烴源巖的定性評(píng)價(jià)

1、烴源巖地化特征評(píng)價(jià)吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 烴源巖地化特征評(píng)價(jià)摘要： 烴源巖對(duì)應(yīng)的英文為Source rock，從本意上講，它應(yīng)該既包括能生油的油源巖，也包括能生氣的氣源巖，但過去多將它譯為生油巖。其中的重要原因可能在于國(guó)內(nèi)早期的油氣勘探主要瞄準(zhǔn)著對(duì)油的勘探。因此，油氣地球化學(xué)所關(guān)注和研究的對(duì)象主要是油而不是氣。這可能是早期的有關(guān)專著和教材也多冠以“石油”而不是“油氣”的原因所在。相應(yīng)地，生油巖這一術(shù)語在地化文獻(xiàn)中得到了相當(dāng)廣泛的沿用。隨著我國(guó)對(duì)天然氣重視程度的逐步、大幅提高，有關(guān)天然氣的勘探和地球化學(xué)研究也越來越多，很多時(shí)候，需要區(qū)分油、氣源巖。因此，本文中以烴源巖替代早期的生油巖來涵蓋油源巖和

2、氣源巖。關(guān)鍵詞：機(jī)質(zhì)的豐度；有機(jī)質(zhì)的類型；有機(jī)質(zhì)的成熟度。前言 烴源巖是控制油氣藏形成與分布的關(guān)鍵性因素之一。確定有效烴源巖是含油氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)。烴源巖評(píng)價(jià)涉及許多方面，雖然在不同勘探階段以及不同的沉積盆地，評(píng)價(jià)重點(diǎn)也有所不同，但是總體上主要包括兩大方面：(l)烴源巖的地球化學(xué)特征評(píng)價(jià)，如有機(jī)質(zhì)的豐度、有機(jī)質(zhì)的類型、有機(jī)質(zhì)的成熟度；（2）烴源巖的生烴能力評(píng)價(jià)，如生烴強(qiáng)度、生烴量、排烴強(qiáng)度等。本人主要介紹烴源巖的地球化學(xué)特征評(píng)價(jià)方面：1.有機(jī)質(zhì)的豐度 有機(jī)質(zhì)豐度是指單位質(zhì)量巖石中有機(jī)質(zhì)的數(shù)量。在其它條件相近的前提下，巖石中有機(jī)質(zhì)的含量（豐度）越高，其生烴能力越高。目前，衡量巖石中有機(jī)質(zhì)的豐度所用的

3、指標(biāo)主要有總有機(jī)碳（TOC）、氯仿瀝青“A”、總烴和生烴勢(shì)（或生烴潛量Pg,Pg=S1S2）。1.1有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)1.1.1總有機(jī)碳（TOC，） 有機(jī)碳是指巖石中存在于有機(jī)質(zhì)中的碳。它不包括碳酸鹽巖、石墨中的無機(jī)碳。通常用占巖石重量的來表示。從原理上講，巖石中有機(jī)質(zhì)的量還應(yīng)該包括H、O、N、S等所有存在于有機(jī)質(zhì)中的元素的總量。但要實(shí)測(cè)各種有機(jī)元素的含量之后求和，并不是一件輕松、經(jīng)濟(jì)的工作?？紤]到C元素一般占有機(jī)質(zhì)的絕大部分，且含量相對(duì)穩(wěn)定，故常用有機(jī)碳的含量來反映有機(jī)質(zhì)的豐度。將有機(jī)碳的量轉(zhuǎn)換為有機(jī)質(zhì)的量，需要補(bǔ)償其它有機(jī)元素的量，常用的方法是乘一校正系數(shù)K，即有機(jī)質(zhì)K·有機(jī)碳。不難

4、理解，K值是隨有機(jī)質(zhì)類型和演化程度而變化的量。Tissot等給出了經(jīng)驗(yàn)的K值（表1.1）。表1.1 由有機(jī)碳含量計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量的轉(zhuǎn)換系數(shù)（據(jù)Tissot，1984）演化階段 干酪根類型 煤 IIIIII成巖作用 1.251.341.481.57深成作用 1.201.191.181.12 從分析原理來看，有機(jī)碳既包括占巖石有機(jī)質(zhì)大部分的干酪根中的碳，也包括可溶有機(jī)質(zhì)中的碳，但不包括已經(jīng)從源巖中所排出的油氣中的碳和雖然仍殘留于巖石中，但分子量較小、因而揮發(fā)性較強(qiáng)的輕質(zhì)油和天然氣中的有機(jī)碳。因此，所測(cè)得的有機(jī)碳只能是殘余有機(jī)碳。1.1.2氯仿瀝青“A”（）和總烴（HC，ppm） 氯仿瀝青“A”是指用

5、氯仿從沉積巖（物）中溶解（抽提）出來的有機(jī)質(zhì)。它反映的是沉積巖中可溶有機(jī)質(zhì)的含量，通常用占巖石重量的來表示。嚴(yán)格地講，它作為生烴（取決于有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度）和排烴作用的綜合結(jié)果，只能反映源巖中殘余可溶有機(jī)質(zhì)的豐度而不能反映總有機(jī)質(zhì)的豐度。氯仿瀝青中飽和烴和芳香烴之和稱為總烴。通常用占巖石重量的百萬分（ppm）做單位。顯然，它反映的是源巖中烴類的豐度而不是總有機(jī)質(zhì)的豐度。但在其它條件相近的前提下，二指標(biāo)的值越高，所指示的有機(jī)質(zhì)的豐度越高。因此，它們也常常被用作烴源巖評(píng)價(jià)時(shí)的豐度指標(biāo)。不過，顯而易見，這兩項(xiàng)指標(biāo)均無法反映源巖的生氣能力。同時(shí)，在高過成熟階段，由于液態(tài)產(chǎn)物裂解為氣態(tài)產(chǎn)物，它也難

