石油地質(zhì)學(xué)第五章石油和天然氣的成因ppt課件

1、第一節(jié) 石油、天然氣與油田水的成分和性質(zhì)第二節(jié) 油氣成因?qū)嶋H開展概略 第三節(jié) 油氣生成的物質(zhì)根底與動(dòng)力條件第四節(jié) 有機(jī)質(zhì)的演化與生烴方式 第五節(jié) 天然氣的成因類型 第一節(jié)第一節(jié) 石油、天然氣與油田水的成分石油、天然氣與油田水的成分和性質(zhì)和性質(zhì)一、石油的成分和性質(zhì)一、石油的成分和性質(zhì)1 1石油的組分石油的組分oil componentoil component 組分是根據(jù)石油中的不同成分在不同溶組分是根據(jù)石油中的不同成分在不同溶劑中的選擇性溶解對(duì)石油成分進(jìn)展的分類劑中的選擇性溶解對(duì)石油成分進(jìn)展的分類石油的組分分為油質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)石油的組分分為油質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)1 1油質(zhì)：能溶于石油醚而不被硅膠

2、吸附的部分。油質(zhì)：能溶于石油醚而不被硅膠吸附的部分。2 2膠質(zhì)：用苯和灑精苯從硅膠上解吸溶解膠質(zhì)：用苯和灑精苯從硅膠上解吸溶解下的石油部分。又可分為苯膠質(zhì)和灑精苯膠質(zhì)。下的石油部分。又可分為苯膠質(zhì)和灑精苯膠質(zhì)。3 3瀝青質(zhì)：能溶于氯仿，但不溶于石油醚、苯瀝青質(zhì)：能溶于氯仿，但不溶于石油醚、苯和灑精苯的部分。和灑精苯的部分。常用的有機(jī)溶劑：石油醚、苯、灑精苯、氯仿常用的有機(jī)溶劑：石油醚、苯、灑精苯、氯仿2.2.石油的化學(xué)組成石油的化學(xué)組成59種元素：種元素：石油的元素組成石油的元素組成Elemental componentElemental component1 1主要元素：主要元素：氫氫H H

3、：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：如釩如釩V、鎳、鎳(Ni)碳碳C C：83%83%88%88%、3 3石油的族分石油的族分oil componentoil component按石油中化合物組成對(duì)石油成分的一種分類，按石油中化合物組成對(duì)石油成分的一種分類，分為飽和烴、芳香烴、非烴和瀝青質(zhì)四部分。分為飽和烴、芳香烴、非烴和瀝青質(zhì)四部分。4 4石油的烴類組成石油的烴類組成HydrocarbonsHydrocarbons1 1烷烴烷烴AlkanesAlkanesCnH2n+2CnH2n+2C1-C4

4、C1-C4為氣態(tài)烴為氣態(tài)烴C5-C16C5-C16的直鏈烷烴呈液態(tài)的直鏈烷烴呈液態(tài)C17+C17+呈固態(tài)呈固態(tài) 2 2環(huán)烷烴環(huán)烷烴CycloalkanesCycloalkanes含有碳環(huán)構(gòu)造的飽和烴含有碳環(huán)構(gòu)造的飽和烴 組成環(huán)的碳原子數(shù)：組成環(huán)的碳原子數(shù)：三員環(huán)、四員環(huán)、五員環(huán)、六員環(huán)三員環(huán)、四員環(huán)、五員環(huán)、六員環(huán) 碳環(huán)的數(shù)目：碳環(huán)的數(shù)目：單環(huán)烷烴、雙環(huán)烷烴、三環(huán)烷烴單環(huán)烷烴、雙環(huán)烷烴、三環(huán)烷烴多環(huán)烷烴多環(huán)烷烴C CC CC CC CC CC CC CC CC CC CC CC CC CC C重要環(huán)烷烴：重要環(huán)烷烴： 環(huán)己烷、環(huán)戊烷、甲基環(huán)己烷、環(huán)己烷、環(huán)戊烷、甲基環(huán)己烷、二甲基環(huán)戊烷二甲基環(huán)

5、戊烷3 3芳香烴芳香烴AromaticsAromatics 含有苯環(huán)的碳?xì)浠衔锖斜江h(huán)的碳?xì)浠衔飭苇h(huán)芳香烴：單環(huán)芳香烴：多環(huán)芳香烴：多環(huán)芳香烴：稠環(huán)芳香烴：稠環(huán)芳香烴：分子中含有一個(gè)苯環(huán)分子中含有一個(gè)苯環(huán)分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的獨(dú)立苯環(huán)以上的獨(dú)立苯環(huán)分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的相連的苯環(huán)以上的相連的苯環(huán)5.5.石油的非烴組成石油的非烴組成nonhydrocarbonsnonhydrocarbons1 1含硫化合物含硫化合物sulfur compoundssulfur compounds硫醇類硫醇類-SH-SH：硫基化合物：硫基化合物硫醚類硫醚類-S-

