3油气生成学习.pptx
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1、第二章第二章 石油与天然气成因及生油层石油与天然气成因及生油层一一、油气成因概述、油气成因概述二二、油气生成的原始物质、油气生成的原始物质三三、有机质的演化与油气生成有机质的演化与油气生成四、四、烃源岩及评价烃源岩及评价第1页/共110页 不仅具有理论意义,而且对油气勘探具有 指导作用。关于油气成因的争论焦点主要集中在以下几个方面:一、一、油气成因概述油气成因概述1、油气的来源是有机成因的还是无机成因的?2、油气的生成是高温条件还是在低温条件下生成的?3、有机质生成油气的时间,是其演化的早期还是晚期?4、陆相沉积盆地能否生油?煤系地层是否能够生油?第2页/共110页生油理论碳化物说有机成因说
2、宇宙说 岩浆说蛇纹石化生油说高温生成说第3页/共110页 俄国著名化学家门捷列夫于1876年提出。他认为:地球形成时期温度很高,碳和铁呈液态,互相作用形成碳化铁。Fe+C-FemCnI碳化物说第4页/共110页地球冷却之后,碳化铁保存在地球深处如果地表水沿地壳裂隙向下渗透,与碳化铁作用,生成烃3FemCn+4mH2OmFe3O4+C3nH8m第5页/共110页烃类不断聚集形成油气藏烃类沿着裂隙上升地壳岩石中第6页/共110页宇宙之中有许多烃类物质地球呈熔融状态时,烃被包含在它的气圈中II宇宙说 俄国学者索可洛夫于1889年10月3日在莫斯科自然科学研究者协会年会上首次提出的。第7页/共110页
3、烃被岩浆吸收,凝结于地壳中而成石油地球冷凝 近年宇航技术和宇宙化学的发展表明,太阳系某些星球,大气的主要成分为甲烷。第8页/共110页IIIIII岩浆说岩浆说 1949年10月3日,在发表宇宙说六十周年纪念日的同一讲坛上,前苏联学者H.A.库得梁采夫提出了石油起源岩浆说。石油的生成是同基性岩浆冷却时碳氢化合物的合成有关,高温高压条件下,不饱和碳氢化合物聚合成饱和碳氢化合物。岩浆中形成石油的过程在不断进行着。有机物质来源于石油。第9页/共110页高温生成说高温生成说150公里的上地幔温度超过15000、压力5000MPa,由于FeO及Fe3O4参与H2O、CO2-而成烃类还原切卡留克(,1971
4、)第10页/共110页蛇纹石化生油说蛇纹石化生油说3(Fe,Mg)2SiO4+7H2O+SiO2+3CO2 =2Mg3(OH)4Si2O5+3Fe2O3+C3H6+Q(热)耶兰斯基(,1966,1971)提出橄榄石的蛇纹石化作用可以产生烃类:埋深2240km的地壳玄武岩层底的橄榄岩同1222km深处的深水圈层接触产生的蛇纹石化作用。发生在地壳深坳陷,由于延伸扩张、裂开,水沿萌芽状态的断裂进入橄榄岩发育带,生成烃类又沿着断裂进入沉积岩。第11页/共110页无机成因学说认为:无机成因学说认为:石油是由无机质形成的石油是由无机质形成的(在高温条件下,碳、氢(在高温条件下,碳、氢元素或这些元素的无机化
5、合物通过化学反应合成石油)元素或这些元素的无机化合物通过化学反应合成石油)。近近2020年来,宇宙化学和地球形成新理论的兴起、年来,宇宙化学和地球形成新理论的兴起、板块构造理论的发展和应用、同位素地球化学研究的板块构造理论的发展和应用、同位素地球化学研究的深入,为油气无机成因提供了依据。地幔脱气说、费深入,为油气无机成因提供了依据。地幔脱气说、费-托合成说等新假说。托合成说等新假说。还有许多问题尚待进一步深入研究,还有许多问题尚待进一步深入研究,诸如地球深诸如地球深部和宇宙空间烃类的成因及分布、各种原始物质(包部和宇宙空间烃类的成因及分布、各种原始物质(包括有机物与无机物)转化为油气的详细机理