6、以指示高過成熟源巖的生油能力。還有必要指出的是，由于氯仿抽提及飽和烴、芳烴分離時(shí)的恒重過程，C14的烴類基本損失殆盡，兩項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際上也未能反映源巖中的全部殘油和殘烴。也有學(xué)者認(rèn)為（龐雄奇等，1993，1995），從本質(zhì)上看，氯仿瀝青“A”和總烴是一個(gè)殘油、殘烴量的指標(biāo)，因此，其值高，可能不一定表明生烴條件好，反而可能指示源巖的排烴條件不好，即指示這類源巖對(duì)成藏的貢獻(xiàn)可能有限。 1.1.3生烴勢(shì)（S1S2，mgHC/g巖石） 對(duì)巖石用Rock Eval熱解儀（第三章）分析得到的S1被稱為殘留烴，相當(dāng)于巖石中已由有機(jī)質(zhì)生成但尚未排出的殘留烴（或稱之為游離烴或熱解烴），內(nèi)涵上與氯仿瀝青“A”和總烴有

7、重疊，但比較富含輕質(zhì)組分而貧重質(zhì)組分。分析所得的S2為裂解烴，本質(zhì)上是巖石中能夠生烴但尚未生烴的有機(jī)質(zhì)，對(duì)應(yīng)著不溶有機(jī)質(zhì)中的可產(chǎn)烴部分。所以（S1S2）被稱為“Genetic potential”(Tissot等，1978)。中文一般將它譯為“生烴潛力”或者“生烴潛量”?？紤]到“潛力”含有“能夠但尚未實(shí)現(xiàn)的”意義，即從字面上理解，更容易將它與S2相聯(lián)系，因此本書建議將“Genetic potential”譯為生烴勢(shì)。黃第藩等（1984）也曾在著名的“陸相有機(jī)質(zhì)的演化和成烴機(jī)理”一書中將（S1S2）稱為生油勢(shì)。它包括源巖中已經(jīng)生成的和潛在能生成的烴量之和，但不包括生成后已從源巖中排出的部分。可見

8、，在其它條件相近的前提下，兩部分之和（S1S2）也隨巖石中有機(jī)質(zhì)含量的升高而增大。因此，也成為目前常用的評(píng)價(jià)源巖有機(jī)質(zhì)豐度的指標(biāo)，稱為生烴勢(shì)，單位為mgHC/g巖石。顯然，它也會(huì)隨著有機(jī)質(zhì)生烴潛力的消耗和排烴過程而逐步降低。1.2烴源巖中有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià) 有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)是烴源巖評(píng)價(jià)的重要組成部分。巖石中有機(jī)質(zhì)的含量達(dá)到多少才能成為烴源巖，是有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容。 我國(guó)中新生代主要含油氣盆地1080個(gè)樣品數(shù)據(jù)編繪的有機(jī)碳含量頻率圖（圖1.3）的研究表明（尚慧蕓，1981），暗色泥質(zhì)生油巖的有機(jī)碳含量下限值約為0.4%，較好的生油巖為1.0%。例如，華北第三系各組段有機(jī)碳含量頻率圖（圖1.4）顯

9、示，上第三系明化鎮(zhèn)組及館陶組為非生油巖層，其有機(jī)碳含量一般低于0.4%；下第三系東營(yíng)組有機(jī)碳含量多數(shù)在0.5%左右，具有一定的生油能力；下第三系沙河街組大多數(shù)有機(jī)碳在1.5%左右，為該區(qū)主要生油層系。 黃第藩（1991）對(duì)我國(guó)主要陸相含油氣盆地的有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)果表明，在陸相淡水半咸水沉積中，主力油源層的有機(jī)碳含量均在1.0%以上，平均值變化在1.22.3%之間，可高達(dá)2.6%以上；氯仿瀝青“A”的含量均在0.1%以上，平均值變化在0.10.3%之間，烴含量均在410ppm以上，平均值大多變化在5501800ppm之間?？偟膩砜?，我國(guó)陸相主力油源巖是一套灰黑、灰色泥巖、頁巖，所含碳酸鹽

10、極少。陸相生油巖的有機(jī)質(zhì)豐度，特別是烴含量不低，構(gòu)成了陸相石油生成的良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。根據(jù)我國(guó)勘探實(shí)踐，黃第藩提出了適用我國(guó)陸相含油氣盆地的烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（黃第藩等，1984）。表1.5是在黃第藩標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上修訂后由中國(guó)石油天然氣總公司1995年發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適用淡水半咸水湖相沉積的生油巖，海相泥巖也可參照此標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)。對(duì)一般鹽湖相沉積，因具有機(jī)碳含量較低，而烴含量不低，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)稍有不同。 煤系地層因有機(jī)質(zhì)類型較差，相應(yīng)的豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有明顯的提高（黃第藩等，1996，陳建平等，1997）。煤系泥巖（TOC<6%）與一般湖相泥巖相比有機(jī)質(zhì)以陸生植物為主，類脂組含量低，富碳貧氫，雖然有機(jī)碳含量高

11、，但生烴潛力低；較高的有機(jī)質(zhì)豐度也使其對(duì)可溶有機(jī)質(zhì)的吸附能力比一般泥巖強(qiáng)；單位有機(jī)碳的生烴潛力低，但單位巖石的生烴潛力又較高，煤系泥巖的這些基本特點(diǎn)決定了其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表13-3）與泥巖有所不同。表1.5為主要依據(jù)熱解生烴潛量和氫指數(shù)給出的煤系炭質(zhì)泥巖（6%<TOC<40%）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 表1.5陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)指標(biāo)（SY/T 5735-1995） 指標(biāo) 湖盆水體類型 非生油巖 生油巖類型 差 中等 好 最好 TOC(wt%)淡水半咸水 <0.40.40.6>0.61.0>1.02.0>2.0咸水超咸水 0.20.20.4>0.40.6>0.