6、S-：硫醚基化合物：硫醚基化合物噻吩類：含有一個(gè)硫原子和四個(gè)碳原子噻吩類：含有一個(gè)硫原子和四個(gè)碳原子 的不飽和五員環(huán)的化合物的不飽和五員環(huán)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非堿性含氮化合物：咔唑、卟啉等非堿性含氮化合物：咔唑、卟啉等堿性含氮化合物：吡啶、喹啉、異喹啉等堿性含氮化合物：吡啶、喹啉、異喹啉等卟啉可以用于闡明石油的有機(jī)成因卟啉可以用于闡明石油的有機(jī)成因咔唑可以用于研討石油的運(yùn)移方向咔唑可

7、以用于研討石油的運(yùn)移方向3 3含氧化合物含氧化合物oxygen compoundsoxygen compounds酸性氧化物：環(huán)烷酸、脂肪酸酸性氧化物：環(huán)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-R6. 6. 石油的物理性質(zhì)石油的物理性質(zhì)1 1顏色顏色colourcolour黑色、黑色、2 2密度密度densitydensity相對(duì)密度相對(duì)密度:20:20的石油與的石油與44同體積水的分量比值同體積水的分量比值輕質(zhì)油：輕質(zhì)油：d d0.870.87中等石油正常石油：中等石油正常石油：d d0.87-0.93

8、0.87-0.93重質(zhì)石油重油：重質(zhì)石油重油：0.930.93(0.75-1.00) 深綠色、深綠色、黃褐色、黃褐色、 淡黃色、淡黃色、無色無色絕對(duì)密度3 3粘度粘度viscosityviscosity 反映石油流體內(nèi)摩擦力的參數(shù)，動(dòng)力粘度反映石油流體內(nèi)摩擦力的參數(shù)，動(dòng)力粘度單位：單位：PaPaS S或或mPa.SmPa.S1mPa.s=11mPa.s=1厘泊厘泊正常原油的粘度：正常原油的粘度：50mPa.s5% 5% 干氣：重?zé)N氣干氣：重?zé)N氣5% 5% 2 2非烴氣體非烴氣體nonhydrocarbonsnonhydrocarbons N2N2：0.4%-12.5%0.4%-12.5%CO2

9、CO2：4%-5% 4%-5% H2SH2S：不含或極微量：不含或極微量 惰性氣體惰性氣體3. 天然氣的性質(zhì)天然氣的性質(zhì)1 1相對(duì)密度相對(duì)密度規(guī)范情況下，單位體積天然氣與同體積空規(guī)范情況下，單位體積天然氣與同體積空氣質(zhì)量之比氣質(zhì)量之比2 2粘度粘度0時(shí)：時(shí)：0.31 10-3mPa.s: 20時(shí)時(shí):12 10-3mPa.s 與成分、壓力、溫度有關(guān)與成分、壓力、溫度有關(guān)3天然氣的溶解性 天然氣可以溶于石油和水中 4天然氣的分散性diffusion 分散作用是物質(zhì)在濃度梯度的作用下，自分散作用是物質(zhì)在濃度梯度的作用下，自發(fā)地發(fā)生的從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)轉(zhuǎn)移，發(fā)地發(fā)生的從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)轉(zhuǎn)移，以到達(dá)

10、濃度平衡的一種物質(zhì)傳送過程以到達(dá)濃度平衡的一種物質(zhì)傳送過程 三、三、 油田水的成分和類型油田水的成分和類型 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.無機(jī)組成無機(jī)組成inorganic componentsinorganic components 指油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水指油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水無機(jī)離子：無機(jī)離子：Cl- Na+ Mg+ Ca+ HCO3- Cl- Na+ Mg+ Ca+ HCO3- SO4-2 SO4-2 微量元素：碘、溴、硼、鋇、鍶、銨等微量元素：碘、溴、硼、鋇、鍶、銨等 3 3有

11、機(jī)組成有機(jī)組成organic componentsorganic components烴類：氣態(tài)烴烴類：氣態(tài)烴C1-C4C1-C4、苯、甲、苯、甲苯苯 甲酚、鄰甲酚、環(huán)烷酸、脂肪酸甲酚、鄰甲酚、環(huán)烷酸、脂肪酸酚、有機(jī)酸：酚、有機(jī)酸：一、無機(jī)成因說一、無機(jī)成因說inorganic theory inorganic theory 3FemCn+4mH2O mFe3O4+C3nH8m1 1碳化物說碳化物說門捷列夫，門捷列夫，187618762 2宇宙說宇宙說索可洛夫，索可洛夫，18891889 庫得梁采夫，庫得梁采夫，1949 1949 3 3、巖漿說、巖漿說第二節(jié)第二節(jié) 油氣成因?qū)嶋H開展概略油氣成

12、因?qū)嶋H開展概略 CO+3H2 H2O+CH4CO2+3H2 H2O+CH4二、有機(jī)成因說二、有機(jī)成因說organic theory or hypothesisorganic theory or hypothesis 1 1世界上世界上99.9%99.9%的油氣都分布在堆積巖中的油氣都分布在堆積巖中 2 2地層中石油分布與有機(jī)質(zhì)分布相吻合地層中石油分布與有機(jī)質(zhì)分布相吻合 3 3不同油田石油的成分類似，但不一樣不同油田石油的成分類似，但不一樣 4 4石油和煤的灰分具有類似性石油和煤的灰分具有類似性 6 6油層溫度普通不超越油層溫度普通不超越150 150 5 5近代堆積物中的可溶有機(jī)質(zhì)與石油類似近