6、、不同原括有机物与无机物)转化为油气的详细机理、不同原始物质生成的石油或天然气有哪些特征。始物质生成的石油或天然气有哪些特征。第12页/共110页 认为认为:石油是由沉积物当中的有机质,石油是由沉积物当中的有机质,在特定的地质环境中,在各种应力的综合在特定的地质环境中,在各种应力的综合作用下,经历生物化学、热催化、热裂解、作用下,经历生物化学、热催化、热裂解、高温变质等阶段,陆续转化为石油和天然高温变质等阶段,陆续转化为石油和天然气。气。有机成因说有机成因说第13页/共110页有机成因说的证据有机成因说的证据 世界上已经发现的油气田世界上已经发现的油气田99.9%99.9%都分布在沉积岩中。都
7、分布在沉积岩中。石油和天然气在地质时代上的分布很不均衡,这与沉积岩中石油和天然气在地质时代上的分布很不均衡,这与沉积岩中有机质的分布状况相吻合。有机质的分布状况相吻合。石油的成份具有相似性,说明它们的成因可能大致相同。石油的成份具有相似性,说明它们的成因可能大致相同。石油与煤具有同源性。石油与煤具有同源性。从大量油田测试结果可知:油层温度很少超过从大量油田测试结果可知:油层温度很少超过100100,有些,有些深部油层温度最高也就深部油层温度最高也就141141。上新世至更新世地层中发现的工业油藏,表明生成石油并聚上新世至更新世地层中发现的工业油藏,表明生成石油并聚集成油藏所需的时间,大约不到一
8、百万年。集成油藏所需的时间,大约不到一百万年。研究成果表明,在近代沉积物中确实存在着油气生成过程,研究成果表明,在近代沉积物中确实存在着油气生成过程,至今还在进行着,而且生成的油气数量也很可观。至今还在进行着,而且生成的油气数量也很可观。第14页/共110页 实践证明:绝大多数油气田都分布在沉积岩中;极少数岩浆岩和变质岩中的油藏也同附近生油岩有关,是油气侧向和垂向运移聚集的结果。指导世界油气勘探实践的,是现代石油有机生成学说。又可以分为:又可以分为:早期成油说早期成油说和和晚期成油说晚期成油说两两个分支。个分支。第15页/共110页 早期成油说:早期成油说:石油是早期生成的烃类富石油是早期生成
9、的烃类富集而成的。集而成的。进一步研究证明,这些烃类与油藏中的进一步研究证明,这些烃类与油藏中的石油相比,数量上,相同有机碳含量的现代石油相比,数量上,相同有机碳含量的现代沉积物的烃含量及烃转化率远远低于古代沉沉积物的烃含量及烃转化率远远低于古代沉积岩;质量上,现代沉积物的烃组成与原油积岩;质量上,现代沉积物的烃组成与原油和生油岩有较大的差别。和生油岩有较大的差别。成岩作用早期是有成岩作用早期是有机质向石油转化的一个阶段。机质向石油转化的一个阶段。第16页/共110页 晚期成油说晚期成油说:沉积物埋藏达到一定深度和:沉积物埋藏达到一定深度和温度,即成岩作用晚期或后生作用初期,沉积温度,即成岩作
10、用晚期或后生作用初期,沉积岩中的不溶有机质(干酪根)在温度的作用下岩中的不溶有机质(干酪根)在温度的作用下达到成熟,通过热降(裂)解生成大量石油和达到成熟,通过热降(裂)解生成大量石油和天然气。(干酪根热降解生烃学说)。天然气。(干酪根热降解生烃学说)。在油气在油气勘探中取得了巨大成功。勘探中取得了巨大成功。油气勘探实践中不断发现油气勘探实践中不断发现“未成熟未成熟-低成熟低成熟”石油石油的存在,表明自然界中确实还存在相当数量的各类早的存在,表明自然界中确实还存在相当数量的各类早期生成的非常规油气资源。期生成的非常规油气资源。第17页/共110页现代油气成因理论:现代油气成因理论:石油主要是有