12、60.8>0.8“A”(wt%) <0.0150.0150.050>0.0500.100>0.1000.200>0.200HC(wt10-6) <100100200>200500>5001000>1000(S1+S2)(mg/g巖石)  <226>620>20注：表中評(píng)價(jià)指標(biāo)適用于成熟度較低（Ro=0.5%0.7%）烴源巖的評(píng)價(jià)，當(dāng)熱演化程度高時(shí)，由于油氣大量排出以及排烴程度不同，導(dǎo)致上列有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)失真，應(yīng)進(jìn)行恢復(fù)后評(píng)價(jià)或適當(dāng)降低評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 2. 有機(jī)質(zhì)的類型 由于不同來源、組成

13、的有機(jī)質(zhì)成烴潛力有很大的差別（第五章），因此，要客觀認(rèn)識(shí)烴源巖的成烴能力和性質(zhì)，僅僅評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)的豐度是不夠的，還必需對(duì)有機(jī)質(zhì)的類型進(jìn)行評(píng)價(jià)。有機(jī)質(zhì)（干酪根）類型是衡量有機(jī)質(zhì)產(chǎn)烴能力的參數(shù)，同時(shí)也決定了產(chǎn)物是以油為主，還是以氣為主。有機(jī)質(zhì)的類型既可以由不溶有機(jī)質(zhì)的組成特征來反映，也可以由其產(chǎn)物可溶有機(jī)質(zhì)及其中烴類的特征來反映。2.1據(jù)有機(jī)質(zhì)（干酪根）的顯微組分組成鑒別有機(jī)質(zhì)的類型 不同光學(xué)方法在研究顯微組分確定類型上各有特色和長(zhǎng)處： 透射光法（transmitted light）來源于孢粉研究。它對(duì)鑒定具結(jié)構(gòu)的類脂-殼質(zhì)組如藻類、孢子、花粉、角質(zhì)體等是很有效的。無定型有機(jī)質(zhì)在投射光下沒有清晰的輪

14、廓和形狀，難以分出是富氫無定型、還是貧氫無定型。 反射光法（reflected light）來源于煤巖石學(xué)研究，它既可觀測(cè)生油巖的光片，他可觀測(cè)干酪根的光片。對(duì)于區(qū)分腐殖型有機(jī)質(zhì)十分有效，尤其可區(qū)分具一定生油氣潛力的鏡質(zhì)組和不具備生油潛力的惰質(zhì)組及沉積有機(jī)質(zhì)。 熒光（fluorescent light）分析和熒光光譜對(duì)于鑒別脂質(zhì)組，尤其對(duì)于區(qū)分富氫無定型和貧氫無定型具有特殊作用。此外，用熒光還可辨認(rèn)出次生的脂質(zhì)體-瀝青滲出體，這對(duì)煤成油研究很有意義。 干酪根是各種顯微組分的混合物，因此根據(jù)各種顯微組分的相對(duì)比例，可將跟老根分成相應(yīng)的種類。2.2據(jù)巖石（或干酪根）的Rock-Eval熱解特征劃分

15、有機(jī)質(zhì)的類型無論是元素分析還是顯微組分分析都需要制備干酪根，這一過程繁雜費(fèi)時(shí)，利用Rock Eval烴源巖評(píng)價(jià)儀所得到的熱解三分資料可快速經(jīng)濟(jì)地直接利用少量巖石獲得許多參數(shù)（這項(xiàng)分析也可以對(duì)干酪根進(jìn)行），其中不少包含有烴源巖中有機(jī)質(zhì)類型的信息。由該項(xiàng)分析所得到直接參數(shù)有： S1：游離烴（mgHC/g巖石），為升溫過程中300以前熱蒸發(fā)出來的已經(jīng)存在于源巖中的烴類產(chǎn)物； S2：裂解烴（mgHC/g巖石），為300500升溫過程有機(jī)質(zhì)裂解出來的烴類產(chǎn)物，反映干酪根的剩余成烴潛力；S3：（mg CO2/g巖石）有機(jī)質(zhì)熱解過程中CO2的含量，反映了有機(jī)質(zhì)含氧量的多少； Tmax：最大熱解峰溫（），為熱

16、解產(chǎn)烴速率最高時(shí)的溫度，對(duì)應(yīng)著S2峰的峰溫。 由此可以計(jì)算得到的參數(shù)： 氫指數(shù)（HI ，mgHC/gTOC）：S2 /TOC； 氧指數(shù)（OI， mg CO2/gTOC）：S3/TOC； 烴指數(shù)（HCI ，mgHC/gTOC）：S1/TOC； 生烴勢(shì)（文獻(xiàn)中常稱為生油潛力）： S1S2，（mgHC/g巖石）； 產(chǎn)烴指數(shù)：S1/(S1+S2)母質(zhì)類型指數(shù)：S2/S3 不難理解，在物理意義上，氫指數(shù)、氧指數(shù)分別與H/C、O/C原子比相近。因此，對(duì)成熟度較低的源巖而言，HI能較好地反映有機(jī)質(zhì)生烴能力的高低，母質(zhì)類型指數(shù)也可反映有機(jī)質(zhì)氫、氧的相對(duì)富集程度，因而可成為良好的判識(shí)有機(jī)質(zhì)類型的指標(biāo)。事實(shí)上，這