13、代堆積物中的可溶有機(jī)質(zhì)與石油類似 7 7實(shí)驗(yàn)室加熱有機(jī)質(zhì)可以生成石油實(shí)驗(yàn)室加熱有機(jī)質(zhì)可以生成石油 1、支持石油有機(jī)成因的一些現(xiàn)實(shí)2 2、有機(jī)成因?qū)W說、有機(jī)成因?qū)W說1 1早期成因說早期成因說2 2晚期成因說晚期成因說 干酪根熱降解成因說干酪根熱降解成因說 原始有機(jī)質(zhì)成巖作用早期成巖作用早期石油和天然氣原始有機(jī)質(zhì)干酪根干酪根成巖作用早期成巖作用早期石油和天然氣成巖作用中晚期成巖作用中晚期3 3有機(jī)成因說的新進(jìn)展有機(jī)成因說的新進(jìn)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( (集中有機(jī)質(zhì)生油集中有機(jī)質(zhì)生油) )第三節(jié)第三節(jié) 油氣生成的物質(zhì)根底與動(dòng)力條件油氣生成

14、的物質(zhì)根底與動(dòng)力條件生成石油的有機(jī)物質(zhì)生成石油的有機(jī)物質(zhì)從原始有機(jī)質(zhì)到干酪根從原始有機(jī)質(zhì)到干酪根太湖藍(lán)藻太湖藍(lán)藻廈門赤潮廈門赤潮渤海灣的藍(lán)藻渤海灣的藍(lán)藻原始有機(jī)質(zhì)：浮游動(dòng)物、原始有機(jī)質(zhì)：浮游動(dòng)物、浮游植物、高等植物等浮游植物、高等植物等一、原始有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)組成一、原始有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)組成 原始有機(jī)質(zhì)：細(xì)菌、浮游植物、浮游動(dòng)物和高等植物原始有機(jī)質(zhì)：細(xì)菌、浮游植物、浮游動(dòng)物和高等植物 1.1.類脂化合物類脂化合物L(fēng)ipidsLipids動(dòng)物的皮下組織，植物的孢子、種子及果實(shí)動(dòng)物的皮下組織，植物的孢子、種子及果實(shí) 脂肪酸、脂肪酸、高級(jí)脂肪酸蠟、高級(jí)脂肪酸蠟、 醇類、醇類、 甾類和萜類化合物甾類和萜類

15、化合物 碳水化合物類脂化合物蠟脂甾類化合物甘油酯蛋白質(zhì)肽鏈木質(zhì)素CH OC(CH ) CH22X3=OCHOC(CH ) CH2X3=OCH OC(CH ) CH22X3=OCH(CHOC(CH )CH3xy223)=OCH (CHC3x2)O=OH COH2CHHCOHOHOOCH3CH O3CHCHCH2H C2HCHCOOH CO3OCH3OCH O3OHH COH2CHHCONHCONHCONHCOCHR1CHCHR2R3纖維素HHOHOHHOHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHOHOHOHHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHO第二節(jié)第二節(jié) 油氣生成

16、的物質(zhì)根底與動(dòng)力條件油氣生成的物質(zhì)根底與動(dòng)力條件脂肪酸去羧基加氫可以構(gòu)成烴類脂肪酸去羧基加氫可以構(gòu)成烴類2.2.蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(Protein) (Protein) 含氮化合物含氮化合物 由20多種氨基酸構(gòu)成 3.3.碳水化合物碳水化合物(carbohydrate)(carbohydrate)CxH2Oy 醣或糖類醣或糖類 4.4.木質(zhì)素木質(zhì)素(Lignin)(Lignin)高等植物高等植物 具有芳香構(gòu)造具有芳香構(gòu)造 碳水化合物類脂化合物蠟脂甾類化合物甘油酯蛋白質(zhì)肽鏈木質(zhì)素CH OC(CH ) CH22X3=OCHOC(CH ) CH2X3=OCH OC(CH ) CH22X3=OCH(CHOC

17、(CH )CH3xy223)=OCH (CHC3x2)O=OH COH2CHHCOHOHOOCH3CH O3CHCHCH2H C2HCHCOOH CO3OCH3OCH O3OHH COH2CHHCONHCONHCONHCOCHR1CHCHR2R3纖維素HHOHOHHOHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHOHOHOHHCH OH2OHHOHCH OH2OOHOHOHHHO1.干酪根的定義干酪根的定義二、干酪根二、干酪根(kerogen) (kerogen) 干酪根：堆積巖中不溶干酪根：堆積巖中不溶于非氧化的酸、堿和非于非氧化的酸、堿和非極性有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)極性有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)堆