11、机成因的,天然气大部分是石油主要是有机成因的,天然气大部分是有机成因的,但不排除相当一部分天然气是无有机成因的,但不排除相当一部分天然气是无机成因的。机成因的。随着现代科学技术和实验手段的发展,油随着现代科学技术和实验手段的发展,油气成因理论的研究必将更加完善。气成因理论的研究必将更加完善。下面讲述下面讲述有机质晚期成因理论有机质晚期成因理论。第18页/共110页第二章第二章 石油与天然气成因及生油层石油与天然气成因及生油层一一、油气成因概述、油气成因概述二二、油气生成的原始物质、油气生成的原始物质三三、有机质的演化与油气生成有机质的演化与油气生成四、四、烃源岩及评价烃源岩及评价第19页/共1
12、10页 有机说的核心就是认为:有机说的核心就是认为:石油是地质时石油是地质时期生物遗体(或有机残体)在适当条件下形成期生物遗体(或有机残体)在适当条件下形成的。生物死亡后,一部分作为它种生物的食料的。生物死亡后,一部分作为它种生物的食料被消耗,大部分被氧化为二氧化碳气体消失在被消耗,大部分被氧化为二氧化碳气体消失在空气中,只有一小部分由于沉积在乏氧环境中空气中,只有一小部分由于沉积在乏氧环境中而被泥沙埋藏起来,受到各种地球化学因素的而被泥沙埋藏起来,受到各种地球化学因素的作用才转化为石油和天然气。因此,生成油气作用才转化为石油和天然气。因此,生成油气的原始物质是生物遗体中的一小部分。的原始物质
13、是生物遗体中的一小部分。二、油气生成的原始物质二、油气生成的原始物质第20页/共110页在海洋或湖盆沉积环境中浮游生物在一些浅水地区的水底植物。在上述两种情况下,对死亡植物进行再改造的细菌,可被认为是沉积有机质的主要补充来源。1 1、原始有机质的来源、原始有机质的来源低等水生动、植物陆生动、植物湖泊、三角洲地区细菌、藻类、有孔虫、介形虫、叶肢介、珊瑚、软体动物等沉积有机质的生物种类来源首先是浮游植物,其次是细菌、高等植物、浮游动物。第21页/共110页2006年2月中国南极考察队首次在南极普里兹湾采集到的底栖生物标本 深海生物第22页/共110页生成油气的沉积有生成油气的沉积有机质主要由:机质
14、主要由:生物的主要化学组成生物的主要化学组成脂类脂类 碳水化合物碳水化合物蛋白质蛋白质木质素木质素等生物化学聚合物组成。等生物化学聚合物组成。第23页/共110页脂类(又称类脂)化合物脂类(又称类脂)化合物:包括脂肪、高级脂肪酸蜡、醇类、甾包括脂肪、高级脂肪酸蜡、醇类、甾族化合物以及萜烯类化合物。抗腐力强,族化合物以及萜烯类化合物。抗腐力强,易保存;元素组成和分子结构最接近石易保存;元素组成和分子结构最接近石油;认为它是生成石油的主要原始物质。油;认为它是生成石油的主要原始物质。去掉少量的氧就可演化为石油。去掉少量的氧就可演化为石油。第24页/共110页蛋白质:蛋白质:在生物体的细胞中,除水外
15、,在生物体的细胞中,除水外,80%80%以上以上的物质为蛋白质。占动物干重的的物质为蛋白质。占动物干重的50%50%以上。以上。氮氮约占蛋白质总量的约占蛋白质总量的16%16%。石油中的含氮。石油中的含氮化合物可能与之有关。化合物可能与之有关。蛋白质容易受喜氧细蛋白质容易受喜氧细菌的破坏,难以保持。菌的破坏,难以保持。蛋白质要去除大量的蛋白质要去除大量的氧和氮才能转化为石油。氧和氮才能转化为石油。第25页/共110页碳水化合物碳水化合物:C Cn n(H H2 2O O)n n 又称醣类,是又称醣类,是植物的主要成分,植物的主要成分,自然界中分布极自然界中分布极广,几乎所有的动物、植物、微生物