17、些參數(shù)已成為目前油田生產(chǎn)實(shí)踐中最常用的判識(shí)有機(jī)質(zhì)類型的指標(biāo)之一。圖1.5為以氫指數(shù)氧指數(shù)關(guān)系圖按三類四型方案劃分有機(jī)質(zhì)類型的圖解。黃第藩等（1984）提出的判識(shí)有機(jī)質(zhì)類型的X型圖解及相應(yīng)的分類標(biāo)準(zhǔn)主要就是依據(jù)氫指數(shù)及母質(zhì)類型指數(shù)。2.3依據(jù)紅外光譜（官能團(tuán)）特征劃分有機(jī)質(zhì)的類型 有機(jī)質(zhì)的紅外譜帶可以分為脂族基團(tuán)、芳香基團(tuán)和含氧基團(tuán)三大類。依據(jù)這些基團(tuán)（譜帶）的強(qiáng)度，可以選擇許多比值來表征有機(jī)質(zhì)的類型。石油天然氣總公司1995年頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中就有由紅外參數(shù)判識(shí)有機(jī)質(zhì)類型的方案 。（圖2.2）表1.6紅外光譜陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)類型劃分表（SY/T 5735-1995）吸光度比 1 2 1 2 29

18、20cm-1/1600cm-1 >4.34.31.6<1.60.5<0.51460cm-1/1600cm-1 >1.001.000.40<0.400.15<0.152.4據(jù)干酪根的穩(wěn)定碳同位素組成（13C）判識(shí)干酪根的類型 不同來源、不同環(huán)境中發(fā)育的生物具有不同的穩(wěn)定碳同位素組成（13C）。干酪根作為生物有機(jī)質(zhì)的演化產(chǎn)物，應(yīng)該繼承原始有機(jī)質(zhì)的特征。因此，由干酪根的碳同位素組成應(yīng)該可以反映其有機(jī)質(zhì)的來源及有機(jī)質(zhì)的類型。 有關(guān)碳同位素分布的研究成果表明，由于生物分餾作用（生物對(duì)輕碳同位素的選擇性優(yōu)先利用），生物中的碳同位素明顯較其利用的CO2偏輕；由于陸相生物所

19、用大氣碳源 (13C=7)輕于海相生物所用海洋水中的碳源 (13C=0)，陸生植物與海洋水生生物的碳同位素值差異明顯，陸生植物的13C分布范圍為-10-37(王大銳，2002)，典型值-24-34(鄭永飛，2000)；水生生物（海洋）為-4-28%，湖生生物比海洋生物的13C偏負(fù)10左右(表2.3)。同時(shí)，同一種生物體中，類脂化合物往往比較富含輕碳同位素?？傮w上講，相同條件下，水生生物較陸生生物富集輕碳同位素，類脂化合物較其它組分富集輕碳同位素。因此，較輕的干酪根碳同位素組成一般反映較高的水生生物貢獻(xiàn)和較多的類脂化合物含量，即對(duì)應(yīng)著較好的有機(jī)質(zhì)類型。表2.4列出了代表性的由干酪根的碳同位素組成

20、鑒別干酪根類型的方案，其中第三列為1995年發(fā)布的石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。表2.3 現(xiàn)代海洋、湖泊和陸地各種生物中碳同位素(13C，)(黃汝昌，1997)環(huán)境 高等植物 植物 浮游植物 植物類脂組 藻類 浮游生物 陸相 -21.6-26.7-21.0-30.0-30-28.7-32-27-32-27.6-32.6海相 -9.3-15.8-10.0-20.0-15-20-17.8-22-17-28-18.2-28.5表2.4 陸相干酪根的13C() 與其類型的關(guān)系三分法（王大銳，2002）        黃第藩（1991）SY/T 5735-19

21、95典型腐泥型    -28.030.2            -27.029.3            -25.527.2            -21.026.0  標(biāo)準(zhǔn)腐泥型   1  

22、0; -28.231.0含腐殖腐殖型   2    -27.528.2中間型或混合型     -26.0-27.5含腐泥的腐殖型 1   -24.5-26.0標(biāo)準(zhǔn)腐殖型   2   -20.0-24.5<-30-30-28.0-28.0-25.5-25.5-22.5>-22.52.5據(jù)干酪根的熱失重特征判識(shí)干酪根的類型 干酪根在受熱過程中會(huì)發(fā)生裂解產(chǎn)生揮發(fā)性的產(chǎn)物，因此殘余干酪根的重量會(huì)隨著受熱溫度的升高而逐漸減少。熱失重即是指受熱前

23、干酪根的重量受熱后干酪根的重量。不同的類型的干酪根由于產(chǎn)烴潛力不同，因而失重量也會(huì)不同。顯然，對(duì)成熟度相近的樣品，干酪根的類型越好（產(chǎn)烴潛力越大），相同條件下的失重量越大，即各類干酪根的熱失重量順序?yàn)镮>II>III型。這三類干酪根的最大失重量分別可達(dá)到干酪根原始重量的80%,50%和30左右。2.6據(jù)可溶瀝青的特征識(shí)別有機(jī)質(zhì)類型 2.6.1氯仿瀝青“A”及其族組成 氯仿瀝青“A”是各種烴類和非烴類的混合物，出于研究的需要通常將其進(jìn)一步分離成飽和烴、芳香烴、非烴和瀝青質(zhì)4個(gè)族組分。不同類型干酪根所生成的氯仿瀝青“A”的族組成存在一定的差異，型干酪根的氯仿抽提物中含有更多的飽和烴；同

24、時(shí)，由于藻類等水生生物的正構(gòu)烷烴一般以較低碳數(shù)（<C20，主峰碳數(shù)一般在C15、C17）不具奇偶優(yōu)勢(shì)的組分為主，而高等植物生源的飽和烴中以高碳數(shù)具偶碳優(yōu)勢(shì)的正構(gòu)烷烴為主。因此，在有利的條件下，可以由此間接判識(shí)有機(jī)質(zhì)的類型（表2.5）。需要說明的是，氯仿瀝青的族組成不僅受母質(zhì)類型影響還受母質(zhì)的成熟度及生排烴過程的影響，因此表中只適用于低演化程度的樣品，當(dāng)熱演化程度較高時(shí)，由于大分子烴類的熱裂解，會(huì)導(dǎo)致上述特征消失。 1 1 2 飽和烴特征 峰型特征 前高單峰型 前高雙峰型 后高雙峰型 后高單峰型 主峰碳 C17  C19前C17、C19后C21、C23前C17 