18、積巖中一切不溶于非氧化性的酸堆積巖中一切不溶于非氧化性的酸 、 堿和非極性有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)。堿和非極性有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)。3 3干酪根的定義：干酪根的定義：包括堆積巖中的分散有機(jī)質(zhì)，也包括堆積巖中的分散有機(jī)質(zhì)，也包括煤中的有機(jī)質(zhì)。包括煤中的有機(jī)質(zhì)?？偟膸r石礦 物總的 有機(jī)質(zhì)干 酪根（不 溶） 瀝青部分（可溶有機(jī)質(zhì)）瀝青質(zhì) 樹 脂+芳香烴飽 和烴含 ， ， ， ， 重分子分 子量一般 超過CHOSN 500只含 、 的烴 類，分子 量一般小于CH600巖石中有機(jī)質(zhì)的組成巖石中有機(jī)質(zhì)的組成總的巖石礦 物總的 有機(jī)質(zhì)干 酪根（不 溶） 瀝青部分（可溶有機(jī)質(zhì)）瀝青質(zhì) 樹 脂+芳香烴飽 和烴含 ， ， ，

19、 ， 重分子分 子量一般 超過CHOSN 500只含 、 的烴 類，分子 量一般小于CH600總有機(jī)質(zhì)總的巖石礦 物總的 有機(jī)質(zhì)干 酪根（不 溶） 瀝青部分（可溶有機(jī)質(zhì)）瀝青質(zhì) 樹 脂+芳香烴飽 和烴含 ， ， ， ， 重分子分 子量一般 超過CHOSN 500只含 、 的烴 類，分子 量一般小于CH600可溶有機(jī)質(zhì)2.2.干酪根的成分干酪根的成分 高分子聚合物，無固定的化學(xué)成分， 主要由C、H、O和少量S、N組成 126006121890abcde00891816N=328m=76.4N=334m=6.30N=324m=11.1N=316m=3.65N=326m=2.0259.192.81.

20、514.1 1.229.5012.30.233.8（據(jù)，修改） B.Durand & J.C.Monin1980橫坐標(biāo)：元素含量 樣品質(zhì)量，；縱坐標(biāo)：頻率，；樣品數(shù)； 平均值； 碳；氫； 氧 有機(jī)硫； 氮/% Nma bcdeC C：76.4%76.4%，O O：11.1% 11.1% H H：6.3%6.3%，S S：3.65% 3.65% N N：2.02% 2.02% 3.干酪根的構(gòu)造干酪根的構(gòu)造OOOC=OHHOCOOOOHOC=OCOOOOHOHOHOHOOSAOOBS=OCOCO=OOC=O芳香 烴環(huán)雜環(huán)正烷烴鏈飽和 烴環(huán)三維網(wǎng)狀系統(tǒng)含有多個(gè)核含脂肪族鏈狀構(gòu)造核被橋、鍵和

21、官能團(tuán)銜接美國綠河頁巖干酪根B.P.Tissot等1978 芳香構(gòu)造多、脂肪族鏈狀構(gòu)造少芳香構(gòu)造多、脂肪族鏈狀構(gòu)造少OMOCH CH-CHCH-O-OHCHOHCHC-O-=OOOHHOCH CHC H CH C-OOHCH OOMOSCHCHMOCHCH-C-=OH CCH OHNHOH C HCOHCHCH CCH CH C=OHOOM黃縣褐煤干酪根構(gòu)造 秦匡宗等，1990 4.4.干酪根的類型干酪根的類型 根據(jù)成分根據(jù)成分(C(C、H H、O O元素組成元素組成) )對(duì)干酪根分類：三種類型對(duì)干酪根分類：三種類型 1.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O/C原子比型型 型

22、 型演化軌跡型演化軌 跡型演化軌跡范克雷維倫D.W.Van Krevelen圖解 1型干酪根型干酪根(Type )原始?xì)浜扛?，氧含量低原始?xì)浜扛撸鹾康?以脂肪族直鏈構(gòu)造為主，多環(huán)以脂肪族直鏈構(gòu)造為主，多環(huán)芳香構(gòu)造及含氧官能團(tuán)很少芳香構(gòu)造及含氧官能團(tuán)很少 主要來自藻類堆積物，被細(xì)主要來自藻類堆積物，被細(xì)菌改造有機(jī)質(zhì)的類脂殘留物菌改造有機(jī)質(zhì)的類脂殘留物生油潛力很大生油潛力很大4.4.干酪根的類型干酪根的類型 根據(jù)成分根據(jù)成分(C(C、H H、O O元素組成元素組成) )對(duì)干酪根分類：三種類型對(duì)干酪根分類：三種類型 1.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O/C原子比型型 型

23、 型演化軌跡型演化軌 跡型演化軌跡范范克雷維倫克雷維倫D.W.Van KrevelenD.W.Van Krevelen圖圖解解 2型干酪根型干酪根(Type ) 原始?xì)浜枯^高，氧含量較低原始?xì)浜枯^高，氧含量較低 含有脂肪族直鏈構(gòu)造，也含有含有脂肪族直鏈構(gòu)造，也含有較多的芳香構(gòu)造及含氧官能團(tuán)較多的芳香構(gòu)造及含氧官能團(tuán)主要來自浮游生物浮游植主要來自浮游生物浮游植物為主物為主生油潛力中等生油潛力中等4.4.干酪根的類型干酪根的類型 根據(jù)成分根據(jù)成分(C(C、H H、O O元素組成元素組成) )對(duì)干酪根分類：三種類型對(duì)干酪根分類：三種類型 1.51.00.500.10.20.30.4H/C原子比O

