecht(1969)4口井70651200粉砂质黏土岩0.00296Philippi(1965)2口井121152440页岩?0.002583口井121272740页岩?0.0025Louis、Tissot(1967)1806014001口井105852740802900页岩0.003粉砂质黏土岩0.00279粉砂质页岩0.002831口井32953350灰质页岩0.002721口井20100010050050100.00310.00270.0035 0.00330.00290.0025 0.002320

30、6090 120K-1lgt/Ma（）lgt30141/T6.498亚 马逊盆 地（巴西）路 易士和蒂索（）19 67阿 奎坦盆 地（法国）阿尤 恩盆地（撒 西）阿 尔布雷奇特（）1969陆 上塔娜 纳基 盆地（新西兰）滨 外塔娜纳基 盆地（新 西兰）卡马格盆地（法国）菲利皮（）1965苏绿海（沙巴）康南研究成果；其他学者研 究成 果：巴黎盆地（Louis&Tisso t1967AlbrechtPhilippi1965，）；杜阿拉盆 地和文图拉盆地（，）实际地质资料同样证明：温度的影响呈指数关系，时间的影响呈线性关系，温度的影响是主要的，时间的影响是第二位的 温度和时间的作用是相互补偿的 对于

31、对于相同反应程度相同反应程度的不同的干酪根生烃反应的不同的干酪根生烃反应,温度的倒数温度的倒数（1/T1/T）与时间的对数（与时间的对数（lntlnt）具有线性关系具有线性关系1230.010.020.030.0450 65100150 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不同盆地的干酪根的不同盆地的干酪根的成熟点成熟点就就是这样一个反应程度相同的点是这样一个反应程度相同的点随着埋藏深度的增大和随着埋藏深度的增大和温度的增高，干酪根开温度的增高，干酪根开始大量生烃的温度称为始大量生烃的温度称为干酪根的成熟温度或干

32、酪根的成熟温度或生生油门限油门限，这个成熟温度，这个成熟温度所在的深度称为所在的深度称为成熟点成熟点 生油门限生油门限（threshold）0100020003000400002000400060008000010002000300040000100050100 150050100 150050100 150200 巴黎盆地下托尔统类干酪根 杜阿拉盆地上白垩统类干酪根 尤英塔盆地始新统类干酪根 Philippi1965洛杉矶盆地中新统上新统（，）最大埋藏深度，m石油总有机碳/,mg/g?60?609010 0 135150100115PZOFPZOFZCFZCFPZOFPZOF未 成熟未成熟未

33、成 熟未 成熟C烃类非烃类 胶质 沥青质(+)有机 质演变的主要阶 段注有“未成 熟”、“”（主要生油带）及（裂解 生气带）。相应 的地温梯度按照 现在的地温梯 度来表示，在杜 阿拉盆地中第一个温度是目前 温度，第二 个温度是据和（）计算的古地温PZOFZGFTis sotEspitalie1 975温度和时间的作用是相互补偿的温度和时间的作用是相互补偿的 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）10 203010 20 3010 203010 203030 3540烃 有机碳，/烃 有机碳，/烃 有机碳，/烃 有机碳，/饱和烃，16

34、00m1300m1800m2700m3300m58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3.0/100m658595126温度和时间的作用是相互补偿的温度和时间的作用是相互补偿的 2.2.细菌的生物化学作用细菌的生物化学作用分为喜氧细菌、厌氧细菌和通性细菌三类 厌氧细菌厌氧细菌CH3COO+H+CH4+CO2 产产 甲甲 烷烷 菌菌 CO2和乙酸来源：细菌对有机质的分解(1)乙酸发酵乙酸发酵(2)(2)二氧化碳还原二氧化碳还原 CO2+3H2 CH4+H2O辅辅 酶酶 M M3.3.催化作用催化作用催化剂是一种加速化学反应速度而

35、本身并不消耗的物质(2)(2)有机酵母催化剂有机酵母催化剂(1)(1)无机盐类催化剂无机盐类催化剂粘土矿物粘土矿物(蒙脱石蒙脱石)：吸附有机质：吸附有机质 降低有机质的成熟温度降低有机质的成熟温度 加速长链分子的断裂加速长链分子的断裂 改变的产物的组成：改变的产物的组成：有机酵母催化剂的作用：加速有机质的分解有机酵母催化剂的作用：加速有机质的分解 4.4.放射性作用放射性作用水在水在射线轰击下产生游离氢射线轰击下产生游离氢 ；热源热源一、有机质演化阶段的划分一、有机质演化阶段的划分第四节第四节 有机质的演化与生烃模式有机质的演化与生烃模式 干酪根的演化成岩作用阶段 主要表现为氧的消耗退化作用阶