25、; C19后C27  C29C25  C27  C29“A”族組成 飽和烴 飽/芳 非烴瀝青質(zhì) 4060>32040<40303.01.6>4060<30201.61.0>6070<20<1.0>7080生物標(biāo)志物 5(C27+C28+C29)=15-C27 %5-C29 %5-C27/5C29>55<25>2.0553525352.01.23520>35451.20.8<20>4555<0.82.6.2氯仿瀝青“A”及原油的碳同位素 氯仿瀝青作為干酪根的演化產(chǎn)物，應(yīng)該在一定

26、程度上繼承了先質(zhì)的特征，但由于成烴反應(yīng)中的碳同位素分餾作用（12C優(yōu)先富集于反應(yīng)產(chǎn)物中），氯仿瀝青的碳同位素組成略輕。由于在石油從生油層向儲(chǔ)集層運(yùn)移過程中的碳同位素分餾作用和組分分餾作用，儲(chǔ)層中聚集的石油的碳同位素組成也往往較氯仿瀝青略輕。通常存在如下關(guān)系（王大銳，2002）13C干酪根-13C瀝青“A”=01.513C瀝青“A”-13C石油=01.5 一般情況下，氯仿瀝青的族組分之間存在   13瀝青質(zhì)>13C非烴>13芳烴>13飽和烴 如果泥巖受到運(yùn)移來烴類的浸染，則13C干酪根與13C瀝青“A”遠(yuǎn)背離上述關(guān)系，使得13C瀝青“A”所應(yīng)代表的母質(zhì)類型信

27、息失去意義。2.6.3單體烴同位素組成 單體烴同位素是指原油或?yàn)r青中單一烴類化合物碳同位素。由GC-C-MS (氣相色譜氧化燃燒爐同位素質(zhì)譜)或稱在線同位素分析儀完成。該技術(shù)使液態(tài)石油烴的穩(wěn)定碳同位素研究與天然氣中C1C4、CO2的碳同位素分析一樣，進(jìn)入了分子級(jí)水平。單體烴同位素分析儀，于上世紀(jì)80年代初實(shí)現(xiàn)商品化，我國(guó)90年代初引入。經(jīng)過20余年的發(fā)展，單體烴同位素研究已經(jīng)取了長(zhǎng)足進(jìn)步，可以測(cè)定正構(gòu)組分、異構(gòu)組分及生物標(biāo)志化合物。但總的來看，還屬于新興技術(shù)，對(duì)單體烴的地球化意義認(rèn)識(shí)還不夠深入，許多理論問題尚未明晰。正構(gòu)組分單體烴碳同位素有隨分子量增加而變烴的趨勢(shì)(鹿洪友等，2003；耿安松等

28、，1999；謝文彥等，2004)。用正構(gòu)組分的正構(gòu)組分的單體烴同分布可以區(qū)分油的來源。2.6.4據(jù)生物標(biāo)記化合物分布特征判識(shí)有機(jī)質(zhì)類型 關(guān)于生物標(biāo)記化合物的基本概念及其地質(zhì)意義，第十章已做了較為詳細(xì)的介紹。飽和烴色譜(GC)、色譜質(zhì)譜(GC-MS)技術(shù)已是研究原油和巖石抽提瀝青中生物標(biāo)記化合物的常規(guī)手段。色譜可以提供有機(jī)質(zhì)組成全貌圖，色譜質(zhì)譜可對(duì)其中的細(xì)節(jié)進(jìn)行分辯，二者的結(jié)合可以提供大量的信息，對(duì)于揭示石油和瀝青的母質(zhì)類型、演化程度、經(jīng)歷的次生變化及原油的混源情況有重要作用，這些信息在油油對(duì)比、油源對(duì)比，研究沉積環(huán)境等有很大用途。這里主要介紹它在識(shí)別母質(zhì)類型方面的應(yīng)用。 另一個(gè)應(yīng)用更為廣泛的判

29、識(shí)有機(jī)質(zhì)類型的生標(biāo)指標(biāo)是依據(jù)C27、C28、C29甾烷的相對(duì)組成，它可以區(qū)分不同源巖的石油或相同源巖不同有機(jī)相的原油(Peters and Moldowan，1995)，這主要是基于它們?cè)趤碓瓷洗嬖诓町悺27甾烷主要來源于水生生物，而C29甾烷則主要來源于高等植物。這對(duì)我國(guó)陸相盆地可能更適用。而對(duì)海相生油，尤其是高等植物尚未大量出現(xiàn)的泥盆紀(jì)以前的海相原油中也存在豐富的C29甾烷則不好解釋(Peters and Moldowan，1995)。針對(duì)我國(guó)的情況曾憲章等(1989)提出20R-C27、C28、C29三種生物構(gòu)型甾烷來區(qū)分母質(zhì)類型（圖2.6）。從理論上講，使用四種異構(gòu)體之和更合理。但實(shí)

30、際上在質(zhì)譜圖C27、C28的(除20R之外的)另外三種構(gòu)型有時(shí)存在與其化合物共逸現(xiàn)象，易受干擾。生物構(gòu)型的C27、C28、C29甾烷具有相同的熱演化速率，這使它們的相對(duì)含量不受或很少受成熟度的影響，故能夠反映原始母質(zhì)中C27、C28、C29甾烷的比例，這是判識(shí)有機(jī)質(zhì)類型的眾多指標(biāo)中，受成熟度影響較小的少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)之一。3. 有機(jī)質(zhì)的成熟度 油氣雖然是由有機(jī)質(zhì)生成的，但有機(jī)質(zhì)并不等于油氣。從有機(jī)質(zhì)到油氣需要經(jīng)過一系列的變化。衡量這種變化程度（有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化程度）的參數(shù)為成熟度指標(biāo)，這方面的研究即為有機(jī)質(zhì)的成熟度評(píng)價(jià)。從原理上講，無論是成烴母質(zhì)，還是其產(chǎn)物，只要在成熟演化過程中體現(xiàn)出規(guī)律性的變化