24、/C原子比型型 型 型演化軌跡型演化軌 跡型演化軌跡范克雷維倫D.W.Van Krevelen圖解 3型干酪根型干酪根(Type )原始?xì)浜康?，氧含量高原始?xì)浜康停鹾扛?多環(huán)芳香構(gòu)造及含氧官能團(tuán)含多環(huán)芳香構(gòu)造及含氧官能團(tuán)含量高，脂肪族直鏈構(gòu)造少量高，脂肪族直鏈構(gòu)造少主要來自高等植物主要來自高等植物生油潛力小，以生氣為主生油潛力小，以生氣為主5.5.干酪根的構(gòu)成和演化干酪根的構(gòu)成和演化 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)碳水化合物碳水化合物生物化學(xué)作用生物化學(xué)作用氨基酸氨基酸糖類糖類類脂化合物類脂化合物木質(zhì)素木質(zhì)素聚協(xié)作用聚協(xié)作用縮協(xié)作用縮協(xié)作用黃腐酸黃腐酸腐殖酸腐殖酸腐黑物腐黑物聚合聚合縮合縮合干酪根干酪根

25、生物聚合體生物聚合體biopolymer地質(zhì)聚合體地質(zhì)聚合體geopolymer5.5.干酪根的構(gòu)成和演化干酪根的構(gòu)成和演化 成巖作用階段 Diagenisis 氧的耗費(fèi)干酪根的演化規(guī)律：退化作用階段 Catagenesis 氫的耗費(fèi) 變生交替作用階段 Metagenesis 碳高度富集H/C和和O/C降低，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干酪根的構(gòu)造干酪根的構(gòu)造芳香構(gòu)造的核芳香構(gòu)造的

26、核脂肪族鏈狀構(gòu)造的支鏈脂肪族鏈狀構(gòu)造的支鏈銜接核核支鏈的橋和鍵銜接核核支鏈的橋和鍵化學(xué)鍵的斷裂主要受溫度和時(shí)間的控制，用化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一級(jí)反響來描畫 三、油氣生成的動(dòng)力學(xué)條件三、油氣生成的動(dòng)力學(xué)條件 1. 1. 溫度和時(shí)間的作用溫度和時(shí)間的作用(1)(1)從化學(xué)動(dòng)力學(xué)看溫度和時(shí)間的作用從化學(xué)動(dòng)力學(xué)看溫度和時(shí)間的作用 化學(xué)動(dòng)力學(xué)(kinetics):一級(jí)反響(First order reaction):研討化學(xué)反響速度及其影響要素的一門科學(xué) 反響的速度與反響物濃度的一次方成正比反響的速度與反響物濃度的一次方成正比 式中：式中：t t為反響時(shí)間，為反響時(shí)間，s s；C C為反響物的濃度；為反響物的濃

27、度；k k為反響速度常數(shù)。為反響速度常數(shù)。kCdtdC1RTEekk0阿倫紐斯方程：阿倫紐斯方程： 式中：式中：k0稱為頻率分子稱為頻率分子E為活化能，為活化能，R為氣體常數(shù)為氣體常數(shù)T為絕對(duì)溫度為絕對(duì)溫度tCCdtkCdC00ktCC0lntekCCRTE00ln2對(duì)對(duì)1 1式積分，得：式積分，得：C為在時(shí)辰t反響物的濃度。 C0是反響開場時(shí)t=0 反響物的濃度，3tekCCRTE00lnC為在時(shí)辰t反響物的濃度。 C0是反響開場時(shí)t=0 反響物的濃度，3溫度和時(shí)間具有互補(bǔ)性，高溫短時(shí)間和低溫長時(shí)溫度和時(shí)間具有互補(bǔ)性，高溫短時(shí)間和低溫長時(shí)間可以到達(dá)一樣的反響程度。間可以到達(dá)一樣的反響程度。

28、在干酪根生烴過程中，干酪根的反響程度與溫度在干酪根生烴過程中，干酪根的反響程度與溫度呈指數(shù)關(guān)系，與時(shí)間呈線性關(guān)系，溫度的影響是主呈指數(shù)關(guān)系，與時(shí)間呈線性關(guān)系，溫度的影響是主要的，時(shí)間的影響是次要的；要的，時(shí)間的影響是次要的；分析分析3 3式可以得到兩個(gè)重要結(jié)論：式可以得到兩個(gè)重要結(jié)論：從化學(xué)動(dòng)力學(xué)看溫度和時(shí)間的作用從化學(xué)動(dòng)力學(xué)看溫度和時(shí)間的作用作者地理位置樣品來源年齡（Ma）地層溫度（）深度（m）巖石類型1/T（K-1）喀 麥 隆杜阿拉盆地加利福尼亞落杉磯盆地加利福尼亞文圖拉盆地法國17口井,巴黎盆地2個(gè)采石場Connan法國西南部阿奎坦盆地1口井112903300泥質(zhì)石灰?guī)r0.00275-1

29、974法國西南部阿奎坦盆地31口井135722500碳酸鹽巖0.00289法國東南部卡馬爾果盆地1口井381063250碳酸鹽巖礫巖0.00264阿尤恩區(qū)奧若河沙巴蘇綠海區(qū)1口井121203050粉砂質(zhì)黏土巖0.00254新西蘭塔拉納基盆地(海上)巴西亞馬遜盆地6口井359621750頁巖0.00289新西蘭塔拉納基盆地(陸上)資料來源成熟點(diǎn)資料Albrecht(1969)4口井70651200粉砂質(zhì)黏土巖0.00296Philippi(1965)2口井121152440頁巖?0.002583口井121272740頁巖?0.0025Louis、Tissot(1967)1806014001口井1