16、体都含有碳水化广,几乎所有的动物、植物、微生物体都含有碳水化合物,最简单合物,最简单 葡萄糖(葡萄糖(C C6 6H H1212OO6 6),淀粉和纤维素),淀粉和纤维素属多糖,结构复杂。属多糖,结构复杂。容易被喜氧细菌所消耗或被分解容易被喜氧细菌所消耗或被分解成水溶物质,难以保持下来。纤维素较为稳定。去掉成水溶物质,难以保持下来。纤维素较为稳定。去掉氧可以转化为石油。是煤的重要母质。氧可以转化为石油。是煤的重要母质。第26页/共110页木质素木质素:仅存于高等植物中。具有芳香结构的仅存于高等植物中。具有芳香结构的特征,是植物细胞壁的主要成分,性特征,是植物细胞壁的主要成分,性质十分稳定,不易
17、水解,但可被氧化质十分稳定,不易水解,但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。成芳香酸和脂肪酸。有人认为可能是有人认为可能是石油中某些芳香烃和沥青烯的母质之石油中某些芳香烃和沥青烯的母质之一。也是煤的重要母质,也可形成以一。也是煤的重要母质,也可形成以甲烷为主的天然气。甲烷为主的天然气。第27页/共110页沉积有机质:沉积有机质:通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏下来的这部分有机质称为沉积有机质。形成:氧化成简单的分子 生物死亡 沉积有机质(只占0.8%左右)2 2、沉积有机质的形成、沉积有机质的形成第28页/共110页 第一,要求有第一,要求有缺氧的水体缺氧的水体。它可以使吸附在矿它可以使吸附在矿物颗粒表
18、面上的溶解有机质和微粒有机质被保护而免物颗粒表面上的溶解有机质和微粒有机质被保护而免受生物的消耗;受生物的消耗;第二,要求有机质在水体中滞留时间短。第二,要求有机质在水体中滞留时间短。深深度适中的水体度适中的水体中有机质的堆积条件优于很深的水体;中有机质的堆积条件优于很深的水体;第三,第三,适度的沉积颗粒的沉积速度适度的沉积颗粒的沉积速度对沉积有对沉积有机质的保存有利。机质的保存有利。有机质供应量一定,则有机质在有机质供应量一定,则有机质在沉积物中的浓度与矿物颗粒的沉积速度成反比。沉积物中的浓度与矿物颗粒的沉积速度成反比。保持有机质的有利环境是海洋和湖泊。沉积有机质的保存条件沉积有机质的保存条
19、件 第29页/共110页 随着埋藏深度的增加,随着埋藏深度的增加,有机质逐渐分有机质逐渐分解为解为脂类、蛋白质脂类、蛋白质等各个组分,其化学性质很等各个组分,其化学性质很不稳定,类脂化合物相对含量升高,蛋白质含不稳定,类脂化合物相对含量升高,蛋白质含量相对略高,碳水化合物含量降低;在成岩作量相对略高,碳水化合物含量降低;在成岩作用过程中,这些生物聚合物逐渐转化为更为稳用过程中,这些生物聚合物逐渐转化为更为稳定的生物聚合物定的生物聚合物烃类、沥青及干酪根烃类、沥青及干酪根,呈分,呈分散状态存在于沉积物中并进一步演化为散状态存在于沉积物中并进一步演化为油气油气。第30页/共110页古代沉积岩中分散
20、有机质的组成:古代沉积岩中分散有机质的组成:烃类:烃类:岩石中可溶于有机溶剂的有机岩石中可溶于有机溶剂的有机质。质。是有机体生化作用的产物。是有机体生化作用的产物。沥青:沥青:可溶于有机溶剂,是烃类和非可溶于有机溶剂,是烃类和非烃类物质的混合物。烃类物质的混合物。可分为油质、胶质及沥可分为油质、胶质及沥青质,是有机质向油气转化的中间产物。青质,是有机质向油气转化的中间产物。干酪根:干酪根:不能溶解于有机溶剂的固体不能溶解于有机溶剂的固体分散有机质。分散有机质。第31页/共110页(1 1)腐泥型)腐泥型 指脂肪族有机质在指脂肪族有机质在缺氧条件下缺氧条件下分解和聚合作用的分解和聚合作用的产物,