31、，反映這種變化的參數(shù)即可成為成熟度指標(biāo)。因此，在第八章中介紹的反映生烴母質(zhì)干酪根演變特征的元素組成的變化、官能團(tuán)構(gòu)成的變化、自由基含量的變化、顏色及熒光性的變化、熱失重的變化、碳同位素組成的變化、鏡質(zhì)體反射率的變化以及反映熱解產(chǎn)物演化的可溶有機(jī)質(zhì)的含量及組成、烴類的含量及組成均可成為成熟度指標(biāo)。此外，生物標(biāo)記化合物中的生物標(biāo)記化合物異構(gòu)化參數(shù)、奇偶優(yōu)勢(shì)參數(shù)等等也可以成為成熟度指標(biāo)。3.1鏡質(zhì)體反射率（Ro）作為成熟度指標(biāo) 鏡質(zhì)體反射率（Ro）作為成熟度指標(biāo)的原理已在第八章中介紹。由于鏡質(zhì)體并非十分有利的成烴母質(zhì)，Ro的增大與烴類的生成并沒有直接的聯(lián)系。但由于鏡質(zhì)體反射率隨熱演化程度的升高而穩(wěn)定

32、增大，并具有相對(duì)廣泛、穩(wěn)定的可比性，使Ro成為目前應(yīng)用最為廣泛、最為權(quán)威的成熟度指標(biāo)。表3.1列出了我國(guó)石油行業(yè)1995年頒布的Ro與有機(jī)質(zhì)演化階段（熟度）的關(guān)系。表3.1陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)成烴演化階段劃分及判別指標(biāo)(據(jù)SY/T5735-1995簡(jiǎn)化)演化階段 Ro/%孢粉顏色指數(shù)SCITmax/ H/C原子比 孢子體顯微熒光Q孢粉(干酪根)顏色 生物標(biāo)志化合物 古地溫 T/ 油氣性質(zhì) 及產(chǎn)狀 -C2920S/(S+R)C29/(+)未成熟 <0.5<2.0<435>1.6>11.4淺黃色 <0.20<0.20>5060生物甲烷未成熟油、凝析油 低

33、成熟 >0.50.72.03.04354401.61.2>1.42.0黃色 0.200.400.200.40>6090低成熟重質(zhì)油、凝析油 成熟 >0.71.3>3.04.5>440450<1.21.0>2.03.0深黃色 >0.40>0.40>90150成熟中質(zhì)油 高成熟 >1.32.0>4.56.0>450580<1.00.5>3.0淺棕色棕黑色 >150200高成熟輕質(zhì)油凝析油、濕氣 過成熟 >2.0>6.0>580<0.5>3.0黑色 >200干氣

34、3.2碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)成熟作用標(biāo)志與成熟度評(píng)價(jià) 對(duì)缺少鏡質(zhì)體的地層，尤其是下古生界海相碳酸鹽巖，很難用經(jīng)過實(shí)踐證明是可信的源于高等植物碎屑的鏡質(zhì)體反射率來作為成熟度指標(biāo)?？梢哉f，這些地層的成熟度評(píng)價(jià)是困撓石油地質(zhì)界和油氣地球化學(xué)界的難題。 正因?yàn)槿绱耍鲊?guó)學(xué)者對(duì)這一問題進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究和探索（鐘寧寧等，1998）。目前主要是利用海相巖石中各種有機(jī)顯微組分光性參數(shù)和干酪根的化學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)與鏡質(zhì)體反射率之間的相關(guān)關(guān)系，來獲取等效鏡質(zhì)體反射率。任何成熟度評(píng)價(jià)參數(shù)，如不能建立起可與目前國(guó)際上唯一公認(rèn)的、最廣泛應(yīng)用的成熟度指標(biāo)鏡質(zhì)體反射率進(jìn)行直接或間接的對(duì)比關(guān)系，則不能被認(rèn)為是可靠的成熟度指標(biāo)。3.2.1瀝

35、青反射率(Rb) 影響瀝青反射率的主要地質(zhì)因素是瀝青的成因及其熱演化特征。由于瀝青的來源不同，它可以發(fā)育成不同的光學(xué)結(jié)構(gòu)。只有在烴源巖原地形成的或干酪根熱轉(zhuǎn)化初期形成的固體瀝青，才可以用作成熟度研究。 Jscob (1985)根據(jù)鏡質(zhì)組反射率與瀝青反射率大量數(shù)據(jù)對(duì)比研究提出下列相關(guān)關(guān)系式： Ro=0.618Rb+0.4 豐國(guó)奇(1988)用四川盆地樣品分別通過熱模擬實(shí)驗(yàn)和自然演化系列建立了兩個(gè)相關(guān)關(guān)系式： Ro=0.3195+0.6790 Rb       (根據(jù)熱模擬)Ro=0.336+0.6569Rb   &#

36、160;  (根據(jù)自然演化)3.2.2海相鏡質(zhì)組反射率(Rmv) 海相鏡質(zhì)組是碳酸鹽巖中“自生”的鏡質(zhì)組分(鐘寧寧、秦勇，1995)。其反射率與煤中的鏡質(zhì)組反射率有極好的相關(guān)關(guān)系，是海相碳酸鹽巖最理想的成熟度指標(biāo)之一。鐘寧寧、秦勇(1995)通過華北地區(qū)石炭系灰?guī)r自然演化系列樣品和石炭-二疊系煤的比較研究，建立了海相鏡質(zhì)組反射率與煤鏡質(zhì)組反射率的換算關(guān)系式： Rmv=0.805Ro0.103          (0.50%<Ro1.60%)Rmv=2.884Ro3.63Ro0&#