30、05852740802900頁巖0.003粉砂質(zhì)黏土巖0.00279粉砂質(zhì)頁巖0.002831口井32953350灰質(zhì)頁巖0.002721口井20100010050050100.00310.00270.0035 0.00330.00290.0025 0.0023206090 120K-1lgt/Ma（）lgt30141/T6.498亞 馬遜盆 地（ 巴西）路 易士和蒂索（） 19 67阿 奎坦盆 地（ 法國）阿尤 恩盆地 （撒 西 ）阿 爾布雷奇特（） 1969陸 上塔娜 納基 盆地（新西蘭） 濱 外塔娜納基 盆地（新 西蘭） 卡馬格盆地（法國） 菲利皮（）1965蘇綠海（沙巴）康南研究成果；

31、其他學(xué)者研 究成 果：巴黎盆地（Louis& Tisso t1967AlbrechtPhilippi1965，）；杜阿拉盆 地和文圖拉盆地（，）實(shí)踐地質(zhì)資料同樣證明： 溫度的影響呈指數(shù)關(guān)系，時(shí)間的影響呈線性關(guān)系，溫度的影響是主要的，時(shí)間的影響是第二位的 溫度和時(shí)間的作用是相互補(bǔ)償?shù)?對(duì)于一樣反響程度的不同的干酪根生烴反響對(duì)于一樣反響程度的不同的干酪根生烴反響, ,溫度的倒數(shù)溫度的倒數(shù)1/T1/T與時(shí)間的對(duì)數(shù)與時(shí)間的對(duì)數(shù)lntlnt具有線性關(guān)系具有線性關(guān)系1230.010.020.030.0450 65100150 溫度， Km深度 ，飽和烴 總有機(jī)碳/1.37AC 深度溫度關(guān)系 曲線；

32、 石油生成百分率 深度關(guān)系曲 線大量生油成 熟點(diǎn)CA不同盆地的干酪根的成熟點(diǎn)就不同盆地的干酪根的成熟點(diǎn)就是這樣一個(gè)反響程度一樣的點(diǎn)是這樣一個(gè)反響程度一樣的點(diǎn)隨著埋藏深度的增大和隨著埋藏深度的增大和溫度的增高，干酪根開溫度的增高，干酪根開場大量生烴的溫度稱為場大量生烴的溫度稱為干酪根的成熟溫度或生干酪根的成熟溫度或生油門限，這個(gè)成熟溫度油門限，這個(gè)成熟溫度所在的深度稱為成熟點(diǎn)所在的深度稱為成熟點(diǎn) 生油門限生油門限threshold0100020003000400002000400060008000010002000300040000100050100 150050100 150050100 15

33、0200 巴黎盆地下托爾統(tǒng)類干酪根 杜阿拉盆地上白堊統(tǒng)類干酪根 尤英塔盆地始新統(tǒng)類干酪根 Philippi1965洛杉磯盆地中新統(tǒng)上新統(tǒng)（，）最大埋藏深度 ，m石油總有機(jī)碳/, mg/g?60?609010 0 135150100115PZOFPZOFZCFZCFPZOFPZOF未 成熟未成熟未成 熟未 成熟C烴類非烴類 膠質(zhì) 瀝青質(zhì)(+)有機(jī) 質(zhì)演變的主要階 段注有“未成 熟”、“”（主要生油帶 ）及（裂解 生氣帶）。相應(yīng) 的地溫梯度按照 現(xiàn)在的地溫梯 度來表示，在杜 阿拉盆地中第一個(gè)溫度是目前 溫度，第二 個(gè)溫度是據(jù)和（）計(jì)算的古地溫PZOFZGFTis sotEspitalie1 975

34、溫度和時(shí)間的作用是相互補(bǔ)償?shù)臏囟群蜁r(shí)間的作用是相互補(bǔ)償?shù)?松遼盆地（下白堊統(tǒng)）鄂爾多斯盆地（上三疊統(tǒng)） 泌陽凹陷（古近系） 冀中拗陷（古近系）柴達(dá)木盆地（新近系）10 203010 20 3010 203010 203030 3540烴 有機(jī)碳，/烴 有機(jī)碳，/烴 有機(jī)碳，/烴 有機(jī)碳，/飽和烴，1600m1300m1800m2700m3300m58地溫梯度3.1/100m地溫梯度4.0/100m地溫梯度4.2/100m地溫梯度3.4/100m地溫梯度3.0/100m658595126溫度和時(shí)間的作用是相互補(bǔ)償?shù)臏囟群蜁r(shí)間的作用是相互補(bǔ)償?shù)?2. 2. 細(xì)菌的生物化學(xué)作用細(xì)菌的生物化學(xué)作用分為