36、段 主要表现为氢消耗 变生（交替）作用阶段 碳高度富集1.1.根据油气生成机理和产物类型划分根据油气生成机理和产物类型划分生物化学生气阶段生物化学生气阶段热催化生油气阶段热催化生油气阶段热裂解生湿气阶段热裂解生湿气阶段深部高温生气阶段深部高温生气阶段2.2.根据有机质成熟度进划分根据有机质成熟度进划分成熟度成熟度(maturity):在温度的作用下有机质的热演化程度在温度的作用下有机质的热演化程度 镜质体反射率镜质体反射率 RoRo（vitrinite reflectance in oil）：镜质体反射光的能力镜质体反射光的能力未成熟阶段未成熟阶段(immature)成熟阶段成熟阶段(matu

37、re)高成熟阶段高成熟阶段(high-mature)过成熟阶段过成熟阶段(over-mature)沉积有机 质 大量石油 干酪根凝析 气生化降解热催化热裂解热变质乏氧 挥发物湿气 湿气 残余干酪根 干酪根残渣 1.5m10600.5%RO生物化学生气阶段成岩作用阶段（）Diagenesis 热催化生油气阶段热裂解生凝析气阶段后生作用 阶段（）Catagenesis 未熟 低熟石 油次石墨干气 1.54.0Km601800.5%1.2RO深部高温生气阶段变生作用阶段（）Metagenesis 二、有机质演化的基本特征二、有机质演化的基本特征1.1.生物化学生气阶段（未成熟阶段）生物化学生气阶段（

38、未成熟阶段）范围：范围：Ro0.5%温度：1060 深度：02000m机理：机理：生物化学作用 产物：生物甲烷产物：生物甲烷、CO2、H2O，干酪根干酪根 少量高分子液态烃 未熟油.未熟油低熟油成熟油二、有机质演化的基本特征二、有机质演化的基本特征1.1.生物化学生气阶段（未成熟阶段）生物化学生气阶段（未成熟阶段）未熟-低熟油气：指所有非干酪根晚期热降解成因的各种低温、早熟的非常规油气。范围：范围：Ro2.0%温度：250 机理：机理：热裂解、热变质 产物：产物：干气干气、固体沥青，次石墨生物化学生气阶段热降解生油气阶段热裂解生湿气阶段 深部高温生气阶段（未成熟阶段）（成熟阶段）（高成熟阶段）

39、（过成熟阶段）Ro（%）0.50.51.21.22.02.0深度(km)1.51.54.54.57.57.5温度()6060180180250250干酪根颜色黄色暗褐色深暗褐色黑色煤阶泥炭-褐煤长焰煤-气煤-肥煤焦煤-瘦煤-贫煤半无烟煤-无烟煤生烃机理生物化学作用热催化作用热裂解作用热裂解作用主要产物生物甲烷、未熟油、干酪根液态石油湿气干气（甲烷）演化阶段二、有机质演化的基本特征二、有机质演化的基本特征三、有机质生烃模式三、有机质生烃模式TissotTissot模式模式沉积有机质演化和油气生成的沉积有机质演化和油气生成的TissotTissot模式模式 阐明了有机质演化和油阐明了有机质演化和油

40、气生成的阶段性；气生成的阶段性；建立了建立了生油门限生油门限重要重要概念概念 Ro=0.5%,Ro=0.5%,未成熟阶段与未成熟阶段与成熟阶段的界限成熟阶段的界限三、有机质生烃模式三、有机质生烃模式TissotTissot模式模式沉积有机质演化和油气生成的沉积有机质演化和油气生成的TissotTissot模式模式 “石油窗石油窗”（oil windowoil window）和和生油窗生油窗“石油窗石油窗”：地下地下液态石油赋存的范液态石油赋存的范围围 “生油窗生油窗”：地下地下液态石油生成的范液态石油生成的范围围 第五节第五节 天然气成因类型和鉴别天然气成因类型和鉴别一、天然气的成因类型一、天

41、然气的成因类型分类原则：分类原则：成气作用的机理成气作用的机理成气物质的来源成气物质的来源(有机物有机物 无机物无机物?)?)1.1.无机成因气无机成因气2.2.有机成因气有机成因气3.3.混合成因气混合成因气1.1.无机成因气无机成因气（inoganicinoganic gas gas）泛指各种环境下由无机物质形成的天然气泛指各种环境下由无机物质形成的天然气。(1)(1)宇宙气宇宙气 宇宙空间中放散性反应、核反应及化学反应生成的天然气，宇宙空间中放散性反应、核反应及化学反应生成的天然气，以含以含HeHe和和H H2 2为特征为特征(2)(2)岩浆岩气岩浆岩气 岩浆喷发或侵入过程中由高温化学作

42、用形成的天然气，岩浆喷发或侵入过程中由高温化学作用形成的天然气，以含以含COCO2 2和和H H2 2为特征为特征(3)(3)变质岩气变质岩气 变质过程中高温作用形成的天然气变质过程中高温作用形成的天然气 1.1.无机成因气无机成因气（inoganicinoganic gas gas）(4)(4)无机盐分解气无机盐分解气 沉积岩中由无机盐类的化学分解形成的气体，沉积岩中由无机盐类的化学分解形成的气体，以含以含CO2和和H2S为特征为特征(5)(5)幔源气幔源气 指地幔或从地幔通过不同方式上升到沉积圈中的天然气指地幔或从地幔通过不同方式上升到沉积圈中的天然气 包括与火山喷发有关的天然气，部分温泉