21、来自海洋或湖泊环境水下淤泥中的孢子及产物,来自海洋或湖泊环境水下淤泥中的孢子及浮游类生物,它们可以形成石油、油页岩、藻煤浮游类生物,它们可以形成石油、油页岩、藻煤和烛煤。和烛煤。(2 2)腐殖型)腐殖型 指泥炭形成的产物,来自有指泥炭形成的产物,来自有氧条件下氧条件下沼泽环境的沼泽环境的陆生植物,主要可以形成天然气和腐殖煤,在一陆生植物,主要可以形成天然气和腐殖煤,在一定条件下也可以生成液态石油。定条件下也可以生成液态石油。沉积有机质的分类沉积有机质的分类第32页/共110页3、干酪根、干酪根沉积有机质干酪根概念保存来源成份分类分类概念成份第33页/共110页干酪根干酪根(KerogenKer
22、ogen):沉积岩(物)中不):沉积岩(物)中不溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机溶溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机溶剂的有机质。剂的有机质。与此对应,岩石中可溶于有机与此对应,岩石中可溶于有机溶剂的部分称为溶剂的部分称为沥青沥青。干酪根在热解或加氢分解时产生烃类物干酪根在热解或加氢分解时产生烃类物质。质。干酪根是沉积有机质的主体,在古代沉干酪根是沉积有机质的主体,在古代沉积岩中约占总有机质的积岩中约占总有机质的80-90%80-90%,80-80-95%95%的石油烃是由干酪根转化而成。的石油烃是由干酪根转化而成。干酪根的定义干酪根的定义第34页/共110页 干酪根由干酪根由有机质转化而来有机
23、质转化而来,是一种高分子聚合物,是一种高分子聚合物,没有固定的化学成分,主要由没有固定的化学成分,主要由C C、HH、OO和少量和少量S S、N N组成,组成,五种元素中五种元素中C C(70-90%70-90%),),HH(3-10%3-10%),),O O(3-193-19),N(0.4-4%),SN(0.4-4%),S(0.2-5%)(0.2-5%)。三维网状结构。三维网状结构。干酪根的成分及结构干酪根的成分及结构绿河叶岩干酪根结构图化学元素组成表第35页/共110页干酪根分离法干酪根分离法1 1、将生油岩粉碎后,先用氯仿抽提,然后用、将生油岩粉碎后,先用氯仿抽提,然后用MMA AB B
24、(甲醇甲醇丙酮丙酮-苯三元溶剂苯三元溶剂)或或E EA AB(B(乙醇、丙酮、乙醇、丙酮、苯三元溶剂苯三元溶剂)进行抽提,除去可溶有机质。进行抽提,除去可溶有机质。2 2、用盐酸溶解除去岩样中碳酸盐。、用盐酸溶解除去岩样中碳酸盐。氟氢酸溶解除去岩样中硅铝酸,如;氟氢酸溶解除去岩样中硅铝酸,如;4 4、用比重差异原理以重液、超声波除去干酪根中的黄铁、用比重差异原理以重液、超声波除去干酪根中的黄铁矿及其它矿物。矿及其它矿物。第36页/共110页第37页/共110页丝质体。内蒙古伊敏,丝质体。内蒙古伊敏,K K1,1,煤层,煤层,R RO.maxO.max为为0.400.40,透射光,透射光,180
25、180。第38页/共110页树皮体,统切面,近等粒状细胞形态。山树皮体,统切面,近等粒状细胞形态。山西大同高峰矿,西大同高峰矿,J J2 2,大同组,大同组2 2煤层,煤层,R RO.maxO.max为为0.780.78,透射光,透射光,180180。第39页/共110页腐泥组藻质体,光面皱球藻,辽河欢腐泥组藻质体,光面皱球藻,辽河欢1616井,井,深深19501950米,泥岩,沙河街组二段。米,泥岩,沙河街组二段。870870第40页/共110页 大量统计资料表明,在近代沉积中,干酪根占沉积有机质总量的95以上,在古代生油岩中占70-90左右。许多学者还用各种方法对地壳中干酪根总量进行了估算
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