37、160;     (1.60%< Ro2.00%)Rmv=1.082 Ro+0.025          (2.00%< Ro<5.00%) 一般情況下，在Ro=2.0%以前，煤鏡質(zhì)組反射率明顯高于海相鏡質(zhì)組，其差值可在0.1%0.4%之間；當(dāng)Ro>2.0%時(shí)，海相鏡質(zhì)組反射率演化開始超前正常的陸源鏡質(zhì)組。 海相鏡質(zhì)組在開闊臺(tái)地相的碳酸鹽巖中比較容易獲得，但在強(qiáng)還原相的海相地層中不容易找到。 3.2.3動(dòng)物有機(jī)碎屑反射率 在海相地層，尤其是下

38、古生界海相地層中存在多種的動(dòng)物有機(jī)碎屑，許多動(dòng)物有機(jī)碎屑都有類似鏡質(zhì)組的光纖特征。有關(guān)動(dòng)物有機(jī)碎屑光性參數(shù)作成熟度指標(biāo)一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。Goodarzi (1985，1989)、Bertrand等(1987，1990)、張愛云等(1987)、汪嘯風(fēng)(1992)、鐘寧寧和秦勇(1995)、金奎勵(lì)等(1997)都對(duì)此作過探索性的工作。 對(duì)筆石、幾丁蟲、蟲鄂等海相動(dòng)物有機(jī)碎屑的反射性研究，它們的反射率演化特征可以與鏡質(zhì)組對(duì)比，所以這些動(dòng)物有機(jī)碎屑的反射率可以用于早古生代海相地層的有機(jī)質(zhì)成熟度評(píng)價(jià)。Bertrand (1991)根據(jù)加拿大東部泥盆地系樣品建立的反射率換算關(guān)系式如下： lgRC=

39、1.081gRTlgRS=0.19+1.29lgRTlgRG=0.04+1.101gRT 式中RC、RS、RG分別為幾丁蟲、蟲鄂和筆石的反射率； RT結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)組反射率。 3.2.4牙形刺的熒光性 牙形刺的色變指數(shù)CAI早已成為大家所熟悉的早古生代海相地層的成熟度指標(biāo)。但CAI依賴于人的肉眼比色，顏色等級(jí)的劃分受諸多因素的影響，故僅為半定量指標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用上有許多不便之處。 近年，Bustin(1992)，Mastalerz等(1992)、鐘寧寧和秦勇(1995)、金奎勵(lì)等(1997)相繼開展了牙形刺熒光性的研究。研究發(fā)現(xiàn)，牙形刺熒光性演化與鏡質(zhì)組反射率的增長(zhǎng)有良好的相關(guān)性。但牙形刺熒光性也受牙

40、形刺的種類和測(cè)量部位的影響。鐘寧寧、秦勇(1995)和金奎勵(lì)等(1997)分別利用華北石炭系灰?guī)r與煤層共生、而石灰?guī)r中富含牙形刺的地質(zhì)條件，建立了牙形刺熒光強(qiáng)度與鏡質(zhì)組反射率的關(guān)系： Ro=3.2982-0.7216lnI546          (金奎勵(lì)等，1997)Ro=0.502(lgImax)22.181lgImax+2.888       (鐘寧寧、秦勇，1995)式中Ro鏡質(zhì)組反射率； I546546nm處的相對(duì)熒光強(qiáng)度； Imax最

41、大熒光強(qiáng)度。 3.2.5干酪根芳核平均尺寸指數(shù)(Xb) 干酪根芳核平均尺寸指數(shù)(Xb)是程克明等(1996)提出的一個(gè)成熟度參數(shù)。該參數(shù)系指干酪根的芳香核中橋頭碳(環(huán)間橋接芳碳)含量FaB與總芳構(gòu)碳的比值。橋頭碳含量和總芳構(gòu)碳含量由干酪根的固體13C核磁共振分析獲取。隨著源巖成熟度增加，干酪根中的芳碳率和橋頭碳含量有規(guī)律地增大，與鏡質(zhì)組Ro呈良好的正相關(guān)關(guān)系： Ro=5.2564 Xb-0.3534 芳核平均結(jié)構(gòu)尺寸(Xb)與鏡質(zhì)給反射率(Ro)、海相鏡質(zhì)反射率(Rmv)之間的關(guān)系，已通過對(duì)我國(guó)華北石炭系灰?guī)r自然演化系列和塔里木、渤海灣等地下古生界碳酸鹽巖的研究得到初步驗(yàn)證(程克明等，1996

42、)。 3.3干酪根元素組成的變化反映有機(jī)質(zhì)的成熟度 干酪根的成烴過程是一個(gè)脫氧、去氫、富集碳的過程。因此，干酪根的H/C、O/C原子比隨成熟度的升高而持續(xù)降低。這是元素組成的變化能夠反映有機(jī)質(zhì)成熟度的基礎(chǔ)。對(duì)同一類型的干酪根，一般比值越低，成熟度越高。但是，對(duì)不同類型的干酪根，這一比較并不成立，從而使H/C、O/C原子比并非良好的成熟度指標(biāo)。不過在由干酪根元素分析獲得的H/C、O/C構(gòu)成的范氏圖中，不同類型干酪根都有自己的熱演化軌跡。成熟度越高的樣品，越靠近圖的左下角。這比僅僅依靠原子比（表3.1）來判斷成熟度更為有效。但由于O/C往往受無機(jī)礦物的影響，故這也只是一種粗略估計(jì)干酪根成熟度的方法