35、喜氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌和通性細(xì)菌三類 厭氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌CH3COO+H+ CH4+CO2 產(chǎn)產(chǎn) 甲甲 烷烷 菌菌 CO2和乙酸來源：細(xì)菌對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解(1)乙酸發(fā)酵 (2) (2) 二氧化碳復(fù)原二氧化碳復(fù)原 CO2+3H2 CH4+H2O輔輔 酶酶 M M3. 3. 催化作用催化作用催化劑是一種加速化學(xué)反響速度而本身并不耗費(fèi)的物質(zhì) (2) (2) 有機(jī)酵母催化劑有機(jī)酵母催化劑 (1)(1)無機(jī)鹽類催化劑無機(jī)鹽類催化劑粘土礦物粘土礦物( (蒙脫石蒙脫石) )：吸附有機(jī)質(zhì)：吸附有機(jī)質(zhì) 降低有機(jī)質(zhì)的成熟溫度降低有機(jī)質(zhì)的成熟溫度 加速長鏈分子的斷裂加速長鏈分子的斷裂 改動(dòng)的產(chǎn)物的組成：改動(dòng)的產(chǎn)物的組成：有

36、機(jī)酵母催化劑的作用：加速有機(jī)質(zhì)的分解有機(jī)酵母催化劑的作用：加速有機(jī)質(zhì)的分解 4. 4. 放射性作用放射性作用水在水在射線轟擊下產(chǎn)生游離氫射線轟擊下產(chǎn)生游離氫 ； 熱源熱源一、有機(jī)質(zhì)演化階段的劃分一、有機(jī)質(zhì)演化階段的劃分第四節(jié)第四節(jié) 有機(jī)質(zhì)的演化與生烴方式有機(jī)質(zhì)的演化與生烴方式 干酪根的演化成巖作用階段 主要表現(xiàn)為氧的耗費(fèi)退化作用階段 主要表現(xiàn)為氫耗費(fèi) 變生交替作用階段 碳高度富集1.1.根據(jù)油氣生成機(jī)理和產(chǎn)物類型劃分根據(jù)油氣生成機(jī)理和產(chǎn)物類型劃分生物化學(xué)生氣階段生物化學(xué)生氣階段熱催化生油氣階段熱催化生油氣階段熱裂解生濕氣階段熱裂解生濕氣階段深部高溫生氣階段深部高溫生氣階段2.2.根據(jù)有機(jī)質(zhì)成熟

37、度進(jìn)劃分根據(jù)有機(jī)質(zhì)成熟度進(jìn)劃分成熟度成熟度(maturity):(maturity):在溫度的作用下有機(jī)質(zhì)的熱演化程度在溫度的作用下有機(jī)質(zhì)的熱演化程度 鏡質(zhì)體反射率鏡質(zhì)體反射率 Ro Ro vitrinite reflectance in oil vitrinite reflectance in oil ： 鏡質(zhì)體反射光的才干鏡質(zhì)體反射光的才干未成熟階段未成熟階段(immature)成熟階段成熟階段(mature)高成熟階段高成熟階段(high-mature)過成熟階段過成熟階段(over-mature)沉積有機(jī) 質(zhì) 大量石油 干酪根凝析 氣生化降解熱催化熱裂解熱變質(zhì)乏氧 揮發(fā)物濕氣 濕氣 殘

38、余干酪根 干酪根殘?jiān)?1.5m10600.5%RO生物化學(xué)生氣階段成巖作用階段（）Diagenesis 熱催化生油氣階段熱裂解生凝析氣階段后生作用 階段（） Catagenesis 未熟 低熟石 油次石墨干氣 1.54.0Km601800.5%1.2RO深部高溫生氣階段變生作用階段（）Metagenesis 二、有機(jī)質(zhì)演化的根本特征二、有機(jī)質(zhì)演化的根本特征1.1.生物化學(xué)生氣階段未成熟階段生物化學(xué)生氣階段未成熟階段 范圍：Ro0.5% 溫度：1060 深度：02000m機(jī)理：生物化學(xué)作用 產(chǎn)物：生物甲烷、 CO2、H2O，干酪根 少量高分子液態(tài)烴 未熟油.未熟油低熟油成熟油二、有機(jī)質(zhì)演化的根本

39、特征二、有機(jī)質(zhì)演化的根本特征1.1.生物化學(xué)生氣階段未成熟階段生物化學(xué)生氣階段未成熟階段 未熟-低熟油氣：指一切非干酪根晚期熱降解成因的各種低溫、早熟的非常規(guī)油氣。范圍：Ro2.0% 溫度：250 機(jī)理：熱裂解、熱蛻變 產(chǎn)物：干氣、固體瀝青，次石墨生物化學(xué)生氣階段熱降解生油氣階段熱裂解生濕氣階段 深部高溫生氣階段（未成熟階段）（成熟階段）（高成熟階段）（過成熟階段）Ro（%）0.50.51.21.22.02.0深度(km)1.51.54.54.57.57.5溫度()6060180180250250干酪根顏色黃色暗褐色深暗褐色黑色煤階泥炭-褐煤長焰煤-氣煤-肥煤焦煤-瘦煤-貧煤半無煙煤-無煙煤生