43、气以及包括与火山喷发有关的天然气，部分温泉气以及沿深大断裂或转换断层上升的高温气或低温气沿深大断裂或转换断层上升的高温气或低温气 2.2.有机成因气有机成因气（oganicoganic gas gas）泛指沉积岩中分散或集中有机质或可燃有机矿产形成的天然气泛指沉积岩中分散或集中有机质或可燃有机矿产形成的天然气 (1)(1)按成气物质的来源划为分二个亚类按成气物质的来源划为分二个亚类 油型气油型气(oil-type gas)(oil-type gas)煤型气煤型气(coal-formed gas)(coal-formed gas)由腐泥型母质，即由腐泥型母质，即型或型或11型干酪根形成的天然气型

44、干酪根形成的天然气 由腐殖型母质，即由腐殖型母质，即型或型或22型干酪形成的天然气型干酪形成的天然气 （2 2）按成气机理或外营力作用划分按成气机理或外营力作用划分 生物成因气（生物成因气（biogenetic gasbiogenetic gas）指有机质在未成熟阶段指有机质在未成熟阶段(Ro0.5%),(Ro2.0%)(Ro2.0%)由已形成的液态烃或残由已形成的液态烃或残余干酪根经高温热裂解作用形成的天然气余干酪根经高温热裂解作用形成的天然气 油型裂解气油型裂解气煤型裂解气煤型裂解气3.3.混合成因气（混合成因气（multi-genetic gasmulti-genetic gas）：）：

45、无机气与有机气的混合无机气与有机气的混合 无机成因气、生物成因气、煤型气、油型气无机成因气、生物成因气、煤型气、油型气二、天然气形成的特点二、天然气形成的特点1.1.成气物质的多源性：成气物质的多源性：原始有机质、各种类型的干酪根、煤、可溶原始有机质、各种类型的干酪根、煤、可溶有机质、液态烃、无机物质有机质、液态烃、无机物质2.2.成气机理的多样性：成气机理的多样性：微生物生物化学作用微生物生物化学作用(有机质分解、有机质分解、CO2CO2还原）、还原）、热降解、热裂解、无机化学反应、核反应热降解、热裂解、无机化学反应、核反应3.3.成气环境的广泛性：成气环境的广泛性：地表环境、不同深度的地下

46、环境、水体、地表环境、不同深度的地下环境、水体、地壳深部、太空地壳深部、太空生成条件石油天然气母质类型、1型干酪根、干酪根；原始有机质、无机物形成机理干酪根的热降解生物化学反应，热降解作用、热裂解作用、无机化学反应形成的深度1000多米至5000米左右沉积表面至近万米形成的环境浅海、三角洲、深湖-半深湖、特殊的沼泽各种有利于有机质堆积的环境，除上述生油环境外，成煤环境也有利于生气，幔源、无机环境二、天然气形成的特点二、天然气形成的特点4.4.天然气和石油形成条件的对比天然气和石油形成条件的对比三、各类天然气的特征三、各类天然气的特征 1.1.无机成因气无机成因气(1)(1)组成：组成：CHCH

47、4 4含量低含量低，以非烃气体为主，以非烃气体为主，COCO2 2常见常见(2)(2)同位素：同位素：富集重碳同位素富集重碳同位素 1313C C1 1-30-30，绝大多数绝大多数1313C C1 1-20-202.2.生物成因气生物成因气(1)(1)组成：组成：(2)(2)同位素：同位素：CHCH4 4占绝对优势，可高达占绝对优势，可高达98%98%富集轻的碳同位素，富集轻的碳同位素，1313C C1 1-55-55 碳同位素：C12、C13、C14稳定碳同位素稳定碳同位素C C1313和和C C1212的相对丰度，的相对丰度，1313C C值值100012131213121313标准标准

48、样品CCCCCCCPDB标准：标准：美国南卡罗莱那州白美国南卡罗莱那州白垩系皮迪组拟箭石的碳同位素值垩系皮迪组拟箭石的碳同位素值（C13/C12）标准标准1123.710-53.3.油型气油型气（1 1）原油伴生气和凝析油伴生气）原油伴生气和凝析油伴生气组成：重烃气含量高，一般超过5%，有时可达20%50%原油伴生气：原油伴生气：13C1=-55=-55-45-45凝析油伴生气凝析油伴生气：13C1=-50=-50-40-40碳同位素：碳同位素：13C1=-55=-55-40-40（2 2）裂解气（过成熟阶段生成的气）裂解气（过成熟阶段生成的气）碳同位素：碳同位素：1313C C1=-40=-40-35-35 组成：组成：以以CH4为主（干气）为主（干气），重烃气，重烃气2%4.4.煤型气煤型气组成：甲烷组成：甲烷CH4含量较高，重烃气含量较低，一般含量较高，重烃气含量较低，一般20%碳同位素：碳同位素：13C1=-42-42-25-25，多数大于多数大于-35-35