43、。與Ro指標(biāo)相比，其定量性差。3.4干酪根官能團(tuán)組成的變化反映有機(jī)質(zhì)的成熟度 隨著受熱程度的升高，干酪根演化、成烴的結(jié)果使其結(jié)構(gòu)中脂族官能團(tuán)和含氧官能團(tuán)含量降低。因此，對(duì)同一類型的干酪根，其官能團(tuán)的組成可以定性反映有機(jī)質(zhì)樣品的成熟度。3.5自由基濃度的變化反映有機(jī)質(zhì)的成熟度 由于不同類型的干酪根在相同的演化階段具有明顯不同的自由基含量，且自由基含量隨演化并非單調(diào)變化，使自由基作為成熟度指標(biāo)的應(yīng)用并不廣泛和權(quán)威，雖然八十年代及以前探討較多，但近年來應(yīng)用較少，且大多是在缺少鏡質(zhì)體的海相地層中應(yīng)用。3.6干酪根顏色及熒光性的變化作為成熟度指標(biāo) 由于隨著熱演化程度的升高，干酪根或生物殘?bào)w（顯微組分：牙

44、形石、孢子、花粉、藻類）的芳核縮聚程度加大，碳化程度提高，對(duì)光吸收增強(qiáng)，導(dǎo)致顏色由淺變深，使反映顏色變化的熱變指數(shù)成為常用的成熟度指標(biāo)之一。而干酪根中類脂組的熒光強(qiáng)度隨熱演化程度的升高而降低及熒光波長(zhǎng)的紅移使干酪根熒光性的變化成為近二十年來在研究中被較為廣泛探討的熱指標(biāo)。這類指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)在于可以廣泛應(yīng)用，而不足在于分級(jí)較少，定量性偏低，顏色描述在一定程度上受觀測(cè)者主觀因素影響，由于設(shè)備及技術(shù)上的原因，熒光性測(cè)定在油田中的應(yīng)用還較少。3.7干酪根熱失重量反映成熟度的變化 顯然對(duì)同一類型的干酪根，隨著熱演化程度的升高，其可失重量逐漸減小，這是它能夠在一定程度上反映成熟度的基礎(chǔ)。顯然，與干酪根的元素組

45、成、官能團(tuán)組成、自由基含量的變化一樣，它受有機(jī)質(zhì)類型的影響極大。這是這類參數(shù)難以成為權(quán)威、可信的成熟度指標(biāo)制約性因素。3.8碳同位素組成的變化作為成熟度指標(biāo) 在有機(jī)質(zhì)演化早期的成巖作用階段，由于富含13C的含氧基團(tuán)的脫去，有機(jī)母質(zhì)的碳同位素組成逐漸變輕。在大量成烴的深成熱解作用階段，12C12C鍵的優(yōu)先斷裂使裂解生成的產(chǎn)物相對(duì)富含輕碳同位素，這應(yīng)該使母質(zhì)的碳同位素組成變重，但是由于這一過程導(dǎo)致的碳同位素分餾效應(yīng)有限，多數(shù)情況下，產(chǎn)物中的碳較殘留在干酪根中的少，同時(shí)，還有部分相對(duì)富集13C含氧基團(tuán)的繼續(xù)脫去，使干酪根總體的碳同位素組成雖然有所變輕，但幅度一般不大，難以作為有分辯力的成熟度指標(biāo)。但

46、是，在有機(jī)質(zhì)生成烴類氣體時(shí)，碳同位素的分餾效應(yīng)往往非常明顯，從而使天然氣的碳同位素組成可以敏感地反映成熟度的變化。正因?yàn)槿绱?，烴氣，尤其是C1的同位素成為判識(shí)天然氣成熟度的最為常用和有效的指標(biāo)。13C1Ro關(guān)系式即是基于這一原理，但不同類型的有機(jī)質(zhì)的13C1Ro關(guān)系并不相同。從原理上講，烴源巖中吸附氣的碳同位素組成也可以作為衡量烴源巖成熟度的指標(biāo)，但這需要考慮運(yùn)移、擴(kuò)散等過程導(dǎo)致的分餾效應(yīng)的影響。3.9氯仿瀝青“A”及烴類的含量和組成的變化反映成熟度 無論是氯仿瀝青“A”、還是總烴或飽和烴、芳烴，其對(duì)有機(jī)碳?xì)w一化后的含量隨埋深（成熟度）的升高均體現(xiàn)出先增后減的規(guī)律性變化，故它們可以反映有機(jī)質(zhì)的

47、成烴進(jìn)程。但可溶有機(jī)質(zhì)和烴類含量反映有機(jī)質(zhì)的成熟度主要不是依靠其絕對(duì)量的大小，而是依據(jù)其在地質(zhì)剖面上的變化趨勢(shì)：含量由低變高的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)著生油門限，含量最高的點(diǎn)被認(rèn)為對(duì)應(yīng)著生油高峰，而含量重新降到低值對(duì)應(yīng)著生油下限。從原理上講，有機(jī)質(zhì)成油（成烴）階段的確定和劃分主要應(yīng)依據(jù)這種成烴量的變化。但由于受取樣的深度分布范圍、有機(jī)質(zhì)類型變化、排烴效率變化等因素的影響，不少情況下（尤其是在勘探早期），往往難以得到那樣理想的演化剖面。因此，實(shí)際應(yīng)用中更多地依賴于鏡質(zhì)體反射率等成熟度指標(biāo)來劃分成烴階段。表3.1中所給出的成烴階段與成熟度指標(biāo)之間的關(guān)系是綜合考查大量的實(shí)例研究后確定的。 氯仿瀝青“A”的族組成及烴類的內(nèi)組成（各組分的相對(duì)含量及不同結(jié)構(gòu)、不同環(huán)數(shù)、不同化合物之間的比值）也隨埋深呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，因此，它們也可以在一定程度上反映出有機(jī)質(zhì)的熱演化程度