40、烴機(jī)理生物化學(xué)作用熱催化作用熱裂解作用熱裂解作用主要產(chǎn)物生物甲烷、未熟油、干酪根液態(tài)石油濕氣干氣（甲烷）演化階段二、有機(jī)質(zhì)演化的根本特征二、有機(jī)質(zhì)演化的根本特征三、有機(jī)質(zhì)生烴方式三、有機(jī)質(zhì)生烴方式TissotTissot方式方式堆積有機(jī)質(zhì)演化和油氣生成的堆積有機(jī)質(zhì)演化和油氣生成的TissotTissot方式方式 闡明了有機(jī)質(zhì)演化和油闡明了有機(jī)質(zhì)演化和油氣生成的階段性；氣生成的階段性； 建立了生油門限重要建立了生油門限重要概念概念 Ro=0.5%,Ro=0.5%,未成熟階段未成熟階段與成熟階段的界限與成熟階段的界限三、有機(jī)質(zhì)生烴方式三、有機(jī)質(zhì)生烴方式TissotTissot方式方式堆積有機(jī)質(zhì)演化

41、和油氣生成的堆積有機(jī)質(zhì)演化和油氣生成的TissotTissot方式方式 “石油窗石油窗oil windowoil window 和生油窗和生油窗“石油窗：地下石油窗：地下液態(tài)石油賦存的范液態(tài)石油賦存的范圍圍 “生油窗：地下生油窗：地下液態(tài)石油生成的范液態(tài)石油生成的范圍圍 第五節(jié)第五節(jié) 天然氣成因類型和鑒別天然氣成因類型和鑒別一、天然氣的成因類型一、天然氣的成因類型分類原那么：分類原那么： 成氣作用的機(jī)理成氣作用的機(jī)理成氣物質(zhì)的來源成氣物質(zhì)的來源( (有機(jī)物有機(jī)物 無機(jī)物無機(jī)物?)?)1.1.無機(jī)成因氣無機(jī)成因氣2.2.有機(jī)成因氣有機(jī)成因氣3.3.混合成因氣混合成因氣1.1.無機(jī)成因氣無機(jī)成因氣

42、inoganic gasinoganic gas 泛指各種環(huán)境下由無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的天然氣。泛指各種環(huán)境下由無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的天然氣。(1)(1)宇宙氣宇宙氣 宇宙空間中放散性反響、核反響及化學(xué)反響生成的天然氣，宇宙空間中放散性反響、核反響及化學(xué)反響生成的天然氣，以含以含HeHe和和H2H2為特征為特征(2)(2)巖漿巖氣巖漿巖氣 巖漿噴發(fā)或侵入過程中由高溫化學(xué)作用構(gòu)成的天然氣，巖漿噴發(fā)或侵入過程中由高溫化學(xué)作用構(gòu)成的天然氣，以含以含CO2CO2和和H2H2為特征為特征(3)(3)蛻變巖氣蛻變巖氣 蛻變過程中高溫作用構(gòu)成的天然氣蛻變過程中高溫作用構(gòu)成的天然氣 1.1.無機(jī)成因氣無機(jī)成因氣inogani

43、c gasinoganic gas (4)(4)無機(jī)鹽分解氣無機(jī)鹽分解氣 堆積巖中由無機(jī)鹽類的化學(xué)分解構(gòu)成的氣體，堆積巖中由無機(jī)鹽類的化學(xué)分解構(gòu)成的氣體，以含以含CO2CO2和和H2SH2S為特征為特征 (5)(5)幔源氣幔源氣 指地?；驈牡蒯＝?jīng)過不同方式上升到堆積圈中的天然氣指地幔或從地幔經(jīng)過不同方式上升到堆積圈中的天然氣 包括與火山噴發(fā)有關(guān)的天然氣，部分溫泉?dú)庖约鞍ㄅc火山噴發(fā)有關(guān)的天然氣，部分溫泉?dú)庖约把厣畲髷嗔鸦蜣D(zhuǎn)換斷層上升的高溫氣或低溫氣沿深大斷裂或轉(zhuǎn)換斷層上升的高溫氣或低溫氣 2.2.有機(jī)成因氣有機(jī)成因氣oganic gasoganic gas 泛指堆積巖中分散或集中有機(jī)質(zhì)或可燃有

44、機(jī)礦產(chǎn)構(gòu)成的天然氣泛指堆積巖中分散或集中有機(jī)質(zhì)或可燃有機(jī)礦產(chǎn)構(gòu)成的天然氣 (1)(1)按成氣物質(zhì)的來源劃為分二個(gè)亞類按成氣物質(zhì)的來源劃為分二個(gè)亞類 油型氣油型氣(oil-type gas) (oil-type gas) 煤型氣煤型氣(coal-formed gas) (coal-formed gas) 由腐泥型母質(zhì)，即由腐泥型母質(zhì)，即型或型或11型干酪根構(gòu)成的天然氣型干酪根構(gòu)成的天然氣 由腐殖型母質(zhì)，即由腐殖型母質(zhì)，即型或型或22型干酪構(gòu)成的天然氣型干酪構(gòu)成的天然氣 2 2按成氣機(jī)理或外營力作用劃分按成氣機(jī)理或外營力作用劃分 生物成因氣生物成因氣biogenetic gasbiogenetic gas 指有機(jī)質(zhì)在未成熟階段指有機(jī)質(zhì)在未成熟階段(Ro0.5%),(Ro2.0%)(Ro